黄海氮磷营养盐时空特征及影响过程分析

乌伊寒，张 晶，赵 亮，陈创业

(天津科技大学海洋与环境学院，天津 300457)

氮、磷、硅等营养盐是海水重要的生源要素[1]，是海水浮游植物生命活动的物质基础[2].营养盐作为海洋生态系统的物质基础，其浓度和结构特征对海洋生态系统的物质循环和能量流动都有着重要影响.营养盐的浓度及结构会影响浮游植物的群落结构[3].适宜的营养盐浓度及结构有利于浮游植物的生长，营养盐结构的失调则会改变群落结构，甚至引发有害藻华[4].自2000年以来，我国近海出现大规模有害藻华，其藻种表现出多样化、小型化和有害化的趋势都与营养盐浓度和结构的变化相关[5].

许多学者对黄海[6]、长江口海域[7]、东海赤潮高发区[8]、南海海域[9]以及沿岸海域[10]营养盐进行了研究，发现营养盐浓度及结构随时间和空间的变化会对海区生态环境起关键作用.如江苏近岸较高的营养盐含量是黄海浒苔萌发和绿潮快速发展的重要物质基础，山东半岛南部低营养盐水平是限制绿潮继续发展的重要因素[11].长江口营养盐浓度及结构的改变也是导致有害藻华大规模暴发及其优势种由硅藻向甲藻演变的主要原因[5]，长江口临近海域硝酸盐污染和高氮磷比与东海赤潮的暴发密切相关[12].

黄海是我国半封闭陆架海区[13]，水体停留时间长，初级生产力高[4]，受周边人类活动影响大.Wei等[14]发现黄海无机氮浓度从20世纪80年代持续上升，20世纪90年代中期上升最快，无机磷浓度在20世纪90年代中期之前存在下降趋势，之后逐渐上升.自20世纪80年代氮磷比不断上升，到20世纪末达到了大于16的水平.营养盐结构的变化不仅反映了营养盐状况的变化，还反映了海水中营养盐的再生、循环机制的改变[8].海水营养盐的主要来源有河流输入、大气沉降、水体内碎屑的矿化、底界面的营养盐释放和邻近海域的营养盐输送[15-17]，黄海浮游植物的光合作用吸收和呼吸作用释放是营养盐最大的汇和源[18].这些过程输入与消耗的营养盐不仅在浓度上不同，在营养盐结构上也不相同.王保栋等[13,19-21]研究黄东海营养盐分布特征及其对浮游植物生长的限制状况，发现长江口以东及其东北部海域终年存在较大范围的营养盐高值区，也发现黄东海大部分海域浮游植物的生长受磷酸盐的限制；Wei等[22]结合潮流作用研究了潮流对南黄海营养盐分布的影响；Liu等[15-16,23-25]、Shi等[26]对影响黄海营养盐浓度及结构的影响过程进行收支计算，研究河流输入、大气沉降、底界面释放、浮游植物生命活动等过程对黄海营养盐时空分布的作用.近几十年，由于沿海地区快速城市化和水产养殖的增长[17]，各过程营养盐浓度及结构都发生了巨大的变化，导致海水富营养化、海水酸化、有害藻华频现、浮游植物群落结构发生改变等[23,27-31]，对海洋生态环境安全造成了威胁[32].研究黄海营养盐浓度特别是营养盐结构的变化和影响过程，对认识黄海生态环境有重要作用.

前人虽然已对黄海营养盐浓度及其结构进行了大量的研究，但对营养盐结构季节变化及其影响过程的研究相对较少.本文借助物理-生物地球化学耦合模型，模拟黄海氮磷营养盐浓度及其结构的时空分布特征，分析浮游植物初级生产、水体有机碎屑的再矿化等内部过程和河流输入、大气沉降、沉积物-水界面交换、与邻近海域的水体交换等外部过程对该海域营养盐浓度及其结构的影响.

