李 照, 宋書(shū)群, 李才文(. 中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 26607; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 00049)

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長(zhǎng)江口及其鄰近海域葉綠素a分布特征及其與低氧區(qū)形成的關(guān)系

李 照1, 2, 宋書(shū)群1, 李才文1
(1. 中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266071; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049)

于2013年3月和8月研究了長(zhǎng)江口及其鄰近海域葉綠素a的分布特征, 并對(duì)環(huán)境因子和長(zhǎng)江沖淡水對(duì)浮游植物生物量分布的影響進(jìn)行了探討。結(jié)果表明, 葉綠素a濃度在豐水期較高, 平均值為5.18 μg/L,最高值達(dá)32.05 μg/L, 現(xiàn)場(chǎng)海水出現(xiàn)變色現(xiàn)象; 與同期歷史資料對(duì)比分析, 發(fā)現(xiàn)該海域葉綠素a濃度呈現(xiàn)出波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)。豐水期與枯水期葉綠素a的相對(duì)高值區(qū)均位于沖淡水的中部, 122.5°E~123°E之間;豐水期在調(diào)查海域出現(xiàn)溶解氧低值區(qū)與低氧區(qū), 最低值僅為0.64 mg/L; 發(fā)現(xiàn)低氧區(qū)出現(xiàn)位置北移、面積擴(kuò)大和溶解氧最低值下降的趨勢(shì)。底層溶解氧低值區(qū)分布與表層葉綠素高值區(qū)大致吻合, 表明低氧現(xiàn)象與表層浮游植物的生長(zhǎng)和現(xiàn)存量密切相關(guān), 在躍層存在的水體中表層浮游植物的大量繁殖易造成底層低氧區(qū)的出現(xiàn)。

葉綠素a; 長(zhǎng)江口; 浮游植物; 沖淡水; 溶解氧

[Foundation: the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, No. XDA11020302; the Joint Research Fund of NSFC-Shandong Province, No. U1406403; the 100 Talents Program of the Chinese Academy of Sciences]

近年來(lái), 隨著沿海地區(qū)人口增加、工農(nóng)業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快, 工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水不斷增加,導(dǎo)致了陸源營(yíng)養(yǎng)鹽的大量輸入, 加劇了河口及其鄰近海域的富營(yíng)養(yǎng)化程度[1-4]。水體富營(yíng)養(yǎng)化程度加深和有害藻華的頻發(fā), 導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性明顯下降[5-7]。作為海洋中主要的初級(jí)生產(chǎn)者, 浮游植物的生長(zhǎng)及分布特征不僅受海洋環(huán)境變化的影響, 而且對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化、低氧區(qū)形成等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題具有一定指示作用[8]。

長(zhǎng)江口是我國(guó)第一大河口, 處于長(zhǎng)江沖淡水、臺(tái)灣暖流和黃海冷水團(tuán)交匯區(qū)域, 理化條件非常復(fù)雜[9]。長(zhǎng)江徑流攜帶了大量營(yíng)養(yǎng)鹽入海, 其中溶解性無(wú)機(jī)氮(DIN)入海通量約占東?？偼康?2%, 磷酸鹽占33%, 硅酸鹽占56%[10]。長(zhǎng)江沖淡水導(dǎo)致的長(zhǎng)江口及其鄰近海域富營(yíng)養(yǎng)化程度加劇和低氧區(qū)面積擴(kuò)大等嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題, 受到研究人員的廣泛關(guān)注[4, 7, 11-13]。從1980年起, 已有學(xué)者對(duì)長(zhǎng)江口及其鄰近海域浮游植物的時(shí)空分布和群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了相關(guān)研究, 對(duì)多種環(huán)境因素(營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)和分布,鹽度、懸沙、上升流)的影響形成了一定的科學(xué)認(rèn)識(shí)。研究發(fā)現(xiàn), 1960年到1990年由于長(zhǎng)江沖淡水的營(yíng)養(yǎng)鹽輸入, 長(zhǎng)江口及其鄰近海域的DIN增加了2倍, 硅酸鹽減少了2倍, 同時(shí)伴隨N/P增加、Si/N降低, 而且該海域1984年至2002年的葉綠素a增加了4倍[14]。寧修仁等[15]發(fā)現(xiàn), 在長(zhǎng)江口門以東約100 km的長(zhǎng)江沖淡水中部水域出現(xiàn)了浮游植物生產(chǎn)力鋒面, 其中光照和營(yíng)養(yǎng)鹽是影響浮游植物生長(zhǎng)的主要環(huán)境因素。宋洪軍等[16]通過(guò)GAM模型分析發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)鹽的上行效應(yīng)是該海域浮游植物現(xiàn)存量的主要控制因素。近年來(lái)研究顯示該海域底層頻繁出現(xiàn)低氧現(xiàn)象, 并形成相當(dāng)面積的低氧區(qū), 而表層浮游植物的大量增長(zhǎng)被認(rèn)為是該海域氧虧損的主要影響因素之一[7, 17-18]。然而,目前對(duì)于沖淡水對(duì)浮游植物影響的研究仍然缺乏數(shù)據(jù)積累, 而且浮游植物在低氧區(qū)形成中的作用也有待深入研究。

