2015年春、夏季萊州灣營養(yǎng)鹽分布特征

郭 富,王保棟,2*,辛 明,張文全,厲丞烜,謝琳萍,孫 霞

(1.國家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061; 2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室,山東青島266071)

2015年春、夏季萊州灣營養(yǎng)鹽分布特征

郭 富1,王保棟1,2*,辛 明1,張文全1,厲丞烜1,謝琳萍1,孫 霞1

(1.國家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061; 2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室,山東青島266071)

根據(jù)2015-05和2015-08萊州灣及黃河口鄰近海域2個(gè)航次的現(xiàn)場調(diào)查資料,研究了萊州灣營養(yǎng)鹽分布特征及影響因素。結(jié)果表明,萊州灣表層營養(yǎng)鹽濃度分布總體上呈現(xiàn)由西南部灣頂向東、北方向遞減的趨勢。浮游植物生長繁殖對(duì)海灣中央海域營養(yǎng)鹽分布有一定影響。春季營養(yǎng)鹽分布一定程度上受海灣內(nèi)環(huán)流的影響,但在夏季環(huán)流作用不明顯。黃河入海口改道變?yōu)闁|北方向入海后,其對(duì)萊州灣營養(yǎng)鹽輸入的影響已很小,陸源營養(yǎng)鹽主要來源轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕∏搴訛橹鞯奈髂喜咳霝澈恿?據(jù)此建議將萊州灣西南部入海河流作為營養(yǎng)鹽類污染物重點(diǎn)控制對(duì)象。

萊州灣;營養(yǎng)鹽;分布特征;影響因素

萊州灣位于渤海南部,山東半島北側(cè),灣口西起黃河口,東至龍口的屺姆角,海域面積6 966.93 km2,是渤海三大海灣之一。周圍有黃河、小清河、濰河和膠萊河等河流注入。海底地勢較為平坦,大部分區(qū)域水深在10 m以內(nèi)。

關(guān)于萊州灣營養(yǎng)鹽來源及分布已有較多研究報(bào)道。劉義豪等[1]、單志欣等[2]通過對(duì)春、夏季萊州灣營養(yǎng)鹽調(diào)查數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)萊州灣西部海域營養(yǎng)鹽含量整體高于東部海域,且營養(yǎng)鹽分布受小清河影響明顯;張雪等[3]分析多年歷史資料發(fā)現(xiàn)萊州灣主要污染源有從黃河向南部河流轉(zhuǎn)移的趨勢;孫丕喜等[4]對(duì)萊州灣海域春夏季營養(yǎng)鹽平面分布研究顯示總體上灣頂濃度較高灣口較低;夏斌等[5]的研究表明,萊州灣溶解無機(jī)氮(DIN)分布趨勢為由西南部向東北灣口遞減,并指出活性磷酸鹽的主要來源并非河流而是有機(jī)質(zhì)的礦化再生。已有調(diào)查研究大多對(duì)萊州灣營養(yǎng)鹽平面分布趨勢進(jìn)行分析,對(duì)影響萊州灣營養(yǎng)鹽分布的因素有關(guān)內(nèi)容的探討較少,更鮮有關(guān)于環(huán)流對(duì)萊州灣營養(yǎng)鹽分布影響的分析。而明確營養(yǎng)物質(zhì)來源變化及其分布規(guī)律,有助于有針對(duì)性地控制污染源和防止富營養(yǎng)化引發(fā)的生態(tài)災(zāi)害。

我們根據(jù)2015年春季和夏季萊州灣及黃河口鄰近海域進(jìn)行的2個(gè)航次的現(xiàn)場調(diào)查資料,對(duì)萊州灣和其鄰近海域的營養(yǎng)鹽分布特征及影響因素進(jìn)行初步探討。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查站位與時(shí)間

分別于2015-05-18-30(春季)和2015-08-20-30(夏季)對(duì)萊州灣及黃河口鄰近海域進(jìn)行了2個(gè)航次的現(xiàn)場調(diào)查,布設(shè)調(diào)查站位50個(gè)(圖1,黃河入海段“虛線”代表1976-1996年黃河入?？?“實(shí)線”代表1996年至今黃河入海口)。