1 模型介绍

1.1 模型配置

采用Zhao等[33]和Wang等[34]建立并完善的物理-生物地球化学耦合模型(ECSECOM)，蒋昊等[18]在上述模型基础上，将有机碎屑(DET)分为了颗粒有机氮(PON)与颗粒有机磷(POP)分别参与循环，从而将氮和磷循环解耦.模型的初始场、强迫场和模型参数设置详见上述论文.利用此模型水动力模块提供的流速、生态模块提供的3种营养盐(溶解无机氮(DIN)、溶解无机磷(DIP)、硅酸盐(DSi))、两种浮游植物(硅藻(DIA)，鞭毛藻(FLA))和两种颗粒有机物(PON、POP)和生物硅(BSi)以及浮游植物的光合作用、呼吸作用、颗粒物的再矿化、沉积物-水界面营养盐的释放、河流径流和大气沉降过程对黄海氮磷营养盐浓度及其结构的季节变化特征的影响进行研究.

该模型运行了4年，可达到稳定状态，本文采用第4年数据进行分析.模型计算区域如图1所示，主要包括渤海、黄海、东海，本文分析海域为黄海，取启东嘴到济州岛西南角断面和通过济州海峡的126.64°E断面为黄、东海分界线，取山东蓬莱到大连老铁山连线为渤、黄海分界线.鸭绿江、淮河和汉江这3条河流流入该分析海域.图中红点为河流入海口；启东嘴到济州岛西南角和通过济州海峡的126.64°E断面的粗实线为黄东海分界线，山东蓬莱到大连老铁山的粗实线为渤黄海分界线，分别用来计算黄海与东海、渤海之间的DIN、DIP及DIN/DIP通量；细实线为等深线，单位为m.

图1 生态模型计算区域和本文分析区域Fig. 1 Simulated region of the model and the analyzed area in this paper

利用模型结果分析黄海氮磷营养盐及其结构的时空分布特征，以及利用模型内部过程计算各影响过程对黄海营养盐的贡献，如积分计算各源汇项的营养盐贡献(Q1)，上下界面交换过程(包括海-气界面，沉积物-水界面交换过程)的营养盐通量(Q2)，对于河流点源输入及侧界面交换(Q3)，据此定量分析各个过程对该海域营养盐的影响.

其中：ΔN为水体内部过程(PON、POP水体内的再矿化、浮游植物光合生产及呼吸释放)，mmol/(m3·d)；Nk为大气DIN、DIP沉降通量，沉积物-水界面DIN、DIP释放通量，mmol/(m2·d)；NR为侧边界的DIN、DIP浓度，mmol/m3，rV为侧边界法向流速，m/d.

1.2 模型验证

Zhao等[33]、Wang等[34]、蒋昊等[18]对模型模拟的营养盐、叶绿素进行了验证，本文则利用2009年春季黄海水华航次(2009-03-24—2009-04-14)、2017年夏季渤黄海航次(2017-08-29—2017-09-24)两个航次中现场实验测得的硝酸盐(NO3-N)、亚硝酸盐(NO2-N)、铵盐(NH4-N)及DIP数据，对黄海氮磷比(DIN/DIP)数值模拟结果进行验证，定义实测DIN数据为硝酸盐、亚硝酸盐及铵盐之和(图2)，其底图为模型模拟结果，圆点为现场观测结果.结果显示，模型较好地反映出黄海DIN/DIP的空间变化特征.如春季表底层DIN/DIP的模拟结果与实测结果均在山东半岛东南部近岸高，高于22，由近岸向外海逐渐降低；夏季表层DIN/DIP模型模拟结果在鸭绿江口、山东半岛东南部、长江口及其附近海域高于80，比实测结果高，长江口及其外海表底层DIN/DIP由近岸向外海递减特征的模拟较为一致.表层DIN/DIP的分布特征与谢琳萍等[4]的研究一致.需要指出的是，用来验证黄海DIN/DIP的实测数据为航次数据，而本研究模型的结果是采用气候态强迫得到的，模型结果与实测数据之间不可避免存在一些差异，但是模拟结果基本能反映黄海DIN/DIP的时空特征.

图2 模拟与实测黄海DIN/DIP分布(底图为模型模拟结果，圆点为现场观测结果)Fig. 2 Model simulation and field investigation distribution of DIN/DIP in the Yellow Sea(The background is the result of the model；the dot is the result of situ observations.)

