張乃星，任榮珠，吳鳳叢，王盡文，林森，張亮

（1.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266033；2.國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心，山東 青島 266033）

渤海海峽冬季營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征及影響因素

張乃星1,2，任榮珠1,2，吳鳳叢1,2，王盡文1,2，林森1,2，張亮1,2

（1.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266033；2.國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心，山東 青島 266033）

以2010年2－3月對(duì)渤海海峽進(jìn)行的3個(gè)斷面的調(diào)查資料為依據(jù)，分析并討論了渤海海峽冬季營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征及其影響因素。結(jié)果表明：冬季，由于強(qiáng)烈的垂直混合作用，渤海海峽水體中水溫、營(yíng)養(yǎng)鹽及葉綠素a（Chl-a）的分布基本呈上下一致的特征。調(diào)查海域營(yíng)養(yǎng)鹽的分布基本呈現(xiàn)出近岸高，中部低；西南部高，北部低的特征，這與近岸受陸源影響較大，而西南部的高值和北部的低值則主要受渤、黃海水團(tuán)交換影響明顯有關(guān)。Chl-a與水溫的分布特征非常相近，對(duì)二者做Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，二者具有非常明顯的正相關(guān)關(guān)系（r=0.717，p＜0.01，n = 110）。對(duì)Chl-a與各形態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽作相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，Chl-a與PO4-P表現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性（r= -0.480，p＜0.01，n = 38），說明海峽水體中浮游植物的吸收是影響PO4-P分布的重要因素。

渤海海峽；營(yíng)養(yǎng)鹽；葉綠素；分布特征；影響因素

海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽是海洋浮游植物生長(zhǎng)繁殖所必須的，它們?cè)诳刂坪Ｑ笾参锏纳L(zhǎng)和海洋初級(jí)生產(chǎn)力等方面起著相當(dāng)重要作用。大量的研究表明，海水中的氮（N）、磷（P）、硅（Si）等營(yíng)養(yǎng)鹽的水平及其結(jié)構(gòu)極大地影響著浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)水平及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[1]。因此，研究海洋中的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)、分布變化趨勢(shì)，探討浮游植物初級(jí)生產(chǎn)過程中的營(yíng)養(yǎng)鹽限制因子對(duì)了解海洋生態(tài)環(huán)境起著重要的作用。

渤海海峽是指遼東半島南端老鐵山至山東半島北端蓬萊角的一段水域。渤海海峽作為渤海和黃海的水體交換通道，水團(tuán)相互作用劇烈，海流活動(dòng)頻繁，海峽南北兩面緊鄰工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的大連、煙臺(tái)等經(jīng)濟(jì)區(qū)，海洋生態(tài)環(huán)境受人為活動(dòng)影響顯著，導(dǎo)致研究海域營(yíng)養(yǎng)鹽含量及形態(tài)組成的區(qū)域性復(fù)雜變化。目前，針對(duì)渤海海峽的調(diào)查研究主要集中在物理水文方面[2-4]，而對(duì)該海區(qū)的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)和分布特征研究鮮見報(bào)道，本文以2010年2－3月份的調(diào)查為基礎(chǔ)，對(duì)冬季渤海海峽的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)和立體分布特征進(jìn)行了詳細(xì)的討論研究，以期對(duì)渤海海峽的營(yíng)養(yǎng)鹽的存在形態(tài)及分布變化規(guī)律有進(jìn)一步的了解。

1 材料與方法

2010年2－3月隨“向陽(yáng)紅08”號(hào)科學(xué)考察船對(duì)渤海海峽進(jìn)行了調(diào)查，本次調(diào)查共布設(shè)3個(gè)斷面，39個(gè)站位，自東向西依次標(biāo)記為H、Z和B斷面，每個(gè)斷面上站位的設(shè)置示于圖1。

圖 1 2010年2－3月渤海海峽采樣站位Fig.1 Locations of sampling stations in Bohai Strait

調(diào)查項(xiàng)目包括營(yíng)養(yǎng)鹽、溫度、鹽度和葉綠素a（Chl a）。水樣采用CTD采水器按照0 m、10 m、底層分層采樣。水樣先用0.45 μm醋酸纖維濾膜過濾，然后使用7230G分光光度計(jì)檢測(cè)。其中，PO4-P用磷鉬藍(lán)分光光度法，SiO3-Si用硅鉬藍(lán)分光光度法，NO2-N用萘乙二胺分光光度法，NO3-N用Zn-Cd還原法，NH4-N用次溴酸鹽氧化法測(cè)定分析，營(yíng)養(yǎng)鹽樣品均在采樣后3h以內(nèi)測(cè)定完畢。葉綠素a水樣采集后經(jīng)0.45 μm Whatman GF/F濾膜過濾，濾膜樣品避光-20℃冷凍保存，經(jīng)V︰V=9︰1的丙酮萃取24 h后，用Turner Designs 700熒光計(jì)進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 水文特征

