長江口及其鄰近水域硅酸鹽的分布變化特征

海洋科學集刊潘勝軍等：長江口及其鄰近水域硅的分布變化特征PAGE8PAGE7第４９集海洋科學集刊No.492008年８月STUDIAMARINASINICAAug,2008＊基金項目：中國科學院知識創(chuàng)新工程重要方向資助項目（KZCX3-SW-232）；國家自然科學重點基金資助項目（50339040）；國務院三峽工程建設委員會資助項目（SX2004-010）。通訊作者：沈志良，研究員，博士生導師，從事海洋生物地球化學研究。E-mail:zlshen@.作者簡介：潘勝軍（1982－），男，山東鄒平人，碩士。E-mail:panshengjun@;致謝：鹽度、葉綠素a數(shù)據(jù)分別由張啟龍教授、張芳博士提供，謹致謝意！收稿日期：2007年１０月２５日。長江口及其鄰近水域硅酸鹽的分布變化特征＊潘勝軍1，2沈志良1（1中國科學院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學重點實驗室，青島266071）（2中國科學院研究生院，北京100039）由于沿海經(jīng)濟的快速發(fā)展，人為活動影響加重，長江口海區(qū)富營養(yǎng)化程度和范圍逐年加重和擴大，已經(jīng)成為我國有害赤潮高發(fā)區(qū)之一，有記錄的赤潮事件約1/4發(fā)生在這個海區(qū)（周名江等，2003）,從而引起了科學家們的高度重視。赤潮的發(fā)生很大程度上與營養(yǎng)鹽時空分布特征密切相關（Hodgkissetal，1997）。巨大的長江徑流不斷地向河口及鄰近水域輸送營養(yǎng)鹽，成為有機生命生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎。長江入海徑流中營養(yǎng)鹽含量以硅酸鹽為最多，為硅藻的繁殖生長提供了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)。關于長江口及其鄰近海域營養(yǎng)鹽的分布變化，已有不少報道。王方正等（1983）指出在長江口海域中，硅酸鹽（SiO3-Si）具有良好的保守性；沈志良（1991）報道長江每年向長江口海區(qū)輸送222.10萬t硅酸鹽；王保棟等（2002）根據(jù)長江口及其臨近海域硅酸鹽和硝酸鹽的分布特征，提出了長江沖淡水雙向擴展的觀點。然而，上述調(diào)查大多只有豐水期和枯水期兩季，且僅限于分析長江口門外及其附近營養(yǎng)鹽的分布變化，口門內(nèi)的報道很少，而口門內(nèi)的研究能更清楚地說明營養(yǎng)鹽的來源及其在河口的轉移過程；相對于氮和磷，有關SiO3-Si的調(diào)查研究較少。作者對SiO3-Si在長江口內(nèi)及其鄰近海域四個季節(jié)分布特征及其變化規(guī)律進行了分析討論，為更好地了解長江口生態(tài)環(huán)境變化提供參考。一、調(diào)查和分析方法研究資料來源于2004年2、5、8、11月的4次調(diào)查，分別代表冬、春、夏、秋4個季節(jié)。在長江口海域設7個斷面共40個站位（圖1），其中口門內(nèi)包括35-39號5個站位。利用顛倒采水器根據(jù)各站水深采集表、底層以及5、10、20、30水層水樣。水樣經(jīng)WhatmanGF／F濾膜過濾后加0.3%的氯仿固定，儲存于聚乙烯瓶中，立即于低溫冰箱內(nèi)保存。硅酸鹽（SiO3-Si）采用硅鉬藍法、硝酸鹽（NO3-N）用鎘銅還原法、亞硝酸鹽（NO2-N）用重氮偶氮法、氨氮（NH4-N）用靛酚藍法、活性磷酸（PO4-P）用磷鉬藍法測定，各項營養(yǎng)鹽利用荷蘭制造的SKALARSan微連續(xù)流動分析儀進行比色分析。NO3-N、NO2-N、NH4-N之和為總溶解無機氮（DIN）（圖１）。二、結果與討論1.平面分布5月表層SiO3-Si在口門內(nèi)的平均濃度為75.5μmol/L，最大值為92.2μmol/L（圖3）?？陂T外SiO3-Si濃度隨著鹽度的增加（圖2）向東和東北方向逐漸減小。表層鹽度最大值小于31，表明5月調(diào)查水域都在長江沖淡水的影響范圍之內(nèi)。一般認為鹽度為31的等鹽線為長江沖淡水外緣邊界，而鹽度為34的等鹽線為高鹽水入侵的主體邊界（谷國傳等，1994）。