长江口外低氧区特征及其影响研究

刘志国，徐韧，刘材材，秦玉涛，蔡芃

（国家海洋局东海环境监测中心，上海 200137）

长江口外低氧区特征及其影响研究

刘志国，徐韧，刘材材，秦玉涛，蔡芃

（国家海洋局东海环境监测中心，上海 200137）

通过对2008年8月至2010年9月在长江口30°20′N-32°30′N，122°15′E-124°20′E范围海域开展的7次综合海洋调查资料进行分析，以期了解长江口海域低氧现象的年际、季节变化及其对海洋环境和生物的影响。研究结果发现，该海域夏季存在长江口和浙江南部两处低氧区域，低氧现象主要发生在20～50 m水层；低氧海域与非低氧海域的无机氮（DIN）、活性磷酸盐、叶绿素a含量存在一定差异；长江口海域浮游动物、浮游植物的分布状况与低氧区的存在与否未能发现相关关系。低氧区是底栖生物生物量的高值区，多毛类是其中最多的底栖生物种类，对低氧环境的耐受程度较高。

长江口；溶解氧；低氧区；分布特征

Abstract：To understand the characteristics of dissolved oxygen and its annual and seasonal changes，seven surveys were carried out from August 2008 to September 2010 in the Yangtze Estuary covering the area from 30°20′-32°30′N to 122°15′-124°20′E.The results showed that，there co-existed two hypoxic zones in the survey area in summer.Hypoxia occurred mainly between 20m to 50 m water layers in summer.Dissolved inorganic nitrogen，active phosphate and Chlorophyll a had discrepancy between hypoxic zone and other areas，yet hypoxia affected planktons slightly.The hypoxia area was high distribution center of biomass.Polychaetes were the most species of benthic community，which had high tolerance to hypoxemia.

Keywords：Yangtze River Estuary；dissolved oxygen；hypoxia；distribution characters

溶解氧是海水中重要的环境要素，其含量变化是物理过程、海洋化学过程和生物过程共同相互作用的结果，与入海径流、海洋环流、水动力、生物与非生物的氧化还原反应、光合作用和呼吸作用等关系密切，是反映海洋生态环境的重要指标。溶解氧对海洋环境和海洋生物具有重要的作用，当溶解氧含量低至2～3 mg/L时，水域生态状况急剧恶化，鱼、虾等多种水生生物无法正常生活；同时，由于表层沉积物的氧化性环境遭到破坏，原先积聚在沉积物中的有毒有害化学物质可能重新活化，造成二次污染（Pihl et al，1991；顾孝连 等，2009）。

目前，低氧现象已经成为影响河口/近海生态系统的一种普遍现象。世界范围内的河口与近岸区域的低氧现象已受到日益广泛关注。如美国自70年代以来就对墨西哥湾北部密西西比河口陆架区域的低氧现象开展了比较系统和全面的研究（Bierbaum et al，1999； Rabouille et al，2008）。类似的低氧区还出现在美国东北的大西洋海岸、波罗的海、黑海、亚得里亚海东北部、韩国南部及日本本岛 南部内 海 等（Turner et al，2005；Maxmov，2006；Oguz，2006；Lim et al，2006；Kasai et al，2007）。我国的河口与近岸区域的低氧问题也逐渐受到关注，如目前北部的锦州湾、辽河口、小清河河口，中部的长江口，南部的厦门湾、珠江口和香港周边海域等都已开展有关低氧区的相关研究工作（韩舞鹰，1998；Li et al，2002；Yin et al，2004；王继龙，2004；Dai et al，2006），并对低氧区的特征和形成机制取得了一定的认识。

20世纪80年代起，我国研究者开始关注长江口的溶氧问题，如顾宏堪在观测黄海溶解氧时，提出长江口存在一个溶氧的低值区域（顾宏堪，1980）。随后陈吉余（1988） 也发现夏季长江口存在溶氧的低值情况。90年代以来，越来越多的研究关注长江口水域的低氧区，目前普遍认为长江口外缺氧区主要位于32°N以南至30°N和浙江沿海附近海域，并指出长江径流污染物的注入有可能加剧了该区的水域底层氧亏损现象（Chen et al，2007；陈东等，2008）。虽然目前已对长江口外低氧区开展了一定的研究，但大多基于单次或单年度的调查数据，而缺乏对低氧区较长时间序列的连续研究。长江河口外低氧区的存在必然对该水域生态系统乃至东海陆架区的生源物质的生物地球化学循环产生较大影响，因此对其时空分布特征、变化趋势以及对生态系统造成的影响的研究，对控制和减缓低氧区所造成的危害具有重要的科学意义和应用价值。

