湛江灣秋季海表葉綠素a濃度時(shí)空分布特征及其與環(huán)境因子相關(guān)關(guān)系

周 敏，趙 輝,2

湛江灣秋季海表葉綠素a濃度時(shí)空分布特征及其與環(huán)境因子相關(guān)關(guān)系

周 敏1，趙 輝1,2

（1. 廣東海洋大學(xué)化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 湛江 524088；2. 南方海洋科學(xué)與工程廣東實(shí)驗(yàn)室，廣東 湛江 524088）

【】研究湛江灣秋季海表葉綠素a（Chl-a）和營養(yǎng)鹽濃度的時(shí)空分布特征，探討灣內(nèi)環(huán)境因子對海域浮游植物Chl-a調(diào)控機(jī)制。根據(jù)湛江灣2017―2019年秋季（11月）的3個(gè)航次現(xiàn)場調(diào)查資料，通過主成分多元線性回歸分析和Pearson相關(guān)分析，結(jié)合灣南和灣北營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)對海域浮游植物Chl-a濃度分布特征進(jìn)行綜合分析?？臻g上，秋季湛江灣表層Chl-a濃度大致呈灣北低、灣南高，灣內(nèi)向?yàn)惩膺f減的趨勢，營養(yǎng)鹽濃度呈灣北向?yàn)衬稀硟?nèi)向?yàn)惩膺f減的趨勢。時(shí)間上，溶解無機(jī)氮（DIN）平均濃度逐年緩慢上升，PO4-P濃度呈逐年下降趨勢，SiO3-Si和Chl-a走勢相同均先增加后降低。營養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析表明，海灣浮游植物生長的限制情況2017年主要為氮限制，2018年灣口為氮限制、灣內(nèi)為磷限制，2019年主要為磷限制，灣口尤其嚴(yán)重。湛江灣灣北海域受沿岸徑流和近岸陸源污染的影響，營養(yǎng)鹽濃度較高、Chl-a濃度較低；灣南海域受不規(guī)則半日潮影響顯著，受到人類活動(dòng)干擾較少，營養(yǎng)鹽濃度相對較低、Chl-a濃度相對較高。

Chl-a；營養(yǎng)鹽；相關(guān)關(guān)系；富營養(yǎng)化；湛江灣

水域生態(tài)系統(tǒng)中葉綠素a（Chl-a）的含量取決于浮游植物的數(shù)量，通常用Chl-a來評估藻類數(shù)量、生長和繁殖情況[1-2]。氮、磷、硅等營養(yǎng)鹽缺乏會限制浮游生物的生長，而營養(yǎng)鹽過剩會引起海洋的富營養(yǎng)化，導(dǎo)致赤潮的發(fā)生，給海洋漁業(yè)、海洋生態(tài)環(huán)境等造成極大危害[3]，所以水體中的葉綠素a和營養(yǎng)鹽是反映水質(zhì)現(xiàn)狀和水體營養(yǎng)情況的重要指標(biāo)，其時(shí)空分布變化能靈敏反映水域的健康狀況。

湛江灣位于廣東省雷州半島東北側(cè)與南海交匯處，西北近岸接湛江市，東北臨南三島，南靠東海島的一個(gè)半封閉海灣。湛江灣屬熱帶和亞熱帶季風(fēng)氣候，終年受海洋氣候調(diào)節(jié)，水溫垂直變化較小，沒有明顯躍層[4]，潮汐為不規(guī)則半日潮[5]，潮差較大。海灣通常是受人類活動(dòng)影響最嚴(yán)重的區(qū)域，湛江港原是集商、軍、漁港于一身的深水良港，但隨著鋼鐵、石化、電廠等重工業(yè)和港口運(yùn)輸、海水養(yǎng)殖業(yè)的大力發(fā)展，海洋生態(tài)環(huán)境和生態(tài)健康狀況令人堪憂[6]，海灣的生態(tài)服務(wù)價(jià)值大大降低。近年來，湛江灣的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)呈不斷上升的趨勢，海水富營養(yǎng)化嚴(yán)重，氮磷比失衡[7]。此前多位學(xué)者已對湛江灣水體變化情況做了大量研究，包括湛江灣水體營養(yǎng)鹽的變化特征、水動(dòng)力結(jié)構(gòu)和特性、浮游植物多樣性和赤潮生物種類、水體富營養(yǎng)化和陸源入海污染物情況等[8-13]，但對近年湛江灣水體環(huán)境的基礎(chǔ)研究較少，鮮有根據(jù)環(huán)境條件不同而分海域討論葉綠素對環(huán)境因子響應(yīng)的差異。本研究利用湛江灣2017―2019年秋季現(xiàn)場調(diào)查資料，對灣南、灣北兩個(gè)海域海域葉綠素a和營養(yǎng)鹽的時(shí)空分布特征進(jìn)行分析，并通過主成分線性回歸方法建立Chl-a與環(huán)境因子的定量關(guān)系，探討湛江灣灣南和灣北環(huán)境因子對Chl-a調(diào)控的差異，并對湛江灣南北海域潛在富營養(yǎng)化狀況進(jìn)行評價(jià)，以期為湛江灣環(huán)境保護(hù)和污染治理提供決策支持。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

