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河口最大浑浊带是一个与河口环流、潮汐动力、沉积物的侵蚀与沉积等直接联系的动态现象,在径流量、输沙量大的河口,最大浑浊带持续存在。它在河口沉积过程中对泥沙的聚集与运输、拦门沙的形成与演变起着十分重要的作用,在河口的生物地球化学过程中对许多重金属元素和有机物的化学行为、迁移和归宿产生显著影响。在浑浊带内由于水体透光性差,生物活动也受影响。长江河口最大浑浊带位于拦门沙及其上下游附近地区,纵向延伸数十千米。本文通过海上现场调查取样,实验室内样品的处理分析,试验数据绘图处理等方法,系统地研究了长江口最大浑浊带邻近水域水体中营养盐的分布、营养盐的结构以及营养盐的迁移转化;通过沉积物捕集器方法海上现场获得样品,探讨了长江口最大浑浊带营养盐的沉积通量;运用数学公式估算出长江口最大浑浊带营养盐的输入和输出。
1.营养盐的分布特征根据2003年11月~2004年8月4个航次的调查数据,探讨了长江口最大浑浊带邻近水域营养盐的分布特征。结果表明,营养盐的含量随着盐度的增加而减小,不同营养盐表现出不同的季节变化特点。DIN/PO4-P和SiO3-Si/PO4-P的比值远高于Redfield比,SiO3-Si/DIN比值比较接近Redfield比,在最大混浊带透明度是浮游植物的主要限制因素。NO3-N是无机氮的主要形式,表明已经充分达到热力学平衡状态。无机N、Si以及P的转移除了海水稀释作用外,还有部分的生物转移以及部分沉积物的再悬浮释放,其中PO4-P受悬浮颗粒物的吸附以及再释放的影响较大。富营养化初步评价为调查海区海水中营养盐的含量较高,海水富营养化现象严重。
2.营养盐的沉降通量通过在长江口最大浑浊带一个断面现场采集颗粒物样,实验室内对颗粒样分析,从而计算出沉降颗粒物中各项营养元素的含量、沉降通量。研究结果表明:颗粒物中吸附态无机N仅占TN的一小部分,其中吸附态无机N中NH4-N所占比例最大40%~100%;颗粒物中吸附态PO4-P占TP的比例也较小,说明颗粒物中主要以有机组织中的磷为主;各月吸附态SiO3-Si与生物Si的含量相差较大。在分析颗粒物中营养元素含量的基础上,进一步讨论了控制其含量的因素,NH4-N含量的控制因素中有机质、黏土矿物占主要方面,盐度、温度、pH值等有一定影响;NO3-N的含量与水体中NO3-N的含量以及盐度有一定的相关关系;环境因子对磷的影响程度为盐度>DO>温度>pH值;水体中的Chl-a与颗粒物中生物Si的含量具有相关性。通过公式计算了长江口的沉降通量,与其它海域相比,长江口沉降通量最大;同时分析了盐度、动力因素、地形与地貌对沉降通量的影响。最后对颗粒物及其营养盐浓度的分析表明,悬浮体底层浓度明显高于表层,表、底层变化比较一致,在12h~18h之间变化较大,16h时悬浮体的含量最高;表层开始时PO4-P的含量比较低,同悬浮体的变化相似,也是在16h时浓度达到最大,而底层颗粒物中PO4-P的含量几乎一直在降低;无机氮表层浓度在18h时达到最高,底层在24h时达最高浓度,分别比PO4-P的滞后4~8h;生物Si底层的含量较小且变化不大,表层开始浓度较高的情况下,逐渐由颗粒物中向水体中释放,释放到一定浓度后变化幅度减小。
3.最大浑浊带营养盐的输入和输出在忽略大气沉降部分的基础上,长江口最大浑浊带营养盐的输入及输出质量平衡表达式为:河流输入量+沉积物—海水净转移量=向东海的净输出量。通过计算得出如下结果:各项营养元素进入长江口最大浑浊带的年输入量分别为:PO4-P,2.61×104t;SiO3-Si,3.06×106t;NO3-N,1.01×106t;NO2-N,7.51×103t;NH4-N,1.10×105t;TN,1.43×106t;TP,9.65×104t。营养盐向海底的净沉降量分别为:NH3-N,2.68×103t;PO4-P,9.88×103t;NO3-N,1.84×102t;NO2-N,1.38×103t;SiO3-Si,1.75×104t;TN,5.03×105t;TP,4.26×103t。营养盐向东海的输出分别为:PO4-P,1.62×104t;SiO3-Si,3.04×106t;NO3-N,1.01×106t;NO2-N,6.13×103t;NH4-N,1.07×105;TN,1.38×106t;TP,9.22×104t。
从以上研究结果得出以下结论:长江口最大浑浊带邻近水域营养盐主要受长江冲淡水的作用,径流输入了大量的营养盐,而沉积物的沉降及再悬浮对营养盐的吸附及再释放的作用也是不容忽视的。长江口最大浑浊带悬浮颗粒物的沉积通量充分说明长江口最大浑浊带的特殊性,它的泥沙含量比较高,悬浮颗粒物浓度较大,因此沉积通量比较大;影响颗粒物吸附营养元素的因素比较复杂。由于长江口最大浑浊带对水体有净化的作用,因此最大浑浊带可以过滤一部分水体中的营养元素,从而使输入长江口的营养盐与输入东海的营养盐有一定的差异。