长江河口到东海的营养动力学外文翻译资料

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长江河口到东海的营养动力学

摘要

在三峡大坝蓄水期间，从长江河口和毗邻的东海采集了水和泥沙的样本。分析了溶解无机物的浓度和有机营养物质，以及颗粒状无机磷和颗粒状有机磷在水柱中（分别为PIP和POP）和沉积物中的无机磷和有机磷（分别为SIP和SOP）。营养动力学也考虑了与长江口相关的盐沼动力学。另外，河水样品是在长江下游每两个月收集的。无机营养物质的溶解浓度，PIP和POP都显示出了时间和空间的变化，并从海岸向近海地区减少。溶解有机氮和磷（P）的浓度显示出不规则的片状分布，但是与浮游植物生物量的分布一致。磷是浮游植物生长的主要限制因素。在各种形式的P中，颗粒P占总P的38-52％。PIP和POP的浓度显示出明显的季节变化，与悬浮颗粒物的发生率相对应。P的堆积率从海岸到近海地区呈现出下降趋势，以及高浓度P的埋藏效率。后者与低PO3- 4通量和高沉积物积累率有关。潜在的生物可利用P估计为总P的65-70％，其中超过三分之二在水柱中再生。长江口的盐沼在河流到近海地区营养运输中起着重要的生态作用，并且增加了P限制。

1. 介绍

河流运输是输送颗粒物以及可溶性物质从陆地到海洋的主要途径。在全球范围内，大型河流可能在这大陆和海洋的联合系统中发挥重要作用。过多的养分排放以及土地利用转化造成的养分比例变化和人为排放引起的富营养化，导致水生食物网的修改并且造成了沿海环境严重缺氧。天然湿地是来自径流和废水中沉积物，营养物质的过滤区域，过滤效率取决于装载率和具体系统的生态和水文特征。世界约有20％人口生活在东亚，这一海洋过程对河流输入有强烈影响的地区。在东亚，近些年的科技发展进步，经济发展，人口增加，因为这些人为扰动（包括土地利用的变化，污染排放的增加

水产养殖）已经导致了对相邻的沿海水域的严峻的压力。除了这些还有来自气候变化强加给海洋的压力。这极大程度上影响了沿海生态系统，例如：藻类的爆发，长江口和珠江口观测到的季节性缺氧。

长江是东亚的主要河流之一。长江上三峡大坝的建造，在2003年大坝的使用，减轻了营养物质和沉积物对东海的压力，对环境和人类健康具有深远的影响。三峡大坝影响了从河流运输到外海的营养成分，预计会使得东海长江口的磷（P）限制较大。研究中我们关于长江口和东海附近营养成分数据基于2001 - 2003年期间的观察数据。河水和海底沉积样本用来估算悬浮颗粒物（SPM）和沉积物中的P生物利用度。研究的目的是调查河口湿地对河流到海域之间的营养运输的影响，并确定影响该系统养分动态的主要因素。研究的结果增强了对长江三峡蓄水期间长江口及东海邻近生态系统生态系统可持续发展的认识。

1. 材料和方法

2.1研究区域

长江是欧亚大陆最长的河流。长江的淡水排放量为每年924.8times;10⁹ m³，沉积物负荷为每年0.5times;10⁹ t注入东中国海（ECS）。ECS是北太平洋西部最大的边缘海域之一, 并注意到初级生产力水平很高，河流的入海量大，特别是长江。ECS循环系统复杂。夏季，长江稀释水（CDW）延伸至东北的对马海峡，冬季则在中国海岸附近的窄带内西南偏西。黑潮流向大陆架边缘东北方向。因为上升流和正面进程驱动在ECS与横断面区域的黑潮之间发生大量的水分和营养交换。台湾暖流是由台湾海峡向北流动的水流和台湾以北地区的黑潮汇聚组成的。长江极丰富的水量和沉积物直接影响了相邻ECS的循环，营养动力学，浮游植物群落和营养结构。长江水富含高浓度的NO- 3和Si（OH）₄（〜100mu;M），但只有很少的PO3- 4（〜1mu;M）。自20世纪50年代以来，长江三角洲长期年平均Si（OH）₄浓度和通量略有下降或保持稳定。然而，NO- 3 和PO3- 4浓度和通量增加，特别是自20世纪80年代以来。近年来，这些变化导致非硅藻类（Prorocentrum dentatum）的繁殖发生率增加而不是硅藻（Skeletonema costatum），并在邻近长江口的ECS附近底层水域频繁出现HABs和季节性缺氧。

