基于分源物理生态耦合模型研究东海表层溶解无机氮对叶绿素季节变化的影响

东海溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)有四个主要外部来源,包括黑潮、台湾海峡、河流径流和大气沉降。为探究它们的共同作用对东海浮游植物时空变化带来的多重影响,利用添加分源模块的物理-生态耦合模型分析了东海表层不同来源DIN支持的浮游植物(以叶绿素a浓度chlorophylla,chla表征)季节变化与空间分布以及它们之间的响应关系,从而评估多源营养盐对东海陆架表层浮游植物的影响。各来源DIN支持的chl a浓度中,黑潮来源和河流径流来源先后占据主导地位,且除了河流径流来源chl a,其余三种来源chl a季节变化均呈双峰结构。不同来源chl a空间分布特征存在季节变化差异,并且各来源chl a在东海陆架不同季节存在不同的主导区域,这与不同来源DIN供给的物理过程,如环流、混合、层化以及温度变化等密切相关。研究不同来源营养盐对东海浮游植物的影响对理解多重压力下东海生态系统变化有重要意义。

闽江入海断面溶解无机氮长时间序列分析及入海通量估算

为深入研究闽江口富营养化机制,于1985—2021年在闽江入海断面开展了水质监测。采用结合局部加权回归散点平滑法(LOWESS)的季节性肯达尔检验(SK检验)对断面溶解无机氮(DIN)及其各组分浓度变化趋势进行分析,同时结合水文资料对入海通量进行估算。结果表明:DIN浓度范围为0.728~3.140 mg/L,在37年间整体呈上升趋势,但不显著。各组分中NO 2-N和NH 3-N浓度分别呈显著和极显著下降趋势,而NO 3-N浓度呈极显著上升趋势。DIN组分中NO 2-N和NH 3-N比重不断减小,而NO 3-N比重不断增大,目前已成为DIN的主要组成部分。DIN入海通量范围为3.59×104~14.85×104 t,在37年间缓慢增加,其各组分入海通量长期变化趋势同浓度变化类似。从长期来看,DIN及其各组分浓度的变化趋势主要受流域环境变化及下游福州市含氮废水排放影响,而在短期则受台风、降水等一些突发环境事件的影响较大。

渤海莱州湾沉积物-水界面溶解无机氮的扩散通量

为了解不同条件下沉积物中有机物对水体无机氮的贡献，采用野外采样和现场培养法，在１９９７－０５和１９９７－０７莱州湾２个航次进行了沉积物－水界面营养盐扩散通量的实验研究，ＮＯ－３和ＮＨ＋４的扩散通量分别为０．０３８—３．６５ｍｍｏｌ／（ｍ２·ｄ）和０．９６—２．５２ｍｍｏｌ／（ｍ２·ｄ）．培养结果说明充氮或充空气与加氯化汞或不加氯化汞对沉积物－水界面溶解无机氮的扩散通量没有明显影响．莱州湾底部营养盐的扩散通量与其它地区比较处于中等偏上水平．

溶解无机氮在胶州湾沉积物-海水界面上的交换速率和通量研究

应用实验室培养法测定了溶解无机氮(DIN)在胶州湾16个站位沉积物-海水界面上的交换速率.结果表明,NH+4-N,NO-2-N和NO-3-N的交换速率一般分别在-0.5～1.6,0.005～0.67,-2.0～2.8 mmol/(m2@d)范围内.由于间隙水中DIN主要以NH+4-N形态存在,DIN在胶州湾沉积物-海水界面上的交换以NH+4-N的扩散为主,在大部分站位表现为由沉积物向水体的释放,NO-3-N主要来自NH+4-N的硝化反应,而NO-2-N是NH+4-N和NO-3-N之间化学转化过程的中间产物.考虑胶州湾沉积物类型,DIN在胶州湾沉积物-海水界面上的交换通量为9.68×108mmol/d,是河流输入DIN的50%左右,可提供维持胶州湾初级生产力所需DIN的52%.