本研究分別于2017年11月25―27日、2018年11月23―24日和2019年11月20日對湛江灣秋季水質(zhì)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查。根據(jù)灣內(nèi)自然環(huán)境特點(diǎn)，3個(gè)航次分別布設(shè)26、27和25個(gè)水質(zhì)調(diào)查站位。樣品采集和儲運(yùn)按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378.2-2007）[14]相關(guān)規(guī)定操作。由于調(diào)查區(qū)域大部分站位水深較淺，水體分層不明顯，故僅對0.5 ～ 1.0 m表層水樣進(jìn)行分析采樣研究。湛江灣地形及水深分布見圖1。

1.2 分析測試方法

海水溫度、鹽度用sea-bird CTD直接導(dǎo)出、pH和透明度分別采用Orion3 star pH計(jì)和塞氏盤現(xiàn)場測定、溶解氧（DO）用碘量法實(shí)驗(yàn)室測量。化學(xué)參數(shù)根據(jù)《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378.4-2007)[15]在實(shí)驗(yàn)室測定，同時(shí)樣品測試時(shí)采用內(nèi)標(biāo)法空白加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)來保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。亞硝酸鹽氮（NO2-N）采用鹽酸萘乙二胺分光光度法、硝酸鹽氮（NO3-N）采用鋅鎘還原法、銨氮（NH4-N）采用次溴酸鹽氧化法，其中溶解無機(jī)氮（DIN）濃度為NO2-N、NO3-N和NH4-N測試結(jié)果之和?；钚粤姿猁}（PO4-P）采用磷鉬藍(lán)分光光度法、活性硅酸鹽（SiO3-Si）采用硅鉬黃法。Chl-a樣品采集表層水樣300 mL，用體積分?jǐn)?shù)90%的丙酮溶液充分萃取后再用紫外-可見分光光度法測定。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

使用SPSS22.0軟件（IBM，美國）進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與處理。運(yùn)用Ocean Data View 2019軟件對浮游植物葉綠素a和各環(huán)境因子進(jìn)行空間內(nèi)插法生成時(shí)空分布圖。在SPSS中采用Pearson分析葉綠素a與各理化環(huán)境因子的相關(guān)性，利用主成分多元線性回歸方法建立葉綠素a和環(huán)境因子的預(yù)測模型，顯著性檢驗(yàn)采用-檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 湛江灣葉綠素a濃度時(shí)空分布特征

2017―2019年秋季湛江灣表層Chl-a的空間分布見圖2。受氣溫、降水量、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)、地形、水動(dòng)力條件、營養(yǎng)條件和人類活動(dòng)干擾等各方面共同影響，湛江灣表層Chl-a濃度分布呈明顯的時(shí)間和空間差異性。圖2顯示，Chl-a濃度分布大致呈灣北低、灣南高，近岸低、離岸高的分布趨勢。在灣南海域，2018年Chl-a濃度表現(xiàn)出隨等深線由灣內(nèi)向?yàn)惩膺f增的趨勢，而2017和2019年空間分布趨勢恰好與之相反。時(shí)間上，2017―2019年Chl-a濃度均值呈先增加后降低的趨勢，歷年Chl-a濃度均值分別為1.94、3.16、3.00 μg/L。秋季湛江灣表層Chl-a濃度最值情況，2017年Chl-a濃度最小值位于外灣口，最大值位于特呈島和東頭山島之間海域；2018年Chl-a濃度最大值出現(xiàn)在外灣口處，2019年Chl-a濃度最大值位于東頭山島西側(cè)海域，2018和2019年Chl-a濃度最小值均出現(xiàn)在灣北調(diào)順港附近海域。

