長江口水域營養鹽時空分布及其遷移過程

牟京龍 , 張珊珊 梁 翠 線薇微 , 沈志良

(1. 中國科學院 海洋研究所 海洋生態與環境科學重點實驗室, 山東 青島 266071; 2. 青島海洋科學與技術國家實驗室 海洋生態與環境科學功能實驗室, 山東 青島 266071; 3. 中國科學院大學, 北京 100049)

海洋的氮、磷和硅是海洋生態系統中最重要的生源要素, 也是浮游植物的重要組成元素, 控制著海洋的初級生產力。近幾十年來, 受人類活動的影響, 全球尺度上河流釋放的氮磷通量明顯增加, 許多沿岸水域營養物質過多, 從而導致有害赤潮爆發、水體缺氧等水體富營養化現象[1-2], 嚴重威脅到了水體生物的生存以及生態環境健康[3]。長江是中國最大的河流, 世界第三大河流, 其每年向長江口輸送大量的淡水, 泥沙及營養物質, 其中包括營養鹽。一方面, 長江口高通量的營養鹽輸入導致高水平的初級生產力, 支撐了周邊舟山漁場和呂泗漁場的漁業資源生產[4]; 另一方面, 長江口逐年遞增的營養鹽輸入, 尤其是氮和磷營養鹽[5-6], 導致水體富營養化而危害水體健康[7-8]。所以研究長江口水域營養鹽的時空分布特征對了解生態環境具有重要的意義。

關于長江口及其近海域水體中營養鹽的時空分布已有較多研究, 多項研究指出近幾十年長江口及其鄰近海域中溶解無機氮(DIN)和磷酸鹽呈明顯增高的趨勢[9-11], Chai等[12]指出在三峽大壩修建完成前后(2002~2006年), 長江口水域DIN、溶解無機磷和總氮明顯升高, 而溶解硅濃度變化不明顯。在影響因素方面, 王保棟等[13]指出受到夏季長江沖淡水東北轉向的影響, 營養鹽在口門東北部有一高值水舌擴展; Pei等[14]發現溶解無機磷在相當程度上受懸浮體和沉積物緩沖作用的影響;Wang等[15]還發現富含磷酸鹽的黑潮近岸分支侵入長江口水域, 從而補充高濃度的磷酸鹽; 此外, Liu等[16]的研究表明溶解無機鹽受到長江沖淡水擴展、近海海水和生物活動的影響, 其自海岸到近海逐漸減少, 而春、夏季營養鹽垂直方向上的分層現象可歸因于水文因素。

雖然許多學者對長江口水域的營養鹽進行大量研究, 但關于其遷移過程的季節特征研究相對較少, 本文通過長江口水域2014年4個季節航次的調查數據, 討論了其時空分布特征, 以及通過引入理論稀釋線來研究營養鹽在河口遷移過程中的受控因素, 本文提供較新的研究資料, 記錄并分析這一關鍵區域營養鹽的變化特征及其影響因素, 為更好的保護長江口生態環境提供科學依據。

1 材料和方法

2014年2月、5月、8月和11月完成長江口水域4個季節航次的現場調查, 調查區域(30°45′N~ 32°N、121°E~123°20′E)內設置6個橫向斷面, 共計39個調查站位(圖1)。調查內容主要包括五項營養鹽: 硝酸鹽(NO3-N)、亞硝酸鹽(NO2-N)、銨鹽(NH4-N)、磷酸鹽(PO4-P)和硅酸鹽(SiO3-Si), 以及溫度、鹽度、溶解氧(DO)、懸浮顆粒物(SPM)和葉綠素a等環境因子。使用Niskin采水器分別采取表層、5、10、20、30 m及底層水樣, 樣品采集的同時使用CTD(溫鹽深儀, 型號SBE-25)測定各站海水溫度及鹽度的垂直剖面, DO數據采用碘量法現場滴定測得, 營養鹽樣品用Whatman GF/F膜(于450℃高溫下處理6 h)現場過濾, 并將濾液儲于聚乙烯瓶(預先在0.1 mol HCl溶液浸泡24 h, 洗凈烘干)中, 立即置于–20℃冰箱內冷凍保存, 濾膜用于測定葉綠素a及懸浮顆粒物(SPM)。SPM用重量法測定, 葉綠素a用丙酮萃取熒光法測定。NO3-N采用鎘-銅還原法、NO2-N采用重氮-偶氮法、NH4-N采用水楊酸鈉法、PO4-P采用磷鉬藍法、SiO3-Si采用硅鉬藍法測定, 各項營養鹽用德國產QuAAtro營養鹽連續流動分析儀測定。調查站位圖 和營養鹽等值線分布圖采用 Golden Software Surfer 12.0軟件繪制; 散點圖采用Excel 2016 散點圖圖表進行繪制。