三亚湾海水温度季节变化及溶解无机氮的垂直分布特征

根据 2 0 0 0年 4月— 2 0 0 1年 3月在三亚湾的定点现场观测资料分析结果表明 :6— 8月份受外来冷水上升流的入侵和影响 ,使该湾水域在该季节形成明显的温跃层 ,底部和中部有明显的低温层。在上升流入侵期间 ,该湾水域平均温跃层强度为 0 .1 3 8— 0 .2 83℃·m- 1 ,最大温跃层强度为 0 .41 9— 0 .440℃·m- 1 ,底部最低水温在 2 2℃左右。 9月—翌年 3月温跃层消失 ,海水混合流动充分 ,温度垂直分布均匀。 3月份水温开始升高 ,至 5月水温总体升至最高 ,并由于高气温及强太阳的辐射作用 ,5月份形成温跃层。溶解无机氮 (DIN)的分布特征表明 ,硝酸盐、亚硝酸盐在冷水上升流入侵季节 ,其含量明显提高 ,比平时分别提高 :1 0 .2 0 %(表层 )、3 7.2 0 %(中层 )、83 .81 %(底层 )和 6 4 .0 4 %(表层 )、82 .96 %(中层 )、1 1 9.41 %(底层 )。氨态氮不直接受上升流影响 ,但季节变化特征明显。

台风暴雨对厦门港湾海水溶解无机氮、磷含量的影响

于1998年10号台风、2000年10号台风碧利斯和2000年6月厦门地区特大暴雨影响期间,在厦门港湾对表层海水溶解无机氮(DIN)、溶解无机磷(DIP)以及盐度、DO、Chl a等相关环境因子进行定点连续观测。描述了台风暴雨期间和恢复期DIN、DIP的变化特征。对水动力因素、底质再悬浮、有机物氧化降解及生物活动等因素的影响进行了初步的探讨。

北黄海溶解无机氮组成、分布及季节变化特征

根据2006~2007年北黄海海区4个航次现场调查资料,分析探讨了该海区的溶解无机氮(DIN)四季组成及分布特征。结果表明:调查海区DIN浓度与1980年代末1990年代初相比有了一定的提高,但仍在国家一类海水水质范围内;在调查海区中部表层春夏秋3个季节存在DIN低值区,最高浓度在2μmol.L-1以下;DIN全年表现为冬季】秋季】春季】夏季。DIN组成和分布具有明显的季节变化,春秋冬3个季节DIN以NO3-N为主要组成部分,夏季NH4-N成为DIN的主要组成部分(59.2%),NO3-N和NH4-N在春季、夏季、秋季的表层浓度较低,底层浓度较高,冬季各层次之间没有明显差异;NO2-N各层次之间没有明显变化。

黄海南部的溶解无机氮

根据 1998年 5月的调查资料 ,分析并讨论了春季黄海南部海区溶解无机氮的分布特征。结果表明 :( 1)因受长江冲淡水及沿岸流的影响 ,NH+4 - N、NO-2 - N浓度的平面分布基本呈周边高、中央低 ,NO-3 - N的浓度则基本呈长江口外海域高、中北部深水区低的分布规律。 ( 2 )调查海域深水区的溶解无机氮存在明显的层化现象 ,且底层等值线上凸密集。 10 m以浅水体 ,NO-3 - N的浓度分布均匀 ,10 m以深水体 ,NO-3 - N的浓度急剧增加 ,且呈现出随深度增加而增加的趋势 ,NH+4 - N、NO-2 - N浓度的垂直分布比较均匀。 ( 3)黄海南部表层叶绿素 a的浓度呈现周边高、中央低的分布特征。