圖2 2017―2019年秋季湛江灣表層葉綠素a濃度的空間變化

2.2 湛江灣環(huán)境因子時(shí)空分布特征

2.2.1 湛江灣水體水溫、鹽度、pH分布特征 2017―2019年秋季湛江灣水體水溫、鹽度、pH空間變化見圖3—5。2017―2019年秋季湛江灣表層水體pH和水溫均值呈先升高后降低的趨勢，而海表鹽度則相反，呈先降低后升高趨勢。水溫時(shí)空分布（圖3）規(guī)律相似，均呈灣北向?yàn)衬?、灣?nèi)向?yàn)惩膺f減的趨勢，調(diào)順電廠附近海域歷年均是水溫高值區(qū)。鹽度時(shí)空分布（圖4）表明，鹽度大致呈塊狀分布，2017和2019年鹽度分布大致呈現(xiàn)灣北較低、灣南較高，2018年南北海域可能混合作用較強(qiáng)使得鹽度在整個(gè)海灣分布相對均勻。pH時(shí)空分布（圖5）顯示，2017和2018年灣內(nèi)pH均表現(xiàn)出由灣北向?yàn)衬?、灣?nèi)向?yàn)惩庠龃蟮内厔?，?019年則表現(xiàn)出相反的走勢。

2.2.2 湛江灣水體透明度、溶解氧分布特征 2017―2019年三個(gè)航次的監(jiān)測指標(biāo)略不相同（圖6），2017年監(jiān)測溶解氧指標(biāo)，2018和2019年監(jiān)測水體透明度指標(biāo)。秋季湛江灣溶解氧濃度大致塊狀分布，濃度值灣北較低、灣南較高。2019年水體透明度均值較2018年略有上升，增加約0.1 m?？臻g上，2018年透明度圓形低值區(qū)出現(xiàn)在灣南近灣口處，2019年的透明度空間分布差異較大，最大值在環(huán)特呈島海域，最小值在東頭山島西側(cè)。此外，東頭山島東西兩側(cè)各環(huán)境因子均表現(xiàn)出不同程度的差異性也值得關(guān)注。

圖3 2017―2019年秋季湛江灣水體溫度空間變化

圖4 2017―2019年秋季湛江灣水體鹽度空間變化

圖5 2017―2019年秋季湛江灣水體pH空間變化

圖6 湛江灣水體溶解氧和透明度的空間變化

2.2.3 湛江灣營養(yǎng)鹽分布特征 由圖7可見，2017―2019年秋季湛江灣DIN濃度呈逐年緩慢增加的趨勢，PO4-P濃度逐年下降，SiO3-Si濃度呈先增加后降低的變化趨勢。在空間分布上，歷年DIN和PO4-P濃度最大值均出現(xiàn)在灣北調(diào)順港附近海域，濃度最小值均出現(xiàn)在外灣口附近海域。SiO3-Si濃度在灣南和灣北海域濃度差異較小，大致均勻分布。東頭山島東西兩側(cè)營養(yǎng)鹽也存在著明顯的濃度差，且2017和2018年在東頭山島西側(cè)分別出現(xiàn)PO4-P濃度最大值和最小值。近岸海域營養(yǎng)鹽的時(shí)空分布受到多種因素的共同作用，包括大氣沉降、上升流、渦動(dòng)擴(kuò)散、地表徑流、反硝化和養(yǎng)殖活動(dòng)等，這就決定了營養(yǎng)鹽時(shí)空分布的復(fù)雜性[16]。湛江灣為湛江市所包圍，除了接納市區(qū)工農(nóng)業(yè)和生活排污外，還有遂溪河、南橋河等沿岸徑流將沿程地區(qū)的污染物帶入海灣[17]，致使湛江灣營養(yǎng)鹽的整體平面分布趨勢表現(xiàn)為由灣北向?yàn)衬?、灣?nèi)向?yàn)惩饨档?，近岸海域較高、離岸海域較低。

2.2.4 湛江灣氮磷硅物質(zhì)的量比分布特征 Redfield等[18]和Brzezinski等[19]研究發(fā)現(xiàn)，浮游植物對N、P和Si的吸收是按照物質(zhì)的量比16∶1∶16進(jìn)行，如果水體中某種營養(yǎng)鹽濃度高于或低于這一比值，這種元素就會對浮游植物的生長形成潛在的限制，但不同海域有可能會稍微偏離該比值。2017―2019年湛江灣不同海域氮磷硅物質(zhì)的量比值見圖8，其中，根據(jù)環(huán)境因子空間分布特點(diǎn)的差異將灣南海域分為外灣口、南部海域。