葉綠素a作為浮游植物光合作用的主要色素[19],是評(píng)價(jià)浮游植物現(xiàn)存量的一個(gè)重要指標(biāo)[20]。本文基于2013年枯水期(3月份)與豐水期(8月份)兩個(gè)航次的多學(xué)科海洋調(diào)查資料, 對(duì)兩個(gè)時(shí)期葉綠素a的分布特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究, 分析了其與溫度、鹽度和營(yíng)養(yǎng)鹽等環(huán)境因子的關(guān)系。結(jié)合前期研究, 選取重要斷面和典型站位, 分析了長(zhǎng)江沖淡水對(duì)浮游植物現(xiàn)存量分布的影響, 初步探討了浮游植物對(duì)于該海域低氧區(qū)形成的影響和作用。相關(guān)結(jié)果為研究長(zhǎng)江口及其鄰近海域浮游植物的生態(tài)學(xué)特征提供了基礎(chǔ)資料, 有助于進(jìn)一步明晰該區(qū)域低氧區(qū)形成的主要影響因素。

1 材料和方法

1.1 研究站位

于2013年枯水期(2013/3/4~2013/3/20)和豐水期(2013/8/17~2013/8/28)分別在長(zhǎng)江口及其鄰近海域(28.5°N~32.5°N、125°E以西)布設(shè)64個(gè)、36個(gè)站位(圖1), 進(jìn)行了2次水文、化學(xué)和生物的多學(xué)科綜合調(diào)查。

圖1 研究區(qū)域與調(diào)查站位Fig. 1 Study area and sampling stations

1.2 樣品采集與分析

現(xiàn)場(chǎng)樣品的采集、保存及部分環(huán)境參數(shù)的測(cè)定按照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB 17378.3-2007)進(jìn)行。各站位根據(jù)水深采集標(biāo)準(zhǔn)層水樣, 包括表層、5、10、20、30、50 m和底層(底上2 m), 底層與標(biāo)準(zhǔn)層間隔小于3 m時(shí)只采集底層水樣。各層水樣的溫度、鹽度、PH值由船載CTD(SBE917)同步獲得。

水樣采集后, 立即用潔凈的200 μm孔徑篩絹濾去中型及以上的浮游生物, 然后量取300~500 mL預(yù)過(guò)濾水樣, 抽濾到Whatman GF/F玻璃纖維濾膜上(<50 kPa負(fù)壓), 濾膜經(jīng)鋁箔包裹后置于–20℃冰箱內(nèi)冷凍保存; 實(shí)驗(yàn)室內(nèi)葉綠素樣品在低溫避光條件下, 經(jīng)90%丙酮萃取24 h后, 使用Trilogy熒光計(jì)(Turner Design)測(cè)定上清液酸化前后的熒光值, 按照Parsons 等[21]的公式計(jì)算樣品中葉綠素a的濃度。營(yíng)養(yǎng)鹽樣品用SKALAR自動(dòng)分析儀測(cè)定, 硝酸鹽、硅酸鹽和磷酸鹽分別采用鉻銅還原法、硅鉬藍(lán)法、鉬銻抗法分析[22]; DO的測(cè)定采用Winkler碘量法[23]; 溶解氧飽和度的計(jì)算參照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB 12763.4-2007)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

