桑溝灣夏、秋季懸浮顆粒物的沉降通量及再懸浮的影響

楊茜，楊庶，宋嫻麗，2，孫耀*

（1.中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島 266071；2.山東省海水養(yǎng)殖研究所，山東青島 266002）

桑溝灣夏、秋季懸浮顆粒物的沉降通量及再懸浮的影響

楊茜1，楊庶1，宋嫻麗1，2，孫耀1*

（1.中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島 266071；2.山東省海水養(yǎng)殖研究所，山東青島 266002）

應用錨式懸掛沉積物捕捉器法，研究了我國北方重要海水養(yǎng)殖區(qū)域桑溝灣懸浮顆粒物沉降通量的分布特征，并通過金屬Al標記法，同步測定了沉降顆粒物再懸浮比率。結果表明，桑溝灣的底層懸浮顆粒物（SPM）、顆粒有機碳（POC）、顆粒態(tài)總氮（PTN）和顆粒態(tài)總磷（PTP）平均表觀沉降通量分別為1 511.4 g／（m2·d）、20.01 g／（m2·d）、1.497 g／（m2·d）和0.474 g／（m2·d），顯著高于我國其他近岸海域，但底層沉降顆粒物再懸浮比率平均值高達92.8%，認為在養(yǎng)殖內灣，受再懸浮程度的影響，測得的底層表觀沉降通量是中層的2.7倍，秋季明顯大于夏季，海帶和扇貝養(yǎng)殖區(qū)大于牡蠣養(yǎng)殖區(qū)。經(jīng)再懸浮比率校正后的凈沉降通量，仍存在著顯著的空間和季節(jié)變化，但受控因素發(fā)生了根本轉變；這主要表現(xiàn)為凈沉降顆粒物質主要源于生物代謝活動強烈中上層水體，貝類的排泄作用使牡蠣和扇貝養(yǎng)殖區(qū)的凈沉降通量顯著大于海帶養(yǎng)殖區(qū)，養(yǎng)殖貝類個體增大、排泄量增加使秋季凈沉降通量高于夏季。在我國近岸海域，再懸浮作用的影響，會對該區(qū)域懸浮顆粒物沉降通量的估算帶來巨大誤差，因此該作用不容忽視。

沉降通量；再懸浮；懸浮顆粒物；桑溝灣

1 引言

海水中懸浮顆粒態(tài)有機碎屑的沉降作用，是海洋生態(tài)系統(tǒng)中生源要素地球生物化學循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。自上世紀70年代開始，各生源要素的垂直通量研究便在全球許多水域得到研究［1—10］。懸浮顆粒物中的顆粒有機碎屑，也是海洋生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)結構的一個重要成分，它既是異養(yǎng)微生物賴以生存的基質，又是某些次級生產(chǎn)者的食物；一些研究結果表明，貝類、浮游動物、原生動物等的結構與數(shù)量，能夠對其沉降通量產(chǎn)生重大影響［11—16］，尤其是在高密度集約化養(yǎng)殖區(qū)域，貝類種群的攝食和排泄作用，甚至可以左右整個生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質循環(huán)［17—18］。再懸浮作用是顆粒物沉降通量研究中不可忽視的問題，尤其是在在水產(chǎn)養(yǎng)殖池里，顆粒物的再懸浮可能是重要的營養(yǎng)鹽傳輸機制，但是因為沉積物捕獲器采集到的顆粒有一部分來源于池塘底部的再懸浮一部分來自于水體中，所以再懸浮的重要性不能被直接判定，從而給實際沉降通量的測定帶來偏差［19—22］。

