北極王灣2010年夏季水體營養(yǎng)鹽分布及影響因素

季仲強，高生泉，金海燕，2*，何劍鋒，白有成，王斌，楊志，陳建芳，2

（1.國家海洋局第二海洋研究所國家海洋局海洋生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學(xué)重點實驗室，浙江杭州 310012；2.衛(wèi)星海洋環(huán)境動力學(xué)國家重點實驗室，浙江杭州 310012；3.中國極地研究中心，上海 200136）

北極王灣2010年夏季水體營養(yǎng)鹽分布及影響因素

季仲強1，高生泉1，金海燕1，2*，何劍鋒3，白有成1，王斌1，楊志1，陳建芳1，2

（1.國家海洋局第二海洋研究所國家海洋局海洋生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學(xué)重點實驗室，浙江杭州 310012；2.衛(wèi)星海洋環(huán)境動力學(xué)國家重點實驗室，浙江杭州 310012；3.中國極地研究中心，上海 200136）

王灣海域位于北極斯瓦爾巴群島西北側(cè)，其水體特征主要受到北極冰川與大西洋的共同影響。為了研究冰川融水與大西洋水對王灣營養(yǎng)鹽分布以及生態(tài)系統(tǒng)的影響，在2010年夏季黃河站考察期間，對王灣海水與地表徑流進行采樣分析，并測定了營養(yǎng)鹽和葉綠素a。結(jié)果表明：2010年夏季王灣是大西洋水影響較弱的年份，以低溫低鹽高營養(yǎng)鹽的本地變異水為主導(dǎo)。2010年7月王灣水體可以劃分為4個水團，表層水（SW）、中層變異水（TIW）、本地變異水（TLW）和大西洋變異水（TAW），其中，表層水與中層變異水營養(yǎng)鹽濃度較低，隨著深度增加，本地變異水與大西洋變異水營養(yǎng)鹽濃度都較高。大西洋變異水主要影響200 m以深水柱，其營養(yǎng)鹽濃度低于本地變異水影響的底部值，本地變異水中營養(yǎng)鹽濃度的增加主要來自于顆粒物中營養(yǎng)鹽的再生。表層水主要來源于地表徑流與冰川融水，這些淡水輸入與浮游植物的初級生產(chǎn)作用共同決定了表層水的營養(yǎng)鹽濃度水平及結(jié)構(gòu)。本地變異水中在水深100 m上下出現(xiàn)的銨鹽高值可能與浮游動物和／或微生物的代謝過程有關(guān)。

北極；王灣；營養(yǎng)鹽特征；水團

1 引言

王灣（Kongsfjorden）（79°N，12°E周圍區(qū)域）是挪威斯瓦爾巴群島（Svalbard）西北部一個典型的峽灣海洋系統(tǒng)，灣內(nèi)有大量冰川發(fā)育。灣中水體主要受大西洋水（Atlantic Water，AW）和北極水（Arctic Water，Ar W）兩大水團的影響，它們在沿陸架北上過程中與峽灣（fjord）內(nèi)部水體發(fā)生交換（見圖1）［1—2］。王灣浮游生態(tài)系統(tǒng)對大西洋水與北極水在灣內(nèi)的強弱變化最為敏感，而底棲生態(tài)系統(tǒng)主要受水文長期變化以及海冰、冰川徑流與降水變化的影響［3］。在王灣內(nèi)部，冰川與海水直接相連，冰川的輸入會引起底棲生物，浮游動物與浮游植物的減少［3］。王灣內(nèi)部海冰與冰川的消融以及大西洋水的入侵都與氣候變化有關(guān)聯(lián)，因而，大西洋與北極的氣候變化信號將對峽灣系統(tǒng)的理化因子和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生可觀測的影響［4］。

通過水體交換過程，富營養(yǎng)鹽的大西洋水（AW）和北極水（Ar W）年際間的變化將引起灣內(nèi)水體特征的改變［5—7］，同時，海冰與冰川的消融也將引起灣內(nèi)營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的變化，從而對灣內(nèi)生產(chǎn)力的發(fā)展產(chǎn)生重要影響。目前國內(nèi)有一些對王灣水體浮游植物與細(xì)菌群落等研究進行的報道［8—10］。而營養(yǎng)鹽作為串聯(lián)水體環(huán)境變化和生態(tài)系統(tǒng)演變的關(guān)鍵因子，目前王灣海域這方面的研究還較少［11—14］。本文擬通過2010年夏季王灣中海水及鄰近陸地冰川消融產(chǎn)生徑流水的采集，分析其中的營養(yǎng)鹽與葉綠素等關(guān)鍵指標(biāo)，并結(jié)合溫度與鹽度，討論了北極海洋地區(qū)子系統(tǒng)營養(yǎng)鹽分布與水團變化的關(guān)系，及其對氣候變化引起的海流改變的響應(yīng)。