1 材料与方法

于2008年8月、11月，2009年2月、5月、8月，2010年5月、9月对长江口海域展开了7个航次的调查。调查范围包括长江口及邻近海域（30°20′N-32°30′N，122°15′E-124°20′E），面积约40 000 km2海域（图 1）。

采样分层方法为水深6～15 m的站位分表底两层，表层为水深0.1～1.0 m，底层为水深距海底2 m；水深16～50 m的站位依次分表层、10 m、20 m、30 m、40 m、50 m和底层采样分析。分析方法均采用均采用海洋监测规范（GB 17378-2007） 规定的国家标准方法。DO使用Sea-Bird CTD进行现场测量，其他水质分析，活性磷酸盐采用磷钼蓝分光光度法，氨氮采用次溴酸盐氧化法，亚硝酸盐-氮采用盐酸萘乙二胺比色法，硝酸盐-氮采用锌镉还原比色法，硅酸盐采用硅钼黄分光光度法。浮游植物采用潜水Ⅲ型浮游生物网，浮游动物采用潜水Ⅰ浮游生物网，进行从底至表的垂直拖网，样品现场固定于5%福尔马林海水溶液中，带回实验室进行样品分析。底栖生物采用0.1 m2抓斗式采泥器在调查站位采集沉积物样品，每站取样2次，采用0.5 mm孔径筛子进行筛选，3次重复，获得样品以75%酒精固定，带回实验室进行种类鉴定和计数。

图1 采样站位图

2 结果与分析

2.1 低氧区的范围和变化规律

2.1.1 水平分布特征

从2008年8月至2010年9月7个航次的监测结果来看，仅2008年8月、2009年8月和2010年9月3个夏季航次发现低氧区海域，其余4个航次的监测均未发现明显的低氧区。2008年8月航次发现低氧区海域主要出现在DYQ09、DYQ25和DYQ26站位附近海域（图1），严格低氧区约占整个监测海域的5%，溶解氧含量范围在1.4～8.5 mg/L之间，平均为2.9 mg/L；非低氧海域占整个监测海域的95%，溶解氧含量范围在2.4～12.4 mg/L之间，平均为4.7 mg/L。2009年8月，南部低氧现象不显著，溶解氧含量范围在1.79～11.89 mg/L之间，平均为6.06 mg/L，核心低氧区主要位于监测区域北部。2010年9月长江口出现的低氧现象，较为核心低氧区有三处（图2），分别位于32°30′N，123°30′E、30°50′-31°15′N，122°35′-122°50′E 和31°35′-31°48′N，122°15′-122°45′E，低氧海域面积约2 330 km2，溶解氧含量最低值为1.18 mg/L，位于 122°35′E、31°45′N 处的 30 m 水深层。缺氧区总面积约2 330 m2，处于低氧状态的水层平均厚度约8 m。与2008年相比，核心低氧海域分布的区域大致相同，但面积有所减少而溶解氧含量最低值更低。

2.1.2 垂直分布特征

在亲水性方面，通过低温等离子技术对聚四氟乙烯材料的表面进行处理，引入丙烯酸等亲水性单体，可以大大降低聚四氟乙烯与水的接触角。

低氧现象表现出明显的垂直分布特征，由2010年低氧区监测海域不同层次的溶解氧含量变化（表2）可见，溶解氧最低值位于30 m水深层，20m层水深局部站位溶解氧含量也小于2mg/L。

图2 长江口夏季低氧区平面分布

表1 2008-2010年长江口低氧值比较

表2 2010年9月不同水层溶解氧含量（mg·L-1）

表层水域均未出现低氧现象最低值出现在（32°N，123°E），DO 值为 3.51 mg/L；10 m 起开始出现低氧现象，低氧区域位于长江口外，面积较大；20 m 层在（31°45′N，122°45′E）、（31°N，122°45′E） 点所处海域存在低氧现象；30 m层在（31°45′N，122°30′E）、（31°45′N，122°45′E） 至（31°30′N，122°30′E） 点处存在低氧区；40 m 层低氧区出现在监测海区东北区域（图3）。

从图3中溶解氧分布情况来看，低氧区的海域均出现在20 m以下水域。表明长江口低氧区海域水体的垂直交换作用并不明显，溶解氧浓度主要受水体水平方向运动影响较大。虽然各处由于深浅存在差异，但低氧区主要出现在夏季的下层水域，这可能是由夏季长江淡水大量注入，形成温度和盐度的双跃层，阻隔了下层与表层海水的氧气交换。同时表层大量生长旺盛的生物产生的有机碎屑在底层氧化分解，使得溶氧严重亏损（王海龙 等，2010；韦钦胜等，2011）。

