流沙灣海水中總有機(jī)碳的時(shí)空分布及其影響因素研究

李雪英, 孫恢禮, 孫省利, 張瑜斌, 施玉珍, 張際標(biāo)

(1. 中國科學(xué)院 煙臺海岸帶研究所, 山東 煙臺 264003; 2. 中國科學(xué)院 研究生院, 北京 100049; 3. 廣東海洋大學(xué) 海洋資源與環(huán)境監(jiān)測中心, 廣東 湛江 524088; 4. 中國科學(xué)院 南海海洋研究所, 廣東 廣州 510301)

流沙灣海水中總有機(jī)碳的時(shí)空分布及其影響因素研究

李雪英1,2,3, 孫恢禮1,4, 孫省利3, 張瑜斌3, 施玉珍3, 張際標(biāo)3

(1. 中國科學(xué)院 煙臺海岸帶研究所, 山東 煙臺 264003; 2. 中國科學(xué)院 研究生院, 北京 100049; 3. 廣東海洋大學(xué) 海洋資源與環(huán)境監(jiān)測中心, 廣東 湛江 524088; 4. 中國科學(xué)院 南海海洋研究所, 廣東 廣州 510301)

于2008年2月(冬季)、5月(春季)、8月(夏季)和11月(秋季)對流沙灣進(jìn)行了4次采樣調(diào)查, 研究分析了流沙灣海水中總有機(jī)碳的空間分布和季節(jié)變化特征, 并探討了TOC與溫度、鹽度、pH、葉綠素a和底泥TOC之間的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在2008年度流沙灣海水TOC的濃度為0.992～5.437 mg/L,平均值為2.414 mg/L, 呈現(xiàn)春季＞夏季＞秋季＞冬季的變化趨勢, 整個(gè)流沙灣海域海水TOC的平面分布相對比較均勻, 表層稍大于底層。在內(nèi)外灣分布上, 冬、夏季節(jié)內(nèi)灣TOC大于外灣, 而春、秋季節(jié)外灣大于內(nèi)灣; 在垂直分布上, 冬、夏和秋季表層大于底層, 而春季底層大于表層; 在地域分布上, 冬、夏季節(jié)從流沙鎮(zhèn)一側(cè)海域到西聯(lián)鎮(zhèn)一側(cè)海域逐漸減小, 秋季變化趨勢相反, 春季時(shí), 兩側(cè)無明顯變化。相關(guān)關(guān)系的分析結(jié)果表明, 流沙灣海水TOC與溫度、pH呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系, 與溫度的相關(guān)關(guān)系較為顯著, 與鹽度則呈現(xiàn)不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系; 與葉綠素 a存在一定的相關(guān)關(guān)系, 在葉綠素 a濃度小于 2.6 μg/L, 兩者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系, 而在葉綠素a濃度大于2.6 μg/L, 兩者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系; 與底泥TOC呈現(xiàn)出了一定的正相關(guān)關(guān)系。

流沙灣; 總有機(jī)碳; 時(shí)空分布; 影響因素

海水總有機(jī)碳包括溶解有機(jī)碳(DOC)和顆粒有機(jī)碳(POC)。溶解有機(jī)碳(DOC)指海水中真溶解態(tài)有機(jī)碳[1], 顆粒有機(jī)碳包括海水中的活體有機(jī)碳(bio-POC)和碎屑有機(jī)碳(nonbio-POC)[2]。海水有機(jī)碳可以被細(xì)菌礦化分解為較小的分子而成為藻類的營養(yǎng)物質(zhì)[3], 還可以再次沉降進(jìn)入海底沉積物, 所以在生物、地質(zhì)和化學(xué)過程發(fā)揮著重要作用[4], 是整個(gè)海洋有機(jī)碳循環(huán)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。另外, 總有機(jī)碳是有機(jī)物質(zhì)現(xiàn)存量的重要指標(biāo), 其分布反映了水體中有機(jī)物質(zhì)的豐度以及變化, 對海洋有機(jī)污染起指示作用, 是衡量水體有機(jī)污染程度的一項(xiàng)綜合指標(biāo)[5]。20世紀(jì) 80年代初期, 孫作慶等[6]對膠州灣顆粒有機(jī)碳的平面分布和季節(jié)變化特征進(jìn)行了研究; 李麗等[1]討論了南黃海膠體有機(jī)碳和溶解有機(jī)碳的分布特征。金海燕等[2]研究分析了黃海、東海顆粒有機(jī)碳的分布; 謝琳萍等[7]于 2006年對夏季南黃?？傆袡C(jī)碳的分布特征及其影響因素進(jìn)行了分析探討; 江志堅(jiān)等[5]于 2006～2007年對大亞灣海水中總有機(jī)碳的時(shí)空分布及其影響因素進(jìn)行了探討。以上對海洋有機(jī)碳的研究主要在黃海、東海海域, 而南海海域涉及甚少, 所以對南海海域有機(jī)碳分布和變化特征的研究尤為迫切。