位于长江口的崇明岛（482平方公里），是世界上最大的河口冲积岛。东滩湿地是崇明岛以东海域的潮间带湿地，并且是长江口最大的潮滩。这个湿地特别重要，因为它提供了陆地和ECS之间的生物地球化学和生态缓冲。湿地面积的三分之一以上被沼泽植被覆盖，为各种鸟类和野生动植物提供了重要的栖息地。崇明岛东滩湿地的宽度通常为几公里，平均坡度为0.02-0.04％，平均潮汐范围约为2.70米，平均盐度为1-3。基于滩涂的划分，东滩湿地可分为高沼泽，低沼泽和裸露的平地。高沼泽地位于平均潮汐高度（3.11 m）之上，平坦低于平均低潮（0 m），低沼泽为中间区。高沼泽地主要生长了两种植物物种Scirpus mariqueter和S. triqueter，虽然Carex scabrifolia和S. tabernaemontani也生长在高沼泽地。S. mariqueter也长在低沼泽地区，裸地上是没有植被的。S. mariqueter的生物量在高沼泽为745 g m^-2，低沼泽为295 g m^-2。高沼地和低沼泽地都有底栖动物。潮汐系统在研究区域发达，特别是在低沼泽地区。人类活动导致天然湿地面积大幅度减少，已经填海开垦了4.9万公顷。

2.2采样

在2001 - 2003年期间，长江口和ECS采样点进行了现场采样，包括2002 - 2003年四次巡航：August 2002 (R/V Jin Xing 2);November 2002 (R/V Ke Xue 1); February 2003 (R/V Zhe Hai HuanJian); and April–May 2003 (R/V China Hai Jian 47)。在夏季，秋季和冬季巡航中共抽取了7组共28站，春节期间采样了10组的42个站（Fig.1）。在每次取样时，使用20升Niskin瓶在三个深度（表面，中间和近底）收集水样，中间样品的深度取决于水深。收集后，通过预先用0.5％盐酸（pH = 2）预清洗的预先称重的0.45mu;m纤维素乙酸盐过滤器过滤水样品，然后用Milli-Q水冲洗。滤液用饱和HgCl₂固定并储存在黑暗中。返回实验室后，过滤器在50℃下干燥并重新称重以确定SPM的质量。分析样品的无机P（PIP）和颗粒总P（PTP）。

共收集了12个核心沉积物样品（Fig.1）来避免底部沉积物的再悬浮。使用的是内径为9cm和长度为61cm的具有4个子管的多核心实现的。将沉积物岩心以0.5厘米的间隔在上部2厘米处以1厘米的间隔切片以获得较大的深度。在分析沉积物无机磷（SIP）和沉积物总P（STP）之前先冷冻，沉积物样品储存在-20°C。

2001年9月至2003年9月期间，在长江三角洲的南通，每两个月收集河水样本。使用2L聚乙烯瓶子的河道中收集水样。样品通过0.45mu;m过滤器过滤，滤液用饱和HgCl ₂固定。

2001年-2002年期间，东滩湿地进行了六次实地抽样(18 April 2001, 16 June 2001,11 September 2001, 24 October 2001, 12 December 2001 and 22，March 2002). 从高沼泽，低沼泽和裸露的平坦地区收集溪水和地下水进行化学分析（Fig.1）。收集后，将样品立即通过预先清洁的0.45mu;m孔径乙酸纤维素过滤器过滤，滤液加入HgCl_2。

2.3化学分析

使用自动分析仪（Skalar SANplus）分析营养物质（NO- 3 ，NO- 2 ，NH 4，PO3- 4和Si（OH）₄）。总溶解氮（TDN）和总溶解P（TDP）根据Grassholf et al. (1999)的方法测定。对于NO- 3 分析精度为0.06mu;M，NO- 2为0.01mu;M，NH 4为0.09mu;M，PO3- 4为0.03mu;M，Si（OH）₄为0.15mu;M，TDN为0.68mu;M，TDP为0.02mu;M。溶解无机氮（DIN）浓度计算为NO- 3 ，NO- 2 和NH 4的浓度之和。溶解有机氮（DON）和溶解有机磷（DOP）的浓度分别计算为TDN和DIN之差，以及TDP与PO3- 4的浓度之差。

使用Aspila et al.(1976)的方法测定PTP和STP。在550℃下燃烧2小时后，使用1M HCl固定16h从样品中提取P。POP和SOP分别计算为PTP和PIP之差以及STP和SIP之差。中国沿海沉积物标准（GBW07314）的分析显示，总P浓度为19.65plusmn;0.08mu;molg^-1，与认证值（20.85plusmn;1.97mu;molg^-1）相比较。 无机P和总P（n = 5）的分析精度为b 0.5％。

