春、夏季長(zhǎng)江口及其鄰近海域無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征分析

夏榮霜，張海燕，徐亞巖，尹艷娥，徐兆禮

摘要：根據(jù)長(zhǎng)江口及其附近海域2個(gè)航次（2012年5月和8月）營(yíng)養(yǎng)鹽等的調(diào)查資料，分析了調(diào)查海域無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽5項(xiàng)指標(biāo)的分布特征及其分布原因。結(jié)果表明，春季磷酸鹽和硅酸鹽的質(zhì)量濃度均小于夏季，而總?cè)芙庑詿o機(jī)氮（DIN）卻大于夏季;春、夏季表層磷酸鹽質(zhì)量濃度均小于底層;而硅酸鹽和DIN卻沒有這一規(guī)律;春季（5月）、夏季（8月）調(diào)查海區(qū)水體中無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽（除氨氮以外）的質(zhì)量濃度總體呈現(xiàn)從近海向外海遞減趨勢(shì);硝酸鹽是調(diào)查海水中無機(jī)氮主要存在形式，占DIN的90%左右;分析各無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽與鹽度的相關(guān)性，得知硅酸鹽與鹽度的相關(guān)性最大，DIN次之，磷酸鹽最差。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)江口及其鄰近海域;無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽;分布特征

中圖分類號(hào)：P734.4+4 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ?文章編號(hào)：0439-8114（2014）23-5688-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.018

長(zhǎng)江口是中國(guó)最大的河口，位于長(zhǎng)江三角洲經(jīng)濟(jì)體核心區(qū)，是中國(guó)工農(nóng)業(yè)最發(fā)達(dá)的區(qū)域。然而，經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的同時(shí)也帶來了環(huán)境污染問題，影響著長(zhǎng)江口及其鄰近海域的生態(tài)環(huán)境，其中因污染物排放引起的富營(yíng)養(yǎng)化問題尤為嚴(yán)重，使得生態(tài)系統(tǒng)失去平衡，引起大面積赤潮暴發(fā)，因此該區(qū)域亦是我國(guó)沿海赤潮高發(fā)區(qū)之一[1]。而赤潮無論發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)還是規(guī)模在很大程度上都與營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空分布密切相關(guān)[2]。有害赤潮會(huì)影響到海洋生物的生命活動(dòng)，可以改變海洋生物種群的數(shù)量和結(jié)構(gòu)，也會(huì)影響海洋生態(tài)系統(tǒng)，還會(huì)影響附近海域的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、捕撈業(yè)、旅游業(yè)等海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，威脅著沿海居民的身體健康。2011年中國(guó)沿海共發(fā)生赤潮55次，累計(jì)面積6 076 km2，赤潮災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失325萬元。2012年，我國(guó)沿海共發(fā)現(xiàn)赤潮73次，12次造成災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失20.15億元。目前關(guān)于長(zhǎng)江口及其附近海域營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空分布變化規(guī)律已有不少研究報(bào)道[3-7]，但由于長(zhǎng)江入海后擴(kuò)展范圍巨大，對(duì)周邊海域營(yíng)養(yǎng)鹽理化參數(shù)影響深遠(yuǎn)，不同區(qū)域有其獨(dú)特的特征，多數(shù)研究未將屬于長(zhǎng)江口影響海域的杭州灣、舟山附近海域納入長(zhǎng)江口海域進(jìn)行研究，這一海域是長(zhǎng)江口鰻苗、杭州灣鯧魚等多種經(jīng)濟(jì)魚類產(chǎn)卵場(chǎng)及稚幼魚索餌場(chǎng)，故需對(duì)其做進(jìn)一步的研究。本研究利用農(nóng)業(yè)部東海區(qū)漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中2012年獲得的調(diào)查資料，分析長(zhǎng)江口、杭州灣及舟山群島西部海域無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空分布，從而為該水域的漁業(yè)環(huán)境保護(hù)和海洋開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。

1 ?調(diào)查及分析方法

1.1 ?采樣時(shí)間和區(qū)域

于2012年5月和8月在長(zhǎng)江口、杭州灣和舟山漁場(chǎng)重要漁業(yè)水域共設(shè)20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置如圖1所示。其中1-6點(diǎn)位于長(zhǎng)江口最大渾濁帶內(nèi)[8]，7-11點(diǎn)位于杭州灣內(nèi)，12-20點(diǎn)位于舟山漁場(chǎng)西部海域。

