孫 毅, 呂方輝, 陳 釗, 刁新源, 姜金光, 魏傳杰, 潘 俊

長(zhǎng)江口鄰近海域溶解氧的時(shí)空分布及影響因素研究

孫 毅1, 2, 呂方輝1, 2, 陳 釗1, 2, 刁新源1, 2, 姜金光1, 2, 魏傳杰1, 2, 潘 俊1, 2

(1. 中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所, 山東 青島 266071; 2. 中國(guó)科學(xué)院 海洋大科學(xué)研究中心, 山東 青島 266071)

基于2018年早春和夏季長(zhǎng)江口鄰近海域的調(diào)查數(shù)據(jù), 分析溶解氧(DO)的時(shí)空分布, 并討論其影響因素。結(jié)果表明, 夏季DO濃度變化范圍為1.58～9.37 mg/L, 浮游生物光合作用產(chǎn)生的DO是夏季表層水體過(guò)飽和的主要因素; 夏季調(diào)查海域受臺(tái)灣暖流北上引起海水層化加強(qiáng), 同時(shí)水體富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致表層生物大量繁殖所引起有機(jī)碎屑的沉降和耗氧分解作用是底層低氧區(qū)存在的主要因素。夏季在臺(tái)灣暖流影響下底層水體表觀耗氧量(AOU)與營(yíng)養(yǎng)鹽成正相關(guān)關(guān)系, 底層有機(jī)物耗氧降解過(guò)程與營(yíng)養(yǎng)鹽的再生密切相關(guān)。早春DO濃度變化范圍為7.90～10.1 mg/L, 長(zhǎng)江口外北部海域和浙江近岸海域海水混合均勻, DO濃度主要受溫度控制, 而臺(tái)灣暖流影響區(qū)海水出現(xiàn)層化現(xiàn)象, 其低DO含量也為低氧區(qū)的形成奠定了基礎(chǔ)。

溶解氧; 長(zhǎng)江口; 表觀耗氧量; 低氧區(qū)

海水中的溶解氧(DO)是重要的生源要素參數(shù), 其分布變化與溫度、鹽度、生物化學(xué)作用和環(huán)流運(yùn)動(dòng)等關(guān)系密切, 是反映海洋生態(tài)環(huán)境一個(gè)重要指標(biāo)[1]。通常將DO質(zhì)量濃度低于2或3 mg·dm–3界定為缺氧[2]。長(zhǎng)江口夏季缺氧可追溯到20世紀(jì)50年代[3], 且缺氧面積較過(guò)去有所擴(kuò)大[4]。長(zhǎng)江口缺氧區(qū)屬于季節(jié)性缺氧, 研究長(zhǎng)江口外海域季節(jié)性DO分布特征及其影響因素對(duì)于認(rèn)識(shí)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)以及生源物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程具有重要影響。