2 研究區(qū)域概況及實驗設(shè)計

2.1 區(qū)域環(huán)境

由于高溫高鹽的大西洋水AW帶來大量的熱量，使得斯瓦爾巴群島陸架西側(cè)全年基本無冰，形成較為典型的海洋性濕潤氣候。因而，沿著群島西海岸，7月溫度常常在1～10℃，夏季最高月平均氣溫約5℃，冬季最低月平均氣溫約－15℃。王灣沿東南向西北展布，長約20 km，而寬度在4 km到10 km范圍之間（圖1）。由于灣口有明顯的冰川溝槽向陸架延伸，有利于峽灣內(nèi)外水體交換，對王灣的水文、物理與生物等變化有決定性影響［1］，使得峽灣內(nèi)水團在不同季節(jié)下存在不同控制性水團［5］。首先，源于灣外的兩個水團分別是WSC中的大西洋水（AW）和沿岸流中的北極水（Ar W），由鋒面區(qū)域分隔；當(dāng)AW進入王灣時，會與Ar W混合，從而，改變其水團性質(zhì)，稱為大西洋變異水（Transformed Atlantic Water，TAW）；表層水（Surface Water，SW）在冰川消融時形成并在晚春與夏季占主導(dǎo)，層厚向著灣口會逐漸減小，同時，增強的太陽輻射使得水溫升高，并有較大的變化范圍；上層的SW與下層的AW或TAW混合形成中層水（Intermediate Water，IW）；在秋季和冬季，由于表層的變冷和對流，兩個水團將在灣內(nèi)形成，即本地水（Local Water，LW）和冬季冷卻水（Winter Cold Water，WCW），它們在春季與夏季逐漸與表層水混合，從而，在溫鹽特征上也向中層水IW靠近［1，5］。此外，夏季王灣周邊有5處冰川消融直接進入灣內(nèi)，是淡水的主要來源。入海淡水年平均總通量，包括冰川、雪融水、降水、徑流和地下水，約占峽灣水體質(zhì)量的5%［5］。所以，王灣水體中水團的變化也會帶動營養(yǎng)鹽特征的改變，從而影響灣內(nèi)生態(tài)環(huán)境。

圖1 2010年夏季王灣樣品采集站位Fig.1 Sampling sites around Kongsfjorden in summer 2010

2.2 樣品采集與分析

王灣地區(qū)所在的新奧爾松（Ny-?lesund）是北極氣候環(huán)境研究的一個重要考察平臺，來自世界各地的科學(xué)家在這里開展著氣候變化對北極地區(qū)生態(tài)環(huán)境影響的研究。中國于2004年在該地區(qū)建立了黃河站，并開始了長期的調(diào)查研究。2010年夏季，我們對王灣地區(qū)進行了海水與陸源徑流水的采樣，具體站位見圖1與表1。海水采樣層位分別為0 m、2 m、5 m、10 m、20 m、30 m、50 m、100 m、150 m和200 m，共45個海水樣品。溫度和鹽度數(shù)據(jù)由CTD（SD204，SAIV A／S）獲得。陸源徑流水是直接采集表層水，共5個樣品。

樣品采集后在海洋實驗室進行過濾和樣品的收集工作。葉綠素a樣品（GF／F膜，Whatman公司）冷凍保存于－80℃冰箱中，營養(yǎng)鹽樣品加氯仿并于－18℃下冷凍保存；所有樣品帶回國內(nèi)實驗室進行分析。葉綠素a使用唐納熒光分析儀（Turner10－AU，美國）進行測定，檢出限0.01μg／L。銨鹽用723型分光光度計（靛酚藍(lán)法）測定；其他營養(yǎng)鹽使用營養(yǎng)鹽自動分析儀（Skalar San＋＋，荷蘭）進行測定，其中，硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽、磷酸鹽和硅酸鹽的檢出限分別為0.1、0.01、0.01、0.03和0.1μmol／L。

3 結(jié)果

3.1 水文特征

圖2是王灣海水調(diào)查斷面的溫度、鹽度和密度分布圖。鹽度值在27.7到34.7范圍，由于受到淡水輸入影響，鹽度值在表層較低，并隨著深度的增加而增加。溫度范圍在－1.2℃到8.5℃之間。表層受到夏日極晝輻射的影響，溫度較高；而在約30 m到200 m水深處溫度較低（小于1℃）；最低值出現(xiàn)在約50～120 m深度（小于－1℃）。位密度值的變化范圍在21.6～28.7 kg／m3，表層密度變化較大，到下層則較為均勻。從位密度的分布可以看到，夏季水柱呈垂向分層結(jié)構(gòu)，海水層化作用明顯。