进一步利用文献发表数据[35-38]，对黄海DIN、DIP浓度及DIN/DIP进行了验证(表1)，其验证结果显示DIN、DIP浓度的模型模拟值与实测值较为吻合.南黄海2013年6、11月DIN的观测浓度为(5.56±3.43)mmol/m3、(7.28±4.09)mmol/m3，模型模拟浓度依次为(5.96±3.16)mmol/m3、(9.57±5.74)mmol/m3. DIP观测浓度为(0.27±0.27)mmol/m3、(0.44±0.32)mmol/m3，模型模拟浓度为(0.30±0.27)mmol/m3、(0.59±0.40)mmol/m3.DIN、DIP两种营养盐浓度均为6月的小于11月的；6月和11月DIN/DIP观测值为48.00、20.40，模型结果为44.31±38.66、19.92±12.72，11月份的均小于6月份的.对北黄海的观测与模拟结果进行比较，DIN、DIP两种营养盐浓度在2011年7月、2012年9月小，2007年1月大，DIN/DIP在9月大，1月小.总的来说，DIN、DIP两种营养盐春夏季浓度低于秋冬季，春夏季DIN/DIP较秋冬季高.DIN/DIP的模拟结果在南黄海较好，其值相差不大，而北黄海DIN/DIP的模拟值大于实测结果.

表1 黄海氮磷营养盐浓度平均值和氮磷比比较Tab. 1 Comparison of the average value of nutrients and the ratio of nitrogen and phosphorus in the Yellow Sea

浮游植物光合作用、呼吸作用、水体内部碎屑的再矿化、河流输入、大气沉降、沉积物-水界面释放以及断面上的水体交换等过程对黄海氮磷营养盐的年收支贡献情况，与已发表的相关研究进行对比.对比验证结果显示，上述影响过程对黄海氮磷营养盐的年收支贡献，与先前的研究结果基本吻合.黄海浮游植物通过光合作用消耗的DIN为846.88Gmol/a，与王保栋等[19]、赵晨英等[39]研究黄海浮游植物DIN年需求量800Gmol/a、(740±77)Gmol/a相近.黄海浮游植物对DIP的消耗量为52.87Gmol/a，与赵晨英等[39]计算结果相近；沿岸河流向黄海输入的DIN为8.47G m o l/a，与赵晨英等[39]得出的鸭绿江(3Gmol/a)、汉江(2.6Gmol/a)、淮河(2.75Gmol/a)向黄海输入的DIN总和8.35Gmol/a也很吻合；通过大气干、湿沉降过程输入的DIN总量为24.67Gmol/a，与研究[19，23]结果25.3、25.2Gmol/a较一致，大气沉降过程带来的DIP总量为0.29Gmol/a，与文献[23]结果0.29Gmol/a完全一致.浮游植物呼吸作用、沉积物-水界面释放、PON的再矿化、水体交换等过程对DIN的贡献情况均与研究[18]结果一致.

2 结果与讨论

2.1 黄海氮磷营养盐的时空变化特征

黄海表、底层DIN浓度分布如图3所示，分别以5月、8月、11月和2月代表春、夏、秋、冬四季.

图3 黄海DIN浓度分布Fig. 3 Distribution of DIN concentration in the Yellow Sea

春季，黄海DIN水柱平均浓度为(6.96±4.94)mmol/m3.由于黄海中央海域浮游植物的快速繁殖和生长消耗大量营养盐，该海域表层DIN浓度锐减[20]，低于4mmol/m3.表层DIN浓度在南黄海西南部高，与Shi等[26]、Guo等[40]的结果一致，浓度大于10mmol/m3，东南部低，低于1mmol/m3.表层DIN浓度由近岸向深海有明显的梯度变化，35°N苏北沿岸附近有向岸的低DIN浓度舌状水体；底层DIN浓度在近岸与表层差异较小[24]，但在北黄海与南黄海中部高于表层，其浓度大于7mmol/m3.这是由于春季黄海上层水体开始增温，垂直混合作用不能达至海底，底层所保留下来的冬季时的营养盐难以向上扩散[20].