(高 峻 編輯)

圖1 萊州灣調(diào)查站位及等深線Fig.1 The sampling stations and isobaths in the Laizhou Bay

1.2 調(diào)查項(xiàng)目與分析方法

調(diào)查項(xiàng)目包括水溫、鹽度、亞硝酸鹽(NO2-N)、硝酸鹽(NO3-N)、氨氮(NH4-N)、活性磷酸鹽(PO4-P)、活性硅酸鹽(SiO3-Si)和葉綠素a(Chl-a)等。分析方法按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[6]、《海洋監(jiān)測規(guī)范》[7]規(guī)定的方法執(zhí)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 萊州灣營養(yǎng)鹽及相關(guān)因子的濃度與平面分布特征

2.1.1 春 季

春季(5月),萊州灣表層水溫平均值為18.6℃,呈現(xiàn)西高東低、南高北低的分布態(tài)勢,最低值出現(xiàn)在萊州灣口中央偏東的遠(yuǎn)岸深水區(qū),最高值出現(xiàn)在海灣西南部近岸淺水區(qū)(表1和圖2a)。這是由于春季屬增溫季節(jié),淺水區(qū)增溫快而深水區(qū)增溫慢。在灣口中央偏東的深水區(qū),有來自灣外的低溫水舌由東北向西南向?yàn)硟?nèi)延伸直至灣頂;而海灣西南部淺水區(qū)的高溫水舌則向東北方向延伸至灣口。總體來看,萊州灣表層等溫線與等深線延伸變化趨勢非常相似。在黃河口北部,低溫水舌有由西北向東南延伸的趨勢。

表層鹽度的平均值為30.22,變化范圍為26.81～32.41(表1),其分布有與溫度分布大致相反的趨勢(圖2b)。在灣口中央偏東的低溫區(qū),有來自灣外的高鹽(＞31.5)水舌向西南延伸。黃河口和小清河口附近海域鹽度最低(＜29.5)。黃河口附近表層鹽度分布顯示,春季黃河沖淡水主體自入海口向東北方向擴(kuò)展,其對(duì)萊州灣的影響僅限于灣口海域。此外,昌邑近岸濰河及膠萊河河口附近海域出現(xiàn)一個(gè)高值區(qū)(＞31.0),因?yàn)榇颂幩疁\,蒸發(fā)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于降水量,水平混合不充分導(dǎo)致鹽度增高[8-9]。

春季萊州灣溶解無機(jī)氮(DIN)濃度平均值為23.50μmol/L(表1),分布態(tài)勢與鹽度分布剛好相反(圖2c),DIN最高值出現(xiàn)在黃河口和小清河口附近海域,最低值出現(xiàn)在灣口東部低溫高鹽區(qū);黃河口高氮水主體向東北方向擴(kuò)展,萊州灣口西部海域也受到一定影響;在灣口東部深水區(qū),來自灣外的低氮水由東北向西南侵入灣內(nèi);萊州近岸出現(xiàn)一高值區(qū)向西南方向延伸與小清河口高值區(qū)相匯于N18站位附近。春季萊州灣DIN分布趨勢與劉義豪等[1]觀測結(jié)果基本一致。

春季PO4-P平均濃度為0.15μmol/L,最高值出現(xiàn)在黃河口門稍偏南附近,最低值在灣中央海域(表1和圖2d);黃河口的高磷水沿灣口向正東偏南方向延伸,其影響范圍與黃河沖淡水?dāng)U展范圍基本一致;此外,膠萊河口和小清河口附近海域各有一個(gè)磷酸鹽高值區(qū)。

SiO3-Si平均濃度為5.32μmol/L,最大值出現(xiàn)在黃河口,最小值在黃河口北部沿岸海域(表1和圖2e);黃河口附近的高值水舌向東北方向延伸。小清河口附近硅酸鹽高值水舌向東北方向延伸。此分布趨勢與孫丕喜等[4]、劉義豪等[1]觀測結(jié)果基本一致。