圖8 2017―2019年湛江灣不同海域氮磷硅物質(zhì)的量比

圖8顯示，湛江灣絕大部分海域硅氮物質(zhì)的量比小于1∶1，表明湛江灣近岸海域氮磷等污染物輸入較多，而硅的輸入量遠(yuǎn)不及氮磷。2017年整個(gè)湛江灣海域氮磷物質(zhì)的量比均小于10∶1；2018年湛江灣氮磷物質(zhì)的量比空間分布部不均衡，灣北部和灣南部氮磷物質(zhì)的量比大于16∶1，而外灣口海域氮磷物質(zhì)的量比小于10∶1；2019年整個(gè)湛江灣海域氮磷物質(zhì)的量比均超過Redfield比值，尤其外灣口海域氮磷物質(zhì)的量比大于40∶1。營養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析表明，海灣浮游植物生長的限制情況2017年主要為氮限制，2018年灣口為氮限制、灣內(nèi)為磷限制，2019年主要為磷限制，灣口尤其嚴(yán)重。可見，湛江灣氮磷物質(zhì)的量比已嚴(yán)重失衡，該結(jié)果與程海鷗等[7]對湛江灣海水水質(zhì)的研究結(jié)果一致。

2.3 葉綠素a濃度與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系

本研究分南北海域?qū)φ拷瓰?017―2019年秋季的主要環(huán)境因子與葉綠素a濃度進(jìn)行相關(guān)分析（表1），初步表明，湛江灣2017年灣北海域Chl-a濃度與水溫、SiO3-Si、PO4-P顯著負(fù)相關(guān)，與pH顯著正相關(guān)；灣南海域Chl-a濃度與SiO3-Si顯著負(fù)相關(guān)。2018年灣北海域Chl-a濃度與PO4-P顯著負(fù)相關(guān)，與pH、N∶P顯著正相關(guān)；灣南海域Chl-a濃度與環(huán)境因子未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性。2019年灣北海域Chl-a濃度與透明度、水溫呈顯著負(fù)相關(guān)；灣南海域Chl-a濃度與水溫、N∶P呈顯著負(fù)相關(guān)，與PO4-P、透明度呈顯著正相關(guān)。浮游植物的生長受到營養(yǎng)鹽、光照、水溫、海洋動(dòng)力過程等環(huán)境因素的影響，湛江灣徑流輸入多、水動(dòng)力情況復(fù)雜，在南北海域影響浮游植物生長繁殖的主導(dǎo)因素也不同[20]。

表1 2017―2019年秋季湛江灣Chl-a濃度與環(huán)境因子的相關(guān)性系數(shù)

注：*，在0.05水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)；**，在0.01水平（雙側(cè)）上極顯著相關(guān)。

2.4 葉綠素a濃度與環(huán)境因子的主成分多元線性回歸分析

對2017―2019年秋季湛江灣灣南和灣北兩個(gè)海域以Chl-a濃度為因變量，主成分上載荷較高的載荷因子為自變量進(jìn)行主成分多元線性回歸分析，由于海水渾濁度、懸浮物差別以及由生物因素影響海水的光學(xué)特性不同，故對于不同條件的海域有不同的關(guān)系式，線性回歸方程、2、和見表2。圖9為依據(jù)各模型測算出的Chl-a濃度預(yù)測值和實(shí)測值擬合圖，整體擬合情況較良好，大致能預(yù)測Chl-a濃度和變化趨勢。

表2 Chl-a濃度與環(huán)境因子的線性回歸模型

注：1. *，在0.05 水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)；**，在 0.01 水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)。

