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  • ISSN 1007-6336
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胶州湾与大亚湾不同类型湿地对无机氮磷的净化评估

罗满华 李海龙 肖凯 黄浩

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胶州湾与大亚湾不同类型湿地对无机氮磷的净化评估

    作者简介: 罗满华(1991-),男,江西吉安人,博士研究生,主要从事滨海含水层地下水流及溶质运移的数值模拟及其生态环境效应研究,E-mail:manhualuo2015@163.com;
    通讯作者: 李海龙(1965-),教授,E-mail:hailongli@cugb.edu.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金重点项目(41430641);国家重点基础发展973项目(2015CB452902)
  • 中图分类号: X143

Purification evaluation of DIN and DIP in different types of wetlands in Jiaozhou bay and Daya bay

  • 摘要: 为分析不同类型湿地对无机氮磷(DIN和DIP)的净化能力,本文以胶州湾与大亚湾两个典型海湾为例,利用定量计算的海水-地下水交互速率计算海湾湿地的净化能力。结果表明:胶州湾存有沙滩,泥滩,河口潮间带和潮沼四种典型湿地类型,不同类型湿地对DIN的净化能力排序为泥滩>沙滩>河口潮间带>潮沼,对DIP的净化能力排序为沙滩>泥滩>河口潮间带>潮沼,对DIN和DIP的净化能力分别为2.11×105 ~4.23×105 mol/d和4.29×102 ~8.22×102 mol/d,估算出由于填海造地等人类活动导致脱氮量减少3.1~5.4 t/d。大亚湾主要有红树林泥滩,沙滩和泥质沙滩三种湿地类型,不同类型湿地对DIN的净化能力排序为红树林泥滩>沙滩>泥质沙滩,对DIN的净化能力为4.22×107 mol/d,并估算出由于大亚湾红树林泥滩和沙滩湿地面积的减少使得泥滩和沙滩湿地脱氮量分别减少了约为1.33×102 t/d和0.81 t/d。
  • 图 1  胶州湾主要的四种不同类型湿地图

    Figure 1.  Four different types of wetlands in Jiaozhou bay

    图 2  大亚湾主要的三种不同类型湿地图

    Figure 2.  Three different types of wetlands in Daya bay

    图 3  胶州湾不同湿地类型的净化速率

    Figure 3.  Purification rates of different types of wetlands in Jiaozhou bay

    图 4  大亚湾不同湿地类型的净化速率

    Figure 4.  Purification rates of different types of wetlands in Daya bay

    表 1  大亚湾1986-2015年湿地面积变化(单位:km2

    Table 1.  Wetland area changes in Daya bay from 1986 to 2015 (Unit: km2)

    序号湿地类型2015年1986年变化
    1沙质54.11572.89
    2泥沙质36.7635.9−0.86
    3泥质92.93114.3521.42
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    表 2  胶州湾不同类型湿地无机氮磷/(μM)和SGD/(cm·d−1)

    Table 2.  DIN, DIP/(μM) and SGD/(cm·d−1) of different types of wetlands in Jiaozhou bay

    湿地类型位置DIN/μMDIP/μMSGD/cm·d−1参考文献
    沙滩内陆(1.23±0.01)×1020.32±0.017.6±1.7[19]
    海向(4.35±0.01)×1010±0.01
    泥滩内陆(1.17±0.01)×1030.63±0.010.71±0.17
    海向(8.66±0.01)×1020.31±0.01
    潮沼内陆(1.15±0.14)×1031.75±1.01(5.8±1.4)×10-2
    海向(6.01±0.84)×1022.11±1.22
    河口潮间带内陆(1.56±0.01)×1032.73±0.01(3.6±0.94)×10-3
    海向(1.48±0.01)×1030.61±0.01
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    表 3  大亚湾不同类型湿地无机氮磷/(μM)和SGD/(cm·d−1)

    Table 3.  DIN, DIP/(μM) and SGD/(cm·d−1) of different types of wetlands in Daya bay

    湿地类型位置DIN/μMDIP/μMSGD /cm·d−1参考文献
    沙滩内陆(6.64±0.01)×1022.05±0.011.48[18]
    海向(1.74±0.01)×1011.31±0.01
    泥沙滩内陆(2.14±0.01)×101(2.00±0.01)×10−14.06[19]
    海向4.00±0.014.30±0.01
    红树林泥滩红树林泥滩脱氮作用速率为2.07 g/(m·d)[20]
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    表 4  胶州湾不同类型湿地对营养盐物质的净化能力