夏季，黄海DIN水柱平均浓度为(6.28±3.35)mmol/m3.表层DIN浓度在黄海西南部及鸭绿江口沿岸大于5mmol/m3，其余海域小于5mmol/m3，这与春季时的分布相似，其成因亦然.随着冲淡水的扩展，长江口高浓度舌状区域向东北扩展[20]，苏北沿岸浓度较春季有所降低.山东半岛东部浓度降低，朝鲜半岛沿岸DIN高浓度区域消失.由近岸向深海的浓度梯度变化仍明显存在；底层DIN浓度在长江口附近和苏北外海浓度高，浓度普遍大于20mmol/m3，但长江口外海浓度相对较低[13]，低于5mmol/m3.黄海中央海域，即黄海冷水团盘踞海域存在DIN浓度高值封闭区[21]，其浓度大于10mmol/m3，普遍高于表层[40]，这是自春季以来，下、底层水体中的有机物分解产生了大量DIN，由于受温度、密度跃层的阻挡而难以向上扩散，在底层逐渐积累的结果.

秋季，黄海DIN水柱平均浓度为(9.08±5.38)mmol/m3.表层DIN浓度近岸高外海低，且向外海有一定梯度.苏北沿岸、长江口东北高值区较夏季有所扩展.朝鲜半岛近岸DIN浓度回升且浓度较高，大于7mmol/m3，黄海中部浓度低，大部分区域小于5mmol/m3，北黄海沿岸高值区较夏季也有所扩展；底层DIN浓度高值出现在长江口附近、苏北沿岸及黄海中部，均大于10mmol/m3，且中部高值区成因与夏季亦然，其范围较夏季有所扩大.近岸DIN浓度表底差异不大.

冬季，黄海DIN水柱平均浓度为(12.65±6.59)mmol/m3.表层DIN浓度在黄海中部及东南部外的其他海域均较高，高于7mmol/m3.南黄海西南部海域，存在DIN浓度高值区，普遍高于20mmol/m3，且有向北扩展的特征.朝鲜半岛西南角近岸海域DIN浓度亦较高，高于20mmol/m3；由于冬季强烈的混合作用，温度、密度跃层消失，黄海底层DIN浓度与表层差异不大，其分布与表层非常一致[20，40].总的来看，黄海DIN浓度的时空分布特征与Wei等[22]的研究结果基本一致.

黄海表、底层DIP浓度分布如图4所示.

图4 黄海DIP浓度分布Fig. 4 Distribution of DIP concentration in the Yellow Sea

春季，黄海DIP水柱平均浓度为(0.36±0.33)mmol/m3.与DIN一致，黄海表层中央海域浮游植物对DIP的大量消耗，使非近岸海域DIP浓度锐减，浓度普遍低于0.1mmol/m3.表层DIP浓度在南黄海西南部高[6]，浓度大于0.5mmol/m3；底层DIP浓度高于表层，黄海中部浓度大于0.5mmol/m3，原因与DIN一致，同样是由于春季黄海上层水体开始增温，垂直混合作用不能达至海底，底层所保留下来的冬季时的营养盐难以向上扩散.近岸DIP浓度的表底分布差异较小，这也与DIN浓度的垂直分布相似.

夏季，黄海DIP水柱平均浓度为(0.28±0.42)mmol/m3.表层DIP浓度在黄海西南部，即苏北沿岸较高，但其量值较春季时明显降低，浓度低于0.4mmol/m3.大部分海域浓度低于0.1mmol/m3，与春季时的分布相似，其成因亦然.成山头附近浓度降低，朝鲜半岛沿岸DIP高浓度区域也消失.与DIN分布明显不同的是，DIP在长江口外不存在舌状扩展；底层DIP浓度在苏北外海高于4mmol/m3，长江口外海浓度低于0.5mmol/m3.黄海中央海域，即黄海冷水团盘踞海域与DIN一样，仍存在DIP浓度高值封闭区，其浓度大于0.5mmol/m3，普遍高于表层浓度[40].这仍是自春季以来，下、底层水体中的有机物分解产生了大量DIP，由于受温度、密度跃层的阻挡而难以向上扩散，在下、底层逐渐积累的结果.

