长江口邻近海域典型站位的沉积记录及其对富营养化演变的指示意义

发布时间：2020-08-04 09:03

【摘要】：沿海经济的快速发展极大地改变了海岸带的生态环境甚至生态系统,导致近海海域严重富营养化。富营养化的加剧为赤潮的发生提供了物质条件，在受人类活动强烈干扰的地区,赤潮发生的频率和强度都在快速增加。其中长江口及其邻近海域已成为我国富营养化最严重的地区，极大影响着该海域的生态环境。因此，研究该海域富营养化和赤潮历史的演变有助于了解其形成机制和发展态势，有助于了解人类活动在赤潮和富营养化关系中的作用。本文选取长江口邻近海域赤潮高发区典型站位的两根柱状沉积物为研究对象，在年代测定的基础上，综合地质动力参数、地球化学参数以及沉积硅藻参数，研究了生源要素(C、N、Si)、沉积硅藻群落组成及其随年代的变化趋势，结合长江口及其邻近海域水体环境的历史调查资料，推测了富营养化在上个世纪以来的发展趋势，讨论了人类活动对长江口及其邻近海域的影响以及与富营养化演变的关系。本文研究的主要结论如下：两根柱状沉积物~(210)Pb测年结果表明，位于东海泥质区的ZC13和ZA3柱状沉积物的沉积年代分别为54年(1955~2009)和139年(1871~2010)，ZC13柱状沉积物的平均沉积速率为0.89cm/yr；ZA3柱状沉积物的沉积速率为：0~25cm为0.71cm/yr，26~115cm为1.78cm/yr。两柱状沉积物高分辨率粒度分析结果显示：ZC13柱状沉积物以砂质粉砂为主，粒径相对较粗，粘土含量相对较少，粒度组成和粒度参数在前10cm变化较频繁；ZA3柱状沉积物由顶部至100cm粒度组分及相关参数变化稳定，粘土含量高，岩性上表现为较细的粘土质粉砂，100cm以后粘土含量明显降低，砂质组分增高，岩性总体上表现为粉砂质砂，粒度参数变化较为频繁，故选择该柱状沉积物0~100cm进行生源要素以及沉积硅藻分析。两根柱状沉积物的岩性均表明其适合生源要素和沉积硅藻的埋藏，有助于从中提取信息。分析测定了两根柱状沉积物生源要素：总有机碳(TOC)、总氮(TN)以及生物硅(BSi)的含量及其变化趋势。结果表明：1970年以前：TOC、TN以及BSi含量在整个柱状沉积物剖面属于较低的水平且变化稳定，说明在这一时期，我国工业化尚未兴起，人类活动对东海影响较少，此海域初级生产力水平处于较低的水平。20世纪70年代初至90年代中期：TOC、TN、BSi含量呈显著上升趋势，显示了上层水体中初级生产力的增高，说明在这一时期，人类活动的干扰增加了陆源物质和营养元素的输入，从而导致长江口及其邻近海域富营养化趋势的增强，造成赤潮爆发的频率和规模越来越大。20世纪90年代中期至今：TOC、TN以及BSi含量呈波动上升趋势。N、P的增加会导致营养盐结构的转变，有利于除硅藻之外的其他藻类的生长，最终导致三个参数均在此时期呈现波动状态。而甲藻赤潮在此时期于东海的大规模爆发恰好证明了这一结论。分析研究了两柱状沉积物中沉积硅藻群落结构的演替特征、方向及其对环境的指示意义。结果表明:两柱状沉积物中硅藻的细胞丰度、生态特征参数（多样性指数、物种丰富度）、以及优势种组成发生了明显演替。硅藻群落的组合特征不同时期之间存在明显差异，硅藻细胞丰度自20世纪70年代开始增加，90年代中期后开始加速增加，这种数量的变动主要是由上层水体沉积的浮游硅藻引起的，浮游硅藻的细胞丰度在20世纪70年代中期以后呈现出明显的上升趋势，90年代中期后上升速度加快，而底栖硅藻的细胞丰度波动不明显。与此同时，赤潮藻的细胞丰度也开始增加。相关时期文献资料表明，该时期水体中由于营养盐的持续输入，导致富营养水平加剧。2000年以后，硅藻的细胞丰度及生态特征参数呈现波动上升状态，与此时期生源要素的波动吻合，赤潮藻的含量亦随硅藻丰度的变化而变化。硅藻丰度总体的增高揭示了水体中营养盐水平的增高，这与相关文献中该海区进行调查所获得营养盐输入的增高的事实相一致。而这种数据随年代的波动也从侧面为一定时期的硅限制提供了依据，反映了水体中富营养水平的进一步增高导致浮游植物群落结构的改变。上述研究表明：生源要素(C、N、Si)的含量变化以及沉积硅藻群落对上世纪以来长江口邻近海域富营养化演变具有指示意义，且得出一致的结论：即长江口邻近海域20世纪70年代富营养化开始出现，90年代中期开始加剧，从而导致越来越多大规模赤潮的爆发。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：X145
【图文】：

