论文部分内容阅读
本研究根据九龙江河口2010年5月～2015年4月共18个航次的营养盐（氮，磷，硅）浓度及2014年2月～2015年4月共8个航次的硝酸盐氮氧同位素及颗粒有机物(POM)中的碳氮同位素观测结果，分析了近几年九龙江河口营养盐含量的年际变化及其可能影响因素，并探讨了河口内硝酸盐和颗粒有机物组成的季节差异及生物地球化学过程。在此基础上，收集了1980～2009九龙江河口营养盐历史观测资料数据，分析了九龙江河口营养盐长时间尺度变化情况，并归纳了近35年来九龙江河口营养盐含量变化对人为活动的响应模式。获得了以下主要认识: 1、自2010年以来，九龙江河口硅酸盐含量不断降低，且氮磷含量变化出现不平衡，氮在一定范围内波动，而磷不断增高。硅酸盐含量主要是因为水稻土面积的减少，森林面积的增加以及水库的建设对硅酸盐的截留作用而减少。而氮主要是因为牲畜存栏量不断降低，抵消了工业废水和生活污水增加的输入量而相对稳定;但由于工业废水和生活污水经处理后氮磷比值相对于牲畜排泄物要更低，且水库建设增加了河流沉积物的磷释放，使得磷仍在不断增长。目前，工业废水和生活污水正逐渐成为九龙江河口氮磷的主要贡献者。 2、近35年间，对应于九龙江流域三大产业的不同历史发展进程九龙江河口营养盐的变化了分为三个具体的响应阶段。第一阶段为农业发展阶段(1980～2000):各大产业均在逐渐发展，但总体水平较低，人为活动排放的氮磷量未超过水体自净化限制，河流中营养盐浓度并无响应。第二阶段为农业及畜牧业快速发展阶段(2000～2010):过度施肥及牲畜排泄物的增加，导致最终输入到水体中的氮磷量极大，超出了水体自净化能力，使水体中氮磷的变化对人为活动的变化愈加敏感，相应的水体中氮和磷呈指数型增加。第三阶段为工业持续快速增长阶段(2010～至今)，工业废水和生活污水对氮磷贡献比例不断增加，河口氮磷含量变化出现不平衡，氮稳定而磷增加。受此影响，九龙江河口水体中氮磷比已经下降到50左右，将刺激九龙江流域及河口区藻华的爆发，同时硅酸盐含量的下降导致硅氮比已小于1，未来可能引起流域及河口水体中优势藻种发生变化。 3、九龙江河口内硝酸盐氮同位素(δ15N-NO3-)约为10.4±3.2‰，氧同位素(δ18O-NO3-)约为5.6±2.3‰。这一组成进一步确认了近几年九龙江河口DIN主要是来自于生活污水及工业废水的贡献。硝酸盐氮氧同位素在九龙江河口并不遵循保守混合特性，而影响九龙江河口硝酸盐组成变化的主要过程是生物同化作用和硝化作用，水温较高利于硝化细菌生长的丰水期硝化作用起主导作用，导致硝酸盐氮、氧同位素组成的分馏系数比小于1;而水温低，具有高的有机物含量及藻华多发的枯水期则以生物同化作用为主，此时硝酸盐氮、氧同位素组成的分馏系数比接近1。 4、九龙江河口颗粒有机物及其碳氮同位素含量丰枯水期差异较大。丰水期颗粒有机碳(POC)含量为60±45μmol/L，颗粒氮(PN)含量为7±6μmol/L;颗粒有机碳中碳同位素(δ13C-POC)和氮同位素(δ15N-PN)分别为-25±2‰和4±1‰，碳氮比值(C/N)为10±4。枯水期POC含量为105±96μmol/L，PN含量为14±13μmol/L，δ13C-POC和δ15N-PN分别为-24±1‰和4±3‰，C/N比值为15±17。利用δ13C-POC和C/N的三端元混合模型计算得到陆源的C3植物，海洋POM和人为污染物对九龙江河口POM的贡献比例分别为58±11％，31±8％和11±3％。除此之外，沿岸红树林植物的输入也是九龙江河口POM的来源之一，在枯水期可明显观测到其导致的高C/N比值信号。另外，利用POC/Chl-a比值也估算出了河口区生源物质对总POM的贡献比例为48.5±6.5％，与三端元混合模型计算结果有一定差异，可能是因为端元的选择和淡水藻类的输入影响。九龙江河口丰水期δ15N-PN因生物同化吸收作用降低而偏离保守混合线;而枯水期δ15N-PN则因外源性POM在河口区的降解和再悬浮的沉积物的加入而增加而偏离保守混合线。