圖2 2010年夏季王灣鹽度、溫度與位密度斷面分布Fig.2 Profile distributions of salinity，temperature and potential density in Kongsfjorden，summer 2010

3.2 營養(yǎng)鹽與葉綠素α分布

2010年7月王灣海水營養(yǎng)鹽濃度范圍分別為：硝酸鹽（NO3-N，0.7～13.7μmol／L），亞硝酸鹽（NO2-N，從低于檢出限到0.56μmol／L），銨鹽（NH4-N，0.25～2.67μmol／L），磷酸鹽（PO4-P，0.13～1.53 μmol／L）和硅酸鹽（SiO3-Si，1.1～6.7μmol／L）（圖3）。其中，NO3-N表層濃度為0.7～2.0μmol／L，水平方向上呈灣內(nèi)高灣外低的分布，垂向上隨著深度的增加而增加，到150～200 m水深，濃度穩(wěn)定在12.0～13.7 μmol／L之間；NO2-N濃度值基本在0.20μmol／L以下，在K2站20～50 m與K1和K2站100～150 m范圍有較高濃度（0.30～0.56μmol／L）；NH4-N濃度在50～150 m水深處較高，范圍在1.50～2.67μmol／L，而水柱其他位置的濃度都較低；PO4-P濃度值隨著深度不斷增加，到100 m以深時呈現(xiàn)由陸架向灣內(nèi)遞減的趨勢；表層SiO3-Si濃度值（2.5μmol／L）稍高于30～50 m水深的1.5μmol／L，并隨著深度的增加而增加，但其濃度增加不明顯。圖4還顯示了王灣水柱中營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的變化。氮磷比值與氮硅比值均呈現(xiàn)由表層向深層增加的趨勢，分別由1.9增加到20.4和由0.2增加到2.6。

夏季，王灣水體葉綠素a的濃度較低（0.01～1.24μg／L），平均值僅0.45μg／L，基本在1.00μg／L以下，表明夏季浮游植物的現(xiàn)存量較低，且從圖3可以看出，葉綠素a相對高值主要分布在50 m以淺范圍，50 m以深葉綠素a濃度很低，均小于0.25μg／L。

圖3 2010年夏季王灣營養(yǎng)鹽與葉綠素a斷面分布Fig.3 Profile distributions of nutrients and Chl a in Kongsfjorden，summer 2010

圖4 2010年夏季王灣氮磷比值與氮硅比值斷面分布Fig.4 Profile distributions of N／P ratio and N／Si ratio in Kongsfjorden，summer 2010

表1 陸地上采集樣品站位及其營養(yǎng)鹽含量Tab.1 Terrestrial sampling sites and their nutrient contents

表1是地表徑流不同湖泊與河流水體中營養(yǎng)鹽的濃度值。從表中可以看出，新奧爾松地表徑流水中，湖水營養(yǎng)鹽濃度總體較低，僅NH4-N與SiO3-Si濃度稍高，前者最高達(dá)1.54μmol／L，后者除了湖R3外，基本在3.0μmol／L左右；河水與溪流水中硝酸鹽與硅酸鹽濃度明顯升高，最高可達(dá)5.2μmol／L和11.8μmol／L。

4 討論

4.1 王灣海域水團及其營養(yǎng)鹽特性

斯瓦爾巴群島西部峽灣存在多個水團，其對應(yīng)有不同溫鹽特征，同時營養(yǎng)鹽和生物特征也各不相同。水文條件的變化對王灣區(qū)域營養(yǎng)鹽及生物分布都有較大影響。2002年4、5月，Hodal等在王灣中部站位做連續(xù)觀測發(fā)現(xiàn)，北極水ArW影響較大時，峽灣內(nèi)旺發(fā)藻種以硅藻為主，而5月中旬，大西洋水AW控制時，棕囊藻或者與硅藻均占主要優(yōu)勢［12］。同樣的，Willis等發(fā)現(xiàn)平流進入王灣水團與浮游動物群落結(jié)構(gòu)的變化之間也有密切的關(guān)系［15］。AW進入峽灣的時間和范圍不同還將影響王灣區(qū)域春季浮游植物旺發(fā)時間和面積［13］。

在Svendsen等的分類基礎(chǔ)上［1］，結(jié)合2010年王灣水體的溫鹽特征，將2010年7月王灣水體分為4個水團進行討論，分別為表層水（SW）、本地變異水（TLW）、中層變異水（TIW）和大西洋變異水（TAW）（圖5），同時，表2是這些水團對應(yīng)的溫度、鹽度和營養(yǎng)鹽特征。

