胶州湾氮、磷营养盐循环收支动力学模型及其应用

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1、中国海洋大学硕士学位论文胶州湾氮、磷营养盐循环收支动力学模型及其应用姓名：葛明申请学位级别：硕士专业：海洋化学指导教师：王修林2003.6.1胶州湾氮、磷营养盐循环收支动力学模型及其应用月Ij吾营养盐是维系海洋生态系统的重要物质基础，然而随着人类各种社会活动向海洋中排放的营养盐(如溶解无机氮和磷酸盐)急剧增加，局部海域的富营养化及其带来的复杂的海洋生态问题已引起了各国科学界和政府部门的高度重视。胶州湾沿岸均为青岛市辖区，随着青岛市社会、经济的持续高速发展，陆源排入胶州湾的溶解无机氮和磷酸盐总量不断增加，

2、使湾内海水的富营养化程度不断加重。至2000年，胶州湾海水中溶解无机氮和磷酸盐年平均浓度分别超过了国家三级和一级海水水质标准(国家海洋局，2000)。系统地研究胶州湾营养盐的收支、循环和转化规律，客观评估胶州湾富营养化状况，制定科学、合理的营养盐排海总量削减方案以及更合理的海洋环境质量评价标准等已成为保护胶洲湾海洋生态环境的当务之急，而这些工作均需要科学、有效的研究工具。为此，作者在导师辛勤而耐心的指导下，从2000～2003年，在硕士学位攻读期间，建立了胶州湾氮、磷营养盐循环收支动力学模型，并利用此工

3、具对胶州湾海水中溶解无机氮和磷酸盐的环境容量等进行了计算，得出了不同的国家海水水质标准条件下胶州湾营养盐的环境容量。这些都是对科学地利用海域自净能力，制定合理的营养盐排放总量方案等的理论基础进行的一次探讨。此外，应用该模型对胶州湾无机氮和磷酸盐收支状况、逗留时间的研究也能在一定程度上反映出营养盐生物地球化学循环规律。而应用模型对胶州湾新生产力和f比值的研究不仅是对以往胶州湾新生产力研究进行方法的改进，而且从理论上推导出15N法和输出生产力法计算海域新生产力的适用条件。这些工作对于胶州湾乃至其他中国近海海

4、域富营养化研究都是有意义的。当然，虽然在这三年学习中作者对论文研究工作中一直不懈努力，但由于受到学术水平、研究时间的限制以及一些配套资料的缺乏，本论文在模型的建立、应用和对计算结果的分析等方面还存在一些不完善之处。所得结论是对胶州湾营养盐相关研究领域的研究方法的摸索，其准确性有待于进一步的验证。在此，真诚希望诸位专家、老师和同学们能够不吝赐教，提出宝贵的意见。胶州湾氮，磷营养盐循环收支动力学模型及其应用胶州湾氮、磷营养盐循环收支动力学模型及其应用摘要本文根据N—P—z—D模型的基本原理，建立了胶州湾氮、

5、磷营养盐循环收支动力学模型，主要包括营养盐输入，营养盐生物、化学迁移和转化内循环，溶解态和颗粒态物质水动力输出3个逻辑模块，涉及溶解无机氮(DIN)、磷酸盐(P04-P)、浮游植物、浮游动物、有机碎屑和溶解有机态营养盐6个状态变量。该模型能够较好地模拟1998年胶州湾DIN、P04．P和浮游植物生物量季节变化规律。该模型逻辑结构和参数取值合理。应用该模型对胶州湾DIN和P04．P的自净容量、环境容量、剩余环境容量、收支状况、逗留时间以及胶州湾的初级生产力、新生产力和f比值进行研究，主要结论如下：1．胶州

6、湾营养盐环境容量：胶州湾DIN和P04．P营养盐自净容量都是夏季最大，冬季最小，春秋居中，这主要是海洋中物理、化学和生物自净过程共同作用的结果。胶州湾DIN和P04．P剩余环境容量在20世纪70年代末至80年代中期变化较小，相对国家一级海水水质标准下的环境容量还具有约60％的容纳能力。但自80年代中期至90年代中后期，营养盐剩余环境容量迅速减小，至1997年DIN剩余环境容量已超过国家一级海水水质标准下胶州湾DIN环境容量约70％，而自90年代末开始胶州湾DIN剩余环境容量又有所增加，而P04．p剩余环

7、境容量减小速度趋缓。营养盐剩余环境容量的变化表明，20世纪80年代中期以前，胶州湾海域富营养化程度较轻，海水质量能够达到国家一级海水水质标准的要求。而80年代中期以后到90年代中后期，胶州湾海域富营养化程度逐渐加重。从90年代末开始，政府对胶州湾生态环境保护措施开始发挥作用，海域富营养化程度又有所减轻。2．胶州湾P04．P收支：1998年胶州湾P04．P输入量大于输出量，处于盈余状态。在P04一P各种来源中，河流径流输入P04．P通量达1430t，占主要地位(55％)，由于浮游生物活动产生的内部循环所再

8、生的P04一P通量达740t，居其次(29％)，沉积物释放P04一P通量达410t，所占比例最少(16％)。在P04．P2胶州湾氨、磷营养盐循环收支动力学模型及其应用的水动力输出过程中，直接以PO。．P形式输出的仅占24％，通过浮游植物“固定”磷和溶解有机磷形态输出起到了主要作用，分别占总输出的46％和29％。3．胶州湾DIN收支：1998年胶州湾DIN收支基本平衡。河流径流输入、沉积物释放和大气沉降是胶州湾海水中DIN的主要外部来源，由浮