黃海氮磷營養(yǎng)鹽時空特征及影響過程分析

烏伊寒，張 晶，趙 亮，陳創(chuàng)業(yè)

(天津科技大學海洋與環(huán)境學院，天津 300457)

氮、磷、硅等營養(yǎng)鹽是海水重要的生源要素[1]，是海水浮游植物生命活動的物質基礎[2].營養(yǎng)鹽作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質基礎，其濃度和結構特征對海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質循環(huán)和能量流動都有著重要影響.營養(yǎng)鹽的濃度及結構會影響浮游植物的群落結構[3].適宜的營養(yǎng)鹽濃度及結構有利于浮游植物的生長，營養(yǎng)鹽結構的失調則會改變群落結構，甚至引發(fā)有害藻華[4].自2000年以來，我國近海出現(xiàn)大規(guī)模有害藻華，其藻種表現(xiàn)出多樣化、小型化和有害化的趨勢都與營養(yǎng)鹽濃度和結構的變化相關[5].

許多學者對黃海[6]、長江口海域[7]、東海赤潮高發(fā)區(qū)[8]、南海海域[9]以及沿岸海域[10]營養(yǎng)鹽進行了研究，發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)鹽濃度及結構隨時間和空間的變化會對海區(qū)生態(tài)環(huán)境起關鍵作用.如江蘇近岸較高的營養(yǎng)鹽含量是黃海滸苔萌發(fā)和綠潮快速發(fā)展的重要物質基礎，山東半島南部低營養(yǎng)鹽水平是限制綠潮繼續(xù)發(fā)展的重要因素[11].長江口營養(yǎng)鹽濃度及結構的改變也是導致有害藻華大規(guī)模暴發(fā)及其優(yōu)勢種由硅藻向甲藻演變的主要原因[5]，長江口臨近海域硝酸鹽污染和高氮磷比與東海赤潮的暴發(fā)密切相關[12].

黃海是我國半封閉陸架海區(qū)[13]，水體停留時間長，初級生產力高[4]，受周邊人類活動影響大.Wei等[14]發(fā)現(xiàn)黃海無機氮濃度從20世紀80年代持續(xù)上升，20世紀90年代中期上升最快，無機磷濃度在20世紀90年代中期之前存在下降趨勢，之后逐漸上升.自20世紀80年代氮磷比不斷上升，到20世紀末達到了大于16的水平.營養(yǎng)鹽結構的變化不僅反映了營養(yǎng)鹽狀況的變化，還反映了海水中營養(yǎng)鹽的再生、循環(huán)機制的改變[8].海水營養(yǎng)鹽的主要來源有河流輸入、大氣沉降、水體內碎屑的礦化、底界面的營養(yǎng)鹽釋放和鄰近海域的營養(yǎng)鹽輸送[15-17]，黃海浮游植物的光合作用吸收和呼吸作用釋放是營養(yǎng)鹽最大的匯和源[18].這些過程輸入與消耗的營養(yǎng)鹽不僅在濃度上不同，在營養(yǎng)鹽結構上也不相同.王保棟等[13,19-21]研究黃東海營養(yǎng)鹽分布特征及其對浮游植物生長的限制狀況，發(fā)現(xiàn)長江口以東及其東北部海域終年存在較大范圍的營養(yǎng)鹽高值區(qū)，也發(fā)現(xiàn)黃東海大部分海域浮游植物的生長受磷酸鹽的限制；Wei等[22]結合潮流作用研究了潮流對南黃海營養(yǎng)鹽分布的影響；Liu等[15-16,23-25]、Shi等[26]對影響黃海營養(yǎng)鹽濃度及結構的影響過程進行收支計算，研究河流輸入、大氣沉降、底界面釋放、浮游植物生命活動等過程對黃海營養(yǎng)鹽時空分布的作用.近幾十年，由于沿海地區(qū)快速城市化和水產養(yǎng)殖的增長[17]，各過程營養(yǎng)鹽濃度及結構都發(fā)生了巨大的變化，導致海水富營養(yǎng)化、海水酸化、有害藻華頻現(xiàn)、浮游植物群落結構發(fā)生改變等[23,27-31]，對海洋生態(tài)環(huán)境安全造成了威脅[32].研究黃海營養(yǎng)鹽濃度特別是營養(yǎng)鹽結構的變化和影響過程，對認識黃海生態(tài)環(huán)境有重要作用.