圖5 王灣調(diào)查站位T－S圖及其水團劃分Fig.5 T－S diagram and the division of the water mass

表2 王灣水團溫度、鹽度及其營養(yǎng)鹽濃度和結(jié)構(gòu)Tab.2 Temperature，salinity and nutrient concentrations and composition of the water masses in Kongsfjorden

夏季，冬季冷卻水（WCW）與周圍溫暖的表層水混合轉(zhuǎn)化，從而在表層以下不斷的形成本地水（LW）［16］；對應(yīng)地，根據(jù)溫鹽特征，王灣50～200 m水深的低溫水體是殘留的WCW和LW的混合水體，將其命名為本地變異水（TLW，溫度變化范圍－1.5～1.0℃，鹽度變化范圍34.1～34.65），其營養(yǎng)鹽濃度范圍分別為NO3-N 1.5～13.7μmol／L（平均7.8μmol／L，n＝14）；PO4-P 0.37～1.53μmol／L（平均0.78 μmol／L，n＝14）；SiO3-Si 1.5～6.7μmol／L（平均3.7 μmol／L，n＝14），對應(yīng)深度葉綠素a的范圍則在0.01～0.18μg／L之間（平均0.04μg／L，n＝14）。此外，WCW與LW在春季與夏季開始與表層水SW混合，慢慢向IW改變［5］，從而在TLW上30～50 m水深處形成了中層水（溫度變化范圍－0.5～1.0℃，鹽度變化范圍33.8～34.1），因其與Svendsen等提出的SW與TAW混合產(chǎn)生的IW在溫鹽上都有所不同［1］，我們定義其為中層變異水（TIW），營養(yǎng)鹽濃度平均值分別為NO3-N 1.6μmol／L；PO4-P 0.35μmol／L；SiO3-Si 2.0μmol／L。

在表層，隨著夏季到來，冰川融水，雪融水和少量海冰融水直接或者間接通過徑流進入灣內(nèi)，使得表層水鹽度降低，且由于極晝條件下持續(xù)的太陽輻射，導(dǎo)致表層水溫度升高。有的情況下，冰川融水對王灣表層水鹽度的影響可以到達(dá)距冰川前緣45 km的位置，且深度可以達(dá)30 m［17］。Wang等認(rèn)為SW水能夠影響到灣外側(cè)水柱40 m以淺的海水［9］。調(diào)查區(qū)域內(nèi)，30 m以淺鹽度均小于34，且溫度大于1℃，與前述SW溫鹽一致，劃為表層水（SW，溫度大于1℃，鹽度小于34），其營養(yǎng)鹽濃度范圍NO3-N為0.7～2.3 μmol／L（平均1.2μmol／L，n＝30）；PO4-P為0.13～0.40μmol／L（平均0.24μmol／L，n＝30）；SiO3-Si為1.1～5.0μmol／L（平均2.5μmol／L，n＝30），對應(yīng)深度葉綠素a的范圍則在0.07～1.24μg／L之間（平均0.64μg／L，n＝30）。但此次在王灣的SW較之前王灣觀測到的SW［1］，溫度（平均4.54℃）偏高，而鹽度（平均31.9）低很多，說明2010年夏季王灣海域陸源和冰川輸入將對王灣海域表層海水營養(yǎng)鹽產(chǎn)生強烈影響。

在本地變異水以下，200 m以深的水團鹽度與溫度較高，符合大西洋水與北冰洋水的混合水團的溫鹽范圍（溫度大于1℃，鹽度大于34.65），所以，該層即大西洋變異水（TAW）。研究發(fā)現(xiàn)，1991年夏季（7月），王灣口外典型大西洋水具有高溫高鹽，高營養(yǎng)鹽的特征，NO3-N，PO4-P和SiO3-Si最大值分別為13.0 μmol／L，1.13μmol／L和6.0μmol／L；由陸架向灣內(nèi)，營養(yǎng)鹽明顯降低（NO3-N，3.0～9.0μmol／L；SiO3-Si，2.0～3.0μmol／L；NH4-N，0.80～2.00μmol／L；PO4-P，0.15～0.35μmol／L）［11］，說明，相較于大西洋水，大西洋變異水的營養(yǎng)鹽濃度受到北極水影響而有所降低。

