閩浙近岸海域赤潮暴發前后海水營養鹽特征分析

陳月紅，石曉勇，3，韓秀榮，李鴻妹

（1.中國海洋大學 化學化工學院，山東 青島 266100；2.中國海洋大學 海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室，山東 青島 266100；3.國家海洋局海洋減災中心，北京 100194）

由于地域環境條件的特殊性及海域富營養化程度的加劇，近年來閩浙沿岸海域赤潮頻發（姚煒民等，2007；龍華等，2005）。據統計，2001-2010年福建沿海共發生161 起赤潮事件，其中東海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）為引發赤潮最多的生物（李雪丁，2012）。另外，有毒的米氏凱倫藻（Karenia mikimotoi）赤潮在該海域也頻繁發生，如2012年春季暴發的米氏凱倫藻赤潮，累計面積323 km2，導致海水養殖區貝類，特別是鮑魚大量死亡，造成經濟損失達20 多億元（國家海洋局，2012）。赤潮的暴發是多種環境因子綜合作用的結果，與光照、溫度和富營養化等因子密切相關（Anderson et al，2002；Xu et al，2010；韓秀榮等，2003；趙水東等，2006；孫百曄 等，2008），但一般認為充足的營養鹽是引起有害赤潮暴發的重要因素之一（張傳松等，2007；洛昊 等，2013；

Li et al，2014）。

目前對于閩浙沿岸營養鹽的研究大多集中在局部海域。例如，陳雷等（2010）對樂清灣富營養化狀況及其成因進行分析，結果顯示，樂清灣水體處于嚴重富營養化狀態，其原因主要是陸源和水產養殖的輸入。鄭小宏（2010）對閩江口海域氮、磷營養鹽的分布狀況及富營養化特征等進行了初步的分析與研究，結果表明，其營養鹽平面分布特征呈近岸高外海低的趨勢，閩江口海域具有磷限制潛在性富營養化特征。姚煒民等（2007）對2005年5月30日發生在浙江近海海域的米氏凱倫藻赤潮進行連續監測分析，發現富營養化是赤潮發生的基本條件，適宜的氣溫及良好的海況是赤潮維持的重要因素。但對于閩浙沿岸整個海域的營養鹽時空分布特征，尤其是赤潮暴發前后的營養鹽變化情況，近年來鮮有報道。

本文主要通過2013年赤潮發生前后，對閩浙沿岸四個時間段現場調查數據的分析，研究和探討了營養鹽濃度水平、分布特征以及赤潮生消過程對營養鹽濃度變化的影響。同時，結合溫度、鹽度和葉綠素等相關因子，對典型斷面營養鹽分布的影響因素進行了分析。以期掌握該海域的營養鹽水平，并為研究閩浙沿岸赤潮發生機理提供必要的科學基礎。

1 材料和方法

1.1 調查站位設計

現場調查于2013年4月24日-5月23日在閩浙沿岸進行，共設ZE，FA，FB，FC，FD 5 個斷面（圖1）。共進行了4 個航段的現場調查，時間分別為4月24日-28日，5月6日-8日，5月12日-14日及5月19日-23日，以下分別簡稱4月下旬、5月上旬、5月中旬和5月下旬，調查船只為“潤江一號”海洋科學考察船。

圖1 調查站位及赤潮發生區域

1.2 樣品采集與測定

調查過程中應用YSI 現場測定海水的溫度、鹽度和葉綠素參數。使用30 L Niskin 采水器采集水樣，經GF/F 濾膜（450 ℃灼燒）過濾后，在船上實驗室進行營養鹽的分析測定，并用國家海洋局第二海洋研究所生產的營養鹽標準系列制定工作曲線。其中，亞硝酸鹽（NO2-N）采用重氮-偶氮分光光度法，硝酸鹽（NO3-N）采用鎘-銅還原法，氨氮（NH4-N） 采用次溴酸鈉氧化法，磷酸鹽（PO4-P）采用磷鉬藍分光光度法，硅酸鹽（SiO3-Si） 采用硅鉬藍分光光度法（Grasshoff et al，1999）。NO3-N、NO2-N、NH4-N、PO4-P、SiO3-Si的檢出限分別為：±0.02、±0.02、±0.1、±0.02、±0.2 μmol/L。溶解無機氮（DIN）的濃度為NO3-N、NO2-N 和NH4-N 三者之和。