Avnimelech基于陸源元素（硅、鋁、鐵）和水源元素（碳、氮）在沉積物捕獲器中含量的不同創(chuàng)建了一套估算公式，用來估算沉積物再懸浮在漁業(yè)水域的重要影響［23］。因為鋁（Al）作為重要的陸源元素指標已被廣泛應用［24—25］，所以本文將采用鋁（Al）標記法和現(xiàn)場測定水-沉積物界面顆粒有機物相結合，了解水-沉積物界面顆粒有機物的遷移轉化過程，希望能夠更加準確的量化該養(yǎng)殖內灣生源要素的生物化學循環(huán)，并為初步估算沉積物中當年有機顆粒物在沉積物的儲量提供有效方法。

2 材料和方法

2.1 調查區(qū)域與方法

桑溝灣位于山東半島東部，屬半封閉型海灣，灣內總面積約150.3 km2，平均水深約8 m，海底地勢平坦；灣內主要養(yǎng)殖種類為扇貝、牡蠣和海帶，由于3個海區(qū)養(yǎng)殖產(chǎn)品不同，攝食對象和排泄產(chǎn)物均有區(qū)別，會對顆粒有機物的沉降和再懸浮產(chǎn)生影響，因此本文分3個海區(qū)進行研究。養(yǎng)殖分布見圖1。

本次調查于2007年8月和11月進行；調查分別置在扇貝養(yǎng)殖區(qū)、牡蠣養(yǎng)殖區(qū)、海帶養(yǎng)殖區(qū)3個不同的養(yǎng)殖區(qū)內進行（圖1）。沉積物捕獲器的懸掛方式是選用錨式懸掛，每個站位分別在中層水體和距離海底1 m處放置平行沉積物捕獲器，沉積物捕獲器的懸掛時間為24 h。

圖1 桑溝灣調查站位Fig.1 Stations in Sanggou Bay

沉積物捕獲器回收后靜止半小時，放掉管內2／3上覆水，然后將沉降物轉移到聚乙烯瓶中，帶回實驗室采用離心法收集顆粒物質，用蒸餾水洗鹽后，在60℃下烘干，研磨，過100目篩，進行有機碳、總氮和總磷的測定。有機碳、總氮分別采用總碳分析儀（TOC -5000A，日本）和蛋白質自動分析儀（1030型，瑞典）進行測定，總磷則參照扈傳昱等提出的方法進行測

定［26］。

2.2 再懸浮比率的測定與估算方法

應用Al標記法測定顆粒沉降物中再懸浮比率。根據(jù)物質通量和特征化學組分在懸浮顆粒物質中含量的關系，可建立方程：

式中，Ct、Cs和Cr分別為現(xiàn)場捕獲總沉降物質、海洋自身生成的懸浮顆粒沉降物質和再懸浮沉降物質中Al的含量，Wt、Ws和Wr分別為現(xiàn)場捕獲總沉降物、海洋自身生成的顆粒沉降物和再懸浮沉降物的干質量。

聯(lián)解方程（1）和（2）可得到：

式中，Rres為顆粒沉降物中再懸浮比率。由于Al為陸源性元素，所以在計算中，Cs近似為零，Cr則近似看作表層沉積物（1 cm）中Al的平均含量。

3 結果與討論

3.1 現(xiàn)場實測的桑溝灣表觀懸浮顆粒物沉降通量

用沉積物捕獲器分層捕獲的桑溝灣不同養(yǎng)殖海域沉降顆粒物，經(jīng)定量測定后，計算得到的懸浮顆粒物的表觀沉降通量如圖2所示。從中可見，近底層測得的懸浮顆粒物（SPM）、顆粒有機碳（POC）、顆粒態(tài)總氮（PTN）和顆粒態(tài)總磷（PTP）的表觀沉降通量的分布范圍／平均值分別為278.0～2 667.5／（1 511.4）g／（m2·d）、3.99～38.08／（20.01）g／（m2·d）、0.464～2.976／（1.497）g／（m2·d）和0.018～1.633／（0.474）g／（m2·d），中層測得的表觀沉降通量分別為6.8～924.7／（423.3）g／（m2·d）、0.93～10.78／（5.07）g／（m2·d）、0.362～1.948／（1.016）g／（m2·d）和0.015～0.608／（0.269）g／（m2·d）。近底層測得的平均沉降通量約是中層的2.7倍，也就是說，表層沉積物的再懸浮對研究水域懸浮顆粒物沉降通量的影響較大。在未扣除再懸浮的影響之前，桑溝灣扇貝、海帶、牡蠣3種養(yǎng)殖海區(qū)內同一水層的SPM、POC、PTN和PTP表觀沉降通量均呈現(xiàn)明顯的區(qū)域和季節(jié)變化，顯示秋季總體趨勢大于夏季，海帶和扇貝養(yǎng)殖區(qū)大于牡蠣養(yǎng)殖區(qū)。