前人雖然已對黃海營養(yǎng)鹽濃度及其結構進行了大量的研究，但對營養(yǎng)鹽結構季節(jié)變化及其影響過程的研究相對較少.本文借助物理-生物地球化學耦合模型，模擬黃海氮磷營養(yǎng)鹽濃度及其結構的時空分布特征，分析浮游植物初級生產、水體有機碎屑的再礦化等內部過程和河流輸入、大氣沉降、沉積物-水界面交換、與鄰近海域的水體交換等外部過程對該海域營養(yǎng)鹽濃度及其結構的影響.

1 模型介紹

1.1 模型配置

采用Zhao等[33]和Wang等[34]建立并完善的物理-生物地球化學耦合模型(ECSECOM)，蔣昊等[18]在上述模型基礎上，將有機碎屑(DET)分為了顆粒有機氮(PON)與顆粒有機磷(POP)分別參與循環(huán)，從而將氮和磷循環(huán)解耦.模型的初始場、強迫場和模型參數(shù)設置詳見上述論文.利用此模型水動力模塊提供的流速、生態(tài)模塊提供的3種營養(yǎng)鹽(溶解無機氮(DIN)、溶解無機磷(DIP)、硅酸鹽(DSi))、兩種浮游植物(硅藻(DIA)，鞭毛藻(FLA))和兩種顆粒有機物(PON、POP)和生物硅(BSi)以及浮游植物的光合作用、呼吸作用、顆粒物的再礦化、沉積物-水界面營養(yǎng)鹽的釋放、河流徑流和大氣沉降過程對黃海氮磷營養(yǎng)鹽濃度及其結構的季節(jié)變化特征的影響進行研究.

該模型運行了4年，可達到穩(wěn)定狀態(tài)，本文采用第4年數(shù)據(jù)進行分析.模型計算區(qū)域如圖1所示，主要包括渤海、黃海、東海，本文分析海域為黃海，取啟東嘴到濟州島西南角斷面和通過濟州海峽的126.64°E斷面為黃、東海分界線，取山東蓬萊到大連老鐵山連線為渤、黃海分界線.鴨綠江、淮河和漢江這3條河流流入該分析海域.圖中紅點為河流入?？?；啟東嘴到濟州島西南角和通過濟州海峽的126.64°E斷面的粗實線為黃東海分界線，山東蓬萊到大連老鐵山的粗實線為渤黃海分界線，分別用來計算黃海與東海、渤海之間的DIN、DIP及DIN/DIP通量；細實線為等深線，單位為m.

圖1 生態(tài)模型計算區(qū)域和本文分析區(qū)域Fig. 1 Simulated region of the model and the analyzed area in this paper

利用模型結果分析黃海氮磷營養(yǎng)鹽及其結構的時空分布特征，以及利用模型內部過程計算各影響過程對黃海營養(yǎng)鹽的貢獻，如積分計算各源匯項的營養(yǎng)鹽貢獻(Q1)，上下界面交換過程(包括海-氣界面，沉積物-水界面交換過程)的營養(yǎng)鹽通量(Q2)，對于河流點源輸入及側界面交換(Q3)，據(jù)此定量分析各個過程對該海域營養(yǎng)鹽的影響.

其中：ΔN為水體內部過程(PON、POP水體內的再礦化、浮游植物光合生產及呼吸釋放)，mmol/(m3·d)；Nk為大氣DIN、DIP沉降通量，沉積物-水界面DIN、DIP釋放通量，mmol/(m2·d)；NR為側邊界的DIN、DIP濃度，mmol/m3，rV為側邊界法向流速，m/d.