    Table 4.  Nutrient purification capacities of different types of wetlands in Jiaozhou bay

    潮沼河口潮间带泥滩沙滩
    面积/km20.65147818
    SGD/cm·d−1(3.6±0.94)×10−3(5.8±1.4)×10−20.71±0.177.6±1.7
    DIN/μM(内陆-海向)(0.08±0.02)×103(5.49±2.24)×102(3.04±0.11)×102(7.95±0.11)×101
    DIP/μM(内陆-海向)2.12±0.020.25±1.620.32±0.020.32±0.02
    单位面积净化能力(DIN)/μmol·(m2·d)−13.07±1.47(3.50±2.05)×102(2.18±0.59)×103(7.88±3.26)×103
    单位面积净化能力(DIP)μmol·(m2·d)−1(7.65±2.06)×10−20.10±1.242.31±0.69(2.47±0.70)×103
    总净化能力(DIN)/mol·d−11.99±0.96(4.90±2.86)×103(1.70±0.46)×105(1.42±0.57)×105
    总净化能力(DIP)/mol·d−1(4.97±1.34)×10−21.45±17.40(1.80±0.54)×102(4.44±1.25)×102
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    表 5  大亚湾不同类型湿地对营养盐物质的净化能力

    Table 5.  Nutrient purification capacities of different types of wetlands in Daya bay

    红树林泥滩泥质沙滩沙滩
    面积/km292.9336.7654.11
    SGD/cm·d−11.484.06
    DIN/μM(内陆—海向)(1.74±0.11)×101(4.90±0.02)×102
    DIP/μM(内陆—海向)−4.10±0.010.74±0.02
    单位面积净化能力(DIN)/μmol·(m2·d)−14.44×105(2.58±0.01)×102(1.99±0.01)×104
    单位面积净化能力(DIP)/μmol·(m2·d)−1(−6.07±0.02)×10130.04±0.81
    总净化能力(DIN)/mol·d−14.12×107(9.47±0.06)×103(1.07±0.01)×106
    总净化能力(DIP)/mol·d−1(−2.23±0.006)×103(1.62±0.04)×103
    注:-表示数据未按照公式(10)进行计算,大亚湾红树林泥滩净化能力通过沉积物中微生物脱氮作用计算得到
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-04
  • 录用日期:  2019-10-29
  • 网络出版日期:  2020-01-06

胶州湾与大亚湾不同类型湿地对无机氮磷的净化评估

    作者简介:罗满华(1991-),男,江西吉安人,博士研究生,主要从事滨海含水层地下水流及溶质运移的数值模拟及其生态环境效应研究,E-mail:manhualuo2015@163.com
    通讯作者: 李海龙(1965-),教授,E-mail:hailongli@cugb.edu.cn
  • 1. 中国地质大学(北京) 水资源与环境学院,北京 100083
  • 2. 南方科技大学 环境科学与工程学院,广东 深圳 518055
  • 3. 自然资源部第三海洋研究所,福建 厦门 361005
基金项目: 国家自然科学基金重点项目(41430641);国家重点基础发展973项目(2015CB452902)

摘要: 为分析不同类型湿地对无机氮磷(DIN和DIP)的净化能力,本文以胶州湾与大亚湾两个典型海湾为例,利用定量计算的海水-地下水交互速率计算海湾湿地的净化能力。结果表明:胶州湾存有沙滩,泥滩,河口潮间带和潮沼四种典型湿地类型,不同类型湿地对DIN的净化能力排序为泥滩>沙滩>河口潮间带>潮沼,对DIP的净化能力排序为沙滩>泥滩>河口潮间带>潮沼,对DIN和DIP的净化能力分别为2.11×105 ~4.23×105 mol/d和4.29×102 ~8.22×102 mol/d,估算出由于填海造地等人类活动导致脱氮量减少3.1~5.4 t/d。大亚湾主要有红树林泥滩,沙滩和泥质沙滩三种湿地类型,不同类型湿地对DIN的净化能力排序为红树林泥滩>沙滩>泥质沙滩,对DIN的净化能力为4.22×107 mol/d,并估算出由于大亚湾红树林泥滩和沙滩湿地面积的减少使得泥滩和沙滩湿地脱氮量分别减少了约为1.33×102 t/d和0.81 t/d。

