東海赤潮高發(fā)區(qū)主要生態(tài)環(huán)境要素分布特征及影響因素

東海赤潮高發(fā)區(qū)主要生態(tài)環(huán)境要素分布特征及影響因素

近年來，由于人類活動的日益頻繁和社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國已成為世界上頻繁出現(xiàn)紅色潮的國家之一。長江口及其周邊地區(qū)位于中國長江三角洲的工業(yè)和農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)。赤潮的發(fā)生頻率和面積逐年增加，已成為中國受影響最大的地區(qū)。根據(jù)2002年至2008年中國環(huán)境質(zhì)量報告（hb）的相關(guān)數(shù)據(jù)，東海赤潮的發(fā)生頻率和累積面積一直位于中國四個海域。有害赤潮（hab）已成為影響中國東海海洋環(huán)境和漁業(yè)的災(zāi)難之一。據(jù)報道,20世紀(jì)60年代至世紀(jì)末,長江口及鄰近東海海域以暴發(fā)硅藻赤潮為主,但21世紀(jì)以來,該海域每年春季均會暴發(fā)以東海原甲藻為主要赤潮藻種的甲藻赤潮,且暴發(fā)規(guī)模及甲藻的優(yōu)勢度呈逐年增加趨勢.赤潮發(fā)生的機(jī)制非常復(fù)雜,但一般認(rèn)為富營養(yǎng)化是近海海域有害赤潮發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ),國內(nèi)外關(guān)于營養(yǎng)鹽對赤潮影響的研究已經(jīng)很多,但赤潮藻種對營養(yǎng)鹽的反調(diào)控作用卻鮮有報道.本研究依據(jù)2010年4、5月對東海赤潮高發(fā)區(qū)的調(diào)查資料,分析了該海域赤潮發(fā)生前后生源要素的分布特征,并對其影響因素進(jìn)行了初步探討,以期為進(jìn)一步了解東海赤潮的發(fā)生機(jī)理及營養(yǎng)鹽對于赤潮生消及演替的作用提供數(shù)據(jù)資料和理論基礎(chǔ).1材料和方法1.1調(diào)查船舶及站位設(shè)置現(xiàn)場調(diào)查于2010年4月8～26日和5月7～14日在長江口及鄰近東海海域進(jìn)行,調(diào)查船只為“潤江1號”海洋科學(xué)考察船,調(diào)查范圍覆蓋整個東海赤潮高發(fā)區(qū)海域.為了對赤潮發(fā)生前后生源要素的分布特征進(jìn)行對比,4、5月設(shè)置站位大致相同.兩個月份均設(shè)置5條斷面,其中4月調(diào)查站位25個,5月調(diào)查站位30個(站位圖如圖1所示).1.2營養(yǎng)鹽檢測限、檢出限、定量限現(xiàn)場調(diào)查使用30LNiskin采水器采集表、中、底層水體樣品,其中中層為葉綠素躍層或最大值.溶解氧和營養(yǎng)鹽樣品均采取現(xiàn)場測定:溶解氧使用Winkler碘量法測定,營養(yǎng)鹽水樣在現(xiàn)場經(jīng)0.45μm醋酸纖維濾膜過濾后,用分光光度計按《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB12763.4-91)進(jìn)行現(xiàn)場測定,并用國家海洋局第二海洋研究所生產(chǎn)的營養(yǎng)鹽標(biāo)準(zhǔn)系列制定工作曲線.