長江口北支水域營養(yǎng)鹽的季節(jié)性變化

吳 雙， 邊佳胤， 吳惠仙， 薛俊增

(1.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)種質(zhì)資源發(fā)掘與利用教育部重點實驗室，上海 201306; 2.國家海洋局舟山海洋工作站，舟山 316000)

河口是淡水與海水交匯的地帶，隨時間推移，環(huán)流、潮汐進行常規(guī)混合過程，使得河口水文環(huán)境具有非恒定性及梯度型變化規(guī)律，復(fù)雜的環(huán)境特征保證了該區(qū)域內(nèi)生物的多樣性[1]。營養(yǎng)鹽被認為是調(diào)節(jié)初級生產(chǎn)力生物量及種群結(jié)構(gòu)的主要因素[2]，在河口生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)與能量傳遞過程中起傳遞者作用[3]。已有證據(jù)表明河口區(qū)限制性營養(yǎng)鹽隨時間變化[4]，且存在營養(yǎng)鹽限制現(xiàn)象。Maestini等人研究表明Riga灣受河水影響大的區(qū)域呈現(xiàn)磷限制，河水影響小的區(qū)域呈現(xiàn)氮限制[5]；在珠江口，浮游植物高值區(qū)東部，磷及硅相對溶解性無機氮含量較低，磷和硅可能是共同作用的限制因子[6]；類似研究如英國Tweed河口，其沖淡水硝酸鹽和硅酸鹽季節(jié)變化顯著[7]。

長江口年平均徑流總量為9240億m3[8]，持續(xù)向河口及近海輸送營養(yǎng)鹽，為餌料生物生長提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，進而促生舟山漁場等近海漁業(yè)資源集聚區(qū)。有研究表明鹽度小于30 ppt的區(qū)域存在潛在磷限制[9]，長江口同樣存在該現(xiàn)象。然而，該區(qū)域又具特殊性，由于上游水利工程季節(jié)性調(diào)節(jié)[10]，近岸洋流[11,12]等影響，長江口外及向南延伸的杭州灣區(qū)域已成為研究熱點，有學(xué)者對不同時空條件下營養(yǎng)鹽分布[3，13，14]，營養(yǎng)鹽形態(tài)特征[8]，環(huán)境因子[15]以及水動力研究[16]進行調(diào)查。對于占徑流1%[17]的長江口北支水域，僅見沉積物特征及河道演變等報道[18,19]?；诖耍疚囊?010年—2013年間在崇明島北支河口調(diào)查資料為基礎(chǔ)，對各站點營養(yǎng)鹽組分及含量進行分析，并探討其季節(jié)性變化特征以及與各環(huán)境因子間的關(guān)系，為緊鄰該區(qū)域的東灘國際濕地及中華鱘保護區(qū)生態(tài)學(xué)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，也為長江口北支水體中長期營養(yǎng)狀態(tài)評價提出了參考依據(jù)。

1 材料與方法

圖1 長江口北支采樣點分布示意圖

2 結(jié)果

2.1 溶解性無機氮的變化

2010年—2011年溶解性無機氮濃度在0.114～3.991 mg/L間變化(圖2)。最低、最高值分別出現(xiàn)于春季(3月)和夏季(6月)。無機氮全年變化趨勢呈單峰型，春季無機氮含量最低，在夏季出現(xiàn)高值，隨之在秋冬兩季逐漸下降。硝酸鹽占DIN的比例為86%～98%，全年均值為90%，為DIN在四季的主要存在形態(tài)；亞硝氮所占比例為0.5%～8%，平均值為4%，為所有溶解性無機氮中含量最低的形態(tài)；氨氮所占比例為1%～13%，平均值為7%。

2012年—2013年，溶解性無機氮濃度在0.383～1.335 mg/L間變動。最低、最高值同樣出現(xiàn)在春夏兩季。全年無機氮構(gòu)成中，主要成分硝酸鹽所占比例為92%～97%，平均值為95%，高于之前年份；亞硝氮所占比例為1%～2%，全年平均值1%，對無機氮貢獻最少；氨氮含量在2%～6%，全年平均值4%。兩周年溶解性無機氮年平均值分別為1.24 mg/L和0.77 mg/L；另外溶解性無機氮在兩周年中濃度略有下降。

圖2 兩年各季度間溶解性無機氮濃度變化

2.2 總磷濃度變化

2010年—2011年總磷濃度變化范圍在0.09～1.70 mg/L之間(圖3)，全年平均濃度在0.56 mg/L。最高值出現(xiàn)在夏季，秋季總磷濃度迅速下降，與夏季相差1.6倍，為全年最低，枯水期(春冬兩季)總磷濃度穩(wěn)定在0.12～0.13 mg/L。

