三峽水庫(kù)正常蓄水后長(zhǎng)江口海域營(yíng)養(yǎng)鹽分布與結(jié)構(gòu)變化＊

王子成，王保棟＊，辛 明，孫 霞，韋欽勝，楊 波

（1.國(guó)家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島266061；2.中國(guó)海監(jiān)上海市總隊(duì)，上海200136）

在大江大河上筑壩可能會(huì)減少水沙的入海通量，從而對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響［1］。例如，印度恒河上的法拉卡大壩（Farakka Dam）建成后，自恒河流入孟加拉灣徑流量減少了75%［1］；1965年阿斯旺大壩（Aswan Dam）建成后，自尼羅河流入地中海的淡水量減少了90%以上［2］；由于筑壩活動(dòng)和流域降水減少，上世紀(jì)90年代以來(lái)我國(guó)黃河的年均徑流量?jī)H為上世紀(jì)50年代的1／3左右［3］。此外，在流域上建造大壩的河流約有25%的輸沙通量被水庫(kù)攔截［4］。

大型水庫(kù)的建造還會(huì)攔截營(yíng)養(yǎng)鹽的入海通量。例如，法國(guó)塞納河上游的3個(gè)大水庫(kù)將進(jìn)入庫(kù)區(qū)40%的氮（N）、50%的硅（Si）和60%的磷（P）截留在庫(kù)內(nèi)［5］；澳大利亞的Suma Park水庫(kù)，每年截留16%～98%的入庫(kù)磷［6］。阿斯旺大壩（Aswan Dam）建成后，尼羅河的溶解硅含量減少了200μmol／L［7］。河流攔截活動(dòng)導(dǎo)致進(jìn)入黑海和波羅的海的入海河流溶解硅通量顯著減少，并引起浮游植物群落的顯著改變［8－9］。

長(zhǎng)江是亞洲第一大河、世界第四大河（按徑流量）。三峽工程作為巨型水利工程而舉世矚目。三峽大壩于2003－06首次蓄水至135m，2006－10實(shí)現(xiàn)二期蓄水目標(biāo)156m，2008－10開(kāi)始三期蓄水試驗(yàn)至172.3m，2010－10實(shí)現(xiàn)175m正常蓄水位。關(guān)于三峽工程引起的長(zhǎng)江入海物質(zhì)通量變異及其對(duì)近海生態(tài)環(huán)境的影響，早期的研究工作往往是基于一些假設(shè)或模型來(lái)推測(cè)三峽工程對(duì)長(zhǎng)江口海域生態(tài)環(huán)境的影響［10－15］。近年來(lái)的研究工作則主要集中在一期蓄水后長(zhǎng)江口海域營(yíng)養(yǎng)鹽水平和結(jié)構(gòu)的變化［16－18］。但目前尚無(wú)關(guān)于三期蓄水（即正常蓄水）后長(zhǎng)江口海域生態(tài)環(huán)境因子變化的研究報(bào)道。本文通過(guò)對(duì)三峽水庫(kù)正常蓄水后在長(zhǎng)江口海域營(yíng)養(yǎng)鹽及相關(guān)因子的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并與三峽大壩合攏前進(jìn)行比較，以期了解三峽大壩正常運(yùn)行后長(zhǎng)江口海域營(yíng)養(yǎng)鹽的分布變化情況，為評(píng)價(jià)三峽工程對(duì)長(zhǎng)江口及鄰近海域生態(tài)環(huán)境影響提供科學(xué)依據(jù)。

1 調(diào)查與方法

本文使用的數(shù)據(jù)來(lái)源為國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃——重大水利工程影響下長(zhǎng)江口環(huán)境與生態(tài)安全項(xiàng)目三個(gè)航次的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，由國(guó)家海洋局第一海洋研究所組織完成。在長(zhǎng)江口及其鄰近海域布設(shè)了4條東西斷面共30個(gè)站位，開(kāi)展了溫度、鹽度和深度觀測(cè)與水樣采集。調(diào)查時(shí)間分別為夏季（2010－08－06－13）、秋季（2010－10－31－11－06）、春季（2011－05－12－15）。調(diào)查范圍及站位設(shè)置見(jiàn)圖1。

圖1 長(zhǎng)江口及其鄰近海域調(diào)查站位圖Fig.1 Sampling stations in the Changjiang Estuary and its adjacent sea areas

調(diào)查按照GB12763.4－2007《海洋調(diào)查規(guī)范 第4部分：海洋化學(xué)要素調(diào)查》［19］，用CTD儀測(cè)量溫度、鹽度和深度，并利用Niskin采水器同步采水。水樣采集后，立即用孔徑為0.45μm的醋酸纖維膜（稀鹽酸浸洗后，用去離子水洗至中性）過(guò)濾，并將濾液分裝于聚乙烯瓶中，硝酸鹽（）、亞硝酸鹽（）、氨氮（）、磷酸鹽（）冷凍保存，硅酸鹽（）常溫保存，帶回實(shí)驗(yàn)室后使用營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀測(cè)定。葉綠素a樣品經(jīng)GF／F濾膜過(guò)濾后冷凍保存，帶回實(shí)驗(yàn)室用特納熒光計(jì)測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 長(zhǎng)江口海域鹽度與營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征