底層SiO3-Si濃度以口門內(nèi)最高，向東和東北方向逐漸減小，平均濃度低于表層。圖1調(diào)查站位8月表層SiO3-Si在口門內(nèi)的平均濃度為146.8μmol/L，SiO3-Si濃度自口門外向東北方向以舌狀逐漸減?。▓D3），這是受夏季長江沖淡水主體左轉北上的影響（王保棟等，2002）。等鹽線與SiO3-Si濃度等值線分布相似但趨勢相反，20μmol/L的等值線與31的等鹽線基本吻合，接近123°00′E（圖2），且等鹽線向北和東南方向延伸，表明夏季沖淡水擴展范圍較春季大。底層SiO3-Si分布河口及其附近高，口內(nèi)最高，向外海逐漸減小。11月表層SiO3-Si在口門內(nèi)的平均濃度為142.5μmol/L，最高濃度為（38號站）162.6μmol/L，也為調(diào)查區(qū)域的最高值（圖3）。SiO3-Si在河口及其附近濃度高，向東和東北方向逐漸減小?？陂T外，SiO3-Si濃度等值線分布與等鹽線（圖2）線形相似，如40μmol/L的等值線與鹽度為31的等鹽線基本吻合；底層SiO3-Si在河口內(nèi)的平均濃度為139.8μmol/L，低于表層，最高值出現(xiàn)在39號站，濃度為149.0μmol/L。底層SiO3-Si分布與表層相似。2月表層SiO3-Si在口門內(nèi)的平均濃度為116.5μmol/L，最高值在37號站，濃度為128.8μmol/L，也是調(diào)查區(qū)的最高值（圖3）。河口及其附近濃度高，向東逐漸減小。與等鹽線相似，口門外SiO3-Si濃度等值線與海岸線基本平行，這是因為長江冬季徑流減小，沖淡水的流向自河口貼岸向南偏轉。底層SiO3-Si在口門內(nèi)的平均濃度為125.6μmol/L，與表層接近。口門外，底層SiO3-Si分布與表層一致。冬季水體垂直對流，表、底層SiO3-Si濃度相差不大。2.垂直和斷面分布吳玉霖等（2004年）發(fā)現(xiàn)春、秋季浮游植物密集區(qū)在長江口南部海域，都是以23號站為密集中心。李錚等（2007年）指出21-27號站處于咸淡水混合較好的斷面，具有一定的典型性。作才以21-27號站所在的斷面來討論SiO3-Si的垂直和斷面分布。5月，SiO3-Si總體分布從近岸到外海濃度逐漸減?。▓D5），在河口附近表層高于底層，這主要是受長江徑流的影響。自122°20′E以東，SiO3-Si濃度表層小于底層，主要是生物活動影響的結果。5月是浮游植物大量繁殖的季節(jié)，表層Chla以123°00′為高值中心，質(zhì)量濃度為3.7μg/L，浮游植物繁殖旺盛，消耗了大量的SiO3-Si。從鹽度分布（圖4）可以看出，123°00′E深層有鹽度為34的高鹽水入侵，該處SiO3-Si分布也可能與臺灣暖流有一定的關系。8月，SiO3-Si整體分布從近岸向外海濃度逐漸減?。▓D5）；近岸122°20′～122°40′E，SiO3-Si表層濃度大于底層，與鹽度分布（圖4）相反，反映了物理混合作用的影響；然而，在122°40′E以東海域與之相反，表層濃度低于底層，反映了生物活動的影響。SiO3-Si濃度隨著水深的增加而增大，這與硅質(zhì)介殼在沉降過程中溶解再生有關。圖2鹽度（S）的平面分布（─表層，┄底層）圖3SiO3-Si濃度（μmol/L）的平面分布（—表層，┄底層）圖３SiO3-Si（μmol/L）的平面分布（（─表層，┄底層）11月，由于受長江徑流的影響，SiO3-Si濃度總體分布趨勢從近岸向外海逐漸降低，表層濃度大于底層（圖5）。從鹽度分布（圖4）可以看出，水體層化現(xiàn)象依然存在，SiO3-Si等值線與鹽度分布相吻合。表層60μmol/L的SiO3-Si等值線延伸至123°10′E，鹽度為22的低值等鹽線（圖4）也到達該區(qū)域，主要反映了長江徑流的影響。隨著水深和鹽度的增加，SiO3-Si濃度逐漸降低。2月，SiO3-Si濃度總體分布趨勢依然是從近岸向外海濃度逐漸降低。由于長江徑流減小，高濃度SiO3-Si集中分布于近岸河口。122°20′以東海域，SiO3-Si濃度分布較其它季節(jié)均勻；由于躍層消失，水體垂直混合較好，整個調(diào)查海區(qū)表、底層SiO3-Si濃度相差較小。圖42004年鹽度(S)的斷面分布圖52004年SiO3-Si（μmol/L）的斷面分布3.季節(jié)變化口門內(nèi)SiO3-Si濃度夏、秋季較高，濃度變化范圍相對較小，冬季次之，春季濃度最低（表1）。