春季萊州灣表層Chl-a平均質(zhì)量濃度為4.45μg/L,高值區(qū)(＞5μg/L)出現(xiàn)在黃河口至小清河口海域,低值區(qū)在海灣東北部灣口附近及灣外(表1和圖2f)。黃河口高值區(qū)向南延伸至萊州灣中部,小清河口和萊州近岸高值區(qū)向?yàn)晨诜较蜓由?3個(gè)高值區(qū)相匯于萊州灣中部。

表1 萊州灣春、夏季相關(guān)因子平均濃度及變化范圍Table 1 The average content and scope of the relevant factors in the Laizhou Bay in spring and summer

2.1.2 夏 季

夏季(8月),萊州灣表層平均水溫是27.5℃,整體呈現(xiàn)由西南向東北逐漸降低的分布態(tài)勢,且灣內(nèi)等溫線稀疏,灣口處密集(表1和圖3a)。最高值出現(xiàn)在海灣西南部近岸淺水區(qū),最低值出現(xiàn)在萊州灣口中央偏西的灣外海域。海灣西南部高溫水舌向東北方向?yàn)晨谘由?在灣口中央偏西離岸深水區(qū)與來自灣外的低溫水相遇,致使等溫線變密集。夏季灣內(nèi)表層海水溫度普遍較高、溫差較小,但與灣外海水有較大溫差,故等溫線灣內(nèi)稀疏,灣口密集。水溫的分布態(tài)勢與高會(huì)旺等觀測結(jié)果[9]一致。

萊州灣夏季鹽度平均值為29.05,明顯低于春季,但其分布態(tài)勢與春季相似(表1和圖3b),呈現(xiàn)非常明顯的西低東高分布態(tài)勢,低值區(qū)位于黃河口和小清河口附近(＜27),南部灣頂仍存在一個(gè)高值區(qū)(＞30)。黃河口低鹽水舌向外呈扇狀延伸,西南部河口低鹽水舌向東北灣口方向延伸至海灣中部。夏季萊州灣整體鹽度較春季明顯下降,原因是豐水期大量淡水入海。

夏季萊州灣表層溶解無機(jī)氮(DIN)平均濃度為18.68μmol/L,分布上呈現(xiàn)明顯西高東低、南高北低的分布態(tài)勢(表1和圖3c),高值區(qū)出現(xiàn)在小清河口和濰河口附近海域(＞50μmol/L),最低值出現(xiàn)在海灣東部龍口近岸海域(＜5μmol/L);海灣西南部高值水舌由西南向東北延伸至灣口中央。然而,夏季黃河口附近海域并未出現(xiàn)預(yù)期的DIN高值。

夏季表層海水PO4-P的平均濃度為0.47μmol/L,分布呈現(xiàn)南高北低、由灣頂向?yàn)晨跐舛戎饾u降低的態(tài)勢(表1和圖3d),最高值出現(xiàn)在西南部沿岸小清河口附近淺水海域,最低值在灣口中央深水區(qū)海域。灣頂高值水舌從南向北延伸至海灣中部,萊州北部近岸高值水舌向北延伸至灣口東部。表層SiO3-Si的分布(圖3e)與PO4-P非常一致。同DIN一樣,夏季黃河口附近海域并未出現(xiàn)預(yù)期的磷酸鹽和硅酸鹽高值區(qū)。

夏季萊州灣表層Chl-a平均質(zhì)量濃度為4.63μg/L,平面分布呈現(xiàn)南高北低分布態(tài)勢(表1和圖3f),高值區(qū)出現(xiàn)在昌邑近岸海域(＞8.5μg/L),低值區(qū)在東營市近岸以及黃河口北部海域(＜2.0μg/L);南部灣頂高值區(qū)向北延伸至灣中央海域。

夏季萊州灣表層海水營養(yǎng)鹽總體上除溶解無機(jī)氮平均含量較春季低外,PO4-P和SiO3-Si都較春季有明顯升高(表1),此結(jié)果與孫丕喜等觀測結(jié)果[4]一致;分布上呈現(xiàn)為由西南部灣頂向?yàn)晨诜较驖舛冗f減態(tài)勢。