由于控制水團的不同，以上水團特征與Svendsen等的分類有所不同［1］。一般，夏末AW侵入范圍達(dá)到最大［5］；在某些年份，AW的影響范圍可以到達(dá)整個王灣［18］。然而，大西洋溫鹽水和北極淡冷水相對強度的變化影響著它們在峽灣中的比例。2000年是王灣夏季大西洋來源水（AW）影響較弱的年份，在7月下旬，75～300 m水深處均由LW控制（溫度小于1℃）［4］。類似的，王灣南部的Isfjord峽灣中，LW以及WCW甚至在夏末（2004年9月）仍存在［16］，通過模型計算，Nilsen等認(rèn)為這與冬季熱通量及風(fēng)向有關(guān)，它們決定了冬季灣內(nèi)水體的密度，從而控制了峽灣系統(tǒng)與陸架區(qū)域的交換過程［16］?？梢姡?010年也是王灣受大西洋水影響較弱的年份，該年夏季的王灣水體主要受本地水與冬季殘留水控制，水溫較低，而且夏季水體層化明顯（見圖1），混合較弱，熱交換相對較慢，有利于低水溫層的保持，但該水層溫度與范圍還可能受其他因素影響，需進一步研究。

王灣水團的形成與其營養(yǎng)鹽特征有著密不可分的聯(lián)系，不同來源水的輸入以及各水團的元素地球化學(xué)循環(huán)過程控制著王灣水體的營養(yǎng)鹽分布特征。

本地水TLW以及中層變異水TIW主要來自于前一年夏末灣內(nèi)水體，由于冬季溫度降低，混合作用加強，其水體特征趨向均勻。2009年夏末，該水團中各營養(yǎng)鹽含量隨著深度增加而逐漸增高，其濃度分別為NO3-N 3.2～7.9μmol／L（平均5.9μmol／L，n＝14）；PO4-P 0.23～0.55μmol／L（平均0.44μmol／L，n＝14）；SiO3-Si 2.2～4.1μmol／L（平均3.2μmol／L，n＝14）。2010年，TLW與TIW中，營養(yǎng)鹽濃度總體比2009年夏末時高，而且大西洋高營養(yǎng)鹽水與灣內(nèi)交換也較弱，所以，本地水增加的營養(yǎng)鹽值與前一年秋季至2010年夏季期間水體中顆粒物的營養(yǎng)鹽再生有關(guān)。營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)隨著深度的增加也在逐漸的發(fā)生變化。本地水的氮磷比值與氮硅比值在深部分別增高接近16與2以上，可見，下層水體逐漸由潛在的氮限制轉(zhuǎn)變?yōu)榈妆容^適宜與潛在的硅限制，此規(guī)律與2009年夏末該水體中，氮磷與氮硅比值的規(guī)律相似。該較高氮硅比值與北極歐亞側(cè)大洋營養(yǎng)鹽特征有所不同。亞歐北極區(qū)域受到陸源影響較強，硅營養(yǎng)鹽在中下層水體中再生，濃度較高（可達(dá)10～60μmol／L）［19］，而本區(qū)域常年受大西洋水進入影響，大西洋水氮／硅比值通常在2以上［11］，從而，造成了王灣區(qū)域氮硅比值的高值。

底層200 m以深的大西洋變異水其營養(yǎng)鹽來源主要是大西洋水與北極水的混合。由采樣結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，接近200 m深處營養(yǎng)鹽濃度平均值分別為NO3-N 13.5μmol／L；PO4-P 1.05μmol／L；SiO3-Si 6.1μmol／L，雖然該值與大西洋水的營養(yǎng)鹽特征值接近［11］，但其可能與大西洋水有一定差別。Hegseth與Tverberg在2006、2007與2008年4月與5月采集TAW水的硝酸鹽與硅酸鹽濃度范圍分別為8.5～12.5μmol／L和4.5～6.5μmol／L［13］。Corte等在2008年6—7月也對王灣營養(yǎng)鹽進行了分析，對應(yīng)TAW的硝酸鹽與磷酸鹽濃度分別為6.87～8.28 μmol／L和0.66～0.75μmol／L［14］?？梢姡笪餮笞儺愃臓I養(yǎng)鹽濃度相比于王灣外陸架大西洋水營養(yǎng)鹽要低許多，說明大西洋水在進入灣內(nèi)后與沿岸北極水混合，使得各營養(yǎng)鹽濃度總體下降。根據(jù)文獻(xiàn)值得到的王灣深部底層水（大于200 m）TAW的各營養(yǎng)鹽水平分別約為NO3-N（9.0±3.0）μmol／L；PO4-P（0.70±0.10）μmol／L；SiO3-Si（5.5±1.0）μmol／L。以上值基本低于本地變異水的底層高值，這也間接說明TLW底部高值是與水體顆粒物營養(yǎng)鹽的再生有關(guān)，并不能通過大西洋變異水的補給獲得。

