象山港Chl-a的分布及其与环境因子关系研究❋

蔡惠文， 卓丽飞， 吕华庆， 石钢德(1. 浙江海洋学院，浙江 舟山 16022; 2. 国家海洋设施养殖工程技术中心，浙江 舟山 16022；. 宁波市象山港海洋环境监测站，浙江 宁波 15141)



象山港Chl-a的分布及其与环境因子关系研究❋

蔡惠文1,2， 卓丽飞1,2， 吕华庆1❋❋， 石钢德3
(1. 浙江海洋学院，浙江 舟山 316022; 2. 国家海洋设施养殖工程技术中心，浙江 舟山 316022；3. 宁波市象山港海洋环境监测站，浙江 宁波 315141)

根据2012年5、8、10月在象山港海域的监测资料，分析了该海域Chl-a的时空分布特征，及其与水温、盐度、溶解氧、COD以及营养盐等主要环境因子的相关关系。结果表明：象山港海域Chl-a浓度在0.27～27.29μg/L范围内，平均浓度为2.80μg/L。海域Chl-a浓度的季节性变化非常明显，峰值出现在夏季，而秋季浓度最低；并且具有从内湾港顶向港外逐渐递减的空间分布规律。相关性分析显示，在夏季，影响Chl-a含量的主要因素是盐度和溶解氧；在秋季，Chl-a与活性磷酸盐和硅酸盐间的相关性非常显著，但与无机氮(DIN)不具显著意义相关关系。总体看来，象山港海域Chl-a的时空分布受到海域水动力条件、海水养殖活动等的共同影响，夏季还可能受到台风影响。

象山港；Chl-a；硅酸盐；磷酸盐；环境因子

象山港位于浙江省北部沿海，南临三门湾，北靠杭州湾，东侧为舟山群岛，是一东北-西南走向的狭长型半封闭海湾。良好的地理位置和丰富的营养盐，为象山港养殖业的大规模发展提供了有利条件，是浙江省重要的养殖基地，被誉为国家级“大渔池”。然而，由于缺乏科学的规划和管理，养殖业户只顾养殖业发展所带来的丰厚经济利益，而忽视了养殖水域的环境承载能力，导致象山港海域生态失衡，出现严重的水体富营养化和海域沉积环境的恶化[1-3]。大量的现场监测数据和资料分析表明，近20年来象山港海域中的氮磷含量一直呈现增加的趋势[4]，外源性有机物所占比重在增高，生物多样性降低，生物资源严重衰退。其生态环境状况直接影响到象山港海域水产养殖业的健康发展。关于象山港海域营养盐分布、沉积环境质量、水交换等的研究已有较多报道[4-6]，但对Chl-a的研究报道较少。宁修仁等在1980年代对浙江沿岸上升流区Chl-a和初级生产力的分布特征进行了研究，但对象山港内的情况并未进行详细论述[7]。

海域Chl-a的浓度变化受到温度、光照、盐度、营养盐以及浮游动物摄食等多个环境和生物因素的影响，是开展生态系统研究的基础。Chl-a含量不仅是研究浮游植物生物量、时空分布和动态变化的主要指标，同时也反映了整个生态系统的营养盐分布、生态系统健康状态以及动态变化。国家海洋环境监测中心2012年关于全国33个赤潮监控区的报告显示，象山港海域处于富营养化状态[8]。经鉴定，港内浮游植物以硅藻为主，占80%以上，其次是甲藻和蓝绿藻[9]。因此，开展Chl-a含量及其环境因子影响研究不仅对于象山港养殖业的健康发展很重要，同时对于赤潮监控区的预警预报也尤为重要。

本文根据2012年春、夏、秋三季在象山港海域开展的海洋综合调查，分析了该海域Chl-a的时空分布特征及其与重要环境因子的关系，从而系统了解了该海湾的生态环境现状以及其潜在的发展变化趋势，为象山港海域生态环境修复和治理，为海水养殖业的健康发展以及政府部门制定养殖环境规划提供参考和借鉴。

