东海陆架表层水体有机与无机悬浮体的季节分布特征

崔倩芳，潘德炉，白 雁，何贤强

（1.南京理工大学 计算机科学与技术学院，江苏 南京 210094；2.卫星海洋环境动力学国家重点实验室，国家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）

0 引言

东海为世界上较大的边缘海之一，陆架宽广。陆架西侧有长江、钱塘江、闽江等大河注入，东侧毗邻太平洋，终年受到黑潮的影响。受河流陆源输入的影响，东海陆架悬浮体含量总体较高，是世界上悬浮体含量最高的海域之一［1－2］。同时，受东亚季风的作用，东海悬浮体质量浓度季节变化显著。因此，了解总悬浮体（Total Suspended Matter，TSM）、有机悬浮体（Particulate Organic Matter，POM）和无机悬浮体（Particulate Inorganic Matter，PIM）的季节分布特征，对东海陆架的悬浮体输运、沉积和碳埋藏等研究具有重要意义。

自1958年全国海洋普查以来，东海悬浮体的调查研究得到了众多中外科学家的重视［3］，已分别对东海悬浮体的分布、来源、组成、控制因素、输运及沉积过程等进行了深入研究［4－10］。特别是关于东海悬浮体的分布，高抒 等［11］研究了1998年夏季长江口外海域悬浮体浓度特征，指出长江输入悬浮体的影响范围可达123°E，在126°E～127°E之间悬浮体浓度最低，代表了黑潮水的特征。庞重光 等［12］研究了夏、冬两季长江口及邻近海域悬浮体的分布特征，指出冬季悬浮体浓度明显高于夏季，且南北分布范围也明显增大，冬季清浑水体分界位于123.5°E附近，夏季长江入海悬浮体向东扩散不到123.5°E，向南甚至超过了28°N。郭志刚 等［13］利用4个航次的调查资料研究了冬、夏季东海北部总悬浮体的分布，通过分析典型断面的资料指出中、外陆架区悬浮体含量冬季高于夏季，同时分析了海流对悬浮体输运的阻隔作用。刘芳等［2，14］对黄东海海域春、秋季节总悬浮体平面分布特征进行了研究，结果指出春季苏北浅滩悬浮体呈NW—SE舌状向深海运移；秋季以苏北浅滩高值区为中心向外海扩散，长江口和杭州湾入海泥沙基本都在123.5°E以西沉降。虞兰兰 等［15］通过悬浮细颗粒物浓度研究了黄、东海冬、夏季的悬浮体浓度和粒径分布特征。纵观历史研究成果，其缺少对整个东海陆架水体悬浮体浓度的分布认识，且偏重于夏、冬2个季节，较少涉及春、秋季，缺乏完整的4个季节变化特征研究。此外，历史研究仅局限于总悬浮体浓度，缺乏对有机悬浮体和无机悬浮体的全面分析研究。本文基于东海陆架4个季节航次所获取的悬浮体资料，对东海陆架表层水体总悬浮体、有机悬浮体和无机悬浮体的季节分布特征进行了研究。

1 数据与方法

1.1 数据来源

在“973计划”项目“中国近海碳收支、调控机理及生态效应研究”的支持下，我们在东海陆架开展了4个季节的总悬浮体质量浓度、无机悬浮体和有机悬浮体质量浓度的测量，对应的测量站位如图1所示。春季航次时间为2011年5月27日至6月9日，夏季航次时间为2009年8月18日至9月1日，秋季航次时间为2010年11月27日至12月10日，冬季航次时间为2009年12月23日至2010年1月5日。其中，秋季航次在东海南部存在一部分数据缺失站点。