秋季，黄海DIP水柱平均浓度为(0.52±0.38)mmol/m3.表层DIP浓度仍是近岸高外海低.苏北沿岸、长江口东北部高值区较夏季有所扩展，其浓度大于0.5mmol/m3.朝鲜半岛近岸DIP浓度回升且浓度高于1mmol/m3，黄海中部海域浓度低[39]，低于0.5mmol/m3.北黄海沿岸高值区较夏季有所扩展；底层DIP浓度高值区出现在黄海中部，成因与夏季亦然，其范围较夏季有所扩大.水深较浅的沿岸区域DIP浓度表底差异仍较小，与DIN浓度分布一致.

冬季，黄海DIP水柱平均浓度为(0.76±0.39)mmol/m3.表层DIP浓度在苏北浅滩存在DIP浓度高值区，大于1mmol/m3.朝鲜半岛西南角近岸海域DIP浓度亦较高，高于1mmol/m3；由于冬季强烈的混合作用，温度、密度跃层消失，黄海底层DIP浓度与其表层分布非常一致[40].

对比DIP与DIN的分布，发现DIP的分布与DIN最明显的不同是夏季表层DIP在长江口外没有舌状扩展，可能是被局地消耗所致，反映了DIN与DIP的不同作用.

2.2 黄海DIN/DIP时空变化特征

调查海域表底层水体DIN/DIP的空间分布特征如图5所示.

图5 黄海DIN/DIP分布Fig. 5 Distribution of DIN/DIP in the Yellow Sea

春季，黄海DIN/DIP的水柱平均值为39.73±36.57.表层水体DIN/DIP在鸭绿江沿岸及其外海、山东半岛东南部及其外海、苏北近岸高于22，最高值出现在鸭绿江口，这与鸭绿江径流的DIN输入有关[16-17]，低值区则出现在山东半岛北部及南黄海中部海域，低于10；底层DIN/DIP在鸭绿江口、山东半岛东南部及江苏沿岸较高，但高值区范围比表层明显减小.

夏季，黄海DIN/DIP的水柱平均值为52.21±32.37.表层水体高DIN/DIP的特性更加明显，这是由于表层DIN浓度相比春季上升，而DIP浓度相比春季下降，因此夏季DIN/DIP有所升高，且高值区范围较春季有所扩大，大部分海域DIN/DIP高于30，长江口北部、山东半岛东南部及鸭绿江口沿岸海域DIN/DIP高于80，而朝鲜半岛近岸海域DIN/DIP低于22.由于DIN与DIP的不同作用，长江口水体中的DIN和DIP在输运过程中被消耗后，过剩的DIN显示出东北向的舌状分布，这是长江口高值DIN/DIP向东北扩展的原因；底层DIN/DIP分布与春季相似.

秋季，黄海DIN/DIP的水柱平均值为23.10±14.03.表层DIN/DIP在鸭绿江口及辽东半岛西南部及其外海、苏北沿岸、由山东半岛东南部中部指向济州岛的海域存在DIN/DIP高值区，大于30.南黄海中部海域DIN/DIP低于10；底层水体DIN/DIP的分布与表层水体有一定的差异，但与春夏季分布相似，只是扩展范围相比较小.

冬季，黄海DIN/DIP的水柱平均值为19.51±12.21.由于水体垂直混合加强，表、底层水体性质趋于一致，水体DIN/DIP分布变化不大.DIN/DIP高值区主要分布在鸭绿江口、山东半岛南部、苏北近岸，大于22.近岸海域的DIN/DIP较低，Guo等[40]的研究也显示，冬季近岸海域DIN/DIP明显低于其他季节，与本文结果一致.

2.3 影响黄海DIN/DIP的过程分析

影响氮磷营养盐浓度及其结构的过程包括水体内部过程和外部过程，分别计算了浮游植物初级生产、水体有机碎屑的再矿化等内部过程和河流输入、大气沉降、沉积物-水界面交换、与邻近海域的水体交换等外部过程对该海域DIN、DIP及DIN/DIP的影响.

