劉鵬霞,劉子洲,翟方國,顧艷鎮(zhèn),何健龍,靳 洋,何 鑫,陳愛華

(1.中國海洋大學 海洋與大氣學院,山東 青島 266100; 2.山東省海洋資源與環(huán)境研究院,山東 煙臺264006; 3.乳山市海洋監(jiān)測中心,山東 威海 264500)

海水中的溶解氧(dissolved oxygen,DO)能夠指示海洋生物生長和海洋環(huán)境質量狀況,其含量和變化趨勢已經(jīng)成為全球性的研究課題。在氣溫和海表面溫度升高的趨勢下,近岸和深海大洋的溶解氧濃度逐年降低[1-3],其中,河口、沿岸和灣流區(qū)出現(xiàn)的低氧現(xiàn)象(溶解氧濃度小于2 mg/L)[4]更受人關注。

黃海作為典型的半封閉型陸架淺海,大氣、海洋和陸地相互作用強烈,被稱為黃海大海洋生態(tài)系[5]。山東半島呈楔狀深入黃海,海岸線變化曲折[6],其近岸海域是我國重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)和漁業(yè)捕撈場所[7],截至2019年,山東省共建成44個國家級海洋牧場示范區(qū)。山東沿岸海域在我國現(xiàn)代化漁業(yè)建設中占據(jù)了重要地位,其生態(tài)環(huán)境狀況受到關注,李先超等人對山東半島沿岸及海灣內的溶解氧進行了較深入研究[8-14]。但是,受限于時空尺度,目前關于黃海溶解氧的監(jiān)測主要集中在南黃海,且采樣站點也多離岸較遠[15-17],而近岸海域溶解氧的研究則多基于少數(shù)海灣或單一季節(jié),本文根據(jù)2015—2017年的溶解氧資料,探究山東半島東部近海溶解氧的時空分布特征和影響因素。

1 數(shù)據(jù)和方法

1.1 數(shù)據(jù)

本文所用數(shù)據(jù)來自山東省海洋資源與環(huán)境研究院及山東省周邊的地方海洋環(huán)境監(jiān)測站(如威海市海洋環(huán)境監(jiān)測中心、乳山市海洋環(huán)境監(jiān)測站等),監(jiān)測參量包括溶解氧體積濃度(以下簡稱溶解氧濃度,mg/L)、水溫(℃)、鹽度和pH,數(shù)據(jù)監(jiān)測按照海洋環(huán)境監(jiān)測規(guī)范(GB 17378.4—2007)執(zhí)行,其中溶解氧采用碘量法測得,水溫和鹽度由CTD測得,pH由pH計測得,表層采樣深度均為0.5 m,底層采樣深度視站位水深而定。資料時間長度為2015—2017年這3年的3月、5月、8 月、10 月,空間范圍為 120.9°E～122.8°E,36.0°N～37.4°N。每個月的監(jiān)測站位大致相同,僅個別站位有出入,各變量的具體監(jiān)測站位數(shù)量如表1所示。因此統(tǒng)一監(jiān)測站位,共得到表層149個站位,底層35個站位,并以此作為下文溶解氧分析結果的依據(jù)。研究區(qū)域的地形如圖1所示,可以看出,山東半島東部近海包含眾多海灣,自北至南分別有榮成灣、桑溝灣、靖海灣、五壘島灣、乳山灣和丁字灣,水深均在20 m以淺,而成山頭和石島海域,水深較深,可達30 m。

表1 研究海域監(jiān)測站位分布數(shù)量表Tab.1 Distribution of monitoring stations in the study sea area

圖1 山東半島東部近海地形Fig.1 Coastal sea area topography of the eastern Shandong Peninsula

1.2 計算方法

海水的飽和溶解氧濃度計算過程參見文獻[18],表觀耗氧量(apparent oxygen utilization,AOU)的計算公式如下:

其中,DOsat為根據(jù)實測溫鹽數(shù)據(jù)計算的飽和溶解氧濃度,DOobs為現(xiàn)場實測的海水溶解氧濃度。

2 結果分析

山東半島東部近海海域DO體積濃度(以下簡稱DO濃度)的區(qū)域平均值和變化范圍如表2所示,可以看出,DO濃度的季節(jié)變化為3月＞5月＞10月＞8月。根據(jù)《中華人民共和國海水水質標準(GB 3097—1997)》,可知研究海域的 DO整體符合一類海水水質(DO＞6 mg/L)標準,但在夏季某些監(jiān)測站位的海水水質較差,僅為三類海水(DO＞4 mg/L)。此外,在監(jiān)測期間,表底層均未出現(xiàn)DO濃度低于2 mg/L的低氧現(xiàn)象。

表2 山東半島東部近海溶解氧濃度及變化范圍/(mg·L-1)Tab.2 Concentration and variation range of DO in the eastern coastal area of the Shandong Peninsula (mg·L-1)

表層(圖2)和底層(圖3)的DO濃度在空間上均呈不連續(xù)的塊狀分布,且表現(xiàn)出多尺度的時間變化特征。下文將以此為依據(jù),分析和探究山東半島東部近海DO濃度的時空變化特征和影響機制。

圖2 表層原始溶解氧體積濃度空間分布散點圖Fig.2 Scatter diagram of the spatial distribution of surface DO volume concentration

圖3 底層原始溶解氧體積濃度空間分布散點圖Fig.3 Scatter diagram of the spatial distribution of bottom DO volume concentration

2.1 多年平均分布

DO濃度多年平均值和標準差的空間分布如圖4所示。根據(jù)DO濃度的平面分布特征和波動特征,并結合山東半島近海海域的區(qū)位條件和海域功能(如成山頭海域為潮汐、潮流等海洋能利用區(qū),乳山灣海域為增養(yǎng)殖漁業(yè)資源利用區(qū)等),本文將研究區(qū)域分為4塊小區(qū),分別是成山頭至桑溝灣近海區(qū)域(下文記為Ⅰ區(qū))、石島至五壘島灣近海區(qū)域(下文記為Ⅱ區(qū))、乳山灣及至丁字灣近海區(qū)域(下文記為Ⅲ區(qū))和丁字灣外海區(qū)域(下文記為Ⅳ區(qū))(圖4a)。多年平均值能夠清晰地表明DO的空間分布形態(tài),由圖4a可以看出,表層DO濃度的區(qū)域平均值為8.58 mg/L,變化范圍為7.70～9.44 mg/L,在空間上呈現(xiàn)出北高南低、外海高于近岸、灣內低于灣外的分布特點; 由圖4c可以看出,底層監(jiān)測站位主要分布在成山頭至石島近海和丁字灣外海等水深較深的站位,底層DO濃度的區(qū)域平均值為 8.63 mg/L,變化范圍為 7.93～9.36 mg/L,其平面分布特征與表層基本一致,僅石島近海海域的DO濃度較表層略低。表底層DO濃度的一致性反映出上下層水體的均一性較強,這主要是由于研究海域水深較淺,水體混合較均勻所致。

標準差能夠反映 DO濃度隨月份的波動情況,由圖4b和4d可以看出,DO濃度的標準差也呈塊狀分布,且表底層標準差的量值大小和分布形態(tài)基本一致。其中,Ⅱ區(qū)站位的標準差基本小于1 mg/L,為標準差低值區(qū),尤其以石島近海的標準差最小,說明當?shù)氐腄O濃度比較穩(wěn)定,波動幅度較小。Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)和Ⅳ區(qū)站位的標準差量值相當,基本處于 1.5～2.5 mg/L的范圍內,標準差最大值出現(xiàn)在Ⅲ區(qū)的乳山灣內,為2.68 mg/L。DO波動較大的區(qū)域,其影響因素不同,Ⅰ區(qū)和Ⅳ區(qū)的 DO主要受黃海潮波系統(tǒng)的影響,而Ⅲ區(qū)DO則受人類活動的影響更大。

圖4 溶解氧體積濃度多年平均值和標準差空間分布Fig.4 Spatial distribution of multiyear average (a: surface layer; c: bottom layer) and standard deviation (b: surface layer;d: bottom layer) of DO

