春、夏季長江口及其鄰近海域無機營養鹽的分布特征分析

夏榮霜，張海燕，徐亞巖，尹艷娥，徐兆禮

摘要：根據長江口及其附近海域2個航次（2012年5月和8月）營養鹽等的調查資料，分析了調查海域無機營養鹽5項指標的分布特征及其分布原因。結果表明，春季磷酸鹽和硅酸鹽的質量濃度均小于夏季，而總溶解性無機氮（DIN）卻大于夏季;春、夏季表層磷酸鹽質量濃度均小于底層;而硅酸鹽和DIN卻沒有這一規律;春季（5月）、夏季（8月）調查海區水體中無機營養鹽（除氨氮以外）的質量濃度總體呈現從近海向外海遞減趨勢;硝酸鹽是調查海水中無機氮主要存在形式，占DIN的90%左右;分析各無機營養鹽與鹽度的相關性，得知硅酸鹽與鹽度的相關性最大，DIN次之，磷酸鹽最差。

關鍵詞：長江口及其鄰近海域;無機營養鹽;分布特征

中圖分類號：P734.4+4 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）23-5688-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.018

長江口是中國最大的河口，位于長江三角洲經濟體核心區，是中國工農業最發達的區域。然而，經濟高速發展的同時也帶來了環境污染問題，影響著長江口及其鄰近海域的生態環境，其中因污染物排放引起的富營養化問題尤為嚴重，使得生態系統失去平衡，引起大面積赤潮暴發，因此該區域亦是我國沿海赤潮高發區之一[1]。而赤潮無論發生的時間、地點還是規模在很大程度上都與營養鹽的時空分布密切相關[2]。有害赤潮會影響到海洋生物的生命活動，可以改變海洋生物種群的數量和結構，也會影響海洋生態系統，還會影響附近海域的水產養殖業、捕撈業、旅游業等海洋產業的發展，威脅著沿海居民的身體健康。2011年中國沿海共發生赤潮55次，累計面積6 076 km2，赤潮災害直接經濟損失325萬元。2012年，我國沿海共發現赤潮73次，12次造成災害，直接經濟損失20.15億元。目前關于長江口及其附近海域營養鹽的時空分布變化規律已有不少研究報道[3-7]，但由于長江入海后擴展范圍巨大，對周邊海域營養鹽理化參數影響深遠，不同區域有其獨特的特征，多數研究未將屬于長江口影響海域的杭州灣、舟山附近海域納入長江口海域進行研究，這一海域是長江口鰻苗、杭州灣鯧魚等多種經濟魚類產卵場及稚幼魚索餌場，故需對其做進一步的研究。本研究利用農業部東海區漁業生態環境監測中2012年獲得的調查資料，分析長江口、杭州灣及舟山群島西部海域無機營養鹽的時空分布，從而為該水域的漁業環境保護和海洋開發提供科學依據。

1 ?調查及分析方法

1.1 ?采樣時間和區域

于2012年5月和8月在長江口、杭州灣和舟山漁場重要漁業水域共設20個監測點，各監測點的位置如圖1所示。其中1-6點位于長江口最大渾濁帶內[8]，7-11點位于杭州灣內，12-20點位于舟山漁場西部海域。

1.2 ?分析項目和方法

水質監測的具體采樣、保存及分析方法均參照GB17378-2007《海洋監測規范》[9]進行。無機營養鹽分析項目包括硝酸鹽（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（磷鉬藍分光光度法）、硅酸鹽（硅鉬藍分光光度法），硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮之和為總溶解無機氮（DIN）。所有數據均來自農業部東海區漁業環境監測中心2012年5月和8月的常規監測。

2 ?結果與分析

2.1 ?鹽濃度平面分布

調查海域春季表、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大體一致，底層鹽濃度稍高于表層，梯度分布明顯，都是呈現近岸低、外海高的分布特點。春、夏兩季這一海域鹽濃度的變化不大，但同一經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養鹽類，是浮游植物繁殖和生長必不可少的營養要素之一，也是海洋生物產量的控制因素之一，它在全部生物代謝（尤其是能量轉換）過程中起著重要作用。磷酸鹽又是水體發生富營養化的主要因素之一[10]。

