北黄海西部海区营养盐季节变化及其影响因素探讨＊

赵 倩，臧 路，张传松，石晓勇

（中国海洋大学 化学化工学院，山东 青岛266100）

北黄海西部海区营养盐季节变化及其影响因素探讨＊

赵 倩，臧 路，张传松，石晓勇＊

（中国海洋大学 化学化工学院，山东 青岛266100）

根据2006－07－2007－10对北黄海4个航次调查资料，分析并讨论了北黄海西部海区营养盐四季变化及其影响因素。DIN，PO4－P和SiO3－Si的浓度从春季到冬季逐渐升高。春、夏、秋季营养盐底层浓度均远远大于表层的，冬季营养盐各层浓度相近。黄海冷水团是影响北黄海西部营养盐季节变化的主要因素，黄海暖流和鸭绿江水的输入对北黄海西部营养盐季节变化影响不显著；受北黄海跃层的影响，北黄海西部海区营养盐浓度除冬季外，垂直方向均呈现出分层现象，表层浮游植物吸收营养盐，使表层营养盐浓度低于底层的。

北黄海西部海区；营养盐；影响因素

北黄海是指山东半岛、辽东半岛和朝鲜半岛之间的半封闭海域，大体呈NE向的平行四边形，面积约为7.1×104km2。北黄海在辽东半岛有鸭绿江、大洋河、庄河和碧流河等河流入海，同时还存在来自渤海南岸的鲁北沿岸水［1］。其海域内较为复杂的沿岸流和在不同季节存在的多个水团，造成北黄海各个季节生源要素具有复杂性，从而形成其独特性。

对于黄海海域生源要素的研究可追溯至1957年由中国科学院海洋研究所主持的渤海及黄海西部的海洋综合调查，1958－1960年由国家科学技术委员会海洋组主持的全国海洋综合调查项目，以及1966－1986年国家海洋局主持的标准断面调查等。但是到目前为止，对黄海海区营养盐分布的研究多集中于南黄海［2－5］、北黄海西部近岸［6－10］和河口区［11－16］以及北黄海某个季节或断面的分布特征［17－19］，而对于北黄海整个西部海区营养盐四季变化及其影响因素的讨论较少。

依据2006－07－2007－10对北黄海西部海区4个航次的现场调查的资料、北黄海西部溶解无机态营养盐浓度四季特征进行了研究，并针对其影响因素进行了探讨。

1 调查与方法

1.1 站位布置与调查时间

在北黄海西部海域（37°～40°N，121°～124°E）共设81个大面站（站位见图1）。调查分别于2006－07－23－2006－08－06（夏季）、2007－01－03－2007－01－16（冬季）、2007－04－24－2007－05－04（春季）和2007－10－14－2007－10－25（秋季）进行。

1.2 调查方法

4个航次均使用“东方红2号”海洋科学考察船。在调查过程中使用电控12联装12LNiskin采水器采集各个深度（主要为表层、10m、30m和底层）的水样，分别测定溶解氧（DO）和营养盐等参数。各项参数按照《GB17378.4—2007》［20］进行测定：每个站位的海水温度、盐度及水深等参数均使用 CTD（Sea Bird 911－Plus型）进行现场测量；DO用Winkler法现场测定；营养盐样品现场经GF／F滤膜（450℃灼烧4h）过滤后使用营养盐自动分析仪（QuAAtro型，德国Bran＋Luebbe GmbH Co.生产）测定，其中PO4－P用磷钼蓝分光光度法（标准偏差为0.012μmol／L，检测限 0.024μmol／L），SiO3－Si用硅钼蓝分光光度法（标准偏差为0.18 μmol／L，检测限0.04μmol／L），NO2－N 用萘乙二胺分光光度法（标准偏差为0.03μmol／L，检测限0.03μmol／L），NO3－N用Cd－Cu还原法（标准偏差为0.03μmol／L，检测限0.03μmol／L，NH4－N用次溴酸盐氧化法测定分析（标准偏差为0.03μmol／L，检测限0.02μmol／L）。溶解无机氮（DIN）为 NO3－N，NO2－N和NH4－N之和。

图1 北黄海西部海区调查站位分布Fig.1 Distribution of sampling stations in the west of the North Yellow Sea