2 結果與討論

2.1 調查海域各項營養鹽的濃度

表1 列出了調查海域4 個時間段表、中、底層海水中，各項營養鹽的平均濃度及其變化范圍。整個調查期間，各時間段表層海水中DIN 和PO4-P的平均濃度均超過國家一類海水水質標準（DIN：14.29 μmol/L；PO4-P：0.48 μmol/L） （國家環境保護局，1997），但個別站位DIN 和PO4-P 的濃度超過國家三類海水水質標準。隨著赤潮的暴發和維持，表層DIN 和PO4-P 的平均濃度呈逐漸下降的趨勢。調查海域表層SiO3-Si 的平均濃度為（23.51±12.32） μmol/L，各時間段出現波動性變化，但總體變化不大。表層DIN/P 比值平均為（23.85±9.54），整體呈現先升高后逐漸降低的趨勢。

2.2 調查海域營養鹽的平面分布

調查海域表層各項營養鹽分布整體呈現近岸高，遠海低的趨勢（圖2）。4月下旬，各項營養鹽濃度南、北部差異不大，其分布明顯受到長江沖淡水和閩浙沿岸流等陸源輸入的影響（張慧 等，2011）。近岸側DIN、PO4-P 和SiO3-Si 濃度分別達到31 μmol/L、1.4 μmol/L、42 μmol/L 以上（圖2），均高于國家三類海水水質標準。至調查海域的外海側時，表層DIN、PO4-P 和SiO3-Si 濃度分別降低至11 μmol/L、0.6 μmol/L、12 μmol/L。總體來說，調查海域水體處于富營養化狀態，豐富的營養鹽為該海域甲藻赤潮的暴發奠定了最基本的物質基礎。

5月上旬至5月中旬，東海原甲藻赤潮暴發，發生區主要在調查海域北部（圖1）。此時調查海域DIN 和PO4-P 的分布特征已由與岸線基本平行，轉變為以飛云江口和閩江口（方倩，2008；劉述錫等，2014；鄭小宏，2010） 為高值中心的扇狀分布。調查海域SiO3-Si 的濃度則略有上升，但閩江口近岸局部海域SiO3-Si 的濃度上升至77.75μmol/L。

表1 2013年閩浙沿岸調查海域各類營養鹽的變化范圍和平均濃度（單位：μmol·L-1）

5月下旬東海原甲藻赤潮進入消散期，各營養鹽分布整體表現出明顯北低南高的特點。調查海域南部靠近閩江口處，受陸源輸入等影響，近岸側DIN 和PO4-P 濃度高值沒有太大變化。而北部海域由于受甲藻赤潮消耗的影響，表層各項營養鹽濃度均大幅下降，其中，PO4-P 濃度下降幅度最大，飛云江口近海海域PO4-P 高值中心消失，外海側PO4-P 的濃度已降低至0.4 μmol/L 以下。同樣，北部近岸側DIN 的濃度由26 μmol/L 下降至16 μmol/L左右，外海側濃度下降至6 μmol/L 左右。表層SiO3-Si 的濃度也出現明顯下降，北部近岸側最高值由42 μmol/L 降低至24 μmol/L 左右，可能是由于硅藻生物量增殖回升所致。總之，經過甲藻赤潮的消耗，調查海域北部已處于相對較低的營養鹽水平。

2.3 赤潮生消過程中營養鹽的變化特征

根據生物調查結果，4月下旬調查期間，僅FA、FB 斷面外側暴發東海原甲藻赤潮，密度超過106cell/L。之后5月份的3 次調查期間，FA、FB和ZE 斷面均暴發東海原甲藻赤潮，具體情況見表2，其中5月下旬調查結果顯示，該區域葉綠素濃度雖未降至海區的正常水平（圖3a），但是已經有下降趨勢，而且整個海面能聞到腐敗的氣味，因此已處于東海原甲藻赤潮消散期。為了了解赤潮生消過程與營養鹽濃度變化的關系，本文選擇赤潮區域站位（圖1 中陰影部分），結合葉綠素數據，討論了各營養鹽隨時間的變化趨勢。