1.2 ?分析項(xiàng)目和方法

水質(zhì)監(jiān)測(cè)的具體采樣、保存及分析方法均參照GB17378-2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[9]進(jìn)行。無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽分析項(xiàng)目包括硝酸鹽（鋅鎘還原法）、亞硝酸鹽（萘乙二胺分光光度法）、氨氮（次溴酸鈉氧化法）、磷酸鹽（磷鉬藍(lán)分光光度法）、硅酸鹽（硅鉬藍(lán)分光光度法），硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮之和為總?cè)芙鉄o機(jī)氮（DIN）。所有數(shù)據(jù)均來自農(nóng)業(yè)部東海區(qū)漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心2012年5月和8月的常規(guī)監(jiān)測(cè)。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?鹽濃度平面分布

調(diào)查海域春季表、底層海水中的鹽濃度范圍和平均值分別為0.19～28.61、17.63 mg/L和0.19～16.18、16.18 mg/L。夏季調(diào)查海域表、底層海水中的鹽濃度范圍和平均值分別為0.60～24.64、16.05 mg/L和1.05～27.21、16.79 mg/L。由圖2可知，表、底層鹽濃度的分布趨勢(shì)大體一致，底層鹽濃度稍高于表層，梯度分布明顯，都是呈現(xiàn)近岸低、外海高的分布特點(diǎn)。春、夏兩季這一海域鹽濃度的變化不大，但同一經(jīng)緯度春季鹽濃度略高于夏季。

2.2 ?磷酸鹽平面分布

磷酸鹽是海洋中的主要營(yíng)養(yǎng)鹽類，是浮游植物繁殖和生長(zhǎng)必不可少的營(yíng)養(yǎng)要素之一，也是海洋生物產(chǎn)量的控制因素之一，它在全部生物代謝（尤其是能量轉(zhuǎn)換）過程中起著重要作用。磷酸鹽又是水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的主要因素之一[10]。

春季調(diào)查海域表、底層海水中磷酸鹽的濃度范圍和平均值分別0.021～0.070、0.036 mg/L和0.019～0.079 mg/L、0.041 mg/L。夏季調(diào)查海域表、底層海水中磷酸鹽的濃度范圍和平均值分別為0.014～0.087、0.040 mg/L和0.012～0.104 mg/L、0.047 mg/L。從整個(gè)調(diào)查區(qū)域看，春、夏季調(diào)查海域磷酸鹽的分布趨勢(shì)基本一致，都呈現(xiàn)由近岸向外海呈遞減趨勢(shì)，最高濃度出現(xiàn)在長(zhǎng)江口附近的區(qū)域，最低濃度出現(xiàn)在舟山漁場(chǎng)西部海域，但表層磷酸鹽平均濃度均高于底層。夏季磷酸鹽平均濃度高于春季（圖3、圖4）。

2.3 ?硅酸鹽平面分布

硅酸鹽是海洋浮游植物必需的營(yíng)養(yǎng)鹽類之一，是硅藻類、放射蟲和硅質(zhì)海綿等機(jī)體構(gòu)成中不可缺少的組分。而硅藻通常是海洋浮游植物的主體之一，硅酸鹽濃度的分布除受硅藻季節(jié)性變化的影響外，主要還受江河徑流的影響。另外，海水的運(yùn)動(dòng)對(duì)硅酸鹽的分布變化也產(chǎn)生一定的影響[10]。

春季調(diào)查海域表、底層海水中的硅酸鹽的濃度范圍和平均值分別為0.907～2.891、1.771 mg/L和0.746～2.981、1.764 mg/L。夏季調(diào)查海域表、底層海水中的硅酸鹽的濃度范圍和平均值分別為0.91～4.26、2.75 mg/L和0.702～3.745、2.324 mg/L。整個(gè)調(diào)查區(qū)域從分布趨勢(shì)看，春、夏季表、底層硅酸鹽濃度分布趨勢(shì)，亦呈現(xiàn)近岸高、外海低的特點(diǎn);春、夏季最高濃度均出現(xiàn)在靠近長(zhǎng)江口的區(qū)域，最低濃度均出現(xiàn)在舟山漁場(chǎng)西部海域;夏季硅酸鹽平均濃度高于春季;春季表、底層硅酸鹽濃度接近，而夏季表層濃度明顯高于底層（圖3、圖4）。

2.4 ?無機(jī)氮平面分布

海水中的無機(jī)氮主要是由硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮三種形態(tài)組成，三者濃度之間的比例隨海區(qū)環(huán)境及季節(jié)變化而異。無機(jī)氮是海洋浮游植物生長(zhǎng)繁殖所必需的營(yíng)養(yǎng)鹽，它們的來源是陸源性徑流輸入和海洋生物體分解[10]。

