春、夏季长江口及其邻近海域无机营养盐的分布特征分析

夏荣霜，张海燕，徐亚岩，尹艳娥，徐兆礼

摘要：根据长江口及其附近海域2个航次（2012年5月和8月）营养盐等的调查资料，分析了调查海域无机营养盐5项指标的分布特征及其分布原因。结果表明，春季磷酸盐和硅酸盐的质量浓度均小于夏季，而总溶解性无机氮（DIN）却大于夏季;春、夏季表层磷酸盐质量浓度均小于底层;而硅酸盐和DIN却没有这一规律;春季（5月）、夏季（8月）调查海区水体中无机营养盐（除氨氮以外）的质量浓度总体呈现从近海向外海递减趋势;硝酸盐是调查海水中无机氮主要存在形式，占DIN的90%左右;分析各无机营养盐与盐度的相关性，得知硅酸盐与盐度的相关性最大，DIN次之，磷酸盐最差。

关键词：长江口及其邻近海域;无机营养盐;分布特征

中图分类号：P734.4+4        文献标识码：A        文章编号：0439-8114（2014）23-5688-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.018

长江口是中国最大的河口，位于长江三角洲经济体核心区，是中国工农业最发达的区域。然而，经济高速发展的同时也带来了环境污染问题，影响着长江口及其邻近海域的生态环境，其中因污染物排放引起的富营养化问题尤为严重，使得生态系统失去平衡，引起大面积赤潮暴发，因此该区域亦是我国沿海赤潮高发区之一[1]。而赤潮无论发生的时间、地点还是规模在很大程度上都与营养盐的时空分布密切相关[2]。有害赤潮会影响到海洋生物的生命活动，可以改变海洋生物种群的数量和结构，也会影响海洋生态系统，还会影响附近海域的水产养殖业、捕捞业、旅游业等海洋产业的发展，威胁着沿海居民的身体健康。2011年中国沿海共发生赤潮55次，累计面积6 076 km2，赤潮灾害直接经济损失325万元。2012年，我国沿海共发现赤潮73次，12次造成灾害，直接经济损失20.15亿元。目前关于长江口及其附近海域营养盐的时空分布变化规律已有不少研究报道[3-7]，但由于长江入海后扩展范围巨大，对周边海域营养盐理化参数影响深远，不同区域有其独特的特征，多数研究未将属于长江口影响海域的杭州湾、舟山附近海域纳入长江口海域进行研究，这一海域是长江口鳗苗、杭州湾鲳鱼等多种经济鱼类产卵场及稚幼鱼索饵场，故需对其做进一步的研究。本研究利用农业部东海区渔业生态环境监测中2012年获得的调查资料，分析长江口、杭州湾及舟山群岛西部海域无机营养盐的时空分布，从而为该水域的渔业环境保护和海洋开发提供科学依据。

1  调查及分析方法

1.1  采样时间和区域

于2012年5月和8月在长江口、杭州湾和舟山渔场重要渔业水域共设20个监测点，各监测点的位置如图1所示。其中1-6点位于长江口最大浑浊带内[8]，7-11点位于杭州湾内，12-20点位于舟山渔场西部海域。

1.2  分析项目和方法

水质监测的具体采样、保存及分析方法均参照GB17378-2007《海洋监测规范》[9]进行。无机营养盐分析项目包括硝酸盐（锌镉还原法）、亚硝酸盐（萘乙二胺分光光度法）、氨氮（次溴酸钠氧化法）、磷酸盐（磷钼蓝分光光度法）、硅酸盐（硅钼蓝分光光度法），硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮之和为总溶解无机氮（DIN）。所有数据均来自农业部东海区渔业环境监测中心2012年5月和8月的常规监测。

2  结果与分析

2.1  盐浓度平面分布

调查海域春季表、底层海水中的盐浓度范围和平均值分别为0.19～28.61、17.63 mg/L和0.19～16.18、16.18 mg/L。夏季调查海域表、底层海水中的盐浓度范围和平均值分别为0.60～24.64、16.05 mg/L和1.05～27.21、16.79 mg/L。由图2可知，表、底层盐浓度的分布趋势大体一致，底层盐浓度稍高于表层，梯度分布明显，都是呈现近岸低、外海高的分布特点。春、夏两季这一海域盐浓度的变化不大，但同一经纬度春季盐浓度略高于夏季。