1.2 模型驗證

Zhao等[33]、Wang等[34]、蔣昊等[18]對模型模擬的營養(yǎng)鹽、葉綠素進行了驗證，本文則利用2009年春季黃海水華航次(2009-03-24—2009-04-14)、2017年夏季渤黃海航次(2017-08-29—2017-09-24)兩個航次中現(xiàn)場實驗測得的硝酸鹽(NO3-N)、亞硝酸鹽(NO2-N)、銨鹽(NH4-N)及DIP數(shù)據(jù)，對黃海氮磷比(DIN/DIP)數(shù)值模擬結果進行驗證，定義實測DIN數(shù)據(jù)為硝酸鹽、亞硝酸鹽及銨鹽之和(圖2)，其底圖為模型模擬結果，圓點為現(xiàn)場觀測結果.結果顯示，模型較好地反映出黃海DIN/DIP的空間變化特征.如春季表底層DIN/DIP的模擬結果與實測結果均在山東半島東南部近岸高，高于22，由近岸向外海逐漸降低；夏季表層DIN/DIP模型模擬結果在鴨綠江口、山東半島東南部、長江口及其附近海域高于80，比實測結果高，長江口及其外海表底層DIN/DIP由近岸向外海遞減特征的模擬較為一致.表層DIN/DIP的分布特征與謝琳萍等[4]的研究一致.需要指出的是，用來驗證黃海DIN/DIP的實測數(shù)據(jù)為航次數(shù)據(jù)，而本研究模型的結果是采用氣候態(tài)強迫得到的，模型結果與實測數(shù)據(jù)之間不可避免存在一些差異，但是模擬結果基本能反映黃海DIN/DIP的時空特征.

圖2 模擬與實測黃海DIN/DIP分布(底圖為模型模擬結果，圓點為現(xiàn)場觀測結果)Fig. 2 Model simulation and field investigation distribution of DIN/DIP in the Yellow Sea(The background is the result of the model；the dot is the result of situ observations.)

進一步利用文獻發(fā)表數(shù)據(jù)[35-38]，對黃海DIN、DIP濃度及DIN/DIP進行了驗證(表1)，其驗證結果顯示DIN、DIP濃度的模型模擬值與實測值較為吻合.南黃海2013年6、11月DIN的觀測濃度為(5.56±3.43)mmol/m3、(7.28±4.09)mmol/m3，模型模擬濃度依次為(5.96±3.16)mmol/m3、(9.57±5.74)mmol/m3. DIP觀測濃度為(0.27±0.27)mmol/m3、(0.44±0.32)mmol/m3，模型模擬濃度為(0.30±0.27)mmol/m3、(0.59±0.40)mmol/m3.DIN、DIP兩種營養(yǎng)鹽濃度均為6月的小于11月的；6月和11月DIN/DIP觀測值為48.00、20.40，模型結果為44.31±38.66、19.92±12.72，11月份的均小于6月份的.對北黃海的觀測與模擬結果進行比較，DIN、DIP兩種營養(yǎng)鹽濃度在2011年7月、2012年9月小，2007年1月大，DIN/DIP在9月大，1月小.總的來說，DIN、DIP兩種營養(yǎng)鹽春夏季濃度低于秋冬季，春夏季DIN/DIP較秋冬季高.DIN/DIP的模擬結果在南黃海較好，其值相差不大，而北黃海DIN/DIP的模擬值大于實測結果.

表1 黃海氮磷營養(yǎng)鹽濃度平均值和氮磷比比較Tab. 1 Comparison of the average value of nutrients and the ratio of nitrogen and phosphorus in the Yellow Sea