口門外SiO3-Si濃度的季節(jié)變化與之類似。不論在口門內(nèi)還是外海水域，SiO3-Si平均濃度大小順序為8月>11月>2月>5月；SiO3-Si濃度口門內(nèi)高，口門外亦高；反之亦然。這清楚地說明了SiO3-Si主要來源長江徑流?？陂T內(nèi)，夏、秋兩季SiO3-Si平均濃度相差不大，但遠遠高于春季；口門外，春季SiO3-Si濃度也是遠低于其它季節(jié)。春季SiO3-Si濃度低，除了與徑流輸送少有關外，還與生物活動的影響有關。這是因為春季浮游植物的大量繁殖和生長，消耗了大量SiO3-Si，5月份Chla平均質(zhì)量濃度為1.9μg/L，遠遠高于其它季節(jié)（夏、秋、冬季Chla平均質(zhì)量濃度分別為0.73μg/L、0.56μg/L、0.42μg/L）。從SiO3-Si的平面分布（圖3）可以看出，隨著長江徑流量的增大和減小、沖淡水影響范圍擴大和縮小，SiO3-Si分布也隨之發(fā)生變化。如SiO3-Si表層80μmol/L的等值線春季分布在河口附近，夏季擴展到122°40′E，秋季退縮至122°20′E，冬季進一步退縮至122°00′E左右，表明SiO3-Si的季節(jié)分布和長江徑流關系密切。底層也有類似的情況。表1長江口附近海域硅的平均濃度和濃度范圍(μmol/L)月份口門外口門內(nèi)表層底層平均值±S.D平均值±S.D平均值±S.D范圍平均值±S.D范圍SiO3-Si235.2±18.515.6～95.832.7±20.011.0～83.934.0±20.3121.1±21.5530.3±18.411.7～95.924.6±17.64.2～65.627.5±18.471.3±13.4865.4±47.41.5～148.950.3±35.513.1～145.757.9±42.3148.7±7.21158.6±37.49.4～137.835.4±31.710.3～117.147.0±36.3141.2±11.84.營養(yǎng)鹽結構及其變化海水中營養(yǎng)鹽結構適宜有利于浮游植物的生長和繁殖，反之，某種營養(yǎng)鹽的缺乏將限制浮游植物的生長和繁殖。其中，SiO3-Si在限制藻類生長和調(diào)節(jié)群落結構的研究中受到越來越多的重視（蒲新明等，2000）。表2口門外硅酸鹽與溶解無機氮、磷酸鹽的摩爾比月份項目SiO3-Si/DINSiO3-Si/PO4-P20041985-198620041985-19862（1）表層1.7±0.800.8659.8±42.728.6底層1.6±0.620.8171.8±70.722.9平均1.7±0.710.8465.7±58.125.75表層1.2±0.861.156.9±24.842.4底層0.96±0.27146.9±34.028.3平均1.1±0.641.151.9±30.035.48表層1.9±0.411.1119.6±110.029底層2.2±0.501.164.9±47.819.3平均2.1±0.471.192.7±89.024.111表層2.1±0.411.6115.6±75.349.8底層2.3±0.64158.5±38.130.9平均2.2±0.541.397.5±66.140.4從表2中可以看出，在整個調(diào)查區(qū)域SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值季節(jié)變化相同，都是11月>8月>2月>5月，基本與SiO3-Si的季節(jié)變化相似，表明他們主要是受SiO3-Si濃度變化的控制。SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值都高于Redfield比值（Redfieldetal.,1963），表明該海區(qū)SiO3-Si不是浮游植物生長的限制因子。從表2還可以看出，5月份SiO3-Si/DIN為1.1接近Redfield比值，盡管SiO3-Si/PO4-P比值遠高于Redfield比值,但相對其它月份較低。說明5月份是比較適宜浮游植物生長繁殖的季節(jié)，這與春季是長江口海區(qū)浮游植物大量繁殖的季節(jié)一致。表２為1985年8月、11月，1986年1月、5月營養(yǎng)鹽摩爾比(沈志良等，1994)。