1 研究区域

1.1 研究区域

本研究区域为象山港海域(29°24′N～29°48′N，121°23′E～122°03′E)。象山港海域面积563km2，其中潮滩面积171km2，理论深度基准面以下海域面积392km2，港内水深在10～15m之间。良好的地理环境和饵料生物条件为鱼虾贝藻的生长和繁殖提供了有利条件，港内主要有围塘对虾养殖，网箱鱼类养殖，滩涂贝类养殖以及大型藻类养殖。该海域岸线曲折，海底地形复杂，港中有支港，水道有分汊，外海潮波从佛渡水道、牛鼻山水道等几个水道进入象山港，形成港内复杂的潮流运动体系。同时，由于象山港的狭长地理特征，导致其港内外显著不同的水动力条件以及污染物扩散特征。据陈伟和苏纪兰的研究，象山港外区域完成90%的水交换需要15d，而港顶区域则需要90d[10-11]。

为详细了解象山港海域生态环境特征的区域性差异，将研究区域分为港顶、港中和港外3个区。在研究区域内共布置13个站位(见图1)，分别于2012年5、8和10月进行了每月大潮期和小潮期共2次综合调查。其中站位XS01-XS03位于港外，XS04-XS07位于港中区，XS08-XS13位于港顶区域。

图1 研究区域及调查站位图Fig.1 Study area and sampling stations

1.2 样品的采集和测定

样品的采集与保存按照《海洋监测规范》进行[12]。用Niskin采水器在各采样站点采集表层海水，水样经47mm Waterman GF/F玻璃纤维滤膜过滤(孔径0.7μm)，将滤膜用铝箔包好后置于液氮中保存待测。在低温避光条件下，将截留在滤膜上的光合浮游生物细胞经90%丙酮萃取14～24h，萃取液用Turner Designs 700荧光光度计测定Chl-a浓度[13]。

1.3 数据处理

Chl-a浓度等值线由Golden Software Surfer 8.0生成。为了消除数据极差影响，更好的反映Chl-a与其他参数间的关系，在对Chl-a浓度取自然对数后由统计软件SPSS 19.0进行数据分析。Chl-a与主要环境因子(温度、盐度、DO和COD)和营养盐(无机氮、氨氮、磷酸盐、硅酸盐)的分析采用Paired-sample T test分析方法，P<0.05为差异性显著，P<0.01为差异性极其显著。

2 研究结果

2.1 象山港海域温、盐分布特征

研究区域的水温在19.0～30.8℃范围内变化，其中5、8、10月的平均气温分别为20.3，29.6和23.3℃。温度的分布呈现港顶高港外低的分布趋势。象山港海域的盐度平面分布比较均匀，但随着港内水体与外海水交换的不断加强，港外开阔海域受到外海水的影响逐渐加强，盐度逐渐升高，港顶低港外高的分布特征明显。尤其在夏季，这种区域性变化最为显著，港外盐度(26.13)远高于港顶海域(22.67)。但秋季，港顶、港中和港外3个区域的盐度差异不明显，平均盐度分别为23.6，23.9和23.8。

象山港海域的温盐分布在港外受到浙江沿岸流的影响明显，港顶主要受到陆地径流的影响，而港中为过渡带。表1给出了这3个区域在本次调查期间不同季节的温、盐变化范围和平均值。

表1 象山港海域温度和盐度变化范围及平均值

Note:①Top of the Bay;②Middle of the Bay;③Mouth of the Bay.

2.2 象山港海域Chl-a平面分布特征

象山港海域Chl-a浓度在0.27～27.29μg/L之间变化，平均浓度为2.80μg/L，最高值出现在夏季的XS13站，浓度为27.29μg/L，最低值为0.27μg/L，出现在春季的XS04站位。Chl-a浓度最高的海域其生物量高达2.59×1010个/m3。调查海域春、夏、秋三季的Chl-a分布状况见图2～4。从图中可以看出，Chl-a浓度平面分布的不均匀性。象山港港顶海域的Chl-a浓度普遍高于港中和港外，呈现明显的从内湾港顶向港外逐渐降低的分布规律，这种趋势在夏、秋两季尤为明显。夏季，整个调查海域Chl-a的浓度普遍升高，尤其是港顶海域，浮游植物数量剧增，水体中Chl-a浓度高达27.29μg/L，形成浮游植物水华(Bloom)，从平面分布上看，表现为港顶>港中>港外，春、秋两季Chl-a浓度虽然低于夏季，但高值区仍位于港顶海域，浓度分别为1.64和1.24μg/L。