图1 研究区域和站位分布图Fig.1 Location of the study area and sampling stations

1.2 测量方法

1.2.1 样品采集

水样利用SEB911直读式CTD采水器采集。每个站位根据水体上混合层深度及现场实际情况，采集0～5m海水作为表层水样。用带盖的塑料桶收集CTD采水器中的水样，盛装前先用适量海水清洗塑料桶3遍，防止受到前一站位海水的污染。然后，利用孔径为0.45μm的醋酸纤维膜进行现场过滤。滤膜在航次前进行了多次烘干和称重（方法与下文中的总悬浮体称重方法相同），并放在带有编号的干净塑料培养皿中。根据水体浊度不同，水样过滤体积在100～4 000mL之间，过滤最后用超纯水冲洗量筒1次，在即将过滤完时再用超纯水冲洗过滤器1次，最后将滤膜样品放回原培养皿，正面朝上放入冰箱中冷冻保存，带回实验室称重分析。

1.2.2 实验室样品称重

（1）总悬浮体称重

将冰箱内的样品取出并打开培养皿，放入温度为45℃的电热恒温干燥箱烘干。第1次烘干时间为8h，然后放入硅胶干燥器平衡2h，待其恢复常温后用十万分之一电子天平称重。称重结束后再次将样品放入干燥箱烘干4h，然后放入干燥器平衡2h之后进行称重。重复烘干称量，直到前后2次称量结果相差在0.1mg以内。用最终称量结果减去对应空白醋酸纤维膜质量，得到总悬浮体质量。

为了减小系统环境误差，进行称量前，实验室中使用空调和除湿机控制实验室的温度和湿度，使天平处于长期稳定的室内环境中。称量过程中关闭门窗，临时关闭空调和除湿机，防止气流对实验的影响。

（2）无机悬浮体与有机悬浮体称重

对总悬浮体称重后的样品进行高温灼烧，分别得到所有站位悬浮体中无机物和有机物的含量。

将实验所需坩埚编号，用纯净水清洗3遍，泡入体积分数为10%盐酸中24h，再次冲洗干净并烘干。将干净的坩埚放入马弗炉中以450℃高温烧2h，放凉，放入硅胶干燥器平衡2h后称重，重复高温烧、平衡、称重，直到前后2次称重结果相差在0.1mg以内。坩埚盖子清洗干净烘干即可，称重时不称盖子。

坩埚准备好之后，将总悬浮体称重后的样品滴上酒精放入坩埚用明火燃烧，之后盖上坩埚盖子放入马弗炉中以500℃高温烧2h，同样放凉平衡2h后称重。坩埚前后称量之差即为无机悬浮体质量，用总悬浮体质量减去无机悬浮体质量得到有机悬浮体质量。

2 结果与讨论

2.1 总悬浮体质量浓度季节分布

东海陆架表层水体4个季节总悬浮体（TSM）质量浓度的分布如图2所示。

春季，东海陆架表层水体TSM质量浓度分布整体上呈现近岸高、外海低，等值线基本与岸线平行的空间分布特征，与文献［3］结论一致。在渔山列岛附近海域存在1个TSM质量浓度高值中心。若以10mg／L等值线作为代表近岸悬浮泥沙向外海输运的高悬浮体质量浓度锋面标志［11，16］，春季研究区域北部均低于该值，表明长江与钱塘江携带入海的悬浮泥沙在春季难以输运到122.5°E以东海域；在研究区南部该锋面以29°N、122°E为中心向东延伸到122.5°E，向南延伸到28.5°N，覆盖范围也很小。若以3mg／L等值线作为东海陆架次级悬浮体质量浓度锋面标志［17］，春季该等值线向东到达123°E，向南到达27°N，在长江口外位于30m等深线附近，在杭州湾外向南位于50m等深线附近。

夏季，受长江冲淡水扩散的影响，东海陆架表层水体TSM质量浓度较春季显著升高，呈现2个高值中心分别位于长江口－杭州湾口外，以及渔山列岛附近；2个次高值中心分别位于陆架32°N、125.5°E处和30°N、127°E处。高悬浮体质量浓度锋面（10mg／L）向陆架移动到40m等深线附近；次级悬浮体质量浓度锋面（3mg／L）在长江口外向东北方向延伸到124.2°E，在杭州湾口外有一浑水舌向东南延伸至90m等深线外，在研究区南部则出现在60m等深线附近。