2 结果与讨论

北黄海西部海区的4次调查数据中各项溶解无机态营养盐浓度范围较大，为使其总体浓度变化特征反映得更清晰，文章中仅用所有站位的平均值数据来进行分析。

2.1 北黄海西部营养盐浓度季节变化

图2分别给出了北黄海西部海区各项营养盐浓度总体平均值和DIN，PO4－P和SiO3－Si各层平均值的四季变化情况。

从四季变化来看：DIN 春、夏、秋、冬浓度平均值分别为3.46，3.25，6.45，8.00μmol／L；PO4－P春、夏、秋、冬浓度平均值分别为0.18，0.20，0.40，0.56μmol／L；SiO3－Si春、夏、秋、冬浓度平均值分别为3.29，4.45，7.64，12.32μmol／L。整个海区三项营养盐浓度均呈现出从春季到冬季逐渐增大的趋势，春、夏季浓度较低，从夏季到冬季浓度呈直线上升，冬季达到全年最高值，约为春季浓度的2～4倍。对于不同水层中营养盐季节变化又有其独特性：表层、10m层DIN和PO4－P浓度从春季到冬季呈现出先降低后升高的趋势，夏季浓度最低，冬季达到最高值，30m层DIN和PO4－P浓度从春季到冬季逐渐升高，底层DIN和PO4－P浓度秋季达到最高值，之后迅速下降。而各层SiO3－Si浓度从春季到冬季逐渐升高。

垂直方向上，除冬季以外，其它季节DIN，PO4－P，SiO3－Si的浓度均呈现底层的远远高于表层的现象，但各个季节营养盐垂直分布又各有特点：春季表层和10m层各项营养盐浓度较低且平均值十分接近，而30m层和底层的浓度相近且浓度较高，10m层与30m层之间存在浓度突跃。夏季营养盐垂直方向上浓度表现出与春季相似的特征。秋季营养盐层化现象更为显著，从表层到底层逐渐升高，表层与10m层浓度相近，30m层浓度比10m层的有所增加，但是营养盐浓度平均值差别已不像春季和夏季那样大，底层升高较为显著。冬季各层各项营养盐浓度大致相同，营养盐浓度处于较高水平。

图2 北黄海西部海区生源要素浓度的季节变化Fig.2 The seasonal changes of biogenic factors in the west of the North Yellow Sea

2.2 北黄海西部营养盐季节变化的影响因素探讨

2.2.1 四季浓度变化影响因素探讨

影响北黄海西部海区中营养盐浓度的因素有黄海冷水团中颗粒物的累积与分解、黄海暖流输入和鸭绿江冲淡水陆源输入等。

黄海冷水团可被看做是一季节性水团［21］，它的形成、发展和消亡与温跃层的演变几乎是同步进行的。7－8月为温跃层的强盛期，亦是冷水团的鼎盛时期［22］。

春季黄海冷水团逐渐生成，在北黄海西部海区中部冷水团区域DIN浓度存在一个高值区（＞6μmol／L），远大于北黄海营养盐的平均浓度（图3a）。夏季北黄海底部形成明显冷水团中心。夏季由于是相应地垂向混合作用小，“在黄海的底部就留下了一个稳定的冷水团”［23］。夏季浮游植物将大量的无机营养盐转化为颗粒有机物，大比重的颗粒有机物沉降到底部的冷水团区域。春季和夏季冷水团中颗粒态营养盐是一个不断累积的过程，大量的颗粒态营养盐储存在海区底部的冷水团中，随着时间的推移底层颗粒有机物逐渐分解，冷水团成为了营养盐贮库［4］。秋季冷水团中心范围逐渐缩小，冷水团开始消亡，但是由于垂直方向上海水仍然达不到上下完全混合的程度，秋季海区底层仍存在冷水团，沉降到底层的颗粒有机物分解成溶解无机态营养盐，在冷水团中不断积累，由图3可以看出秋季北黄海中底部冷水团区域出现了一个溶解无机态营养盐的高值中心，冷水团区域营养盐含量达到了高值，远远大于北黄海的总体平均浓度。在冬季，自春季以来沉入海底冷水团区域的生物碎屑不断被微生物分解，产生了大量溶解无机态营养盐，经过一年的分解与累积其浓度达到四季的最高值。