海灣和潟湖是地球海岸線的一個(gè)重要特征, 因?yàn)槠湔故境龅母叱跫壣a(chǎn)力和高有機(jī)物含量, 而成為具有漁業(yè)和水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)意義的地方[8]。流沙灣是一個(gè)半封閉型港灣, 屬于南海海域, 位于雷州半島西南部, 水域約近70 hm2, 周圍無大河注入, 屬熱帶季風(fēng)性氣候, 日光充足, 氣候溫暖, 是非常適宜的養(yǎng)殖生產(chǎn)基地, 現(xiàn)已成為我國“南珠”的主要產(chǎn)區(qū)之一。近期又發(fā)現(xiàn)流沙灣海底分布著共約 800～900 hm2的海草場, 因其規(guī)模大、生物多樣性豐富、易于管理與保護(hù),被擬定為中國的海草示范保護(hù)區(qū)[9]。但是, 近年來,隨著珍珠養(yǎng)殖技術(shù)的逐步推廣, 流沙灣珍珠養(yǎng)殖面積急劇擴(kuò)大, 整個(gè)港灣高密度超負(fù)荷養(yǎng)殖, 使海灣水質(zhì)和底質(zhì)質(zhì)量大幅度下降。本文以流沙灣為考察對象, 分析了其海水中 TOC的平面分布和季節(jié)變化特征, 同時(shí)探討了海水TOC與葉綠素a、底泥TOC以及其他理化因子的關(guān)系, 本研究可在一定程度上指示流沙灣的環(huán)境污染狀況及其碳循環(huán)過程, 為流沙灣的生態(tài)環(huán)境保護(hù)及其碳的生物地球化學(xué)特征研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

于 2008年 2月(冬季)、5月(春季)、8月(夏季)和 11月(秋季)對流沙灣進(jìn)行了一年度的跟蹤調(diào)查?？紤]到灣內(nèi)外的珍珠養(yǎng)殖區(qū)、網(wǎng)箱魚排和大規(guī)模的扇貝養(yǎng)殖區(qū), 采用了從灣內(nèi)到灣外的站點(diǎn)布設(shè)格局,共設(shè)置了14個(gè)站位, 站位分布如圖1。站位采用GPS定點(diǎn)。在各站位采集表、底層水樣, 14個(gè)站位的采樣深度為7～25 m, 表層為海面以下0.5 m的水層, 底層為距離海底2 m 的水層。采用顛倒式采水器采集水樣, 水樣冷藏, 運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后分樣100 mL用于TOC測試; 單獨(dú)采集 1 L水樣, 加入碳酸鎂懸浮液固定,帶到實(shí)驗(yàn)室后用0.45 μm濾膜抽濾, 進(jìn)行葉綠素a測定。于5、8月份同時(shí)采集底泥樣品, 使用抓斗式采泥器采集底泥樣品, 采樣后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室, 冷凍干燥,研細(xì), 進(jìn)行底泥TOC測試。

