陳 鵬，臧 璐，石曉勇，張傳松

（中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東青島266100）

北黃海夏季冷水團(tuán)營養(yǎng)鹽貢獻(xiàn)的估算＊

陳 鵬，臧 璐，石曉勇＊＊，張傳松

（中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東青島266100）

根據(jù)2006年北黃海夏季航次調(diào)查資料，初步估算夏季冷水團(tuán)及整個(gè)調(diào)查海區(qū)的水體體積，進(jìn)而分別計(jì)算兩者的營養(yǎng)鹽總量，并在此基礎(chǔ)上估算夏季冷水團(tuán)區(qū)營養(yǎng)鹽對(duì)調(diào)查海域的貢獻(xiàn)。結(jié)果表明冷水團(tuán)作為營養(yǎng)鹽的高值區(qū)，以僅占調(diào)查海區(qū)總體積23.7%的體積分?jǐn)?shù)，達(dá)到了對(duì)DIN、PO4－P和SiO3－Si分別為46.3%、63.9%和32.1%的貢獻(xiàn)率，尤其是PO4－P的貢獻(xiàn)量，更是達(dá)到海區(qū)總量的一半以上，充分體現(xiàn)出其營養(yǎng)鹽貯庫，特別是PO4－P貯庫的特性。在水體層化減弱、消失的季節(jié)，冷水團(tuán)對(duì)整個(gè)水體的營養(yǎng)鹽是極大的補(bǔ)充。

冷水團(tuán)；營養(yǎng)鹽貢獻(xiàn)；北黃海；夏季

黃海夏季深層冷水［1］，又稱黃海冷水團(tuán)［2－3］，其主要特征是低溫且溫差大、鹽差小，是我國陸架淺海上一個(gè)重要的海洋現(xiàn)象，一直是國內(nèi)外海洋學(xué)者尤其是中國學(xué)者考察和研究的重要內(nèi)容。王保棟［4］依據(jù)對(duì)南黃海冷水域進(jìn)行的研究，認(rèn)為在黃海冷水團(tuán)存在期間，上層水體中的營養(yǎng)鹽由于浮游植物的攝取而幾乎被耗盡，但密度躍層以下因有機(jī)物分解使?fàn)I養(yǎng)鹽再生而逐步累積，成為“黃海的一個(gè)重要的營養(yǎng)鹽貯庫”。吳強(qiáng)明［5］認(rèn)為控制北黃海海域營養(yǎng)鹽的主要因素有黃海冷水團(tuán)及生物活動(dòng)，陸地徑流的影響則不十分顯著。此外，他還認(rèn)為北黃海表層PO4－P的濃度低于最低閾值，可能是浮游植物生長的限制因素。

本文將在2006年北黃海夏季航次調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，估算夏季冷水團(tuán)及整個(gè)調(diào)查海區(qū)的水體體積，進(jìn)而分別計(jì)算兩者的營養(yǎng)鹽總量，并在此基礎(chǔ)上估算夏季冷水團(tuán)區(qū)營養(yǎng)鹽對(duì)調(diào)查海域的貢獻(xiàn)。

1 調(diào)查與方法

于2006年夏季進(jìn)行大面航次調(diào)查，現(xiàn)場調(diào)查使用直讀式溫鹽深儀（Seabird 911－plusCTD）對(duì)溫度，鹽度和水深進(jìn)行測定，調(diào)查范圍為如圖1所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 北黃海夏季冷水團(tuán)營養(yǎng)鹽所占比重的估算

2.1.1 冷水團(tuán)及整個(gè)海區(qū)體積的估算 由于與周圍水團(tuán)相比，冷水團(tuán)具有較為特殊的營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征，而這一特征的出現(xiàn)又對(duì)海區(qū)營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的調(diào)整產(chǎn)生了一定影響。因此本文擬對(duì)冷水團(tuán)最為強(qiáng)盛的夏季，水團(tuán)內(nèi)所存儲(chǔ)的營養(yǎng)鹽占整個(gè)海區(qū)總量的百分?jǐn)?shù)進(jìn)行估算，以期得到初步的結(jié)果。針對(duì)冷水團(tuán)中營養(yǎng)鹽所占比重的估算，進(jìn)行的假設(shè)：冷水團(tuán)是一個(gè)上下表面為不規(guī)則曲面的柱體（基于冷水團(tuán)內(nèi)部水體是穩(wěn)定而均一的）。