4.2 陸源輸入對王灣表層水的影響

低營養(yǎng)鹽的王灣夏季表層水可能來源有冰川融水，海冰融水，雪融水與地表徑流等。王灣的海冰一般是在冬季形成，然后在春季快速消融，海冰中包含的鹵水，顆粒物以及冰藻等對春季浮游植物的旺發(fā)有重要作用［12］。王灣還由于受到大西洋水入侵的影響，有時，海冰較早就開始消融，如2006年2月份，甚至2007年與2008年冬季灣內(nèi)無冰［13］。同時，灣內(nèi)靠近入海冰川處，會向海水延伸形成岸冰（含部分海冰），但王灣周圍陸地75%被冰川覆蓋，有5條冰川直接入海（這些入海冰川是在地面上的，而不是漂浮著的［1］），其他還有大量陸內(nèi)冰川，因而，岸冰融水對表層水輸入的貢獻(xiàn)較為有限。Hagen等［20］對進入王灣系統(tǒng)淡水的年輸入量進行了估算，發(fā)現(xiàn)淡水輸入主要來自冰川崩解形成的融水，以及冰川與雪融水形成的徑流，它們分別占到總徑流量的18%和56%。因此，特別是在夏季，冰川崩解入海形成的融水以及冰雪融水形成的陸地徑流是王灣表層水的主要來源。

在2010年夏季，對新奧爾松一側(cè)陸地湖泊與河流進行了水樣采集，并對其營養(yǎng)鹽進行了分析（見表1）。根據(jù)測定結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，新奧爾松地表徑流水中，湖水營養(yǎng)鹽濃度總體較低，但其對王灣水體貢獻(xiàn)很小，而河水與溪流水中硝酸鹽與硅酸鹽濃度相對較高，且該融水通量占淡水總輸入量的一半以上，攜帶大量氮硅營養(yǎng)鹽輸入灣內(nèi)。然而，王灣表層水SW營養(yǎng)鹽濃度值較低，特別是硝酸鹽和磷酸鹽（最低值分別為0.7和0.13μmol／L），其平均硝酸鹽和硅酸鹽濃度均低于河水與溪流水值。所以，這部分陸源水進入灣內(nèi)將影響王灣表層水營養(yǎng)鹽的平衡。

除了通過地表徑流輸入灣內(nèi)外，入海冰川會以崩解的冰塊的形式直接入海，并在灣內(nèi)融化，對王灣表層水產(chǎn)生重要影響。2012年采集的冰川水營養(yǎng)鹽濃度為NO3-N 1.4～2.2μmol／L；PO4-P 0.01～0.03 μmol／L；SiO3-Si 0.5～1.4μmol／L（未發(fā)表數(shù)據(jù)），與表層水的營養(yǎng)鹽濃度接近或更低。然而，這些低營養(yǎng)鹽的入海冰川通量也較大，其對表層水的營養(yǎng)鹽稀釋作用也不可忽視。

由于王灣在夏季存在較為強烈的層化作用（見圖1），通過以上徑流方式輸入灣內(nèi)的淡水將主要停留在表層水中；并且，冰雪融水形成的徑流營養(yǎng)鹽稍高，也是主要的淡水輸入通量，這些淡水輸入形成的表層水營養(yǎng)鹽濃度應(yīng)該高于冰川崩解融水的營養(yǎng)鹽濃度，而實際是與它們相近，這說明除了淡水輸入外，還有其他因素使得表層水呈現(xiàn)出低氮磷營養(yǎng)鹽的特征。

對采集的上游溪流水與河水分析發(fā)現(xiàn)，其葉綠素a濃度只有約0.10μg／L。它們進入灣內(nèi)不足以支持王灣表層水的初級生產(chǎn)（葉綠素a濃度最大值為1.24 μg／L）；而且，葉綠素a的高值與營養(yǎng)鹽的低值是對應(yīng)的（見圖3），這說明浮游植物的生長在一定程度上發(fā)生在表層水中，且該過程消耗了部分營養(yǎng)鹽，使得表層水氮磷營養(yǎng)鹽濃度進一步降低。這與春季發(fā)生浮游植物旺發(fā)時類似，其表層葉綠素a可以到5.00μg／L以上，硝酸鹽和硅酸鹽濃度則降低到接近1.0μmol／L，甚至更低［13］。

4.3 生物活動對王灣營養(yǎng)鹽分布的影響

海水中無機氮、磷和硅等營養(yǎng)物質(zhì)是海洋生物繁殖生長不可缺少的化學(xué)成分。浮游植物的吸收與釋放，浮游動物的攝食與排泄，以及它們的再生循環(huán)都會對營養(yǎng)鹽的分布產(chǎn)生影響。