圖2 萊州灣2015-05表層水溫(℃)、鹽度、營養(yǎng)鹽(μmol·L-1)及Chl-a(μg·L-1)平面分布Fig.2 Horizontal distributions of surface temperature(℃),salinity,nutrients(μmol·L-1)and chlorophyll a(μg·L-1)in the Laizhou Bay in May,2015

2.2 萊州灣營養(yǎng)鹽分布的主要影響因素

2.2.1 陸源輸入對(duì)萊州灣營養(yǎng)鹽分布的影響

萊州灣營養(yǎng)鹽分布很大程度上受陸源輸入的影響。研究發(fā)現(xiàn)萊州灣主要污染物來自點(diǎn)源污染,且主要來自西南部入海河流排污[10],故我們主要分析入海河流對(duì)萊州灣營養(yǎng)鹽分布的影響。

1)西南部沿岸河流的影響

春季由于降水較少,沿岸主要河流徑流量較小,根據(jù)鹽度的分布(圖2b)發(fā)現(xiàn)西南部河流河口海域鹽度梯度變化較小,即其沖淡水影響區(qū)域較小;但海灣西南部的小清河對(duì)萊州灣表層海水營養(yǎng)鹽平面分布影響較明顯(圖2c和圖2d),可能是小清河入海水中營養(yǎng)鹽濃度(表2)和徑流量(反映在鹽度分布上)綜合影響的結(jié)果;南部灣頂?shù)哪z萊河口附近海域有一磷酸鹽和鹽度高值區(qū),原因是此處水淺,蒸發(fā)量大于淡水補(bǔ)給量(詳見2.1.1),且膠萊河入海水磷酸鹽含量較高(表2)。

表2 萊州灣沿岸主要河流年平均徑流量及營養(yǎng)鹽入海通量Table 2 The average annual runoff and fluxes of nutrients into the Laizhou Bay from major rivers

夏季進(jìn)入豐水期,沿岸河流徑流量急劇增加,各河流河口鹽度梯度增大,低鹽的沖淡水影響范圍較春季擴(kuò)大(圖3b);根據(jù)表2、圖2和表3可以發(fā)現(xiàn)夏季小清河和濰河對(duì)萊州灣DIN的貢獻(xiàn)最大,其河口高值水舌指向?yàn)晨诳裳由熘?7°42'N附近;PO4-P和SiO3-Si則主要受小清河、支脈河和膠萊河影響,濃度從灣頂向?yàn)晨谥饾u降低。夏季萊州灣營養(yǎng)鹽高值區(qū)分布在灣頂和西南部主要河口附近,營養(yǎng)鹽分布主要受小清河、濰河及膠萊河的影響。

2)黃河的影響

黃河作為中國第二大河,其對(duì)萊州灣以及渤海的影響一直以來備受學(xué)術(shù)界重視[14-19]。黃河入?？诮詠碛捎诜N種原因發(fā)生過多次變化,這里僅探討1996年黃河入海段人工出汊改道[15](即由原來東南走向改為現(xiàn)在的東北走向入海)前后黃河沖淡水對(duì)萊州灣影響的變化。

以鹽度為27的等值線作為黃河沖淡水邊界[13],發(fā)現(xiàn)1996年出汊改道前沖淡水邊界主要向東偏南方向延伸最多可延伸到萊州灣中部海域LZ9站位附近,而在出汊改道后由于入?？诜较虬l(fā)生變化(即由原來東南走向改為東北走向),加之海底地形因素的影響即入海口東北較東南方向等深線密集(圖1),沖淡水邊界改為向東北方向渤海中部延伸,在萊州灣方向幾乎無延伸。張雪等[3]通過研究萊州灣無機(jī)氮平面分布發(fā)現(xiàn), 1996年入海改道前黃河口高濃度含氮水舌延伸到萊州灣中部LZ9站位附近,改道后黃河口的高濃度含氮水舌在萊州灣方向幾乎沒有延伸趨勢,取而代之的是萊州灣西南部小清河等其他幾條河流河口高氮水舌延伸至海灣中央海域。