在整個調(diào)查區(qū)域SiO3-Si/DIN比值接近Redfield比值，而SiO3-Si/PO4-P比值均高于Redfield比值。與本次調(diào)查比較，2004年SiO3-Si/DIN比值約為1985-1986年的1.6倍，SiO3-Si/PO4-P比值約為1985～1986年的2.5倍，表明2004年SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值較1985～1986年有了很大的增加；統(tǒng)計顯示SiO3-Si濃度約是1985～1986年的2.3倍，說明SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值的升高主要取決于SiO3-Si濃度的增加。兩個調(diào)查年份的比較表明，8月份變化最大，5月份變化最小，與SiO3-Si濃度的季節(jié)變化一致，反映了SiO3-Si濃度的變化對營養(yǎng)鹽結構的季節(jié)變化有重要影響。兩次調(diào)查相比較，2004年長江口海域營養(yǎng)鹽比值較1985～1986年偏離Redfield比值更多。相對于其它月份，5月份SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值最接近Redfield比值，進一步反映了5月是浮游植物比較適宜生長繁殖的季節(jié)。SiO3-Si的大量輸入，直接影響了長江口海區(qū)的營養(yǎng)鹽結構，高含量的SiO3-Si成為該海區(qū)硅藻大量繁殖的重要條件。5.SiO3-Si在河口的轉移過程營養(yǎng)鹽的生物移出是近海水域主要的轉移過程之一。入海的SiO3-Si主要為硅藻所消耗，并形成硅質(zhì)介殼，部分沉入海底，放射蟲也消耗SiO3-Si；SiO3-Si的非生物轉移主要是通過懸浮粘土礦物的吸附進行的。另外，硅質(zhì)介殼在其沉積過程中會溶解再生SiO3-Si。對整個調(diào)查海域水體中所有水層SiO3-Si與鹽度（S）進行相關統(tǒng)計（表3），可以看出，2、5、8、11月SiO3-Si與S都呈顯著負相關關系，表明整個調(diào)查海域SiO3-Si的分布主要受控于海水和河水的物理混合作用；相對于其它月份，5月SiO3-Si與S相關性稍差，可能與生物活動有關，因為該月浮游植物繁殖旺盛，Chla平均質(zhì)量濃度是其它月份的2.6～4.5倍。長江口海區(qū)浮游植物量很高，上層浮游植物大量攝取營養(yǎng)鹽，部分營養(yǎng)鹽因此而轉移，在下層則發(fā)生有機體分解，營養(yǎng)鹽再生（沈志良等，1992）。因此，SiO3-Si的轉移除了海水的稀釋作用外，還受生物活動的影響。表3SiO3-Si與鹽度（S）的相關性相關性系數(shù)5月8月11月2月SiO3-Sir-0.751-0.900-0.927-0.922P5.2×10-235.2×10-441.71×10-561.35×10-49n120118130118三、結論SiO3-Si的平面分布一般河口及其附近濃度高，向外海隨著鹽度的增加而逐漸降低，這主要是受長江徑流的影響。SiO3-Si的斷面分布從近岸到外海濃度逐漸減小。一般來講，近岸受長江徑流的影響，SiO3-Si上層濃度高、下層低；遠岸受生物活動的影響明顯，SiO3-Si上層濃度低、下層高。冬季躍層消失，垂直混合較為均勻，表、底層濃度相差較小。SiO3-Si濃度季節(jié)變化與長江徑流關系密切。長江口門內(nèi)、外一致，夏、秋濃度高，冬季次之，春季濃度最低。隨著長江徑流量的增大和減小、沖淡水影響范圍擴大和縮小，SiO3-Si分布也隨之發(fā)生變化。春季濃度低，還與該季節(jié)浮游植物的大量繁殖有關。在整個調(diào)查海區(qū)，SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值的季節(jié)變化主要是受SiO3-Si濃度變化的控制，說明SiO3-Si在該海區(qū)的營養(yǎng)鹽結構變化中起著重要作用。對比1985～1986年，SiO3-Si濃度增加了2.3倍，SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值分別升高了1.6倍、2.5倍，偏離Redfield比值更大，SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值的升高主要取決于SiO3-Si濃度的增加；5月份相對其它月份偏離Redfield比值較小，是浮游植物比較適宜生長繁殖的季節(jié)。