2.2 低氧区内外环境要素差异

长江口调查海域水质状况调查显示，除2010年低氧区无机氮含量略高于非低氧区，其他年份均明显低于非低氧区；活性磷酸盐含量则表现出与叶绿素a含量和无机氮相反的趋势，2008-2010年低氧区活性磷酸盐含量均高于非低氧区；叶绿素a含量的调查结果显示，2008年低氧区叶绿素a含量均明显低于非低氧区，2009年低氧区叶绿素a含量明显较高，2010年低氧区叶绿素a含量与非低氧区相当（表3）。

2.3 低氧区内外内外海洋生物差异

2.3.1 浮游生物

表3 2008-2010年长江口海域夏季水质状况

选择2010年核心低氧区监测区域的站位（DYQY06） 和低氧区周围海域的站位（DYQY09和DYQY14）20 m和30 m水深处所采集的浮游植物水样进行了种类数、细胞数的比较，见表4。结果表明，缺氧区内外无明显差异。在某种程度上可以说明，低氧的水体环境并未对浮游植物有明显影响。30 m层总细胞数的差异主要是由于硅藻细胞数量的差异造成，造成这种现象的原因是由于核心低氧区站位处于长江口北支，盐度较高，从而导致中肋骨条藻（Skeletonema costatum）数量高于非低氧区站位。

表4 核心缺氧区内外浮游植物细胞数和种类数的比较

对浮游植物的同期同站位比较结果表明，缺氧区内浮游动物密度、生物量要远高于缺氧区外，优势种类均为肥胖箭虫（Sagitta enflata）和背针胸刺水蚤（Centropages dorsispinatus），虽然密度有所不同但浮游动物种类数基本相近，造成差异的主要原因是因为由于地理环境差异造成的其他环境因子的差异而非溶解氧，可见低氧环境并未对浮游动物产生明显的限制作用（表5）。

表5 核心缺氧区内外浮游动物种类数、密度、生物量比较

2.3.2 底栖生物

2009年监测海域底栖生物种类数范围为0～23种。监测海域底栖生物密度范围为0～235 ind./m2，底栖生物生物量范围为0～8.25 g/m2，生物密度和生物量均高于监测海域。从种类组成上来看，低氧区海域共鉴定出大型底栖生物4类52种，其中多毛类24种，为主要优势类群。

2010年监测海域共发现底栖生物82种，其中多毛类49种，软体动物16种，甲壳类8种，棘皮动物7种，鱼类2种，腔肠动物1种和纽虫1种。多毛类、软体动物和甲壳类占总数的67.07%，构成大型底栖生物的主要群落结构。3种优势种有均为多毛类，分别为丝异须虫（Heteromastus filiforms）、独指虫（Aricidea fragilis）、寡鳃齿吻沙蚕（Nephthys oligobranchia），栖息密度均值分别为17.50 ind./m、20.00 ind./m、17.50 ind./m，其中丝异须虫优势度最高，为第一优势种类。

多毛类无论在低氧区还是非低氧区始终是调查海域沉积物中的主要生物种类，分布最广，数量最大，这说明多毛类底栖生物对环境溶解氧含量的适应性较强，另一方面也说明季节性存在的低氧区并不会完全破坏低氧区底栖生态系统，这一结果也与王延明等（2007）研究的结果一致。

3 结论

通过对长江口及其邻近低氧区的监测和研究的研究，得出以下主要结论：（1）长江口海域低氧现象呈现季节性，主要发生在夏季。（2）低氧区发生中心和面积存在年际变化，低氧中心除有明显偏北的趋势外，夏季低氧区面积较以往也有一定的增大，低氧核心区位于（122°35′E，31°45′N） 附近。（3）从对浮游生物群落的影响来看，低氧区浮游植物的种类和细胞数目前还不存在着明显的差异。浮游动物虽然密度和生物量高于低氧区外水体，但种类数基本相近，主要原因可能与地理位置不同等有关，尚不能说明缺氧区内外浮游动物存在明显差异。（4）从底栖动物来看，多毛类无论在低氧区还是非低氧区始终是调查海域沉积物中的主要生物种类，分布最广，数量最大，这说明多毛类底栖生物对环境溶解氧含量的适应性较强。同时，也说明长江口低氧区的存在并没有完全破坏底栖生物栖息环境。

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（本文编辑：李晓光）

Characters of hypoxia area off the Yangtze River Estuary and its influence

LIU Zhi-guo，XU Ren，LIU Cai-cai，QIN Yu-tao，CAI Peng
（East China Sea Monitoring Center，SOA，Shanghai 200137，China）

X55

A

1001-6932（2012）05-0588-06

2011-12-20；

2012-03-28

国家“十一五”科技支撑计划项目（2008BAC42B03）；海洋公益性行业科研专项（201205015-02）；我国近海海洋综合调查与评价专项（SH-JC）。

刘志国（1982-），男，博士，工程师，主要从事海洋环境监测和生态风险评价研究。电子邮箱：liuzhiguo150@163.com。