長江口外低氧區(qū)特征及其影響研究

劉志國，徐韌，劉材材，秦玉濤，蔡芃

（國家海洋局東海環(huán)境監(jiān)測中心，上海 200137）

長江口外低氧區(qū)特征及其影響研究

劉志國，徐韌，劉材材，秦玉濤，蔡芃

（國家海洋局東海環(huán)境監(jiān)測中心，上海 200137）

通過對2008年8月至2010年9月在長江口30°20′N-32°30′N，122°15′E-124°20′E范圍海域開展的7次綜合海洋調(diào)查資料進(jìn)行分析，以期了解長江口海域低氧現(xiàn)象的年際、季節(jié)變化及其對海洋環(huán)境和生物的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，該海域夏季存在長江口和浙江南部兩處低氧區(qū)域，低氧現(xiàn)象主要發(fā)生在20～50 m水層；低氧海域與非低氧海域的無機氮（DIN）、活性磷酸鹽、葉綠素a含量存在一定差異；長江口海域浮游動物、浮游植物的分布狀況與低氧區(qū)的存在與否未能發(fā)現(xiàn)相關(guān)關(guān)系。低氧區(qū)是底棲生物生物量的高值區(qū)，多毛類是其中最多的底棲生物種類，對低氧環(huán)境的耐受程度較高。

長江口；溶解氧；低氧區(qū)；分布特征

Abstract：To understand the characteristics of dissolved oxygen and its annual and seasonal changes，seven surveys were carried out from August 2008 to September 2010 in the Yangtze Estuary covering the area from 30°20′-32°30′N to 122°15′-124°20′E.The results showed that，there co-existed two hypoxic zones in the survey area in summer.Hypoxia occurred mainly between 20m to 50 m water layers in summer.Dissolved inorganic nitrogen，active phosphate and Chlorophyll a had discrepancy between hypoxic zone and other areas，yet hypoxia affected planktons slightly.The hypoxia area was high distribution center of biomass.Polychaetes were the most species of benthic community，which had high tolerance to hypoxemia.

Keywords：Yangtze River Estuary；dissolved oxygen；hypoxia；distribution characters

溶解氧是海水中重要的環(huán)境要素，其含量變化是物理過程、海洋化學(xué)過程和生物過程共同相互作用的結(jié)果，與入海徑流、海洋環(huán)流、水動力、生物與非生物的氧化還原反應(yīng)、光合作用和呼吸作用等關(guān)系密切，是反映海洋生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)。溶解氧對海洋環(huán)境和海洋生物具有重要的作用，當(dāng)溶解氧含量低至2～3 mg/L時，水域生態(tài)狀況急劇惡化，魚、蝦等多種水生生物無法正常生活；同時，由于表層沉積物的氧化性環(huán)境遭到破壞，原先積聚在沉積物中的有毒有害化學(xué)物質(zhì)可能重新活化，造成二次污染（Pihl et al，1991；顧孝連 等，2009）。

目前，低氧現(xiàn)象已經(jīng)成為影響河口/近海生態(tài)系統(tǒng)的一種普遍現(xiàn)象。世界范圍內(nèi)的河口與近岸區(qū)域的低氧現(xiàn)象已受到日益廣泛關(guān)注。如美國自70年代以來就對墨西哥灣北部密西西比河口陸架區(qū)域的低氧現(xiàn)象開展了比較系統(tǒng)和全面的研究（Bierbaum et al，1999； Rabouille et al，2008）。類似的低氧區(qū)還出現(xiàn)在美國東北的大西洋海岸、波羅的海、黑海、亞得里亞海東北部、韓國南部及日本本島 南部內(nèi) 海 等（Turner et al，2005；Maxmov，2006；Oguz，2006；Lim et al，2006；Kasai et al，2007）。我國的河口與近岸區(qū)域的低氧問題也逐漸受到關(guān)注，如目前北部的錦州灣、遼河口、小清河河口，中部的長江口，南部的廈門灣、珠江口和香港周邊海域等都已開展有關(guān)低氧區(qū)的相關(guān)研究工作（韓舞鷹，1998；Li et al，2002；Yin et al，2004；王繼龍，2004；Dai et al，2006），并對低氧區(qū)的特征和形成機制取得了一定的認(rèn)識。

