桑沟湾夏、秋季悬浮颗粒物的沉降通量及再悬浮的影响

杨茜，杨庶，宋娴丽，2，孙耀*

（1.中国水产科学研究院黄海水产研究所，山东青岛 266071；2.山东省海水养殖研究所，山东青岛 266002）

桑沟湾夏、秋季悬浮颗粒物的沉降通量及再悬浮的影响

杨茜1，杨庶1，宋娴丽1，2，孙耀1*

（1.中国水产科学研究院黄海水产研究所，山东青岛 266071；2.山东省海水养殖研究所，山东青岛 266002）

应用锚式悬挂沉积物捕捉器法，研究了我国北方重要海水养殖区域桑沟湾悬浮颗粒物沉降通量的分布特征，并通过金属Al标记法，同步测定了沉降颗粒物再悬浮比率。结果表明，桑沟湾的底层悬浮颗粒物（SPM）、颗粒有机碳（POC）、颗粒态总氮（PTN）和颗粒态总磷（PTP）平均表观沉降通量分别为1 511.4 g／（m2·d）、20.01 g／（m2·d）、1.497 g／（m2·d）和0.474 g／（m2·d），显著高于我国其他近岸海域，但底层沉降颗粒物再悬浮比率平均值高达92.8%，认为在养殖内湾，受再悬浮程度的影响，测得的底层表观沉降通量是中层的2.7倍，秋季明显大于夏季，海带和扇贝养殖区大于牡蛎养殖区。经再悬浮比率校正后的净沉降通量，仍存在着显著的空间和季节变化，但受控因素发生了根本转变；这主要表现为净沉降颗粒物质主要源于生物代谢活动强烈中上层水体，贝类的排泄作用使牡蛎和扇贝养殖区的净沉降通量显著大于海带养殖区，养殖贝类个体增大、排泄量增加使秋季净沉降通量高于夏季。在我国近岸海域，再悬浮作用的影响，会对该区域悬浮颗粒物沉降通量的估算带来巨大误差，因此该作用不容忽视。

沉降通量；再悬浮；悬浮颗粒物；桑沟湾

1 引言

海水中悬浮颗粒态有机碎屑的沉降作用，是海洋生态系统中生源要素地球生物化学循环的重要环节。自上世纪70年代开始，各生源要素的垂直通量研究便在全球许多水域得到研究［1—10］。悬浮颗粒物中的颗粒有机碎屑，也是海洋生态系统营养结构的一个重要成分，它既是异养微生物赖以生存的基质，又是某些次级生产者的食物；一些研究结果表明，贝类、浮游动物、原生动物等的结构与数量，能够对其沉降通量产生重大影响［11—16］，尤其是在高密度集约化养殖区域，贝类种群的摄食和排泄作用，甚至可以左右整个生态系统的能量流动和物质循环［17—18］。再悬浮作用是颗粒物沉降通量研究中不可忽视的问题，尤其是在在水产养殖池里，颗粒物的再悬浮可能是重要的营养盐传输机制，但是因为沉积物捕获器采集到的颗粒有一部分来源于池塘底部的再悬浮一部分来自于水体中，所以再悬浮的重要性不能被直接判定，从而给实际沉降通量的测定带来偏差［19—22］。

Avnimelech基于陆源元素（硅、铝、铁）和水源元素（碳、氮）在沉积物捕获器中含量的不同创建了一套估算公式，用来估算沉积物再悬浮在渔业水域的重要影响［23］。因为铝（Al）作为重要的陆源元素指标已被广泛应用［24—25］，所以本文将采用铝（Al）标记法和现场测定水-沉积物界面颗粒有机物相结合，了解水-沉积物界面颗粒有机物的迁移转化过程，希望能够更加准确的量化该养殖内湾生源要素的生物化学循环，并为初步估算沉积物中当年有机颗粒物在沉积物的储量提供有效方法。

2 材料和方法

2.1 调查区域与方法

桑沟湾位于山东半岛东部，属半封闭型海湾，湾内总面积约150.3 km2，平均水深约8 m，海底地势平坦；湾内主要养殖种类为扇贝、牡蛎和海带，由于3个海区养殖产品不同，摄食对象和排泄产物均有区别，会对颗粒有机物的沉降和再悬浮产生影响，因此本文分3个海区进行研究。养殖分布见图1。

本次调查于2007年8月和11月进行；调查分别置在扇贝养殖区、牡蛎养殖区、海带养殖区3个不同的养殖区内进行（图1）。沉积物捕获器的悬挂方式是选用锚式悬挂，每个站位分别在中层水体和距离海底1 m处放置平行沉积物捕获器，沉积物捕获器的悬挂时间为24 h。