English Abstract

  • 滨海湿地是海岸陆地生态系统和海洋生态系统之间的重要生态交错带,被喻为“海洋之肾”,具有不可替代的生态效益如提供丰富的资源,维持生物多样性,调节气候和水文,净化污染物,保护海岸线及控制侵蚀等,经济效益如提供水资源,能源和矿物质等和社会效益如旅游,教育和科研等[1]。由于滨海湿地存有丰富的资源和优越的环境,人类对其进行大规模的开发利用,导致滨海湿地大面积丧失与生态退化。自20世纪50年代到21世纪初我国滨海湿地面积已损失约为219×104 hm2,其中天然红树林面积减少约为73%[2]。不合理的围填海,水污染严重以及气候条件变化是滨海湿地面积减损的重要驱动力,尤其体现在北方潮间带滩涂和南方红树林等滨海类型湿地面积的减少,而湿地面积减少和功能退化又导致其影响气候调节作用以及水质净化能力的下降[3-4]

    滨海湿地根据植物生长状况和沉积物类型主要可分为淤泥质海湾湿地、砂砾质海湾湿地、红树林或盐沼海湾湿地、基岩质海湾湿地等[5],这些湿地空间分布与动态变化对海湾环境起着至关重要的作用,尤其体现在营养物质的转化和净化能力方面。研究表明滨海不同类型湿地的沉积物孔隙水中营养盐平均质量浓度不同以及营养盐浓度分布随深度变化[6],营养盐在沉积物中将发生各种物理,化学和生物作用,并且这些作用之间相互影响[7]。滨海湿地能固定和沉积营养物质,湿地中的水生植物,底栖动物以及微生物对该物质存有很强的净化作用[8-10]。而滨海湿地的净化作用对于保持生态平衡起着非常重要的作用。

    鉴于滨海湿地的特殊性以及其对于人类生产生活的重要性,并且国内针对海湾不同类型湿地对营养物质的净化能力的定性和定量评价研究仍然较少。本文以胶州湾与大亚湾两个典型海湾不同类型湿地为研究对象,分析两个海湾的湿地面积变化以及利用不同类型湿地的海水-地下水交互速率计算出其对无机氮磷的净化能力以及估算由于人类活动(填海造陆)导致的海湾湿地减少的脱氮量,旨在为滨海湿地生态保护和湿地资源可持续利用提供科学依据。

    • 胶州湾是一个典型的半封闭海湾,位于山东半岛东南端,平均水域面积为367 km2,广阔的潮间带湿地占海域总面积的30%左右。湾内平均水深7 m。湾口最窄处只有3.1 km。流入胶州湾的河流主要有洋河、大沽河、墨水-白沙河及李村河[11]。胶州湾西北部为第四系松散沉积区,西部为砂岩和砾岩,南部为花岗岩和火山岩错杂分布区,东部为崂山花岗岩,北部为火山杂岩。胶州湾海岸是以基岩港湾海岸为主,但也有砂质,粉砂淤泥质平原海岸和典型的充填型河口海岸[12]。根据2015年的野外实地勘察,胶州湾潮间带主要可分为四种典型类型湿地(图1),包括沙滩、粉砂淤泥滩(以下简称泥滩)、潮沼和河口潮间带,面积分别为18 km2,78 km2,0.65 km2和14 km2,泥滩面积最大而潮沼面积最小[13]。胶州湾湿地面积在1935年为418.8 km2,2018年为278.5 km2,通过计算得出胶州湾湿地面积减少了140.3 km2,占1935年原海湾湿地面积(418.8 km2)的33.5%[14]