葉綠素a與主要環(huán)境因子間的相互關(guān)系通過(guò)SPSS 18.0軟件的Pearson相關(guān)性分析完成; 葉綠素a等值線分布圖采用Golden Software Surfer 12.0軟件生成。

2 結(jié)果

2.1 長(zhǎng)江口及其鄰近海域水文特征

2.1.1 環(huán)境因子及營(yíng)養(yǎng)鹽狀況

調(diào)查期間, 長(zhǎng)江口及鄰近海域在枯水期水溫偏低, 且沿離岸方向呈遞增趨勢(shì), 其表層水溫為6.04~14.09℃ , 平均為11.51℃ (表1)。 而在豐水期,該海域表層水溫較高, 為17.18~29.30℃ , 平均為24.02℃。

該海域表層鹽度沿沖淡水向外有逐漸升高趨勢(shì),其梯度在兩個(gè)調(diào)查期存在明顯差異(圖2)?？菟?調(diào)查海域的表層鹽度為19.12~34.17, 等鹽線在口門外向東南伸展, 30等鹽線位于123°E附近。豐水期,隨著長(zhǎng)江徑流量增大, 鹽度整體較低。低鹽水舌出口門后向東北偏北和東南方向偏轉(zhuǎn), 30等鹽線較枯水期向東擴(kuò)展, 延伸至124°E。從表層鹽度水平分布看,長(zhǎng)江沖淡水出口門后偏轉(zhuǎn)方向與歷史資料一致。在徑流量小的枯水期朝東北偏北方向擴(kuò)展, 而在豐水期則分為兩股, 分別向東北偏北和東南擴(kuò)展[24]。同時(shí),表層鹽度的變化范圍比底層大, 表明長(zhǎng)江沖淡水對(duì)該海域上層水體有更大的影響。

表1 長(zhǎng)江口及其鄰近海域環(huán)境因子值Tab. 1 Variation in environmental factors in the Changjiang River Estuary (CE) and adjacent waters

圖2 研究區(qū)域表層鹽度分布Fig. 2 Distribution of Sal in the surface water of the survey area

由于徑流量的不同, 該海域營(yíng)養(yǎng)鹽水平在兩個(gè)調(diào)查期也存在著明顯差異, 但營(yíng)養(yǎng)鹽高值區(qū)均分布在近岸海域?？菟? 硝酸鹽濃度在2.97~67.13 μmol/L之間, 平均濃度為12.09 μmol/L, C4站最高; 硅酸鹽濃度在3.99~59.12 μmol/L之間, 平均濃度為17.23 μmol/L, C4站最高; 磷酸鹽濃度相對(duì)較低在0.30~1.40 μmol/L之間, 平均為0.58 μmol/L。豐水期營(yíng)養(yǎng)鹽水平較枯水期有所升高, A3-4站濃度最高; 硝酸鹽的平均濃度為14.17 μmol/L; 硅酸鹽濃度在1.81~101.04 μmol/L之間, 平均濃度為17.41 μmol/L; 磷酸鹽濃度在0.01~ 1.86μmol/L之間, 平均濃度為0.65 μmol/L。

2.1.2 沖淡水?dāng)嗝娴乃奶卣?/p>

根據(jù)長(zhǎng)江沖淡水的擴(kuò)展特征以及對(duì)數(shù)據(jù)的初步分析, 本研究選取3條斷面(枯水期A5斷面, 豐水期A5與A2斷面)分別研究其對(duì)該海域水體垂向分布特征的影響(圖3)。豐水期, 沖淡水覆蓋了整個(gè)斷面的上層, 10 m以淺水體等鹽線密集, 鹽度垂直梯度非常明顯, 存在鹽度躍層; 下層水體由高鹽水控制, 垂直變化較小。枯水期30等鹽線相對(duì)于豐水期向近岸移動(dòng), 鹽度較低區(qū)垂直變化較為明顯, 高鹽度區(qū)域鹽度的垂直變化很小, 水體混合較為均勻。