2.2 季節(jié)和年際變化

區(qū)域平均的DO濃度時間序列如圖5a所示。可以看出,在監(jiān)測期間 DO濃度呈現(xiàn)出顯著的月際變化特征,表現(xiàn)為一年內3月最高,8月最低。全部站位與表層站位的 DO濃度變化趨勢幾乎完全一致,而底層 DO濃度與之有明顯差異,具體表現(xiàn)為除2015年3月、10月和2017年8月、10月外,其他月份底層的 DO濃度均高于表層。鑒于底層的監(jiān)測站位多位于水深較深的近外海區(qū)域,因此側面反映出外海的DO濃度高于近岸。

為更好地探究 DO濃度的季節(jié)變化特征,畫出逐月平均的 DO濃度空間分布如圖5b—i所示。由圖5b—e可以看出,表層DO濃度的季節(jié)變化特征為3 月(10.2 mg/L)＞5 月(8.63 mg/L)＞10 月(8.10 mg/L)＞8月(7.44 mg/L),即觀測期間內春季DO濃度最高、夏季最低。海水溫度對氧氣的溶解度起主要作用,海水溫度越高,溶解度越低,反之亦然,因此DO濃度的季節(jié)變化趨勢與溫度相反。水平分布上,表層DO濃度具有明顯的塊狀特征,且不同月份的空間分布形態(tài)不同,具體表現(xiàn)為: 3月,除Ⅱ區(qū)為DO濃度低值區(qū)外,其他區(qū)域均為相對的 DO濃度高值區(qū),尤其以成山頭和乳山灣鄰近海域的 DO濃度最高,可達12 mg/L; 5月,研究區(qū)域的DO濃度自北向南逐漸降低,Ⅰ區(qū)為DO濃度高值區(qū),Ⅱ區(qū)為過渡區(qū),Ⅲ區(qū)為低值區(qū),而位于相對外海的Ⅳ區(qū),其DO濃度不同于相鄰的近海站位,表現(xiàn)為高DO濃度(約為10.5 mg/L);8月和 10月 DO濃度的空間分布形態(tài)基本一致,均與 3月呈相反態(tài)勢,即除Ⅱ區(qū)為 DO濃度高值區(qū)外,其他區(qū)域均為相對的DO濃度低值區(qū),其中DO濃度最低值出現(xiàn)在乳山灣內(＜5 mg/L),10月的DO濃度分布較 8月更為均勻、空間變化幅度更小。對于不同小區(qū),其季節(jié)變化特征不完全相同,Ⅱ區(qū)變化較小,Ⅰ區(qū)成山頭和Ⅲ區(qū)乳山灣近岸海域的 DO濃度變化較為劇烈。底層DO濃度的季節(jié)變化特征與表層基本一致,表現(xiàn)為 3 月(10.1 mg/L)＞5 月(8.97 mg/L)＞10月(7.90 mg/L)＞8月(7.52 mg/L),空間分布形態(tài)也基本相同,此處不再贅述(圖5f—i)。

圖5 DO濃度區(qū)域平均時間序列(a)和逐月平均值(b—e: 表層; f—i: 底層)、年平均值(j—l: 表層; m—o: 底層)平面分布Fig.5 Regional mean time series (a) and spatial distribution of monthly (b-e,surface layer; f-i,bottom layer) and annual average (j-l,surface layer; m-o,bottom layer) of DO

DO濃度年平均值能夠反映DO在一年內的整體分布情況(圖5j—o),由圖5j—l可以看出,表層DO濃度的年際變化趨于穩(wěn)定,隨年份僅有輕微波動,表現(xiàn)為 2015 年(8.75 mg/L)＞2017 年(8.62 mg/L)＞2016 年(8.39 mg/L)。在不同年份,表層DO均呈現(xiàn)北高南低的分布趨勢,但不同小區(qū)的年際變化不同,具體表現(xiàn)為: Ⅰ區(qū)為 DO 濃度高值區(qū),隨年份無明顯變化; Ⅱ區(qū)尤其是靖海灣和五壘島灣近海的DO年際變化顯著,2015年為DO濃度高值區(qū)(＞9 mg/L),2016年DO濃度顯著降低(＜8 mg/L),而 2017年又有升高(～8 mg/L),但仍處于中等濃度水平; Ⅲ區(qū)為 DO濃度低值區(qū),尤其在2016年出現(xiàn)DO濃度極低值(＜7.5 mg/L); Ⅳ區(qū)的DO濃度隨年份有升高趨勢,自8.5 mg/L升高至9 mg/L左右。底層的 DO濃度表現(xiàn)為 2017年(8.65 mg/L)＞2015年(8.63 mg/L)＞2016年(8.61 mg/L),其年際變化與表層不完全相同,主要是Ⅱ區(qū)和Ⅳ區(qū)的 DO濃度在 2015年與表層相差較大,其他年份則基本一致(圖5m—o)。