      图  1  胶州湾主要的四种不同类型湿地图

      Figure 1.  Four different types of wetlands in Jiaozhou bay

    • 大亚湾是一个半封闭性的亚热带海湾,位于中国广东省南部 (图2)。大亚湾总面积650 km2,水域面积达600 km2,黄金海岸线52 km,湾口朝南,东西宽约为15 km,南北长约30 km,水深5~18 m。大亚湾海域主要的有4条入海河流,其中流量最大是位于大亚湾西北部的淡澳河,以及位于大亚湾东北部的黄苏洲河、竹园河和白云河[15-16]。大亚湾属于山地溺谷型海湾,东、西、北三面环山,南部为海。大亚湾的海岸存有基岩海岸、沙滩海岸、砂砾滩海岸、淤泥质海岸和红树林海岸。基岩海岸主要分布在大亚湾的西南部,沙滩海岸主要分布在大亚湾的东南部,在东北部和西部的河流的河口地区,广泛分布着各种各样的红树如秋茄,无瓣海桑,老鼠簕等[17]。根据统计1986年大亚湾湿地类型主要可分为沙滩、泥沙滩和泥滩,泥滩主要为红树林泥滩,基本未受人类活动干扰。1986-2015年间大亚湾不同类型湿地面积分布情况发生了变化,具体湿地面积变化[14]表1所示:相比于1986年,大亚湾湿地面积减少了23.48 km2,占湿地总面积的11.32%,主要减少的湿地类型为红树林泥滩和沙滩类型,分别为21.42 km2和2.89 km2,具体如表1

      图  2  大亚湾主要的三种不同类型湿地图

      Figure 2.  Three different types of wetlands in Daya bay

      序号湿地类型2015年1986年变化
      1沙质54.11572.89
      2泥沙质36.7635.9−0.86
      3泥质92.93114.3521.42

      表 1  大亚湾1986-2015年湿地面积变化(单位:km2

      Table 1.  Wetland area changes in Daya bay from 1986 to 2015 (Unit: km2)

    • 胶州湾不同类型湿地的取样时间为2015年7月21日-2015年7月25日。胶州湾沙滩剖面采集的是井1和井3水样(共九个样)数据,泥滩剖面采集的是井2和井5水样(共两个样)数据。潮沼剖面采集的是洋河左右两边分别为井1和井3水样(共四个样)数据。河口潮间带剖面采集的是井1和井4水样(共两个样)数据[13]。大亚湾不同类型湿地的取样时间为2015年12月24日-2015年12月26日。大亚湾沙滩剖面采集的是井1和井5水样(共两个样)数据[18],泥沙滩剖面采集的是内陆井和井5水样(共两个样)数据[19]。每个剖面地下水的采集都是使用蠕动泵和Pushpoint抽取。取样前先用少量样品润洗,水样采集后通过0.45 μm孔径的醋酸纤维滤膜进行过滤,4℃冷藏保存运回实验室进行测试。大亚湾红树林泥滩还进行了沉积物取样(图2),通过采集一根长70 cm,宽9.8 cm的沉积柱样,利用美国土壤DNA离析设备(Mobio, USA)等设备仪器来检测潜在的氮转化速率等微生物脱氮作用参数[20]

      通过采集不同类型湿地的内陆和海向不同位置的水样进行分别测定不同水样的无机氮磷浓度。采集的地下水和海水水样中的营养盐(NO3-N、NO2-N、NH4-N、DIP)是利用全自动营养盐分析仪(LACHAT QuikChem8500S2)进行测量,总氮、总磷采用碱性过硫酸钾氧化后测定。各种营养盐测量的方法如下:NH4-N,纳氏试剂比色法;NO2-N,重氮偶合分光光度法;NO3-N,镉柱还原法;DIP,磷钼蓝分光光度法。

    • 海水-地下水相互交换速率是利用广义达西定律进行计算。野外监测仪器(LTC水位仪)都进行了相应的系统误差校正,保证数据的准确性[21]。胶州湾潮沼剖面和河口潮间带剖面是基于“单井法”来估算垂向上的水流相互交换速率[22],胶州湾沙滩,泥滩和大亚湾沙滩和泥沙滩是基于“对井法”来估算垂向上的水流相互交换速率[23-25],具体计算公式如下:

      式中:qn为海水-地下水界面垂向交换速率[LT−1];KV为垂向淡水渗透系数[LT−1];hW为等效淡水水头[L];hsurface[L]在被海水淹没时等于海潮水头(htide)而在地表出露时等于地表高程(E);CWCS分别表示孔隙水的浓度[ML−3]和海水浓度[ML−3];huphlow分别为观测井上部、下部LTC水位仪所在位置的等效淡水水头[L];$\varDelta L$为两个传感器探头之间的距离[L]为0.528 m。CupClow分别为观测井上部、下部LTC水位仪所在位置的盐度[ML−3];$\delta $是淡水与咸水动力黏滞系数的比值[-]:

      式中:${\mu _0} = 0.001$ kg/(m·s)为淡水在20 ℃时的动力粘滞系数;u为孔隙水的动力粘滞系数[ML−1T−1];$\xi $=1.566×10−3 m3/kg为比例常数;C表示孔隙水的浓度[ML−3];$\varepsilon $为常数,等于7.143×10−4 m3/kg;$\rho $为地下水密度[ML−3];${\rho _0}$=998.2 kg/m为淡水在20 ℃下的密度。

      根据方程(1)和(2),得出整个监测期间,每口井处的平均流出速率qout和海底地下水排泄速率(submarine groundwater discharge, SGD),具体计算公式如下:

      式中:tote分别为观测的起始和结束时间,井Wi的坐标为Xii=1,2,...,n),剖面上总SGD可以通过沿x轴的积分来估算。具体内容可参见文献[13]。

      通过利用上述中的“单井法”和“对井法”分别计算出胶州湾与大亚湾不同类型湿地的海底地下水排泄速率。再利用不同类型湿地的海水-地下水交互速率与垂直于海向的两个不同位置(内陆和海向)的无机氮磷浓度估算出不同类型湿地对无机氮磷的净化能力。由于大亚湾红树林泥滩存有潮沟,利用“对井法”进行估算海水-地下水相互作用速率并不适用于该类型湿地,故大亚湾红树林泥滩通过沉积物中微生物脱氮作用来计算红树林泥滩对于无机氮的净化能力。胶州湾与大亚湾不同类型湿地不同位置(内陆和海向)的无机氮磷浓度值以及SGD值得到表2表3

      湿地类型位置DIN/μMDIP/μMSGD/cm·d−1参考文献
      沙滩内陆(1.23±0.01)×1020.32±0.017.6±1.7[19]
      海向(4.35±0.01)×1010±0.01
      泥滩内陆(1.17±0.01)×1030.63±0.010.71±0.17
      海向(8.66±0.01)×1020.31±0.01
      潮沼内陆(1.15±0.14)×1031.75±1.01(5.8±1.4)×10-2
      海向(6.01±0.84)×1022.11±1.22
      河口潮间带内陆(1.56±0.01)×1032.73±0.01(3.6±0.94)×10-3
      海向(1.48±0.01)×1030.61±0.01

      表 2  胶州湾不同类型湿地无机氮磷/(μM)和SGD/(cm·d−1)

      Table 2.  DIN, DIP/(μM) and SGD/(cm·d−1) of different types of wetlands in Jiaozhou bay

      湿地类型位置DIN/μMDIP/μMSGD /cm·d−1参考文献
      沙滩内陆(6.64±0.01)×1022.05±0.011.48[18]
      海向(1.74±0.01)×1011.31±0.01
      泥沙滩内陆(2.14±0.01)×101(2.00±0.01)×10−14.06[19]
      海向4.00±0.014.30±0.01
      红树林泥滩红树林泥滩脱氮作用速率为2.07 g/(m·d)[20]

      表 3  大亚湾不同类型湿地无机氮磷/(μM)和SGD/(cm·d−1)

      Table 3.  DIN, DIP/(μM) and SGD/(cm·d−1) of different types of wetlands in Daya bay

    • 沉积物中潜在的反硝化和氨氧化速率是利用修改的MIMS方法来检测,通过预孵化过程中产生的29N230N2被薄膜进样质谱(MIMS, Hiden)进行检测,利用此方法计算氨氧化和反硝化的速率以及各自对N2产生的贡献率,具体计算公式如下[26]

      式中:RD (nmol N g−1 h−1)表示基于反硝化的总的15NO3-15N的浓度;D29 (nmol N g−1 h−1) 反硝化产生29N2的速率;Fn表示15N在总硝态氮NO3-N的比例;P30 (nmol N g−1 h−1)表示总30N2的产出速率;潜在的氨氧化速率利用下面的公式计算[20]

      式中:RA(A29)和P29 (nmol N g−1 h−1)分别表示潜在的氨氧化速率(或者氨氧化反应产出29N2的速率)和总29N2的产出速率。

    • 不同类型湿地对无机氮磷的净化能力不同,利用不同类型湿地的海底地下水排泄速率和内陆与海向的无机氮磷浓度初步估算出不同类型湿地对无机氮磷的净化能力。不同类型湿地对无机氮磷的总净化能力计算公式如下:

      式中:SGD为不同类型湿地的海底地下水排泄速率[LT−1];C内陆C海向分别表示内陆和海向观测井中DIN和DIP浓度[ML−3];S为不同类型湿地所占有的面积[L2]。

      海湾湿地减少的脱氮量与很多因素有关,比如湿地面积减少,海域湿地已承纳营养盐物质量,湿地生物量等[27],本文主要考虑不同类型湿地面积的减少对湿地脱氮量的影响,海湾湿地减少的脱氮量等于湿地净化速率与湿地减少面积的乘积。

    • 通过野外观测,现场取样以及室内测样得到的数据可以初步估算出胶州湾不同类型湿地对无机氮磷的净化能力。通过上述公式(10),利用内陆和潮间带孔隙水中无机氮磷数据以及海底地下水排泄速率计算得到胶州湾不同类型湿地的净化能力。

      利用胶州湾不同类型湿地对DIN和DIP的净化能力不同,计算得出不同类型湿地对DIN净化能力排序为泥滩>沙滩>河口潮间带>潮沼,具体值分别为1.66×105 mol/d,1.10×105 mol/d,4.49×103 mol/d和1.96 mol/d,不同类型湿地对DIP净化能力排序为沙滩>泥滩>河口潮间带>潮沼,具体值分别为4.40×102 mol/d,1.77×102 mol/d,2.92 mol/d和0.05 mol/d。图3显示胶州湾不同类型湿地的对DIN和DIP的净化速率不同,净化速率由大到小基本排序为沙滩>泥滩>河口潮间带>潮沼(DIN中沙滩和泥滩排序除外)。

      图  3  胶州湾不同湿地类型的净化速率

      Figure 3.  Purification rates of different types of wetlands in Jiaozhou bay

      由于近些年城市的发展,自1935年以来,胶州湾的湿地面积减少了约140.3 km2(主要为胶州湾西北部和东北部的泥滩),占原海湾湿地面积(1935年)418.8 km2的33.5%[14]。通过表4计算出胶州湾泥滩的脱氮速率为0.0223~0.0388 g/(m2·d),从而估算出由于填海造地等人类活动导致胶州湾湿地脱氮量减少为3.1~5.4 t/d。

      潮沼河口潮间带泥滩沙滩
      面积/km20.65147818
      SGD/cm·d−1(3.6±0.94)×10−3(5.8±1.4)×10−20.71±0.177.6±1.7
      DIN/μM(内陆-海向)(0.08±0.02)×103(5.49±2.24)×102(3.04±0.11)×102(7.95±0.11)×101
      DIP/μM(内陆-海向)2.12±0.020.25±1.620.32±0.020.32±0.02
      单位面积净化能力(DIN)/μmol·(m2·d)−13.07±1.47(3.50±2.05)×102(2.18±0.59)×103(7.88±3.26)×103
      单位面积净化能力(DIP)μmol·(m2·d)−1(7.65±2.06)×10−20.10±1.242.31±0.69(2.47±0.70)×103
      总净化能力(DIN)/mol·d−11.99±0.96(4.90±2.86)×103(1.70±0.46)×105(1.42±0.57)×105
      总净化能力(DIP)/mol·d−1(4.97±1.34)×10−21.45±17.40(1.80±0.54)×102(4.44±1.25)×102

      表 4  胶州湾不同类型湿地对营养盐物质的净化能力

      Table 4.  Nutrient purification capacities of different types of wetlands in Jiaozhou bay

    • 通过野外观测,现场取样以及室内测样得到的数据可以初步估算出大亚湾不同类型湿地对无机氮磷的净化能力。大亚湾的湿地类型主要分为沙滩,泥质沙滩以及红树林泥滩三大类。对于沙滩和泥质沙滩,通过公式(10),利用内陆和潮间带孔隙水的无机氮磷浓度数据以及海底地下水排泄速率计算得出大亚湾不同类型湿地的净化能力参数。对于大亚湾红树林泥滩,总面积能达到92.93 km2,通过微生物等脱氮作用影响的湿地平均厚度估计为3 m,计算得到大亚湾红树林泥滩湿地平均脱氮速率为2.07 g/(m3·d),其中包括了平均反硝化作用的脱氮速率为1.84 g/(m3·d)和厌氧氨氧化作用的脱氮速率为0.23 g/(m3·d) [20]。大亚湾不同类型湿地对DIN的净化能力排序为红树林泥滩>沙滩>泥沙滩,具体值分别为4.12×107 mol/d,1.08×106 mol/d,9.48×103 mol/d。具体计算结果参见图4