海水營(yíng)養(yǎng)鹽的分布及變化規(guī)律與水文狀況密切相關(guān)。由本次調(diào)查所獲得的表、中、底層溫度分布圖1（a、b、c）可以看到該調(diào)查海域水溫分布具有如下顯著的特點(diǎn)：冬季，不同深度水溫分布非常相似，表現(xiàn)出良好的垂直混合作用。其中，高溫的黃海暖流余脈（t＞2.8℃）呈舌狀從北黃海海域自東向西從海峽北部及中部向渤海伸展，從海峽北部的老鐵山水道進(jìn)入渤海，暖水舌中央水溫高于兩側(cè)。而渤海低溫水則從海峽南部（經(jīng)由登州水道等）向東擴(kuò)散演變?yōu)轸敱毖匕读髁鞒霾澈?，并在海峽東南部逐漸與北黃海水混合，其本體的性質(zhì)亦不斷變化。這與文獻(xiàn)[2,4,5]中，冬季進(jìn)出渤海海峽的水體所流經(jīng)的區(qū)域相一致。在渤海低溫水和北黃海暖水兩種水團(tuán)交匯處，等溫線密集，顯示出二者明顯的接觸混合作用。

圖 2 調(diào)查海域水體表、10 m、底層(a、b、c)水溫(℃)分布圖Fig.2 Horizontal distribution patterns of temperature(℃) at surface、 10 m and bottom layer

2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征

海洋中的營(yíng)養(yǎng)鹽是多年來人們研究海洋的基本研究項(xiàng)目，其中營(yíng)養(yǎng)鹽是影響海洋初級(jí)生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素之一。海水中的無(wú)機(jī)氮、磷和硅是海洋生物繁殖生長(zhǎng)不可缺少的化學(xué)成分。氮和磷是組成生物細(xì)胞原生質(zhì)的重要元素，而硅則是硅藻等海洋浮游植物的骨架和介殼的主要組成部分。由于這些元素參與生物生命活動(dòng)的整個(gè)過程，他們的存在形態(tài)與分布受到生物的制約，同時(shí)受到化學(xué)、地質(zhì)和水文等因素的影響，因此研究它們的存在形態(tài)和分布變化規(guī)律對(duì)研究海洋生態(tài)具有重要的意義。

2.2.1 營(yíng)養(yǎng)鹽的平面分布 冬季表層NO3-N的濃度分布總體呈海峽東部高，西部低的分布特征，其中在海峽中北部有一低值區(qū)分布（圖3a）。整個(gè)調(diào)查海域的NO3-N濃度變化范圍為60～307 μg/L，平均132 μg/L。NH4-N與NO3-N具有相似的分布特征，呈現(xiàn)出海峽東部高，西部低的分布特征（圖3b）。整個(gè)調(diào)查海域的NH4-N濃度變化范圍為ND～123 μg/L（ND表示未測(cè)出），平均17 μg/L。PO4-P的濃度分布總體呈現(xiàn)出調(diào)查海域南部高，北部低的分布特征（圖3c）。整個(gè)調(diào)查海域的PO4-P濃度變化范圍為8～23 μg/L，平均13 μg/L，低值區(qū)出現(xiàn)在調(diào)查海域的東北部，高值區(qū)出現(xiàn)在調(diào)查海域的東南部。SiO3-Si的濃度分布總體呈現(xiàn)出調(diào)查海域西南、東北部高，中北部低的分布特征（圖3d）。整個(gè)調(diào)查海域的SiO3-Si濃度變化范圍為214～745 μg/L，平均483 μg/L。

圖 3 調(diào)查海域表層水體NO3-N、NH4-N、PO4-P和SiO3-Si（a、b、c、d）分布圖Fig.3 Horizontal distribution patterns of NO3-N、NH4-N、PO4-P和SiO3-Si（a、b、c、d）at surface layer