其中溶解無機(jī)氮(DIN)的濃度為:DIN=NO-3-N+NO-2-N+NH+4-N.NO-3-N、NO-2-N、NH+4-N、PO3-4-P、SiO2-3-Si的檢出限分別為:±0.02、±0.02、±0.1、±0.02、±0.2μmol·L-1.2結(jié)果與討論2.1表層葉綠素濃度和浮物群落組成結(jié)構(gòu)依據(jù)2010年4、5月調(diào)查期間東海赤潮高發(fā)區(qū)表層葉綠素的濃度和浮游植物細(xì)胞密度數(shù)據(jù),分析了該海區(qū)的赤潮生消及優(yōu)勢藻種演替情況.4月調(diào)查海區(qū)表層葉綠素濃度平均值為2.45mg·m-3,此時赤潮尚未大規(guī)模形成,為赤潮暴發(fā)前期;5月表層葉綠素濃度平均值上升至4.2mg·m-3,甲藻赤潮在調(diào)查海區(qū)大規(guī)模暴發(fā),為甲藻赤潮的暴發(fā)和維持階段.圖2為調(diào)查海區(qū)浮游植物群落組成結(jié)構(gòu)圖,4月硅藻為優(yōu)勢藻種,占整個浮游植物群落的百分比為93.78%,甲藻僅占6.17%;5月硅藻百分比下降至22.57%,甲藻以76.03%的比例成為此時的優(yōu)勢藻種.2.2赤潮高發(fā)區(qū)赤潮+溫度分布及營養(yǎng)鹽濃度表1列出了調(diào)查海域2010年4、5月兩個航次生源要素的平均濃度和變化范圍.結(jié)果表明,與4月赤潮暴發(fā)前期相比,5月甲藻赤潮暴發(fā)期調(diào)查海域DIN、PO3-4-P及DO的平均濃度明顯下降,SiO2-3-Si的濃度卻有所升高.4月DIN、PO3-4-P和SiO2-3-Si的平均濃度分別為(18.04±10.44)、(0.47±0.28)、(16.15±7.96)μmol·L-1,與國家一類海水水質(zhì)(DIN:14.29μmol·L-1,PO3-4-P:0.47μmol·L-1)相比,PO3-4-P的超標(biāo)率為52%,DIN的超標(biāo)率為33%,水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài).5月各項營養(yǎng)鹽的濃度與4月相比,發(fā)生了明顯的變化:DIN平均值由18.04μmol·L-1降至10.79μmol·L-1,下降幅度為40%;PO3-4-P平均值由0.47μmol·L-1降至0.27μmol·L-1,下降幅度為43%;而SiO2-3-Si平均值由16.15μmol·L-1上升至16.96μmol·L-1,上升幅度為5%.DO平均值則由8.76mg·L-1下降至6.09mg·L-1,下降幅度為30%.可見在東海赤潮高發(fā)區(qū)赤潮暴發(fā)前后,生源要素的濃度發(fā)生了明顯的變化.結(jié)合4、5月調(diào)查海區(qū)表層葉綠素濃度分析,4月葉綠素濃度較低,赤潮尚未大規(guī)模暴發(fā);5月葉綠素濃度大幅上升,赤潮大面積暴發(fā),以東海原甲藻為主要赤潮藻種,由此可推測出是甲藻的大量繁殖消耗了過多的營養(yǎng)鹽,導(dǎo)致DIN、PO3-4-P濃度下降.由于甲藻在繁殖過程中不消耗SiO2-3-Si(僅夾雜的硅藻消耗少量SiO2-3-Si),且5月長江進(jìn)入豐水期,SiO2-3-Si通量隨長江徑流量的增加而增大,所以與4月相比,SiO2-3-Si的濃度變化不大.5月DO濃度出現(xiàn)明顯的下降,由后文的分析可知,由于溫度對DO的影響大于浮游植物光合作用的影響,且底層浮游植物分解需要消耗大量的氧氣,使5月DO濃度出現(xiàn)明顯的下降.其中,5月表層DO最低值為3.80mg·L-1,由溫、鹽斷面分布可知(圖3),此處由于上升流的存在使得表層DO濃度偏低.此外,調(diào)查海域4、5月PO3-4-P和SiO2-3-Si不同水層之間營養(yǎng)鹽濃度也出現(xiàn)一定的差異性:表層和底層的營養(yǎng)鹽濃度較高,中層營養(yǎng)鹽濃度較低.具體而言,4月PO3-4-P底層最高,表層其次,中層最低;5月PO3-4-P底層最高,中層其次,表層最低.4月SiO32--Si表層最高,底層其次,中層最低;5月SiO32--Si表、中、底層依次降低.