北黃海西部海區(qū)營養(yǎng)鹽季節(jié)變化及其影響因素探討＊

趙 倩，臧 路，張傳松，石曉勇

（中國海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島266100）

北黃海西部海區(qū)營養(yǎng)鹽季節(jié)變化及其影響因素探討＊

趙 倩，臧 路，張傳松，石曉勇＊

（中國海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島266100）

根據(jù)2006－07－2007－10對北黃海4個(gè)航次調(diào)查資料，分析并討論了北黃海西部海區(qū)營養(yǎng)鹽四季變化及其影響因素。DIN，PO4－P和SiO3－Si的濃度從春季到冬季逐漸升高。春、夏、秋季營養(yǎng)鹽底層濃度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表層的，冬季營養(yǎng)鹽各層濃度相近。黃海冷水團(tuán)是影響北黃海西部營養(yǎng)鹽季節(jié)變化的主要因素，黃海暖流和鴨綠江水的輸入對北黃海西部營養(yǎng)鹽季節(jié)變化影響不顯著；受北黃海躍層的影響，北黃海西部海區(qū)營養(yǎng)鹽濃度除冬季外，垂直方向均呈現(xiàn)出分層現(xiàn)象，表層浮游植物吸收營養(yǎng)鹽，使表層營養(yǎng)鹽濃度低于底層的。

北黃海西部海區(qū)；營養(yǎng)鹽；影響因素

北黃海是指山東半島、遼東半島和朝鮮半島之間的半封閉海域，大體呈NE向的平行四邊形，面積約為7.1×104km2。北黃海在遼東半島有鴨綠江、大洋河、莊河和碧流河等河流入海，同時(shí)還存在來自渤海南岸的魯北沿岸水［1］。其海域內(nèi)較為復(fù)雜的沿岸流和在不同季節(jié)存在的多個(gè)水團(tuán)，造成北黃海各個(gè)季節(jié)生源要素具有復(fù)雜性，從而形成其獨(dú)特性。

對于黃海海域生源要素的研究可追溯至1957年由中國科學(xué)院海洋研究所主持的渤海及黃海西部的海洋綜合調(diào)查，1958－1960年由國家科學(xué)技術(shù)委員會海洋組主持的全國海洋綜合調(diào)查項(xiàng)目，以及1966－1986年國家海洋局主持的標(biāo)準(zhǔn)斷面調(diào)查等。但是到目前為止，對黃海海區(qū)營養(yǎng)鹽分布的研究多集中于南黃海［2－5］、北黃海西部近岸［6－10］和河口區(qū)［11－16］以及北黃海某個(gè)季節(jié)或斷面的分布特征［17－19］，而對于北黃海整個(gè)西部海區(qū)營養(yǎng)鹽四季變化及其影響因素的討論較少。

依據(jù)2006－07－2007－10對北黃海西部海區(qū)4個(gè)航次的現(xiàn)場調(diào)查的資料、北黃海西部溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽濃度四季特征進(jìn)行了研究，并針對其影響因素進(jìn)行了探討。

1 調(diào)查與方法

1.1 站位布置與調(diào)查時(shí)間

在北黃海西部海域（37°～40°N，121°～124°E）共設(shè)81個(gè)大面站（站位見圖1）。調(diào)查分別于2006－07－23－2006－08－06（夏季）、2007－01－03－2007－01－16（冬季）、2007－04－24－2007－05－04（春季）和2007－10－14－2007－10－25（秋季）進(jìn)行。

1.2 調(diào)查方法

4個(gè)航次均使用“東方紅2號”海洋科學(xué)考察船。在調(diào)查過程中使用電控12聯(lián)裝12LNiskin采水器采集各個(gè)深度（主要為表層、10m、30m和底層）的水樣，分別測定溶解氧（DO）和營養(yǎng)鹽等參數(shù)。各項(xiàng)參數(shù)按照《GB17378.4—2007》［20］進(jìn)行測定：每個(gè)站位的海水溫度、鹽度及水深等參數(shù)均使用 CTD（Sea Bird 911－Plus型）進(jìn)行現(xiàn)場測量；DO用Winkler法現(xiàn)場測定；營養(yǎng)鹽樣品現(xiàn)場經(jīng)GF／F濾膜（450℃灼燒4h）過濾后使用營養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀（QuAAtro型，德國Bran＋Luebbe GmbH Co.生產(chǎn)）測定，其中PO4－P用磷鉬藍(lán)分光光度法（標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.012μmol／L，檢測限 0.024μmol／L），SiO3－Si用硅鉬藍(lán)分光光度法（標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.18 μmol／L，檢測限0.04μmol／L），NO2－N 用萘乙二胺分光光度法（標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.03μmol／L，檢測限0.03μmol／L），NO3－N用Cd－Cu還原法（標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.03μmol／L，檢測限0.03μmol／L，NH4－N用次溴酸鹽氧化法測定分析（標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.03μmol／L，檢測限0.02μmol／L）。溶解無機(jī)氮（DIN）為 NO3－N，NO2－N和NH4－N之和。