20世紀(jì)80年代起，我國研究者開始關(guān)注長江口的溶氧問題，如顧宏堪在觀測黃海溶解氧時，提出長江口存在一個溶氧的低值區(qū)域（顧宏堪，1980）。隨后陳吉余（1988） 也發(fā)現(xiàn)夏季長江口存在溶氧的低值情況。90年代以來，越來越多的研究關(guān)注長江口水域的低氧區(qū)，目前普遍認(rèn)為長江口外缺氧區(qū)主要位于32°N以南至30°N和浙江沿海附近海域，并指出長江徑流污染物的注入有可能加劇了該區(qū)的水域底層氧虧損現(xiàn)象（Chen et al，2007；陳東等，2008）。雖然目前已對長江口外低氧區(qū)開展了一定的研究，但大多基于單次或單年度的調(diào)查數(shù)據(jù)，而缺乏對低氧區(qū)較長時間序列的連續(xù)研究。長江河口外低氧區(qū)的存在必然對該水域生態(tài)系統(tǒng)乃至東海陸架區(qū)的生源物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)產(chǎn)生較大影響，因此對其時空分布特征、變化趨勢以及對生態(tài)系統(tǒng)造成的影響的研究，對控制和減緩低氧區(qū)所造成的危害具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。

1 材料與方法

于2008年8月、11月，2009年2月、5月、8月，2010年5月、9月對長江口海域展開了7個航次的調(diào)查。調(diào)查范圍包括長江口及鄰近海域（30°20′N-32°30′N，122°15′E-124°20′E），面積約40 000 km2海域（圖 1）。

采樣分層方法為水深6～15 m的站位分表底兩層，表層為水深0.1～1.0 m，底層為水深距海底2 m；水深16～50 m的站位依次分表層、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m和底層采樣分析。分析方法均采用均采用海洋監(jiān)測規(guī)范（GB 17378-2007） 規(guī)定的國家標(biāo)準(zhǔn)方法。DO使用Sea-Bird CTD進(jìn)行現(xiàn)場測量，其他水質(zhì)分析，活性磷酸鹽采用磷鉬藍(lán)分光光度法，氨氮采用次溴酸鹽氧化法，亞硝酸鹽-氮采用鹽酸萘乙二胺比色法，硝酸鹽-氮采用鋅鎘還原比色法，硅酸鹽采用硅鉬黃分光光度法。浮游植物采用潛水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)，浮游動物采用潛水Ⅰ浮游生物網(wǎng)，進(jìn)行從底至表的垂直拖網(wǎng)，樣品現(xiàn)場固定于5%福爾馬林海水溶液中，帶回實驗室進(jìn)行樣品分析。底棲生物采用0.1 m2抓斗式采泥器在調(diào)查站位采集沉積物樣品，每站取樣2次，采用0.5 mm孔徑篩子進(jìn)行篩選，3次重復(fù)，獲得樣品以75%酒精固定，帶回實驗室進(jìn)行種類鑒定和計數(shù)。

圖1 采樣站位圖

2 結(jié)果與分析

2.1 低氧區(qū)的范圍和變化規(guī)律

2.1.1 水平分布特征

從2008年8月至2010年9月7個航次的監(jiān)測結(jié)果來看，僅2008年8月、2009年8月和2010年9月3個夏季航次發(fā)現(xiàn)低氧區(qū)海域，其余4個航次的監(jiān)測均未發(fā)現(xiàn)明顯的低氧區(qū)。2008年8月航次發(fā)現(xiàn)低氧區(qū)海域主要出現(xiàn)在DYQ09、DYQ25和DYQ26站位附近海域（圖1），嚴(yán)格低氧區(qū)約占整個監(jiān)測海域的5%，溶解氧含量范圍在1.4～8.5 mg/L之間，平均為2.9 mg/L；非低氧海域占整個監(jiān)測海域的95%，溶解氧含量范圍在2.4～12.4 mg/L之間，平均為4.7 mg/L。2009年8月，南部低氧現(xiàn)象不顯著，溶解氧含量范圍在1.79～11.89 mg/L之間，平均為6.06 mg/L，核心低氧區(qū)主要位于監(jiān)測區(qū)域北部。2010年9月長江口出現(xiàn)的低氧現(xiàn)象，較為核心低氧區(qū)有三處（圖2），分別位于32°30′N，123°30′E、30°50′-31°15′N，122°35′-122°50′E 和31°35′-31°48′N，122°15′-122°45′E，低氧海域面積約2 330 km2，溶解氧含量最低值為1.18 mg/L，位于 122°35′E、31°45′N 處的 30 m 水深層。缺氧區(qū)總面積約2 330 m2，處于低氧狀態(tài)的水層平均厚度約8 m。與2008年相比，核心低氧海域分布的區(qū)域大致相同，但面積有所減少而溶解氧含量最低值更低。