浮游植物光合作用、呼吸作用、水體內部碎屑的再礦化、河流輸入、大氣沉降、沉積物-水界面釋放以及斷面上的水體交換等過程對黃海氮磷營養(yǎng)鹽的年收支貢獻情況，與已發(fā)表的相關研究進行對比.對比驗證結果顯示，上述影響過程對黃海氮磷營養(yǎng)鹽的年收支貢獻，與先前的研究結果基本吻合.黃海浮游植物通過光合作用消耗的DIN為846.88Gmol/a，與王保棟等[19]、趙晨英等[39]研究黃海浮游植物DIN年需求量800Gmol/a、(740±77)Gmol/a相近.黃海浮游植物對DIP的消耗量為52.87Gmol/a，與趙晨英等[39]計算結果相近；沿岸河流向黃海輸入的DIN為8.47G m o l/a，與趙晨英等[39]得出的鴨綠江(3Gmol/a)、漢江(2.6Gmol/a)、淮河(2.75Gmol/a)向黃海輸入的DIN總和8.35Gmol/a也很吻合；通過大氣干、濕沉降過程輸入的DIN總量為24.67Gmol/a，與研究[19，23]結果25.3、25.2Gmol/a較一致，大氣沉降過程帶來的DIP總量為0.29Gmol/a，與文獻[23]結果0.29Gmol/a完全一致.浮游植物呼吸作用、沉積物-水界面釋放、PON的再礦化、水體交換等過程對DIN的貢獻情況均與研究[18]結果一致.

2 結果與討論

2.1 黃海氮磷營養(yǎng)鹽的時空變化特征

黃海表、底層DIN濃度分布如圖3所示，分別以5月、8月、11月和2月代表春、夏、秋、冬四季.

圖3 黃海DIN濃度分布Fig. 3 Distribution of DIN concentration in the Yellow Sea

春季，黃海DIN水柱平均濃度為(6.96±4.94)mmol/m3.由于黃海中央海域浮游植物的快速繁殖和生長消耗大量營養(yǎng)鹽，該海域表層DIN濃度銳減[20]，低于4mmol/m3.表層DIN濃度在南黃海西南部高，與Shi等[26]、Guo等[40]的結果一致，濃度大于10mmol/m3，東南部低，低于1mmol/m3.表層DIN濃度由近岸向深海有明顯的梯度變化，35°N蘇北沿岸附近有向岸的低DIN濃度舌狀水體；底層DIN濃度在近岸與表層差異較小[24]，但在北黃海與南黃海中部高于表層，其濃度大于7mmol/m3.這是由于春季黃海上層水體開始增溫，垂直混合作用不能達至海底，底層所保留下來的冬季時的營養(yǎng)鹽難以向上擴散[20].

夏季，黃海DIN水柱平均濃度為(6.28±3.35)mmol/m3.表層DIN濃度在黃海西南部及鴨綠江口沿岸大于5mmol/m3，其余海域小于5mmol/m3，這與春季時的分布相似，其成因亦然.隨著沖淡水的擴展，長江口高濃度舌狀區(qū)域向東北擴展[20]，蘇北沿岸濃度較春季有所降低.山東半島東部濃度降低，朝鮮半島沿岸DIN高濃度區(qū)域消失.由近岸向深海的濃度梯度變化仍明顯存在；底層DIN濃度在長江口附近和蘇北外海濃度高，濃度普遍大于20mmol/m3，但長江口外海濃度相對較低[13]，低于5mmol/m3.黃海中央海域，即黃海冷水團盤踞海域存在DIN濃度高值封閉區(qū)[21]，其濃度大于10mmol/m3，普遍高于表層[40]，這是自春季以來，下、底層水體中的有機物分解產生了大量DIN，由于受溫度、密度躍層的阻擋而難以向上擴散，在底層逐漸積累的結果.

秋季，黃海DIN水柱平均濃度為(9.08±5.38)mmol/m3.表層DIN濃度近岸高外海低，且向外海有一定梯度.蘇北沿岸、長江口東北高值區(qū)較夏季有所擴展.朝鮮半島近岸DIN濃度回升且濃度較高，大于7mmol/m3，黃海中部濃度低，大部分區(qū)域小于5mmol/m3，北黃海沿岸高值區(qū)較夏季也有所擴展；底層DIN濃度高值出現(xiàn)在長江口附近、蘇北沿岸及黃海中部，均大于10mmol/m3，且中部高值區(qū)成因與夏季亦然，其范圍較夏季有所擴大.近岸DIN濃度表底差異不大.