圖1 采樣站位分布Fig. 1 Sampling sites distribution

1.2 測試方法

(1)TOC測定： 采用儀器法(GB 17378.4-2007)[10],使用儀器為島津 TOC-VCSH。首先在 TOC樣品中加入1mL(1＋3)硫酸溶液, 對其進(jìn)行酸處理, 以便于樣品保存。在對樣品進(jìn)行TOC測定時(shí), 使用直接法, 爐溫設(shè)定為 680℃, 把樣品管放入搖勻后的 TOC水樣中直接測試。

(2)葉綠素 a的測試方法為丙酮萃取分光光度法(GB 17378.7-2007)[11]; 底泥 TOC測試采用熱導(dǎo)法(GB 17378.5-2007)[12], 使用儀器為島津SSM-5000A;溫度、鹽度和pH分別使用便攜式溫度計(jì)、鹽度計(jì)和pH計(jì)進(jìn)行現(xiàn)場測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同季節(jié)流沙灣TOC的空間分布特征

整體來看, 在2008年度流沙灣海水TOC的濃度為0.992～5.437 mg/L, 平均值為2.414 mg/L, 季節(jié)差異比較明顯, 垂直變化不顯著。如表1所示。

2.1.1 冬季

從圖2可以看出, 冬季, 整個(gè)流沙灣海域TOC含量呈內(nèi)灣大于外灣的分布趨勢, 靠近流沙鎮(zhèn)海域的TOC含量大于西聯(lián)鎮(zhèn)海域, 從流沙鎮(zhèn)一側(cè)海域到西聯(lián)鎮(zhèn)一側(cè)海域呈逐漸減小的趨勢。在外灣(1～7號站點(diǎn)),TOC平均值為1.171 mg/L, 其中在6站點(diǎn)出現(xiàn)最大值,為1.336 mg/L, 在1站點(diǎn)出現(xiàn)最小值, 為1.023 mg/L;內(nèi)灣(8～14站點(diǎn)), TOC平均值為1.295 mg/L, 最大值出現(xiàn)在13站點(diǎn), 為1.428 mg/L, 最小值出現(xiàn)在11站點(diǎn),為 1.106 mg/L。從垂直分布來看, 表層(圖 2-a)大于底層(圖2-b), 其TOC平均值分別為1.228 mg/L和1.157 mg/L, 在外灣, 表底層差異更為明顯。

表1 不同季節(jié)流沙灣TOC質(zhì)量濃度(mg/L)Tab. 1 TOC contents in Liusha Bay in different seasons (mg/L)

圖2 流沙灣冬季表、底層TOC平面分布Fig. 2 The horizontal distribution of TOC in surface and bottom layer of Liusha Bay in winter

2.1.2 春季

圖3 流沙灣春季表、底層TOC平面分布Fig. 3 The horizontal distribution of TOC in surface and bottom layer of Liusha Bay in spring

圖3 可見, 春季流沙灣海域TOC的內(nèi)、外灣分布和冬季相反, 外灣稍大于內(nèi)灣, 其 TOC平均值分別為3.317 mg/L和3.280 mg/L, 從流沙鎮(zhèn)一側(cè)海域到西聯(lián)鎮(zhèn)一側(cè)海域TOC含量沒有明顯的變化趨勢。從垂直分布來看, 底層稍大于表層(圖 3-a), 其平均值分別為3.304 mg/L和3.290 mg/L, 在內(nèi)灣表底層差異較為明顯。

2.1.3 夏季

圖 4顯示, 夏季流沙灣海域 TOC再次呈現(xiàn)內(nèi)灣大于外灣的分布趨勢, 其平均值分別為 3.088 mg/L和2.863 mg/L, 靠近流沙鎮(zhèn)一側(cè)海域TOC的含量明顯高于西聯(lián)鎮(zhèn)一側(cè)海域。從垂直分布來看,表層(圖 4-a)大于底層(圖 4-b), 其平均值分別為3.154 mg/L和2.810 mg/L, 在內(nèi)灣表底層差異更為明顯。

