2012年夏季韭山列岛附近海域初级生产力估算及其与环境因子的关系

叶 然，魏永杰，沈继平，江再昌，唐德富，郭清荣

（国家海洋局宁波海洋环境监测中心站，浙江宁波 315012）

海洋中的浮游植物是海洋生态系统中主要的初级生产者，与海洋生态环境有着密切联系。海水中的叶绿素a浓度是反映海洋浮游植物现存量和及海洋初级生产力水平的主要因子[1]。初级生产力水平的分布与变化能较好地反映出浮游植物的区域分布和盛衰过程，是评价海区生态环境的重要参数之一[2-3]。

韭山列岛位于舟山渔场南部，已列为国家级海洋生态自然保护区。海岛及其周围海域生态环境优越，生物群类丰富，是海洋生物栖息的天然优良场所。关于浙江近岸海域初级生产力的分布及其与环境因子的相关性研究，很多学者都做了大量研究，宁修仁等[4]报道了浙江近海上升流区叶绿素a和初级生产力的分布特征及其与海水理化因子的关系；刘子琳等[5-6]不但对浙江海岛邻近海域的初级生产力和叶绿素a含量作了现场调查并分析其主控因子，还研究了杭州湾—舟山海域浮游植物现存量和初级生产力，分析了叶绿素a与光合作用同化数（AN）和海洋光谱反射率的相互关系等。以上学者的研究区域都是近岸大范围的海域，调查时间较短，很少涉及单一海岛海域相关内容鲜的报道。本文通过对韭山列岛附近海域浮游植物生物量和叶绿素a浓度进行的现场调查，估算该海域的初级生产力水平，并对初级生产力和各环境因子间的关系进行分析，以期能为韭山列岛海洋生态自然保护区的管理部门提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 采样时间和站位布设

国家海洋局宁波海洋环境监测中心站于2012年8月对韭山列岛附近海域进行现场调查，共布设9个调查站位，详见图1。

1.2 样品采集与分析

现场调查使用直读式CTD（美国Seabird19-plus）对水温、盐度进行测定。叶绿素a样品依据海洋监测规范·第7部分：近海污染生态调查和生物监测（GB17378.7-2007）[7]中的荧光分光光度法按规定深度进行采样、保存带回至实验室分析；浮游植物样品按海洋监测规范·第7部分：近海污染生态调查和生物监测（GB17378.7-2007）中的规定方法进行计数和分析；DIN（NO3-N、NO2-N、NH4-N）、PO4-P、DO、COD、pH、SS 均参照海洋监测规范·第4部分：海水分析（GB 17378.4-2007）[8]中的相应要求分析。

2 结果

2.1 水体环境质量状况

海水水质监测结果见表1。夏季整个调查海域水温变化范围为23.15～29.85℃，平均27.39℃，总体呈自北向南、由东向西逐渐升高的趋势，等温线与岸线基本平行。盐度值在26.033～29.639之间，变化幅度较小，与水温分布相似，盐度最高值在S1站位的表层，最低值位于S9号站位，且受大陆沿岸水的影响，由近岸向离岸海域逐渐增高。pH为7.99～8.29，COD含量在0.56～0.84 mg/L之间，DO变化范围为6.12～8.25 mg/L，均符合一类海水水质标准；PO4-P含量为0.021 8～0.029 3 mg/L，符合二类海水水质标准；DIN含量为0.652～0.884 mg/L，100%超四类海水水质标准。

表1 海水水质监测结果Tab.1 Results of water quality

2.2 浮游植物细胞丰度和优势种

调查海域浮游植物的细胞丰度变化幅度较大，相差4个数量级，在0.4×103～1 225.0×103个/m3，平均值为68.9×103个/m3，最高值出现在S8站位。本次调查共鉴定到3大门类，其中硅藻12属26种，占总物种数的66%，甲藻10属11种，占总物种数32.1%，其余为蓝藻。尖刺菱形藻Nitzschia pungens是主要优势种类，平均细胞丰度为411.0×103个/m3，其他优势种还有叉状角藻Ceratium furca、旋链角毛藻Chaetoceros curvisetus、梭角藻Ceratium fusus以及洛氏角毛藻Chaetoceros lorezianus等。