2.2 葉綠素a的分布

2.2.1 葉綠素a的水平分布

本研究對(duì)長(zhǎng)江口及鄰近海域的葉綠素a進(jìn)行了調(diào)查(圖4)?？菟? 表層葉綠素a濃度變化范圍為0.44~2.07 μg/L, 平均值為0.77 μg/L。葉綠素a水平由近岸向外海呈先逐漸升高再降低的趨勢(shì), 高值區(qū)主要出現(xiàn)在調(diào)查區(qū)中部122.5°E~123°E附近海域, A6-7站最高。近岸海域葉綠素a濃度較低, 均低于0.7 μg/L。豐水期, 由于營(yíng)養(yǎng)鹽輸入的增加, 浮游植物的生長(zhǎng)旺盛, 表層葉綠素a濃度升高, 分布范圍為0.36~32.05 μg/L, 平均值為5.18 μg/L; 葉綠素a高值區(qū)分布在調(diào)查區(qū)的中部和西北部, 122.5°E ~123°E之間。在30等鹽線以內(nèi), 其中有5個(gè)站位葉綠素a濃度超過(guò)10 μg/L, 2個(gè)站位超過(guò)20 μg/L(現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)海水變色), 以A2-4站最高。

圖3 沖淡水?dāng)嗝鏈囟?、鹽度、葉綠素a、DO剖面Fig. 3 T, Sal, DO, and Chl a in section profiles

圖4 研究區(qū)域表層葉綠素a、底層DO分布Fig. 4 Distribution of Chl a in the surface water and DO of the bottom water in the survey area

2.2.2 葉綠素a的垂直分布

為進(jìn)一步了解葉綠素a的分布特征, 根據(jù)A5和A2斷面, 分析了沖淡水對(duì)葉綠素a垂直分布的影響(圖3)。其中, 枯水期A5斷面葉綠素a垂直分布相對(duì)均勻, 濃度在10 m以淺水層相對(duì)較高。在調(diào)查區(qū)中部表層有一相對(duì)高值中心(A5-7), 其葉綠素a濃度為1.93 μg/L。豐水期A2和A5斷面葉綠素a的垂直分布均具有較強(qiáng)的層化(表層>底層)。其中, A2斷面的A2-4站位表層葉綠素a濃度最高, 達(dá)32.05 μg/L, 高值區(qū)以深及離岸方向葉綠素a濃度明顯降低。

2.3 溶解氧的分布

海水中溶解氧濃度與浮游植物的生長(zhǎng)繁殖密切相關(guān), 同時(shí)受徑流量、降水量、溫度、海水的物理運(yùn)動(dòng)以及沿海海域中生物活動(dòng)的影響[25]。本研究對(duì)兩個(gè)時(shí)期的表層和底層的DO進(jìn)行調(diào)查。由圖4可知:枯水期DO垂向分布比較均勻, 表、底層DO平均濃度分別為8.95 mg/L和8.71 mg/L, 濃度范圍分別為5.94~10.16 mg/L和4.04~10.64 mg/L; 表、底層溶解氧飽和度平均值為99.24%和96.63%, 范圍分別為62.22%~105.94%和42.49%~107.25%, 不存在明顯低氧現(xiàn)象。而在豐水期, 表、底層DO平均值6.56 mg/L 和3.49 mg/L, 濃度范圍分別是4.31~11.06 mg/L和0.64~5.32 mg/L; 表、底層溶解氧飽和度平均值為98.40%和53.34%, 范圍分別為59.08%~166.62%和9.17%~77.97%。底層其中有五個(gè)站位DO濃度低于2 mg/L, A1-4站位DO與溶解氧飽和度最低, 溶解氧的低值區(qū)位于調(diào)查海域的西北部。