2.3 象山港海域Chl-a的季节性变化

根据调查资料，象山港海域Chl-a含量的季节性变化十分明显。整个海域的Chl-a浓度在夏季(8月份)出现高峰值，浓度在1.3～27.29μg/L之间变化；其中港顶、港中、港外的Chl-a平均浓度分别为12.75，1.65和1.33μg/L。浮游植物在8月份形成高峰后开始逐渐下降，在秋季降至低谷，整个调查海域的平均Chl-a浓度仅为0.60μg/L，除站位XS11(1.06μg/L)和站位XS12(1.24μg/L)外，其他站位Chl-a浓度均在1.00μg/L以下，港顶海域平均浓度也仅有0.87μg/L。春季，Chl-a浓度比秋季略高，变化范围在0.63～1.64μg/L之间，平均为1.10μg/L，呈现为港顶(1.31μg/L)>港外(1.00μg/L)>港中(0.83μg/L)的特征。

虽然季节性变化适合整个调查海域，但这种季节性差异在不同区域的变化幅度显著不同。港顶海域的季节性变化最大，港中和港外的变化幅度则较小。港顶海域Chl-a的平均浓度最大值(12.75μg/L)比最小值(0.87μg/L)高出15倍，而港外海域最高浓度(1.33μg/L)仅比最低浓度(0.37μg/L)高0.96μg/L。

从Chl-a的平面分布图中也可以看出，无论是整个研究区域还是港顶、港中、港外3个区域，Chl-a的浓度变化均呈现夏季>春季>秋季的变化规律。

图2 象山港春季Chl-a平面分布Fig.2 Spatial variation of Chl-a in spring

图3 象山港夏季Chl-a平面分布Fig.3 Spatial variation of Chl-a in summer

图4 象山港秋季Chl-a平面分布Fig.4 Spatial variation of Chl-a in autumn

2.4 Chl-a浓度变化与环境因子的关系

根据相关性分析，象山港内Chl-a的浓度与水温、盐度、溶解氧以及COD之间的关系，随着季节的变化而有不同的相关关系。夏季，Chl-a与各环境因子之间的关系非常密切(见图5)，而春、秋两季，其相关关系普遍不太明显。夏季，Chl-a浓度与温度间呈现显著的正相关关系(r=0.72，n=13,p≤0.01)，而与盐度的负相关趋势也非常明显(r=0.74，n=13,p≤0.01)，说明Chl-a浓度随着温度和盐度的变化而受到比较大的影响。同时，Chl-a浓度与DO之间也呈现明显的正相关关系(r=0.79，n=13,p≤0.01)，但与COD间的关系不太明显，相关系数r仅为0.47。

在春季，除了与DO的相关关系比较显著外(r=0.65，n=13，p≤0.05)，与温度、盐度、COD都没有明显的相关性。与春季不同，秋季的Chl-a浓度与盐度具有显著的负相关关系(r=0.77，n=13,p≤0.01)，与DO和COD的相关性较弱，与温度却不相关。

2.5 Chl-a浓度变化与营养盐的关系

将Chl-a浓度与现场同步取样测定的无机氮、氨氮、活性磷酸盐和硅酸盐浓度进行了分析(营养盐浓度分布数据待发表)。结果显示，象山港Chl-a浓度变化与营养盐的相关关系也呈现季节性变化，但与温度、盐度以及DO等理化因子所表现出来的在夏季具有显著的相关关系不同，其相关性在秋季特别明显(见图6)，春、夏两季则无明显的相关关系。

秋季，硅酸盐和活性磷酸盐与Chl-a含量具有极其显著的正相关趋势，相关系数分别为(r=0.81，n=13，p≤0.01)和(r=0.84，p≤0.01)，说明硅酸盐和活性磷酸盐这两种营养盐的浓度变化将直接影响到浮游植物生长和叶绿素浓度。其与无机氮间的相关关系较为显著(r=0.6，n=13，p≤0.05)，但与氨氮的相关关系很弱(r=0.47，n=13)。春季，Chl-a与各营养盐都不相关，在夏季，仅与活性磷酸盐具有弱的相关性。