2.2  磷酸盐平面分布

磷酸盐是海洋中的主要营养盐类，是浮游植物繁殖和生长必不可少的营养要素之一，也是海洋生物产量的控制因素之一，它在全部生物代谢（尤其是能量转换）过程中起着重要作用。磷酸盐又是水体发生富营养化的主要因素之一[10]。

春季调查海域表、底层海水中磷酸盐的浓度范围和平均值分别0.021～0.070、0.036 mg/L和0.019～0.079 mg/L、0.041 mg/L。夏季调查海域表、底层海水中磷酸盐的浓度范围和平均值分别为0.014～0.087、0.040 mg/L和0.012～0.104 mg/L、0.047 mg/L。从整个调查区域看，春、夏季调查海域磷酸盐的分布趋势基本一致，都呈现由近岸向外海呈递减趋势，最高浓度出现在长江口附近的区域，最低浓度出现在舟山渔场西部海域，但表层磷酸盐平均浓度均高于底层。夏季磷酸盐平均浓度高于春季（图3、图4）。

2.3  硅酸盐平面分布

硅酸盐是海洋浮游植物必需的营养盐类之一，是硅藻类、放射虫和硅质海绵等机体构成中不可缺少的组分。而硅藻通常是海洋浮游植物的主体之一，硅酸盐浓度的分布除受硅藻季节性变化的影响外，主要还受江河径流的影响。另外，海水的运动对硅酸盐的分布变化也产生一定的影响[10]。

春季调查海域表、底层海水中的硅酸盐的浓度范围和平均值分别为0.907～2.891、1.771 mg/L和0.746～2.981、1.764 mg/L。夏季调查海域表、底层海水中的硅酸盐的浓度范围和平均值分别为0.91～4.26、2.75 mg/L和0.702～3.745、2.324 mg/L。整个调查区域从分布趋势看，春、夏季表、底层硅酸盐浓度分布趋势，亦呈现近岸高、外海低的特点;春、夏季最高浓度均出现在靠近长江口的区域，最低浓度均出现在舟山渔场西部海域;夏季硅酸盐平均浓度高于春季;春季表、底层硅酸盐浓度接近，而夏季表层浓度明显高于底层（图3、图4）。

2.4  无机氮平面分布

海水中的无机氮主要是由硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮三种形态组成，三者浓度之间的比例随海区环境及季节变化而异。无机氮是海洋浮游植物生长繁殖所必需的营养盐，它们的来源是陆源性径流输入和海洋生物体分解[10]。

春季调查海域DIN的表、底层浓度范围和平均值分别为0.260～2.388、1.160 mg/L和0.112～2.379、1.109 mg/L。夏季无机氮的表、底层范围和平均值分别为0.201～2.042、0.879 mg/L和0.240～1.446、0.885 mg/L。春、夏季表、底层DIN的分布趋势呈现近岸高外海低的特点，表、底层DIN浓度基本一致，但表层均高于底层;春季DIN质量浓度高于夏季。春、夏季硝酸盐占DIN的90%左右，是调查海水中的无机氮主要形式;硝酸盐最高值出现在长江口附近，高浓度区主要分布在长江冲淡水影响的区域，浓度由长江口向外呈梯度递减，表现为近岸浓度高，外海浓度低;硝酸盐含量的变化趋势是由长江口内向口外近海逐渐递减，氨氮含量的变化规律与硝酸盐相反，由长江口内向口外含量逐渐增高;亚硝酸盐是三态无机氮循环中的中间形态，化学性质较不稳定，所以空间分布上没有特定的变化规律（图5、图6）。

3  结论与讨论

3.1  结论

1）磷酸盐由近岸向外海呈递减趋势，底层平均浓度高于表层，夏季平均浓度高于春季，最高浓度出现在长江口附近的区域，最低浓度出现在舟山渔场海域。硅酸盐由近岸向外海呈递减趋势，表层平均浓度高于底层，春季平均浓度高于夏季，最高浓度出现在靠近长江口的区域，最低浓度出现在舟山渔场海域。DIN的分布趋势与硝酸盐最为一致，最高值出现在长江口附近，高浓度区主要分布在长江冲淡水影响的区域，浓度由长江口内向外呈梯度递减;氨氮含量的变化规律与硝酸盐相反，由长江口内向口外含量逐渐增高;亚硝酸盐是三态无机氮循环中的中间形态，化学性质不稳定，空间分布上没有特定的变化规律。