2. 式中X，X，pH，Tm，P，Si，DIN分別代表鹽度、水溫、pH、透明度、活性磷酸鹽、活性硅酸鹽和溶解無機(jī)氮；代表葉綠素a濃度。

3 討論

3.1 水溫、鹽度、pH、溶解氧與透明度對浮游植物Chl-a濃度的影響

在湛江灣灣北海域，2017年水溫比2018、2019年明顯偏低，水溫平均低約3.7℃，而且調(diào)順港附近高溫水域面積較小，該現(xiàn)象可能與2017年受拉尼娜天氣事件影響有關(guān)，氣候變化對海灣水溫影響較顯著。在灣北調(diào)順港附近海域有沿岸徑流注入通常使得附近海域鹽度偏低，但2018、2019年調(diào)順港附近海區(qū)受厄爾尼諾氣候及調(diào)順電廠溫排水影響水溫相對較高使得海面蒸發(fā)量變大，導(dǎo)致該處鹽度比2017偏高[21]。水溫是水中溶解氧濃度變動(dòng)主要的影響因素，溫度越低水中溶解氧濃度越高[22]，這可能是2017年灣北海域溶解氧濃度比灣南海域偏低的重要原因之一，此外灣北海域狹窄、沿岸污染排放相對較多，經(jīng)微生物分解會消耗大量溶解氧而造成灣北溶解氧濃度較低，該條件下會進(jìn)一步限制此處浮游植物的生長和繁殖，這與灣北海域比灣南海域Chl-a濃度偏低相一致。雖然2019年在灣北海域pH值由灣北向?yàn)衬线f減的分布趨勢與2017、2018年相反，但這三年調(diào)順港附近海域pH值均約為8.0左右，表明該處海域的結(jié)構(gòu)相對較穩(wěn)定，受外界條件影響不大。本研究發(fā)現(xiàn)，灣北海域pH比南部偏低，很可能是受人類活動(dòng)干擾，有機(jī)污染物質(zhì)排放較多。當(dāng)浮游植物大量死亡后有氧分解會消耗水體中大量DO，同時(shí)產(chǎn)生CO2，導(dǎo)致水體酸化的發(fā)生[23]；有機(jī)物可在生物化學(xué)氧化過程中影響浮游植物的生長繁殖伴隨著酸化的產(chǎn)生，導(dǎo)致pH降低[24]。本研究結(jié)果與上述情況一致。

在灣南海域，2018年水溫明顯高于2017、2019年，較高的水溫有利于水中有機(jī)物向無機(jī)營養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化，為藻類繁殖提供物質(zhì)基礎(chǔ)[25]，推測這是2018年灣南海域浮游植物Chl-a濃度相比2017、2019年高的原因之一。圖5顯示，2018年灣南海域海水pH值略高于2017和2019年。對比浮游植物Chl-a濃度可知，2018年浮游植物光合作用比較旺盛，吸收了更多CO2，促使水中HCO3-分解，OH-濃度增加，使得海水pH升高[24]。2018年灣南海域腹部靠近灣口處有一個(gè)透明度低值區(qū)，透明度受浮游植物濃度高低的影響，低透明度與高葉綠素a濃度相對應(yīng)[26]。2018年東海島以北近岸海域出現(xiàn)高溫、低鹽、高pH水體，推測是采樣期間近岸鋼鐵廠廢水處理排放后還未與周圍海水進(jìn)行充分混合。受外海冷海水混合作用的影響[4]，2017―2019年在外灣口海域均表現(xiàn)出較低的水溫。同時(shí)，外灣口海域還具有較高的pH值，對比圖6中的透明度空間變化，發(fā)現(xiàn)灣口海域透明度較高可能是由于光照條件充足浮游植物光合作用旺盛引起。東頭山島東西兩側(cè)海域在理化環(huán)境因子、營養(yǎng)鹽和Chl-a濃度都存在明顯差異性，根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)該島附近水深較淺（小于5 m），海流計(jì)監(jiān)測顯示海島兩側(cè)流速和流向差異明顯，說明海島的存在能夠減弱流速和水交換。同時(shí)，兩側(cè)水體的動(dòng)力情況差異可能也會對水體兩側(cè)的物質(zhì)交換造成差異，但由于海灣狀況復(fù)雜和采樣條件限制，海流計(jì)定點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)有限無法進(jìn)一步證實(shí)該推測。陳達(dá)森等[27]模擬出歐拉余流場發(fā)現(xiàn)該島東部存在順時(shí)針運(yùn)動(dòng)渦旋、西部存在逆時(shí)針渦旋，推測這可能是導(dǎo)致東西側(cè)海域各環(huán)境因子分布差異性的主要原因，多種因素綜合作用最終造成Chl-a濃度在東頭山島兩側(cè)的明顯差異。東頭山島東西兩側(cè)差異值得重點(diǎn)關(guān)注，后續(xù)擬針對該差異，組織湛江灣航次，并攜帶走航式ADCP對東頭山島東西兩側(cè)作進(jìn)一步深入研究。