(纵坐标为Chl-a浓度取对数后数值，Chl-a原单位为ng/L。The ordinate is the exponetial chl-a concentration with the original unit of ng/L.)图5 夏季象山港Chl-a浓度与理化因子的相关关系Fig.5 Correlationship between Chl-a and physic-chemical parameters in summer

(纵坐标为Chl-a浓度取对数后数值，Chl-a原单位为ng/L。The ordinate is the exponetial Chl-a concentration with the original unit of ng/L.)图6 秋季象山港Chl-a浓度与营养盐的相关关系Fig.6 Correlationship between Chl-a and nutrients in autumn

3 讨论

研究区域内Chl-a浓度所呈现出来的由内湾港顶向湾外递减的趋势与该海域水动力条件的区域性差异具有直接关系。象山港港顶海域的水交换滞缓[10-11]，物理自净能力较差，沿港地区陆源污染物质入海以及港内大规模海水养殖产生的大量有机物不能及时的通过水交换扩散到湾外海域，导致港内营养盐含量非常高。根据本研究2012年的调查结果，象山港海域的无机氮、活性磷酸盐和溶解性硅酸盐的年平均含量分别为0.70，0.057和1.25mg/L，远超过四类海水水质标准限值[14]。丰富的营养盐促进了浮游植物的生长和繁殖，Chl-a的浓度随之升高。虽然营养盐和Chl-a的浓度变化趋势存在一定差异，但无论是湾顶、湾中还是湾外海域，在浮游植物生长高峰期，水体中无机氮、活性磷酸盐以及硅酸盐的浓度均表现为一定程度的下降趋势，尤其是硅酸盐浓度，具有明显的下降。祝翔宇等[15]2007年在象山港海域的环境调查结果也发现了同样的营养盐变化趋势。夏季的高温条件和丰富的营养盐不仅为浮游植物生长提供了良好的条件，而且促进了浮游动物的摄食、生长和废弃物的排泄。Chl-a与COD的正相关关系(r=0.47，n=13)也在一定程度上说明了海水中有机物含量的增加，化学需氧量的增大。童万平等[16]在北海湾的研究也发现夏季Chl-a浓度与COD的显著正相关关系(r=0.84)。

8月份调查期间，在港顶海域出现2个Chl-a浓度的极高值，分别为27.29μg/L(XS13站位)和23.88μg/L(XS10站位)，远高于桑沟湾等其他养殖海湾的Chl-a浓度[17-19]。可能的原因是港内布置的大量养殖网箱、养殖筏架以及大型藻类从不同程度上阻挡了海域水流速度，进一步影响了港内原本较缓慢的水交换，限制了污染物质的向外扩散。黄长江等发现，水交换能力大小也是影响柘林湾Chl-a空间分布格局的重要因素之一[20]。另一方面，夏季是养殖鱼类等养殖生物的生长代谢旺盛时期，养殖过程产生的大量残饵和鱼类排泄物在微生物作用下被分解转化成氮磷营养物质进入水体，造成水体中氮磷营养盐含量的升高，从而促进了浮游植物的生长、繁殖甚至食物链结构。据历史资料统计，在象山港网箱养殖业尚未形成较快发展的1990年代初期(象山港内网箱养殖业自1992年以来才有较快发展[3])，港内Chl-a浓度表现出与2012年明显不同的季节性变化规律。1990年调查期间，Chl-a在春季形成浓度峰值，港顶海域个别站位高达23.32μg/L，夏季整个海域Chl-a却有显著下降，平均值仅为3.86μg/L，秋季又有逐渐上升的趋势，与北半球温带海域浮游植物的季节变化类型接近(内部资料，象山港放流海域生态环境调查)。但由于陆源污染的输入和港内养殖业的发展，近些年，象山港海域的无机氮和活性磷酸盐含量已由20世纪八九十年代的符合Ⅲ类海水水质标准到现在的超Ⅳ类海水水质标准，成为我国主要赤潮高发区之一。