長(zhǎng)江口鄰近海域是我國(guó)近海低氧現(xiàn)象發(fā)生最為突出的海域, 低氧現(xiàn)象的頻發(fā)對(duì)該海域生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重危害。長(zhǎng)江口缺氧區(qū)形成于夏季, 在長(zhǎng)江口和浙江近海兩處呈現(xiàn)“南、北雙核”結(jié)構(gòu)[5]。先前的研究分析了長(zhǎng)江口外缺氧區(qū)與溫鹽躍層[6-12]、水體富營(yíng)養(yǎng)化[13]、有機(jī)物耗氧降解[14-16]、臺(tái)灣暖流[4, 17]及地形[12]之間的關(guān)系, 以及從多種因素影響下開(kāi)展長(zhǎng)江口外缺氧區(qū)發(fā)育、持續(xù)和消失過(guò)程的系統(tǒng)性研究[18], 闡述了不同季節(jié)長(zhǎng)江口外缺氧區(qū)位置和運(yùn)動(dòng)機(jī)制的不同。目前對(duì)長(zhǎng)江口鄰近海域3月份DO分布特征未見(jiàn)報(bào)道, 對(duì)夏季低氧區(qū)的報(bào)道大多集中在8月份[3, 9, 16, 19], 目前對(duì)7月份長(zhǎng)江口鄰近海域缺氧區(qū)的認(rèn)識(shí)仍然是依據(jù)2006年“我國(guó)近海海洋綜合調(diào)查與評(píng)價(jià)”專項(xiàng)之長(zhǎng)江口區(qū)塊的水體調(diào)查數(shù)據(jù), 由于數(shù)據(jù)資料年代較早, 近幾年由于各種物理驅(qū)動(dòng)力改變以及人類活動(dòng)的共同影響, 對(duì)長(zhǎng)江口外海域7月份低氧區(qū)的位置和強(qiáng)度的變化未能實(shí)時(shí)了解。本研究利用2018年夏季(7月)和早春(3月)兩個(gè)航次DO數(shù)據(jù), 并結(jié)合溫度、鹽度、營(yíng)養(yǎng)鹽、葉綠素(Chl-)等數(shù)據(jù), 對(duì)長(zhǎng)江口鄰近海域(28.5°N～32.5°N, 122.0°E～ 124.0°E)DO的時(shí)空分布特征和影響因素進(jìn)行了探討, 以期對(duì)長(zhǎng)江口外低氧區(qū)分布規(guī)律有更深的了解和認(rèn)識(shí), 豐富、完善DO在不同季度間的生消過(guò)程, 為進(jìn)一步了解DO在海洋中的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程提供了科學(xué)依據(jù)。

1 采樣及分析方法

1.1 調(diào)查區(qū)域

在2018年3月9日—3月24日(早春)與2018年7月11日—7月22日(夏季)期間, 搭載“科學(xué)三號(hào)”科學(xué)考察船對(duì)長(zhǎng)江口附近海域(28.5°N～32.5°N, 122.0°E～ 124.0°E)進(jìn)行了水文、生物和化學(xué)的綜合調(diào)查, 調(diào)查海區(qū)共設(shè)計(jì)11個(gè)斷面78個(gè)調(diào)查站位(見(jiàn)圖1)。

圖1 長(zhǎng)江口鄰近海域調(diào)查站位分布示意圖

注: 圓形和矩形封閉區(qū)域?yàn)榈脱鯀^(qū)(DO<3 mg·L–1)

1.2 樣品采集和方法

利用SBE 911 CTD溫鹽深剖面儀(溫度℃, 精密度0.001, 分辨率0.000 1, 鹽度, 精密度0.001, 分辨率0.000 1)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定溫度和鹽度等水文參數(shù)的同時(shí), 用12個(gè)容積為12 L的翻蓋式Niskin采水瓶采集溶解氧、Chl-、五項(xiàng)營(yíng)養(yǎng)鹽、pH等樣品, 其中表層水樣采樣深度為3 m, 底層水樣控制在距離海底2～3 m。現(xiàn)場(chǎng)樣品的采集以及分析測(cè)定按照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB 17378.3—2007)進(jìn)行。

DO水樣的分取、固定和滴定(Brand溶解氧滴定儀分辨率0.01 mL)均按照經(jīng)典溫克勒流程, 加入0.01%的NaN3以排除亞硝酸鹽的干擾;

pH 樣品采用pH計(jì)(型號(hào)為梅特勒-托利多Seven Excellence, 精密度0.001, 分辨率0.000 1)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定;

營(yíng)養(yǎng)鹽樣品采用0.45 μm的GF/F濾膜過(guò)濾, 過(guò)濾水樣用潔凈的Nalgene聚乙烯瓶封裝, 加入1～2滴氯仿固定劑, 于–20 ℃冷凍保存后在實(shí)驗(yàn)室用英國(guó)Seal公司QUAATRO 39 營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽樣品進(jìn)行分析測(cè)定, 測(cè)定NO3–-N, PO43–-P, SiO32–-Si檢出限分別為0.3 μg/L, 0.3 μg/L, 0.7 μg/L, 標(biāo)準(zhǔn)曲線值均為0.999;