      图  4  大亚湾不同湿地类型的净化速率

      Figure 4.  Purification rates of different types of wetlands in Daya bay

      相比1986年,大亚湾湿地面积减少了23.48 km2,主要减少的湿地类型为红树林泥滩和沙滩,分别为21.42 km2和2.89 km2[14],大亚湾泥质湿地面积的减少主要是由于红树林湿地的退化,通过表5中红树林泥滩和沙滩对营养盐物质的单位面积净化能力估算得到大亚湾红树林泥滩和沙滩湿地脱氮量减少了约为1.33×102 t/d和0.81 t/d。

      红树林泥滩泥质沙滩沙滩
      面积/km292.9336.7654.11
      SGD/cm·d−11.484.06
      DIN/μM(内陆—海向)(1.74±0.11)×101(4.90±0.02)×102
      DIP/μM(内陆—海向)−4.10±0.010.74±0.02
      单位面积净化能力(DIN)/μmol·(m2·d)−14.44×105(2.58±0.01)×102(1.99±0.01)×104
      单位面积净化能力(DIP)/μmol·(m2·d)−1(−6.07±0.02)×10130.04±0.81
      总净化能力(DIN)/mol·d−14.12×107(9.47±0.06)×103(1.07±0.01)×106
      总净化能力(DIP)/mol·d−1(−2.23±0.006)×103(1.62±0.04)×103
      注:-表示数据未按照公式(10)进行计算,大亚湾红树林泥滩净化能力通过沉积物中微生物脱氮作用计算得到

      表 5  大亚湾不同类型湿地对营养盐物质的净化能力

      Table 5.  Nutrient purification capacities of different types of wetlands in Daya bay

    • 不同类型湿地对DIN和DIP净化能力的估算受到海底地下水排泄速率计算误差以及采集水样浓度测量误差的共同影响,海底地下水排泄速率计算考虑了盐度、含水层渗透系数、连续监测仪器精度等[19]可能引起的误差,水样浓度的测量也将存有测量误差。当考虑海底地下水排泄速率计算误差而不考虑水样浓度测量误差时,胶州湾不同类型湿地对DIN和DIP的净化能力范围分别为2.15×105~3.46×105 mol/d和4.74×102 ~7.55×102 mol/d,当考虑水样浓度测量误差而不考虑海底地下水排泄速率计算误差时,胶州湾不同类型湿地对DIN和DIP的净化能力范围分别为2.72×105 ~2.91×105 mol/d和5.65×102 ~6.69×102 mol/d。当海底地下水排泄速率计算误差和水样浓度测量误差同时考虑时,胶州湾不同类型湿地对DIN和DIP的净化能力范围分别为2.11×105~4.23×105 mol/d和4.29×102 ~8.22×102 mol/d。因大亚湾不同湿地类型并未考虑海底地下水排泄速率计算误差以及水样测量误差对DIN的净化能力影响较小,得出大亚湾湿地对DIN的净化能力为4.22×107 mol/d。

    • (1) 胶州湾和大亚湾不同类型湿地对DIN和DIP的净化能力不同。胶州湾不同类型湿地对DIN的净化能力排序为泥滩>沙滩>河口潮间带>潮沼,对DIP的净化能力排序为沙滩>泥滩>河口潮间带>潮沼, 对DIN的净化能力为2.11×105 ~4.23×105 mol/d,对DIP的净化能力为4.29×102 ~8.22×102 mol/d。大亚湾不同类型湿地对DIN的净化能力排序为泥滩>沙滩>泥质沙滩,对DIN的净化能力为4.22×107 mol/d。

      (2) 胶州湾由于填海造地等人类活动导致脱氮量减少3.1~5.4 t/d。由于大亚湾泥滩和沙滩湿地面积的减少,使得泥滩和沙滩湿地脱氮量减少了约为1.33×102 t/d和0.81 t/d。

参考文献 (27)

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