2.1.1 鹽度的分布特征

從表層鹽度分布可以看出（圖2），春季長(zhǎng)江沖淡水自口門(mén)沖出后，沿東南方向擴(kuò)展，然后在（122°30′E，31°30′N(xiāo)）左轉(zhuǎn)呈舌狀向東北方向擴(kuò)展，鹽度30的等值線(xiàn)向東接近123°30′E，向北接近32°N。進(jìn)入夏季，沖淡水?dāng)U展范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，整個(gè)調(diào)查海域全部被鹽度小于30的沖淡水所覆蓋。秋季，長(zhǎng)江入海徑流量減小，但沖淡水向東北方向擴(kuò)展的趨勢(shì)依然明顯，而向東南方向的輸送趨勢(shì)減弱，鹽度30的等值線(xiàn)亦回縮到122°30′E。調(diào)查海域北部受到了黃海沿岸流南下的影響；而在東南方向有臺(tái)灣暖流的頂托作用，在夏季尤其明顯［20］。

2.1.2 營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征

表層營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征與鹽度的十分相似（圖2），營(yíng)養(yǎng)鹽整體上呈現(xiàn)近岸高、遠(yuǎn)岸低的特點(diǎn)。春季，高濃度的DIN沖淡水從口門(mén)沖出后，首先向東南方向擴(kuò)展，在（122°00′E，31°30′N(xiāo)）向左轉(zhuǎn)向，20μmol／L的DIN濃度等值線(xiàn)范圍可達(dá)123°30′E。在口門(mén)處的濃度超過(guò)了2μmol／L，其0.6μmol／L等值線(xiàn)向東可達(dá)123°E。在口門(mén)處濃度為35μmol／L左右，20μmol／L等值線(xiàn)只到達(dá)122°30′E，遠(yuǎn)低于同濃度DIN的影響范圍。

夏季，由于長(zhǎng)江徑流量大，長(zhǎng)江入海營(yíng)養(yǎng)鹽通量大，給長(zhǎng)江口海域帶來(lái)了大量的營(yíng)養(yǎng)鹽，調(diào)查海域幾乎被高濃度營(yíng)養(yǎng)鹽的長(zhǎng)江水所覆蓋。在東北方向，20μmol／L的DIN濃度等值線(xiàn)甚至已經(jīng)超出本次調(diào)查范圍。口門(mén)附近濃度高達(dá)2μmol／L，與春季相比高值范圍明顯擴(kuò)大。在河口區(qū)的高值約為50 μmol／L，濃度20μmol／L等值線(xiàn)只到達(dá)122°45′E左右，遠(yuǎn)低于同濃度DIN的影響范圍。

秋季，營(yíng)養(yǎng)鹽向東北方向擴(kuò)展的趨勢(shì)減弱，沖淡水主體貼岸南下，在杭州灣口及以南海域營(yíng)養(yǎng)鹽等值線(xiàn)幾乎平行于岸線(xiàn)，20μmol／L的DIN濃度等值線(xiàn)影響范圍退縮到122°30′E。的高值區(qū)有向北移動(dòng)的趨勢(shì)。濃度為20μmol／L的等值線(xiàn)影響范圍退縮到122°E附近。

圖2 長(zhǎng)江口及鄰近海域表層鹽度及營(yíng)養(yǎng)鹽（μmol／L）平面分布Fig.2 Surface distributions of salinity and nutrients（μmol／L）in the Changjiang Estuary and its adjacent sea areas

2.2 葉綠素、營(yíng)養(yǎng)鹽沿鹽度梯度的分布

圖3可以看出，春季葉綠素在低鹽度區(qū)域含量相對(duì)較低；在鹽度大于20的海域，某些站位的葉綠素a含量開(kāi)始增大，并且在鹽度27～31之間形成一個(gè)明顯的葉綠素a峰值區(qū)。夏季，低鹽區(qū)（鹽度小于10）葉綠素a含量很低，但在鹽度15～20范圍內(nèi)多數(shù)測(cè)站葉綠素a含量迅速升高，鹽度高于20的區(qū)域含量又迅速降低，形成了以鹽度18為中心的葉綠素a峰值區(qū)。秋季，葉綠素a含量在低鹽區(qū)域含量較低，大都小于1μg／L，但在中等鹽度區(qū)域有零星高值點(diǎn)分布，但未出現(xiàn)明顯的葉綠素峰值區(qū)。

圖3 長(zhǎng)江口及鄰近海域表層葉綠素a、營(yíng)養(yǎng)鹽與鹽度關(guān)系Fig.3 Relationship among chlorophyll a，nutrients and salinity in the Changjiang Estuary and its adjacent sea areas

2.3 與三峽水庫(kù)蓄水前的比較

三峽大壩于2003－06首次蓄水，2010－10實(shí)現(xiàn)正常蓄水。因此，本文選擇蓄水前的2002年和正常蓄水后的2010年的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。此外，長(zhǎng)江入海徑流量（大通站）2010年（10 567億m3）與2002年（9 926億m3）大致相當(dāng)，此兩年份的數(shù)據(jù)具有較好的可比性。