2.1.4 秋季

圖5顯示, 秋季流沙灣海域TOC呈現(xiàn)外灣大于內(nèi)灣的分布趨勢, 其平均值分別為 2.102 mg/L和1.994 mg/L; 在表層呈現(xiàn)從流沙鎮(zhèn)一側(cè)海域到西聯(lián)鎮(zhèn)一側(cè)海域逐漸增大的變化趨勢, 而在底層外灣沒有明顯的變化趨勢。在垂直分布上, 表層(圖 5-a)大于底層(圖5-b), 其平均值分別為2.215 mg/L和1.880 mg/L。

圖4 流沙灣夏季表、底層TOC平面分布Fig. 4 The horizontal distribution of TOC in surface and bottom layer of Liusha Bay in summer

圖5 流沙灣秋季表、底層TOC平面分布Fig. 5 The horizontal distribution of TOC in surface and bottom layer of Liusha Bay in autumn

2.2 流沙灣TOC年均濃度的空間分布特征

從圖6可知, 流沙灣單一水層各站點(diǎn)間TOC年均濃度相差不大, 表、底層間稍有差異。在表層, 除14站位的 TOC年平均值(3.179 mg/L)偏大外, 其余站位相差不大; 在底層, 海水 TOC年平均值的最大值為2.867 mg/L(14站位), 最小值為2.092 mg/L(8站位), 表、底層各站點(diǎn)間TOC值的變化均在可變化范圍之內(nèi), 即從全年來看, 整個(gè)流沙灣海域 TOC的平面分布相對比較均勻。從垂直分布來看, 表、底層存在一定的差異, 在14個(gè)站位中, 2、4和6站位表、底層的TOC值基本重合, 12站位底層TOC值略大于表層, 其余 10個(gè)站位均是表層大于底層, 且從平均值來看, 表、底層年平均值分別為 2.491 mg/L和2.338 mg/L, 從而可以判斷, 在整個(gè)年度流沙灣海域海水有機(jī)物含量表層稍大于底層。

圖6 流沙灣海水TOC年均濃度Fig. 6 The yearly average contents of TOC of seawater in Liusha Bay

2.3 流沙灣TOC的季節(jié)變化特征

根據(jù)圖7和表1可知, 流沙灣海域的TOC分布存在明顯的季節(jié)差異, 呈春、夏、秋、冬依次減小的趨勢, 表、底層的季節(jié)變化趨勢基本一致。春季TOC值最大, 其TOC值分布在2.6～5.5 mg/L, 表、底層平均值分別為3.290 mg/L和3.304 mg/L, 夏季開始降低, 表、底層平均值分別為3.154 mg/L和2.810 mg/L,秋、冬季節(jié) TOC值再次降低, 秋季 TOC值分布在1.2～2.8 mg/L, 表、底層平均值分別為2.215 mg/L和1.880 mg/L, 在冬季TOC值達(dá)到最小, 其TOC值分布在 0.9～1.5 mg/L, 表、底層平均值分別為 1.228 mg/L和1.157 mg/L。

圖7 流沙灣海水TOC季節(jié)變化Fig. 7 The seasonal change of TOC of seawater in Liusha Bay

2.4 流沙灣海水TOC與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

2.4.1 與溫度、鹽度和pH的關(guān)系

相關(guān)性分析的數(shù)據(jù)分別取自2月、5月、8月和11月四個(gè)季度14個(gè)站位的季度平均值, 分為表層水和底層水。從圖8可以得知, 流沙灣海水TOC與溫度呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系, 其相關(guān)系數(shù)為 0.903 6(n＝8,P＝0.002), 這說明流沙灣的海水TOC值受溫度的影響較大, 會隨著溫度的升高而呈明顯增高的趨勢, 這主要是因?yàn)闇嘏奶鞖馐狗纸馑俾始涌?從而導(dǎo)致海水TOC值增大[13]。流沙灣海水TOC與鹽度呈現(xiàn)不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系, 其相關(guān)系數(shù)為0.227 6(n＝8,P＝0.587)。這與江志堅(jiān)等[5]對大亞灣海水TOC和鹽度之間相關(guān)性的研究結(jié)果相符。而 Emara等的研究結(jié)果顯示, 海洋水體由于受到外源低鹽度、高有機(jī)物的徑流影響, 其TOC與鹽度呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)的特征[5,14]。而流沙灣周圍無大河注入, TOC受徑流的影響程度比較低, 只受季節(jié)性的徑流特別是夏季降雨對地面的沖刷的影響, 因此呈現(xiàn)不顯著負(fù)相關(guān)[5]。流沙灣海水 TOC與 pH呈現(xiàn)出了一定的正相關(guān)關(guān)系, 其相關(guān)系數(shù)為 0.5400(n＝8,P＝0.169), 這說明堿性環(huán)境利于海水有機(jī)碳的累積。