圖1 北黃海西部海區(qū)調(diào)查站位分布Fig.1 Distribution of sampling stations in the west of the North Yellow Sea

2 結(jié)果與討論

北黃海西部海區(qū)的4次調(diào)查數(shù)據(jù)中各項(xiàng)溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽濃度范圍較大，為使其總體濃度變化特征反映得更清晰，文章中僅用所有站位的平均值數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析。

2.1 北黃海西部營養(yǎng)鹽濃度季節(jié)變化

圖2分別給出了北黃海西部海區(qū)各項(xiàng)營養(yǎng)鹽濃度總體平均值和DIN，PO4－P和SiO3－Si各層平均值的四季變化情況。

從四季變化來看：DIN 春、夏、秋、冬濃度平均值分別為3.46，3.25，6.45，8.00μmol／L；PO4－P春、夏、秋、冬濃度平均值分別為0.18，0.20，0.40，0.56μmol／L；SiO3－Si春、夏、秋、冬濃度平均值分別為3.29，4.45，7.64，12.32μmol／L。整個(gè)海區(qū)三項(xiàng)營養(yǎng)鹽濃度均呈現(xiàn)出從春季到冬季逐漸增大的趨勢，春、夏季濃度較低，從夏季到冬季濃度呈直線上升，冬季達(dá)到全年最高值，約為春季濃度的2～4倍。對于不同水層中營養(yǎng)鹽季節(jié)變化又有其獨(dú)特性：表層、10m層DIN和PO4－P濃度從春季到冬季呈現(xiàn)出先降低后升高的趨勢，夏季濃度最低，冬季達(dá)到最高值，30m層DIN和PO4－P濃度從春季到冬季逐漸升高，底層DIN和PO4－P濃度秋季達(dá)到最高值，之后迅速下降。而各層SiO3－Si濃度從春季到冬季逐漸升高。

垂直方向上，除冬季以外，其它季節(jié)DIN，PO4－P，SiO3－Si的濃度均呈現(xiàn)底層的遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于表層的現(xiàn)象，但各個(gè)季節(jié)營養(yǎng)鹽垂直分布又各有特點(diǎn)：春季表層和10m層各項(xiàng)營養(yǎng)鹽濃度較低且平均值十分接近，而30m層和底層的濃度相近且濃度較高，10m層與30m層之間存在濃度突躍。夏季營養(yǎng)鹽垂直方向上濃度表現(xiàn)出與春季相似的特征。秋季營養(yǎng)鹽層化現(xiàn)象更為顯著，從表層到底層逐漸升高，表層與10m層濃度相近，30m層濃度比10m層的有所增加，但是營養(yǎng)鹽濃度平均值差別已不像春季和夏季那樣大，底層升高較為顯著。冬季各層各項(xiàng)營養(yǎng)鹽濃度大致相同，營養(yǎng)鹽濃度處于較高水平。

圖2 北黃海西部海區(qū)生源要素濃度的季節(jié)變化Fig.2 The seasonal changes of biogenic factors in the west of the North Yellow Sea

2.2 北黃海西部營養(yǎng)鹽季節(jié)變化的影響因素探討

2.2.1 四季濃度變化影響因素探討

影響北黃海西部海區(qū)中營養(yǎng)鹽濃度的因素有黃海冷水團(tuán)中顆粒物的累積與分解、黃海暖流輸入和鴨綠江沖淡水陸源輸入等。

黃海冷水團(tuán)可被看做是一季節(jié)性水團(tuán)［21］，它的形成、發(fā)展和消亡與溫躍層的演變幾乎是同步進(jìn)行的。7－8月為溫躍層的強(qiáng)盛期，亦是冷水團(tuán)的鼎盛時(shí)期［22］。