圖2 現(xiàn)場實測的懸浮顆粒物表觀沉降通量Fig.2 Actual determining results on apparent vertical flux of settling particulate matterin situ

3.2 桑溝灣沉降顆粒物的再懸浮比率

從表1可見，桑溝灣沉降顆粒物的再懸浮比率是很高的，在近底層和中層的測定平均值／分布范圍分別為92.8／（83.0%～98.0%）和80.4／（44.0%～94.9%），且具有顯著的季節(jié)和區(qū)域性差異，其中秋季的平均再懸浮比率明顯高于夏季，兩次調查中不同養(yǎng)殖區(qū)域平均再懸浮比率的排列順序由大到小依次為：海帶區(qū)、扇貝區(qū)和牡蠣區(qū)。

據(jù)以往調查結果顯示［27］，本次調查海域，夏、秋季的風力范圍分別為4～6級和5～7級，秋季海上風浪攪動強度明顯高于夏季，致使秋季沉降顆粒物的再懸浮比率大于夏季。出于同樣原因，牡蠣養(yǎng)殖區(qū)的采樣站點位于灣頂部，水淺和外部大面積筏式養(yǎng)殖對風浪的阻隔，使海況顯著優(yōu)于其他采樣地點，故再懸浮通量最小；而海帶養(yǎng)殖區(qū)的采樣點位于灣口中部，水深流急，受風浪攪動的影響較大，致使再懸浮通量也最大。

3.3 經(jīng)再懸浮比率校正后的桑溝灣懸浮顆粒物凈沉降通量

扣除再懸浮影響之后，近底層測得的SPM、POC、PTN和PTP的凈沉降通量的平均值／分布范圍分別為24.6～75.9／（54.0）g／（m2·d）、0.21～1.14／（0.71）g／（m2·d）、0.019～0.153／（0.076）g／（m2· d）和0.001～0.056／（0.018）g／（m2·d），中層測得的沉降通量分別為3.8～65.6／（40.9）g／（m2·d）、0.19～0.86／（0.58）g／（m2·d）、0.022～0.256／（0.115）g／（m2·d）和0.003～0.045／（0.022）g／（m2·d）（見圖3）。桑溝灣顆粒物凈沉降通量仍存在顯著空間和季節(jié)變化；其中，季節(jié)變化仍表現(xiàn)為秋季高于夏季，如果說未扣除再懸浮影響前這種季節(jié)差異主要是風攪動程度不同造成的，那么校正后季節(jié)差異的繼續(xù)存在，則可能與養(yǎng)殖貝類個體增大、排泄量增大密切相關；而空間分布特征則發(fā)生了顯著變化，牡蠣和扇貝養(yǎng)殖區(qū)的凈沉降通量顯著大于海帶養(yǎng)殖區(qū)，近底層與中層測得的平均凈沉降通量比值降至1.0，這說明扣除再懸浮影響后的桑溝灣顆粒態(tài)沉降物質主要源于中上層水體；其原因與牡蠣和扇貝養(yǎng)殖區(qū)的生物代謝活動強烈，使得生物性沉積量增大有關［28—30］而海帶養(yǎng)殖區(qū)缺少了集約化養(yǎng)殖貝類的排泄、死亡等活動，因而生物沉積也相對較少。