造成這一現(xiàn)象的主要原因是調(diào)查海域表層海水受到營養(yǎng)鹽豐富的陸源沖淡水的補(bǔ)充;底層海水則是由于海底沉積物界面間的營養(yǎng)鹽釋放作用以及高鹽高營養(yǎng)鹽的外海海水的入侵,如臺灣暖流、上升流等;中層海水營養(yǎng)鹽濃度較低則是由于中層水樣主要取自葉綠素躍層,浮游植物生長對營養(yǎng)鹽的消耗起到了重要的作用.2.3底層含量do的分布圖4(a)～4(d)為調(diào)查海域4、5月DIN的平面分布.從中可以看出,4月赤潮暴發(fā)前期,各層DIN濃度整體上呈現(xiàn)近岸較高、外海較低的趨勢,近岸側(cè)DIN濃度最高值達(dá)38μmol·L-1,其濃度數(shù)值超過了國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(DIN:14.29μmol·L-1),處于富營養(yǎng)化狀態(tài).從鹽度分布可以看出[圖5(e)～5(h)],近岸海水鹽度明顯偏低,DIN濃度近岸較高的主要原因來源于陸源輸入的影響.同時可以看出,4月調(diào)查海域DIN濃度南北差異不大,等值線走向與海岸線幾乎平行.至5月赤潮暴發(fā)期,各層DIN濃度均出現(xiàn)了明顯的下降,近岸側(cè)DIN濃度最高值降至26μmol·L-1.5月份調(diào)查海域正值甲藻赤潮暴發(fā)期,甲藻的大量繁殖消耗了表層過多DIN,使得表層DIN濃度下降,可見赤潮生物對DIN具有強(qiáng)烈的消耗作用.而且5月份調(diào)查海域北部DIN濃度明顯高于南部,南部近岸側(cè)DIN濃度最高值降至14μmol·L-1.這主要是因為調(diào)查海域北部受到長江沖淡水的補(bǔ)充,從鹽度分布也可以看出[圖5(g)、5(h)]5月調(diào)查海區(qū)北部海水鹽度較低,使得DIN濃度較高,北部仍處于較高的富營養(yǎng)化狀態(tài).而南部海域,結(jié)合5月的赤潮資料(表層葉綠素含量北低南高,且均在調(diào)查海域南端的近岸側(cè)出現(xiàn)高值)可推測出,浮游植物的大量消耗使得海區(qū)南端表層DIN濃度出現(xiàn)了大幅度的下降.5月底層DIN濃度下降幅度也較大,由Zc斷面分布(圖3)可知5月調(diào)查海區(qū)存在上升流,上升流的混合作用使得表、底層海水混合,底層受表層較低濃度DIN海水的影響,其DIN濃度也較低.圖4(e)～4(h)為調(diào)查海域4、5月PO43--P的平面分布.從中可以看出,4月赤潮暴發(fā)前期,PO43--P的表層分布與DIN的平面分布幾乎一致,整體上仍呈現(xiàn)近岸濃度較高、外海濃度較低的趨勢,近岸側(cè)PO43--P濃度最高值達(dá)0.9μmol·L-1,其濃度數(shù)值超過了國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(PO43--P:0.47μmol·L-1),處于富營養(yǎng)化狀態(tài).且PO43--P濃度南北差異不大,等值線走向與海岸線幾乎平行.4月底層PO43--P濃度卻與4月DIN明顯不同,南北PO43--P濃度出現(xiàn)差異,北部PO43--P等值線呈以舟山群島為中心的扇形分布,且底層PO43--P濃度高于表層.這主要是含有豐富PO43--P的臺灣暖流從中底層對調(diào)查海區(qū)的輸送導(dǎo)致了底層PO43--P濃度較高.至5月赤潮暴發(fā)期,表層PO43--P濃度下降明顯,近岸側(cè)PO43--P濃度最高值降至0.5μmol·L-1,與表層DIN濃度下降的原因類似,甲藻的大量繁殖消耗了表層的PO43--P,使其濃度大幅降低.