2）对整个调查海域水体春、夏季的表、底层营养盐与盐度进行相关统计可知，硅酸盐与盐度的相关性最大，DIN次之，磷酸盐稍弱。各种形态的无机氮当中，硝酸盐与盐度的相关性最大，亚硝酸盐次之，氨氮最弱。

3.2  讨论

3.2.1  磷酸盐的分布特征  长江水出口门后随东南流向进入大海，磷酸盐也随之向海洋中扩散，由长江口内向口外近海方向总体呈下降趋势。磷酸盐浓度呈现河口附近高外海低的特点，主要是受长江冲淡水的影响[8]。磷酸盐浓度最高值不在河口内而是在口门外，这可能是由磷酸盐在河口的缓冲作用所致。有研究表明，河口区磷酸盐缓冲机制主要受颗粒与水相互作用控制。由于河口悬浮物有良好吸附性能，当其含量较高时，悬浮物能吸附大量的磷酸盐，而含量较低时，被吸附的磷酸盐又从悬浮物中向水体释放出来，从而使磷酸盐含量在整个河口内变化很小。磷酸盐的这种缓冲机制在世界上其他许多重要河口，如密西西比河河口、哥伦比亚河河口、亚马逊河河口也都存在[11]。在长江口海域，缓冲机制春季较夏季表现得更明显，可能是春季长江口悬浮物含量更高。

春夏季底层磷酸盐平均浓度均高于表层，可能是因为春夏季水体垂直交换差，以致底层高浓度的磷酸盐无法到达上层水体，以及表层生物大量活动导致底层磷酸盐的浓度高于表层。而且表层磷酸盐常被浮游植物吸收而转移，底层由于浮游植物死亡而分解再生，同时沉积物和颗粒悬浮体对磷酸盐也有缓冲作用，另外高盐高磷酸盐外海底层水涌升也能补充水体中的浓度[12]，所以磷酸盐在长江口及其附近海域呈现出复杂的分布特征。

3.2.2  硅酸盐的分布特征  硅是硅酸盐矿物风化后的产物，硅酸盐随着径流输入海洋，成为海水中硅的主要来源。其在河口的分布主要受海水的稀释扩散控制，同时也受生物活动和悬浮体吸附的影响[13]。长江径流每年向长江口水域输送大量的硅酸盐，为硅藻的繁殖生长提供了丰富的营养物质。春、夏季硅酸盐整体分布从近岸向外海浓度逐渐减小，与盐度分布相反，反映了物理混合作用的影响。硅酸盐最高浓度出现在靠近长江口的区域，最低浓度出现在舟山渔场海域。春夏季硅酸盐浓度表层小于底层，反映生物活动对其浓度的影响。进一步研究该区域的叶绿素a分布情况发现，此区域叶绿素a与硅酸盐分布一致，即春季硅酸盐的浓度大于夏季的，春季叶绿素a的平均浓度也大于夏季，原因可能是调查海域硅酸盐浓度与长江径流输送量的关系较大。夏季是浮游植物大量繁殖的季节，消耗了大量的硅酸盐，而调查海域中硅酸盐的浓度却更大，说明生物活动对其影响较弱。

3.2.3  无机氮的分布特征  在河口区域，河流输入、沿岸的污水排放占营养盐输入的绝大部分[10]。此次调查海域硝酸盐的变化趋势都是由长江口内向口外近海逐渐递减，这与该研究区域的大多数研究结果一致[5，14]。出现这种变化规律可能是由于硝酸盐是氮的稳定存在形式，具有不被悬浮颗粒物吸附或包裹的保守行为，其保守行为仅限于长江口，而在长江口外营养盐在向外扩散的过程中，不断地被浮游植物所消耗而使其含量锐减[15]。受陆源排放的影响在长江口近岸硝酸盐含量出现高值，到了长江口外，由于海水的稀释作用，其含量逐渐降低[14];氨氮是氮的还原态，它的主要来源是沿岸径流输入以及悬浮颗粒物的释放。氨氮含量的变化规律与硝酸盐相反，由长江口内向口外含量逐渐增高。孟伟等[16]认为盐度是产生这种变化规律的主要原因：长江口外水体盐度相对较高，悬浮颗粒物对氨氮的释放量加大，则氨氮含量出现高值。亚硝酸盐含量在夏季稍高则可能是由于夏季较高的水温使得氨氮部分被氧化成亚硝酸盐[17]。氨氮含量在夏季较高，则可能是由于夏季水温高，促进有机质的氧化分解，以及细菌的活动加速了有机质的降解，从而释放出氨氮[18]。

