本研究在实验室条件下对2017年夏季（8月）和秋季（11月）采集于牟平海洋牧场及其邻近海域6个站位的表层沉积物样品进行了模拟培养，测定了沉积物-水界面NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P、SiO₃-Si的交换通量，估算了其对上覆水初级生产力的贡献，分析探讨了沉积物-水界面各营养盐交换通量的影响因素，获得如下结果和认识：

    （1）夏季NO₂-N（S8站除外）、NH₄-N、PO₄-P和SiO₃-Si均由沉积物向上覆水释放，NO₃-N则相反；秋季沉积物对NO₃-N（S4站除外）、NH₄-N和PO₄-P表现为汇，对SiO₃-Si表现为源，对NO₂-N而言则有的表现为源有的表现为汇，但整体上为NO₂-N的源。夏季沉积物-水界面NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P和SiO₃-Si的交换通量分别为-7.0 ~ 13.0（平均值为5.7±7.0）、-173.8 ~ -318.6（平均值为-236.0±44.6）、215.6 ~ 347.0（平均值为265.2±45.7）、20.8 ~ 97.4（平均值为59.7±26.5）和922.8 ~ 1435.1（平均值为1154.3±177.1）μmol/(m² d)；秋季NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P和SiO₃-Si交换通量分别为-13.7 ~ 15.6（平均值为1.0±13.2）、-303.6 ~ 34.3（平均值为-182.0±111.8）、-172.3 ~ -356.0（平均值为-268.4±67.5）、-21.5 ~ -51.4（平均值为-45.7±10.1）和802.7 ~ 1219.0（平均值为1013.6±142.9）μmol/(m² d)。

    夏季沉积物-水界面溶解无机氮（DIN；[DIN] = [NO₂-N] + [NO₃-N] + [NH₄-N]）交换通量仅可提供(0.1 ~ 1.0)%（平均值为(0.4±0.3)%）的上覆水体初级生产力需求；PO₄-P和SiO₃-Si通量可分别提供(3.3 ~ 15.6)%（平均值为(9.5±4.2)%）、(9.2 ~ 14.4)%（平均值为(11.5±1.8)%）的上覆水体初级生产力需求。秋季沉积物是DIN和PO₄-P的汇，因此对上覆水体初级生产力无促进作用；沉积物释放的SiO₃-Si可提供初级生产力需求的(11.6 ~ 17.7)%（平均值为(14.9±2.1)%）。

   （2）无机氮的交换通量主要受扩散过程及硝化、反硝化作用的控制。NO₂-N与所研究的各个参数的关系不明显。夏季沉积物颗粒越细、TOC含量越高、沉积物含水率越高，越利于NO₃-N和NH₄-N的交换。上覆水盐度、pH、沉积物C/N等对各形态DIN的通量整体影响程度不大。夏季沉积物TN含量越高、间隙水NH₄-N浓度越大，NH₄-N交换通量越大。夏季NO₃-N交换通量与间隙水NO₃-N浓度、秋季NO₃-N通量与上覆水NH₄-N浓度均呈现负相关关系。沉积物间隙水及上覆水中无机氮的浓度梯度可能是控制DIN扩散的关键因素。

    采用连续浸取法对各站位表层沉积物中P的地球化学形态进行了分析，结果表明：夏季各形态P的含量顺序为碎屑磷（De-P）> 自生钙结合态磷（ACa-P）> 有机磷（OP）> 铁结合态磷（Fe-P）> 可交换与弱结合磷（Ex-P），秋季为De-P > ACa-P > Fe-P > OP > Ex-P。沉积物中含量较多的P形态为De-P和ACa-P。Ex-P和Fe-P影响上覆水及沉积物之间PO₄-P的交换，尤其是Fe-P可通过吸附-解吸过程影响PO₄-P的交换通量。夏季OP的净含量较大可能与较高的初级生产力有关，而占TP比例相对较小的原因可能是相对较快的分解速率。PO₄-P交换通量与个别站位细颗粒沉积物、含水率、有机质含量、间隙水PO₄-P浓度有一定的正相关性，盐度和pH对PO₄-P交换的影响不明显。该海域沉积物-水界面PO₄-P的扩散过程对于PO₄-P交换通量的影响可能不及吸附-解吸过程。

    对于该海域沉积物-水界面SiO₃-Si的交换通量而言，所研究的各个参数对其影响均不明显，仅粘土含量及上覆水、间隙水中SiO₃-Si浓度与其呈一定相关性，TOC、盐度、pH与SiO₃-Si通量之间的相关性更弱，说明单因素变化对沉积物-水界面SiO₃-Si交换通量的影响较小，推测生源硅的沉淀-溶解过程可能发挥着较大作用。

    （3）通过改变培养体系的温度（T = 10和20 °C）和溶解氧（DO）浓度（贫氧：DO < 2 mg/L、富氧：DO > 8 mg/L），考察了二者对营养盐交换通量的影响。

    温度变化对NO₂-N的交换通量影响情况比较复杂，而对NO₃-N和NH₄-N均表现为温度高，交换通量大。溶解氧浓度变化改变了沉积物-水界面氧化还原电位，进而影响了硝化、反硝化过程。对于NO₂-N交换的影响未体现一定的规律。贫氧条件下间隙水中NO₃-N浓度减小，NH₄-N浓度增大，在夏季利于NO₃-N和NH₄-N的迁移，在秋季则利于NO₃-N的迁移而不利于NH₄-N的交换。

    对于夏季采集的沉积物，升温有利于PO₄-P向水体释放，而对于秋季沉积物则不利于PO₄-P从上覆水迁出，其迁移受到分子热运动及金属结合态P的吸附-解吸过程双重控制。夏季贫氧环境下PO₄-P的释放速率更快，秋季反之，且其迁移方向甚至发生了转变，说明溶解氧浓度对PO₄-P交换的影响可能与铁锰氧化物与P的吸附-解吸过程有关。

    相比于低温（T = 10 °C），高温条件（T = 20 °C）对沉积物-水界面SiO₃-Si的释放起促进作用。温度升高一方面使间隙水中溶解态Si的扩散速率增大，另一方面加快了沉积物中颗粒态Si的溶解过程，使其转化为SiO₃-Si。溶解氧变化对SiO₃-Si交换通量的影响效果不明显，无论是贫氧还是富氧环境，夏秋两季沉积物-水界面SiO₃-Si交换通量的变化均较小。