春季調(diào)查海域DIN的表、底層濃度范圍和平均值分別為0.260～2.388、1.160 mg/L和0.112～2.379、1.109 mg/L。夏季無機(jī)氮的表、底層范圍和平均值分別為0.201～2.042、0.879 mg/L和0.240～1.446、0.885 mg/L。春、夏季表、底層DIN的分布趨勢(shì)呈現(xiàn)近岸高外海低的特點(diǎn)，表、底層DIN濃度基本一致，但表層均高于底層;春季DIN質(zhì)量濃度高于夏季。春、夏季硝酸鹽占DIN的90%左右，是調(diào)查海水中的無機(jī)氮主要形式;硝酸鹽最高值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口附近，高濃度區(qū)主要分布在長(zhǎng)江沖淡水影響的區(qū)域，濃度由長(zhǎng)江口向外呈梯度遞減，表現(xiàn)為近岸濃度高，外海濃度低;硝酸鹽含量的變化趨勢(shì)是由長(zhǎng)江口內(nèi)向口外近海逐漸遞減，氨氮含量的變化規(guī)律與硝酸鹽相反，由長(zhǎng)江口內(nèi)向口外含量逐漸增高;亞硝酸鹽是三態(tài)無機(jī)氮循環(huán)中的中間形態(tài)，化學(xué)性質(zhì)較不穩(wěn)定，所以空間分布上沒有特定的變化規(guī)律（圖5、圖6）。

3 ?結(jié)論與討論

3.1 ?結(jié)論

1）磷酸鹽由近岸向外海呈遞減趨勢(shì)，底層平均濃度高于表層，夏季平均濃度高于春季，最高濃度出現(xiàn)在長(zhǎng)江口附近的區(qū)域，最低濃度出現(xiàn)在舟山漁場(chǎng)海域。硅酸鹽由近岸向外海呈遞減趨勢(shì)，表層平均濃度高于底層，春季平均濃度高于夏季，最高濃度出現(xiàn)在靠近長(zhǎng)江口的區(qū)域，最低濃度出現(xiàn)在舟山漁場(chǎng)海域。DIN的分布趨勢(shì)與硝酸鹽最為一致，最高值出現(xiàn)在長(zhǎng)江口附近，高濃度區(qū)主要分布在長(zhǎng)江沖淡水影響的區(qū)域，濃度由長(zhǎng)江口內(nèi)向外呈梯度遞減;氨氮含量的變化規(guī)律與硝酸鹽相反，由長(zhǎng)江口內(nèi)向口外含量逐漸增高;亞硝酸鹽是三態(tài)無機(jī)氮循環(huán)中的中間形態(tài)，化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，空間分布上沒有特定的變化規(guī)律。

2）對(duì)整個(gè)調(diào)查海域水體春、夏季的表、底層營(yíng)養(yǎng)鹽與鹽度進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)可知，硅酸鹽與鹽度的相關(guān)性最大，DIN次之，磷酸鹽稍弱。各種形態(tài)的無機(jī)氮當(dāng)中，硝酸鹽與鹽度的相關(guān)性最大，亞硝酸鹽次之，氨氮最弱。

3.2 ?討論

3.2.1 ?磷酸鹽的分布特征 ?長(zhǎng)江水出口門后隨東南流向進(jìn)入大海，磷酸鹽也隨之向海洋中擴(kuò)散，由長(zhǎng)江口內(nèi)向口外近海方向總體呈下降趨勢(shì)。磷酸鹽濃度呈現(xiàn)河口附近高外海低的特點(diǎn)，主要是受長(zhǎng)江沖淡水的影響[8]。磷酸鹽濃度最高值不在河口內(nèi)而是在口門外，這可能是由磷酸鹽在河口的緩沖作用所致。有研究表明，河口區(qū)磷酸鹽緩沖機(jī)制主要受顆粒與水相互作用控制。由于河口懸浮物有良好吸附性能，當(dāng)其含量較高時(shí)，懸浮物能吸附大量的磷酸鹽，而含量較低時(shí)，被吸附的磷酸鹽又從懸浮物中向水體釋放出來，從而使磷酸鹽含量在整個(gè)河口內(nèi)變化很小。磷酸鹽的這種緩沖機(jī)制在世界上其他許多重要河口，如密西西比河河口、哥倫比亞河河口、亞馬遜河河口也都存在[11]。在長(zhǎng)江口海域，緩沖機(jī)制春季較夏季表現(xiàn)得更明顯，可能是春季長(zhǎng)江口懸浮物含量更高。