根據(jù)我們2015年春、夏2個(gè)航次鹽度及營養(yǎng)鹽分布(圖2和圖3)可以發(fā)現(xiàn),春、夏季黃河口低鹽水舌主要向東偏北方向延伸,春季黃河口存在營養(yǎng)鹽高值區(qū),但高值水舌主要向東、東北方向延伸,除PO4-P在向東延伸時(shí)受渤海水沖擊對(duì)萊州灣有一定影響外,DIN和SiO3-Si高值區(qū)對(duì)萊州灣影響不大;夏季黃河口附近海域未發(fā)現(xiàn)明顯的營養(yǎng)鹽濃度高值區(qū),營養(yǎng)鹽高值區(qū)出現(xiàn)在南部灣頂和西南部小清河口附近海域。

2.2.2 浮游植物對(duì)營養(yǎng)鹽分布的影響

Chl-a的質(zhì)量濃度一定程度上受水體中營養(yǎng)鹽濃度的影響,尤其在出現(xiàn)某種營養(yǎng)鹽限制時(shí)作用更為明顯[20-21]。由于浮游植物生長繁殖需要吸收大量營養(yǎng)鹽,故營養(yǎng)鹽的分布一定程度上也受Chl-a質(zhì)量濃度分布的影響。

春、夏季萊州灣Chl-a以及營養(yǎng)鹽分布狀況(圖2和圖3)表明:春季(5月),海灣中央偏西遠(yuǎn)岸海區(qū)營養(yǎng)鹽濃度相對(duì)較低,而Chl-a質(zhì)量濃度相對(duì)較高,由于此區(qū)域是遠(yuǎn)岸海區(qū),故可能是浮游植物大量繁殖吸收此處營養(yǎng)鹽所致;南部灣頂膠萊河、濰河河口附近海域的鹽度、磷酸鹽高值區(qū)Chl-a質(zhì)量濃度較低,可能的一個(gè)原因是鹽度較高影響浮游植物生長繁殖,從而減少了對(duì)磷酸鹽的吸收,導(dǎo)致磷酸鹽循環(huán)不暢濃度升高。夏季(8月),海灣中部同時(shí)出現(xiàn)了一個(gè)PO4-P和SiO3-Si濃度低值區(qū),而Chl-a質(zhì)量濃度相對(duì)較高,可能是浮游植物大量吸收營養(yǎng)鹽所致。

整體來看,近岸海區(qū)由于營養(yǎng)鹽濃度較高,Chl-a對(duì)營養(yǎng)鹽分布影響不明顯;海灣中央海區(qū)離岸較遠(yuǎn), Chl-a質(zhì)量濃度變化對(duì)營養(yǎng)鹽分布具有一定的影響,但主要表現(xiàn)在對(duì)PO4-P和SiO3-Si的影響,因溶解無機(jī)氮濃度較高相對(duì)過剩,故對(duì)溶解無機(jī)氮影響不大。

2.2.3 環(huán)流對(duì)萊州灣營養(yǎng)鹽分布的影響

萊州灣及其鄰近海域環(huán)流對(duì)營養(yǎng)鹽分布起著非常重要的作用。目前,關(guān)于萊州灣環(huán)流模式較為一致的看法是海灣內(nèi)存在一個(gè)順時(shí)針環(huán)流[22-25]。受其影響,萊州灣營養(yǎng)鹽在平面分布上表現(xiàn)為灣外低營養(yǎng)鹽水舌從灣口侵入灣內(nèi),同灣頂和西南部高營養(yǎng)鹽水舌在灣內(nèi)形成一個(gè)順時(shí)針延伸態(tài)勢,但不同季節(jié)其影響程度有所不同。

春季,表層水溫分布上,灣外低溫水舌和海灣西南部高溫水舌在灣內(nèi)呈順時(shí)針方向延伸;鹽度分布上,灣外高鹽水舌和小清河低鹽水舌順時(shí)針延伸;營養(yǎng)鹽分布有相似的趨勢,說明萊州灣營養(yǎng)鹽分布受灣內(nèi)順時(shí)針環(huán)流影響明顯。