2.3 叶绿素a和初级生产力分布特征

从表层叶绿素a含量的平面分布图看来（图2），表层叶绿素a含量在2.2～9.0 mg/m3，平均值为5.8 mg/m3。其分布显现出自西向中部海域递减，而后向东略有回升的趋势，相对高值区分布在南韭山西侧海域，其中最高值出现在S9站位表层，韭山列岛东侧海域叶绿素a浓度处于相对较低水平，平均含量维持在5.1 mg/m3，低于整个调查海域的平均值。由图3可知，在垂向分布上叶绿素a表、底层含量相差并不大（P＞0.05），这显然与在122.3°E以西海域常年存在一个浙江沿岸上升流[9]，且夏季上升流活动强盛，底层富营养盐的水体不断涌升使表、底层水体中的营养物质进行了充分的流动循环有关。

初级生产力（PP）含量在 170.94～1 083.10 mg/m3·d 之间，平均 629.46 mg/m3·d。由图 4 可见，有 4 个站点的初级生产力高于平均水平，在分布上与叶绿素a含量的水平分布大体趋于相似，不同的是峰值出现的站位异于叶绿素a，调查海域初级生产力最高值出现在S8站，叶绿素a最高值则位于S7站。数据显示S7站真光层深度（ED）为3.0 m，而S8站真光层深度达5.1 m，显然真光层深度是造成这种差异的主要原因[10]。

图2 表层叶绿素a含量分布Fig.2 Distributions of Chl a in the surface water

图3 叶绿素a表、底层含量变化趋势Fig.3 Tendency chart of Chl a in the surface and bottom waters

图4 初级生产力含量空间分布图Fig.4 Spatial distributions of primary productivity

3 讨论

3.1 初级生产力与环境因子的关系

海水中的物理、化学等环境因子对海洋中的浮游植物生物量和初级生产力的分布有重要影响。其中，物理因子中以水温、光照以及透明度的影响最大，充足的光照和适宜的水温有利于浮游植物进行光合作用并繁殖；反之，悬沙越厚，透明度降低，浮游植物的生物量就越小。化学因子中的营养盐以及DO、COD等有机物的氧化作用指标对浮游植物的生长亦产生一定作用。

用SPSS 21.0软件对初级生产力（PP）与各理化环境因子进行Pearson积差相关性分析如表2所示。由此可知，初级生产力与叶绿素a呈显著正相关（r=0.868），数据显示调查海域叶绿素a含量整体较高，均值可达6.2 mg/m3，初级生产力均值为629.46 mg/m3·d。这与费尊乐等[11]提出的在叶绿素a含量高且分布梯度较广的海域，初级生产力和叶绿素a含量呈显著相关的观点一致。二者回归分析的函数解析式为PP=154.5Chl-a-426.7（R2=0.753，P＜0.01），亦表明利用叶绿素a估算初级生产力可以解释其中75.3%的初级生产力变化，这说明叶绿素a浓度在估算初级生产力中的重要性，可认为与实测值较为相近。透明度与初级生产力也显示出较强的正相关性，两者相关系数为0.778，本次调查中初级生产力和叶绿素a含量在分布上基本与透明度分布保持一致，但初级生产力和浮游植物细胞丰度的峰值却未出现在叶绿素a最高的S7站，而是出现在了透明度最大的S8站位（Tr=1.7 m），表明光照条件对浮游植物生物量和初级生产力有重要影响[12]。与盐度呈负相关以及与COD的显著正相关，既反映了夏季受陆源径流影响较强的条件下，水体物理混合作用对初级生产力含量的控制作用[13]，也说明了当浮游植物的生物活动量达到年中鼎盛期时，对其赖以生存的浮游动物、鱼类等摄食量增大使得排泄物增多，同时海水中的有机物质也增多，导致COD含量升高[14]。受夏季内陆径流的强烈输入以及周边海域养殖活动的影响，韭山列岛海域营养盐含量较高，无机氮和活性磷酸盐与初级生产力存在显著正相关性，丰富的营养盐加速了浮游植物的能量转化和新陈代谢强度，使得其初级生产力也处于较高水平[15]。N/P值在24.33～36.32，平均比值为31.41，高于Redfield的比值（16:1），由此可认为夏季调查海域磷是浮游植物生长的限制因子。此外，宋星宇等[16]研究发现菱形藻属Nitzschia能在N/P值约为30左右的近岸水域环境中稳定生长与繁殖，而本次浮游植物所鉴定到的第一优势种即为尖刺菱形藻，因此从另一角度证实了本文所提出的上述观点。