圖3 兩年各季度間總磷濃度變化

2012年—2013年，總磷濃度范圍在0.22～0.78 mg/L之間變動。最高值在2012年9月，較前一年推遲一個季度。除最高值外，各季節(jié)趨于穩(wěn)定。在次年3月份降至最低值，隨2013年洪期到來，總磷呈回升趨勢。2012年，受洪期延遲影響，總磷峰值出現(xiàn)延后，同期葉綠素值也達到最高值4.56 μg/L，該時段初級生產(chǎn)力含量上升，同時懸浮沉積物濃度上升，顯著影響磷的相對吸附量[22]，造成該季節(jié)總磷升高。

2.3 環(huán)境因子間的相關(guān)性

2010年—2013年，研究區(qū)域水體溫度平均值為17℃，其變化范圍為7.6～24.8℃，兩年中均在9月達到最高值；鹽度年度間變化較大，兩年平均值分別為20.95 ppt和13.85 ppt；水體溶解氧兩年均值分別為7.86 mg/L和9.36 mg/L,在2012年—2013年，各季度溶解氧含量均高于上一年同期測定值；在調(diào)查期間，pH值在7.30～8.50變動，平均值為8.08，屬于偏堿性水，兩年無明顯差異；濁度平均值為357.6 NTU，2010年—2011年峰值829 NTU，2012年—2013年峰值1015 NTU，分別記錄于2011年3月及2013年6月；總固體懸浮物均值為373.6 mg/L，與濁度相似，在調(diào)查期間呈現(xiàn)出逐年上升的趨勢，兩年均值分別為287.7 mg/L及459.5 mg/L，峰值與濁度出現(xiàn)時間一致，分別為642 mg/L及1005 mg/L，這兩項均表明攜帶大量泥沙的長江上游來水過境時間在調(diào)查年份間有前后差，結(jié)合營養(yǎng)鹽在兩年中峰值出現(xiàn)時間，進一步說明長江洪期徑流是夏秋季節(jié)營養(yǎng)鹽的主要輸入途徑(圖4)。

圖4 兩年中各季度環(huán)境因子變化

表1 不同環(huán)境因子間的Spearman相關(guān)系數(shù)(n=40)

*—在P<0.05時(雙測)，相關(guān)性顯著；**—在P<0.01時(雙測)，相關(guān)性顯著。

環(huán)境因子經(jīng)SPSS 20.0標準化處理后進行Spearman相關(guān)性分析，結(jié)果顯示：pH與鹽度呈正相關(guān)，與葉綠素含量呈顯著正相關(guān)，而與溶解性無機氮、總磷呈顯著負相關(guān)；懸浮物與鹽度、總磷呈顯著正相關(guān)；總磷分別與溫度、溶解性無機氮呈負相關(guān)、顯著正相關(guān)見表1。

3 討論

長江口北支溶解性無機氮濃度季節(jié)性變化顯著，具體表現(xiàn)為夏季濃度遠高于其余各季，全年變化趨勢表現(xiàn)為單峰型，該現(xiàn)象在兩年中趨勢相似，具有穩(wěn)定性。而特殊性體現(xiàn)在季節(jié)差異上，2011年夏季與2013年夏季溶解性無機氮濃度最大值相差3倍，遠高于其他季節(jié)，可能由徑流及大氣沉降作用共同導(dǎo)致。結(jié)合各月降水量分布資料，發(fā)現(xiàn)該年長江口上游降水集中在6、7月，降水量高于其他季節(jié)4～7倍[23]，在調(diào)查期內(nèi)居高；徑流受季節(jié)變化影響，且長江徑流輸入是口內(nèi)無機氮高值來源[8，13，24]，而北支流量僅占長江入海徑流極少部分，因而水文變化對北支營養(yǎng)鹽影響較南支更顯著。鹽度是影響營養(yǎng)鹽平面分布的重要因素[25]，枯季，北支河段受徑流影響減小，口外沖淡水隨潮流涌入，以物理混合主導(dǎo)的稀釋過程促使溶解性無機氮含量進一步穩(wěn)定，本研究中鹽度與溶解性無機氮具顯著負相關(guān)性，與已有研究一致[26]。北支硝酸鹽約占溶解性無機氮總量的90%，占無機氮含量90%以上[25]，從一方面反映了無機氮變化趨勢。由表2可知，近年來硝酸鹽組分均在90%左右，進一步證明無機氮分布具規(guī)律性。

表2 歷年來無機氮的化學(xué)形態(tài)構(gòu)成

總磷含量也呈現(xiàn)出季節(jié)性變化規(guī)律，即在夏秋之際濃度達到最低，冬春兩季持平。然而兩年間峰值出現(xiàn)時段不同。受2011年夏季強降雨過程影響[27]，總磷含量提前進入上升期。研究證實總磷除受陸源輸入外，生物活動及口外洋流等多過程控制[28]，如懸浮顆粒物與水共同控制磷的吸附-釋放過程[29]，故總磷濃度在8月后含量大于5月[8]，該現(xiàn)象與2012年—2013年度調(diào)查結(jié)果基本一致。

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