2.3 垂向分布

為探究不同月份的 DO濃度垂向分布特征,畫出DO體積濃度-深度的散點圖(圖6a—d)。其中,各站位的表層監(jiān)測深度均為 0.5 m,水深較深(一般大于 20 m)的站位有中層和底層監(jiān)測數(shù)據(jù),中層監(jiān)測深度一般為10 m,底層監(jiān)測深度視站位具體水深而定,因此,該散點圖主要展示近外海區(qū)域的 DO垂向分布特征?？梢钥闯?3月和5月的DO濃度在垂向上基本呈均勻分布,到了8月和10月,DO濃度隨深度有明顯下降趨勢。對于不同的垂向分布情況,猜測是由于春季受到較強東北季風的作用,導致上下層的水體混合較均勻,垂向上的 DO濃度相差不大; 而到了8月和10月,在強烈的太陽輻射和較弱的偏南季風作用下,研究海域上下層水體交換不通暢,表層高氧水不能及時被帶到底層,再加上底層DO被沉積物消耗,故出現(xiàn)水深越深、DO濃度越低的現(xiàn)象。

圖6 DO-深度散點圖(a—d)和相關站位DO濃度剖面圖(e—h)Fig.6 DO-depth scatter diagram (a-d) and DO concentration profile (e-h) of related stations

選取同時具有表、中、底層監(jiān)測數(shù)據(jù)的站位(位于成山頭、石島和丁字灣外海的少數(shù)站位)畫出其DO濃度剖面圖(圖6e—h),該圖能夠更直觀地展示 DO的垂向分布情況?？梢钥闯?3月多數(shù)站位的垂向分布均勻,表、中、底層的DO濃度基本相同,少數(shù)站位的DO濃度在垂向上有顯著變化,或自表層至底層逐漸增加(或減小),或隨深度先減小后增大。在5月、8月和10月,DO的垂向分布與上述DO-深度散點圖反映的特征一致,此處不再贅述。

2.4 AOU時空分布

研究區(qū)域位于山東半島近岸,存在多條徑流輸入(如靖海灣有青龍河入海,五壘島灣有母豬河及昌陽河入海,乳山灣有乳山河、鋸河入海等),營養(yǎng)鹽含量高,生物化學活動劇烈。AOU能表征水體中 DO的貧富狀態(tài),當 AOU＜0時,說明海水中DO 處于飽和或過飽和的富氧狀態(tài),而當 AOU＞0時,則表明水體處于氧虧損的貧氧狀態(tài)。AOU能夠過濾海水的溫、鹽等物理特性,凸顯生化過程,表層AOU的空間分布和區(qū)域平均的時間序列如圖7所示。

圖7 表層AOU空間分布(a—l)和區(qū)域平均時間序列(m)Fig.7 Spatial distribution of surface AOU (a-l) and regional mean time series (m)

AOU的區(qū)域平均時間序列(圖7m)表明,在監(jiān)測期間,研究海域整體處于 DO飽和或過飽和狀態(tài)(AOU =-0.33 mg/L),僅在少數(shù)月份,區(qū)域平均的 AOU大于0,分別是 2016年 3月(0.06 mg/L)、2016年 10月(0.04 mg/L)和2017年3月(0.16 mg/L),這表明在研究區(qū)域內,浮游植物的光合作用過程基本強于有機物的耗氧過程。同時,山東半島東部近海的AOU也表現(xiàn)出明顯的時空變化(圖10a—l),具體表現(xiàn)為:在監(jiān)測期間,Ⅰ區(qū)海域基本處于富氧狀態(tài),即AOU為明顯負值,僅在少數(shù)時間出現(xiàn)了貧氧現(xiàn)象(2015年8月和2016年3月),這說明Ⅰ區(qū)基本為富氧海水區(qū);Ⅱ區(qū)與Ⅰ區(qū)類似,但在 3月出現(xiàn)貧氧現(xiàn)象(AOU＞0),其他時間該海域的AOU則均為負值,這說明Ⅱ區(qū)海域的生物供氧活動也較強,但在 3月水溫較低的情況下,該海域的浮游植物光合作用較弱; Ⅲ區(qū)海域普遍存在貧氧狀況,除2015年10月外,該區(qū)域均出現(xiàn)貧氧(AOU＞0)站位,尤其以2015年5月、2016年8月和 10月的貧氧范圍大、程度嚴重,猜測這主要是由于當?shù)孛芗乃a(chǎn)養(yǎng)殖導致有機物聚集并大量耗氧; Ⅳ區(qū)海域在春季為富氧狀態(tài)(AOU＜0),而在夏秋季常出現(xiàn) DO濃度不飽和現(xiàn)象,與此對應的是當?shù)厝~綠素濃度較低[19]。