图5 透明度平面分布Fig.5 Horizontal distributions of transparency

图6 N/P值平面分布Fig.6 Horizontal distributions of N/P

表2 初级生产力与环境因子的Pearson相关系数（n=9）Tab.2 Pearson correlation coefficients among primary productivity and environmental factors

3.2 初级生产力与水动力条件及水团的关系

韭山列岛附近海域岛屿列布，往复流转突出，特殊的水文地理特点使该海域初级生产力的分布与东海复杂的水动力条件和水团存在有密切关联。一般认为河口、近岸海域初级生产力的分布主要受限于水团驱动下的营养盐[17]，朱德弟等[18]研究认为夏季长江冲淡水入海后其水舌的第一个转折点在科氏力的作用下偏东南方向流转，陆源径流的强烈输出所带来的农田、土地中的肥料物质和人类经济活动所产生的大量氨氮等营养物质为调查海域的浮游植物的生长带来充足的生产资料；而韭山列岛又靠近象山港，而后者又是一个水体流通较差的半封闭式港湾，加上东海近岸沿岸流的限制作用，使营养物质难以向外扩散，易在此淤积形成高营养盐区域[19]，充足的营养盐维持着近岸海域浮游植物的高生物量的水平，二者的综合效应导致近岸海域初级生产力高值区的出现。在韭山列岛东侧，由于高温高盐的台湾暖流水自东南向西北顺着东海大陆架爬坡形成了上升流[20]，并与浙江沿岸水交汇形成了海洋锋区。这种锋区的存在对浮游植物的生长十分有利。由图5可知一方面，调查海域东侧的透明度逐渐加深，光合作用渐强；另一方面，沿岸流与台湾暖流的交汇会使海水产生剧烈混合效应，易于底层水中营养盐的涌升并给予浮游植物的消耗和繁殖所需，形成高生物量区域（S8站位的浮游植物细胞丰度高达1 225.0×103个/m3，亦证实了上述观点），从而促使初级生产力含量的升高，即该锋区在此海域形成了光和营养盐的最佳权衡[21]。这与焦念志等[22]认为高初级生产力区出现在锋面和沿岸上升流区，并指出东海沿岸带初级生力的限制因子是营养盐可得性和光照条件的研究结论相一致。

4 小结

（1）夏季韭山列岛附近海域浮游植物的细胞丰度为 0.4×103～1 225.0×103个/m3，平均 68.9×103个/m3。硅藻是本次调查鉴定到的主要门类，占总物种数的66%，尖刺菱形藻为第一优势种，平均细胞丰度为411.0×103个/m3。

（2）表层初级生产力和叶绿素a含量变化范围分别在170.94～1 083.10 mg/m3·d和2.2～9.0 mg/m3之间，平均含量分别为629.46 mg/m3·d和5.8 mg/m3，含量较高。初级生产力分布特征与叶绿素a基本保持一致，不同的是两者峰值出现的站位相异，真光层深度是造成这种差异的主要原因。

（3）调查海域初级生产力受控于多因素的综合作用，与各环境因子均表现出不同的正、负相关性。与叶绿素a、透明度、COD、DIN呈现显著正相关，与盐度呈负相关；特殊的水文地理特征使韭山列岛附近海域初级生产力与水动力条件和水团存在密切关联。夏季携带高营养盐的长江冲淡水南下与近岸沿岸流的共同作用与浙江沿岸流、海区上升流以及台湾暖流三种水系在该海域的交汇形成海洋锋区是高初级生产力区形成的主要原因，光照条件和营养盐含量是调查海域初级生产力的主要控制因素。

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