表1 桑溝灣沉降顆粒有機物的再懸浮比率及其時空變化Tab.1 The rate of resuspended proportion of settling particulate matter in different area

圖3 經(jīng)再懸浮比率校正后的懸浮顆粒物凈沉降通量Fig.3 Net vertical flux of settling particulate matter corrected by resuspended proportion

4 結語

本文以金屬Al為標記物質同步測定的再懸浮比率結果發(fā)現(xiàn)，近底層和中層的再懸浮比率平均值分別高達92.8%和80.4%。桑溝灣懸浮顆粒物沉表觀降通量和再懸浮比率都有顯著的季節(jié)和區(qū)域性差異：其中秋季高于夏季；海帶區(qū)最高，扇貝區(qū)次之，牡蠣區(qū)最低。

經(jīng)再懸浮比率校正后的桑溝灣顆粒物凈沉降通量，仍存在著顯著的空間和季節(jié)變化；但受控因素發(fā)生了根本轉變，從而導致他們的分布特征也顯著不同。這主要表現(xiàn)為：凈沉降通量主要與灣內集約化養(yǎng)殖生物的活動密切相關；凈沉降顆粒物質主要源于生物代謝活動強烈的中上層水體，貝類的排泄作用使牡蠣和扇貝養(yǎng)殖區(qū)的凈沉降通量顯著大于海帶養(yǎng)殖區(qū)，養(yǎng)殖貝類個體增大、排泄量增加使秋季凈沉降通量高于夏季。

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Vertical flux and resuspension of settling particulate matter of Sanggou Bay in summer and autumn

Yang Qian1，Yang Shu1，Song Xianli1，2，Sun Yao1

（1.Yellow Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Qingdao 266071，China；2.Marine Culture Institute of Shandong Province，Qingdao 266002，China）

The distribution feature of vertical flux of SPM was studied with twin-tube sediment traps tethered at bottom in Sanggou Bay，which is an important aqua-culture waters in north coast of China，in summer and autumn. At the same time，resuspension proportion of SPM was determined by mark method of metal Al.The average apparent vertical fluxes determined near bottom about 1m of SPM，POC，PTN and PTP was separately 1 511.4 g／（m2·d），20.01 g／（m2·d），1.497 g／（m2·d）and 0.474 g／（m2·d），which is much higher than other coastal waters of China，and the average bottom resuspension proportion of SPM was 92.8%and unthinkably high.This high resuspension was mainly caused by wind-stirring.As affected by resuspension，the average vertical flux determined near bottom was 2.7 times of that at middle-layer and the vertical fluxes in fall or culture areas of kelp and scallop were significantly higher than that in summer or culture area of oyster.Net vertical flux，corrected by resuspension proportion，had still significant spatial and seasonal change，but there's an important conversion on its controlling mechanism.The net SPM mainly rooted in upper waters，in which there's intense metabolic action produced by cultured and accrete organism.Bivalve excreta made the net settling flux in culture areas of oyster and scallop higher than that in culture area of kelp，and the net settling flux in autumn higher than that in summer with cultured and accrete organism growth and excreta increment.

settling flux；resuspension；SPM；Sanggou Bay

P736.4

A

0253-4193（2014）12-0085-06

楊茜，楊庶，宋嫻麗，等.桑溝灣夏、秋季懸浮顆粒物的沉降通量及再懸浮的影響［J］.海洋學報，2014，36（12）：85—90，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.12.008

Yang Qian，Yang Shu，Song Xianli，et al.Vertical flux and resuspension of settling particulate matter of Sanggou Bay in summer and autumn［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（12）：85—90，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.12.008

2013-10-30；

2014-10-08。

中國水產(chǎn)科學研究院基本科研業(yè)務費項目（2014A01YY01）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金（20603022013003）。

楊茜（1984—），女，山東省青島市人，助理研究員，主要從事環(huán)境化學方面的研究。E-mail：yangqian＠ysfri.ac.cn

*通信作者：孫耀。E-mail：sunyao＠ysfri.ac.cn