2.1.2 垂直分布特征

在親水性方面，通過低溫等離子技術(shù)對聚四氟乙烯材料的表面進(jìn)行處理，引入丙烯酸等親水性單體，可以大大降低聚四氟乙烯與水的接觸角。

低氧現(xiàn)象表現(xiàn)出明顯的垂直分布特征，由2010年低氧區(qū)監(jiān)測海域不同層次的溶解氧含量變化（表2）可見，溶解氧最低值位于30 m水深層，20m層水深局部站位溶解氧含量也小于2mg/L。

圖2 長江口夏季低氧區(qū)平面分布

表1 2008-2010年長江口低氧值比較

表2 2010年9月不同水層溶解氧含量（mg·L-1）

表層水域均未出現(xiàn)低氧現(xiàn)象最低值出現(xiàn)在（32°N，123°E），DO 值為 3.51 mg/L；10 m 起開始出現(xiàn)低氧現(xiàn)象，低氧區(qū)域位于長江口外，面積較大；20 m 層在（31°45′N，122°45′E）、（31°N，122°45′E） 點所處海域存在低氧現(xiàn)象；30 m層在（31°45′N，122°30′E）、（31°45′N，122°45′E） 至（31°30′N，122°30′E） 點處存在低氧區(qū)；40 m 層低氧區(qū)出現(xiàn)在監(jiān)測海區(qū)東北區(qū)域（圖3）。

從圖3中溶解氧分布情況來看，低氧區(qū)的海域均出現(xiàn)在20 m以下水域。表明長江口低氧區(qū)海域水體的垂直交換作用并不明顯，溶解氧濃度主要受水體水平方向運動影響較大。雖然各處由于深淺存在差異，但低氧區(qū)主要出現(xiàn)在夏季的下層水域，這可能是由夏季長江淡水大量注入，形成溫度和鹽度的雙躍層，阻隔了下層與表層海水的氧氣交換。同時表層大量生長旺盛的生物產(chǎn)生的有機碎屑在底層氧化分解，使得溶氧嚴(yán)重虧損（王海龍 等，2010；韋欽勝等，2011）。

2.2 低氧區(qū)內(nèi)外環(huán)境要素差異

長江口調(diào)查海域水質(zhì)狀況調(diào)查顯示，除2010年低氧區(qū)無機氮含量略高于非低氧區(qū)，其他年份均明顯低于非低氧區(qū)；活性磷酸鹽含量則表現(xiàn)出與葉綠素a含量和無機氮相反的趨勢，2008-2010年低氧區(qū)活性磷酸鹽含量均高于非低氧區(qū)；葉綠素a含量的調(diào)查結(jié)果顯示，2008年低氧區(qū)葉綠素a含量均明顯低于非低氧區(qū)，2009年低氧區(qū)葉綠素a含量明顯較高，2010年低氧區(qū)葉綠素a含量與非低氧區(qū)相當(dāng)（表3）。

2.3 低氧區(qū)內(nèi)外內(nèi)外海洋生物差異

2.3.1 浮游生物

表3 2008-2010年長江口海域夏季水質(zhì)狀況

選擇2010年核心低氧區(qū)監(jiān)測區(qū)域的站位（DYQY06） 和低氧區(qū)周圍海域的站位（DYQY09和DYQY14）20 m和30 m水深處所采集的浮游植物水樣進(jìn)行了種類數(shù)、細(xì)胞數(shù)的比較，見表4。結(jié)果表明，缺氧區(qū)內(nèi)外無明顯差異。在某種程度上可以說明，低氧的水體環(huán)境并未對浮游植物有明顯影響。30 m層總細(xì)胞數(shù)的差異主要是由于硅藻細(xì)胞數(shù)量的差異造成，造成這種現(xiàn)象的原因是由于核心低氧區(qū)站位處于長江口北支，鹽度較高，從而導(dǎo)致中肋骨條藻（Skeletonema costatum）數(shù)量高于非低氧區(qū)站位。