圖8 TOC與溫度、鹽度和pH的相關(guān)關(guān)系Fig. 8 The correlation of TOC with temperature, salinity and pH

2.4.2 與葉綠素a、底泥TOC的關(guān)系

海水TOC與葉綠素a相關(guān)性分析的數(shù)據(jù)取自表層水的14個(gè)站位的年均濃度值。根據(jù)圖9可以得知,海水TOC與葉綠素a呈現(xiàn)出一定的相關(guān)關(guān)系, 其相關(guān)系數(shù)為0.581 5(n＝14,P＝0.103), 在葉綠素a濃度較低時(shí)(＜2.6 μg/L), 海水TOC含量會隨著葉綠素a濃度的增大而增高, 即兩者呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系; 而在葉綠素a濃度較高時(shí)(＞2.6 μg/L), 海水TOC含量反而會隨著葉綠素 a濃度的增大而降低, 即兩者呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系。此結(jié)果與謝琳萍等[7]在對夏季南黃海總有機(jī)碳分布的研究結(jié)果相符, 不同之處是夏季南黃海葉綠素a的濃度分節(jié)點(diǎn)是5.0 μg/L。江志堅(jiān)等[5]對大亞灣的研究則發(fā)現(xiàn)大亞灣海水TOC與葉綠素a濃度呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系。葉綠素 a是浮游植物進(jìn)行光合作用的主要色素, 同時(shí)也是表征海洋初級生產(chǎn)者浮游植物生物量的一個(gè)重要指標(biāo)[15], 海洋浮游植物光合作用、生物代謝等都與 TOC的生產(chǎn)有關(guān)[16]。研究表明, 浮游植物具有很強(qiáng)的固碳能力, 據(jù)統(tǒng)計(jì), 浮游植物每年的固碳量超過300億t[17]。有機(jī)碳通過微生物和真菌的呼吸作用發(fā)生礦化[18], 轉(zhuǎn)變成溶解 CO2, 浮游植物在海水中進(jìn)行光合作用而消耗海水中的溶解CO2, 生成有機(jī)碳儲存在體內(nèi), 從而實(shí)現(xiàn)固碳[17]。即浮游植物進(jìn)行光合作用和生物代謝活動的同時(shí)會產(chǎn)生大量的溶解有機(jī)碳(DOC)和顆粒有機(jī)碳(POC)[16]。依此推論, 葉綠素 a濃度大, 浮游植物初級生產(chǎn)力高, 產(chǎn)生的溶解有機(jī)碳(DOC)和顆粒有機(jī)碳(POC)就會增多, TOC含量也隨之升高。同時(shí)浮游動物對葉綠素 a的攝取以及海流運(yùn)動, 也可能會削弱TOC和水體儲存葉綠素a之間的關(guān)系[7]。從而出現(xiàn)葉綠素a濃度較高時(shí), 海水TOC與葉綠素a呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的現(xiàn)象。