圖2 2013年調查海域表層營養鹽平面分布

赤潮區域表層DIN 和PO4-P 的平均濃度隨著赤潮發生、維持及消亡呈持續下降的趨勢（圖3b-3c）。4月下旬，大面積赤潮暴發前期，赤潮區域表層DIN 和PO4-P 的平均濃度均相對較高，分別達20.58 μmol/L 和0.88 μmol/L，超過國家一類海水水質。2001年和2009年春季該海域的歷史調查結果顯示，DIN 的濃度為10 μmol/L 左右，PO4-P的濃度為0.2 μmol/L 左右，均顯著低于本次調查結果（高生泉等，2004；黃江嬋，2011）。但是赤潮暴發的海域并不是調查海域營養鹽濃度最高的海域，而且最早暴發赤潮的站位均位于調查海域的外側，因此，營養鹽不是本次赤潮暴發的唯一因素。隨著赤潮的暴發和維持，赤潮區域DIN 和PO4-P的平均濃度持續下降，至5月下旬時，DIN 和PO4-P 的平均濃度分別降低至6.79 μmol/L 和0.41 μmol/L。而非赤潮站位FB3 站位的營養鹽濃度前后變化不大，即DIN 的濃度由25.84 μmol/L變為22.44 μmol/L，PO4-P 的濃度由1.09 μmol/L 變為1.06 μmol/L（圖4）。

從營養鹽比值來看，調查初期（4月下旬），浮游植物生物量相對較低，赤潮區域表層DIN/P 比值平均為23.51，此氮磷比值較適宜東海原甲藻的生長（Li et al，2009；趙水東等，2006）。隨著東海原甲藻赤潮的暴發，DIN/P 比值除5月上旬有小幅增加外，整體呈現下降趨勢（圖3d），這可能是由于赤潮生物對不同種類營養鹽的吸收速率不同造成的（張傳松等，2008）。DIN/P 比值在5月上旬有小幅度上升，可能是由于此時陸源輸入的影響，且由于氮肥流失的影響，使近岸水體中DIN 含量增加，導致表層DIN/P 比值上升（李京 等，2009）。5月下旬甲藻赤潮消散期，DIN/P 比值下降至16.65，說明東海原甲藻在增殖過程中對DIN 的吸收速率相對較快，即氮鹽濃度的高低對東海原甲藻的生長影響較大（陳翰林等，2006；張傳松等，2008）。同時，低氮磷比不利于甲藻的生長，甲藻赤潮開始處于消散期，這也與張傳松等的研究結果是一致的（張傳松等，2008）。

由于甲藻對硅酸鹽基本不吸收，加上其有來源補充的影響（齊繼峰，2014），因此4月下旬至5月中旬，赤潮區域表層SiO3-Si 的濃度分別為25.02 μmol/L，25.92 μmol/L 和25.26 μmol/L，變化范圍不大。5月中旬后，SiO3-Si 的濃度開始出現下降趨勢，可能是由于東海原甲藻赤潮開始消散，硅藻生物量開始增殖回升所致。

表2 2013年閩浙沿岸調查海域赤潮發生情況

圖3 赤潮區域表層葉綠素及營養鹽變化

2.4 典型斷面（FA）各要素分布狀況

FA 斷面位于福寧灣外，處于調查海域中部，且為本次東海原甲藻赤潮發生區，故選取FA 斷面對整個調查期間各要素分布情況進行系統分析，以初步說明FA 斷面營養鹽分布狀況及其影響因素（圖5）。

圖4 非赤潮站位FB3 表層葉綠素及營養鹽變化

春季海水溫度的垂向分布一般由無層化或弱層化的冬季型轉變為強層化的夏季型（朱德弟等，2009）。從FA 斷面的溫度垂向剖面看，4月下旬至5月下旬期間（圖5a），海水受熱增溫，上層水溫逐漸升高，垂直混合慢慢減弱，導致5月下旬開始出現溫躍層，但不是很明顯（齊繼峰，2014）。而鹽度僅開始出現層化的趨勢（圖5b），可能是由于斷面鹽躍層的形成滯后于溫躍層所致（鮑獻文等，2009）。4月下旬，東海原甲藻赤潮首先在外側站暴發，葉綠素高值區出現在外海的表層。隨后，葉綠素濃度高值區逐漸向近岸靠近（圖5c）。