2 結果與討論

2.1 營養鹽平面分布

表1列出了長江口水域營養鹽的平均濃度及其變化范圍, 口門內NO3-N的平均濃度在春季較高, 夏季和冬季較低, 口門外NO3-N的平均濃度同樣在春季較高, 冬季較低, 且春季NO3-N平均濃度的變化范圍較大。口門內NO2-N和NH4-N的平均濃度在冬季較高, 而口門內較低的平均濃度分別出現在秋季和夏季, 口門外NO2-N的平均濃度在夏季較高, 且底層高于表層, 冬季NO2-N的平均濃度較低, 表、底層平均濃度相差不大。口門外較高與較低NH4-N的平均濃度分別出現在冬季與夏季, 這與NO2-N相反。口門內PO4-P的平均濃度在春、夏季節較低, 在秋、冬季較高, 口門外PO4-P的平均濃度在秋季較高, 夏季較低。口門內SiO3-Si的平均濃度在秋季較高, 冬季較低, 口門外SiO3-Si的平均濃度在同樣在秋季較高, 變化范圍也較大, 在冬季的平均濃度較低, 變化范圍也較小。在口門外四季表層NO3-N、NH4-N、PO4-P和SiO3-Si的平均濃度均高于底層。

2.1.1 溶解無機氮

NO3-N在長江口水域的平面分布的基本特征呈西高東低, 河口及其附近濃度高, 向外海濃度逐漸降低, 與鹽度向外海遞增的趨勢相反。春季長江由枯水期轉向豐水期, 長江徑流量逐漸增加, 圖2可見, 表層鹽度小于31的長江沖淡水覆蓋大部分的調查水域, 一般認為鹽度為31的等鹽線為長江沖淡水的外緣邊界[17], 春季表層NO3-N濃度為 60 μmol/L的等值線明顯向東北方向擴展, 大部分水域表層NO3-N濃度高于10 μmol/L。夏季長江徑流量最大, 長江沖淡水覆蓋整個調查水域, 且表層鹽度在122°30′E以東水域有明顯的鹽度鋒向調查水域的東北方向延伸, 這與多項研究指出的長江沖淡水主體在夏季半年轉向東北方向的結論相一致[13,18], NO3-N自口門外向東南方向擴展后, 在鹽度轉向的位置NO3-N等值線向東北方向擴展, 夏季表層NO3-N的濃度明顯低于春季, 相同濃度的NO3-N等值線比春季偏向西, 例如春季40 μmol/L的NO3-N最遠擴展到123°E, 而夏季則最遠擴展到122°35′E附近, 這與上述的春季口 門內的NO3-N濃度較高, 而夏季較低有關。秋季隨著長江由豐水期轉向枯水期, 長江徑流量減少, 外海水入侵調查水域東北部, 長江沖淡水擴展范圍縮小, 表層NO3-N的平面分布與表層鹽度的平面分布趨勢十分相似。冬季長江徑流量最小, 隨著外海水的侵入, 長江沖淡水的覆蓋范圍也達四季最低, 僅覆蓋122°40′E以西水域, 鹽度自河口向東南方向擴展, 表層NO3-N同時向東南方向遞減, 40 μmol/L的NO3-N向西退縮到122°E附近。底層NO3-N分布趨勢與表層相似, 但表層NO3-N濃度高于底層, 且相應表層NO3-N相同濃度的等值線比底層向東擴展得更遠。