与此同时,8月份的高Chl-a浓度可能受到台风“海葵”的一定影响(台风“海葵”于2012年8月8日登陆浙江象山)。台风过境引发的暴雨径流携带大量陆源污染物入海以及由台风导致的海水上下混合和交换的加剧使海底有机物发生再悬浮，这双重原因导致港内营养盐的增加，从而刺激了浮游植物的迅速繁殖，在此期间(8月12日)象山港内发生的大规模赤潮也说明了这一问题[21]。本次赤潮的发生规模为历史之最，赤潮发生面积达390km2，远大于往年(如2010年8月赤潮面积为180km2，而2002年赤潮规模仅为40km2)，但赤潮优势种基本没有变化，仍然是以中肋骨条藻和旋链角毛藻为主。8月港顶和港外海域的盐度变化也反映了台风影响期间淡水注入对盐度分布的影响。与2006年同期平均盐度相比(港顶27.04；港外30.18)，本次调查期间港顶和港外海域盐度(分别为22.67和26.13)均有明显降低[22]。期间无机氮和活性磷酸盐浓度也比2006年同期有不同程度的下降，意味着藻华发生期间浮游植物对营养盐的消耗。尤其是港顶海域，活性磷酸盐浓度(0.05mg/L)远低于2006年数据(0.084mg/L)。

夏季浮游植物的迅速繁殖和生长，对水体中营养盐的明显消耗直接导致秋季Chl-a浓度受到影响，Chl-a浓度在象山港海域的季节性变化规律也反映出这一问题(峰值出现在夏季，秋季含量最低)。无机氮在秋季并没有对浮游植物生长产生制约，但与其他季节相比较，无机氮与Chl-a浓度的相关性有所提高。与无机氮相比，硅酸盐和磷酸盐浓度对浮游植物生长的影响更加明显，容易成为浮游植物生长的潜在限制因子，这从Chl-a与这两种营养盐之间的显著性相关关系可以看出。

夏季，除了港顶个别站位氮磷比(N:P)低于10之外，其他站位的氮磷比在15～17之间，营养盐富足，不存在营养盐限制的问题。秋季，除港顶XS12和XS13两个站位氮磷比(N∶P)高于16外，其余站位的氮磷比远低于Redfield比16∶1，氮限制的潜在性较大。有研究表明，不同氮磷比条件下浮游植物群落结构都表现为先硅藻后甲藻的演替规律，且低氮磷比条件可缩短演替时间[23]。但也有研究表明，水体营养盐状态处于氮限制时，氮磷比的升高有利于甲藻的生长[24]。但这种关系是建立在室内纯种培养基础之上的，不涉及不同浮游植物类群之间的竞争。

与浙江省象山港类似，山东省的桑沟湾、广东省的大鹏湾、大亚湾以及广西省的北海湾都是重要养殖基地，将各养殖海湾的Chl-a浓度及其与各环境因子的相关性进行了比较(见表2)。通过比较发现，象山港的Chl-a平均浓度高于其他海湾，其原因可能除了与8月份调查期间受到台风影响有关外，还与不同港湾的自然地理特征、水动力条件、养殖品种以及养殖密度的差异有关。比如桑沟湾春季Chl-a浓度偏低的重要原因是湾内海带养殖在春季对营养盐的大量摄取对浮游植物生长形成竞争关系[17]。

表2 象山港与其他养殖港湾叶绿素浓度及其与环境因子相关性比较表

Note:①Negative correlation;②Positive correlation;③Perfect correlation;④High correlation;⑤No correlation;⑥Weak correlation

通过相关性对比分析发现，Chl-a与温、盐等理化因子的相关性在不同海湾间差异较大。象山港和北海湾的Chl-a浓度与各环境因子间相关关系的季节性变化非常明显，象山港在秋季与各营养盐间的相关性显著，而北海湾与营养盐的相关性在夏季特别明显。虽然Chl-a与活性磷酸盐和硅酸盐的相关性在这几个海湾都表现出普遍一致的显著正相关关系，但是在各个海湾中，Chl-a与无机氮间的相关性区别很大。其中，桑沟湾Chl-a浓度与无机氮没有相关关系，象山港和大亚湾的相关性不明显，大鹏湾和北海湾却显著相关。最显著的是冬季的北海湾海域无机氮的明显缺乏直接影响了浮游植物的生长，甚至影响到了水产资源的发展。