受生物及水文因素的影響，FA 斷面DIN 和PO4-P 隨時間呈現不同的分布態勢。調查初期，兩者垂直分布較為均勻，受河流輸入和福寧灣養殖業的影響（劉煒等，2008），近岸側濃度高，外海側濃度較低。隨著赤潮在表層的暴發和向岸邊的推移，近岸海域表層DIN 和PO4-P 的濃度明顯降低，其中，FA3 站位表層DIN 的濃度由25.5 μmol/L 左右降低至5.2 μmol/L 以下， PO4-P 的濃度由0.78 μmol/L 左右降低至0.42 μmol/L 以下（圖5de）。同時，由于生物生長吸收DIN 和PO4-P 的比例高于16 ∶1，導致FA3 站位表層DIN/P 比值呈下降趨勢（由35 左右降低至12 以下） （圖5f）。另外，隨著時間的推移，DIN 和PO4-P 斷面分布在中下層逐漸呈現一定的層化結構，這是由于溫躍層的阻擋，使底層營養鹽難以輸送到上層而在此積累（韋欽勝等，2011；Molfino et al，1990；Cerme?o et al，2008）。

圖5 FA 斷面各相關參數剖面分布比較

另外，5月份調查期間，FA 斷面的外側底層PO4-P 濃度均相對較高，尤其是5月上旬，在斷面底層明顯有高PO4-P 的外海高鹽水入侵。進一步分析表明，在我國浙閩兩省的東海陸架西部海域和黑潮之間的陸架區域，終年存在著具有高鹽特性的北向臺灣暖流，大致沿50～150 m 等深線北上，而且在4-9月份的暖半年，主要來源于臺灣海峽（齊繼峰，2014），具有高溫、高鹽和高營養鹽的特點（圖6）。臺灣暖流向東海輸送的DIN 與長江沖淡水相當，但輸送的PO4-P 卻比后者高8～17 倍，因此臺灣暖流輸入的PO4-P 是東海海域磷酸鹽限制的重要補充（石曉勇等，2003）。

圖6 調查海域的海流分布圖

3 結論

（1）調查海區營養鹽平面分布特征主要表現為近岸高、遠海低的特點，調查海域表層DIN 和PO4-P 高值區出現在飛云江口和閩江口近海海域，調查海域北部受東海原甲藻赤潮影響，表層各項營養鹽均大幅下降，赤潮暴發使整個海區各項營養鹽分布表現出北低南高的特點。

（2）調查海域營養鹽水平相對較高，赤潮區域營養鹽水平及結構的變化與赤潮的發生、發展及消散有密切的聯系，本次調查結果說明東海原甲藻在增殖過程中對DIN 的吸收速率相對較快，且低氮磷比不利于甲藻的生長。

（3）春季水體升溫，溫躍層開始形成，加上表層水體中甲藻赤潮對營養鹽的消耗等使FA 斷面營養鹽分布出現躍層。由于受河流輸入和福寧灣養殖業的影響，DIN 和PO4-P 的斷面分布整體呈近岸高，外海低的趨勢。另外，臺灣暖流輸送的PO4-P是東海磷酸鹽的重要補充。總之，水文躍層、生物作用、陸源輸入及臺灣暖流等是影響春季FA 斷面營養鹽分布的主要因素。

致謝：國家海洋局第二海洋研究所陸斗定研究員、廈門大學高亞輝教授提供了生物資料，國家海洋局第二海洋研究所管衛兵研究員提供了溫度、鹽度和葉綠素資料，“潤江一號”調查船全體人員為調查工作提供了大量幫助和支持，謹致謝忱。

Anderson D M,Glibert P M,Burkholder J M,2002.Harmful algal blooms and eutrophication: Nutrient sources, composition, and consequences.Estuaries,25(4):704-726.

Cerme?o P, Dutkiewicz S, Harris R P, et al, 2008. The role of nutricline depth in regulating the ocean carbon cycle. Proceedings of the National Academy of Sciences,105(51):20344-20349.

Grasshoff K,Kremling K,Ehrhardt M,1999.Methods of seawater analysis. Third Edition. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH, 203-223.

Li H M,Tang H J,Shi X Y,et al,2014.Increased nutrient loads from the Changjiang (Yangtze) River have led to increased Harmful Algal Blooms.Harmful Algae,39:92-101.

Li J, Glibert P M, Zhou M, et al, 2009. Relationships between nitrogen and phosphorus forms and ratios and the development of dinoflagellate blooms in the East China Sea.Marine Ecology Progress Series,383:11-26.