2.4 典型站位水環(huán)境及生態(tài)因子分布

本研究選取豐水期溫鹽躍層明顯、葉綠素a濃度較高的A2-4、A4-7兩個(gè)站位, 研究了其DO、葉綠素a、溫度以及鹽度的分布情況(圖5)。A2-4站位表層葉綠素a濃度達(dá)32.05 μg/L, 磷酸鹽濃度為0.23 μmol/L , 硅酸鹽濃度為43.23 μmol/L , DIN/P比為193.57, Si/N為0.97; A4-7站位表層葉綠素a濃度達(dá)23.11 μg/L, 磷酸鹽濃度為0.25 μmol/L , 硅酸鹽濃度為1.81 μmol/L , DIN/P為50.22, Si/N為0.14。兩個(gè)站位相比較, A4-7站位硅酸鹽濃度較低且Si/N比值低于Redfield常數(shù), 有硅限制的可能。垂直分布情況: 其中, A2-4站位葉綠素a分層明顯, 在10 m以淺水層濃度較高, 表層出現(xiàn)最高值, 為32.05 μg/L; 葉綠素a在中層迅速降低, 底層濃度最低, 而且表層是底層濃度的接近20倍。A2-4站位對(duì)應(yīng)的DO分布與葉綠素a趨勢(shì)一致, 10 m以深水層DO濃度較低, 在底層達(dá)到低氧范圍, 最低含量?jī)H為1.24 mg/L。這可能因?yàn)楦∮沃参锓敝钞a(chǎn)生的大量有機(jī)碳沉降至底層大量消耗溶解氧, 而溫、鹽躍層的存在阻礙了表層氧向底層的擴(kuò)散, 使得底層溶解氧量得不到及時(shí)的補(bǔ)充, 導(dǎo)致底層DO遠(yuǎn)低于表層。A4-7站位DO垂向變化趨勢(shì)與葉綠素a相似, 最高值均出現(xiàn)在表層, 從表層到底層依次降低。由于A4-7站位與A2-4相比較, 溫鹽躍層相對(duì)較弱、表層葉綠素a濃度相對(duì)較低,而底層溶解氧濃度則相對(duì)較高。

圖5 典型站位溫度、鹽度、葉綠素a、DO的垂直分布Fig. 5 Vertical profile of T, Sal, DO, and Chl a at the typical stations A2-4 and A4-7

3 討論

3.1 長(zhǎng)江沖淡水影響調(diào)查海域葉綠素a的分布

浮游植物的特征及動(dòng)態(tài)變化受溫度、光照、營(yíng)養(yǎng)鹽等多個(gè)環(huán)境因子綜合作用的影響。寧修仁等[15]認(rèn)為浮游植物生物量鋒面的出現(xiàn)是光照強(qiáng)度和營(yíng)養(yǎng)鹽含量最佳權(quán)衡的結(jié)果。韓秀榮[26]分析了長(zhǎng)江口及鄰近海域2002-2007年間多次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù), 發(fā)現(xiàn)溫度、光照和營(yíng)養(yǎng)鹽是該海域浮游植物植物生長(zhǎng)的主要影響因子。本研究對(duì)調(diào)查海域葉綠素a與環(huán)境因子進(jìn)行了相關(guān)性分析(表2), 結(jié)果顯示: 枯水期表層葉綠素a濃度與環(huán)境因子無(wú)顯著相關(guān)性; 底層溶解性無(wú)機(jī)氮與葉綠素a濃度呈顯著正相關(guān)(P<0.05)。而在豐水期, 表層葉綠素a濃度與鹽度、溶解氧呈極顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.01); 底層葉綠素a濃度與鹽度呈顯著的負(fù)相關(guān), 與磷酸鹽呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05), 可見(jiàn)長(zhǎng)江沖淡水過(guò)程對(duì)該海域浮游植物現(xiàn)存量的空間分布具有重要的影響。本研究中兩個(gè)調(diào)查期葉綠素a濃度高值區(qū)位于調(diào)查海域的中部, 122.5°E~ 123°E之間, 30等鹽線以內(nèi)的低鹽區(qū)。這與寧修仁等[15]發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)江口門以東約100 km的海域出現(xiàn)生物生產(chǎn)力鋒面的研究結(jié)果相一致。

