水母消亡环境效应的模拟研究

	水母消亡环境效应的模拟研究
	马清霞
学位类型	硕士
导师	宋金明 ; 李宁
	2013
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位专业	环境工程
关键词	水母消亡环境效应模拟研究
摘要	近年来，近海水母爆发作为一种新的海洋生态灾害备受关注，探明水母消亡导致的环境效应对揭示近海水母灾害性爆发/消亡机制有重要的科学价值。本学位论文选择我国近海水母典型暴发种沙海蜇和霞水母为研究对象，室内模拟了其在不同环境条件下的消亡过程，系统研究了环境条件对水母消亡的影响和水母消亡过程中环境变化，获得了如下的的结果和认识： 1. 沙海蜇消亡过程中，水体中营养盐浓度迅速增加、pH下降、溶解氧降低，水体出现显著的富营养化-酸化-低氧/缺氧环境效应　　　沙海蜇消亡过程中，水体的pH值先下降；在第2天形成一最小值，随后pH值缓慢上升，直至分解完全时趋于稳定，此时海水pH由8.0下降为7.5，出现水体酸化现象。在实验的第1天，水体中的溶解氧（DO）即由初始的4.98 mg/L迅速下降为0.61mg/L，水体出现明显的缺氧现象。同时沙海蜇的消亡会向水体中释放大量的氮磷，溶解氮最高浓度可达1047 μmol/L，总氮可达1650 μmol/L，溶解态磷可达28.2 μmol/L，总磷可达37.9 μmol/L；导致氮磷浓度最高可分别增加24倍和17倍。沙海蜇消亡导致水体出现富营养化-酸化-低氧/缺氧现象。 2. 在不同的pH、盐度、氮磷比、温度、盐度条件下，沙海蜇消亡受到较大影响，在当今近海富营养化及海水温度升高的条件下，沙海蜇的暴发/消亡将使海洋生态系统更加失衡　　　沙海蜇块体在不同pH、盐度、氮磷比、温度控制条件下分解时，水体pH变化趋势相似，均表现为先下降，达到最小值后再缓慢回升，但不同控制条件下水体pH出现最小值的时间并不一致，从先到后的顺序是温度组（第3天）、pH和盐度组（第4天）及氮磷比组（第5天），这与沙海蜇块体分解速率顺序一致。沙海蜇分解过程中，这4个实验组水体pH下降0.5～1.8，水体发生明显的酸化，其中海水盐度、pH的变化及温度的降低所导致的沙海蜇消亡过程中海水酸化程度比较严重；因此，在当今海水富营养化及海水温度升高的情况下，沙海蜇的暴发及其消亡会造成海洋生态系统遭受更严重的破坏。　　　沙海蜇的消亡造成水体的严重缺氧，水体氧饱和度低于20%，浓度低于2 mg/L。海水温度、盐度、pH、N/P比变化，可导致沙海蜇的消亡过程中水体氧消耗量的不同，就这四种影响因素而言，其平均最大耗氧量从大到小的顺序是：温度（23-30℃区间段）>pH（5.0-9.0区间段）>N/P比（16:1-240:1区间段）>盐度（21-33区间段），分别为39.9、39.7、38.4和38.0 mg/(Kg·d)，相对而言，水体温度和pH对沙海蜇消亡过程中氧消耗量影响较大，水体N/P比和盐度影响较小。所以，沙海蜇消亡过程中，由于海水温度和pH的变化形成的低氧区更为严重，而且在当今富营养化（高N/P比）的近海水域中，水母的消亡速度减慢，对海水环境造成的影响更为严重。 3. 沙海蜇的消亡将造成向水体释放大量的氮磷等营养盐，沙海蜇的暴发/消亡可引起水体营养盐的快速聚集和释放，加速了水体营养盐的循环速率　　　沙海蜇的消亡一般在5-9天内完成，消亡时会向水体释放大量的氮磷，氮磷的释放率高达56.0（TN）、3.72（TP）mg/(Kg·d)，沙海蜇消亡过程中水体氮的浓度日变化量（总氮和溶解态氮）与磷的浓度的日变化量（总磷和溶解态磷）有着显著的负相关关系，说明沙海蜇消亡过程中水体氮磷浓度变化的动态变化过程相反，这在很大程度上引起水体氮磷比更剧烈的变化，加重了水体营养盐失调，加速了水体营养盐的循环速率，可引发严重的生态环境效应。　　　虽然不同pH对氮磷的释放影响不大，但是碱性条件下氮的释放速率更大，偏酸性的条件下磷的释放率最大，即碱性条件利于氮的释放，酸性条件利于磷的释放。不同的盐度因素下，沙海蜇分解前期氮磷浓度增加缓慢，且盐度越高，氮磷的释放越慢；并且盐度越高，第一天氮、磷的释放速率越低，在沙海蜇分解的后期氮磷的浓度迅速增加，总体上表现为水体的盐度越低，释放出的氮磷浓度越高。不同温度因素下，沙海蜇分解过程中，氮磷释放与温度越高越有利于沙海蜇的分解，释放到水体中的氮磷应当越快、越多理论不符，温度对沙海蜇分解过程中氮磷浓度的影响不大，但基本还是30℃高温时，氮磷的释放速率最高。不同氮磷比条件下，沙海蜇降解过程中，氮的浓度不断增加，并且氮磷比越高，释放到水里的氮越少，即水体中较高的氮磷浓度将抑制沙海蜇降解过程中氮的释放；磷的浓度变化没有氮的浓度剧烈，但高氮磷条件下所释放到水体的磷还是比低氮磷比条件下少的多，即水体中较高的氮磷浓度也将抑制沙海蜇降解过程中磷的释放。总体来说氮磷比越高，总氮和总磷的释放率也越低。 4. 在模拟试验中加入沉积物，霞水母的消亡同样会引起水体的酸化-低氧-富营养化，其消亡过程，可释放大量DOC，有沉积物存在时，水体中pH、DO、DOC的变化明显受到缓冲　　　在海水与海水-沉积物两种体系中，霞水母的消亡导致水体pH分别下降了0.9和0.7个单位；在实验的第一天开始，水体溶解氧浓度降低到2 mg/L，水体形成一段时间（7-9天）的缺氧状态；霞水母块体添加到海水与海水-沉积物两种体系中后，水体DOC浓度迅速上升，浓度高达19.12 mg/L，11.71 mg/L，比初始时分别增加了9倍和4倍。霞水母的消亡也会导致水体出现富营养化-酸化-低氧/缺氧现象；在海水与海水-沉积物两种体系中，水体pH、DO、DOC变化幅度不一致，均是前者体系中水体pH（DO、DOC）相应地比含后者体系中水体pH（DO、DOC）变化幅度大，说明沉积物的存在缓冲了水体pH、DO、DOC变化；在海水与海水-沉积物两种体系中，霞水母降解过程中水体pH、DO浓度、DOC浓度三者有明显相关关系，且水体pH与DO浓度有正相关关系，水体pH与DOC浓度有负相关关系，水体DO浓度与DOC也有负相关关系，三者之间的相关关系说明霞水母消亡过程中，水体pH下降是由于霞水母块体分解消耗大量的氧气，与产生高浓度的DOC有关。
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/17841
专题	海洋生态与环境科学重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	马清霞. 水母消亡环境效应的模拟研究[D]. 中国科学院研究生院,2013.

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