Molfino B,McIntyre A,1990.Precessional forcing of nutricline dynamics in the equatorial atlantic.Science (Washington),249 (4970):766-769.

Xu N,Duan S,Li A,et al,2010.Effects of temperature,salinity and irradiance on the growth of the harmful dinoflagellate Prorocentrum donghaiense Lu.Harmful Algae,9(1):13-17.

鮑獻文，李娜，姚志剛，等，2009.北黃海溫鹽分布季節變化特征分析.中國海洋大學學報：自然科學版，39（4）：553-562.

陳翰林，呂頌輝，張傳松，等，2006.2004年東海原甲藻赤潮爆發的現場調查和分析.生態科學，25（3）：226-230.

陳雷，徐兆禮，陳勝，等，2010.2007年樂清灣富營養化空間特征及其成因分析.上海海洋大學學報，（1）：91-97.

方倩，2008.東海主要化學污染物來源和近30年排海通量變化規律研究.中國海洋大學.

高生泉，林以安，金明明，等，2004.春，秋季東，黃海營養鹽的分布變化特征及營養結構.東海海洋，22（4）：38-50.

國家海洋局.2012年中國海洋災害公報[EB/OL].http：//www.soa.gov.cn/zwgk/hygb/zghyzhgb/zhgb/201303/t20130306_24229.html，2013-03-11.

國家環境保護局，1997.GB 3097-1997 海水水質標準.北京：海洋出版社.

韓秀榮，王修林，孫霞，等，2003.東海近海海域營養鹽分布特征及其與赤潮發生關系的初步研究. 應用生態學報，14（7）：1097-1101.

黃江嬋，2011.近50年東海海水中營養鹽時空分布特征.中國海洋大學.

李京，石曉勇，張傳松，等，2009.東海甲藻赤潮前后典型斷面營養鹽變化及其補充初探.漁業科學進展，30（2）：94-99.

李雪丁，2012. 福建沿海近10a 赤潮基本特征分析. 環境科學，（7）：2210-2216.

劉述錫，孫淑艷，王真良，等，2014.飛云江與鰲江口海域夏，秋季環境因子與浮游生物的分布變化.生態與農村環境學報，30（4）：430-437.

劉煒，李奶姜，李婕，2008.福寧灣水質狀況及其水體富營養化的初步探討.海洋通報，27（1）：111-115.

龍華，杜琦，2005.福建沿海米氏凱倫藻赤潮的初步研究.福建水產，（4）：22-26.

洛昊，馬明輝，梁斌，等，2013.中國近海赤潮基本特征與減災對策.海洋通報，32（5）：595-600.

齊繼峰，2014.東海水團特征及黑潮與東海陸架水交換研究.中國科學院研究生院（海洋研究所）.

石曉勇，王修林，韓秀榮，等，2003.長江口鄰近海域營養鹽分布特征及其控制過程的初步研究. 應用生態學報，14（7）：1086-1092.

孫百曄，王修林，李雁賓，等，2008.光照在東海近海東海原甲藻赤潮發生中的作用.環境科學，29（2）：362-367.

韋欽勝，葛人峰，李瑞香，等，2011.南黃海西部36°N 斷面生態環境特征及其季節變化.海洋學報，33（5）：61-72.

姚煒民，潘曉東，華丹丹，2007.浙江海域米氏凱倫藻赤潮成因的初步研究.水利漁業，（6）：57-58.

張傳松，王江濤，朱德弟，等，2008.2005年春夏季東海赤潮過程中營養鹽作用初探.海洋學報，30（3）：153-159.

張傳松，王修林，石曉勇，等，2007.東海赤潮高發區營養鹽時空分布特征及其與赤潮的關系.環境科學，（11）：2416-2424.

張慧，堵盤軍，鄭曉琴，2011.浙閩海域余流特征分析.海洋通報，30（2）：151-157.

趙水東，2006.溫度，鹽度和營養鹽對東海原甲藻生長的影響.暨南大學.

鄭小宏，2010.閩江口海域氮磷營養鹽含量的變化及富營養化特征.臺灣海峽，29（1）：42-46.

朱德弟，陸斗定，王云峰，等，2009.2005年春初浙江近海的低溫特征及其對大規模東海原甲藻赤潮發生的影響. 海洋學報，（6）：31-39.