广西近海营养盐的时空分布特征

辛 明,王保栋,孙 霞,谢琳萍

(国家海洋局第一海洋研究所,山东 青岛 266061)

广西沿海位于我国海岸线的西南端,南濒北部湾,东与广东省交界于英罗港,西与越南交接于北仑河口。广西沿海岸线迂回曲折,港湾众多,岸线上分布有铁山港(湾)、廉州湾、钦州湾、防城港(湾)、珍珠港(湾)、大风江口等10多个大小港湾和河口。

近年来,随着广西沿岸经济的快速发展,人类活动对广西近海生态环境的影响也越来越明显。大量污染物进入近海造成近岸、港湾和近海环境恶化,海洋污染呈加重趋势。N、P、Si作为海洋生物所必需的营养成分,是海水富营养化的重要指标,也是浮游植物生长的主要生源要素,其生物地球化学循环对海洋生态系统具有至关重要的作用[1]。因此研究该海区生源要素的分布及变化特征,对于了解该湾的水质状况及在该水域的生态系统循环过程具有重要意义。

1 调查站位与分析方法

1.1 调查时间与站位布设

在广西近海共布设 6条断面(图 1),共 53个站位。其中近岸25个站,编号为BB和GX系列; 近海27个站,编号为B系列。于2006年7月和12月、2007年4月和10月进行了夏、冬、春、秋4个航次的调查。

1.2 分析方法

样品的采集、保存和分析均按《海洋监测规范》(GB17378-1998)[2]进行。营养盐水样经0.45 μm的醋酸纤维素滤膜抽滤,磷酸盐采用磷钼蓝法,硝酸盐采用锌镉还原法,亚硝酸盐采用萘乙二胺分光光度法,氨氮采用次溴酸盐氧化法,硅酸盐采用硅钼蓝法。温度和盐度用多参数水质仪(YSI6000)现场测定。

图1 广西近海调查站位Fig.1 Sampling sites in Guangxi coastal area

2 结果与讨论

2.1 平面分布

2.1.1 春季

由图 2a、2b、2c可以看出,调查海区内营养盐的总体趋势是近岸高、远岸低,从近岸向外营养盐浓度呈梯度快速降低,与盐度的分布趋势相反(图3a)。高值出现在近岸的3个区域,一是廉州湾内,磷酸盐(PO4-P)浓度大于 0.5 μmol/L,SiO3-Si浓度大于 30 μmol/L,溶解无机氮(DIN=NO3-N + NO2-N +NH4-N)浓度大于15 μmol/L,显然,其与南流江的径流输入有很大关系; 另一个区域是茅尾海,PO4-P浓度大于 0.4 μmol/L,SiO3-Si浓度大于 25 μmol/L; DIN浓度大于15 μmol/L,主要原因是茅尾海上游的茅岭江和钦江径流的影响。第三个高值区出现在铁山港湾,PO4-P浓度大于 0.5 μmol/L,SiO3浓度大于 30 μmol/L,DIN浓度大于6 μmol/L,三类营养盐之间较好的相关性说明其具有良好的同源性。其他海域的营养盐浓度较低,PO4-P浓度低于0.3 μmol/L; SiO3-Si浓度低于20 μmol/L; DIN浓度低于5 μmol/L。尤其是西南部的开阔海域,PO4-P浓度低于0.05 μmol/L;SiO3-Si浓度低于 5 μmol/L; DIN 浓度低于 2 μmol/L。

图2 广西近海表层海水营养盐的平面分布Fig.2 Horizontal distributions of nutrients in surface waters of Guangxi coastal area

图3 广西近海表层海水盐度的平面分布Fig.3 Horizontal distributions of salinity in surface waters of Guangxi coastal area