3 影響因素

3.1 溫度和鹽度

利用同期監(jiān)測的海水溫度和鹽度資料,來探究溫鹽要素對DO分布的影響,得到表層實測溫鹽數(shù)據(jù)的區(qū)域平均值及變化范圍如表3所示?？梢钥闯?表層海水溫度具有顯著的季節(jié)變化特征,表現(xiàn)為 8月＞10月＞5月＞3月,監(jiān)測期間的最低溫出現(xiàn)在2016年3月,為 2.6 ℃,最高溫出現(xiàn)在 2016年 8月,為 31.4 ℃,這與表層 DO的季節(jié)變化恰好相反。與海水溫度不同,鹽度的年際變化較季節(jié)變化特征更顯著,監(jiān)測期間的鹽度最低值出現(xiàn)在2017年 8月,為 21.7,最高值出現(xiàn)在2017年5月,為34.6,此外,可以看出區(qū)域平均的鹽度值均小于 33,明顯低于外海海水鹽度,說明研究區(qū)域主要受到由入海江河淡水和高鹽海水混合形成的沿岸水系影響。

表3 山東半島東部近海表層溫度、鹽度Tal.3 Average value and variation range of surface temperature (℃) and salinity in the eastern coastal area of the Shandong Peninsula

表層實測海水溫度的空間分布如圖8所示,結合表3可知,表層海水溫度具有顯著的季節(jié)變化特征: 8月＞10月＞5月＞3月,與研究海域表層DO的季節(jié)變化趨勢恰好相反。溫度是影響海水飽和溶解氧濃度的關鍵因素,溫度越低,飽和DO濃度越高,反之亦然?？傮w上,山東半島東部近海的溫度呈南高北低,近岸高外海低的塊狀分布特征,因此研究海域的海水溫度也可按照 DO的標準劃分成 4區(qū)。具體來看,Ⅰ區(qū)海域在春季和夏季(3月、5月、8月)均為顯著低溫區(qū),與該區(qū)域存在的 DO高值區(qū)相對應(2015年 8月除外),而到了 10月,該區(qū)域的水溫呈現(xiàn)出顯著的年際變化(2015、2016年為高溫區(qū),可達20 ℃; 2017年有所降低,僅為18 ℃左右),并與表層DO濃度的變化呈相反態(tài)勢(2015、2016年較低,約為8 mg/L; 2017年有所升高,約為8.5 mg/L)(見圖2); Ⅱ區(qū)石島鄰近海域的溫度變化特征與Ⅰ區(qū)相似,但5月和8月該海域的水溫較Ⅰ區(qū)高2 ℃左右,對應圖2中較高的DO濃度,而Ⅱ區(qū)的靖海灣和五壘島灣海域在2017年3月和10月表現(xiàn)出異常低溫現(xiàn)象,與DO的濃度對應不完全一致,這說明海水溫度不是影響該海域 DO的唯一因素; Ⅲ區(qū)海域為全年高溫區(qū),尤其以沿岸區(qū)域更加明顯(2017年10月除外),但對應到表層DO,發(fā)現(xiàn)該海域并非全年的DO濃度低值區(qū),且DO濃度最低值多出現(xiàn)在乳山灣和丁字灣口,而不是溫度最高的沿岸海域,猜測陸源輸入對Ⅲ區(qū)海域DO的影響較海水溫度可能更大; Ⅳ區(qū)遠離近岸,其海表溫度隨時間變化較小,且與DO的負相關關系不顯著。綜上所述,山東半島東部海域DO的時空分布受到海水溫度的影響顯著,其中Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)的石島海域主要受海水溫度影響,而其他區(qū)域的海水溫度不是影響 DO的唯一因素,沿岸海域尤其是灣口處的DO濃度在很大程度上受到陸源要素影響。