3.2 營養(yǎng)鹽對浮游植物Chl-a濃度的影響

在灣北海域，湛江灣營養(yǎng)鹽濃度最大值均出現(xiàn)在調(diào)順港附近海域，受鹽度影響，徑流夾帶的有機(jī)物容易和海域懸沙結(jié)合，這為微生物的分解提供了場所，隨之向水體釋放無機(jī)磷和無機(jī)氮，可能成為該處營養(yǎng)鹽的主要貢獻(xiàn)者[28]，加之該處處于城市排污口處，推測這可能是造成附近海域營養(yǎng)鹽高濃度較高的主要原因。該海域雖是營養(yǎng)鹽高濃度區(qū)，但葉綠素濃度在該處卻極低，推測可能與懸沙有關(guān)，何文珊等[28]發(fā)現(xiàn)懸沙的一個(gè)作用是為生態(tài)系統(tǒng)提供營養(yǎng)，另一個(gè)生態(tài)效應(yīng)就是消光作用，隨著懸沙濃度增加，水域濁度也上升，兩者對數(shù)正相關(guān)顯著。灣北海域受沖淡水的泥沙影響，透明度在2.25 m以下，雖然沿岸徑流攜帶了大量營養(yǎng)鹽，但水體中也含有大量的泥沙，水體濁度增加，透光性下降，浮游植物光合作用得不到充足的太陽能而致使浮游植物生長受到限制，因此湛江灣浮游植物生物量的最高值并不是在營養(yǎng)鹽濃度最高的灣北海域[29]。同時(shí)，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，調(diào)順電廠和濱湖入海排污口正位于此，廢水處理后排放入海使附近水溫升高，高濃度的污染物排放造成水中溶解氧含量降低，最終導(dǎo)致浮游植物的生長繁殖受到抑制，從而出現(xiàn)灣北海域高營養(yǎng)鹽、低葉綠素的情況。

灣南海域離岸較遠(yuǎn)、沿岸徑流少、受人類干擾小，營養(yǎng)鹽濃度分布明顯比灣北偏低。2018年?duì)I養(yǎng)鹽在東頭山島東西兩側(cè)水域存在明顯的濃度差，由于該島東西兩側(cè)存在反向渦旋[27]，通過比對潮汐表大致判斷采樣時(shí)刻該處于落潮期，加之水深較淺，東頭山島東西兩次水交換較弱和流速緩慢，降低了該島東西兩側(cè)營養(yǎng)鹽的輸運(yùn)和擴(kuò)散，這種阻礙作用也能降低海底顆粒物的再懸浮，造成底層營養(yǎng)鹽對上層水環(huán)境的補(bǔ)充減少[30]，這也是導(dǎo)致Chl-a濃度在該島東西側(cè)海域分布差異的原因。一般情況下，在灣口海域受外海水混合作用的影響，營養(yǎng)鹽和Chl-a濃度會相對偏低，但2018年外灣口海域Chl-a濃度卻明顯高于2017、2019年，對比發(fā)現(xiàn)該處除SiO3-Si濃度較高外其他環(huán)境條件均無明顯差別，說明在灣口附近海域SiO3-Si是影響浮游植物生長發(fā)育的重要因子。

3.3 氮磷硅比例對浮游植物生長的限制

浮游植物的生長和繁殖不僅與海水中營養(yǎng)鹽濃度密切相關(guān)，營養(yǎng)鹽之間的比例也是重要的影響因素[31]。根據(jù)Justi?等[32]和Dortch等[33]提出的判定標(biāo)準(zhǔn)對湛江灣海域營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)限制性情況進(jìn)行初步判斷，發(fā)現(xiàn)灣北海域2017年超過80%和2019年超過50%的調(diào)查站位出現(xiàn)Si限制，2018年在灣南部海域存在P限制，在外灣口海域N限制比較明顯。造成灣北海域大面積Si限制的原因，首先可能是Si的陸源輸入減少，其次是浮游植物的生長發(fā)育吸收引起[34]。正常情況下，浮游植物生長發(fā)育所吸收的Si待其死亡后絕大部分會分解沉降再次返回水體，但湛江灣平均水深較淺，平均不足10 m，初級生產(chǎn)者遺體還未來得及分解沉降到海底，生源硅即從水體中轉(zhuǎn)移出去，這可能是造成湛江灣浮游植物Si限制的一個(gè)重要原因[34]。灣北海域由于陸源性徑流輸入的影響，營養(yǎng)鹽濃度總體較高，歷年DIN和PO4-P濃度對于浮游植物來說均屬于富營養(yǎng)狀況，由于營養(yǎng)鹽比例的原因，推測灣北海域的營養(yǎng)鹽限制只是一種潛在性[35]，只有適當(dāng)補(bǔ)充使其接近浮游植物對于營養(yǎng)鹽的吸收比例時(shí)，過剩營養(yǎng)鹽的作用才能發(fā)揮出來。