春季黃海冷水團(tuán)逐漸生成，在北黃海西部海區(qū)中部冷水團(tuán)區(qū)域DIN濃度存在一個(gè)高值區(qū)（＞6μmol／L），遠(yuǎn)大于北黃海營養(yǎng)鹽的平均濃度（圖3a）。夏季北黃海底部形成明顯冷水團(tuán)中心。夏季由于是相應(yīng)地垂向混合作用小，“在黃海的底部就留下了一個(gè)穩(wěn)定的冷水團(tuán)”［23］。夏季浮游植物將大量的無機(jī)營養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化為顆粒有機(jī)物，大比重的顆粒有機(jī)物沉降到底部的冷水團(tuán)區(qū)域。春季和夏季冷水團(tuán)中顆粒態(tài)營養(yǎng)鹽是一個(gè)不斷累積的過程，大量的顆粒態(tài)營養(yǎng)鹽儲存在海區(qū)底部的冷水團(tuán)中，隨著時(shí)間的推移底層顆粒有機(jī)物逐漸分解，冷水團(tuán)成為了營養(yǎng)鹽貯庫［4］。秋季冷水團(tuán)中心范圍逐漸縮小，冷水團(tuán)開始消亡，但是由于垂直方向上海水仍然達(dá)不到上下完全混合的程度，秋季海區(qū)底層仍存在冷水團(tuán)，沉降到底層的顆粒有機(jī)物分解成溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽，在冷水團(tuán)中不斷積累，由圖3可以看出秋季北黃海中底部冷水團(tuán)區(qū)域出現(xiàn)了一個(gè)溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽的高值中心，冷水團(tuán)區(qū)域營養(yǎng)鹽含量達(dá)到了高值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于北黃海的總體平均濃度。在冬季，自春季以來沉入海底冷水團(tuán)區(qū)域的生物碎屑不斷被微生物分解，產(chǎn)生了大量溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽，經(jīng)過一年的分解與累積其濃度達(dá)到四季的最高值。

黃海暖流是黃海唯一的外海水源。主要是從對馬暖流水和東海陸架水在濟(jì)州島南側(cè)交匯所形成的鋒區(qū)中衍生出來的［24］，因此黃海暖流水具有高溫、高鹽、低營養(yǎng)的特性。黃海暖流屬于季節(jié)性海流，每年12月，隨著冬季風(fēng)的加強(qiáng)而逐步發(fā)展，并于翌年2月達(dá)到強(qiáng)盛［25］。雖然在北上過程中黃海暖流的溫鹽特性發(fā)生了變化，但是在冬季（黃海暖流強(qiáng)盛期）黃海暖流北上進(jìn)入北黃海后，仍保留其高溫低營養(yǎng)鹽特性，從底層DIN分布圖中也可以看出，在冬季調(diào)查海區(qū)東南部有一低營養(yǎng)鹽海水侵入，表明在冬季黃海暖流會攜大量低營養(yǎng)鹽海水進(jìn)入北黃海。

圖3 北黃海西部海區(qū)底層DIN（μmol·L－1）平面分布Fig.3 The horizontal distributions of DIN （μmol·L－1）at the bottom layer in the west of the North Yellow Sea

鴨綠江的入海平均流量為1.1×103m3／s，年總徑流量約為3.47×1010m3，每年12月初至翌年4月中為江面冰封期，豐水期在8月，7月和8月的徑流量占全年的48%［26］。春末夏初鴨綠江徑流將化凍后積攢了整個(gè)冬季的排放物集中傾瀉入海，導(dǎo)致河口區(qū)DIN濃度較高，夏季豐水期，也匯集了上游和下游排放的DIN，而秋季鴨綠江攜帶入海的DIN有所下降［15］。以DIN為例（圖4），本次調(diào)查中遼南沿岸春、夏季存在一個(gè)DIN高值區(qū)，秋、冬季存在一個(gè)低值區(qū)。春季和夏季鴨綠江攜帶大量營養(yǎng)鹽輸入北黃海西部，到了冬季鴨綠江徑流量減小進(jìn)入冰封期，冬季鴨綠江口營養(yǎng)鹽濃度分布（圖3和圖4）表明，在冬季鴨綠江向海區(qū)中輸入的營養(yǎng)鹽含量較低。