表1 長江口營養鹽濃度(μmol/L) Tab. 1 Concentrations of nutrients in the Yangtze River Estuary (μmol/L)

圖2 長江口水域鹽度和五項營養鹽的平面分布(實線代表表層; 虛線代表底層) Fig. 2 The horizontal distribution of salinity and nutrients in the Yangtze River Estuary (The solid line represents the surface layer and the dotted line represents the bottom layer)

NO2-N是無機氮三態轉化的中間產物, 既可以通過NO3-N的還原, 也可以通過NH4-N的氧化產生, 在長江口水域的平面分布較為復雜。圖2可見, 春季表層NO2-N在調查水域呈東西部較高、中部較低的分布特征, NO2-N自口門外向東濃度降低, 在調查水域中部出現濃度低值區, 16和17號站表層NO2-N濃度低至0.09 μmol/L, 向東NO2-N濃度升高, 在東北部8號站位和南部32號站位高值濃度分別達0.65 μmol/L和0.62 μmol/L, 底層NO2-N的分布同表層相似, 濃度高值區分別在口門附近和調查水域的東北部及南部。夏季表層NO2-N的高值區出現在調查水域的中部, 平面分布特征呈中部高、東西部低, 6號站表層NO2-N濃度為0.6 μmol/L, 夏季底層NO2-N在調查水域北部出現高值區, 2號站濃度高達2.2 μmol/L, 口門外底層NO2-N的平均濃度高于表層(表1), 這可能因為夏季表層初級生產較高, 向底層輸送相對較多的有機質, 底層有機質分解產生NO2-N和NH4-N夏季水溫較高, 有利于NH4-N的硝化產生NO2-N和NO3-N積累在底層[19-20]。秋季表層NO2-N在調查水域呈東高西低的分布特征, 表層NO2-N的高值區出現在調查水域的東南部, 34號站濃度為0.7μmol/L, 這可能與夏季底層有機質分解產生NO2-N, 并在秋季隨著逐漸加強的垂直混合作用帶至表層有關[21]。底層NO2-N的分布特征與表層相似, 呈東高西低, 東部有兩個濃度高值區。冬季表層NO2-N呈西高東低的分布特征, 自口門向外海濃度逐漸降低, 底層NO2-N的平面分布特征與表層相似。

圖2可見, 春季表層NH4-N在調查水域的東南部出現濃度高于3 μmol/L的高值區, 并向西北方向延伸至調查水域中部, 19號站最高濃度達4.07 μmol/L。夏季表層NH4-N在調查水域東部19號站出現最高濃度為3.67μmol/L的高值區, 濃度向東逐漸減小。秋季表層NH4-N最高值出現在調查水域的西南部, 28號調查站位NH4-N高達4.87μmol/L, 且高濃度區向東北方向延伸至調查水域中部。冬季NH4-N在口門內的平均濃度較其他季節高出一個數量級(表1), 推測這可能與冬季較小的徑流量和較弱的硝化作用有關, 其在口門外的平面分布呈西高東低, 其濃度在122°30′E以西的水域基本高于2 μmol/L。NH4-N底層的平面分布如下, 春季底層NH4-N在調查水域東北部13和14號站出現高值濃度分別為3.18 μmol/L和3.12 μmol/L的高值區, 夏季底層NH4-N在調查水域的東北部的2和6號站位出現高值濃度分別為3.03 μmol/L和3.24 μmol/L的高值區, 秋、冬季底層NH4-N同表層的平面分布相似, 基本呈西高東低的分布特征。

