【doc】黃海和東海營(yíng)養(yǎng)鹽分布及其對(duì)浮游植物的限制

1、黃海和東海營(yíng)養(yǎng)鹽分布及其對(duì)浮游植物的限制應(yīng)用生態(tài)2003年7月第14卷第7期chinesejournalofappliedecology.ju1.2003,14(7):11221126黃海和東海營(yíng)養(yǎng)鹽分布及其對(duì)浮游植物的限制王保棟(國(guó)家海洋局第一海洋研究所,青島266061)1引言*【摘要l根據(jù)19971999年黃海和東海4個(gè)季節(jié)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料,分析探討了黃海,東海的營(yíng)養(yǎng)鹽分布特征及其對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的限制狀況.結(jié)果表明,在長(zhǎng)江el以東及其東北部海域終年存在一個(gè)范圍很大的營(yíng)養(yǎng)鹽高值區(qū).分析表明,這些營(yíng)養(yǎng)鹽主要來(lái)自長(zhǎng)江沖淡水的擴(kuò)展及蘇北沿岸流的輸送.此外,還獲得了1998年長(zhǎng)江流域特大洪水期間,迄

2、今被觀測(cè)到的長(zhǎng)江沖淡水中營(yíng)養(yǎng)鹽的最大擴(kuò)展范圍.計(jì)算并研究了黃海,東海上層水中si/n/p比值,結(jié)果表明,黃東海上層水中si/n比值較高,si不會(huì)成為黃東海浮游植物生長(zhǎng)的限制因子;但在南黃海南部尤其是西南部,東海近岸及長(zhǎng)江口以東海域,n/p比值很高(>30),說(shuō)明與一般海洋環(huán)境的情況不同.黃海,東海有很大一部分海域浮游植物的生長(zhǎng)受磷限制,而不是受氮限制.關(guān)鍵詞營(yíng)養(yǎng)鹽營(yíng)養(yǎng)鹽限制黃海東海長(zhǎng)江口文章編號(hào)10019332(2003)07112205中圖分類號(hào)p734.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼anutrientdistributionsandtheirlimitationo9phytoplanktoni

3、ntheyellowseaandtheeastchinasea.wangbaodong(firstinstituteofoceanography,sda,qingdao266061,chirm).c.j.a.eco1.,2003.14(7):11221126.basedonfieldobservationsduring1997to1999,thedistributionsofmicronutrientsandtheirlimitationonthegrowthofphytoplanktonintheyellowseaandtheeastchinaseawerediscussedinthispa

4、per.theresultsshowedthattherewereabundantnutrientsintheareaoftheeastandnorthern.eastofthechaniangriverestu.ary,andthenutrientscanlefromtheextensionofthechang/iangriverdilutedwaterandthetransportationofthesubeicoastalwater.besides,themaximumextensionrangeofthenutrientsinthechang/iangriverdilutedwater

5、wasobservedduringthecatastrophicfloodingperiodofthechang/iangriverinthesummerof1998.basedontheredfieldratio(si:n:p=16:16:1)inwhich.threeessentialnutrientswereutilizedbymarinephytoplankton.thesi/n/pratioswereealculatedandstudiedfortheupperwateroftheyellowseaandtheeastchinasea.theresultsindicatedthats

6、i/nratioswereveryhigh,whichsuggestedthatsilicatewasnotthelim.kingfactorforthegrowthofphytoplanktonintheyellowseaandtheeastchinasea.however,underthein.fluenceofterrestrialrunoff,especiallythechang/iangriverrunoffwhichwasrichincombinednitrogenandhadveryhighn/pratios,highn/pratiosoccuredinthechan西iangr

7、iverestuaryanditsadjacentareassuchasthesouthandsouthwestoftheyellowsea.theinshoreareaoftheeastchinaseaandtheareaeastofthechang/iangriverestuaryinspringandsummer.asaresult,incontrasttogeneralopenmarinesystems,thesystemsintheseareasresembledestuarineonesratherthantypicalmarineones,theprimaryproduction