四季黃海冷水團(tuán)區(qū)域中溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽濃度均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于調(diào)查海區(qū)的。春、夏季顆粒態(tài)營養(yǎng)鹽在冷水團(tuán)區(qū)域大量累積，使冷水團(tuán)成為貯庫，隨著時(shí)間推移冷水團(tuán)區(qū)域中的顆粒物不斷分解為溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽，造成冷水團(tuán)區(qū)域溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽從春季到冬季濃度逐漸升高。與整個(gè)北黃海營養(yǎng)鹽濃度趨勢相同，北黃海冷水團(tuán)中顆粒物的累積與分解是影響北黃海營養(yǎng)鹽季節(jié)變化的主要因素。黃海暖流在冬季將大量的高溫高鹽低營養(yǎng)鹽的海水注入北黃海，但是并沒有使北黃海西部海區(qū)的溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽濃度降低，說明其對北黃海西部海區(qū)溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽濃度影響較小。鴨綠江向北黃海西部海區(qū)輸入DIN，其濃度春、夏季較高，秋、冬季較低。但是北黃海西部海區(qū)營養(yǎng)鹽整體水平春、夏季較低，秋、冬較高，說明鴨綠江水的輸入并未對北黃海西部海區(qū)溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽濃度產(chǎn)生明顯的影響。綜上所述，北黃海冷水團(tuán)區(qū)域中顆粒物的累積與分解是北黃海西部海區(qū)四季營養(yǎng)鹽濃度變化的主要影響因素。

圖4 遼南沿岸表層溶解DIN（μmol／L）平面分布Fig.4 The horizontal distributions of the dissolved DIN （μmol·dm－3）at the surface layer in the south Liaoning coast

2.2.2 四季營養(yǎng)鹽垂直變化影響因素探討

由北黃海各層溫度平均值的季節(jié)變化（圖5）可知，在北黃海西部海區(qū)四季營養(yǎng)鹽垂直分布的特點(diǎn)是受溫度躍層和浮游植物共同影響的。

春季整個(gè)北黃海的水體逐漸開始層化。調(diào)查海區(qū)表層、10m層溫度相近，平均溫度約為9.2℃；30m和底層溫度相近，平均溫度約為7.2℃。由于下層水體升溫的遲滯性，溫躍層逐漸形成，導(dǎo)致30m和底層營養(yǎng)鹽濃度較高的低溫海水無法對躍層以上的海水進(jìn)行補(bǔ)充，使?fàn)I養(yǎng)鹽濃度出現(xiàn)了分層現(xiàn)象。夏季整個(gè)水體溫差達(dá)到最大，表層、10m層水溫平均值比30m、底層高出7～10℃，北黃海形成了全年中最強(qiáng)的溫躍層，富含營養(yǎng)鹽的底層海水無法補(bǔ)充到表層，造成底層營養(yǎng)鹽濃度遠(yuǎn)大于表層濃度。秋季北黃海西部海區(qū)海水從表層到30m層溫度近似，平均溫度約為18℃。隨著水體溫躍層逐漸減弱，垂直混合作用逐漸增強(qiáng)，30m以淺水體混合較均勻，使30m層營養(yǎng)鹽濃度與表層相近。由于混合作用的加強(qiáng)，底層海水中高濃度營養(yǎng)鹽部分被帶至水體上層，呈現(xiàn)出營養(yǎng)鹽濃度從表層到底層逐漸地升高。秋季底層高濃度營養(yǎng)鹽對上層水體的補(bǔ)充，使表層、10m層、30m營養(yǎng)鹽濃度高于夏季的。到了冬季，受北黃海強(qiáng)烈的垂直渦動(dòng)影響，冬季水體由表至底溫度近似，上下水體混合均勻，使各個(gè)層次各項(xiàng)營養(yǎng)鹽濃度大致相同。而積聚在北黃海底部的大量營養(yǎng)鹽被帶至上層，使表層、10m層和30m層營養(yǎng)鹽濃度在冬季進(jìn)一步升高，底層的DIN、PO4－P的濃度降低。