表1為三峽水庫(kù)合攏蓄水前和正常蓄水后長(zhǎng)江口海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和比值的統(tǒng)計(jì)表。為了使不同年份／航次數(shù)據(jù)具有可比性，選擇長(zhǎng)江口被各航次調(diào)查站位全覆蓋的同一海區(qū)（122°00′～123°30′E，30°30′～32°00′N(xiāo)）進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。從表1中可以看出，正常蓄水后長(zhǎng)江口海域活性磷酸鹽年均濃度較蓄水前大幅度增大了60%，尤其是夏季濃度增大了1倍多。無(wú)機(jī)氮年均濃度也有所增大，但增大幅度（27%）較磷酸鹽小得多。雖然氮、磷濃度的增大可歸因于流域人類(lèi)活動(dòng)排放的增加，但磷濃度的增大幅度如此之大，推測(cè)應(yīng)還有其他原因，如庫(kù)區(qū)內(nèi)源性負(fù)荷。研究表明，長(zhǎng)江水中顆粒態(tài)磷是磷的主要存在形態(tài)，占總磷的約3／4［22］。三峽水庫(kù)每年截留1.5億t泥沙淤積在三峽庫(kù)底［23］，隨著庫(kù)底沉積物中結(jié)合態(tài)磷的釋出，會(huì)有溶解態(tài)磷從沉積物中釋放到水體中［24－25］，成為庫(kù)區(qū)水體中溶解態(tài)無(wú)機(jī)磷的來(lái)源之一。

與氮、磷濃度的增大相反，正常蓄水后長(zhǎng)江口海域活性硅酸鹽年均濃度較蓄水前顯著減小了20%，尤其是秋季減小了約50%（夏季例外）。硅酸鹽濃度的減小是由于三峽水庫(kù)的“人工湖效應(yīng)”所致［8－9］，在此不再贅述。

需要指出的是，秋季長(zhǎng)江口海域營(yíng)養(yǎng)鹽的變化與其他季節(jié)不同，秋季磷的增大幅度最小、無(wú)機(jī)氮的濃度正常蓄水后反而低于蓄水前、而硅酸鹽濃度降低幅度最大，這均是三峽水庫(kù)蓄水過(guò)程中入海徑流量減小所致。三峽水庫(kù)10月份蓄水造成大壩下泄流量減小，但三峽庫(kù)區(qū)距長(zhǎng)江口約2 000km，實(shí)際入海徑流量的減小在時(shí)間上存在滯后效應(yīng)。實(shí)際觀測(cè)表明，長(zhǎng)江入海徑流量（大通站）2010年（10 567億m3）略大于2002年（9 926億m3），但11月的入海徑流量2010年反而比2002年減少約1／3［22］，三峽水庫(kù)10份蓄水過(guò)程的影響在11月長(zhǎng)江口海域得以顯現(xiàn)，使得沖淡水?dāng)U展范圍和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度及影響范圍顯著減?。?0］。

長(zhǎng)江口海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的改變導(dǎo)致了營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的變化。盡管N／P比值各季節(jié)的變化略有不同，但總體上正常蓄水后較蓄水前有所降低，這是由于長(zhǎng)江口海域磷濃度的增大幅度大于氮的增大幅度所致，這在一定程度上減小了長(zhǎng)江口海域磷限制程度。Si／N比值正常蓄水后較蓄水前大幅度降低了約1／3，且年均值（0.60±0.23）已遠(yuǎn)低于Redfield比值1，這是由硅酸鹽濃度降低和無(wú)機(jī)氮濃度升高共同影響的結(jié)果，這在一定程度上增強(qiáng)了長(zhǎng)江口海域非硅藻的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

表1 長(zhǎng)江口海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistic results of nutrient concentrations and compositions in the Yangtze River estuary

3 結(jié)論

基于三峽水庫(kù)正常蓄水后長(zhǎng)江口及其鄰近海域的調(diào)查結(jié)果分析，并與三峽大壩合攏蓄水前的2002年同期、同海域調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，與三峽大壩合攏蓄水前相比，三峽水庫(kù)正常蓄水后長(zhǎng)江口海域溶解無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷含量分別增大了27%和60%，磷酸鹽增大幅度顯著高于無(wú)機(jī)氮。同時(shí)，長(zhǎng)江口海域活性硅酸鹽含量顯著降低了20%，說(shuō)明三峽水庫(kù)的“人工湖效應(yīng)”顯著降低了長(zhǎng)江入海活性硅酸鹽通量。上述營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的變化導(dǎo)致長(zhǎng)江口海域N／P比值明顯降低和Si／N比值的大幅度降低，長(zhǎng)江口海域磷限制程度在減小，但非硅藻的潛在競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)在不斷增加。此外，三峽水庫(kù)秋季蓄水活動(dòng)造成的入海徑流量減少，導(dǎo)致該季節(jié)長(zhǎng)江沖淡水?dāng)U展范圍和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度及影響范圍顯著減小。

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