圖8 表層原始溫度空間分布散點圖Fig.8 Scatter diagram of the spatial distribution of surface temperature

相較海水溫度而言,鹽度的時空變化特征更為復雜,表層實測鹽度的空間分布如圖9所示?？梢园l(fā)現(xiàn),受徑流輸入和降水的影響,研究海域的鹽度在夏季(8月)達到最低,而在其他月份則相差不大。其中Ⅰ區(qū)海域為全年高鹽區(qū),該區(qū)域水深較深,主要受到南黃海高鹽海水的影響; Ⅱ區(qū)石島海域的水深與Ⅰ區(qū)相差不多,但其鹽度卻顯著低于Ⅰ區(qū)的表層鹽度; Ⅲ區(qū)沿岸海域基本為全年的中高鹽度區(qū),包括有淡水輸入的 8月也不例外,可能是由于該海域為水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū),密集的養(yǎng)殖導致大量污水入海,顯著影響了該區(qū)域的鹽度; Ⅳ區(qū)海域位于近外海區(qū)域,但其海水鹽度卻低于鄰近的近岸海水,尤其是在2016年,該差異更為顯著。綜合來看,表層鹽度與DO呈輕微正相關趨勢,但僅從月際的空間分布變化不能明確判斷兩者的相關關系。

圖9 表層原始鹽度空間分布散點圖Fig.9 Scatter diagram of the spatial distribution of surface salinity

為了更直觀地探究海水溫度和鹽度對DO的影響,畫出DO-溫度和DO-鹽度散點圖如圖10a—h所示?？梢钥闯?除 10月外,其他月份的溫度和 DO均呈顯著負相關,而鹽度與 DO呈較顯著的正相關關系,這與上文得到的DO、溫度和鹽度的時空分布特征結論一致。對各個月份的監(jiān)測資料進行區(qū)域平均,得到DO、海水溫度和鹽度的時間序列如圖10i所示。區(qū)域平均的時間序列表明,海水溫度和 DO均具有明顯的季節(jié)變化特征,且隨時間呈顯著負相位變化趨勢,即溫度高,DO濃度反而低,兩者的相關系數(shù)高達-0.95; 與海水溫度和 DO相比,鹽度的季節(jié)變化特征沒有年際特征顯著,此外,區(qū)域平均的時間序列顯示在某些月份,鹽度和 DO濃度呈正相位變化趨勢,但相關系數(shù)較低,表明兩者并不顯著相關。

圖10 表層DO-溫度、DO-鹽度散點圖(a—h)和區(qū)域平均時間序列(i)Fig.10 Surface DO-temperature (a-d),DO-salinity scatter diagrams (e-h),and regional mean time series (i)

3.2 生物與化學因素

分析表明,Ⅲ區(qū)海域在5月、8月和10月常為DO濃度低值區(qū),且DO濃度與海水溫度的負相關對應關系不完全吻合,這說明溫度不是影響當?shù)?DO的唯一因素,猜測陸源輸入也起到一定的調控作用。為此,下文用 pH來衡量海水受陸源污染物的影響程度,得到研究海域表層的 pH分布如圖11所示,并與Ⅲ區(qū)的DO濃度分布進行對比。中華人民共和國海水水質標準(GB 3097—1997)規(guī)定,pH在 7.8～8.5的海水為一、二類水質,適用于海洋漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖等對水質要求較高的生產(chǎn)活動,而 pH在6.8～8.8范圍內的海水則屬于第三、四類水質,這類海水只適用于工業(yè)用水和海洋港口建設。由圖11可以看出,Ⅲ區(qū)乳山灣內的pH在5月、8月和10月均小于7.8,Ⅲ區(qū)沿岸海域的pH也常超過一、二類海水水質標準范圍,其中2015年5月和8月均低于7.8,而2016年8月和2017年(3月除外)則高于8.5,這說明Ⅲ區(qū)海水水質確實受到由陸源輸入和水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生的有機物污染。而在灣口和沿岸海域大量聚集的有機物,其降解過程也會大量消耗海水中的DO,導致Ⅲ區(qū)海域為常年的DO濃度低值區(qū),佐證了上文中關于研究海域低DO濃度和貧氧現(xiàn)象發(fā)生原因的猜測。