浮游植物對營養(yǎng)鹽的吸收，可以造成無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽濃度的降低。圖6為北黃海西部海區(qū)四季葉綠素濃度平均值變化，從圖中可以看出，春季表層、10m層浮游植物生長旺盛，浮游植物水華一般先于浮游動(dòng)物的大量繁殖，在表層有些浮游植物未被攝食而直接沉降到底層水中，使底層葉綠素濃度也較高；夏季表層、10m層葉綠素質(zhì)量濃度明顯地大于30m層和底層，表層和10m層水體中浮游植物生長活動(dòng)旺盛大量吸收營養(yǎng)鹽，造成表層營養(yǎng)鹽濃度明顯地低于底層；秋季30m以淺區(qū)域垂直混合作用較強(qiáng)，但是葉綠素質(zhì)量濃度表層、10m層明顯大于30m的和底層的，表層、10m層浮游植物光合作用吸收營養(yǎng)鹽，造成了表層、10m層營養(yǎng)鹽濃度明顯地小于30m；冬季葉綠素質(zhì)量濃度較低，表層、底層差別不大。

溫度躍層的形成造成了春、夏季營養(yǎng)鹽濃度躍層，溫度躍層的消失引起北黃海上下水體分層和混合，使冬季上下水體營養(yǎng)鹽濃度一致；而由于表層和10m層浮游植物光合作用吸收營養(yǎng)鹽造成了表層和10m層的營養(yǎng)鹽濃度較低。

3 結(jié) 論

通過對4個(gè)航次的數(shù)據(jù)和影響因素的分析得出以下結(jié)論：

1）DIN，PO4－P和SiO3－Si的濃度從春季到冬季逐漸升高。春季、夏季營養(yǎng)鹽由表到底濃度升高，表層與10m的濃度相近，30m的與底層的相近；秋季營養(yǎng)鹽層化現(xiàn)象更為顯著，30m濃度明顯低于底層的。冬季各層垂直混合均勻，營養(yǎng)鹽濃度較高且相近。

2）北黃海黃海冷水團(tuán)中顆粒物的積累與分解是影響北黃海溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽濃度從春季到冬季逐漸升高的主要因素。黃海暖流、鴨綠江水輸入對北黃海營養(yǎng)鹽四季總濃度變化影響較小。溫躍層的存在使底層營養(yǎng)鹽無法向上層補(bǔ)充，造成了營養(yǎng)鹽分層現(xiàn)象，冬季躍層消失垂直混合強(qiáng)烈，使各層營養(yǎng)鹽濃度相近。由于浮游植物在表層對營養(yǎng)鹽的大量吸收，使表層營養(yǎng)鹽濃度（除冬季外）低于底層的。

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The Seasonal Changes of Nutrients and Interfering Factors in the West of the North Yellow Sea

ZHAO Qian，ZANG Lu，ZHANG Chuan－song，SHI Xiao－yong
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

Based on the data of four cruises carried out from July 2006to October 2007，the seasonal changes of nutrients and interfering factors in the west of the North Yellow Sea were analyzed.The results showed that the concentrations of DIN，PO4－P and SiO3－Si increased gradually from spring to winter.The concentrations of nutrients at bottom were far higher than those at surface in spring，summer and autumn，however，the concentrations at all layers were similar in winter.The seasonal changes of nutrients in the west of the North Yellow Sea were dominantly affected by the cold water mass，and not significantly influenced by both Yellow Sea warm current and Yalu River..The concentrations of nutrients were vertically stratified due to thermo cline of the North Yellow Sea.Since the nutrients assimilated by the phytoplankton at the surface in all seasons except in winter，the concentrations of nutrients at the surface were far less than those at the bottom.

the west of the North Yellow Sea；Nutrient；interfering factor

October 26，2010

P734.4

A

1671－6647（2012）01－0069－08

2010－10－26

我國近海海洋綜合調(diào)查與評價(jià)專項(xiàng)——我國主要河口及鄰近海域環(huán)境質(zhì)量評價(jià)（908－02－02－02）

趙 倩（1986－），女，山東青島人，碩士研究生，主要從事海洋生物地球化學(xué)與海水分析方面研究.E－mail：zhaoqian8611＠163.com

＊通訊作者，E－mail：shixy＠ouc.edu.cn

（高 峻 編輯）

致謝：中國海洋大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院陳洪濤老師在營養(yǎng)鹽數(shù)據(jù)方面提供幫助。