3.结论

3.1长江下游的营养物质

在长江下游，2001 - 2003年期间，NO- 3和Si（OH）₄的溶解浓度变化了1.3-1.4倍，夏季略高于冬季。PO3- 4和NO- 2浓度分别因素分别为2.1和11，冬季出现较高值，夏季值较低。NH 4浓度变化为2.0，并没有明显的季节性变化（Fig.2）。根据全球数据，长江下游PO3- 4的浓度在清洁河水和原始河水浓度之间。长江下游的Si（OH）₄浓度与中国其他主要河流水平相似（Fig.2）。

2001 - 2003年长江淡水排放量分别为11.6times;10³ m³ / s和56.6times;10³ m³ / s，夏季排放量最大，冬季最低，春季中等水平。因此，从河流到海洋的营养运输通量显示出季节性变化，夏季最高，冬季最低。NO- 2通量反而是冬季比夏季更大（Fig.2）。中国其他地区的主要河流在营养负荷（DIN与PO3- 4，R = 0.88; Si（OH）₄对PO3- 4，R = 0.77; Si（OH）₄相对于DIN，R = 0.94）之间观察到强相关性，与以前的研究一致。DIN至PO3- 4的通量比约为118：1，Si（OH）₄至PO3- 4的负载比为57：1，Si（OH）₄与DIN的负载比为0.5：1。这些数据表明，长江下游的养分负荷可能对长江流域以及ECS地区浮游植物生长施加潜在的P限制。

3.2东滩湿地因素

长江口最广泛的滩涂东滩湿地分析表明，NO- 3 ，PO3- 4和Si（OH）₄的浓度一般裸露的地区低于低沼泽地低于高沼泽地，表明随着水流经湿地，营养物减少。相比之下，NO- 2 ，NH 4，DON和DOP的浓度没有明显的变化。湿地中TDN浓度呈季节性变化，夏季最高浓度最高（Fig.3）。研究期间，裸露地区的TDN水平为57至97mu;m，其中NO- 3 占TDN的52-84％，DON占大部分（Fig.3）。在高沼泽地区，TDN浓度在研究期间为14〜67mu;m，NO- 3为3-66％，TDN为13-81％。Si（OH）₄的浓度从裸露的平地，低沼泽到高沼泽一直增加，地下水的平均浓度是溪水中的3.6倍。从裸露的平地移动到低沼泽到高沼泽地的氮（N）和P化合物的浓度中没有观察到明显的变化趋势（Fig.3）。TDN主要由NH 4（67％），其次为DON（29％），NO- 3 和NO- 2 （2％）组成。地下水与溪水中的浓度相比， DIN浓度为2倍，NH 4浓度高15倍，NO- 3浓度降低了37倍。TDP主要由DOP组成（90％）。 地下水中DON和DOP的浓度略高于溪水。

3.3长江口及邻近ECS的水文特征和养分

在夏季，秋季和春季，含有b30盐度的CDW可以影响整个地区的地表水，尽管其影响随深度而降低。然而，在冬季，CDW的效果仅在沿海显现。对近海高盐度海域（N34）入侵观测，在夏季，夏季调查区最南端，秋季最高纬度30°，北纬30°，冬季海拔30.5-31.0°N，、冬季不明显（Fig.4）。水温呈现显着明显的差异，夏季气温最高，冬季最低。水温和盐度都从海岸到近海地区逐渐增加。夏季水的分层明显，水面从地表向下逐渐下降，但在其他季节未见梯度（Fig.4）。SPM含量从海岸减少到近海地区，秋季最高，其次是冬季，春季和夏季。

长江口及邻近ECS养分浓度分析表明，各季养分水平从海岸向近海地区降低（Fig.5）。长江口和邻近的ECS中NO- 3 ，PO3- 4和Si（OH）₄的浓度在近底水域高于地表水，而DON，DOP，NH 4和NO- 2浓度从表面向近底水域降低（Fig.5）。NO- 3 ，PO3- 4和Si（OH）₄浓度随着盐度的增加而降低，与盐度密切相关（P = 0.001）（数据未显示），表明受土地投入的影响，海岸养分浓度较高。然而，根据季节和水深，NO- 2 ，NH 4，DON和DOP浓度没有盐度趋势。

长江口和邻近ECS的养分浓度呈现长江河流输入，生物活动和水流等季节性变化。整个研究区域的平均NO- 3 ，NO- 2 和NH 4水平在夏季最高，春季最低，

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