從相關(guān)性分析來看，灣南海域2017年Chl-a與DIN呈正相關(guān)，說明2017年DIN是浮游植物生長的主要控制因素之一。2019年Chl-a與DIN負(fù)相關(guān)，與PO4-P正相關(guān)，說明浮游植物生長過程中氮過量、磷不足，PO4-P是灣南海域浮游植物生長增殖的主要限制因子。2018年灣南海域DIN較充足，對比該處浮游植物Chl-a濃度較高，推測該時(shí)期浮游植物正處于快速生長期，短期內(nèi)消耗了海域大量營養(yǎng)鹽，PO4-P被高度利用但短期得不到及時(shí)補(bǔ)給導(dǎo)致浮游植物的生長受到潛在性P限制[20]。

3.4 湛江灣Chl-a濃度與主要環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系

在灣北海域，Chl-a濃度與水溫呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這與Kormas等[36]對地中海東部兩者相關(guān)關(guān)系的研究結(jié)果一致，表明溫度是制約浮游植物生長的因子[37]。張漢華等[11]鑒定湛江灣浮游植物絕對優(yōu)勢種是中肋骨條藻（），次優(yōu)勢種是奇異棍形藻（），兩者均是硅藻，而硅藻的最適溫度是（23.87 ± 0.56）℃[38]。2019年水溫過高或2017年水溫過低都會對浮游植物生長產(chǎn)生較大影響，該調(diào)查結(jié)果與章潔香等[39]對2009年湛江灣海域相關(guān)性研究結(jié)果一致。Chl-a與PO4-P呈顯著負(fù)相關(guān)，可能采樣期間該區(qū)浮游植物正開始處于快速增長期，水域藻類對PO4-P的需求明顯[40]。Chl-a與SiO3-Si呈顯著負(fù)相關(guān)，這主要是SiO3-Si濃度較低，基本不能滿足浮游植物生長發(fā)育的需求，符合3.3節(jié)討論中的大面積硅限制情況。Chl-a與透明度顯著負(fù)相關(guān)，水體透明度能直接影響水體中浮游植物種類和數(shù)量[11]，此外透明度可直觀反映水體中懸浮物數(shù)量，其與浮游植物生物量呈負(fù)相關(guān)[37]，2019年灣北海域低葉綠素a濃度與高透明度相對應(yīng)。Chl-a與pH呈顯著正相關(guān)，由于沒有受到特殊酸性徑流的影響，海水pH值的變化主要受浮游植物光合作用的影響，光合作用越強(qiáng)，浮游植物豐度越高，海水pH值就越高。Chl-a與氮磷比呈顯著正相關(guān)，說明氮磷比是控制浮游植物生長發(fā)育的重要因素。

在灣南海域，Chl-a與PO4-P顯著正相關(guān)，2019年P(guān)O4-P濃度相對較高，浮游植物處于生長繁殖的初始階段，水體中的磷酸鹽還未得到充分的消耗，該因子不是浮游植物生長繁殖的主要控制因素。Chl-a與透明度顯著正相關(guān)，說明水體透明度直接影響水體透光性，進(jìn)而對水體浮游植物光合作用強(qiáng)弱產(chǎn)生影響。Chl-a與氮磷比呈顯著負(fù)相關(guān)，2019年氮磷比嚴(yán)重失衡（N∶P> 40∶1），營養(yǎng)鹽的比例已經(jīng)限制了浮游植物的生長發(fā)育。

4 結(jié)論

通過對湛江灣2017―2019年秋季三個(gè)航次的水體進(jìn)行現(xiàn)場觀測和采樣，分析湛江灣Chl-a、營養(yǎng)鹽和理化環(huán)境因子的時(shí)空分布特征及Chl-a與主要環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系，并評價(jià)了2017―2019年湛江灣水體的富營養(yǎng)化狀態(tài)，得到如下結(jié)論：