2.1.2 夏季

调查海区内SiO3-Si和DIN的总体趋势也是近岸高、远岸低,从近岸向外营养盐浓度呈梯度快速降低,且等值线较春季更为密集。但 PO4-P的分布趋势则刚好相反,即近岸低、远岸高。近岸海域,绝大部分站位PO4-P浓度低于0.15μmol/L,而远岸海域则普遍高于 0.15μmol/L,最高值出现在雷州半岛与涠州岛之间的海域,PO4-P浓度大于 0.4 μmol/L(图 2d)。PO4-P的这一分布趋势与叶绿素a的分布趋势(图略)相反,说明浮游植物对PO4-P的消耗有一定影响; 此外,PO4-P浓度高值区往往是盐度高值区(S＞ 33.0,图3b),说明外海高PO4-P浓度海水的输入也有一定的贡献。SiO3-Si与DIN浓度都是从海区北部廉州湾和茅尾海向外逐渐降低(图 2e、f),具有明显的河口特征。SiO3-Si与DIN浓度在2处高值区均分别大于25 μmol/L和 15 μmol/L,而在南部开阔海域两者浓度分别低于5 μmol/L和1 μmol/L。大风江、南流江等径流的输入,是造成廉州湾及茅尾海 SiO3-Si和DIN浓度高的主要原因,而外海水的入侵是造成西南开阔海域营养盐浓度较低的主要因素。

2.1.3 秋季

三类营养盐的分布趋势基本相似,高值区均出现在茅尾海海域,雷州半岛沿岸出现中值区,西南海域仍为最低值(图 2g、h、i)。其中,PO4-P在茅尾海的浓度大于 0.4 μmol/L,SiO3-Si浓度大于 40 μmol/L; DIN浓度大于20 μmol/L; 而西南部海域的营养盐浓度依次低于 0.05、5 和 2 μmol/L。在铁山港内的GX01测站为第二高值区,PO4-P浓度为0.24 μmol/L; SiO3-Si浓度为26.5 μmol/L; DIN浓度为16.6 μmol/L。在茅尾海的入海处和铁山港最北部浓度较高,其他海域相对较低,而在南流江、大风江等河口没有出现高值。此分布趋势与盐度分布(图3c)刚好相反,说明其主要影响因素是陆源输入。

2.1.4 冬季

PO4-P和 DIN在海区内分布较其他季节均匀,大体上呈现出中间低,四周高的趋势(图2j、l),在调查海区东南部 PO4-P和 DIN的浓度分别高于 0.15 μmol/L和 7.5 μmol/L,其他海域两者浓度普遍低于0.1 μmol/L 和 4.5 μmol/L。SiO3-Si在钦州湾海域浓度较其他海区高(图 2k),其浓度大于 18 μmol/L,其余海区普遍低于10 μmol/L。此分布趋势与盐度分布(图3d)基本相反,说明其的影响因素主要是陆源输入。此外,由于冬季径流输减少,导致三类营养盐同时出现一年中的最低值。

2.2 季节变化

广西近海PO4-P、SiO3-Si、DIN浓度的平均值全年变化范围分别为 0.065～0.22 μmol/L、8.45～14.74 μmol/L、2.89～4.51 μmol/L。PO4-P 浓度的季节变化为夏季最高,春季次之,秋季再次,而冬季最低。SiO3-Si和DIN的浓度为秋季最高,春夏季次之且相差较少,3类营养盐浓度最低值都出现在冬季(图4)。

图4 广西近海营养盐平均值的季节变化Fig.4 Seasonal variations of nutrients in Guangxi coastal area

从图4可以看出,PO4-P的季节变化呈春、夏高,秋、冬低的趋势,且变化较大,春夏明显高于秋冬;DIN与SiO3-Si则呈现出秋高、冬低,春夏居中的变化趋势,且四个季节变化较小,春夏基本持平。夏季和秋季调查海区正处于丰水期,存在较大的河流径流输入,陆源输入影响最大,使营养盐出现高值。但由于夏季水温高、光照强,浮游植物活动旺盛,消耗的营养盐较多,从而使SiO3-Si和DIN此时出现低值,高值出现在水温稍低的秋季,而 PO4-P的季节变化与两者不同,夏季高于其他季节,秋季大约为夏季的一半,这说明 PO4-P的浓度是多种因素的综合影响。调查显示,春秋两季的叶绿素a浓度比夏冬两季要低,冬季正值枯水期,陆地径流输入较少,所以补充源较少,而冬季的叶绿素 a分布显示浮游植物依然较强,使得消耗速率大于补充速率,因此3类营养盐均出现最低值。