圖1 調(diào)查站位分布和底層冷水團(tuán)區(qū)域Fig.1 Sampling station and cold water mass of the bottom

估算的主要思想：①首先對(duì)冷水團(tuán)及整個(gè)調(diào)查海區(qū)（包括冷水團(tuán)在內(nèi)）的體積分別進(jìn)行計(jì)算。②再分別求出各要素在二者的平均濃度。③根據(jù)求出的體積和濃度，分別求出各要素在二者內(nèi)的總量，然后進(jìn)一步求算出冷水團(tuán)內(nèi)各要素分別站整個(gè)調(diào)查海區(qū)總量的百分?jǐn)?shù)。

對(duì)于冷水團(tuán)范圍的劃分主要有2種方法：一是以10℃或8℃等溫線包括的區(qū)域作為水團(tuán)范圍進(jìn)行劃分［1，3］；另一種則是依據(jù)溫鹽數(shù)據(jù)，采用“相似系數(shù)”法，確定其邊界［6］。在此處，采用較為簡單而直觀的方法，以10℃作為其范圍劃分的主要依據(jù)，其原因主要為：①根據(jù)水團(tuán)劃分的結(jié)果（，結(jié)合溫鹽點(diǎn)聚圖，確定冷水團(tuán)邊界的等溫線為10℃。②結(jié)合前人［2，7］多年來對(duì)于水團(tuán)范圍的劃分結(jié)果，對(duì)水團(tuán)的大致存在區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步的限定，其結(jié)果與本次調(diào)查中10℃等溫線的包絡(luò)范圍相近似。最終，調(diào)查海域底層冷水團(tuán)區(qū)域的劃分結(jié)果如圖2所示。

2.1.2 冷水團(tuán)頂界曲面的確定 由于本次對(duì)冷水團(tuán)體積的計(jì)算僅是一個(gè)較為粗略的估算，頂界的確定主要是根據(jù)已有的調(diào)查數(shù)據(jù)，使用Origin 7.0軟件中的Interpolate／Extrapolate功能，對(duì)冷水團(tuán)內(nèi)各站由表到底的溫度進(jìn)行插值計(jì)算，然后求出各站水溫為10℃時(shí)所處的深度，再依據(jù)這些深度數(shù)據(jù)繪制出冷水團(tuán)的頂界曲面，并利用劃定的冷水團(tuán)邊界條件，限定頂界面的具體范圍如圖2。

圖2 冷水團(tuán)邊界曲面Fig.2 The boundary curve of cold water mass

2.1.3 體積的計(jì)算

冷水團(tuán)體積的計(jì)算 水團(tuán)體積通過調(diào)用Surfer 8.0軟件里Grid文件中Volume程序進(jìn)行計(jì)算，上表面采用的是上述確定的頂界面，而下底面采用的則是依據(jù)冷水團(tuán)內(nèi)各站水深資料繪制的曲面。在計(jì)算過程中，首先要將經(jīng)、緯度坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為距離坐標(biāo)，每個(gè)經(jīng)度間的距離固定為1°E＝87.7 km，而緯度間距離間隔為1°N＝111.3 km。通過計(jì)算得到夏季冷水團(tuán)的體積為6.32×102km3。

整個(gè)調(diào)查海區(qū)體積的計(jì)算 根據(jù)調(diào)查站位的經(jīng)緯度可以確定整個(gè)調(diào)查海區(qū)的范圍（見圖3）。體積計(jì)算的方法與冷水團(tuán)體積的計(jì)算相類似，只是調(diào)用的上表面與下底面的數(shù)據(jù)不同。使用海平面作為上表面，底面則采用本次調(diào)查中獲得的海底地形數(shù)據(jù)（見圖3）。

最終，計(jì)算出調(diào)查海區(qū)的總體積為2.67×103km3。

圖3 調(diào)查海區(qū)的范圍和夏季海底水深Fig.3 The investigated area and the depth of the sea in summer

2.2 冷水團(tuán)及整個(gè)海區(qū)營養(yǎng)鹽濃度的估算

根據(jù)以往專家學(xué)者對(duì)于冷水團(tuán)的研究［8－10］可知，冷水團(tuán)是1個(gè)較為穩(wěn)定、均一的層結(jié)體，它與外界營養(yǎng)物質(zhì)的交換極為微弱，因此可忽略不計(jì)。此處平均濃度的求算使用的均是深度加權(quán)平均值，其求算結(jié)果見表1。