溶解无机氮加富对海带养殖水体无机碳体系的影响

通过室内模拟实验,研究了在海带养殖水体中添加不同浓度的无机氮（NO3--N和NH4＋-N）对海水无机碳体系的影响.结果表明,无机碳体系各组分的变化趋势与无机氮添加浓度和无机氮形态有关.当NO3--N和NH4＋-N浓度范围分别在（4.73～52.78）μmol/L和（2.56～34.66）μmol/L时,DIC、HCO3-和pCO2均随着营养盐浓度的增加呈下降趋势,其中以NO3--3和NH4＋-3组变化最为明显,均达到最低值,分别为2 054、2 112 μmol/L,1 776、1 869 μmol/L,86、114 μatm;而当NO3-N和NH＋N浓度范围分别为（52.78～427.29） μmol/L、（34.66～268.33） μmol/L时,DIC、HCO3-和pCO2随着营养盐浓度的增加,其下降幅度逐渐减弱,但实验结束时DIC、HCO3-和pCO2仍低于对照组.NO3-N对海带养殖水体无机碳体系的影响较NH＋-N明显,加NO3-N组对水体的固碳能力显著高于加NH4＋-N组.当NO3-N和NH4＋-N浓度分别为52.78 μmol/L、34.66 μmol/L时,海带的光合固碳能力达到最大,过高或者过低均会降低海带对水体无机碳的吸收固定.

胶州湾沉积物-海水界面溶解无机氮的迁移特征及其影响因素解析

采用实验室培养法,在原位温度和溶氧条件下,研究了夏、冬季胶州湾沉积物-海水界面溶解无机氮(DIN)的迁移特征。结果表明,夏、冬季胶州湾沉积物-海水界面DIN主要以NO_3-N和NH_4-N的形态进行交换,夏季胶州湾沉积物表现为水体DIN的源,其交换通量为1.64×10~9 mmol/d,可以提供维持初级生产力所需氮的39.3%;而冬季沉积物表现为DIN的汇,其交换通量为–2.12×10~8 mmol/d。利用相关分析和主成分回归分析,研究界面不同形态DIN交换速率和底层环境因子的关系,结果表明,夏季胶州湾沉积物-海水界面DIN的交换主要受沉积物中有机质的矿化、底栖藻类的同化作用和扩散过程共同调控,而冬季则主要受内源有机质的矿化、底栖藻类的同化作用、吸附-解吸和扩散过程共同调控。

渤海湾入海溶解无机氮总量控制研究

基于渤海湾近岸海域的实际调查结果,采取生态物理耦合模型,对渤海湾的主要污染物-溶解无机氮(DIN)的基准环境容量和极小剩余海洋环境容量进行了计算。结果表明,渤海湾DIN的极小剩余海洋环境容量在Ⅰ类和Ⅱ类水质标准下均为负值,渤海湾的DIN已经超标。结合实际的海水功能区水质管理目标,应重点控制非点源的排放,加强上游携带入境污染物的处理,从总量上控制DIN入海污染通量,改善渤海湾水质。

2013年夏秋季黄海溶解无机氮的分布及季节变化特征

依据2013年夏季和秋季对黄海海域两个航次的调查结果,对该海域溶解无机氮的季节变化,垂直变化,平面分布状况及其影响因素进行了初步分析和探讨。结果表明,该海域溶解无机氮的分布及组成存在明显的季节性:秋季NO3-N的平均浓度为(7.09±4.15)μmol/dm3,远高于夏季(3.21±3.31)μmol/dm3;夏季NH4-N含量(0.99±0.95)μmol/dm3较秋季(0.79±0.82)μmol/dm3高;夏、秋两个季节溶解无机氮的主要组成部分均为NO3-N,其比例约为70%和90%。受浮游植物生长、海水层化以及黄海冷水团存留的影响,调查海域夏季表层溶解无机氮的浓度较低,底层浓度较高;此外,研究海域表层溶解无机氮的分布明显受陆源输入控制,表层溶解无机氮的整体呈现出近岸高外海低的现象,NH4-N的高值区主要出现在靠近城市的近岸海区。该论文可以为该海域氮盐的海洋化学循环研究及赤潮等有害藻华的预防提供科学的理论依据。