表4 核心缺氧區(qū)內(nèi)外浮游植物細(xì)胞數(shù)和種類數(shù)的比較

對浮游植物的同期同站位比較結(jié)果表明，缺氧區(qū)內(nèi)浮游動物密度、生物量要遠(yuǎn)高于缺氧區(qū)外，優(yōu)勢種類均為肥胖箭蟲（Sagitta enflata）和背針胸刺水蚤（Centropages dorsispinatus），雖然密度有所不同但浮游動物種類數(shù)基本相近，造成差異的主要原因是因為由于地理環(huán)境差異造成的其他環(huán)境因子的差異而非溶解氧，可見低氧環(huán)境并未對浮游動物產(chǎn)生明顯的限制作用（表5）。

表5 核心缺氧區(qū)內(nèi)外浮游動物種類數(shù)、密度、生物量比較

2.3.2 底棲生物

2009年監(jiān)測海域底棲生物種類數(shù)范圍為0～23種。監(jiān)測海域底棲生物密度范圍為0～235 ind./m2，底棲生物生物量范圍為0～8.25 g/m2，生物密度和生物量均高于監(jiān)測海域。從種類組成上來看，低氧區(qū)海域共鑒定出大型底棲生物4類52種，其中多毛類24種，為主要優(yōu)勢類群。

2010年監(jiān)測海域共發(fā)現(xiàn)底棲生物82種，其中多毛類49種，軟體動物16種，甲殼類8種，棘皮動物7種，魚類2種，腔腸動物1種和紐蟲1種。多毛類、軟體動物和甲殼類占總數(shù)的67.07%，構(gòu)成大型底棲生物的主要群落結(jié)構(gòu)。3種優(yōu)勢種有均為多毛類，分別為絲異須蟲（Heteromastus filiforms）、獨指蟲（Aricidea fragilis）、寡鰓齒吻沙蠶（Nephthys oligobranchia），棲息密度均值分別為17.50 ind./m、20.00 ind./m、17.50 ind./m，其中絲異須蟲優(yōu)勢度最高，為第一優(yōu)勢種類。

多毛類無論在低氧區(qū)還是非低氧區(qū)始終是調(diào)查海域沉積物中的主要生物種類，分布最廣，數(shù)量最大，這說明多毛類底棲生物對環(huán)境溶解氧含量的適應(yīng)性較強，另一方面也說明季節(jié)性存在的低氧區(qū)并不會完全破壞低氧區(qū)底棲生態(tài)系統(tǒng)，這一結(jié)果也與王延明等（2007）研究的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

通過對長江口及其鄰近低氧區(qū)的監(jiān)測和研究的研究，得出以下主要結(jié)論：（1）長江口海域低氧現(xiàn)象呈現(xiàn)季節(jié)性，主要發(fā)生在夏季。（2）低氧區(qū)發(fā)生中心和面積存在年際變化，低氧中心除有明顯偏北的趨勢外，夏季低氧區(qū)面積較以往也有一定的增大，低氧核心區(qū)位于（122°35′E，31°45′N） 附近。（3）從對浮游生物群落的影響來看，低氧區(qū)浮游植物的種類和細(xì)胞數(shù)目前還不存在著明顯的差異。浮游動物雖然密度和生物量高于低氧區(qū)外水體，但種類數(shù)基本相近，主要原因可能與地理位置不同等有關(guān)，尚不能說明缺氧區(qū)內(nèi)外浮游動物存在明顯差異。（4）從底棲動物來看，多毛類無論在低氧區(qū)還是非低氧區(qū)始終是調(diào)查海域沉積物中的主要生物種類，分布最廣，數(shù)量最大，這說明多毛類底棲生物對環(huán)境溶解氧含量的適應(yīng)性較強。同時，也說明長江口低氧區(qū)的存在并沒有完全破壞底棲生物棲息環(huán)境。

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（本文編輯：李曉光）

Characters of hypoxia area off the Yangtze River Estuary and its influence

LIU Zhi-guo，XU Ren，LIU Cai-cai，QIN Yu-tao，CAI Peng
（East China Sea Monitoring Center，SOA，Shanghai 200137，China）

X55

A

1001-6932（2012）05-0588-06

2011-12-20；

2012-03-28

國家“十一五”科技支撐計劃項目（2008BAC42B03）；海洋公益性行業(yè)科研專項（201205015-02）；我國近海海洋綜合調(diào)查與評價專項（SH-JC）。

劉志國（1982-），男，博士，工程師，主要從事海洋環(huán)境監(jiān)測和生態(tài)風(fēng)險評價研究。電子郵箱：liuzhiguo150@163.com。