冬季，黃海DIN水柱平均濃度為(12.65±6.59)mmol/m3.表層DIN濃度在黃海中部及東南部外的其他海域均較高，高于7mmol/m3.南黃海西南部海域，存在DIN濃度高值區(qū)，普遍高于20mmol/m3，且有向北擴展的特征.朝鮮半島西南角近岸海域DIN濃度亦較高，高于20mmol/m3；由于冬季強烈的混合作用，溫度、密度躍層消失，黃海底層DIN濃度與表層差異不大，其分布與表層非常一致[20，40].總的來看，黃海DIN濃度的時空分布特征與Wei等[22]的研究結果基本一致.

黃海表、底層DIP濃度分布如圖4所示.

圖4 黃海DIP濃度分布Fig. 4 Distribution of DIP concentration in the Yellow Sea

春季，黃海DIP水柱平均濃度為(0.36±0.33)mmol/m3.與DIN一致，黃海表層中央海域浮游植物對DIP的大量消耗，使非近岸海域DIP濃度銳減，濃度普遍低于0.1mmol/m3.表層DIP濃度在南黃海西南部高[6]，濃度大于0.5mmol/m3；底層DIP濃度高于表層，黃海中部濃度大于0.5mmol/m3，原因與DIN一致，同樣是由于春季黃海上層水體開始增溫，垂直混合作用不能達至海底，底層所保留下來的冬季時的營養(yǎng)鹽難以向上擴散.近岸DIP濃度的表底分布差異較小，這也與DIN濃度的垂直分布相似.

夏季，黃海DIP水柱平均濃度為(0.28±0.42)mmol/m3.表層DIP濃度在黃海西南部，即蘇北沿岸較高，但其量值較春季時明顯降低，濃度低于0.4mmol/m3.大部分海域濃度低于0.1mmol/m3，與春季時的分布相似，其成因亦然.成山頭附近濃度降低，朝鮮半島沿岸DIP高濃度區(qū)域也消失.與DIN分布明顯不同的是，DIP在長江口外不存在舌狀擴展；底層DIP濃度在蘇北外海高于4mmol/m3，長江口外海濃度低于0.5mmol/m3.黃海中央海域，即黃海冷水團盤踞海域與DIN一樣，仍存在DIP濃度高值封閉區(qū)，其濃度大于0.5mmol/m3，普遍高于表層濃度[40].這仍是自春季以來，下、底層水體中的有機物分解產生了大量DIP，由于受溫度、密度躍層的阻擋而難以向上擴散，在下、底層逐漸積累的結果.

秋季，黃海DIP水柱平均濃度為(0.52±0.38)mmol/m3.表層DIP濃度仍是近岸高外海低.蘇北沿岸、長江口東北部高值區(qū)較夏季有所擴展，其濃度大于0.5mmol/m3.朝鮮半島近岸DIP濃度回升且濃度高于1mmol/m3，黃海中部海域濃度低[39]，低于0.5mmol/m3.北黃海沿岸高值區(qū)較夏季有所擴展；底層DIP濃度高值區(qū)出現(xiàn)在黃海中部，成因與夏季亦然，其范圍較夏季有所擴大.水深較淺的沿岸區(qū)域DIP濃度表底差異仍較小，與DIN濃度分布一致.

冬季，黃海DIP水柱平均濃度為(0.76±0.39)mmol/m3.表層DIP濃度在蘇北淺灘存在DIP濃度高值區(qū)，大于1mmol/m3.朝鮮半島西南角近岸海域DIP濃度亦較高，高于1mmol/m3；由于冬季強烈的混合作用，溫度、密度躍層消失，黃海底層DIP濃度與其表層分布非常一致[40].

對比DIP與DIN的分布，發(fā)現(xiàn)DIP的分布與DIN最明顯的不同是夏季表層DIP在長江口外沒有舌狀擴展，可能是被局地消耗所致，反映了DIN與DIP的不同作用.