图6为影响黄海DIN和DIP各个过程的四季收支示意图，图7为黄海DIN/DIP的四季收支示意图.

图6 黄海DIN、DIP四季收支示意图Fig. 6 Budgets of the DIN，DIP in the Yellow Sea for each season

图7 黄海DIN/DIP四季收支示意图Fig. 7 Budget of the DIN/DIP in the Yellow Sea for each season

图中F代表各过程的贡献，单位为106kmol/月，R代表河流输入，A代表大气干湿沉降，S代表沉积物-水界面释放，BH代表渤海与黄海的交换，ECS代表东海与黄海的交换，JZD代表通过济州海峡的交换，Pro代表浮游植物的生产消耗，Res代表浮游植物的呼吸释放，Rmi代表水体PON、POP的再矿化释放.需指出的是，河流输入是鸭绿江、淮河和汉江这3条河流的总和.黄海DIN、DIP收支统计见表2.

表2 黄海DIN、DIP收支统计Tab. 2 Statistics of DIN，DIP budgets in the Yellow Sea

冬季，黄海海域DIN/DIP的平均值为(19.51±12.21).河流与大气输入的DIN为0.44×106kmol/月、1.58×106kmol/月，大气输入的DIN为河流的3倍以上，而DIP的输入均为0.03×106kmol/月，因此，大气DIN/DIP大于河流；沉积物-水界面与碎屑的再矿化为黄海补充DIN约2.31×106kmol/月、8.87×106kmol/月，DIP约为0.17×106kmol/月、0.59×106kmol/月，碎屑的再矿化所释放的营养盐是沉积物-水界面释放的3倍以上，而DIN/DIP要小于沉积物-水界面；黄海向邻近海域输送的DIN和DIP为3.74×106kmol/月、0.25×106kmol/月；浮游植物的净生产对两种营养盐的消耗量是6.24×106kmol/月、0.39×106kmol/月.

降低DIN、DIP含量的过程为浮游植物的光合作用和黄海向临近海域的营养盐输送过程，DIN、DIP的总损失量为9.98×106kmol/月、0.64×106kmol/月，其中浮游植物的净生产对营养盐的消耗是最主要的消耗过程，占总损失量的62.53%、60.94%；而总补充量为13.20×106kmol/月、0.82×106kmol/月，其中碎屑的再矿化所释放的DIN、DIP含量比河流、大气、沉积物-水界面释放过程输入的DIN、DIP含量大很多，占DIN补充量的67.20%，DIP补充量的71.95%.上述过程整体上为黄海增加DIN、DIP约3.22×106kmol/月、0.18×106kmol/月.

春季，随着温度的升高，黄海浮游植物净生产对两种营养盐的消耗增大，均为冬季的9倍以上；碎屑的再矿化所释放的营养盐含量较冬季有所升高，占总DIN、DIP输入量的76.90%、77.97%，而DIN/DIP变化不大；水体的交换补充DIN约0.20×106kmol/月，DIP的损失为0.13×106kmol/月；河流输入的DIN比起冬季稍有增加，而DIP为冬季的2倍，因此其DIN/DIP下降至9.01；大气沉降以DIN/DIP为99.43向黄海输入的营养盐仅占总DIN、DIP输入量的6.20%、1.13%；沉积物-水界面释放的营养盐为冬季的1.8倍左右，但其DIN/DIP从冬季的25.12下降至15.47.各过程对黄海营养盐的补充量不能满足损失量，DIN、DIP的总损失量为28.54×106kmol/月、1.90×106kmol/月，比冬季依次降低8.86倍、10.56倍.

因此，春季DIN的降低幅度小于DIP的降低幅度，黄海DIN/DIP较冬季上升，上升至(39.73±36.57).