春夏季底層磷酸鹽平均濃度均高于表層，可能是因?yàn)榇合募舅w垂直交換差，以致底層高濃度的磷酸鹽無法到達(dá)上層水體，以及表層生物大量活動(dòng)導(dǎo)致底層磷酸鹽的濃度高于表層。而且表層磷酸鹽常被浮游植物吸收而轉(zhuǎn)移，底層由于浮游植物死亡而分解再生，同時(shí)沉積物和顆粒懸浮體對(duì)磷酸鹽也有緩沖作用，另外高鹽高磷酸鹽外海底層水涌升也能補(bǔ)充水體中的濃度[12]，所以磷酸鹽在長(zhǎng)江口及其附近海域呈現(xiàn)出復(fù)雜的分布特征。

3.2.2 ?硅酸鹽的分布特征 ?硅是硅酸鹽礦物風(fēng)化后的產(chǎn)物，硅酸鹽隨著徑流輸入海洋，成為海水中硅的主要來源。其在河口的分布主要受海水的稀釋擴(kuò)散控制，同時(shí)也受生物活動(dòng)和懸浮體吸附的影響[13]。長(zhǎng)江徑流每年向長(zhǎng)江口水域輸送大量的硅酸鹽，為硅藻的繁殖生長(zhǎng)提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。春、夏季硅酸鹽整體分布從近岸向外海濃度逐漸減小，與鹽度分布相反，反映了物理混合作用的影響。硅酸鹽最高濃度出現(xiàn)在靠近長(zhǎng)江口的區(qū)域，最低濃度出現(xiàn)在舟山漁場(chǎng)海域。春夏季硅酸鹽濃度表層小于底層，反映生物活動(dòng)對(duì)其濃度的影響。進(jìn)一步研究該區(qū)域的葉綠素a分布情況發(fā)現(xiàn)，此區(qū)域葉綠素a與硅酸鹽分布一致，即春季硅酸鹽的濃度大于夏季的，春季葉綠素a的平均濃度也大于夏季，原因可能是調(diào)查海域硅酸鹽濃度與長(zhǎng)江徑流輸送量的關(guān)系較大。夏季是浮游植物大量繁殖的季節(jié)，消耗了大量的硅酸鹽，而調(diào)查海域中硅酸鹽的濃度卻更大，說明生物活動(dòng)對(duì)其影響較弱。

3.2.3 ?無機(jī)氮的分布特征 ?在河口區(qū)域，河流輸入、沿岸的污水排放占營(yíng)養(yǎng)鹽輸入的絕大部分[10]。此次調(diào)查海域硝酸鹽的變化趨勢(shì)都是由長(zhǎng)江口內(nèi)向口外近海逐漸遞減，這與該研究區(qū)域的大多數(shù)研究結(jié)果一致[5，14]。出現(xiàn)這種變化規(guī)律可能是由于硝酸鹽是氮的穩(wěn)定存在形式，具有不被懸浮顆粒物吸附或包裹的保守行為，其保守行為僅限于長(zhǎng)江口，而在長(zhǎng)江口外營(yíng)養(yǎng)鹽在向外擴(kuò)散的過程中，不斷地被浮游植物所消耗而使其含量銳減[15]。受陸源排放的影響在長(zhǎng)江口近岸硝酸鹽含量出現(xiàn)高值，到了長(zhǎng)江口外，由于海水的稀釋作用，其含量逐漸降低[14];氨氮是氮的還原態(tài)，它的主要來源是沿岸徑流輸入以及懸浮顆粒物的釋放。氨氮含量的變化規(guī)律與硝酸鹽相反，由長(zhǎng)江口內(nèi)向口外含量逐漸增高。孟偉等[16]認(rèn)為鹽度是產(chǎn)生這種變化規(guī)律的主要原因：長(zhǎng)江口外水體鹽度相對(duì)較高，懸浮顆粒物對(duì)氨氮的釋放量加大，則氨氮含量出現(xiàn)高值。亞硝酸鹽含量在夏季稍高則可能是由于夏季較高的水溫使得氨氮部分被氧化成亞硝酸鹽[17]。氨氮含量在夏季較高，則可能是由于夏季水溫高，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的氧化分解，以及細(xì)菌的活動(dòng)加速了有機(jī)質(zhì)的降解，從而釋放出氨氮[18]。