Chl-樣品: 取300 mL水樣用Whatman GF/F濾膜對(duì)水樣進(jìn)行低壓抽濾, 用鋁箔紙將濾膜包好并置于–20 ℃條件下冷凍保存, 之后在實(shí)驗(yàn)室將Chl-樣品置于5 mL 90%丙酮中, 低溫避光萃取24 h, 采用熒光儀(型號(hào)為Turner Designs, 檢出限0.01 μg/L, 精密度0.01 μg/L, 標(biāo)準(zhǔn)曲線值為0.99)得到Chl-濃度值。

1.3 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析

溶解氧飽和度通過(guò)實(shí)測(cè)DO除以大氣平衡DO來(lái)計(jì)算得出, 大氣平衡DO則通過(guò)文獻(xiàn)公式Benson 和Krause[20]以水溫、鹽度以及現(xiàn)場(chǎng)大氣壓來(lái)計(jì)算得出, 表觀耗氧量(AOU)則通過(guò)大氣平衡DO與實(shí)測(cè)DO差減計(jì)算得出。DO與環(huán)境因子相關(guān)性用Origin8.0軟件進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。水文、生化參數(shù)等值線圖采用Ocean Data View軟件進(jìn)行繪制。

AOU=DO飽和值–DO現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值,(1)

DO飽和度=DO現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值/DO飽和值×100%. (2)

2 結(jié)果

2.1 表、底層海水溫度與鹽度的水平分布特征和季節(jié)變化特點(diǎn)

2018 年早春、夏季調(diào)查海域的表、底層的溫度與鹽度平面分布如圖2、圖3所示。早春表、底層溫度變化特征基本一致, 總體呈現(xiàn)近岸低, 外海高的特點(diǎn), 變化分別為6.77～16.67 ℃和6.41～16.57 ℃, 長(zhǎng)江口外北部海域溫度明顯低于長(zhǎng)江口外南部調(diào)查海域, 長(zhǎng)江口外北部海域表、底層均產(chǎn)生西北-東南走向的溫度鋒面。早春表、底層鹽度變化分別為19.44～ 34.52和21.54～34.52, 表、底層長(zhǎng)江口沖淡水主體流向?yàn)樽钥陂T外東南方向, 圖2(c、d)中30等鹽度線位置變化清晰地顯示了這一點(diǎn), 表層近岸低鹽海水往東擴(kuò)展程度強(qiáng)于底層, 調(diào)查海域東南部表、底層均出現(xiàn)相對(duì)于近岸水的高溫高鹽水團(tuán), 且底層向近岸的入侵程度強(qiáng)于表層。

夏季調(diào)查海域表、底層溫度變化分別為21.46～ 28.79 ℃和18.23～24.79 ℃, 表、底層鹽度變化分別為20.73～34.04和22.07～34.56, 由圖3a表層溫度分布顯示, 長(zhǎng)江口外至浙江近岸沿岸條狀帶表層溫度相對(duì)較低, 26鹽度等值線位置變化可以看出長(zhǎng)江口沖淡水主體向東北海域擴(kuò)展(圖3c), 在長(zhǎng)江口外東北部形成特征鮮明的羽狀鋒面, 圖3(b、d)底層溫度和鹽度分布可以看出高鹽、低溫水團(tuán)從南部海域向北部入侵前緣鋒面可抵達(dá)32°N附近, 且在底層外緣形成了“S”狀分布的溫度和鹽度鋒面。

