長江口濱岸濕地鹽生植被對生源要素循環(huán)的影響.pdf

1、河口濱岸濕地是陸源物質(zhì)的重要?dú)w宿，也是容納凈化污染物質(zhì)、削減其入海的天然屏障，地球表層系統(tǒng)中一系列地球化學(xué)界面過程及人類活動影響均真實(shí)地反映在這海陸邊緣的沉積物中。C、N、P等生源要素是海洋能量上下傳遞的主體，它們在河口沉積物中的含量和分布，在一定程度上制約著河口生物的生長發(fā)育狀況，同時(shí)，生物的生長發(fā)育狀況也影響著沉積物中生源要素的分解、釋放、埋藏等生物地球化學(xué)過程。二者相互影響相互制約，如此維持著整個(gè)河口的生態(tài)平衡。因此，研究河口濱岸

2、濕地這一復(fù)雜巨系統(tǒng)內(nèi)生源要素的來源、分布、富集、遷移和轉(zhuǎn)化等生物地球化學(xué)循環(huán)過程已成為當(dāng)前河口近岸環(huán)境地球化學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)的熱點(diǎn)問題之一。 本文以崇明東灘為典型區(qū)域，選取了碳、氮、磷等生源要素為研究對象，分析研究了河口濱岸潮灘生態(tài)系統(tǒng)中，生源要素在植被、沉積物中的時(shí)空分布、累積規(guī)律，并結(jié)合碳、氮同位素分析了生源要素的來源以及在植被—沉積物中的遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律。在對大量第一手調(diào)查、實(shí)測所得的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，本文主要得到以

3、下幾條結(jié)論： (1)崇明東灘鹽沼帶單位重量海三棱藨草的有機(jī)碳含量的季節(jié)變化不明顯，全氮、全磷含量夏季最低，其季節(jié)變化曲線呈“U”形。在元素分配上，海三棱藨草地上部分和地下部分中的各元素含量相差不大。各元素單位面積總量的季節(jié)變化曲線均為單峰曲線，峰值出現(xiàn)在夏秋季節(jié)。隨著海三棱藨草的生長，生源要素在大氣、植株和沉積物中輸移導(dǎo)致植株體內(nèi)的碳、氮同位素發(fā)生不同程度的動力學(xué)分餾，δ13C和δ15N值夏季最低。 (2)崇明東灘研

4、究點(diǎn)位表層沉積物的有機(jī)碳、全氮、全磷含量表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化。光灘帶表層沉積物中生源要素的含量主要受陸源顆粒物的輸入量及其理化性質(zhì)的影響；而鹽沼帶表層沉積物除了受陸源顆粒物輸入的影響外，同時(shí)還受到海三菱藨草內(nèi)源輸入以及溫度的控制。 (3)對比光灘帶和鹽沼帶沉積物有機(jī)碳剖面的垂向和季節(jié)變化發(fā)現(xiàn)，海三棱藨草對沉積物碳庫的影響十分顯著。隨著海三棱藨草的生長，鹽沼帶沉積物有機(jī)碳含量在春季(4、5月)保持并略有累積，夏季有機(jī)碳庫呈現(xiàn)“碳

5、虧”，秋季9月海三棱藨草死亡分解使沉積物中有機(jī)碳含量增加，沉積物有機(jī)碳庫進(jìn)入“碳盈”期。光灘帶沉積物有機(jī)碳庫的“盈”、“虧”變化取決于陸源顆粒物的輸入。分析進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，鹽沼帶沉積物有機(jī)碳庫主要來源于植物光合作用固定的大氣碳素。 (4)鹽沼帶植被和柱樣沉積物全氮的分析發(fā)現(xiàn)，海三棱藨草吸收同化沉積物中的氮素，通過微生物的反硝化作用轉(zhuǎn)化為N2和N2O，釋放進(jìn)入大氣，且在生長期末通過生物作用以有機(jī)氮的形式重新補(bǔ)充歸還沉積物中。春季(4

6、、5月)，崇明東灘全氮含量保持并略有累積，夏季潮灘沉積物氮庫呈現(xiàn)“虧損”，從秋季9月海三棱藨草的死亡分解使得沉積物中有機(jī)氮含量增加，沉積物氮庫進(jìn)入“盈余”期，周而復(fù)始，實(shí)現(xiàn)氮的循環(huán)。 (5)沉積物通過與海三棱藨草相互作用實(shí)現(xiàn)其磷匯或者磷源功能的轉(zhuǎn)換。夏季高海三棱藨草生物量及高的全磷總量，說明此時(shí)的海三棱藨草群落是磷營養(yǎng)庫，由于海三棱藨草的攝取直接導(dǎo)致沉積物中磷的損失，此時(shí)沉積物為磷源，全磷含量為最低。秋冬季節(jié)枯萎凋落的海三棱藨

7、草以及其地下根系腐解以磷酸鹽的形式轉(zhuǎn)入沉積物中，此時(shí)沉積物從磷營養(yǎng)源轉(zhuǎn)變?yōu)閰R。 (6)在大量研究的基礎(chǔ)上，初步構(gòu)建了潮灘生源要素生物地球化學(xué)循環(huán)的框架模型，通過估算整個(gè)崇明東灘海三棱藨草和沉積物中生源要素的總含量，試圖建立潮灘生源要素的遷移平衡模式?？梢哉f崇明東灘是生源要素的匯集地之一，來源于外源沉積的OC、TN、TP年均總量約為1904t、188t和53t。鹽沼海三棱藨草群落吸收來自沉積物、水域以及大氣中的營養(yǎng)物質(zhì)生長，枯萎

8、死亡后歸還，年歸還量約為12205tOC、302tTN和62tTP，主要補(bǔ)給入沉積物營養(yǎng)庫。鹽沼沉積物生源要素主要來源于外源顆粒物的輸入和植被枯萎后的物質(zhì)歸還，但由于潮灘的復(fù)雜環(huán)境條件，潮灘植被—沉積物系統(tǒng)中的物質(zhì)和能量在植物的光合作用、呼吸作用，微生物的硝化、反硝化作用以及水動力作用的影響下與大氣圈和水圈交換和傳遞都十分活躍，初步估算出沉積物營養(yǎng)庫獲得約為21.21×103tOC、1.21×103tTN和0.46×103tTP的年補(bǔ)給

9、。 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)： (1)注重多學(xué)科交叉、宏觀現(xiàn)象和微觀機(jī)理的結(jié)合，強(qiáng)調(diào)野外定點(diǎn)觀測與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相互結(jié)合，從而確保了研究結(jié)果的可靠性、嚴(yán)謹(jǐn)性和普遍適用性。 (2)系統(tǒng)揭示了崇明東灘濕地鹽沼植被的生物特征和生源要素含量的季節(jié)分布規(guī)律，詳細(xì)論述了植被生源要素的來源、輸送、遷移和轉(zhuǎn)化的過程和機(jī)制。 (3)深入探討了崇明東灘潮間帶沉積物中生源要素的季節(jié)變化和剖面變化，揭示了濕地鹽生植被—沉積物系統(tǒng)的生源要