3.2.4 ?營(yíng)養(yǎng)鹽與鹽度關(guān)系 ?營(yíng)養(yǎng)鹽的分布通常是物理、化學(xué)、生物等過程共同作用的結(jié)果，營(yíng)養(yǎng)鹽在河口及其附近海域的加入、轉(zhuǎn)移或保守程度可以通過與鹽度的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)[19]。長(zhǎng)江口及其鄰近海域的鹽度一方面受長(zhǎng)江徑流量和沖淡水方向的影響，另一方面還受東部的黑潮、南部的臺(tái)灣暖流以及北部的黃海沿岸流的影響[6]。一般認(rèn)為鹽度為31 mg/L的等鹽線為長(zhǎng)江沖淡水外緣邊界，而鹽度為34 mg/L的等鹽線為高鹽水人侵的主體邊界[20]。此次調(diào)查水域都在長(zhǎng)江沖淡水的影響范圍之內(nèi)，其中長(zhǎng)江口內(nèi)的6個(gè)站點(diǎn)鹽度較低，這是由于長(zhǎng)江帶來了大量的淡水，稀釋了海水的濃度。由于長(zhǎng)江沖淡水從表層外泄，而外海水從底部鍥入，表層鹽度稍低于底層。由鹽度的平面分布可看出，表層長(zhǎng)江沖淡水自口門沖出后一部分穿過杭州灣口及舟山群島一帶沿岸南下[21]。

1）磷酸鹽與鹽度的關(guān)系。春季表、底層磷酸鹽濃度與鹽度相關(guān)性都很好，說明春季磷酸鹽受長(zhǎng)江沖淡水影響顯著，而受生物活動(dòng)影響較小;夏季底層磷酸鹽濃度與鹽度的相關(guān)性較好，表層與鹽度的相關(guān)性較差。這是因?yàn)榱姿猁}受到顆粒懸浮體、生物以及水體垂直對(duì)流等作用的影響，特別是受河口緩沖作用的影響。許多學(xué)者通過現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室證明了河口懸浮體有從高磷淡水中吸附磷酸鹽的趨勢(shì)，而在低磷的咸淡水交匯區(qū)將其釋放回水中[22]，可見顆粒懸浮體也影響了磷酸鹽與鹽度的相關(guān)性。此外，浮游植物在上層吸收磷酸鹽以及在下層死亡后磷酸鹽再生，也使磷酸鹽在河口呈現(xiàn)復(fù)雜的特性。

2）硅酸鹽與鹽度的關(guān)系。對(duì)整個(gè)調(diào)查海域春、夏季表、底層硅酸鹽的濃度與鹽度進(jìn)行相關(guān)分析，可以看出，春夏季硅酸鹽濃度與鹽度都呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明整個(gè)調(diào)查海域硅酸鹽的分布主要受控于海水和河水的物理混合作用;相對(duì)而言夏季表層硅酸鹽濃度與鹽度的相關(guān)性稍差，可能是上層浮游植物大量攝取營(yíng)養(yǎng)鹽，部分營(yíng)養(yǎng)鹽因此轉(zhuǎn)移，而在下層則發(fā)生有機(jī)體分解營(yíng)養(yǎng)鹽再生[23]。因此，長(zhǎng)江口水域硅酸鹽的轉(zhuǎn)移除了受海水的稀釋作用外，還受生物活動(dòng)的影響。

3）無機(jī)氮與鹽度的關(guān)系。對(duì)整個(gè)調(diào)查海域水體春夏季的表底層硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮及DIN與鹽度進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)，三種形態(tài)無機(jī)氮中，硝酸鹽與鹽度的相關(guān)性最好，其次是亞硝酸鹽，氨氮與鹽度基本不相關(guān)。春夏季的表底層硝酸鹽與鹽度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明調(diào)查海域硝酸鹽濃度分布主要受河水和海水物理混合作用的影響。春季表層硝酸鹽與鹽度相關(guān)性較差，可能與上層浮游植物吸收營(yíng)養(yǎng)鹽，下層浮游植物死亡、分解有關(guān)。所以，硝酸鹽在河口內(nèi)的轉(zhuǎn)移除了受控于海水的稀釋作用外，生物活動(dòng)的影響也不容視。由于受諸多因素的影響，兩季表、底層亞硝酸鹽與鹽度相關(guān)性不顯著或者不相關(guān)。氨氮與鹽度關(guān)系較為復(fù)雜，夏季表層呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其余相關(guān)性較差，這可能是由于春夏季水溫較高，浮游植物大量繁殖，最先吸收氨氮，生物體之間的物質(zhì)交換過于頻繁。

致謝：參加2012東海監(jiān)測(cè)常規(guī)監(jiān)測(cè)還有徐捷、王蔚穎同學(xué)等，農(nóng)業(yè)部海洋與河口漁業(yè)重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室化學(xué)組魯超、沈曉民先生和齊海明同學(xué)在論文的構(gòu)思和寫作過程中給予很大的幫助，謹(jǐn)致謝忱。

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