秋季，受东北季风的搅拌作用，东海陆架表层水体TSM质量浓度明显高于春、夏两季。悬浮体有3个高值中心分别位于长江口外、浙江沿岸和以32°N、124.5°E为中心的陆架海域。高悬浮体质量浓度锋面在研究区南部位于40m等深线附近，北部锋面被锲入的台湾暖流清洁水体阻隔为2段。次级悬浮体质量浓度锋面在研究区南部基本位于60m等深线附近，中部陆架有一水舌向东南延伸到123.5°E附近，北部锋面也被锲入的台湾暖流清洁水体阻隔为2段。

图2 东海陆架表层水体春（a）、夏（b）、秋（c）、冬（d）季总悬浮体质量浓度分布Fig.2 Distributions of TSM mass concentration in spring（a），summer（b），fall（c），and winter（d）in the surface layer over the continental shelf of the ECS

冬季，东海陆架表层水体TSM质量浓度达到全年最高值，近岸高值中心连成一片且向陆架区延伸，在32°N、125°E处存在1个次高值中心。高悬浮体质量浓度锋面在中南部海域扩展至60m等深线附近，次级悬浮体质量浓度锋面在中南部海域延伸到80m等深线附近，且在29°N附近有一水舌向东南方向延伸。

整体而言，春季光照增强，表层水体逐渐升温形成层化现象，悬浮颗粒沉降，表层TSM质量浓度较冬季迅速降低。夏季表层水温升高层化加剧，但由于长江流量在夏季达到全年最大，受长江冲淡水带来的大量陆源物质影响，夏季东海陆架北部表层水体TSM质量浓度明显高于春季。秋、冬季表层水体逐渐降温，受东北季风影响，水体混合层加深，底层发生再悬浮现象，使得表层水体TSM质量浓度升高，特别是冬季近岸水体完全垂直混匀，TSM质量浓度整体上达到全年最高。特别的，在以32°N、125°E为中心的陆架海域存在一个气旋式涡旋，尺度为100～200km，该海域水体一部分来源于带有高悬浮体质量浓度的苏北沿岸流，因此这里存在1个TSM质量浓度高值中心，但年际、季节变化显著，冬半年高于夏半年［18－19］。由于秋季航次时间为2010年11月27日至12月10日，属于晚秋，在东海北部已接近冬季的分布特征，因此，可能是冷涡强度的年际变化导致这一海域晚秋的TSM质量浓度高于冬季。另外，苏北沿岸流南下与台湾暖流北上强度的季节变化显著，所以可以明显看到次级悬浮体质量浓度锋面在长江口外从春季到冬季呈现南移现象。

2.2 有机悬浮体质量浓度季节分布

图3依次显示了春、夏、秋、冬4个季节东海陆架表层水体有机悬浮体（POM）质量浓度分布。

春季，东海陆架表层水体POM质量浓度北部低于南部，在近岸呈现一个基本与岸线平行且连续的高质量浓度带，存在2个高值中心，分别位于渔山列岛附近和长江口－杭州湾外。航次调查中在浙江沿岸发生了大面积赤潮事件，而从历史研究中得知渔山列岛周边海域是赤潮多发海域［20］，推测这是该海域POM质量浓度含量较高的主要原因。

图3 东海陆架表层水体春（a）、夏（b）、秋（c）、冬（d）季有机悬浮体质量浓度分布Fig.3 Distributions of POM mass concentration in spring（a），summer（b），fall（c），and winter（d）in the surface layer over the continental shelf of the ECS

夏季，长江冲淡水给东海北部陆架带来大量营养盐，导致浮游植物旺发，东海陆架表层水体POM质量浓度显著升高，达到全年最高值。从空间分布来看，北部海域明显高于南部海域，且在29°N有一水舌向东南方向延伸，向东至125°N以东，向南至28.5°E以南。长江口－杭州湾外水下凹槽附近存在POM质量浓度高值中心，且延伸到渔山列岛附近。此海域夏季上升流显著［21－22］，将底层营养盐丰富的海水带到表层，促使浮游植物生长，可能是形成高值中心的主要原因。此外，以30°N、127°E为中心存在1个次高值中心。