底層由于未受到表層浮游植物吸收的影響,又受到臺灣暖流的補(bǔ)充,加之底層沉積物的釋放作用,使得底層PO43--P濃度與4月相比差別不大.圖4(i)～4(l)為調(diào)查海域4、5月SiO32--Si的平面分布.從中可以看出,調(diào)查海域4、5月各層SiO32--Si整體上均呈現(xiàn)近岸濃度較高、外海濃度較低的趨勢,近岸側(cè)SiO32--Si濃度最高值達(dá)30μmol·L-1,并且4、5月南北SiO32--Si濃度差異不大,等值線與海岸線幾乎平行.調(diào)查海域4、5月赤潮暴發(fā)前后SiO32--Si濃度整體差異不大,SiO32--Si濃度由4月的16.15μmol·L-1升至5月16.96μmol·L-1,赤潮暴發(fā)期與暴發(fā)前相比,僅出現(xiàn)小幅度的上升(上升幅度為5%).這是由于5月正值甲藻赤潮暴發(fā)期,甲藻在繁殖過程中不消耗SiO32--Si(僅夾雜的硅藻有少量消耗),加之長江沖淡水的補(bǔ)充,使得調(diào)查海區(qū)4、5月SiO32--Si濃度變化不大.圖4(m)～4(p)為調(diào)查海域4、5月DO的平面分布.4月DO濃度范圍為5.93～10.15mg·L-1,平均值為8.76mg·L-1.4月表層DO濃度較高,平均值為9.28mg·L-1,且濃度梯度較小.表層DO濃度在北部杭州灣口附近區(qū)域由近岸向遠(yuǎn)海逐漸升高,且在調(diào)查海域中部遠(yuǎn)岸地區(qū)存在一高值區(qū),其DO濃度達(dá)到10.15mg·L-1.結(jié)合調(diào)查資料分析,4月此高值區(qū)表層浮游植物含量較高,且由4月表層溶解氧飽和度分布[圖4(q)]也可以看出,此高值區(qū)溶解氧飽和度大于100%,因此可以推測浮游植物光合作用產(chǎn)生大量氧氣,使得此處水體中DO濃度較高.而從4月DO底層分布可以看出,底層DO分布受溫度影響非常明顯[圖5(b)],近岸高遠(yuǎn)海低,平均含量為7.76mg·L-1.調(diào)查海域DO濃度表層高底層低的分布趨勢,可能是由于表層浮游植物光合作用強(qiáng)烈,產(chǎn)生大量的氧氣,造成了調(diào)查海域在4月赤潮暴發(fā)前期溶解氧濃度表層大于底層.從5月的DO分布可以看出,調(diào)查海域5月DO濃度范圍為2.70～9.00mg·L-1,平均值為6.09mg·L-1.與4月赤潮暴發(fā)前期相比,出現(xiàn)了明顯的下降.盡管5月調(diào)查海區(qū)赤潮大面積暴發(fā),表層浮游植物光合作用產(chǎn)生氧氣,但5月海水溫度升高,氧氣在水中的溶解度隨水溫的升高而降低,由5月表層溶解氧飽和度分布可以看出[圖4(s)],大部分站位表層溶解氧飽和度小于100%,說明表層海水溫度對DO的影響大于浮游植物光合作用產(chǎn)生的氧氣,使得5月表層DO濃度降低.且5月底層DO濃度明顯低于表層,這是由于底層浮游植物分解需要消耗大量氧氣,由5月底層溶解氧飽和度分布也可以看出[圖5(t)],調(diào)查海區(qū)底層溶解氧飽和度均小于100%,說明氧氣的消耗量遠(yuǎn)大于生產(chǎn)量,因此底層DO濃度明顯小于表層.3結(jié)論(1)赤潮發(fā)期和生長期7、5月溫度特征2-3-si與4月赤潮暴發(fā)前期相比,5月DIN和PO3-4-P濃度大幅降低,尤其是表層,調(diào)查海區(qū)5月正值甲藻赤潮暴發(fā)期,表層甲藻的大量繁殖消耗了過多的DIN和PO3-4-P,使其濃度大幅下降.而4、5月SiO2-3-Si濃度變化不大,5月赤潮暴發(fā)期與赤潮暴發(fā)前期相比稍有上升,這主要是由于甲藻在繁殖過程中不消耗SiO2-3-Si(僅夾雜的硅藻有少量消耗),加之長江沖淡水的補(bǔ)充,使得SiO2-3-Si濃度