海水TOC與底泥TOC相關(guān)性分析的數(shù)據(jù)取自5、8月份底層水樣的TOC平均值和5、8月份底泥樣品的TOC平均值, 圖9顯示, 海水TOC與底泥TOC呈現(xiàn)出了一定的正相關(guān)關(guān)系, 其相關(guān)系數(shù)為0.541 8(n＝13,P＝0.056)。在海洋生態(tài)系統(tǒng)中, 海水和底泥不停地進(jìn)行著物質(zhì)交換, 海水中的有機(jī)碳可以通過吸附-沉降過程進(jìn)入底泥, 而底泥中的有機(jī)碳又可以通過向上覆海水的釋放過程進(jìn)入水體[18]。流沙灣海底分布著高生產(chǎn)力的海草床生態(tài)系統(tǒng), 底泥中含有大量微生物, 生物擾動和底泥中生物殘骸的分解能夠促進(jìn)底泥向上覆海水進(jìn)行有機(jī)碳釋放; 而同時(shí)海水中的部分有機(jī)碳被生物殘骸或其他顆粒物吸附, 隨之沉降至海底, 成為底泥有機(jī)碳的一部分。從兩者的相關(guān)關(guān)系可以推測, 流沙灣海水有機(jī)碳和底泥有機(jī)碳交換相對較為充分, 兩個(gè)過程基本處于平衡狀態(tài)。

圖9 TOC與葉綠素a、底泥TOC的相關(guān)關(guān)系Fig. 9 The correlation of TOC with chl a and sediment TOC

3 討論

海水中有機(jī)碳不停地進(jìn)行著輸入和支出的循環(huán)過程。海水中有機(jī)碳輸入的途徑包括內(nèi)源輸入和外源輸入, 內(nèi)源輸入包括浮游植物光合作用的釋放[5]、生物排泄物的溶解、生物殘骸的分解和海底沉積物的釋放等, 外源輸入包括污染物的排放、河流注入、降雨和養(yǎng)殖餌料的投放等。海水中有機(jī)碳丟失的主要途徑是礦化和沉降[19], 有機(jī)碳可以通過微生物和真菌的呼吸作用發(fā)生礦化, 也可以通過海底沉積物中動物群的消耗而從海水中脫除[18]。一方面, 溫度升高降低了沉積物對污染物的吸附能力, 從而增強(qiáng)了污染物的解吸; 另一方面, 溫度較高增強(qiáng)了微生物活性, 其擾動、分解、礦化和代謝作用都促進(jìn)了沉積物中污染物向上覆水體的釋放[20]。

圖2～圖 5顯示, 在流沙灣海水 TOC的內(nèi)、外灣分布上, 冬、夏季節(jié)內(nèi)灣大于外灣, 而春、秋季節(jié)外灣大于內(nèi)灣。流沙灣是個(gè)半封閉型港灣, 無大河注入, 整個(gè)流沙灣呈北西向葫形, 腰部有南北向沙嘴將港灣分成內(nèi)灣和外灣, 內(nèi)灣是個(gè)潟湖, 海水比較平靜, 流動性小, 大部分養(yǎng)殖場分布在此海域, 魚蝦貝類排泄物的引入和餌料的投放都有可能使海水有機(jī)物含量增大, 考慮到此方面的原因, 內(nèi)灣的海水TOC值應(yīng)大于外灣, 但在春、秋季節(jié)則是外灣大于內(nèi)灣, 這與前者有些矛盾, 但生活污水的排放, 沉積物中有機(jī)質(zhì)的釋放等對TOC值影響也相當(dāng)大[21], 推測可能是這方面的原因。

在TOC的垂直分布上, 冬、夏和秋季皆是表層大于底層, 而春季相反, 是底層大于表層。流沙灣海域的TOC主要通過生活污水和養(yǎng)殖魚蝦貝類的排泄物引入, 其中主要是珍珠貝。珍珠養(yǎng)殖的水深一般以1.5～3.0 m為好, 流沙灣水深達(dá)5～25 m, 所以珍珠養(yǎng)殖區(qū)域主要分布在表層, 貝類的排泄物進(jìn)入水體使表層海水的 TOC含量高于底層; 另一方面, 流沙灣海底大面積的海草場對海底水環(huán)境起到了很好的凈化作用, 所以底層 TOC值較低。但是在春季, 底層 TOC值高于表層, 推測其原因, 流沙灣屬于熱帶季風(fēng)性氣候, 到了春季, 溫暖潮濕的天氣促使浮游植物迅速增殖, 浮游植物強(qiáng)烈的固碳作用致使表層海水 TOC含量降低, 同時(shí)海水初級生產(chǎn)力的提高,致使海洋浮游生物迅速繁殖, 海底沉積物中生物殘骸增多, 而微生物的分解使其中的有機(jī)物再次溶解到海水中, 從而導(dǎo)致底層海水TOC值較高[22]。