2.2 黃海DIN/DIP時空變化特征

調查海域表底層水體DIN/DIP的空間分布特征如圖5所示.

圖5 黃海DIN/DIP分布Fig. 5 Distribution of DIN/DIP in the Yellow Sea

春季，黃海DIN/DIP的水柱平均值為39.73±36.57.表層水體DIN/DIP在鴨綠江沿岸及其外海、山東半島東南部及其外海、蘇北近岸高于22，最高值出現(xiàn)在鴨綠江口，這與鴨綠江徑流的DIN輸入有關[16-17]，低值區(qū)則出現(xiàn)在山東半島北部及南黃海中部海域，低于10；底層DIN/DIP在鴨綠江口、山東半島東南部及江蘇沿岸較高，但高值區(qū)范圍比表層明顯減小.

夏季，黃海DIN/DIP的水柱平均值為52.21±32.37.表層水體高DIN/DIP的特性更加明顯，這是由于表層DIN濃度相比春季上升，而DIP濃度相比春季下降，因此夏季DIN/DIP有所升高，且高值區(qū)范圍較春季有所擴大，大部分海域DIN/DIP高于30，長江口北部、山東半島東南部及鴨綠江口沿岸海域DIN/DIP高于80，而朝鮮半島近岸海域DIN/DIP低于22.由于DIN與DIP的不同作用，長江口水體中的DIN和DIP在輸運過程中被消耗后，過剩的DIN顯示出東北向的舌狀分布，這是長江口高值DIN/DIP向東北擴展的原因；底層DIN/DIP分布與春季相似.

秋季，黃海DIN/DIP的水柱平均值為23.10±14.03.表層DIN/DIP在鴨綠江口及遼東半島西南部及其外海、蘇北沿岸、由山東半島東南部中部指向濟州島的海域存在DIN/DIP高值區(qū)，大于30.南黃海中部海域DIN/DIP低于10；底層水體DIN/DIP的分布與表層水體有一定的差異，但與春夏季分布相似，只是擴展范圍相比較小.

冬季，黃海DIN/DIP的水柱平均值為19.51±12.21.由于水體垂直混合加強，表、底層水體性質趨于一致，水體DIN/DIP分布變化不大.DIN/DIP高值區(qū)主要分布在鴨綠江口、山東半島南部、蘇北近岸，大于22.近岸海域的DIN/DIP較低，Guo等[40]的研究也顯示，冬季近岸海域DIN/DIP明顯低于其他季節(jié)，與本文結果一致.

2.3 影響黃海DIN/DIP的過程分析

影響氮磷營養(yǎng)鹽濃度及其結構的過程包括水體內部過程和外部過程，分別計算了浮游植物初級生產、水體有機碎屑的再礦化等內部過程和河流輸入、大氣沉降、沉積物-水界面交換、與鄰近海域的水體交換等外部過程對該海域DIN、DIP及DIN/DIP的影響.

圖6為影響黃海DIN和DIP各個過程的四季收支示意圖，圖7為黃海DIN/DIP的四季收支示意圖.

圖6 黃海DIN、DIP四季收支示意圖Fig. 6 Budgets of the DIN，DIP in the Yellow Sea for each season

圖7 黃海DIN/DIP四季收支示意圖Fig. 7 Budget of the DIN/DIP in the Yellow Sea for each season

圖中F代表各過程的貢獻，單位為106kmol/月，R代表河流輸入，A代表大氣干濕沉降，S代表沉積物-水界面釋放，BH代表渤海與黃海的交換，ECS代表東海與黃海的交換，JZD代表通過濟州海峽的交換，Pro代表浮游植物的生產消耗，Res代表浮游植物的呼吸釋放，Rmi代表水體PON、POP的再礦化釋放.需指出的是，河流輸入是鴨綠江、淮河和漢江這3條河流的總和.黃海DIN、DIP收支統(tǒng)計見表2.