图1 桑沟湾调查站位Fig.1 Stations in Sanggou Bay

沉积物捕获器回收后静止半小时，放掉管内2／3上覆水，然后将沉降物转移到聚乙烯瓶中，带回实验室采用离心法收集颗粒物质，用蒸馏水洗盐后，在60℃下烘干，研磨，过100目筛，进行有机碳、总氮和总磷的测定。有机碳、总氮分别采用总碳分析仪（TOC -5000A，日本）和蛋白质自动分析仪（1030型，瑞典）进行测定，总磷则参照扈传昱等提出的方法进行测

定［26］。

2.2 再悬浮比率的测定与估算方法

应用Al标记法测定颗粒沉降物中再悬浮比率。根据物质通量和特征化学组分在悬浮颗粒物质中含量的关系，可建立方程：

式中，Ct、Cs和Cr分别为现场捕获总沉降物质、海洋自身生成的悬浮颗粒沉降物质和再悬浮沉降物质中Al的含量，Wt、Ws和Wr分别为现场捕获总沉降物、海洋自身生成的颗粒沉降物和再悬浮沉降物的干质量。

联解方程（1）和（2）可得到：

式中，Rres为颗粒沉降物中再悬浮比率。由于Al为陆源性元素，所以在计算中，Cs近似为零，Cr则近似看作表层沉积物（1 cm）中Al的平均含量。

3 结果与讨论

3.1 现场实测的桑沟湾表观悬浮颗粒物沉降通量

用沉积物捕获器分层捕获的桑沟湾不同养殖海域沉降颗粒物，经定量测定后，计算得到的悬浮颗粒物的表观沉降通量如图2所示。从中可见，近底层测得的悬浮颗粒物（SPM）、颗粒有机碳（POC）、颗粒态总氮（PTN）和颗粒态总磷（PTP）的表观沉降通量的分布范围／平均值分别为278.0～2 667.5／（1 511.4）g／（m2·d）、3.99～38.08／（20.01）g／（m2·d）、0.464～2.976／（1.497）g／（m2·d）和0.018～1.633／（0.474）g／（m2·d），中层测得的表观沉降通量分别为6.8～924.7／（423.3）g／（m2·d）、0.93～10.78／（5.07）g／（m2·d）、0.362～1.948／（1.016）g／（m2·d）和0.015～0.608／（0.269）g／（m2·d）。近底层测得的平均沉降通量约是中层的2.7倍，也就是说，表层沉积物的再悬浮对研究水域悬浮颗粒物沉降通量的影响较大。在未扣除再悬浮的影响之前，桑沟湾扇贝、海带、牡蛎3种养殖海区内同一水层的SPM、POC、PTN和PTP表观沉降通量均呈现明显的区域和季节变化，显示秋季总体趋势大于夏季，海带和扇贝养殖区大于牡蛎养殖区。

图2 现场实测的悬浮颗粒物表观沉降通量Fig.2 Actual determining results on apparent vertical flux of settling particulate matterin situ

3.2 桑沟湾沉降颗粒物的再悬浮比率

从表1可见，桑沟湾沉降颗粒物的再悬浮比率是很高的，在近底层和中层的测定平均值／分布范围分别为92.8／（83.0%～98.0%）和80.4／（44.0%～94.9%），且具有显著的季节和区域性差异，其中秋季的平均再悬浮比率明显高于夏季，两次调查中不同养殖区域平均再悬浮比率的排列顺序由大到小依次为：海带区、扇贝区和牡蛎区。

据以往调查结果显示［27］，本次调查海域，夏、秋季的风力范围分别为4～6级和5～7级，秋季海上风浪搅动强度明显高于夏季，致使秋季沉降颗粒物的再悬浮比率大于夏季。出于同样原因，牡蛎养殖区的采样站点位于湾顶部，水浅和外部大面积筏式养殖对风浪的阻隔，使海况显著优于其他采样地点，故再悬浮通量最小；而海带养殖区的采样点位于湾口中部，水深流急，受风浪搅动的影响较大，致使再悬浮通量也最大。