2.1.2 溶解硅

圖2可見, SiO3-Si在調查水域的平面分布呈西高東低, 春季和夏季SiO3-Si自河口向東擴展后轉向東北方向, 隨長江沖淡水的季節變化, 表層較高濃度SiO3-Si在調查水域的覆蓋范圍隨之變化, 春季和夏季濃度大于10 μmol/L的SiO3-Si覆蓋123°E以西的水域。秋季長江沖淡水向東擴展, 鹽度大于32的外海水侵入調查水域東北部, 導致SiO3-Si的濃度低于10 μmol/L, 低值區向西延伸至122°40′E附近, 除調查水域東北部以外, 表層SiO3-Si均高于20 μmol/L, 由此可見, 秋季SiO3-Si在調查水域濃度較高, 秋季SiO3-Si的平均濃度達全年最高(表1), 表層平均濃度為50.23 μmol/L, 相同濃度等值線較其他季節向東延伸得更遠, 例如秋季表層SiO3-Si為40 μmol/L等值線最遠擴展到123°E附近, 而春、夏和冬季分別最遠擴展到122°40′E、122°45′E和122°10′E附近。冬季SiO3-Si在口門外較低的濃度以及長江沖淡水覆蓋范圍的縮小, 相同濃度的SiO3-Si等值線向西退縮, 40 μmol/L的SiO3-Si等值線最遠擴展到122°10′E, 相較其他季節更貼近近岸。底層SiO3-Si分布特征與表層相似, 河口及其附近濃度高, 向東逐漸減小, 底層的濃度低于表層, 且底層相同濃度的等值線比表層更貼近近岸, 例如春季表層SiO3-Si為40 μmol/L等值線最遠擴展到122°40′E附近, 而底層最遠擴展到122°20′E附近。

2.1.3 溶解無機磷

長江口水域PO4-P的平面分布除了受到長江陸源輸入外, 還受到懸浮顆粒物質的補充, 底層的分布可能受到有機質分解產生以及外部水團的影響。圖3可見, 表層PO4-P在河口及其附近高, 向東逐級遞減。春季PO4-P在最大渾濁帶水域22號站出現濃度高值為1.34 μmol/L, 高于口門內的平均濃度1.12 μmol/L, 這種高濃度的PO4-P濃度可能與懸浮體釋放磷有關[14]。春季和夏季受長江沖淡水主體轉向東北方向的影響, PO4-P相應轉向東北方向, 春季PO4-P為0.2 μmol/L的等值線向東擴展到123°E附近, 夏季由于長江口水域PO4-P的濃度較低, PO4-P為0.2 μmol/L的等值線退縮到122°40′E附近。秋季在調查水域PO4-P的濃度達全年最高值, 長江沖淡水向東擴展, 大部分水域PO4-P濃度高于0.3 μmol/L, 低于0.3 μmol/L僅出現在調查水域的東北部。冬季表層PO4-P濃度分布均勻, 自西向東濃度逐漸降低, 底層PO4-P的分布趨勢與表層相似, 且濃度低于表層。在122°30′E以東水域, 夏季底層PO4-P濃度高于表層, 這可能與夏季底層生物分解有機質導致PO4-P積累, 以及上升 流區域(31°N~32°N, 122°20′E~123°10′E)臺灣暖流對PO4-P的補充有關, 已有研究指出富含磷酸鹽的黑潮近岸分支水入侵東海陸架, 并認為是PO4-P的一個重要來源[22-23]。

圖3 長江口水域31°N斷面鹽度(S)、溫度(T)與DO的垂直分布 Fig. 3 The vertical distribution of salinity, temperature (℃), and DO (mg/L) along Transects 31°N in the Changjiang River Estuary