圖2 早春表、底層研究海域海水溫度和鹽度的水平分布

2.2 DO的水平分布特征及春、夏季變化

早春、夏季表、底層DO質(zhì)量濃度(簡(jiǎn)稱DO濃度)的水平分布如圖4所示。圖4(a、b)早春表、底層DO濃度分布可看出長(zhǎng)江口北部海域高于南部海域, 近岸高于外海, 表、底層DO濃度范圍分別為7.99～10.1 mg/L和7.90～10.1 mg/L, 均值為9.24 mg/L和8.94 mg/L, DO飽和度范圍分別94.83～108.6%和96.22%～103.0%, 飽和均值分別101.9%和99.66%(表1)。早春表、底層DO濃度基本上呈飽和狀態(tài), 在長(zhǎng)江口外北部海域表、底層DO濃度分布相同, 有西北-東南走向的鋒面特征, 這也與圖2溫度鋒面走向一致, 長(zhǎng)江口南部海域受低DO本底值水團(tuán)影響, 底層DO濃度最小值7.9 mg/L, 表層DO濃度最小值8.0 mg/L。早春調(diào)查海域表層Chl-質(zhì)量濃度(簡(jiǎn)稱Chl-濃度)均較低(圖4e), 僅在調(diào)查海域東部和南部個(gè)別站位濃度超過(guò)1 μg/L。

夏季表、底層DO濃度范圍變化較大, DO濃度變化范圍分別為3.49～9.37 mg/L和1.58～6.68 mg/L, 且表層DO濃度均值高于底層, 表、底層DO平均飽和度分別為 99.3%和56.2%, 底層DO濃度整體上呈現(xiàn)不飽和狀態(tài)(表1)。圖4(c、d)夏季表、底層DO濃度分布可以看出, 調(diào)查海域近岸表層DO相對(duì)于外海濃度偏低, 長(zhǎng)江口外和浙江近海底層通過(guò)DO< 4 mg/L弧形缺氧區(qū)相連, 長(zhǎng)江口外東北部海域、長(zhǎng)江口東南部水下峽谷頂端和浙江近岸海域底層水體均出現(xiàn)DO<3 mg/L低氧區(qū), 三處低氧區(qū)底層DO濃度低值分別為1.58 mg/L、2.93 mg/L和1.92 mg/L。夏季水體DO達(dá)到過(guò)飽和的有48個(gè)站位, 其水層分布均位于表層, 表層DO>8 mg/L分布位置與Chl-濃度高區(qū)位置基本一致, 例A10-2站位表層DO飽和度142%時(shí), Chl-濃度高達(dá)28 μg/L圖(4e、4f)。通過(guò)對(duì)27個(gè)站的底層水體(>34)對(duì)比發(fā)現(xiàn), 其中5個(gè)站中層水AOU大于底層水體AOU, 其中層水體硝酸鹽和磷酸鹽的含量也大于底層水體, 其他22個(gè)站底層AOU大于中層水體, 底層水體硝酸鹽和磷酸鹽的含量液大于中層水體。

圖3 夏季表、底層研究海域海水溫度和鹽度的水平分布

2.3 典型斷面DO時(shí)空分布特征

受各種控制因素影響, 研究海域內(nèi)DO分布具有明顯時(shí)空差異, 本文選取A9斷面為例, 研究DO濃度分布與水文特征的內(nèi)在聯(lián)系。早春A9斷面溫度、鹽度、Chl-濃度與DO濃度垂直分布如圖5所示, 早春溫度和鹽度等值線開(kāi)始趨向水平, 水體出現(xiàn)層化現(xiàn)象(圖5a、5b), 斷面表、底層最大溫鹽差為1.3℃和1.7。從溫鹽點(diǎn)聚圖(圖7b)可以看出, A9斷面受高溫、高鹽、低DO的臺(tái)灣暖流影響, 其底層水體溫度、鹽度和DO濃度等值線均有趨岸上翹的跡象, 在靠近浙江沿岸水深較淺、水溫較低的A9-1站位, 水體DO混合較為均勻, 底層DO達(dá)到飽和, 而受臺(tái)灣暖流影響的斷面其他站位DO開(kāi)始出現(xiàn)層化現(xiàn)象(圖5d), 底層DO不飽和度為98%左右。此外, 近岸表層DO產(chǎn)生局部過(guò)飽和現(xiàn)象, 飽和度為105%, 這與表層浮游生物量(Chl-濃度達(dá)1.2 μg/L)增加有關(guān)(圖5c)。