秋季，东海陆架表层水体POM质量浓度达到全年最低，在长江口－杭州湾外有一高值中心且有一小的水舌向东南方向延伸。此外，在30°N、125.5°E和28.5°N、127°E附近存在2个次高值中心，虽浓度较低，但明显异于周围海域水体。在东北季风的作用下，长江冲淡水重新向南与闽浙沿岸流混合，同时水体再悬浮加剧，近岸水体浑浊度增大，受光限制作用，不利于浮游植物生长；且陆源输入有机碎屑累积比冬季少，因此本航次秋季的POM质量浓度为全年中最低。

冬季，东海陆架表层水体POM质量浓度分布大致平行于岸线。受南下闽浙沿岸流带来的陆源物质影响，沿岸POM质量浓度较高，整体上北部沿岸高于南部，分别有2个高值中心位于长江口外和渔山列岛附近。在中陆架和陆坡区，受冬季水温低、光照弱的影响，浮游植物光合作用弱，导致中陆架和陆坡区的POM质量浓度整体相对较低，但存在2个次高值中心在32°E、125°N 处和29°N、127°E处。

图4分别显示了春、夏、秋、冬4个季节东海陆架表层水体中有机悬浮体占总悬浮体的百分比。

图4 东海陆架表层水体春（a）、夏（b）、秋（c）、冬（d）季有机悬浮体百分含量分布Fig.4 Distributions of POM percentage in spring（a），summer（b），fall（c），and winter（d）in the surface layer over the continental shelf of the ECS

春季POM百分含量仅在长江口外小部分海域和以31°N、124.5°E为中心的小范围海域低于10%，东海北部陆架区和浙江近岸POM百分含量为10%～30%，其他海域均高于30%，有一半海域高达50%以上，主要集中在黑潮附近海域和杭州湾外水下凹槽海域。夏季东海陆架表层水体POM质量浓度最高，但POM百分含量即它对总悬浮体的贡献并非最大（图4b），整个海域均低于40%，且只有很小一部分海域高于30%，主要集中在长江口－杭州湾外水下凹槽区、东海中部陆架30°N、125°E附近和台湾东北部黑潮区。秋季POM百分含量最低（图4c），大部分海域均低于10%，仅小部分海域高于10%，主要集中在长江口－杭州湾外海域以及台湾东北部黑潮区域。冬季POM百分含量介于夏、秋之间（图4d），大部分海域高于10%，在其他3个季节表现出的2个高值中心（长江口－杭州湾外水下凹槽区以及台湾东北部黑潮区）在冬季也有显现，其值在25%～30%之间，含量高低和范围均次于夏季而高于秋季。

综上所述，东海陆架表层水体POM百分含量在春季最高，夏季次之，冬季较少，秋季最低。在陆源影响相对较小的陆架上，POM主要来源于原生浮游植物，因此，POM百分含量可以反映浮游植物的贡献大小。春季，受藻华爆发的影响，除了陆源影响较大的近岸和浅水区域，大部分东海表层水体的POM百分含量在50%以上，最高可达80%。除春季外，其它季节POM百分含量均较小，大部分在30%以下。夏季，虽然POM质量浓度高于春季，但由于长江冲淡水带来的大量无机悬浮体的影响，POM百分含量较春季要小得多。但在长江口－杭州湾外水下凹槽区、东海中部陆架（30°N、125°E）和台湾东北部黑潮区，POM百分含量仍可达30%以上，这些区域是典型的上升流区，涌升水体可将底层丰富的营养盐带到表层，促使浮游植物生长。