海域的環(huán)境因子可以影響水體葉綠素a的分布,同時(shí)葉綠素a也是反映該海域生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀的重要指標(biāo)。近年來(lái)隨著沿海地區(qū)人口增加、工農(nóng)業(yè)發(fā)展和城市化進(jìn)程加快, 長(zhǎng)江口及其鄰近海域營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩,水體富營(yíng)養(yǎng)化程度加深, 有害藻華發(fā)生的次數(shù)明顯增多[27]。對(duì)比歷史資料, 該海域葉綠素a濃度呈現(xiàn)出波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)(表3)。本研究結(jié)果顯示, 豐水期其中有5個(gè)站位葉綠素a濃度超過(guò)10 μg/L, 2個(gè)站位超過(guò)20 μg/L, 以A2-4站最高達(dá)32.05 μg/L, 現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)海水變色現(xiàn)象。

表2 長(zhǎng)江口及其鄰近海域葉綠素a與環(huán)境因子的相關(guān)性分析Tab. 2 Pearson correlation analysis between Chl a concentrations and environmental variables in the CE and adjacent waters

表3 長(zhǎng)江口及其鄰近海域葉綠素a的變化趨勢(shì)Tab. 3 Long-term trend of Chl a concentration (μg/l) in the CE and adjacent waters

3.2 調(diào)查海域浮游植物分布特征與低氧區(qū)分布一致

近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn), 長(zhǎng)江口外底層水體存在顯著的低氧區(qū)[25, 35-36]。1999年夏季觀測(cè)到的低氧區(qū)面積達(dá)13 700 km2, 平均厚度達(dá)20 m, 溶解氧最低值達(dá)到1 mg/L; 2002年春季也發(fā)現(xiàn)了較大面積的溶解氧低值區(qū); 特別是夏季長(zhǎng)江口外低氧區(qū)呈現(xiàn)位置北移、溶解氧最低值波動(dòng)下降和面積擴(kuò)大的變化趨勢(shì)。本研究中豐水期有五個(gè)站位底層溶解氧濃度低于2 mg/L,最低值僅為0.64 mg/L, 溶解氧飽和度最低值為9.17%; 與歷史資料相比, 溶解氧的平均值與最低值都低于歷史同期數(shù)據(jù)。同時(shí), 本研究中低氧區(qū)主要位于31.56°N~32.06°N, 122.45°E~123.50°E, 與馬永存等[37]的調(diào)查結(jié)果(核心低氧范圍為30.60°N~31.10°N, 123°E~123.20°E)相比, 出現(xiàn)了位置北移、面積擴(kuò)大的趨勢(shì)。水體中溶解氧的消耗受浮游植物光合作用與有機(jī)物分解耗氧不平衡的影響; 當(dāng)水體中溶解氧濃度低于2 mg/L時(shí), 生物的生長(zhǎng)及生境將受到威脅與破壞。近年來(lái), 長(zhǎng)江口及其鄰近海域富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重,長(zhǎng)江徑流輸送N、P等污染物的不斷增加促進(jìn)了表層浮游植物的生長(zhǎng), 大量浮游植物衰亡后沉降到水底,大量有機(jī)質(zhì)在底層發(fā)生生物降解消耗大量氧氣, 同時(shí)溫鹽躍層的存在限制了表層氧向底層擴(kuò)散, 使得底層氧不能得到及時(shí)補(bǔ)充, 從而加劇了該海域氧的虧損。

在本研究中, 豐水期溶解氧低值區(qū)與表層葉綠素濃度較高站位分布大致吻合, 均分布在調(diào)查海域的西北部。同時(shí), 結(jié)合豐水期溶解氧分布與環(huán)境因子進(jìn)行的相關(guān)性分析的結(jié)果: 表層與底層之間的ΔDO 與ΔT、ΔS和ΔChl a都呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系(P<0.01), 表明溶解氧分布受水體層化、浮游植物有機(jī)物分解作用的影響。研究認(rèn)為表層浮游植物產(chǎn)生的大量顆粒態(tài)有機(jī)碳向底層輸送并在底層進(jìn)行化學(xué)和生物氧化, 同時(shí)溫鹽躍層限制了表層氧向底層擴(kuò)散是低氧區(qū)形成的內(nèi)在機(jī)制[25]。長(zhǎng)江口及其鄰近海域與世界其他河口水域的低氧現(xiàn)象類似, 低氧區(qū)的形成是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程, 受浮游植物豐度及群落結(jié)構(gòu)組成、有機(jī)物在底層的停留時(shí)間、溫度、水體層化、海底地形等多種因素的共同影響, 因此浮游植物沉降對(duì)于底層缺氧區(qū)形成的量化貢獻(xiàn)有待進(jìn)一步的研究。另外, 受調(diào)查條件的限制, 本研究獲得的現(xiàn)場(chǎng)水文資料較少, 對(duì)于長(zhǎng)江口外低氧區(qū)形成與浮游植物之間的關(guān)系未能深入討論, 今后需做進(jìn)一步的研究。