在TOC的地域分布上, 冬、夏季節(jié)是從流沙鎮(zhèn)一側(cè)海域到西聯(lián)鎮(zhèn)一側(cè)海域逐漸減小; 秋季則相反,從流沙鎮(zhèn)一側(cè)海域到西聯(lián)鎮(zhèn)一側(cè)海域逐漸增大; 而春季時(shí), 兩側(cè)無明顯變化。這可能是受季風(fēng)和海流的影響。

從季節(jié)變化來看, 流沙灣海水TOC呈春、夏、秋、冬依次減小的趨勢(圖 7)。Martyn 等[13]在對挪威南部 Langtjern地區(qū)河流研究時(shí), 通過模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)表面水TOC的季節(jié)和年際變化主要受氣候控制。江志堅(jiān)等[5]對大亞灣的研究也發(fā)現(xiàn)其海水 TOC呈春、夏、秋、冬依次減小的趨勢。流沙灣海水中TOC在春季出現(xiàn)最高值的原因有兩個(gè)方面, 在內(nèi)源輸入方面, 春季時(shí), 海水溫度開始升高, 光照增強(qiáng), 海洋浮游生物的遺骸很容易腐敗分解, 致使有氧分解增強(qiáng), 從而往海水中而引入大量的有機(jī)物, 使其 TOC含量增高[23], 另外, 春季的高溫可以導(dǎo)致海底沉積物向海水中釋放有機(jī)碳的能力增強(qiáng); 在外源輸入方面, 春季充沛的降雨可以把大量外來有機(jī)物質(zhì)引入到海洋系統(tǒng)中, 從而使海水TOC增大[8], 另外, 水產(chǎn)養(yǎng)殖對海水 TOC變化的影響不容忽視, 春季水溫上升, 珍珠貝生長速率加快, 海水中生物餌料不足以滿足珍珠貝的生長需求, 所以會投入適量的有機(jī)餌料, 從而往海水中引入更多的有機(jī)物。以上原因致使流沙灣海水中TOC值在春季時(shí)出現(xiàn)一個(gè)高峰。進(jìn)入夏季, 隨著水溫的繼續(xù)上升, 珍珠貝和海洋浮游生物迅速生長繁殖, 珍珠貝的迅速生長使有機(jī)餌料被大量消耗, 海水中的殘留量減少, 同時(shí)細(xì)菌的大量繁殖加速了海水中有機(jī)碳的礦化, 使海水中TOC含量降低; 另一方面, 浮游植物的大量繁殖生長會產(chǎn)生大量的 DOC, 而且溫度升高, 可以促進(jìn)生物殘骸中有機(jī)物的溶解[5], 使海水中 TOC含量升高, 所以在夏季流沙灣海水中TOC含量仍然較高。到了秋冬季, 隨著溫度的降低, 珍珠貝的生長速率減小, 排泄物減少, 同時(shí)海洋浮游生物開始死亡, 遺骸沉降至海底, 成為海底沉積物的一部分, 而這個(gè)時(shí)期海水有機(jī)碳的外源輸入也逐漸減少, 所以秋冬季節(jié)海水TOC值逐漸降低, 到了冬季出現(xiàn)最低值。

4 結(jié)論

(1)在 2008年度流沙灣海水 TOC的濃度為0.992～5.437 mg/L, 平均值為2.414 mg/L, 春季、夏季、秋季、冬季的TOC濃度呈現(xiàn)出從大到小的變化趨勢。