8、inaconsiderabhportionoftheyellowseaandtheeastchinaseamighthelimitedbyphosphateratherthannitrogen.keywordsnutrient,nutrientlimitation,yellowsea,eastchinasea,chang/iangriverestuary海洋中的浮游植物是按一定比例自海水中吸收營(yíng)養(yǎng)鹽,這一恒定比例稱為redfield系數(shù).海水中營(yíng)養(yǎng)鹽摩爾比值偏離redfield系數(shù)過(guò)高或過(guò)低,均可導(dǎo)致浮游植物的生長(zhǎng)受到某一相對(duì)低含量元素的限制,并顯著影響水體中浮游植物的種類組成【5'8

9、1.一般認(rèn)為,淡水環(huán)境中的初級(jí)生產(chǎn)力受p的限制,而在海洋及河口環(huán)境中則受n的限制【?t?15,.引.fisher等j研究指出,n或p的限制性是有空間變化的,甚至在同一海區(qū)還有n,p營(yíng)養(yǎng)鹽限制的季節(jié)性交替變化.近年來(lái)有研究者指出si也可能成為限制性因素【2】.fe,mn等亦可成為限制因子【tj.黃海,東海是我國(guó)重要的陸架海區(qū),向以生產(chǎn)力高而著稱.關(guān)于這些海區(qū)浮游植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽限制因素的研究報(bào)道較少.王勇等【2根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)對(duì)秋季北黃海的營(yíng)養(yǎng)鹽限制問(wèn)題進(jìn)行了研究,認(rèn)為在該季節(jié)n,p營(yíng)養(yǎng)鹽的限制同時(shí)存在或交替限制.在長(zhǎng)江口內(nèi)部,強(qiáng)烈的湍流和水體高渾濁度限制了浮游植物的光合作用,因此,光或透明度成

10、為這一水域初級(jí)生產(chǎn)力的限制因素.營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力沒(méi)有明顯的限制作用¨副;但在長(zhǎng)江口外,浮游植物的生長(zhǎng)受p的限制?¨j,離河口500km以上的區(qū)*國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃資助項(xiàng)目(2001cb409703)*通訊聯(lián)系人.20021218收稿,20030225接受.|j7期王保棟:黃海和東海營(yíng)養(yǎng)鹽分布及其對(duì)浮游植物的限制1123域則受n限制【4】.wong等j研究了夏季東海北部表層水中的"過(guò)量"氮,認(rèn)為該海域浮游植物的生長(zhǎng)可能受到p的限制.然而,上述結(jié)果并不能反映整個(gè)黃東海不同季節(jié)營(yíng)養(yǎng)鹽限制狀況.本文根據(jù)19971999年對(duì)黃東海整個(gè)陸架海區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料

11、,擬對(duì)整個(gè)海區(qū)不同季節(jié)營(yíng)養(yǎng)鹽的分布及其對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的限制狀況進(jìn)行探討,這對(duì)于了解東海赤潮頻發(fā)的成因及赤潮防治具有重要意義.2調(diào)查方法在黃海,東海(北至37.n,南至臺(tái)灣海峽)布設(shè)1213條東西斷面共121151個(gè)測(cè)站.調(diào)查時(shí)間分別為1997年10z11月,1998年5月和78月,1999年1月,各航次具體站位參見(jiàn)文獻(xiàn)【2.使用海鳥(niǎo)sbe25ctd儀測(cè)溫度,鹽度和深度,并用其玫瑰形采水系統(tǒng)用niskin采水器采水(標(biāo)準(zhǔn)層).無(wú)機(jī)氮(包括no2一.n,no3一一n,nh4一n)和無(wú)機(jī)磷(p04?p),活性硅(si03卜.si)水樣經(jīng)0.45m醋酸纖維濾膜現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾后,用分光光度計(jì)按<

12、海洋調(diào)查規(guī)范>(gb12763.4-91)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定.并用國(guó)家海洋局第二海洋研究所生產(chǎn)的營(yíng)養(yǎng)鹽標(biāo)準(zhǔn)系列制定工作曲線.3結(jié)果與討論3.1營(yíng)養(yǎng)鹽的平面分布春季,東海表層高鹽水主要來(lái)自黑潮,其次來(lái)自臺(tái)灣暖流,這些高鹽水的鹽度通常不低于33.7c,l9.因此,東海鹽度低于33.0的水域是這些高鹽水與陸地徑流,特別是長(zhǎng)江沖淡水的混合水.長(zhǎng)江水中富含無(wú)機(jī)氮和硅酸鹽,曾有報(bào)道長(zhǎng)江水中硝酸鹽濃度高達(dá)100/mol?l,硅酸鹽濃度可超過(guò)100腫o1.l_.201.因此,長(zhǎng)江沖淡水中的營(yíng)養(yǎng)鹽將對(duì)黃海和東海產(chǎn)生重大影響.春季(5月),由于長(zhǎng)江徑流量大并受偏南風(fēng)的共同作用,長(zhǎng)江沖淡水開(kāi)始左轉(zhuǎn)北上,進(jìn)入蘇北