表1 广西近海海域营养盐浓度及其比值的平均值Tab.1 Nutrient concentrations and ratios in Guangxi coastal area

2.3 营养盐比值

Si∶N∶P的摩尔比可用来判断海域浮游植物营养盐的限制情况。研究表明[4],浮游植物吸收硅盐、氮盐和磷盐通常按当 Si∶N∶P的原子比应为16∶16∶1这一比例(Redfield系数[5～7]),某一元素浓度偏离过高或过低都可能引起浮游植物的生长受到这一元素的限制。Justic[8]总结了营养盐限制浮游植物生长需要的硅、无机氮和无机磷阈值(Si=2 μmol/L,DIN=1 μmol/L,DIP=0.1 μmol/L),此法则为营养盐限制的绝对法则[9]。Dortch等[10]提出了一个更为保守的营养盐限制标准,N 限制：DIN＜1μmol/L,DIN/PO4-P＜10; P 限制：PO4-P ＜0.2 μmol/L,DIN/PO4-P ＞30; Si 限制：SiO3-Si＜2 μmol/L,SiO3-Si/DIN＜1,SiO3/PO4-P＜3。采用后者[11]应用于广西近海海域。调查结果表明(表1),海区四季SiO3-Si浓度始终大于2 μmol/L,SiO3-Si/DIN＞2,SiO3/PO4-P＞40,SiO3- Si在该海域浓度丰富; DIN浓度四季始终大于 1 μmol/L,DIN/PO4＞14,DIN浓度较高,因此DIN不会成为该海域浮游植物的限制性因素; PO4-P浓度在该海区的变化范围是 0.06～0.22 μmol/L,仅在夏季 PO4-P ＞0.2 μmol/L,春秋冬三季均小于0.2 μmol/L,且在秋冬季DIN/ PO4-P ＞30,因此在该海域PO4-P为浮游植物的限制性因素,为贫P型海区,符合磷限制已成为中国近海河口区域的特征[12],在春季由于水温升高,浮游植物活动旺盛,消耗较多的营养盐,使得海域的DIN与PO4-P浓度均较低,因此,在春季该海区为寡营养盐海区。

3 结语

广西近海营养盐的分布趋势是由北向南呈梯度快速递减,高值区主要是出现在廉州湾、茅尾海和铁山港海域,其中春、夏及秋季廉州湾海域和铁山港海域营养盐浓度近岸较高,这说明海区营养盐的浓度主要受陆地径流的影响; 在冬季,营养盐在海区分布较均匀,高低值相差不大。西南海区常年出现最低值,主要原因是外来海水的入侵。

从季节变化来看,PO4-P为夏季最高,春季次之,秋季再次,冬季最低; SiO3-Si和 DIN的浓度为秋季最高,春夏季次之,冬季最低。

该海区SiO3-Si浓度较丰富,DIN四季浓度均大于浮游植物生长所需最低值,因此两者都不是浮游植物的限制性因素。春季,PO4-P和DIN浓度均较低,此时为寡营养状态; 夏季 PO4-P浓度能满足浮游植物生长需要; 在秋冬两季磷是该海区浮游植物生长的限制性元素。

致谢：本文是广西 908专项之水体调查和成果集成项目的一部分,文中使用了由厦门大学海洋与环境学院提供的ST09区块的部分站位的调查数据,在此表示感谢。

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