3.3 经再悬浮比率校正后的桑沟湾悬浮颗粒物净沉降通量

扣除再悬浮影响之后，近底层测得的SPM、POC、PTN和PTP的净沉降通量的平均值／分布范围分别为24.6～75.9／（54.0）g／（m2·d）、0.21～1.14／（0.71）g／（m2·d）、0.019～0.153／（0.076）g／（m2· d）和0.001～0.056／（0.018）g／（m2·d），中层测得的沉降通量分别为3.8～65.6／（40.9）g／（m2·d）、0.19～0.86／（0.58）g／（m2·d）、0.022～0.256／（0.115）g／（m2·d）和0.003～0.045／（0.022）g／（m2·d）（见图3）。桑沟湾颗粒物净沉降通量仍存在显著空间和季节变化；其中，季节变化仍表现为秋季高于夏季，如果说未扣除再悬浮影响前这种季节差异主要是风搅动程度不同造成的，那么校正后季节差异的继续存在，则可能与养殖贝类个体增大、排泄量增大密切相关；而空间分布特征则发生了显著变化，牡蛎和扇贝养殖区的净沉降通量显著大于海带养殖区，近底层与中层测得的平均净沉降通量比值降至1.0，这说明扣除再悬浮影响后的桑沟湾颗粒态沉降物质主要源于中上层水体；其原因与牡蛎和扇贝养殖区的生物代谢活动强烈，使得生物性沉积量增大有关［28—30］而海带养殖区缺少了集约化养殖贝类的排泄、死亡等活动，因而生物沉积也相对较少。

表1 桑沟湾沉降颗粒有机物的再悬浮比率及其时空变化Tab.1 The rate of resuspended proportion of settling particulate matter in different area

图3 经再悬浮比率校正后的悬浮颗粒物净沉降通量Fig.3 Net vertical flux of settling particulate matter corrected by resuspended proportion

4 结语

本文以金属Al为标记物质同步测定的再悬浮比率结果发现，近底层和中层的再悬浮比率平均值分别高达92.8%和80.4%。桑沟湾悬浮颗粒物沉表观降通量和再悬浮比率都有显著的季节和区域性差异：其中秋季高于夏季；海带区最高，扇贝区次之，牡蛎区最低。

经再悬浮比率校正后的桑沟湾颗粒物净沉降通量，仍存在着显著的空间和季节变化；但受控因素发生了根本转变，从而导致他们的分布特征也显著不同。这主要表现为：净沉降通量主要与湾内集约化养殖生物的活动密切相关；净沉降颗粒物质主要源于生物代谢活动强烈的中上层水体，贝类的排泄作用使牡蛎和扇贝养殖区的净沉降通量显著大于海带养殖区，养殖贝类个体增大、排泄量增加使秋季净沉降通量高于夏季。

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Vertical flux and resuspension of settling particulate matter of Sanggou Bay in summer and autumn

Yang Qian1，Yang Shu1，Song Xianli1，2，Sun Yao1

（1.Yellow Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Qingdao 266071，China；2.Marine Culture Institute of Shandong Province，Qingdao 266002，China）

The distribution feature of vertical flux of SPM was studied with twin-tube sediment traps tethered at bottom in Sanggou Bay，which is an important aqua-culture waters in north coast of China，in summer and autumn. At the same time，resuspension proportion of SPM was determined by mark method of metal Al.The average apparent vertical fluxes determined near bottom about 1m of SPM，POC，PTN and PTP was separately 1 511.4 g／（m2·d），20.01 g／（m2·d），1.497 g／（m2·d）and 0.474 g／（m2·d），which is much higher than other coastal waters of China，and the average bottom resuspension proportion of SPM was 92.8%and unthinkably high.This high resuspension was mainly caused by wind-stirring.As affected by resuspension，the average vertical flux determined near bottom was 2.7 times of that at middle-layer and the vertical fluxes in fall or culture areas of kelp and scallop were significantly higher than that in summer or culture area of oyster.Net vertical flux，corrected by resuspension proportion，had still significant spatial and seasonal change，but there's an important conversion on its controlling mechanism.The net SPM mainly rooted in upper waters，in which there's intense metabolic action produced by cultured and accrete organism.Bivalve excreta made the net settling flux in culture areas of oyster and scallop higher than that in culture area of kelp，and the net settling flux in autumn higher than that in summer with cultured and accrete organism growth and excreta increment.

settling flux；resuspension；SPM；Sanggou Bay

P736.4

A

0253-4193（2014）12-0085-06

杨茜，杨庶，宋娴丽，等.桑沟湾夏、秋季悬浮颗粒物的沉降通量及再悬浮的影响［J］.海洋学报，2014，36（12）：85—90，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.12.008

Yang Qian，Yang Shu，Song Xianli，et al.Vertical flux and resuspension of settling particulate matter of Sanggou Bay in summer and autumn［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（12）：85—90，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.12.008

2013-10-30；

2014-10-08。

中国水产科学研究院基本科研业务费项目（2014A01YY01）；中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（20603022013003）。

杨茜（1984—），女，山东省青岛市人，助理研究员，主要从事环境化学方面的研究。E-mail：yangqian＠ysfri.ac.cn

*通信作者：孙耀。E-mail：sunyao＠ysfri.ac.cn