13、近岸;另一部分則南下,而且有一部分南下的沖淡水以窄帶形繼續(xù)向東伸展至東海外陸架區(qū)(圖1a).受長(zhǎng)江沖淡水的影響,蘇北近岸,長(zhǎng)江口和東海近岸海域?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)鹽高值區(qū)(din>3tmol?l_.,po4一p>0.2ttmo?l,sio3.si>15tool?l,圖2a,b,c);南黃海東部和北部,東海50m以深的陸架區(qū),營(yíng)養(yǎng)鹽含量較低.比較鹽度(圖1a)與營(yíng)養(yǎng)鹽的分布(圖2a,b,c)可以看出,鹽度分布中沖淡水以窄帶形向東伸展至東海外陸架區(qū)的情形,在營(yíng)養(yǎng)鹽的分布中并不十分明顯,這可能是沖淡水向陸架區(qū)運(yùn)移過(guò)程中,其中營(yíng)養(yǎng)鹽被浮游植物大量消耗所致.1998年夏季長(zhǎng)江

14、流域爆發(fā)特大洪水.其程度僅圖1黃海,東海4季表層鹽度(a,b,c)和水溫(d)平面分布fig.1surfacedistributionsofsalinityandtemperatureintheyellowseaandtheeastchinaseainfourseasons.a)春季spring.b)夏季summer.c)秋季autumn.d)冬季winter.次于1954年.1998年長(zhǎng)江年徑流量高達(dá)1240×10?m3"】,比常年高出30%.從6月25日至8月底共65d的洪水期中長(zhǎng)江徑流量為422×10m3引,約占年徑流量的1/3.1998年長(zhǎng)江人海的硝酸鹽凈

15、通量達(dá)到創(chuàng)記錄的103×10tool【l7j,約為常年的2倍.以往的研究表明長(zhǎng)江沖淡水為一"射形流",即長(zhǎng)江沖淡水主流的流向與表層鹽舌的主軸一致u.il¨.根據(jù)表層鹽度的分布(圖lb),1998年夏季洪水期長(zhǎng)江沖淡水的擴(kuò)散形態(tài)大致可分為3個(gè)階段:第1階段為長(zhǎng)江徑流人海段,即徑流人海向東南沖溢,然后在31.n,122.5.e附近左轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)向點(diǎn)的表層鹽度小于7.0;第2階段為射形流沖溢階段,沖淡水以舌形形態(tài)向濟(jì)州島方向伸展,鹽度從7.0增大到26.0,長(zhǎng)江沖淡水核心區(qū)(s<26.0)達(dá)到125.5.e;第3階段為擴(kuò)散階段,在125.5.e以東,沖

16、淡水向東南擴(kuò)散,然后向東,鹽度小于28.0的表層水?dāng)U散范圍可達(dá)128.e.黑潮轉(zhuǎn)彎處的表層水也受到重大影響.其鹽度小于31.0.南黃海南端及蘇北淺灘海域.鹽度應(yīng)用生態(tài)14卷低于30.0;東海南部近岸,長(zhǎng)江沖淡水向南可達(dá)28.n.與鹽度的分布相似,高無(wú)機(jī)氮水舌約在31on,122.5.e附近左轉(zhuǎn)向東北伸展直指濟(jì)州島,轉(zhuǎn)向點(diǎn)處無(wú)機(jī)氮濃度大于40vmol?l.,1vmol?l-1等值線范圍向東接近128.e(圖2d).這是迄今調(diào)查發(fā)現(xiàn)的長(zhǎng)江沖淡水中無(wú)機(jī)氮的最大擴(kuò)散范圍.蘇北淺灘,浙江沿岸海域無(wú)機(jī)氮含量亦較高(>5mo1.l-1),并分別由近岸向遠(yuǎn)岸,由長(zhǎng)江口分別向南,北快速遞減至1vm