黄海溶解无机氮及颗粒有机氮收支与转化模型

为了解黄海氮营养盐的循环规律与收支情况,利用一个高分辨率物理-生物地球化学耦合模型(ECSECOM),模拟了黄海溶解无机氮(DIN)、颗粒有机氮(PON)的循环收支情况,分析了各源汇项的空间分布特征及季节变化规律及不同形态之间转化规律.结果表明:黄海DIN浓度在春、夏季较低,秋、冬季恢复至高水平.PON浓度在冬、春季较低,在夏、秋季有升高的趋势.浮游植物光合作用和呼吸作用是DIN最主要的汇和源,初级生产消耗的DIN中29.47%由水体内碎屑物质矿化分解提供,外源输入的DIN占总浮游植物生长需求的14.60%.浮游植物死亡是PON最大的源,沉积物为PON的净汇.大气氮沉降对黄海的影响范围全面,底沉积物释放和河流输入的DIN对黄海的影响是局地的.从PON与DIN之间的循环转化来看,PON中有48.50%转化为DIN,其余大部分都沉积到海底界面,而DIN向PON的转化率为38.85%.

北海湾近10年来溶解无机氮含量变化及其与环境因子的关系

根据北海湾1995～2004年10a间8个航次的调查资料,分析研究了该湾溶解无机氮的含量变化及其与环境因子的关系。结果表明:该湾溶解无机氮(DIN)含量具有春夏季较高、秋冬季较低的变化特点,突出了南流江迳流的重大贡献作用;在DIN中,所有航次均具有NO3含量较高、NH4+含量次之、NO2含量最低的分布特征,而且除2004年秋季外,NO3所占DIN的比值均在63.38%以上,已成为该湾DIN的主要存在形式;通过不同时期的对比分析,得出该湾DIN具有春秋季显著上升、冬夏季显著下降的变化规律,增养殖排废起主导影响作用;相关分析显示,DIN与环境因子之间的相关性,以与盐度出现的机率最多、显著性也最高,与COD的相关性次之,与其余环境因子的相关性依次排列为pH>DO>Chl.a,与3种形态氮之间则以NO3和NO2最为密切,7个航次达到了显著正相关水平,而与NH4+的显著正相关只出现在迳流影响较小的秋冬季节。

象山港溶解无机氮环境容量研究

综合考虑凫溪、颜公河、郭巨大碶等10个陆源污染物入海口的影响,建立了象山港三维水质模型并对该海域溶解无机氮(Dissolved Inorganic Nitrogen,DIN)时空分布进行了数值模拟。结合象山港海域功能区划要求,通过调整各入海口DIN最低排海浓度(Rmin)的取值范围设置了四类情境,基于排海通量最优化法计算了对应情境下象山港DIN的环境容量。结果表明,象山港DIN环境容量随Rmin的增大而减小,其范围介于127.16~274.17 t/a;同时Rmin的增大也导致各入海口DIN排海通量需要削减,按削减优先程度,可将各入海口划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四级,入海口所处海域水体半交换时间越长、DIN年排海通量越大,相应的削减优先程度越高。

环渤海三省一市溶解态无机氮容量总量控制

对溶解无机氮（DIN）容量总量控制实施的具体原理和方法进行了研究。1979～2005年渤海DIN排海通量总体上呈“N”形变化趋势,年均入海通量34×10^4t/a。基于多介质海洋环境中的迁移-转化箱式模型,推算出在Ⅰ类、Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类海水水质标准下渤海DIN极小海洋环境容量分别为（22,29,38,47）×10^4t/a。分配容量优化结果表明,在在国家Ⅰ类、Ⅱ类海水水质标准条件下,2010年辽宁、河北、天津和山东三省一市DIN排放量均超过其最大允许排放量,均需不同程度的削减,平均削减预计排放量的37%和29%。