2.3 无机悬浮体质量浓度季节分布

图5依次显示了春、夏、秋、冬4个季节东海陆架表层水体无机悬浮体（PIM）质量浓度分布。

图5 东海陆架表层水体春（a）、夏（b）、秋（c）、冬（d）季无机悬浮体质量浓度分布Fig.5 Distributions of PIM mass concentration in spring（a），summer（b），fall（c），and winter（d）in the surface layer over the continental shelf of the ECS

东海陆架表层水体PIM质量浓度与TSM质量浓度量级相同，对比图2可明显看出两者的分布趋势与形态也相似，只是PIM质量浓度分布整体轮廓线向近岸收缩约0.5°。整个海域存在2个高值中心分别为长江口－浙江中部沿海海域，1个次高值中心位于以32°N、125°E为中心的海域。PIM质量浓度季节变化显著，秋、冬季节显著高于春、夏季节。

图6分别显示了春、夏、秋、冬4个季节东海陆架表层水体无机悬浮体占总悬浮体百分比分布。与POM百分含量相反，PIM百分含量在秋季最高，冬季次之，夏季较少，春季最低。春季PIM百分含量在黑潮附近海域和杭州湾外水下凹槽海域均低于50%，特别是在杭州湾外达到了35%以下，30°N以北的陆架海域PIM百分含量最高，达到90%以上。夏季PIM百分含量明显升高，整个海域几乎都高于70%，仅在长江口－杭州湾外水下凹槽区、东海中部陆架30°N、125°E附近和台湾东北部黑潮海区低于70%。秋季PIM百分含量最高，大部分海域均高于90%，仅在长江口－杭州湾外海域、台湾东北部黑潮海域和以28.5°N、127°E为中心的小部分海域低于90%。冬季PIM百分含量介于夏、秋之间，大部分海域高于65%，黑潮部分海域高于90%，其他3个季节出现的2个低值中心（长江口－杭州湾外水下凹槽区和台湾东北部黑潮海区）在冬季也有显现，其值在65%～75%之间。

图6 东海陆架表层水体春（a）、夏（b）、秋（c）、冬（d）季无机悬浮体百分比含量分布Fig.6 Distributions of PIM percentage in spring（a），summer（b），fall（c），and winter（d）in the surface layer over the continental shelf of the ECS

3 结论

东海陆架表层水体悬浮体质量浓度季节变化显著，有机悬浮体与无机悬浮体百分含量也存在显著季节变化，主要表现为：

（1）TSM质量浓度冬季最高，秋季次之，春、夏季最低。TSM分布整体呈近岸高、外海低，等值线基本与岸线平行，29°N外有一浑水舌向东南延伸且季节变化显著。常年存在2个TSM高值中心分别位于长江口外和浙江渔山列岛附近海域，春、夏季分为2段，秋、冬季连成一片；存在2个次高值中心，一个以32°N、125°E为中心，另外一个以30°N、127°E 为中心，秋、冬季高于春、夏季。高悬浮体质量浓度锋（10mg／L）一般平行于岸线，随季节变化出现在40～60m等深线附近，北部海域常被分隔为2部分；次级悬浮体质量浓度锋（3mg／L）因29°N常年有一浑水舌向东南延伸而不与岸线平行，其随季节变化北部出现在30～40m等深线附近，中部出现在50～90m等深线附近，南部出现在50～80m等深线附近。

（2）POM质量浓度与TSM质量浓度季节分布特征相反，呈现夏季最高，春季次之，秋、冬季最少的特征。整个海域存在2个高值中心分别位于长江口外和渔山列岛，且随季节变化显著；2个次高值中心分别位于30°N、127°E和32°N、125°E附近海域，季节变化明显。

（3）PIM质量浓度与TSM质量浓度量级相同，分布趋势与形态也相似，但是整体轮廓线向近岸收缩约0.5°。整个海域存在2个高值中心分别位于长江口和浙江中部沿海海域，1个次高值中心位于以32°N、125°E 为中心的海域，秋、冬季显著高于春、夏季。

（4）POM占TSM百分比表现为春季最高，夏季次之，冬季较少，秋季最低；PIM百分含量相反。

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