17、ol?l-1以下.活性硅酸鹽的分布與無(wú)機(jī)氮大致相似(圖2f).但磷酸鹽的分布明顯不同(圖2e),富含磷酸鹽的水舌向東南擴(kuò)展進(jìn)入東海,但并未出現(xiàn)明顯左轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,其擴(kuò)展范圍也比無(wú)機(jī)氮小得多.王保棟等【2ij認(rèn)為這是長(zhǎng)江口羽狀鋒區(qū)(鹽度為20-27的區(qū)域)浮游植物大量攝取磷酸鹽所致.秋季,由于長(zhǎng)江徑流量小并受東北風(fēng)的影響,長(zhǎng)江沖淡水穿過(guò)杭州灣口南下,并限于靠岸的一狹帶(圖lc).黃海西南部即蘇北淺灘海域被鹽度小于32.0的低鹽水所占據(jù),這是蘇北沿岸流向東南方向擴(kuò)展及小部分長(zhǎng)江沖淡水的左轉(zhuǎn)北上所致【22i.該海域營(yíng)養(yǎng)鹽含量很高,無(wú)機(jī)氮,磷酸鹽和硅酸鹽含量分田2黃海,東海4季表層營(yíng)養(yǎng)鹽平面分布fl|.2

18、surfacediatributionsofnutrientsintheyellowseaandtheeastchinaseainfourth?qon$.7期王保棟:黃海和東海營(yíng)養(yǎng)鹽分布及其對(duì)浮游植物的限制別大于5,0.3和15pmol?l-1(圖2g,2h,2i).東海近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽含量亦很高,且等值線幾乎與海岸線平行,但僅限于靠岸的一狹帶,且此處等值線十分密集,形成明顯的營(yíng)養(yǎng)鹽鋒面.自此向外營(yíng)養(yǎng)鹽含量快速遞減.南黃海中央及西北部海域仍為營(yíng)養(yǎng)鹽低值區(qū).冬季,長(zhǎng)江沖淡水的擴(kuò)展與秋季相似.水溫的平面分布比鹽度的分布更好地體現(xiàn)了黃,東海的環(huán)流狀況.圖1d顯示高溫,高鹽的黑潮水自臺(tái)灣東北部入侵陸架,

19、臺(tái)灣暖流北上可達(dá)31.n.源自對(duì)馬暖流的黃海暖流自濟(jì)州島以西進(jìn)入黃海.低溫,低鹽的蘇北沿岸水向東南方向擴(kuò)展,呈鈍水舌形態(tài)進(jìn)入東海北部.冬季營(yíng)養(yǎng)鹽分布(圖2j,2k,21)表明,蘇北淺灘海域?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)鹽高值區(qū),并呈鈍水舌形態(tài)朝東南方向伸展進(jìn)入東海北部.南黃海營(yíng)養(yǎng)鹽基本呈中央低,四周高的分布規(guī)律.東海近岸海域硝酸鹽含量很高表1黃東海上層水體中si/n/p比值統(tǒng)計(jì)結(jié)果table1statisticalresnltsofthesi/n/pratiosintheupperlayeroftheyellowseaandtheeastchinasea(>10tmol?li1),營(yíng)養(yǎng)鹽等值線走向幾乎與

20、海岸線平行,但僅限于靠岸的一狹帶,且此處等值線十分密集,形成明顯的營(yíng)養(yǎng)鹽鋒面.自此向外硝酸鹽含量快速遞減.在臺(tái)灣島東北部海域可見(jiàn)低營(yíng)養(yǎng)鹽的黑潮表層水呈鈍水舌狀入侵陸架.而夾在沿岸鋒與黑潮鋒之間的是東海混合水,營(yíng)養(yǎng)鹽含量居中.總的看來(lái),冬季營(yíng)養(yǎng)鹽平面分布趨勢(shì)與秋季十分相似.3.2si/n/p比值為了更好地表征黃海,東海真光層中的營(yíng)養(yǎng)鹽狀況,取黃海和東海近岸海域020m,東海外陸架區(qū)050m水層(真光層深度大致如此)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度平均值計(jì)算si/n/p比值.從表1可以看出,黃東海絕大多數(shù)站位的si/n比值大于1,只有極少數(shù)站位的si/n比值小于1,但均在0.8以上.si/n比值的平均值以春,夏季最高,