圖4 早春、夏季研究海域表、底層DO和Chl-a質(zhì)量濃度的水平分布

表1 早春、夏季研究海域表、底層DO質(zhì)量濃度及DO飽和值

注: 括號(hào)中的數(shù)值為均值

圖5 早春研究海域A9斷面溫度、鹽度、Chl-a濃度與DO濃度垂直分布

7月, 溫度和鹽度在垂向分布上產(chǎn)生明顯分層(圖6a、6b), 斷面低氧區(qū)(DO<3 mg/L)位于A9-2站位底層的陡坡上, 同時(shí), 底層坡面上33～34鹽度等值線、19～24 ℃等溫線、5 mg/L DO等值線均出現(xiàn)明顯的上翹, 這是受高位勢(shì)密度的低溫、高鹽、低DO臺(tái)灣暖流趨岸抬升的結(jié)果(圖7a), 近岸底層涌升的水體僅在水淺的A9-1站位可以到達(dá)表層, 使表層溫度降低, 從DO垂向分布也可以看出這一點(diǎn)(圖6d), 此外, 夏季表層溫度較高, 近岸水體10 m以淺受富營(yíng)養(yǎng)鹽的陸源徑流影響, 加快了浮游生物旺盛繁殖, 尤其是低氧區(qū)(DO<3 mg/L)正上方表層水體Chl-濃度已達(dá)20 μg/L(圖6c)。

3 討論

3.1 DO時(shí)空分布特征及其影響因素

早春調(diào)查海域水體DO濃度變化范圍為7.90～ 10.1 mg/L, 水體溫度與DO呈顯著負(fù)相關(guān)(=218,= –0.92,<0.01), 鹽度與DO也呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(=218,=–0.41,<0.01), 因此, 當(dāng)海水溫度較低時(shí), 水體中DO的濃度會(huì)隨著其在海水中溶解度的增大而升高[21]。早春含低DO本底值的臺(tái)灣暖流從調(diào)查海域東南側(cè)向近岸入侵, 底層水體(DO<8.5 mg/L)沿123°E北向入侵程度可越過(guò)31°N, 其中水體(DO<8.0 mg/L)也已越過(guò)30°N, 導(dǎo)致長(zhǎng)江口東南部海域底層出現(xiàn)大面積DO低值區(qū), 另外調(diào)查海域存在兩個(gè)DO高值區(qū), 一個(gè)位于長(zhǎng)江口北部海域, DO濃度由西北至東南逐漸降低, 這與低溫、高氧的黃海沿岸流南侵相一致(圖7b), 從溫度等值線也能說(shuō)明這一點(diǎn)(圖2a), 另一個(gè)高值區(qū)位于浙江近海一帶, 這是近岸水溫較低所致。早春長(zhǎng)江口北部海域和浙江近海一帶表、底層水體混合均勻, 水體未出現(xiàn)DO層化現(xiàn)象, 而長(zhǎng)江口外南部海域受高溫、高鹽臺(tái)灣暖流影響, 表、底層溫鹽躍層開(kāi)始形成, DO飽和的表層水不能及時(shí)到達(dá)底層, 產(chǎn)生DO層化現(xiàn)象。早春調(diào)查海域東南部出現(xiàn)表層DO過(guò)飽和現(xiàn)象, 其原因是受臺(tái)灣暖流入侵影響, 表層溫度升高, 營(yíng)養(yǎng)鹽含量增加, Chl-濃度也超過(guò)1 μg/L(圖4e), 浮游生物光合作用引起表層水體DO出現(xiàn)過(guò)飽和現(xiàn)象。

圖6 夏季A9斷面溫度、鹽度、Chl-a與DO垂直分布

圖7 研究海域溫度-鹽度點(diǎn)聚圖

注: 帶有顏色圓點(diǎn)代表DO濃度(mg·L–1)