(2)流沙灣海水 TOC呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異。冬、夏季內(nèi)灣TOC大于外灣, 而春、秋季外灣大于內(nèi)灣; 冬、夏季節(jié)是從流沙鎮(zhèn)一側(cè)海域到西聯(lián)鎮(zhèn)一側(cè)海域逐漸減小, 秋季則相反, 從流沙鎮(zhèn)一側(cè)海域到西聯(lián)鎮(zhèn)一側(cè)海域逐漸增大, 而春季時(shí), 兩側(cè)無明顯變化; 冬、夏和秋季皆是表層大于底層, 而春季相反,是底層大于表層。

(3)從總年度來看, 整個(gè)流沙灣海域海水TOC的平面分布相對比較均勻, 在垂直分布上, 表層稍大于底層。

(4)流沙灣海水 TOC與溫度、pH呈現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系, 其中與溫度的相關(guān)性較為顯著, 相關(guān)系數(shù)為0.903 6, 與鹽度則呈現(xiàn)出不顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。

(5)流沙灣海水TOC與葉綠素a呈現(xiàn)出一定的相關(guān)關(guān)系, 在葉綠素a濃度較低時(shí)(＜2.6 μg/L), TOC含量會隨著葉綠素a濃度的增大而增高; 而在葉綠素a濃度較高時(shí)(＞2.6 μg/L), TOC含量反而會隨著葉綠素a濃度的增大而降低。海水TOC與底泥TOC呈現(xiàn)出了一定的正相關(guān)關(guān)系。

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Temporal and spatial distribution of total organic carbon in Liusha Bay and the influence factors investigation

LI Xue-ying1,2,3, SUN Hui-li1,4, SUN Xing-li3, ZHANG Yu-bin3, SHI Yu-zhen3,ZHANG Ji-biao3
(1. Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, China; 2. Graduate School, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Monitoring Center for Marine Resources and Environments, Gangdong Ocean University, Zhanjiang 524088, China; 4. South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China)

May,6,2011

Liusha Bay; Total organic carbon (TOC); temporal and spatial distribution; influence factors

The total organic carbon (TOC) in the Liusha Bay was investigated in February (winter), May (spring),August (summer) and December (autumn) of 2008. The characteristic of temporal and spatial distribution of TOC in seawater was studied and the correlations of TOC with temperature, salinity, pH value, chlorophyl-a content and sediment TOC were analyzed. The result showed that TOC content values ranged from 0.992 to 5.437 mg/L with average of 2.414 mg/L), and TOC content changed with a trend of spring＞summer＞autumn＞winter. In Liusha Bay,the horizontal distribution of TOC was relatively even and TOC content in surface water was a little higher than bottom water. The TOC content of inner bay was higher than outer bay in winter and summer, while reversed in spring and autumn. For the vertical distribution, TOC content of surface water was higher than that of bottom water in winter, summer and autumn, while reversed in spring. For the regional distribution, The TOC content gradually decreases from Liusha town to Xilian town in winter and summer, and contrary in autumn. However, there was no significant changes in TOC content from Liusha town to Xilian town in spring. The correlation analysis showed that the TOC content had positive correlations with temperature and pH value. The former one is very significant, The TOC content showed insignificant negative correlation with salinity and definite correlation with chlorophyl-a. The TOC content positively correlated to chlorophyl-a when the chlorophyl-a concentration was less than 2.6 μg/L,while it is reversed when the concentration was more than 2.6 μg/L. In addition, TOC of seawater showed positive correlation with sediment TOC.

P76, X824

A

1000-3096(2012)07-0061-09

2011-05-06; 2011-06-03

海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(200905005-05); 廣東省海洋漁業(yè)科技推廣專項(xiàng)(A200899J01)

李雪英(1981-), 女, 漢, 河南商丘人, 碩士, 講師, 主要從事海洋環(huán)境研究, 電話： 0759-2383378, E-mail： lxyliy9831@163.com;孫省利, 通信作者, 教授, 主要從事海洋環(huán)境研究, E-mail： xinglsun@126.com

(本文編輯：康亦兼)