21、冬季最低.一般認(rèn)為,海洋硅藻的si:n:p摩爾比值大約是16:16:1(即si:n=1:1).因此,可以認(rèn)為,si不會(huì)成為黃東海浮游植物(主要是硅藻)的限制性因素.資料表明,黃東海人海河流的din/po4卜比值(其中din=no3一十no2一十nh4)在2o5000之間,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)適宜于海洋浮游植物生長(zhǎng)的redfield系數(shù)(n/p=16).因此,受河流物質(zhì)輸送的影響,黃東海近岸水體中無(wú)機(jī)氮相對(duì)過(guò)剩,而無(wú)機(jī)磷相對(duì)缺乏,因而近岸水體中浮游植物的生長(zhǎng)很可能受到磷酸鹽供給的限制.圖3顯示n/p比值的水平分布與無(wú)機(jī)氮的平面分布極為相似,即無(wú)機(jī)氮濃度高的區(qū)域,n/p比值亦高.胡明輝等【7曾根據(jù)長(zhǎng)江口浮游植

22、物的現(xiàn)場(chǎng)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,提出了長(zhǎng)江口海域浮游植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)鹽限制標(biāo)準(zhǔn),即當(dāng)n/p比值大于30時(shí),為磷限制,當(dāng)n/p比值小于8時(shí),為氮限制.若將此標(biāo)準(zhǔn)推廣至受長(zhǎng)江沖淡水影響的海域,則春季磷限制海域?yàn)?934.n,123.e以西海域(圖3a);夏季磷限制海域覆蓋了南黃海西南部,30田3黃海,東海4季上層水中n/p比值的平面分布fig.3distributionsofn/pratiosintheupperwateroftheyellowseaandtheeastchinaseainfouraeb5.1126應(yīng)用生態(tài)14卷33.n,126.e以西海域及東海近岸海域(圖3b),磷限制海域范圍為4季之最;秋

23、季,磷限制海域僅限于長(zhǎng)江口及其以東,東海近岸一狹帶(圖3c);冬季則無(wú)磷限制海域(圖3d).此外,南黃海北部及東海東南部及黑潮區(qū)n/p比值小于10,海水中無(wú)機(jī)氮相對(duì)缺乏,符合海洋環(huán)境中浮游植物生長(zhǎng)受n限制的一般規(guī)律.此外,從圖3b可以看出,n/p比值最高的區(qū)域不是在長(zhǎng)江口,而是在以32.n,124.5.e為中心的周圍海域.受長(zhǎng)江沖淡水的影響,該海域無(wú)機(jī)氮濃度很高(20tmol?li1左右,圖2d),但磷酸鹽濃度卻極低(0.1tmol?li1左右,圖2e),此區(qū)域又剛好位于長(zhǎng)江口羽狀鋒區(qū),浮游植物大量攝取營(yíng)養(yǎng)鹽,使磷酸鹽濃度幾近耗盡,但由于無(wú)機(jī)氮顯著過(guò)量,因此無(wú)機(jī)氮仍保持很高的濃度.由此導(dǎo)致該海

24、域極高的n/p比值,浮游植物的生長(zhǎng)明顯受p限制.4結(jié)語(yǔ)黃,東海上層水中si/n比值較高,因此si不會(huì)成為黃東海浮游植物生長(zhǎng)的限制因子;但在南黃海南部尤其是西南部,東海近岸及長(zhǎng)江口以東海域,n/p比值很高(>30),說(shuō)明與一般海洋環(huán)境的情況不同,黃海,東海有很大一部分海域浮游植物的生長(zhǎng)很可能是受磷的限制,而不是受氮的限制.研究表明,磷限制海域的限制程度及范圍主要受陸地徑流(主要是長(zhǎng)江水)的季節(jié)變化的影響.參考文獻(xiàn)lchenra.r11or,pais,o2.1995.exchangeofwaterrnassesbetweentheeestchinaseaandthekuroshioo

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