长江口及其邻近水域溶解无机氮的分布变化特征

根据2004年4个航次的调查资料，研究了长江口及其邻近水域溶解无机氮的分布变化特征。结果表明，高浓度溶解无机氮集中分布在河口附近。一般来讲，近岸硝酸盐浓度上层高于下层，远岸与之相反。由于生物和化学作用的影响，亚硝酸盐和铵盐垂直断面分布较为复杂。随着长江径流量的增加与减小、冲淡水势力范围的扩大与缩小，硝酸盐季节分布随之变化，然而，亚硝酸盐春季浓度较高，铵盐冬季浓度远大于其它季节。各月DIN／PO4-P比值远高于Redfield比值。与1985～1986年相比，20余年溶解无机氮增加了2．2倍，DIN／PO4-P比值升高了1．4倍，这主要取决于溶解无机氮浓度的增加。溶解无机氮在河口的转移除了生物活动的影响外，主要受海水稀释作用的控制。

非点源污染研究中土壤溶解性无机氮的提取方法选择

用2M KCl溶液(5:1)、饱和CaSO4溶液(5:1)、0.01M CaCl2溶液(20:1,100:1) 和去离子水(20:1,100:1)4种提取液、6种提取方式,采用Auto-analyzerⅢColorimeter (Bran Luebbe),水杨酸-次氯酸盐法和Griess-Ilosvay法测定并对比了北京地区4种天然土样的溶解性氨氮和硝态氮的含量。研究结果表明:溶解性硝态氮的测定结果不受提取液和水土比(小于100:1)的影响,而溶解性氨氮测定结果受影响较大。在非点源污染研究中,对于土壤中可向水体迁移的溶解性无机氮含量的测定,应根据来水水源特征和研究目的选择适宜的浸提剂和水土比。

长江河口潮区界溶解态无机氮磷的通量

利用长江河口潮区界大通站的水质资料探讨了溶解态无机氮、磷浓度和通量的变化。结果表明 :NO-3、NH+4、DIN的浓度随季节变化不明显 ,而NO-2 、PO3-4的浓度是枯季较高、洪季较低 ;1963～ 1984年间 ,NO-3、NO-2 、NH+4、DIN和PO3-4的年平均浓度分别为 17.1、0 .4 3、7.1、2 4 .7、0 .19μmol/L ,平均通量分别为 3 3 .1、0 .5 1、3 .67、10 .5和 0 .5 4kg/s ,平均年通量分别为 10 4 .4 4、1.61、11.5 6、3 3 .1和 1.70万t;溶解态无机氮、磷的通量由于受到流量的影响而在年内分配不均匀 ,其中NO-3、NO-2 、NH+4、DIN和PO3-4在洪季的通量分别为全年的 72 .9%、5 8.1%、69.2 %、71%和 68.3 % ;NO-3、NO-2 、DIN年通量的总变化趋势是稳步上升 ,且与氮肥使用量成高度显著的正线性相关。1998年 ,NO-3、NO-2 、NH+4和PO3-4的年通量分别为 4 77.3、1.3 5 6、3 .0 97和 2 .2 96万t。

长江河口淡水端溶解态无机氮磷的通量

1998年 2和 9月在长江河口淡水端连续观测了DIN (NO-3 ,NO-2 ,NH+ 4) ,PO3 -4 ,流速和流向 .结果表明 ,溶解态无机氮、磷浓度的时空变化较复杂 ;1 998年 2月NO-3 ,NO-2 ,NH+ 4和PO3 -4 的月通量分别为 1 6 82 4 1 ,974 4 ,1 9335和 2 6 48t,9月的月通量分别为 90 56 78,831 7,5797和 6 2 81t;1 998年NO-3 ,NO-2 ,NH+ 4和PO3 -4年通量分别为 4 97 1× 1 0 4,3 91 1× 1 0 4,1 0 2 2× 1 0 4和 4 1 55× 1 0 4t.