圖11 表層原始pH空間分布散點圖Fig.11 Scatter diagram of the spatial distribution of surface pH

海水DO的時空分布特征和影響因素非常復雜,涉及物理、生物、化學等多種過程。本文缺少營養(yǎng)鹽等化學要素數(shù)據(jù),因此對影響因素的探討不夠全面。因此,未來在實測資料的基礎上,可以借助三維生態(tài)動力學模型來全面地模擬近岸海域生態(tài)要素的時空分布情況,為漁業(yè)生產(chǎn)和海洋環(huán)境治理提供更加科學的理論指導。

4 結論

本文基于山東省海洋資源與環(huán)境研究院監(jiān)測的2015—2017年的DO資料,根據(jù)DO濃度的高低和波動特征,將研究海域分為4個小區(qū)域,分別是成山頭至桑溝灣近海(Ⅰ區(qū))、石島至五壘島灣近海(Ⅱ區(qū))、乳山灣至丁字灣近海(Ⅲ區(qū))和丁字灣外海區(qū)域(Ⅳ區(qū)),全面分析了山東半島東部近海 DO的時空變化特征,并討論了海水溫度、鹽度等要素對它的影響機制,得到如下結論:

1) 研究海域的DO基本符合一類海水水質標準(DO＞6 mg/L),在水平上呈現(xiàn)出北高南低、外海高近岸低、灣內低于灣外的塊狀分布特點,垂向上表層高于底層。

2) 監(jiān)測期間,DO的季節(jié)變化特征為春季最高,夏季最低,具體表現(xiàn)為表層 3月(10.2 mg/L)＞5月(8.63 mg/L)＞10 月(8.10 mg/L)＞8 月(7.44 mg/L),底層3 月(10.1 mg/L)＞5 月(8.97 mg/L)＞10 月(7.90 mg/L)＞8月(7.52 mg/L),其中Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)海域尤其是榮成灣、桑溝灣和乳山灣灣口表現(xiàn)出強烈的季節(jié)波動特征,猜測受到淡水徑流和陸源輸入影響較大。監(jiān)測期間,DO的年際變化趨于穩(wěn)定,表底層略有不同,具體表現(xiàn)為表層 2015 年(8.75 mg/L)＞2017 年(8.62 mg/L)＞2016年(8.39 mg/L),底層 2017年(8.65 mg/L)＞2015年(8.63 mg/L)＞2016年(8.61 mg/L),其中Ⅱ區(qū)尤其是靖海灣和五壘島灣近海的 DO濃度具有顯著的年際變化,其他區(qū)域的年際變化則較小。

3) 表層區(qū)域平均的AOU為-0.33 mg/L,說明監(jiān)測期間山東半島東部近海整體上處于 DO飽和或過飽和狀態(tài),其中Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)海域為富氧海區(qū),浮游植物的光合作用較強; 而Ⅲ區(qū)海域受到陸源輸入和水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響,有機物的耗氧活動強于浮游植物的產(chǎn)氧過程,導致乳山灣沿岸區(qū)域頻發(fā)貧氧狀況。

4) 監(jiān)測期間,海水溫度和 DO呈顯著負相關關系,溫度越高,DO濃度越低,兩者相關系數(shù)高達-0.95,鹽度對DO的影響則相對較弱。其中,Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)石島海域的 DO分布主要受海水溫度影響,當?shù)剌^高的 DO濃度與常年存在的低溫水相對應; Ⅲ區(qū)尤其是乳山灣和沿岸區(qū)域常常為 DO濃度低值區(qū),這不僅受到較高海水溫度的影響,更受到陸源輸入和水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)生的大量有機物控制。乳山灣和沿岸海域的pH常超過一、二類海水水質標準范圍,當?shù)鼐奂挠袡C物耗氧是造成Ⅲ區(qū)海域為 DO濃度低值區(qū)的重要原因。