10 m層NO3-N的濃度分布呈現(xiàn)出與表層一致的分布特征，海峽東部最高，西部次之，海峽中間最低（圖4a）。整個(gè)調(diào)查海域的NO3-N濃度變化范圍為42～339 μg/L，平均131 μg/L。NH4-N的濃度分布呈現(xiàn)出與表層相似的分布特征，調(diào)查海域東部高，西部低。與表層NH4-N分布不同的是，在海峽中西部，NH4-N濃度呈現(xiàn)出向陸域方向濃度逐漸增加的趨勢(shì)（圖4b）。整個(gè)調(diào)查海域NH4-N的濃度變化范圍為ND～49 μg/L，平均15 μg/L。PO4-P的濃度分布呈現(xiàn)出與表層相似的分布特征，調(diào)查海域南部高，北部低（圖4c）。整個(gè)調(diào)查海域的PO4-P濃度變化范圍為5～32 μg/L，平均13 μg/L。SiO3-Si的濃度分布呈現(xiàn)出與表層相似的分布特征，調(diào)查海域西南、東北部高，中北部低（圖4d）。整個(gè)調(diào)查海域的SiO3-Si濃度變化范圍為226～768 μg/L，平均483 μg/L。

底層NO3-N的濃度分布呈現(xiàn)出與表層、10 m層相似的分布特征（圖5a）。整個(gè)調(diào)查海域的NO3-N濃度變化范圍為41～347 μg/L，平均125 μg/L。NH4-N的濃度分布呈現(xiàn)出與表層、10 m層相似的分布特征，海峽東部高，西部低（圖5b）。整個(gè)調(diào)查海域的NH4-N濃度變化范圍為ND～97μg/L，平均值為14 μg/L。PO4-P的濃度分布呈現(xiàn)出與表層、10 m層相似的分布特征（圖5c）。整個(gè)調(diào)查海域的PO4-P濃度變化范圍為9～18 μg/L，平均13μg/L。SiO3-Si的濃度分布呈現(xiàn)出與表層、10 m層相似的分布特征（圖5d）。整個(gè)調(diào)查海域的SiO3-Si濃度變化范圍為249～727 μg/L，平均505 μg/L，比表層及10 m層偏高約22 μg/L。硅酸鹽含量偏高，不僅與生物體下沉溶解有關(guān)，而且與底質(zhì)表層硅酸鹽礦物質(zhì)的直接溶解有關(guān)。

圖 4 調(diào)查海域10 m層水體NO3-N、NH4-N、PO4-P和SiO3-Si（a、b、c、d）分布圖Fig.4 Horizontal distribution patterns of NO3-N、NH4-N、PO4-P和SiO3-Si（a、b、c、d）at 10 m layer

圖 5 調(diào)查海域底層水體NO3-N、NH4-N、PO4-P和SiO3-Si（a、b、c、d）分布圖Fig.5 Horizontal distribution patterns of NO3-N、NH4-N、PO4-P和SiO3-Si（a、b、c、d）at bottom layer

2.2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽的斷面分布 由于三條斷面的垂直分布基本一致，因此本文列出其中一條H斷面的斷面分布圖。從H斷面的垂直分布可以看出（圖6a），NO3-N分布由于海水垂直混合的影響，由表至底呈均勻分布，但北部近岸濃度低于130 μg/L，明顯低于南部近岸濃度（濃度高于160 μg/L）。NH4-N分布也同樣由于海水垂直混合的影響，由表至底呈均勻分布。PO4-P的分布呈現(xiàn)出南部高，北部次之，中間最低的分布趨勢(shì)。其中，在H10站的10 m層，有一濃度的高值區(qū)。H斷面的PO4-P等值線分布較其它營(yíng)養(yǎng)鹽復(fù)雜，表底不同深度的PO4-P濃度變化較大。SiO3-Si的分布呈現(xiàn)出南北高中間低的分布趨勢(shì)。SiO3-Si等值線分布呈條帶狀，其分布結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，表明不同深度的SiO3-Si濃度較為均一。南北兩端的高值區(qū)，與該海域靠近陸地，受陸地因素影響明顯。整個(gè)H斷面的DIN、PO4-P和SiO3-Si的平均濃度分別為224 μg/L、13 μg/L和492 μg/L。石曉勇等[6]2007年冬季對(duì)渤海此區(qū)域的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，冬季該海域的DIN、PO4-P和SiO3-Si的平均濃度分別為118 μg/L、18 μg/L和361 μg/L?？梢?，2010年的此次冬季調(diào)查除PO4-P濃度略有降低外，DIN和SiO3-Si均有不同程度的增加，其中以DIN增幅明顯，這可能與渤海水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的加劇有關(guān)。

圖 6 調(diào)查海域H斷面水體NO3-N、NH4-N、PO4-P和SiO3-Si（a、b、c、d）分布圖Fig.6 Distribution patterns of NO3-N、NH4-N、PO4-P和SiO3-Si（a、b、c、d）at H transect