3.2.4  营养盐与盐度关系  营养盐的分布通常是物理、化学、生物等过程共同作用的结果，营养盐在河口及其附近海域的加入、转移或保守程度可以通过与盐度的相关关系进行评价[19]。长江口及其邻近海域的盐度一方面受长江径流量和冲淡水方向的影响，另一方面还受东部的黑潮、南部的台湾暖流以及北部的黄海沿岸流的影响[6]。一般认为盐度为31 mg/L的等盐线为长江冲淡水外缘边界，而盐度为34 mg/L的等盐线为高盐水人侵的主体边界[20]。此次调查水域都在长江冲淡水的影响范围之内，其中长江口内的6个站点盐度较低，这是由于长江带来了大量的淡水，稀释了海水的浓度。由于长江冲淡水从表层外泄，而外海水从底部锲入，表层盐度稍低于底层。由盐度的平面分布可看出，表层长江冲淡水自口门冲出后一部分穿过杭州湾口及舟山群岛一带沿岸南下[21]。

1）磷酸盐与盐度的关系。春季表、底层磷酸盐浓度与盐度相关性都很好，说明春季磷酸盐受长江冲淡水影响显著，而受生物活动影响较小;夏季底层磷酸盐浓度与盐度的相关性较好，表层与盐度的相关性较差。这是因为磷酸盐受到颗粒悬浮体、生物以及水体垂直对流等作用的影响，特别是受河口缓冲作用的影响。许多学者通过现场和实验室证明了河口悬浮体有从高磷淡水中吸附磷酸盐的趋势，而在低磷的咸淡水交汇区将其释放回水中[22]，可见颗粒悬浮体也影响了磷酸盐与盐度的相关性。此外，浮游植物在上层吸收磷酸盐以及在下层死亡后磷酸盐再生，也使磷酸盐在河口呈现复杂的特性。

2）硅酸盐与盐度的关系。对整个调查海域春、夏季表、底层硅酸盐的浓度与盐度进行相关分析，可以看出，春夏季硅酸盐浓度与盐度都呈显著负相关关系，表明整个调查海域硅酸盐的分布主要受控于海水和河水的物理混合作用;相对而言夏季表层硅酸盐浓度与盐度的相关性稍差，可能是上层浮游植物大量摄取营养盐，部分营养盐因此转移，而在下层则发生有机体分解营养盐再生[23]。因此，长江口水域硅酸盐的转移除了受海水的稀释作用外，还受生物活动的影响。

3）无机氮与盐度的关系。对整个调查海域水体春夏季的表底层硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮及DIN与盐度进行相关统计，三种形态无机氮中，硝酸盐与盐度的相关性最好，其次是亚硝酸盐，氨氮与盐度基本不相关。春夏季的表底层硝酸盐与盐度呈显著负相关关系，表明调查海域硝酸盐浓度分布主要受河水和海水物理混合作用的影响。春季表层硝酸盐与盐度相关性较差，可能与上层浮游植物吸收营养盐，下层浮游植物死亡、分解有关。所以，硝酸盐在河口内的转移除了受控于海水的稀释作用外，生物活动的影响也不容视。由于受诸多因素的影响，两季表、底层亚硝酸盐与盐度相关性不显著或者不相关。氨氮与盐度关系较为复杂，夏季表层呈明显的负相关关系，其余相关性较差，这可能是由于春夏季水温较高，浮游植物大量繁殖，最先吸收氨氮，生物体之间的物质交换过于频繁。

致谢：参加2012东海监测常规监测还有徐捷、王蔚颖同学等，农业部海洋与河口渔业重点开放实验室化学组鲁超、沈晓民先生和齐海明同学在论文的构思和写作过程中给予很大的帮助，谨致谢忱。

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