夏季調(diào)查海域DO濃度變化范圍較大, 變化范圍為1.58～9.37 mg/L, DO飽和度變化范圍為21.8%～ 142.1%, 夏季水體溫度與DO濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系[22](=218,=0.78,<0.01)。長(zhǎng)江口外至浙江近岸海域表層DO濃度異常較低(圖4c), 夏季表層溫度分布也可以看出近岸海域表層溫度異常較低(圖3a), 其原因是底層臺(tái)灣暖流趨岸抬升形成上升流[23], 使近岸海域底層低溫、低DO濃度海水涌升至表層, 導(dǎo)致長(zhǎng)江口外至浙江近岸海域表層DO產(chǎn)生不飽和現(xiàn)象。表層DO 出現(xiàn)過(guò)飽和的海域與Chl-濃度高值區(qū)位置一致[13], 因此表層DO過(guò)飽和分布主要受浮游生物光合作用影響, 夏季浮游生物光合作用是表層水體DO過(guò)飽和的主要原因[24]。夏季長(zhǎng)江口外底層海水受臺(tái)灣暖流入侵影響, 表、底層水體溫鹽層化加強(qiáng), 海水穩(wěn)定度增加[6], 同時(shí), 陸源徑流攜帶大量營(yíng)養(yǎng)鹽, 促進(jìn)了表層浮游生物的旺盛繁殖, 高豐度的浮游生物產(chǎn)生大量有機(jī)物的沉降和消亡腐爛為底層缺氧區(qū)的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)[25], A9斷面DO濃度分布發(fā)現(xiàn)(圖6d), 底層低氧區(qū)(DO<3 mg/L)形成于近岸半坡處[26], 可能是底層受臺(tái)灣暖流影響易于在半坡處形成上升流, 上升流涌升擴(kuò)大了低氧水體的體積, 但低氧水體未到達(dá)表層, 受陸源徑流影響高溫、低鹽的表層水和底層涌升的低溫、高鹽水增強(qiáng)了水體的溫鹽層化強(qiáng)度, 上升流上方穩(wěn)定溫鹽躍層阻止了上層富氧水體向底層缺氧水體垂直輸運(yùn), 導(dǎo)致了底層低氧區(qū)(DO<3 mg/L)的形成。

為了探究AOU與營(yíng)養(yǎng)鹽釋放之間的關(guān)系, 本文選取了中底層海水(>34)67個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行相關(guān)性分析(圖8b、8c), 發(fā)現(xiàn)AOU與硝酸鹽(=0.91,<0.01)、磷酸鹽(=0.86,<0.01)成正相關(guān)關(guān)系, 根據(jù)有機(jī)物有氧呼吸方程[27], 即(CH2O)106(NH3)16H3PO4+138O2= 106CO2+16HNO3+H3PO4+122H2O, AOU與NO3–-N和PO43–-P理論比值分別為8.6和138, 但是本文所得實(shí)際比值均小于理論值, 其值分別為7.0±0.4和100±7, 表明水體中存在其它的耗氧行為, 氧氣的消耗并沒(méi)有引起營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放, 比如底層沉積物中還原物質(zhì)的氧化等化學(xué)耗氧行為, 耗氧水體NO3–-N和PO43–-P呈正相關(guān)(=0.90,<0.01), 其N/P比值為14±0.8, 接近Redfield理論值16(圖8d), 由于有機(jī)物耗氧分解會(huì)引起水體呈酸性、pH降低, 而DO與pH(=218,=0.88,<0.01)存在正相關(guān)關(guān)系(圖8a), 可以看出pH低值與低氧區(qū)同步性[28], 因此夏季臺(tái)灣暖流影響下溫躍層的強(qiáng)化、富營(yíng)養(yǎng)化水體浮游生物高值區(qū)的分布及底層微生物耗氧降解是導(dǎo)致底層缺氧的重要因素[3]。