春季調查海域表、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。從整個調查區域看，春、夏季調查海域磷酸鹽的分布趨勢基本一致，都呈現由近岸向外海呈遞減趨勢，最高濃度出現在長江口附近的區域，最低濃度出現在舟山漁場西部海域，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養鹽類之一，是硅藻類、放射蟲和硅質海綿等機體構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性變化的影響外，主要還受江河徑流的影響。另外，海水的運動對硅酸鹽的分布變化也產生一定的影響[10]。

春季調查海域表、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。整個調查區域從分布趨勢看，春、夏季表、底層硅酸鹽濃度分布趨勢，亦呈現近岸高、外海低的特點;春、夏季最高濃度均出現在靠近長江口的區域，最低濃度均出現在舟山漁場西部海域;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 ?無機氮平面分布

海水中的無機氮主要是由硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮三種形態組成，三者濃度之間的比例隨海區環境及季節變化而異。無機氮是海洋浮游植物生長繁殖所必需的營養鹽，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的分布趨勢呈現近岸高外海低的特點，表、底層DIN濃度基本一致，但表層均高于底層;春季DIN質量濃度高于夏季。春、夏季硝酸鹽占DIN的90%左右，是調查海水中的無機氮主要形式;硝酸鹽最高值出現在長江口附近，高濃度區主要分布在長江沖淡水影響的區域，濃度由長江口向外呈梯度遞減，表現為近岸濃度高，外海濃度低;硝酸鹽含量的變化趨勢是由長江口內向口外近海逐漸遞減，氨氮含量的變化規律與硝酸鹽相反，由長江口內向口外含量逐漸增高;亞硝酸鹽是三態無機氮循環中的中間形態，化學性質較不穩定，所以空間分布上沒有特定的變化規律（圖5、圖6）。

3 ?結論與討論

3.1 ?結論

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

2）對整個調查海域水體春、夏季的表、底層營養鹽與鹽度進行相關統計可知，硅酸鹽與鹽度的相關性最大，DIN次之，磷酸鹽稍弱。各種形態的無機氮當中，硝酸鹽與鹽度的相關性最大，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 ?長江水出口門后隨東南流向進入大海，磷酸鹽也隨之向海洋中擴散，由長江口內向口外近海方向總體呈下降趨勢。磷酸鹽濃度呈現河口附近高外海低的特點，主要是受長江沖淡水的影響[8]。磷酸鹽濃度最高值不在河口內而是在口門外，這可能是由磷酸鹽在河口的緩沖作用所致。有研究表明，河口區磷酸鹽緩沖機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，當其含量較高時，懸浮物能吸附大量的磷酸鹽，而含量較低時，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河口內變化很小。磷酸鹽的這種緩沖機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]。在長江口海域，緩沖機制春季較夏季表現得更明顯，可能是春季長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，可能是因為春夏季水體垂直交換差，以致底層高濃度的磷酸鹽無法到達上層水體，以及表層生物大量活動導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移，底層由于浮游植物死亡而分解再生，同時沉積物和顆粒懸浮體對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充水體中的濃度[12]，所以磷酸鹽在長江口及其附近海域呈現出復雜的分布特征。

3.2.2 ?硅酸鹽的分布特征 ?硅是硅酸鹽礦物風化后的產物，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散控制，同時也受生物活動和懸浮體吸附的影響[13]。長江徑流每年向長江口水域輸送大量的硅酸鹽，為硅藻的繁殖生長提供了豐富的營養物質。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在靠近長江口的區域，最低濃度出現在舟山漁場海域。春夏季硅酸鹽濃度表層小于底層，反映生物活動對其濃度的影響。進一步研究該區域的葉綠素a分布情況發現，此區域葉綠素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，原因可能是調查海域硅酸鹽濃度與長江徑流輸送量的關系較大。夏季是浮游植物大量繁殖的季節，消耗了大量的硅酸鹽，而調查海域中硅酸鹽的濃度卻更大，說明生物活動對其影響較弱。