2.2 營養鹽的斷面分布

2.2.1 31°N斷面的水文特征

為了研究營養鹽的時空分布, 補充營養鹽在平面分布上觀測的不足, 作者選取了咸淡水混合較好的典型橫向31°N斷面 (包括21~27站位), 以觀測營養鹽在垂直方向上的分布特征。通過圖3觀測到31°N 斷面鹽度、溫度和DO的垂直剖面, 在水深大于10 m, 即122°20′E以東的水域, 鹽度開始出現從表層到底層遞增的分層現象, 這主要受長江沖淡水在垂直方向上的擴展勢力減弱, 高鹽海水從底層楔入影響, 這種鹽度分層現象在春季和秋季尤為明顯; 夏季, 長江徑流量最大, 鹽度為31的長江沖淡水前沿達到水深40 m, 在水深大于20 m, 即122°40′E以東的水域, 鹽度開始出現分層現象, 而在122°40′E以西的水域鹽度垂直分布相較均勻, 且觀測到26和27號站位的底層鹽度大于34; 冬季水體垂直混合較好, 鹽度垂直分布相較均勻。春、夏和秋季在122°20′E以東的水域, 溫度出現明顯的分層現象, 夏季溫度躍層最為明顯, 表層到底層溫度逐級遞減, 底層小于20℃的等溫線涌升至水深30 m處, 而冬季溫度垂直分布相較均勻。夏、秋季分別在調查水域122°30′E和122°45′E以東的底層觀測到DO小于5 mg/L的低氧區, 夏季31°N 斷面26號站位底層DO最低值為2.48 mg/L , 且4 mg/L的DO從底層沿坡爬升至10 m; 秋季在27號站位觀測到DO最低值為2.64 mg/L。

2.2.2 溶解無機氮

NO3-N在31°N斷面垂直分布的總體趨勢: 隨著水深增加濃度逐級遞減。在長江沖淡水主要控制的淺水水域, NO3-N的垂直分布較為均勻。隨著長江沖淡水的減弱, 外海水的侵入, 從水深大于10 m的水域開始出現水體較弱的分層現象, 有研究指出長江沖淡水主要控制10 m以上的淺水水域[15], 而營養鹽的垂直分層現象, 這是隨長江沖淡水擴展產生的溫鹽躍層, 水體明顯層化所致[24]。由于春季NO3-N在口門內有較高濃度(表1), 以及較大的長江徑流量, 較高濃度NO3-N在31°N 斷面的擴展范圍也較大, 例如NO3-N為40 μmol/L的等值線垂直方向上最深擴展到10 m附近, 水平方向上最遠擴展到122°48′E附近, 而夏、秋、冬季在垂直和水平方向的擴展分別為4 m、122°14′E; 8 m、122°16′E和1 m、122°02′E附近。冬季水體垂直混合均勻, NO3-N自西向東逐漸降低, 垂直分布也相較均勻, 這與上述觀測到表、底層NO3-N的平面分布相一致。

春季NO2-N在122°20′E以東水域, 27號站表層NO2-N高達0.54 μmol/L, 表層向底層垂直分層, 濃度逐級遞減, 且變化較大。夏季NO2-N在122°20′E附近出現濃度高值中心, 23號站5 m層濃度高值達0.61 μmol/L, 這與上述其在調查水域中部出現濃度高值區的結果一致, 通過斷面分布觀測其濃度在122°40′分以東垂直分布均勻。秋季與春季相似, NO2-N在淺水水域自西向東逐漸減小, 東部27號站表層NO2-N高達0.55μmol/L, 表層向底層濃度逐漸減小。冬季NO2-N在31°N 斷面總體趨勢自西向東濃度逐漸減小, 垂直分布相較均勻, 這與冬季水體垂直混合密切相關[25], 在122°40′E附近水域10m層出現相對高值區。

春季NH4-N在31°N 斷面123°E附近水域26號站表層和10 m層分別出現濃度為3.65 μmol/L和3.50 μmol/L的高值中心, 這與平面分布中表層NH4-N東南部的高值區對應。而在122°40′E附近水域25號站底層濃度為1.61 μmol/L的低值中心。夏季NH4-N在122°20′E附近出現濃度高值中心, 23號站5 m層濃度高值達2.05 μmol/L, 東部27號站位于上述平面分布中的東部濃度高值區, 在垂直方向上由表層向底層濃度逐漸減小。秋季NH4-N在31°N 斷面122°20′E附近水域23號站表層出現3.59 μmol/L的濃度高值中心, 向底層濃度逐漸減小。122°40′E以東水域, NH4-N濃度呈西高東低, 濃度垂直變化較小。冬季水體垂直混合較為均勻, NH4-N濃度自西向東逐漸減小, 垂直梯度濃度變化較小。