圖8 夏季研究海域DO與pH相關(guān)性及AOU與營(yíng)養(yǎng)鹽(NO3–-N、PO43–-P )相關(guān)性分析

3.2 夏季低氧區(qū)的位置變化及影響因素

本航次調(diào)查海域底層有三處低氧區(qū)(DO<3 mg/L),分別位于長(zhǎng)江口外東北部海域(122.00°E～122.75°E, 32.00°N～32.25°N)、長(zhǎng)江口東南部水下峽谷附近(122.50°E～122.70°E, 31.25°N～31.35°N)及浙江近岸海域(122.25°E～122.75°E, 29.00°N～29.95°N)(圖1), 三處低氧區(qū)底層DO濃度低值分別為1.58 mg/L、2.93 mg/L和1.92 mg/L, 其中長(zhǎng)江口東南部水下峽谷附近低氧區(qū)范圍最小, 缺氧程度最弱。2006年6月浙江近岸海域最先出現(xiàn)低氧區(qū)(DO<3 mg/L), 此時(shí)低氧區(qū)范圍不大, 底層缺氧程度不嚴(yán)重(DO最低值為2.52 mg/L), 2006年7月調(diào)查中僅在長(zhǎng)江口東南部水下峽谷附近和長(zhǎng)江口外東北部海域兩處位置出現(xiàn)低氧區(qū)(DO<3 mg/L),浙江近岸低氧區(qū)(DO<3 mg/L)消失, 僅出現(xiàn)小范圍缺氧區(qū)(DO>3 mg/L), 2006年8月和2015年8月底層缺氧程度最嚴(yán)重, 長(zhǎng)江口東南部水下峽谷附近和長(zhǎng)江口外東北部海域低氧區(qū)(DO< 3 mg/L)融為一體, 形成長(zhǎng)江口北部缺氧區(qū), 浙江近岸海域形成南部缺氧區(qū), 而2006年7月份浙江近岸海域小范圍缺氧區(qū)(DO>3 mg/L)也形成了覆蓋浙江近岸海域的南部低氧區(qū)(DO<3 mg/L), 本次調(diào)查長(zhǎng)江口外東北部海域低氧區(qū)(DO<3 mg/L)與2006年7月相比范圍更大, 2018年7月長(zhǎng)江口外東北部海域和長(zhǎng)江口東南部水下峽谷低氧區(qū)(DO<3 mg/L)還未融為一體, 南部浙江近岸海域形成了沿海岸線的狹長(zhǎng)低氧區(qū)(DO<3 mg/L), 本次調(diào)查形成了異于以往7月和8月獨(dú)特的“南一核、北兩核”的空間分布。表2為多年來(lái)長(zhǎng)江口外低氧區(qū)DO最小值所在位置, 本次觀測(cè)的DO最小值位于長(zhǎng)江口外東北部海域(1.58 mg/L), 與2006年7月均位于32.00°N以北海域, 先前研究中指出DO最小值的緯向變化和夏季臺(tái)灣暖流的北向強(qiáng)弱有關(guān)[18], 我們利用33鹽度等值線追蹤臺(tái)灣暖流的向北延伸(圖3d), 我們發(fā)現(xiàn)其前緣水已達(dá)32.00°N附近, 8月臺(tái)灣暖流北向強(qiáng)度最強(qiáng)[4], 低氧區(qū)北向拓展已越過(guò)33.00°N, 秋季低氧區(qū)最小值開(kāi)始南移[5], 這與臺(tái)灣暖流北向前緣水位置基本一致, 根據(jù)本文之前的討論, 溫鹽躍層和陸源徑流影響下浮游生物高值區(qū)分布也會(huì)對(duì)夏季低氧區(qū)的位置分布產(chǎn)生影響, 同時(shí)我們注意到, 2018年7月比2006年7月相比, 長(zhǎng)江口外東北部低氧區(qū)(DO<3 mg/L)范圍變大, 但DO最小值卻沒(méi)有變小(表2)。