由上一節(jié)知道，在王灣表層水中，浮游植物對營養(yǎng)鹽的吸收與王灣表層水中硝酸鹽和磷酸鹽的減少密切相關(guān)。然而，當(dāng)營養(yǎng)鹽濃度降到較低值時，營養(yǎng)鹽也會限制浮游植物的生長。浮游植物生長所需溶解無機氮、硅酸鹽和磷酸鹽最低閾值分別為1.0 μmol／L、2.0μmol／L和0.1μmol／L［21］。實際觀測發(fā)現(xiàn)王灣表層水僅溶解無機氮濃度基本在該閾值以下，所以，根據(jù)最小因子定律，表層水中，低濃度氮營養(yǎng)鹽限制了浮游植物的生長。Redfield比值可以用來表示浮游植物生長潛在的限制性營養(yǎng)鹽。王灣表層水中氮磷比值較低，基本低于5，而氮硅比值也較低，小于0.5（見圖4），同樣表明該水體潛在氮限制因素。

浮游植物的生長也對王灣表層水中硅酸鹽的分布產(chǎn)生影響。由圖3可以知道，表層硅酸鹽濃度（約2.5μmol／L）高于次表層值（約1.5μmol／L）（見圖3），而硅藻也是王灣的主要浮游植物種［17］，說明硅藻為主的浮游植物在真光層的生物生產(chǎn)消耗了部分硅酸鹽，而表1中看到的陸源水較高的硅酸鹽輸入（約大于5.0μmol／L）補充了表層消耗的硅酸鹽，造成了該營養(yǎng)鹽特征。

浮游動物的攝食與排泄等代謝過程中也可能對營養(yǎng)鹽的平衡產(chǎn)生影響。由圖3可以發(fā)現(xiàn)，2010年7月，王灣在100 m水深處出現(xiàn)一個銨鹽高值區(qū)域（約50 m厚，大于2.0μmol／L），其形成原因可能與生物活動有關(guān)。下面對其形成原因進行探討。一般，在缺氧條件下，當(dāng)硝酸鹽都已被還原時，銨鹽將是化合態(tài)無機氮的主要形式［22］，但從圖3看，硝酸鹽沒有顯著降低，說明銨鹽的高值不是還原環(huán)境下產(chǎn)生的。水生動物的排泄也可能造成銨鹽大量形成。根據(jù)拖網(wǎng)與過濾等現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，王灣海水水柱在夏季不同層位中，都存在大量大型浮游動物（水蚤類橈足動物為主）以及糞球粒（張武昌，個人通信）。前人研究也證實，夏季是王灣浮游動物豐度較高的時期（比春季高一個數(shù)量級［23］）。Wiborg在1957年與1958年對王灣浮游動物進行了連續(xù)采樣調(diào)查（靠近本次調(diào)查站位K1），也發(fā)現(xiàn)7、8月的浮游動物豐度是全年中最高的，且以飛馬哲水蚤Calanus finmarchicus為主［24］。銨鹽通常是浮游動物排泄物中主要的可溶性無機含氮化合物，而且浮游動物排泄氮的速率相對于其他動物來說高很多［22］，所以，浮游動物的排泄物，如糞球粒，在下沉過程中的不斷釋放，可能是造成該區(qū)域銨鹽高值的重要原因。此外，王灣夏季生產(chǎn)力一般較高，但藻類生物的現(xiàn)存量從葉綠素a的數(shù)據(jù)看較?。ɑ拘∮?.00μg／L），藻類生物量在夏季的減少可能與攝食作用有關(guān)［17］。王灣外陸架上曾發(fā)現(xiàn)的銨鹽濃度高值及對應(yīng)的橈足類生物量的增加，也被認(rèn)為是浮游動物攝食減少了浮游植物生物量［11］。然而，Corte等在2008年6月到7月對王灣進行了連續(xù)4周的海水調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在20 m到100 m深度銨鹽濃度平均值從1.07μmol／L上升到2.30μmol／L，并以高濃度保持了近3周［14］，所以，2010年夏季王灣的高銨鹽區(qū)域也可能形成于春季或者更早。除了浮游動物的新陳代謝外，細(xì)菌利用動物排泄的粒狀有機氮和其他懸浮在海水中的含氮碎屑物質(zhì)作為能源物質(zhì)，生成銨鹽［22］，這可能是該高銨鹽濃度持續(xù)的重要原因，但它們的貢獻(xiàn)量有待進一步研究。