2.2.3 溶解硅

SiO3-Si在31°N 斷面的分布與NO3-N十分相似, 秋季口門內SiO3-Si的濃度達四季最高(表1), 意味著秋季長江陸源輸入較高濃度的SiO3-Si, 相應在31°N 斷面較高濃度的SiO3-Si擴展的范圍也較大, 例如秋季SiO3-Si為40 μmol/L的等值線在水平方向上最遠擴展到123°05′E附近, 垂直方向上最遠擴展到水深20 m附近, 而春、夏和冬季在水平和垂直方向上分別最遠擴展到122°36′E、10 m; 122°20′E、10 m和122°04′E、3 m附近。從SiO3-Si表、底層平面分布中難以發現夏季123°E以東水域表層SiO3-Si濃度低于底層, 圖3可見15 μmol/L的SiO3-Si從底層涌升至30 m, 這可能與底層硅質介殼溶解再生有關[26]。冬季受到水體垂直混合均勻的影響, SiO3-Si自西向東逐漸降低, 且垂直分布也相較均勻, 這與上述觀測到表、底層SiO3-Si的平面分布相一致。

2.2.4 溶解無機磷

圖4可見春季PO4-P在123°E以東水域表層濃度較低, 這是由于表層較高的初級生產力, 26和27號站位表層葉綠素a的濃度分別為3.54 μg/L和2.37 μg/L, PO4-P從表層到底層呈先增加后減小, 這可能與長江沖淡水的擴展和生物吸收作用有關。夏季PO4-P在123°E以東水域表層低于底層, 這與上述平面分布中觀測到在122°30′以東水域底層濃度高于表層的結果相一致, 斷面分布可見較高濃度的PO4-P向上涌升, 0.3 μmol/L的等值線抬升至水深30 m。通過31°N斷面的水文特征, 觀測到在該水域底層水體具有高鹽(S>34)、低溫(T<20)和低DO的特征, 由此推測高濃度的PO4-P可能與黑潮近岸分支的侵入有關。此外, 斷面觀測到的低氧現象不僅受到水文、地形等因素影響, 而且會隨著有機物質的局部降解過程而加劇[24]。秋季口門內PO4-P平均濃度最高, 高濃度PO4-P在31°N斷面擴展范圍更大, 如0.6 μmol/L的等值線擴展到123°20′E附近和水深50 m, 春季和夏季PO4-P為0.6 μmol/L的等值線分別擴展到123°30′E、10 m和122°15′E、5 m附近, 而冬季0.6 μmol/L的PO4-P僅擴展到口門附近的表層。冬季PO4-P在122°20′E附近水域表層濃度低于底層, 通過22號站表層較高葉綠素a的濃度為0.61 μg/L, 以及濃度較低的PO4-P, 推測這可能是生物吸收所致。而其在122°40′E附近水域出現濃度低值中心, 底層PO4-P濃度為0.15 μmol/L。

圖4 營養鹽在長江口水域31°N斷面的垂直分布 Fig. 4 The vertical distribution of nutrients along Transect 31°N in the Changjiang River Estuary

2.3 營養鹽在河口的遷移過程

營養鹽在河口的遷移過程往往受河口咸淡水混合而呈相對保守性分布[27-28], 而在生產力水平較高的水域, 生物的吸收作用往往導致營養鹽呈非保守性分布。通過分析五項營養鹽的時空分布, 發現NO3-N、SiO3-Si和PO4-P在河口向外海遷移的過程中, 其濃度逐漸降低, 尤其在表層這種分布規律更加明顯, 這主要是由于來自長江陸源輸入的高濃度營養鹽, 隨長江沖淡水擴展, 進而被外海水稀釋形成營養鹽的濃度梯度。本文利用鹽度這一保守性指標引入理論稀釋線(Theoretical Diluted Line, TDL), 通過簡單的兩端元混合模型[29]來研究NO3-N、SiO3-Si和PO4-P在河口水域的保守與非保守行為。咸淡水端元分別選取鹽度大于32和鹽度小于1的站位(8月份表層鹽度均小于31, 因此咸水端元采取鹽度大于30的站位), 并取各個站位鹽度及營養鹽濃度的均值。