由表1中，可以很直觀地看出，冷水團(tuán)內(nèi)各項(xiàng)要素的濃度均遠(yuǎn)高于整個(gè)調(diào)查海區(qū)。尤其以PO4－P的高值最為突出，甚至是整個(gè)海區(qū)平均濃度的2.5倍還多。

2.3 冷水團(tuán)營養(yǎng)鹽的占比

首先，根據(jù)已求出的體積（單位：km3）和濃度（單位：μmol·dm－3），根據(jù)下式分別求算冷水團(tuán)和整個(gè)海區(qū)的營養(yǎng)鹽總量。營養(yǎng)鹽總量（mol）＝營養(yǎng)鹽濃度（μmol·dm－3）×水體體積（km3）×106，計(jì)算結(jié)果如表1所示。然后，根據(jù)計(jì)算總量的結(jié)果，依下式求出冷水團(tuán)內(nèi)營養(yǎng)鹽在整個(gè)海區(qū)的占比。

冷水團(tuán)營養(yǎng)鹽的比重＝（冷水團(tuán)內(nèi)營養(yǎng)鹽總量／整個(gè)海區(qū)的營養(yǎng)鹽總量）×100%。結(jié)果列于表1中：

從表1中可以看出僅占海區(qū)體積23.7%的冷水團(tuán)，其各項(xiàng)營養(yǎng)鹽的貢獻(xiàn)卻遠(yuǎn)大于體積分?jǐn)?shù)，充分體現(xiàn)出其營養(yǎng)鹽貯庫［11］。在水體層化減弱、消失的季節(jié)，對(duì)整個(gè)水體的營養(yǎng)鹽是極大的補(bǔ)充，對(duì)海區(qū)營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的調(diào)整也顯示了突出的貢獻(xiàn)。

冷水團(tuán)的形成是比較復(fù)雜的，既是多元的，又是歷經(jīng)幾個(gè)過程的［15］；且黃海冷水團(tuán)的邊界，在水平方向上有年際變化［16］。本文假設(shè)冷水團(tuán)是1個(gè)上下表面為不規(guī)則曲面的柱體（基于冷水團(tuán)內(nèi)部水體是穩(wěn)定而均一的），且忽略了冷水團(tuán)與外界營養(yǎng)物質(zhì)的交換，所以對(duì)夏季冷水團(tuán)區(qū)和整個(gè)黃海營養(yǎng)鹽的濃度、總量及其比例的估計(jì)，存在一定誤差。

表1 各要素的平均濃度、營養(yǎng)鹽總量計(jì)算結(jié)果、冷水團(tuán)營養(yǎng)鹽的占比Table 1 The average concentration of nutrients and the total amount of nutrients and comparison of nutrient concentrations of the cold water mass

對(duì)于為何冷水團(tuán)中的PO4－P對(duì)于整個(gè)海區(qū)來說占據(jù)如此之大的比例，而DIN和SiO3－Si的比例卻相對(duì)較小，筆者認(rèn)為主要有以下原因：

①注入北黃海的河流，主要有鴨綠江和大同江。夏季鴨綠江營養(yǎng)鹽輸入量增加，而鴨綠江是一低磷高氮河流，對(duì)上層水體的營養(yǎng)鹽具有補(bǔ)充作用。根據(jù)Zhang J et al.［12］和劉昌嶺等［13］的研究，黃海海域的雨水中具有高濃度的N和高N／P。而降水在夏季又是一個(gè)頻繁的過程，因此大氣輸送對(duì)于海區(qū)上層水體的影響是顯著的，它使得上層水體可以維持相對(duì)穩(wěn)定的DIN含量，而PO4－P的相對(duì)缺乏則更加突出。相較之下，處于下底層的冷水團(tuán)內(nèi)，DIN則缺乏外部的補(bǔ)充，僅靠有機(jī)物的降解、再生從而積累，加上表層沉積物的脫氮作用，因此含量上與其它水團(tuán)的差異沒有PO4－P來得明顯。