通过上述分析，我们还可以看出，Chl-a浓度变化与环境因子和营养盐的相关性关系不仅反应了海湾水动力条件、陆源输入、水产养殖、入海径流等各种因素对海域生态系统的影响，也反应了各个海湾不同的环境本底状况。因此，不管是关于海湾生态环境保护及修复，还是沿海地区陆源污染的控制，以及海湾水产养殖业的调整、管理以及发展规划都需要依据海湾当前的生态环境状况进行科学的规划和论证。

4 结论

海域Chl-a的分布特征反应了海洋环境状况，表明了营养盐在浮游植物繁殖、生长过程中的重要作用，也反映了海洋生态系统健康状态。本文通过分析2012年春夏秋三季象山港海域Chl-a的时空分布特征及其与关键环境因子间的相关关系，得出如下结论：

(1)象山港海域表层Chl-a浓度在0.27～27.29μg/L范围内变化，平均含量为2.80μg/L，最高值出现在夏季港顶海域的XS13站位，最低值出现在春季港中海域的XS04站位。夏季Chl-a浓度峰值的出现，一方面与港内的海水养殖生产活动密切相关，另一个可能的原因是受到台风“海葵”的影响，暴雨径流入海及底悬浮导致港内营养盐急剧增加，从而刺激了浮游植物的迅速繁殖。

(2)象山港海域Chl-a的季节性变化明显，即夏季>春季>秋季；同时，Chl-a浓度的平面分布呈现明显的由港顶海域逐渐向港外海域递减的规律，这与象山港典型的水动力条件密切相关。

(3)相关性分析表明，Chl-a浓度与环境因子及营养盐之间的相关关系也呈现季节性变化。其中夏季，Chl-a浓度与水温和溶解氧呈现显著的正相关关系，而与盐度呈显著负相关趋势。秋季，Chl-a浓度与硅酸盐和活性磷酸盐显著正相关，而与无机氮和氨氮的相关关系较弱。

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责任编辑 徐 环

Chl-aDistribution and Correlationship Between Environmental Parameters in Xiangshan Bay

CAI Hui-Wen1,2, ZHUO Li-Fei1,2, LV Hua-Qing1, SHI Gang-De3

(1. Zhejiang Ocean University, Zhoushan 316022, China; 2. National Engineering Research Center of Marine Aquaculture, Zhoushan 316022, China; 3. Marine Environmental Monitoring Station of Xiangshan Bay, Ningbo 315141, China)

The spatial and temporal variation of Chl-ain Xiangshan Bay was presented based on the survey data in May, August and October, 2012. The correlation between Chl-aand environmental parameters were also analyzed. The results showed that the Chl-acontent varied between 0.27～27.29μg/L with the mean value of 2.8μg/L in Xiangshan Bay. The highest Chl-aappeared at the top of the Bay and then it declined with the distance to the open sea area. The Chl-aconcentration was high in summer and low in spring with the lowest value occurred in autumn which presented a profound seasonal variation. The correlation analysis showed that the Chl-awas mainly related to salinity and dissolved oxygen in summer, however, in autumn there were significant correlations with phosphorus (r=0.84,n=13,p≤0.01) and dissolved silicate (r=0.81,n=13,p≤0.01). There was only weak relation between dissolved inorganic nitrogen and Chl-a. A conclusion can be arrived based on the results that both the hydrodynamic situation and human activities (e. g. aquaculture) will impact the distribution of Chl-ain Xiangshan Bay, and “Typhoon” sometimes will possibly contribute to that in summer as well.

Xianshan Bay； Chl-a； dissolved silicate； phosphorus; environmental parameters

科技部支撑计划项目(2012BAB16B02)；国家海洋局公益性行业科研专项(201305009-2)；国家自然科学基金项目(41206088)；浙江省自然科学基金项目(LQ12D06001)；浙江省海洋渔业局项目(浙海渔计[2010]218号)资助

2014-08-08；

2014-10-10

蔡惠文(1977-)，女，副教授。E-mail：caihuiwen1977@hotmail.com

❋❋ 通讯作者： E-mail： luwashington@126.com

P734.4

A

1672-5174(2015)08-063-08

10.16441/j.cnki.hdxb.20140251