3.2.3 ?無機氮的分布特征 ?在河口區域，河流輸入、沿岸的污水排放占營養鹽輸入的絕大部分[10]。此次調查海域硝酸鹽的變化趨勢都是由長江口內向口外近海逐漸遞減，這與該研究區域的大多數研究結果一致[5，14]。出現這種變化規律可能是由于硝酸鹽是氮的穩定存在形式，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江口，而在長江口外營養鹽在向外擴散的過程中，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江口近岸硝酸鹽含量出現高值，到了長江口外，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，它的主要來源是沿岸徑流輸入以及懸浮顆粒物的釋放。氨氮含量的變化規律與硝酸鹽相反，由長江口內向口外含量逐漸增高。孟偉等[16]認為鹽度是產生這種變化規律的主要原因：長江口外水體鹽度相對較高，懸浮顆粒物對氨氮的釋放量加大，則氨氮含量出現高值。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，促進有機質的氧化分解，以及細菌的活動加速了有機質的降解，從而釋放出氨氮[18]。

3.2.4 ?營養鹽與鹽度關系 ?營養鹽的分布通常是物理、化學、生物等過程共同作用的結果，營養鹽在河口及其附近海域的加入、轉移或保守程度可以通過與鹽度的相關關系進行評價[19]。長江口及其鄰近海域的鹽度一方面受長江徑流量和沖淡水方向的影響，另一方面還受東部的黑潮、南部的臺灣暖流以及北部的黃海沿岸流的影響[6]。一般認為鹽度為31 mg/L的等鹽線為長江沖淡水外緣邊界，而鹽度為34 mg/L的等鹽線為高鹽水人侵的主體邊界[20]。此次調查水域都在長江沖淡水的影響范圍之內，其中長江口內的6個站點鹽度較低，這是由于長江帶來了大量的淡水，稀釋了海水的濃度。由于長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）磷酸鹽與鹽度的關系。春季表、底層磷酸鹽濃度與鹽度相關性都很好，說明春季磷酸鹽受長江沖淡水影響顯著，而受生物活動影響較小;夏季底層磷酸鹽濃度與鹽度的相關性較好，表層與鹽度的相關性較差。這是因為磷酸鹽受到顆粒懸浮體、生物以及水體垂直對流等作用的影響，特別是受河口緩沖作用的影響。許多學者通過現場和實驗室證明了河口懸浮體有從高磷淡水中吸附磷酸鹽的趨勢，而在低磷的咸淡水交匯區將其釋放回水中[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復雜的特性。

2）硅酸鹽與鹽度的關系。對整個調查海域春、夏季表、底層硅酸鹽的濃度與鹽度進行相關分析，可以看出，春夏季硅酸鹽濃度與鹽度都呈顯著負相關關系，表明整個調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;相對而言夏季表層硅酸鹽濃度與鹽度的相關性稍差，可能是上層浮游植物大量攝取營養鹽，部分營養鹽因此轉移，而在下層則發生有機體分解營養鹽再生[23]。因此，長江口水域硅酸鹽的轉移除了受海水的稀釋作用外，還受生物活動的影響。

3）無機氮與鹽度的關系。對整個調查海域水體春夏季的表底層硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮及DIN與鹽度進行相關統計，三種形態無機氮中，硝酸鹽與鹽度的相關性最好，其次是亞硝酸鹽，氨氮與鹽度基本不相關。春夏季的表底層硝酸鹽與鹽度呈顯著負相關關系，表明調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性較差，可能與上層浮游植物吸收營養鹽，下層浮游植物死亡、分解有關。所以，硝酸鹽在河口內的轉移除了受控于海水的稀釋作用外，生物活動的影響也不容視。由于受諸多因素的影響，兩季表、底層亞硝酸鹽與鹽度相關性不顯著或者不相關。氨氮與鹽度關系較為復雜，夏季表層呈明顯的負相關關系，其余相關性較差，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，生物體之間的物質交換過于頻繁。

致謝：參加2012東海監測常規監測還有徐捷、王蔚穎同學等，農業部海洋與河口漁業重點開放實驗室化學組魯超、沈曉民先生和齊海明同學在論文的構思和寫作過程中給予很大的幫助，謹致謝忱。

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