表2 黃海DIN、DIP收支統(tǒng)計Tab. 2 Statistics of DIN，DIP budgets in the Yellow Sea

冬季，黃海海域DIN/DIP的平均值為(19.51±12.21).河流與大氣輸入的DIN為0.44×106kmol/月、1.58×106kmol/月，大氣輸入的DIN為河流的3倍以上，而DIP的輸入均為0.03×106kmol/月，因此，大氣DIN/DIP大于河流；沉積物-水界面與碎屑的再礦化為黃海補充DIN約2.31×106kmol/月、8.87×106kmol/月，DIP約為0.17×106kmol/月、0.59×106kmol/月，碎屑的再礦化所釋放的營養(yǎng)鹽是沉積物-水界面釋放的3倍以上，而DIN/DIP要小于沉積物-水界面；黃海向鄰近海域輸送的DIN和DIP為3.74×106kmol/月、0.25×106kmol/月；浮游植物的凈生產對兩種營養(yǎng)鹽的消耗量是6.24×106kmol/月、0.39×106kmol/月.

降低DIN、DIP含量的過程為浮游植物的光合作用和黃海向臨近海域的營養(yǎng)鹽輸送過程，DIN、DIP的總損失量為9.98×106kmol/月、0.64×106kmol/月，其中浮游植物的凈生產對營養(yǎng)鹽的消耗是最主要的消耗過程，占總損失量的62.53%、60.94%；而總補充量為13.20×106kmol/月、0.82×106kmol/月，其中碎屑的再礦化所釋放的DIN、DIP含量比河流、大氣、沉積物-水界面釋放過程輸入的DIN、DIP含量大很多，占DIN補充量的67.20%，DIP補充量的71.95%.上述過程整體上為黃海增加DIN、DIP約3.22×106kmol/月、0.18×106kmol/月.

春季，隨著溫度的升高，黃海浮游植物凈生產對兩種營養(yǎng)鹽的消耗增大，均為冬季的9倍以上；碎屑的再礦化所釋放的營養(yǎng)鹽含量較冬季有所升高，占總DIN、DIP輸入量的76.90%、77.97%，而DIN/DIP變化不大；水體的交換補充DIN約0.20×106kmol/月，DIP的損失為0.13×106kmol/月；河流輸入的DIN比起冬季稍有增加，而DIP為冬季的2倍，因此其DIN/DIP下降至9.01；大氣沉降以DIN/DIP為99.43向黃海輸入的營養(yǎng)鹽僅占總DIN、DIP輸入量的6.20%、1.13%；沉積物-水界面釋放的營養(yǎng)鹽為冬季的1.8倍左右，但其DIN/DIP從冬季的25.12下降至15.47.各過程對黃海營養(yǎng)鹽的補充量不能滿足損失量，DIN、DIP的總損失量為28.54×106kmol/月、1.90×106kmol/月，比冬季依次降低8.86倍、10.56倍.

因此，春季DIN的降低幅度小于DIP的降低幅度，黃海DIN/DIP較冬季上升，上升至(39.73±36.57).

夏季，由于溫度的進一步升高，黃海內部碎屑的再礦化所釋放的營養(yǎng)鹽較春季有所升高，占總DIN、DIP輸入量的74.81%、74.82%；河流的DIN、DIP輸入量是春季的3倍和3.5倍，其DIN/DIP下降至7.07；沉積物-水界面以與春季相近的DIN/DIP釋放的營養(yǎng)鹽較春季也有所增加；水體交換過程使DIN得到補充，使DIP損失；浮游植物的凈生產對營養(yǎng)鹽的消耗較春季有所下降，其中DIA的生產對營養(yǎng)鹽的消耗較春季有所降低，而FLA對營養(yǎng)鹽的消耗與釋放都較春季有所上升，也就是說夏季黃海浮游植物中FLA的量較春季有所升高；通過大氣沉降輸入的DIN較春季增加了約0.98×106kmol/月，占總DIN輸入量的6.38%，其DIP與春季水平相當，占總DIP輸入量的0.72%，其DIN/DIP從春季的99.43上升至186.09.