5 結(jié)語

根據(jù)溫度、鹽度以及營養(yǎng)鹽分布特征的不同，可以由上到下將2010年夏季王灣水體劃分為表層水（SW）、中層變異水（TIW）、本地變異水（TLW）和大西洋變異水（TAW），發(fā)現(xiàn)，表層水與中層變異水營養(yǎng)鹽濃度較低，隨著深度增加，本地變異水與大西洋變異水營養(yǎng)鹽濃度都較高。2010年夏季王灣是大西洋水影響較弱的年份，以低溫低鹽高營養(yǎng)鹽的本地變異水為主導(dǎo)。大西洋變異水主要影響200 m以深水柱，且營養(yǎng)鹽濃度低于本地變異水深部值，而本地變異水中營養(yǎng)鹽濃度的增加主要來自于顆粒物中營養(yǎng)鹽的再生。表層水主要來源于地表徑流與冰川入海融水，這些淡水輸入與浮游植物的初級生產(chǎn)共同構(gòu)成了表層水的營養(yǎng)鹽分布特征。本地變異水中，在水深100 m上下出現(xiàn)的銨鹽高值區(qū)域可能與浮游動物和／或微生物的代謝過程有關(guān)。

王灣在營養(yǎng)鹽生態(tài)動力學(xué)方面的研究有待進一步的深入，如表層水營養(yǎng)鹽是否浮游植物生長的主要限制因子，以及長時間序列的連續(xù)觀測能夠促進對生態(tài)變化機制機理的研究。此外，擴大研究的時間與空間尺度，將有助于解釋環(huán)境與氣候變化對王灣生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的影響。

致謝：感謝2010年北極黃河站度夏考察所有隊員的幫助與支持；同時感謝國家海洋局極地考察辦公室對現(xiàn)場考察以及研究項目的資助。

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Nutrient distribution and the influencing factors of seawater in Arctic Kongsfjorden，summer 2010

Ji Zhongqiang1，Gao Shengquan1，Jin Haiyan1，2，He Jianfeng3，Bai Youcheng1，Wang Bin1，Yang Zhi1，Chen Jianfang1，2

（1.State Oceanic Administration Laboratory of Marine Ecosystem and Biogeochemistry，Second Institute of Oceanography，State O-ceanic Administration，Hangzhou 310012，China；2.State Key Laboratory of Satellite Ocean Environment Dynamics，Hangzhou 310012，China；3.Polar Research Institute of China，Shanghai 200136，China）

Kongsfjorden is located in the northwest of Svalbard，Arctic，and the water is affected by Arctic glacier and the Atlantic Ocean.In order to study the affects of glacier water and Atlantic water on distribution of nutrients and the ecosystem in Kongsfjorden，seawater and runoff water were sampled and analyzed for the nutrients and Chlorophyll a during the Yellow River Station expedition in summer 2010.The results showed that，it was a weak year of the Atlantic water in kongsfjorden 2010，and the transformed local water with low temperature，low salinity and high nutrients was in control.The Kongsfjorden water in July 2010 could be divided into 4 water masses，including surface water（SW），transformed intermediate water（TIW），transformed local water（TLW）and transformed Atlantic water（TAW），of which，the nutrient concentration were low in SW and TIW，while，as the depth went deeper，nutrient concentrations were higher in TLWand TAW.The water column below 200 m was mainly controlled by TAW，and its nutrient concentration was lower than those in the bottom of TLW.The higher nutrients of TLW were mainly derived from the nutrient regeneration of the particulates in the water column.The glacier melting water and runoff water controlled the SW，and these freshwater inputs and the primary production of the phytoplankton together determined the nutrient concentrations and structures in SW.In the water column at about 100 m of TLW，the high ammonia concentration was connected with the metabolic processes of the zooplankton and／or microorganism.

Arctic；Kongsfjorden；nutrients；water mass

P734.2＋1

A

0253-4193（2014）10-0080-10

2014-04-10；

2014-07-15。

極地專項項目（CHINARE2013－02－01，CHINARE2013－04－03－07）；國家海洋局基金項目（2013331，2011327）；海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費項目（201105022）；中國極地科學(xué)戰(zhàn)略研究基金項目（20120104，20120305）。

季仲強，男（1984—），博士，助理研究員，主要從事海洋生物與有機地球化學(xué)研究。E-mail：jizq＠sio.org.cn

金海燕，研究員，主要從事海洋生物地球化學(xué)研究。E-mail：jinhaiyan＠sio.org.cn

季仲強，高生泉，金海燕，等.北極王灣2010年夏季水體營養(yǎng)鹽分布及影響因素［J］.海洋學(xué)報，2014，36（10）：80—89，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.10.009

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