②由于SiO3－Si的再生速度相對(duì)較慢，因此在主要依靠有機(jī)質(zhì)的分解從而得以積累的冷水團(tuán)內(nèi)，其SiO3－Si的濃度與周圍海區(qū)相差不大，僅略高于黃海水團(tuán)和渤－黃海混合水。

③對(duì)于PO4－P來說，它主要是依靠陸源的輸入（包括點(diǎn)源和面源）以及水體內(nèi)部的循環(huán)再生，來源相對(duì)較少。在黃海的降水中PO4－P的含量明顯較低［14］，因此大氣的輸入不能成為其主要補(bǔ)充來源。上層水體中的PO4－P由于春夏季浮游植物的大量消耗而大幅降低，并且由于缺乏有效而持續(xù)的補(bǔ)充從而維持其低濃度水平；躍層以下的冷水團(tuán)內(nèi)，則由于水溫較低、生物活性較弱等因素導(dǎo)致對(duì)于營養(yǎng)鹽的消耗較弱，并且大量的有機(jī)質(zhì)在下底層的分解、釋放，加之強(qiáng)大溫躍層的存在使得營養(yǎng)鹽難以向上層輸運(yùn)，因而使PO4－P能夠較好的得以積累。在以上種種因素的共同造就下，冷水團(tuán)內(nèi)具有明顯異于其它水團(tuán)的高濃度PO4－P。因此，在躍層消失之后，強(qiáng)烈地垂直混合將底層高濃度的營養(yǎng)鹽帶至表層，從而提高了海區(qū)營養(yǎng)鹽濃度的總體水平，進(jìn)而改善其營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)。

3 結(jié)論

（1）冷水團(tuán)及整個(gè)調(diào)查海區(qū)體積的估算

水團(tuán)體積通過調(diào)用Surfer 8.0軟件里Grid文件中Volume程序進(jìn)行計(jì)算，得到夏季冷水團(tuán)的體積為6.32×102km3。調(diào)查海區(qū)的總體積為2.67×103km3。

（2）冷水團(tuán)及整個(gè)調(diào)查海區(qū)營養(yǎng)鹽濃度的估算

用深度加權(quán)平均值法，最終算出冷水團(tuán)的DIN、PO4－P、SiO3－Si濃度分別為為6.57、0.62和5.69μmol·dm3；整個(gè)調(diào)查海域的DIN、PO4－P、SiO3－Si濃度分別為3.36、0.23和4.20μmol·dm3。

（3）冷水團(tuán)作為營養(yǎng)鹽的高值區(qū)，以僅占調(diào)查海區(qū)總體積23.7%的體積分?jǐn)?shù)，達(dá)到了DIN、PO4－P和SiO3－Si分別為46.3%、63.9%和32.1%的貢獻(xiàn)率，以PO4－P所占比重最大。充分體現(xiàn)出其營養(yǎng)鹽貯庫，特別是PO4－P貯庫的特性。在水體層化減弱、消失的夏季，冷水團(tuán)對(duì)整個(gè)水體的營養(yǎng)鹽是極大的補(bǔ)充。

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Estimated Nutrients Contribution of the North Yellow Sea Cold Water（Yc）Mass in Summer

CHEN Peng，ZANG Lu，SHI Xiao－Yong，ZHANG Chuan－Song
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

The water body volumes of the North Yellow Sea Cold（Yc）water mass in summer and the whole investigated sea were estimated preliminarily based on the data of surveyed in 2006.Both of the nutrients were calculated and the nutrient contribution of Yc in Summer.The major results showed that though the Yc with only 23.7%of the whole investigated sea，it＇s contribution of DIN，PO4－P and SiO3－Si can reach 46.3%，63.9%and 32.1%respectively，especially the contribution PO4－P，it is more than half and reflects its storing function.In the season of stratification weaken and disseaper，Yc enhances the nutrient concentrations in the whole investigated sea.

cold water mass；nutrient contribution；North Yellow Sea；summer

P71；P732.4

A

1672－5174（2012）04－071－04

國家908專項(xiàng)（9082012ST02）資助

2011－05－03；

2012－03－05

陳鵬（1986－），女，碩士生，主要從事海洋化學(xué)方面研究。E－mail：eagle－052＠163.com

＊＊通訊作者：E－mail：shixy＠ouc.edu.cn

責(zé)任編輯 徐 環(huán)