夏季,水溫、營養(yǎng)鹽的分布顯示,灣外低營養(yǎng)鹽、低溫水改從灣口西部侵入灣內(nèi),但在近岸海域未發(fā)現(xiàn)明顯順時(shí)針延伸趨勢,原因可能是夏季萊州灣內(nèi)部順時(shí)針環(huán)流強(qiáng)度較弱,尤其是近岸環(huán)流[25],因而其對(duì)萊州灣營養(yǎng)鹽分布的影響不甚明顯。

3 結(jié) 論

1)春、夏季萊州灣營養(yǎng)鹽分布總體上呈現(xiàn)由西南部灣頂向東、北方向遞減的趨勢。春季萊州灣內(nèi)營養(yǎng)鹽分布受環(huán)流影響較為顯著,但在夏季營養(yǎng)鹽分布受環(huán)流作用不明顯。

2)海灣內(nèi)溶解無機(jī)氮主要來源于小清河、濰河等河流輸入,PO4-P則受支脈河、小清河和膠萊河影響較大,總體上小清河對(duì)萊州灣氮、磷營養(yǎng)鹽分布影響最大。

3)黃河自1996年出汊改道,由原來的東南方向入海改為東北方向入海,加之地形阻隔等原因,其沖淡水及其攜運(yùn)的營養(yǎng)鹽對(duì)萊州灣的影響已很小。

4)浮游植物生長繁殖對(duì)營養(yǎng)鹽分布有一定的影響,主要表現(xiàn)在海灣中央海區(qū)離岸較遠(yuǎn),浮游植物的強(qiáng)烈吸收(高Chl-a質(zhì)量濃度)使此區(qū)域營養(yǎng)鹽出現(xiàn)相對(duì)低值區(qū),而近岸海區(qū)由于營養(yǎng)鹽濃度較高,Chl-a對(duì)營養(yǎng)鹽分布影響不明顯。

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Nutrient Distributions in the Laizhou Bay in Spring and Summer of 2015

GUO Fu1,WANG Bao-dong1,2,XIN Ming1,ZHANG Wen-quan1,LI Cheng-xuan1, XIE Lin-ping1,SUN Xia1
(1.The First Institution of Oceanography,SOA,Qingdao 266061,China; 2.Laboratory of Marine Ecology and Environmental Science,Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology,Qingdao 266071,China)

Based on in-situ data obtained in May and August,2015,the characteristic of nutrients distribution and influencing factors in the Laizhou Bay and Yellow River Estuary were investigated.The results indicate that the distributions of nutrients in surface water have demonstrated a decreasing trend from the southwest to the northeast of the Laizhou Bay.Phytoplankton growth and reproduction have a certain influence on the distribution of nutrients in the center of the bay.In spring,the clockwise circulation has a certain impact on the features of nutrients distribution in the bay;however,this role weakens in summer. The Yellow River has little effect on the source of nutrients in the Laizhou Bay after diversion of its channel into the northeast,and especially the Xiaoqinghe River become the main source of terrigenous nutrients from the southwest into the bay.Accordingly,it should pay more attention to the southwestern rivers of the bay for the nutrients pollution control.

Laizhou Bay;nutrients;distribution feature;influencing factor

May 4,2016

P734.4

A

1671-6647(2017)02-0258-09

10.3969/j.issn.1671-6647.2017.02.010

2016-05-04

國家自然科學(xué)基金委員會(huì)-山東省人民政府聯(lián)合資助海洋科學(xué)研究中心項(xiàng)目——海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)(U1406403);海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)——濱海濕地固碳能力提升技術(shù)及應(yīng)用示范(201205008)

郭 富(1990-),男,山東日照人,碩士研究生,主要從事海洋生物地球化學(xué)方面研究.E-mail:guofu@fio.org.cn

*通訊作者:王保棟(1964-),男,山東高密人,研究員,博士,主要從事海洋生物地球化學(xué)方面研究.E-mail:wangbd@fio.org.cn