SiO3-Si在河口的轉移主要受海水稀釋控制，也存在一定的生物轉移。參考文獻王方正，姚龍奎，阮小正.1983.長江口營養(yǎng)鹽的分布與變化特征[J].海洋與湖沼，14（4）：324～332王保棟，戰(zhàn)閏，臧家業(yè).2002.長江口及鄰近海域營養(yǎng)鹽的分布特征和輸送途徑[J].海洋學報，24(1):53～58沈志良.1991.三峽工程對長江口海區(qū)營養(yǎng)鹽分布變化影響的研究[J].海洋與湖沼，22（6）:540～546沈志良，陸家平，劉興俊等.1992.長江口營養(yǎng)鹽的分布特征及三峽工程對其影響[A].中國科學院海洋研究所海洋科學集刊[C].第33卷，北京：科學出版社，109～129吳玉霖，傅月娜，張永山等.2004，.長江口海域浮游植物分布及其與徑流的關系[J].海洋與湖沼，35(3):246～251李錚，沈志良，周淑青等.2007.長江口及鄰近海域磷的分布變化特征[J].海洋科學，31（1）：28～36谷國傳，胡方西，胡輝.1994.長江口外高鹽水入侵分析[J].東?？茖W，12（3）：1～11周名江，顏天，鄒景忠.2003.長江口鄰近海域赤潮發(fā)生區(qū)基本特征初探[J].應用生態(tài)學報，14（7）：1031～1038周淑青，沈志良，李錚等.2007.長江口最大混濁帶及鄰近水域營養(yǎng)鹽的分布特征[J].海洋科學，31(6):34～42沈志良，古堂秀.1994.口外海域的理化環(huán)境-水化學環(huán)境.見：羅秉征，沈煥庭等，三峽工程與河口生態(tài)環(huán)境：科學出版社，144～147蒲新明，吳玉霖.2000.浮游植物的營養(yǎng)限制研究進展[J].海洋科學，24（2）：27～30RedfieldAC,KetchumBH,RichardsFA.1963.Theinfluenceoforganismsonthecompositionseawater[A].HillMN.TheSea(Vol.2)[C].NewYork:JohnWiley,22～77.HodgkissK，HoKC.1997.ArechangesinN:Pratiosincoastalwatersthekeytoincreasedredtideblooms.Hydrobiologia,352:141～147DistributionandvariationofsilicateintheChangjiangestuaryanditsadjacentwatersPANShengjun1,2SHENZhiliang1,*(1KeyLaboratoryofMarineEcologyandEnvironmentalSciences,InstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciences,Qingdao,266071（2GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100039)AbstractBasedonthedataobtainedfromquarterlyinvestigationsintheChangjiangestuaryanditsadjacentseaareasin2004,thedistributionsandvariationsofSiO3-Siarediscussed.TheresultsshowthattheconcentrationsofSiO3-SiwerehigherneartheChangjiangestuaryandloweroutsidethesea.Generally,theconcentrationsofSiO3-Siwashigherinthesurfacethaninthebottominshore;theoppositedistributionsoffshore.TheSiO3-Siconcentrationsbothinsideandoutsidethemouthinsummerandautumnwerehigherthanthosei