表2 夏季長(zhǎng)江口外鄰近海域DO最低值結(jié)果比較

研究長(zhǎng)江口低氧區(qū)的動(dòng)態(tài)分布特征具有重要科學(xué)意義, 近些年來(lái), 由于人為活動(dòng)的影響, 尤其是近海水域, 水體富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷加劇, 導(dǎo)致浮游生物過(guò)量繁殖并引發(fā)赤潮等自然災(zāi)害, 其對(duì)浙江近海和長(zhǎng)江口東北部海域底層低氧區(qū)(DO<3 mg/L)的擴(kuò)張產(chǎn)生直接影響。長(zhǎng)江口鄰近海域水體缺氧和酸化二者產(chǎn)生連鎖效應(yīng), 削弱了海洋抵御氣候變化影響的能力。

4 結(jié)論

根據(jù)2018年3月和7月現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料, 分析探討了長(zhǎng)江口鄰近海域DO的分布特征及影響因素, 結(jié)果表明:

1) 3月份長(zhǎng)江口外北部海域和浙江近岸海域海水混合均勻, DO濃度主要受溫度控制, 而臺(tái)灣暖流影響區(qū)海水出現(xiàn)層化現(xiàn)象, 其低DO背景值為夏季低氧區(qū)的形成提供了基礎(chǔ)。

2) 7月份長(zhǎng)江口外低氧區(qū)有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì), 在長(zhǎng)江口外東北部海域、浙江近岸海域和長(zhǎng)江口東南部水下峽谷附近三處存在低氧區(qū)(DO<3 mg/L), 臺(tái)灣暖流北上入侵引起海水層化加強(qiáng), 及陸源徑流影響下浮游生物高值分布和底層有機(jī)物耗氧降解過(guò)程是低氧區(qū)形成的主要因素。夏季底層水體AOU與硝酸鹽、磷酸鹽成顯著正相關(guān)關(guān)系以及氮磷比與Redfield比值契合度較好。

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Spatial–temporal distribution and dynamics of dissolved oxygen in an adjacent area of the Changjiang estuary

SUN Yi1, 2, Lü Fang-hui1, 2, CHEN Zhao1, 2, DIAO Xin-yuan1, 2, JIANG Jin-guang1, 2,WEI Chuan-jie1, 2, PAN Jun1, 2

(1. Institute of Oceanology Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2. Center for Ocean Mega- Science, Chinese Academy of Science, Qingdao 266071, China)

Using the direct survey data from early spring and summer in 2018, the spatial–temporal distribution and dynamics of dissolved oxygen (DO) in the Changjiang estuary were studied. In summer, the concentration of DO varied from 1.58 to 9.37 mg/L, and the DO produced by plankton photosynthesis played a dominant role in the supersaturation of the surface seawater. The low oxygen zone in the bottom layer was mainly attributed to the stratification generated by the northward movement of the Taiwan Warm Current (TWC), deposition of organic debris, and oxygen consumption caused by the mass proliferation of sea surface organisms due to eutrophication. There were positive correlations between apparent oxygen consumptions in the bottom seawater and nutrients under the influence of TWC. The degradation process of oxygen of bottom organic matter was closely related to nutrient regeneration. In early spring, DO was limited from 7.90 to 10.1 mg/L, and it was mainly controlled by temperature due to the vertical mixing of seawater in the northern area outside the Changjiang Estuary and the coastal area near Zhejiang province. However, stratification occurred in the area affected by TWC, and its low DO laid a foundation for the formation of a hypoxic zone.

dissolved oxygen; Changjiang estuary; apparent oxygen consumption; hypoxia zone

Nov. 13, 2020

X55

A

1000-3096(2021)12-0086-11

10.11759/hykx20201113002

2020-11-13;

2021-05-28

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41806164)

[National Natural Science Foundation of China, No. 41806164]

孫毅(1990—), 男, 山東萊陽(yáng)人, 工程師, 主要從事海洋生物地球化學(xué)研究工作, 電話: 0532-87072025, E-mail: sunyi@qdio. ac.cn; 魏傳杰(1984—),通信作者, 山東萊蕪人, 高級(jí)工程師, 主要從事海洋調(diào)查工作, E-mail: weicj@qdio.ac.cn

(本文編輯: 康亦兼)