1）秋季湛江灣表層Chl-a和營養(yǎng)鹽具有明顯的時(shí)空分布特征?？臻g上，湛江灣Chl-a空間分布大致呈灣北低、灣南高，近岸低、遠(yuǎn)岸高，灣內(nèi)向?yàn)惩膺f減的趨勢；營養(yǎng)鹽大致呈灣北向?yàn)衬?、灣?nèi)向?yàn)惩膺f減的趨勢。時(shí)間上，2017―2019年Chl-a平均濃度呈先增加后降低趨勢，SiO3-Si濃度也呈相同變化規(guī)律，DIN濃度呈逐年緩慢上升的態(tài)勢，而PO4-P濃度則逐年下降。

2）湛江灣營養(yǎng)結(jié)構(gòu)顯示，湛江灣氮磷比已嚴(yán)重失衡。2017年整個(gè)海灣和2018年外灣口處浮游植物生長對于氮的響應(yīng)優(yōu)于磷鹽，2018年灣內(nèi)海域和2019年全部海域浮游植物生長對于磷的響應(yīng)優(yōu)于氮鹽。2017―2019年湛江灣Chl-a與主要環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系發(fā)現(xiàn)，在灣北海域Chl-a與溫度、SiO3-Si、PO4-P、透明度存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，與pH顯著正相關(guān)；灣南海域Chl-a與SiO3-Si呈顯著負(fù)相關(guān)，與PO4-P呈顯著正相關(guān)關(guān)系，該種關(guān)系同區(qū)域的位置、水體的來源等均有關(guān)。

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Spatio-temporal Distribution of Chl-a Concentration in Sea Surface and Its Correlation with Environmental Factors of Zhanjiang Bay in Autumn

ZHOU Min1, ZHAO Hui1,2

（1.，,524088,; 2.,524088,）

【】To study the spatio-temporal distribution characteristics of concentration of chlorophyll a (Chl-a) and nutrients on the sea surface of Zhanjiang Bay in autumn, and explore the regulation mechanism of environmental factors on phytoplankton Chl-a in the Bay. 【】Based on the field survey data of three voyages in Zhanjiang Bay in the autumn of 2017-2019, the distribution characteristics of phytoplankton Chl-a were analyzed by principal component multiple linear regression analysis and Pearson correlation analysis combined with the nutrient structure in the south and north of the Bay. 【】Spatially, Chl-a on the surface layer of Zhanjiang Bay in autumn was lower in the north of the bay, higher in the south of the bay, and decreasing inside to outside the bay, while nutrients were decreasing from the north to the south and from inside to the outside of the bay. In terms of time, the average concentration of dissolved inorganic nitrogen (DIN) increased slowly year by year, and the concentration of PO4-P decreased year by year, while SiO3-Si and Chl-a showed the same trend, both increased first and then decreased. The nutrient structure analysis of Zhanjiang Bay showed that the main limitation of phytoplankton growth was nitrogen in 2017, nitrogen restriction in the estuary and phosphorus restriction in the bay in 2018, and phosphorus restriction in 2019, especially in the estuary.【】The northern part of Zhanjiang Bay is mainly affected by coastal runoff and nearshore land-based pollution, with high nutrient concentration and low Chl-a concentration, while the south of Zhanjiang Bay was significantly affected by irregular semidiurnal tide, less disturbed by human activities, relatively lower nutrient concentration and relatively higher Chl-a concentration.

Chl-a; nutrient ; correlation; eutrophication; Zhanjiang Bay

P76

A

1673-9159（2021）06-0025-11

10.3969/j.issn.1673-9159.2021.06.004

周敏，趙輝. 湛江灣秋季海表葉綠素a濃度時(shí)空分布特征及其與環(huán)境因子相關(guān)關(guān)系[J]. 廣東海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，41（6）：25-35.

2021-02-21

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42076162）；廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2020A1515010496）

周敏（1992―），女，碩士研究生，研究方向?yàn)楹Ｑ筚Y源與環(huán)境。E-mail:gdouzm@163.com

趙輝（1978―），男，博士，教授，研究方向?yàn)楹Ｑ笊鷳B(tài)與環(huán)境研究。E-mail:huizhao1978@163.com