最終，黃海營養(yǎng)鹽得到了補充，DIN、DIP的總補充量為9.38×106kmol/月、0.61×106kmol/月.與春季相比其DIN的增長幅度大于DIP，因此DIN/DIP由春季的39.73±36.57上升，最終上升至52.21±32.37.

秋季，黃海DIN/DIP降至23.10±14.03.黃海內部碎屑以DIN/DIP為15.21再礦化所釋放的營養(yǎng)鹽要比夏季少，與春季水平相當，占總DIN、DIP輸入量的75.16%、77.05%；浮游植物的凈生產所消耗的營養(yǎng)鹽比夏季減少了一半以上，消耗的DIN、DIP依次為14.29×106kmol/月、0.89×106kmol/月；河流輸入的營養(yǎng)鹽有所減少，依次減少至0.44×106kmol/月、0.03×106kmol/月，DIP減少程度大于DIN的減少程度，其比值從夏季的7.07上升至20.78；沉積物-水界面以DIN/DIP為22.34釋放的含量較夏季有所減少；秋季向臨近海域輸送營養(yǎng)鹽含量全年最高，約為5.93×106kmol/月、0.32×106kmol/月；通過大氣輸入的DIN比夏季有所減少，為1.76×106kmol/月，而DIP較夏季有所上升，約0.03×106kmol/月，其DIN/DIP從夏季的186.09下降至79.60.

上述過程對黃海營養(yǎng)鹽的補充量大于其損失量，對兩種營養(yǎng)鹽貢獻約為8.48×106kmol/月、0.62×106kmol/月，與夏季相比DIN含量降低，而DIP含量上升，因此秋季黃海海域DIN/DIP下降.

3 結 論

利用物理-生物地球化學耦合模型，給出了黃海氮磷營養(yǎng)鹽及其結構的時空分布特征，研究了水體內部過程和外部過程對該海域DIN/DIP的影響，得到如下主要結論：

(1)黃海DIN、DIP濃度及DIN/DIP存在明顯的季節(jié)變化特征.春夏季DIN、DIP濃度低于秋冬季；春夏季DIN/DIP高于秋冬季，其峰值出現(xiàn)在夏季.

(2)營養(yǎng)鹽濃度及其結構的水平分布存在空間差異.營養(yǎng)鹽濃度在近岸高，外海低，底層高于表層；DIN/DIP在浮游植物生命活動強的區(qū)域較高，在鴨綠江口、長江口附近海域呈現(xiàn)高DIN/DIP的特點.

(3)根據(jù)營養(yǎng)鹽的季節(jié)收支計算，發(fā)現(xiàn)黃海內部生物過程在營養(yǎng)鹽濃度及其結構的季節(jié)變化中起著至關重要的作用.河流輸入、大氣干濕沉降、沉積物-水界面的營養(yǎng)鹽釋放過程是黃海營養(yǎng)鹽的重要補充過程，與鄰近海域的營養(yǎng)鹽交換過程通過影響內部過程來改變營養(yǎng)鹽含量.浮游植物的凈生產所消耗的DIN、DIP占總營養(yǎng)鹽損失量的62.53%～100%、60.94%～96.46%；碎屑再礦化所釋放的DIN、DIP占總DIN、DIP補充量的67.20%～76.90%、71.95%～77.97%，但其DIN/DIP在15.21～15.61，在四季均低于黃海DIN/DIP的平均值；而河流輸入、大氣沉降、沉積物-水界面釋放DIN、DIP僅占總DIN、DIP補充量的22.40%～32.80%、22.03%～28.05%，其中大氣沉降DIN/DIP全年均比黃海平均值高.

(4)黃海DIN/DIP從冬季到春季升高是由于DIP含量的下降幅度大于DIN的下降幅度，夏季繼續(xù)升高是由于DIN含量的上升幅度大于DIP的上升幅度，秋季其比值的下降是由于DIN含量下降，而DIP含量上升所致.

致謝：感謝國家自然科學基金(41876018)、天津市自然科學基金(19JCZDJC40600)對本項目的支持.