中国近海,季节性,环流,途径

图 1.1 中国近海的季节性环流途径(苏纪兰 2001)Fig1.1. The map of seasonal circulation in coasts of China江径流汇入到东海后，在河口外海域与海水混合而形成冲淡水，它是影水化学要素分布、运移的最主要水团之一。其特点是高营养盐、低盐度淡水的路径和它的分布态势是复杂多变的。长江径流量大小及其在各个配变化、我国东南沿岸海面坡度的存在和变化、河口外海域的流场和风化等均可影响到长江冲淡水的扩散和运移(中国海湾志编纂委员会 1998淡水有冬、夏两条扩展途径：冬季，在强劲北风的影响下，径流入海后而顺岸南下，称为冬季浙闽沿岸流的主要淡水源，且流辐狭窄；夏季，水流出口门后，在惯性力的作用下，先以“射形流”的态势直下东南，0′ ~ 122°30′E 区段，开始转向东北，直指济州岛。毛汉礼(1963)首次报道向现象，苏纪兰(2001)将此归为中国近海独特的环流特征之一。在有些季，长江冲淡水越过 34.0°N 纬线达到南黄海的中部。由于不同的季节

工农业发展,硅藻,社会经济,粒度

图 1.2. 本论文思路Fig 1.2. The mentality of the paper2. 论文结构安排根据 2012 年出台的《中国科学院研究生院研究生学位论文撰写规范》安排论文的结构。在致谢、摘要、目录后，正文共分为 5 章。第一章为绪论，包究的内容和意义、国内外研究现状、论文的思路和结构安排；第二章阐述样保存、概述两柱样所在的海区的水体环境和沉积环境，对柱样进行物理性质述，给出年代测定、粒度测定与柱状沉积物稳定性分析的结果，确定所选沉是否有足够的分辨率和保存的信息来反演富营养化的演变；第三章使用生源(TOC、TN、BSi)的分布特征来讨论水体富营养化发展的历史；第四章是利藻的沉积记录及其群落演替来反演水体中营养盐的输入水平，从而对富营养演变进行推断；第五章主要综合二、三、四章的结果再给出结论以及本论文新性；最后是参考文献、附录和作者本人简历。

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8-20 灰褐粘土软颜色较前段偏深21-48 灰褐粘土软泥质偏细表 2.2 ZA3 柱状沉积物分层描述Table 2.2 Layers description of core ZA3层数(cm) 颜色名称粘性稠度岩性状况描述0-10 灰黑粘土中等软泥质偏细11-39 灰黑粘土软泥质偏细40-74 灰褐粉砂质粘土软偶见生物壳体75-99 灰黑粘土软泥质较前段黑且偏细100-140 灰黄粉砂差较硬粉砂含量 90%左右，贝壳富集

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