黄海暖流是黄海唯一的外海水源。主要是从对马暖流水和东海陆架水在济州岛南侧交汇所形成的锋区中衍生出来的［24］，因此黄海暖流水具有高温、高盐、低营养的特性。黄海暖流属于季节性海流，每年12月，随着冬季风的加强而逐步发展，并于翌年2月达到强盛［25］。虽然在北上过程中黄海暖流的温盐特性发生了变化，但是在冬季（黄海暖流强盛期）黄海暖流北上进入北黄海后，仍保留其高温低营养盐特性，从底层DIN分布图中也可以看出，在冬季调查海区东南部有一低营养盐海水侵入，表明在冬季黄海暖流会携大量低营养盐海水进入北黄海。

图3 北黄海西部海区底层DIN（μmol·L－1）平面分布Fig.3 The horizontal distributions of DIN （μmol·L－1）at the bottom layer in the west of the North Yellow Sea

鸭绿江的入海平均流量为1.1×103m3／s，年总径流量约为3.47×1010m3，每年12月初至翌年4月中为江面冰封期，丰水期在8月，7月和8月的径流量占全年的48%［26］。春末夏初鸭绿江径流将化冻后积攒了整个冬季的排放物集中倾泻入海，导致河口区DIN浓度较高，夏季丰水期，也汇集了上游和下游排放的DIN，而秋季鸭绿江携带入海的DIN有所下降［15］。以DIN为例（图4），本次调查中辽南沿岸春、夏季存在一个DIN高值区，秋、冬季存在一个低值区。春季和夏季鸭绿江携带大量营养盐输入北黄海西部，到了冬季鸭绿江径流量减小进入冰封期，冬季鸭绿江口营养盐浓度分布（图3和图4）表明，在冬季鸭绿江向海区中输入的营养盐含量较低。

四季黄海冷水团区域中溶解无机态营养盐浓度均远远高于调查海区的。春、夏季颗粒态营养盐在冷水团区域大量累积，使冷水团成为贮库，随着时间推移冷水团区域中的颗粒物不断分解为溶解无机态营养盐，造成冷水团区域溶解无机态营养盐从春季到冬季浓度逐渐升高。与整个北黄海营养盐浓度趋势相同，北黄海冷水团中颗粒物的累积与分解是影响北黄海营养盐季节变化的主要因素。黄海暖流在冬季将大量的高温高盐低营养盐的海水注入北黄海，但是并没有使北黄海西部海区的溶解无机态营养盐浓度降低，说明其对北黄海西部海区溶解无机态营养盐浓度影响较小。鸭绿江向北黄海西部海区输入DIN，其浓度春、夏季较高，秋、冬季较低。但是北黄海西部海区营养盐整体水平春、夏季较低，秋、冬较高，说明鸭绿江水的输入并未对北黄海西部海区溶解无机态营养盐浓度产生明显的影响。综上所述，北黄海冷水团区域中颗粒物的累积与分解是北黄海西部海区四季营养盐浓度变化的主要影响因素。

图4 辽南沿岸表层溶解DIN（μmol／L）平面分布Fig.4 The horizontal distributions of the dissolved DIN （μmol·dm－3）at the surface layer in the south Liaoning coast

2.2.2 四季营养盐垂直变化影响因素探讨

由北黄海各层温度平均值的季节变化（图5）可知，在北黄海西部海区四季营养盐垂直分布的特点是受温度跃层和浮游植物共同影响的。

春季整个北黄海的水体逐渐开始层化。调查海区表层、10m层温度相近，平均温度约为9.2℃；30m和底层温度相近，平均温度约为7.2℃。由于下层水体升温的迟滞性，温跃层逐渐形成，导致30m和底层营养盐浓度较高的低温海水无法对跃层以上的海水进行补充，使营养盐浓度出现了分层现象。夏季整个水体温差达到最大，表层、10m层水温平均值比30m、底层高出7～10℃，北黄海形成了全年中最强的温跃层，富含营养盐的底层海水无法补充到表层，造成底层营养盐浓度远大于表层浓度。秋季北黄海西部海区海水从表层到30m层温度近似，平均温度约为18℃。随着水体温跃层逐渐减弱，垂直混合作用逐渐增强，30m以浅水体混合较均匀，使30m层营养盐浓度与表层相近。由于混合作用的加强，底层海水中高浓度营养盐部分被带至水体上层，呈现出营养盐浓度从表层到底层逐渐地升高。秋季底层高浓度营养盐对上层水体的补充，使表层、10m层、30m营养盐浓度高于夏季的。到了冬季，受北黄海强烈的垂直涡动影响，冬季水体由表至底温度近似，上下水体混合均匀，使各个层次各项营养盐浓度大致相同。而积聚在北黄海底部的大量营养盐被带至上层，使表层、10m层和30m层营养盐浓度在冬季进一步升高，底层的DIN、PO4－P的浓度降低。