春、夏季長江口水域浮游植物量較高, 浮游植物的吸收作用往往造成表層營養鹽的移出。圖5可見, 相較于秋、冬季, 春、夏季表層NO3-N、PO4-P和SiO3-Si相對于理論稀釋線分布更為分散, 有較多的散點位于理論稀釋線下方, 這表明NO3-N、PO4-P和SiO3-Si的濃度相對于咸淡水混合的理論濃度偏低, 這可能是生物吸收所導致。有研究指出鹽度在25~31范圍內, 光照與營養鹽取得最佳權衡, 初級生產力較高[30], 調查年份春、夏季鹽度在25~31范圍內葉綠素a較高, 其平均濃度和范圍分別為2.34 μmol/L ; 1.46~3.23 μmol/L和0.85 μmol/L; 0.51~1.19 μmol/L, 因此推測春、夏季表層NO3-N、PO4-P和SiO3-Si在鹽度在25~31之間的數據點相對較大的偏移程度與浮游植物的吸收作用密切相關。對于PO4-P來說, 春、夏和秋季都有較多的數據點位于理論稀釋線之上, 這說明表層PO4-P可能存在其他來源的補充, 在上述春季表層PO4-P的平面分布中, 發現其在最大渾濁帶水域22號站出現濃度高值中心(圖2), 許多研究證明PO4-P與顆粒物質之間的相互作用是河口水域的關鍵過程之一[31-32], 當水體中的PO4-P高于平衡濃度時, PO4-P被吸附, 隨著咸淡水的混合在PO4-P含量相對較低的水域, 懸浮體中顆粒態無機磷能夠釋放PO4-P, 而這一過程是PO4-P重要的來源, 由此推測PO4-P相對于理論稀釋濃度有較高的偏移是因為SPM的釋放。

3 結論

(1) NO3-N、SiO3-Si和PO4-P在長江口水域的時空分布主要受長江陸源輸入的影響, 并隨長江沖淡水擴展范圍的季節變化而變化。除冬季外, 在122°20′E以東, 主要受到溫鹽躍層的影響, 水體層化, 其在該斷面出現明顯的分層現象, 冬季水體垂直混合均勻, 其垂直分布較為均勻。

(2) 春季長江陸源輸入較高濃度的 NO3-N, 40 μmol/L的NO3-N隨長江沖淡水向東北方向最遠擴展到123°E, 垂直方向上擴展至水深10 m, 而秋季長江陸源輸入較高濃度的SiO3-Si和PO4-P, 其濃度分別為40 μmol/L和0.6 μmol/L的等值線分別向東最遠擴展到123°E、123°20′E和水深20 m、50 m。

圖5 長江口水域表層鹽度和營養鹽的關系圖 Fig. 5 The relationship of salinity and nutrients in the Changjiang River Estuary

(3) NO2-N和NH4-N在長江口水域受到生物吸收、硝化作用等因素影響, 其分布較為復雜, 春、夏和秋季分別在不同水域和深度出現濃度高值, 冬季其平面分布自西向東濃度逐漸減小, 垂直也相較均勻。

(4) 通過引入理論稀釋線初步探究了表層NO3- N、SiO3-Si和PO4-P遷移過程中的分布行為, 結合葉綠素a的數據表明: 春、夏季營養鹽濃度低于理論稀釋濃度可能是由于生物吸收所致; 通過分析表明最大渾濁帶水域PO4-P與SPM呈顯著的正相關, 因此推測PO4-P高于理論稀釋濃度可能是因為懸浮顆粒物的釋放。