夏季，由于温度的进一步升高，黄海内部碎屑的再矿化所释放的营养盐较春季有所升高，占总DIN、DIP输入量的74.81%、74.82%；河流的DIN、DIP输入量是春季的3倍和3.5倍，其DIN/DIP下降至7.07；沉积物-水界面以与春季相近的DIN/DIP释放的营养盐较春季也有所增加；水体交换过程使DIN得到补充，使DIP损失；浮游植物的净生产对营养盐的消耗较春季有所下降，其中DIA的生产对营养盐的消耗较春季有所降低，而FLA对营养盐的消耗与释放都较春季有所上升，也就是说夏季黄海浮游植物中FLA的量较春季有所升高；通过大气沉降输入的DIN较春季增加了约0.98×106kmol/月，占总DIN输入量的6.38%，其DIP与春季水平相当，占总DIP输入量的0.72%，其DIN/DIP从春季的99.43上升至186.09.

最终，黄海营养盐得到了补充，DIN、DIP的总补充量为9.38×106kmol/月、0.61×106kmol/月.与春季相比其DIN的增长幅度大于DIP，因此DIN/DIP由春季的39.73±36.57上升，最终上升至52.21±32.37.

秋季，黄海DIN/DIP降至23.10±14.03.黄海内部碎屑以DIN/DIP为15.21再矿化所释放的营养盐要比夏季少，与春季水平相当，占总DIN、DIP输入量的75.16%、77.05%；浮游植物的净生产所消耗的营养盐比夏季减少了一半以上，消耗的DIN、DIP依次为14.29×106kmol/月、0.89×106kmol/月；河流输入的营养盐有所减少，依次减少至0.44×106kmol/月、0.03×106kmol/月，DIP减少程度大于DIN的减少程度，其比值从夏季的7.07上升至20.78；沉积物-水界面以DIN/DIP为22.34释放的含量较夏季有所减少；秋季向临近海域输送营养盐含量全年最高，约为5.93×106kmol/月、0.32×106kmol/月；通过大气输入的DIN比夏季有所减少，为1.76×106kmol/月，而DIP较夏季有所上升，约0.03×106kmol/月，其DIN/DIP从夏季的186.09下降至79.60.

上述过程对黄海营养盐的补充量大于其损失量，对两种营养盐贡献约为8.48×106kmol/月、0.62×106kmol/月，与夏季相比DIN含量降低，而DIP含量上升，因此秋季黄海海域DIN/DIP下降.

3 结 论

利用物理-生物地球化学耦合模型，给出了黄海氮磷营养盐及其结构的时空分布特征，研究了水体内部过程和外部过程对该海域DIN/DIP的影响，得到如下主要结论：

(1)黄海DIN、DIP浓度及DIN/DIP存在明显的季节变化特征.春夏季DIN、DIP浓度低于秋冬季；春夏季DIN/DIP高于秋冬季，其峰值出现在夏季.

(2)营养盐浓度及其结构的水平分布存在空间差异.营养盐浓度在近岸高，外海低，底层高于表层；DIN/DIP在浮游植物生命活动强的区域较高，在鸭绿江口、长江口附近海域呈现高DIN/DIP的特点.

(3)根据营养盐的季节收支计算，发现黄海内部生物过程在营养盐浓度及其结构的季节变化中起着至关重要的作用.河流输入、大气干湿沉降、沉积物-水界面的营养盐释放过程是黄海营养盐的重要补充过程，与邻近海域的营养盐交换过程通过影响内部过程来改变营养盐含量.浮游植物的净生产所消耗的DIN、DIP占总营养盐损失量的62.53%～100%、60.94%～96.46%；碎屑再矿化所释放的DIN、DIP占总DIN、DIP补充量的67.20%～76.90%、71.95%～77.97%，但其DIN/DIP在15.21～15.61，在四季均低于黄海DIN/DIP的平均值；而河流输入、大气沉降、沉积物-水界面释放DIN、DIP仅占总DIN、DIP补充量的22.40%～32.80%、22.03%～28.05%，其中大气沉降DIN/DIP全年均比黄海平均值高.

(4)黄海DIN/DIP从冬季到春季升高是由于DIP含量的下降幅度大于DIN的下降幅度，夏季继续升高是由于DIN含量的上升幅度大于DIP的上升幅度，秋季其比值的下降是由于DIN含量下降，而DIP含量上升所致.

致谢：感谢国家自然科学基金(41876018)、天津市自然科学基金(19JCZDJC40600)对本项目的支持.