2.2.3 分布原因分析 調(diào)查海域營(yíng)養(yǎng)鹽的分布基本呈現(xiàn)出近岸高，中部低；西南部高，北部低的特征。這與近岸受陸源影響較大，而西南部的高值和北部的低值則主要受渤黃海水團(tuán)交換影響明顯有關(guān)。調(diào)查海域冬季不同深度的水溫、營(yíng)養(yǎng)鹽及Chl-a含量基本呈現(xiàn)出上下一致的分布特征，這主要是由于冬季因太陽(yáng)輻射明顯減弱，偏北季風(fēng)加強(qiáng)，尤其是經(jīng)常受到寒潮的影響，使渤海表層溫度迅速下降，近岸局部海域甚至出現(xiàn)海冰，由于較強(qiáng)的垂直對(duì)流和風(fēng)生渦動(dòng)的混合作用，使渤海水體性質(zhì)上下分布較為均勻[7]。

2.3 營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)分析

這里所謂的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)，是指營(yíng)養(yǎng)鹽的相對(duì)組成，即c(N)/c(P)和c(Si)/c(N)。Justic和Dortch等[8,9]曾指出：當(dāng)海水中Si︰P＞22（原子數(shù)比，下同）和N：P＞22時(shí)，磷酸鹽為潛在限制因子；N：P＜10和Si︰N＞1時(shí)，溶解無(wú)機(jī)氮為潛在限制因子；若Si︰P＜10時(shí)和Si︰N＜1，則溶解無(wú)機(jī)硅為潛在限制因子。N/P，Si/N和Si/P值的分布變化不僅反映了水域營(yíng)養(yǎng)鹽的陸源輸入、海流輸運(yùn)、大氣沉降和人類活動(dòng)的影響，同時(shí)也在一定程度上反映了海水中營(yíng)養(yǎng)鹽的再生速率和循環(huán)機(jī)制。由于渤海海峽冬季營(yíng)養(yǎng)鹽垂直分布及濃度較為一致，因此本文僅列出表層不同形態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽的比例（表1）。

總體來說，在調(diào)查的39個(gè)表層站位中，不存在營(yíng)養(yǎng)鹽限制的站位有23個(gè)，占調(diào)查站位的59%，這可能主要是由于冬季水溫低、光照差，不利于浮游植物的生長(zhǎng)繁殖，因此對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的消耗較低，此時(shí)營(yíng)養(yǎng)鹽的再生補(bǔ)充較為充分，因此大部分站位并不存在營(yíng)養(yǎng)鹽限制。其余站位出現(xiàn)磷限制，占調(diào)查站位的41%，其分布主要集中在H斷面上，這與該斷面周圍水溫較高，Chl-a濃度也較高，浮游植物對(duì)PO4-P等營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收較多有關(guān)。

表 1 渤海海峽冬季表層營(yíng)養(yǎng)鹽比例Tab.1 Nutrient proportion of the surface water in Bohai Strait

2.4 葉綠素a的分布特征及其對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽分布的影響

2.4.1 葉綠素a的分布特征 調(diào)查海域不同水深的Chl-a濃度分布呈現(xiàn)上下一致的分布特征，均表現(xiàn)為西部海域低東部海域高的分布特征（圖7）。其中，各層Chl-a平均濃度分別為表層1.21 μg/L，10 m層1.29 μg/L，底層1.80 μg/L，呈現(xiàn)出由表至底濃度逐漸增加的趨勢(shì)。本航次調(diào)查所得浮游植物生物量的平均濃度（1.433 μg/L）濃度與趙騫等[10]對(duì)渤海海峽冬季浮游植物生物量（1.348 μg/L）的研究結(jié)果水平相當(dāng)。與其它陸架海區(qū)相比，如與其鄰近的北黃海區(qū)冬季浮游植物生物量（平均0.459 μg/L）[11]，冬季渤海海峽屬于生物量較高的海域。