4 結(jié)論

(1) 長(zhǎng)江口及其鄰近海域葉綠素a的分布受長(zhǎng)江沖淡水的影響, 在枯水期與豐水期存在明顯的差異。葉綠素a濃度在豐水期較高, 平均值為5.18 μg/L, 最高值達(dá)32.05 μg/L(現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)海水變色現(xiàn)象), 高值區(qū)位于調(diào)查區(qū)的中部和西北部; 而在枯水期濃度較低,平均值僅為0.68 μg/L, 分布范圍為0.44~2.07 μg/L,相對(duì)高值區(qū)位于沖淡水中部, 122.5°E~123°E之間。與同期歷史資料對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)該海域葉綠素a濃度呈現(xiàn)出波動(dòng)增長(zhǎng)趨勢(shì)。

(2) 枯水期水體垂直混合均勻, 不存在明顯低氧現(xiàn)象。豐水期在調(diào)查海域西北部底層出現(xiàn)溶解氧低值區(qū)與低氧區(qū), 溶解氧最低值僅為0.64 mg/L, 與歷史資料相比較出現(xiàn)了位置北移、面積擴(kuò)大、溶解氧最低值下降的趨勢(shì); 而且底層溶解氧低值區(qū)分布與表層葉綠素高值區(qū)大致吻合, 表明低氧現(xiàn)象與表層浮游植物的生長(zhǎng)和現(xiàn)存量密切相關(guān)。

致謝: 感謝俞志明課題組提供營(yíng)養(yǎng)鹽和溶解氧數(shù)據(jù)。

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(本文編輯: 康亦兼)

Distribution of chlorophyll a and its correlation with the formation of hypoxia in the Changjiang River Estuary and its adjacent waters

LI Zhao1, 2, SONG Shu-qun1, LI Cai-wen1
(1. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

May, 18, 2015

chlorophyll a (Chl a); Yangtze River Estuary; phytoplankton; dilution water; dissolved oxygen

Based on multi-discipline surveys in the Changjiang River Estuary and its adjacent waters in March and August 2013, the distribution of chlorophyll a (Chl a) as well as its correlation with major environment factors were studied. The results indicated that Chl a concentration was higher during the flood period, with an average of 5.18 μg/L and a maximum of 32.05 μg/L. The Chl a concentration during the flood period showed a fluctuating growth trend as compared to historical data, and the water containing a relatively high Chl a level appeared in the middle of the diluted area bounded by 122.5–123°E. A low level of dissolved oxygen (DO) and hypoxia was observed in the near-bottom waters during the flood period, with a minimum value of 0.64 mg/L. These results indicated that the hypoxic zone expanded and had a trend of moving northward, while the minimum DO value decreased significantly as compared to the historical records. The lower DO zone in near-bottom water was associated with the surface water with higher Chl a, indicating a close correlation between DO at the bottom and Chl a. Therefore, with strong water stratification, the flourishing of phytoplankton in the surface water may directly contribute to the formation of low-oxygen zones in near-bottom water.

P76, Q948.8

A

1000-3096(2016)02-0001-10

10.11759/hykx20150518001

2015-05-18;

2015-07-06

中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(A類)資助(XDA11020302);國(guó)家基金委-山東省聯(lián)合基金項(xiàng)目(U1406403); 中國(guó)科學(xué)院“百人計(jì)劃”項(xiàng)目資助

李照(1990-), 女, 山東濟(jì)南人, 碩士研究生, 主要從事浮游植物生態(tài)學(xué)研究, E-mail: lizhao0708@126.com; 李才文, 通信作者,研究員, E-mail: cwli@qdio.ac.cn