浮游植物对营养盐的吸收，可以造成无机态营养盐浓度的降低。图6为北黄海西部海区四季叶绿素浓度平均值变化，从图中可以看出，春季表层、10m层浮游植物生长旺盛，浮游植物水华一般先于浮游动物的大量繁殖，在表层有些浮游植物未被摄食而直接沉降到底层水中，使底层叶绿素浓度也较高；夏季表层、10m层叶绿素质量浓度明显地大于30m层和底层，表层和10m层水体中浮游植物生长活动旺盛大量吸收营养盐，造成表层营养盐浓度明显地低于底层；秋季30m以浅区域垂直混合作用较强，但是叶绿素质量浓度表层、10m层明显大于30m的和底层的，表层、10m层浮游植物光合作用吸收营养盐，造成了表层、10m层营养盐浓度明显地小于30m；冬季叶绿素质量浓度较低，表层、底层差别不大。

温度跃层的形成造成了春、夏季营养盐浓度跃层，温度跃层的消失引起北黄海上下水体分层和混合，使冬季上下水体营养盐浓度一致；而由于表层和10m层浮游植物光合作用吸收营养盐造成了表层和10m层的营养盐浓度较低。

3 结 论

通过对4个航次的数据和影响因素的分析得出以下结论：

1）DIN，PO4－P和SiO3－Si的浓度从春季到冬季逐渐升高。春季、夏季营养盐由表到底浓度升高，表层与10m的浓度相近，30m的与底层的相近；秋季营养盐层化现象更为显著，30m浓度明显低于底层的。冬季各层垂直混合均匀，营养盐浓度较高且相近。

2）北黄海黄海冷水团中颗粒物的积累与分解是影响北黄海溶解无机态营养盐浓度从春季到冬季逐渐升高的主要因素。黄海暖流、鸭绿江水输入对北黄海营养盐四季总浓度变化影响较小。温跃层的存在使底层营养盐无法向上层补充，造成了营养盐分层现象，冬季跃层消失垂直混合强烈，使各层营养盐浓度相近。由于浮游植物在表层对营养盐的大量吸收，使表层营养盐浓度（除冬季外）低于底层的。

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The Seasonal Changes of Nutrients and Interfering Factors in the West of the North Yellow Sea

ZHAO Qian，ZANG Lu，ZHANG Chuan－song，SHI Xiao－yong
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China）

Based on the data of four cruises carried out from July 2006to October 2007，the seasonal changes of nutrients and interfering factors in the west of the North Yellow Sea were analyzed.The results showed that the concentrations of DIN，PO4－P and SiO3－Si increased gradually from spring to winter.The concentrations of nutrients at bottom were far higher than those at surface in spring，summer and autumn，however，the concentrations at all layers were similar in winter.The seasonal changes of nutrients in the west of the North Yellow Sea were dominantly affected by the cold water mass，and not significantly influenced by both Yellow Sea warm current and Yalu River..The concentrations of nutrients were vertically stratified due to thermo cline of the North Yellow Sea.Since the nutrients assimilated by the phytoplankton at the surface in all seasons except in winter，the concentrations of nutrients at the surface were far less than those at the bottom.

the west of the North Yellow Sea；Nutrient；interfering factor

October 26，2010

P734.4

A

1671－6647（2012）01－0069－08

2010－10－26

我国近海海洋综合调查与评价专项——我国主要河口及邻近海域环境质量评价（908－02－02－02）

赵 倩（1986－），女，山东青岛人，硕士研究生，主要从事海洋生物地球化学与海水分析方面研究.E－mail：zhaoqian8611＠163.com

＊通讯作者，E－mail：shixy＠ouc.edu.cn

（高 峻 编辑）

致谢：中国海洋大学化学与化工学院陈洪涛老师在营养盐数据方面提供帮助。