渤海海峽水體中Chl-a的濃度分布與水溫分布非常相近，對(duì)二者做Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，二者具有非常明顯的正相關(guān)關(guān)系（r=0.717，p＜0.01, n = 110），冬季水溫是影響Chl-a分布的重要因素。2.4.2 葉綠素a對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽分布的影響 通過研究浮游植物與營(yíng)養(yǎng)鹽的相關(guān)性，可以判定該海區(qū)受何種營(yíng)養(yǎng)鹽限制，以及浮游植物主要吸收何種形式的營(yíng)養(yǎng)鹽[12]。彭云輝等[13]對(duì)大亞灣微表層和次表層海水中營(yíng)養(yǎng)鹽與浮游植物關(guān)系的研究表明，三態(tài)氮中的NO3-N，NH4-N、PO4-P和SiO3-Si均與浮游植物中的Chl a有一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系。扈傳昱等[14]通過對(duì)南極普里茲灣Chl-a與無(wú)機(jī)磷酸鹽、無(wú)機(jī)氮的相關(guān)性分析認(rèn)為，在該海區(qū)無(wú)機(jī)鹽，特別是NO3-N和PO4-P是浮游植物吸收的主要形式。對(duì)本次調(diào)查海域表層營(yíng)養(yǎng)鹽NO3-N、NH4-N、PO4-P和SiO3-Si與浮游植物Chl-a含量做相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)（圖7），Chl-a只與PO4-P呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系（r= -0.480,p＜0.01，n = 38），說明在研究海域中浮游植物的生長(zhǎng)與PO4-P有著比其他營(yíng)養(yǎng)鹽因子更為密切的聯(lián)系，這也與部分站位存在潛在的PO4-P限制相一致。

3 結(jié) 論

（1）冬季，受溫度降低及偏北季風(fēng)影響，上下水體垂直混合均勻，溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽及Chl-a的垂直分布較為一致。

（2）調(diào)查海域營(yíng)養(yǎng)鹽的分布基本呈現(xiàn)出近岸高，中部低；西南部高，北部低的特征。這與近岸受陸源影響較大，而西南部的高值和北部的低值則主要受渤黃海水團(tuán)交換影響明顯有關(guān)。

（3）渤海海峽水體中Chl-a的濃度分布與水溫

圖 7 調(diào)查海域水體表、10m、底層(a、b、c)葉綠素a分布圖Fig.7 Horizontal distribution patterns of Chl-a at surface, 10m and bottom layer

圖 8 表層浮游植物生物量與營(yíng)養(yǎng)鹽因子的相關(guān)性（n=38）Fig.8 Relationships of phytoplankton biomass and the nutrient variables in the surface layer(n=38)

分布非常相近，對(duì)二者做Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，二者具有非常明顯的正相關(guān)關(guān)系（r=0.717，p＜0.01，n = 110），Chl-a的分布受水溫影響明顯。

（4）大多數(shù)調(diào)查站位不存在營(yíng)養(yǎng)鹽限制，少部分站具有潛在磷限制。對(duì)Chl-a與各形態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽作相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，Chl-a與PO4-P表現(xiàn)出較強(qiáng)的相關(guān)性（r= -0.480,p＜0.01，n = 38），說明海峽水體中浮游植物的吸收是影響PO4-P分布重要原因。

致謝：同航次營(yíng)養(yǎng)鹽數(shù)據(jù)由青島環(huán)海海洋工程勘察研究院提供，在此表示衷心地感謝。

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Characteristics of vertical distribution and influence factors of the nutrients at Bohai Strait in winter

ZHANG Nai-xing1,2, REN Rong-zhu1,2, WU Feng-cong1,2, WANG Jin-wen1,2, LIN Sen1,2, ZHANG Liang1,2

(1.Shandong Provincial Key Laboratory of Marine Ecological Environment and Disaster Prevention and Mitigation, Qingdao 266033, China; 2.North China Sea Marine Forecasting Center，SOA, Qingdao 266033, China)

Based on the cruises carried out at Bohai Strait for three transects from February 2010 to March 2010, the distribution features of nutrients at this section and influence factors were discussed.The results showed that: influenced by the effect of vertical mixing, the nutrient temperature and Chlorophyll-a had obviously the same distribution characteristics at different depths.The concentration of nutrients decreased from in shore to offshore by the influence of runoff.The concentration of nutrients showed high value in southwest part and low in north part, which was affected by the exchange of different water mass.There was a significant positive correlation between the distribution of Chl-a and water temperature (r=0.717，p＜0.01, n = 110).There was also a significant negative correlation between the concentration of Chl-a and PO4-P(r= -0.480,p＜0.01, n = 38), which showed that the distribution of PO4-P was mainly controlled by the phytoplankton absorbing.

Bohai Strait; nutrients; Chlorophyll-a; distribution characteristics; influence factors

P593

A

1001-6932(2011)06-0607-08

2011-05-05；

2011-06-07

淺海試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)建設(shè)方案設(shè)計(jì)與運(yùn)行保障（200905024-2）；國(guó)家海洋局青年海洋科學(xué)基金項(xiàng)目（2010503）；國(guó)家海洋局北海分局海洋科技立項(xiàng)項(xiàng)目（2010A01）；中國(guó)科學(xué)院海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金項(xiàng)目（KLMEES201003）。

張乃星（1980－），男，博士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境化學(xué)。電子郵箱：zhangnaix@mails.gucas.ac.cn。