东-黄海沉积物-水界面营养盐交换速率的研究

MarineSciences/Vol.30,No.3/20069东、黄海沉积物东、黄海沉积物-水界面营养盐交换速率的研究水界面营养盐交换速率的研究戚晓红1，刘素美1，张经1,2(1.中国海洋大学化学化工学院，山东青岛266003；2.华东师范大学河口海岸国家重点实验室，上海200062)摘要：2000年10月和2001年5月随“东方红2号”考察船在东、黄海进行考察，在A2、E2、E4、E5、E65个站位作了培养实验，研究沉积物-水界面在氧化和还原条件下的交换通量。在东海海域，NO3-、PO43-、总磷（TDP）由水向沉积物中扩散，NH4+、SiO32-由沉积物向水中扩散，NO3-、TDP、NH4+在还原条件下的交换通量大于氧化条件下的交换通量，PO43-、SiO32-在氧化还原条件下的交换通量基本一致。在黄海海域，两站位各溶解态营养盐的迁移方向有较大差异。在距离陆地较近的海域，各溶解态营养盐多由水中向沉积物中扩散，且距离陆地越近，交换通量越大。在东、黄海海域，沉积物释放的SiO32-对初级生产力的贡献分别为13%、10%~18%，与河流输送和大气沉降相比，沉积物对黄海、东海SiO32-的贡献分别占90%、86%，说明沉积物是SiO32-的源。而在整个东、黄海海域，对于溶解无机氮(DIN)和PO43-来说，它们的交换通量为负值，即沉积物从水体中吸附溶解无机氮和磷，说明沉积物是DIN和PO43-的汇。关键词：沉积物-水界面；营养盐；黄海；东海中图分类号：X147文献标识码：A文章编号：1000–3096(2006)03–0009–07海洋沉积物-海水界面是海洋中最重要的界面之一，对海洋中物质的循环、转移、贮存有重要的作用，通过研究沉积物-海水界面的物质迁移、界面附近物质的变化机制来了解、探讨海洋中物质的生物地球化学过程是十分必要的。发达国家对于沉积物作为上覆水中营养盐的源/汇，以及沉积物释放的营养盐对水体初级生产力的贡献，对水体中溶解氧的消耗作用做了广泛的研究。在PortPhillip湾，沉积物中营养盐的再生量占每年溶解氮总负荷的63%、磷的72%[1]。在黑海西北部，沉积物-水界面磷和硅的交换通量与Danube河磷和硅输入的数量级相当，而氨的通量仅为Danube河的10%[2]。南大西洋东部，底界面硅的通量约6.5×1011mol/a，是该地区主要陆源（Zaire河）溶解硅输入量的4倍[3]。在Mobile湾某些河口区再生的营养盐可供初级生产所需氮的20%~94%，磷的10%~83%[4]。马萨诸赛州波士顿港底部营养盐的再生量相当于浮游植物所需氮的40%、磷的29%、硅的60%[5]。黄海全部为大陆架所占的浅海，总面积为380×103km2，东海则是一个开放的陆架，总面积为752×103km2；黄海平均水深44m，最大水深140m，东海平均水深349m，最大水深2719m；注入黄海的河流有淮河水系诸河、鸭绿江、大同江等，海底沉积物主要是黄河、长江等大陆河带来的粉砂、淤泥等物质，注入东海的河流有长江、钱塘江、闽江等。黄海水温有明显的季节变化。长江淡水的输入和黑潮对东海水文状况有重要影响[6]。东、黄海沉积物-水界面营养盐的交换总体是在富氧的环境下进行的，但在长江河口外发现有一处面积达13700km2，平均厚度达20m收稿日期：2003–10–22；修回日期：2004–05–15基金项目：国家重点基础研究发展规划资助项目(G1999043705,200109703)作者简介：戚晓红（1980–），女，山东青岛人，硕士研究生，主要从事海洋生物地球化学的研究，E–mail:qx_h1980@163.com海洋科学/2006年/第30卷/第3期10的底层低溶氧区（DO＜2mg/L，其最低值为1mg/L,沿－100m的等深线DO值低于3.5mg/L的底部低氧海区占据了长江口外与东海内陆架，主要原因是在长江口海域受长江径流和台湾暖流的影响，表层浮游植物光合作用产生的有机物的沉积作用和分解作用增强，导致底层海水有缺氧的情况发生[7]。作者于2000年10月和2001年5月在东、黄海的5个站位进行考察。通过对沉积物表面分别充氮气和充空气进行培养，以模拟该海域沉积物-水界面不同的氧化和还原环境下，营养盐的交换通量的变化规律，以及该海域沉积物中营养盐的再生对水体中营养盐的贡献和对初级生产力的影响。1材料和方法1.1样品的采集样品采自2000年10月和2001年5月“东方红2号”两个航次，采样站位见图1。在黄海的两个站位（A2、E2）东海的3个站位（E4、E5、E6）进行了培养。用多管采样器采集柱状沉积物，在采样期间注意避免扰动沉积物表面，采集后立即在甲板上进行培养试验。管中沉积物上方加入现场用CTD采水器采的底层过滤海水。为防止将表层沉积物搅起，加入