夏季和冬季辽东湾海域水体中叶绿素a含量分布特征

王 昆，吴 景，杜 静，王年斌

( 辽宁省海洋水产科学研究院，辽宁省海洋环境监测总站，辽宁 大连 116023 )

夏季和冬季辽东湾海域水体中叶绿素a含量分布特征

王 昆，吴 景，杜 静，王年斌

( 辽宁省海洋水产科学研究院，辽宁省海洋环境监测总站，辽宁 大连 116023 )

为研究辽东湾海域水体中叶绿素a含量的分布特征，于2013年8月(夏季)和12月(冬季)在辽东湾设置38个站位，分别采集了表、中、底层的海水样品，检测夏季和冬季两个航次水体中叶绿素a的含量，分析该海域叶绿素a的季节分布与空间变化特征。同时利用相关性统计分析的方法，将各水质因子对叶绿素a含量影响的差异显著性进行了分析。结果显示，调查海域夏季的叶绿素a平均质量浓度为6.90 μg/L，冬季为1.26 μg/L，时间分布上夏季质量浓度明显高于冬季；空间水平分布上，夏季辽东湾湾口的平均叶绿素a质量浓度明显高于湾内的平均质量浓度，而冬季则越靠近湾口处叶绿素a的平均质量浓度越低，与夏季规律正好相反；空间垂直分布上，夏季表层叶绿素a的质量浓度最高，10 m层次之，底层的质量浓度最低；而冬季的叶绿素a质量浓度则呈现10 m层最高，底层次之，表层质量浓度最低的趋势。说明辽东湾叶绿素a含量存在明显的时间和空间分布特征；结合同期的温度、盐度、溶解氧等环境因子的调查结果，统计分析结果表明调查海域中环境因子温度、盐度、溶解氧和营养盐的季节性变化是导致叶绿素a含量趋势变化的最可能原因之一。

辽东湾；叶绿素a；时间分布特征；空间分布规律

辽东湾位于渤海东北部，岸线曲折复杂，属于三面环陆，一面临海的典型半封闭型海湾，位于N 38°43′～40°58′，E 119°14′～121°58′，四周被大连、营口、盘锦、锦州、葫芦岛、绥中等五市所环绕，面积约为545 km2，海底地形自东西两侧向湾中南部倾斜，湾东侧水深大于西侧，最深处约32 m，位于湾口的中央部分，湾口宽度约为188 km，周边有大辽河、辽河、大凌河、小凌河、六股河等多条河流注入。该湾生物多样性丰富，是对虾和海蜇(Rhopilemaesculenta)的重要产卵场与索饵场，所以其环境质量的好坏直接关系到生物的生存和沿岸居民的经济收入。近年来，随着沿岸经济的飞速发展，辽东湾周围逐渐形成了高度密集的临海产业区，受到陆源排污和人工养殖等多方面的影响，排入辽东湾的污染物量在逐年累加[1-2]，加之环境气候的变化使径流量明显逐年减少，导致海湾海水环境质量严重下降[3]。由于渤海属于内海，辽东湾又是位于渤海最内部的海湾，水体交换能力自然很有限，不利于污染物质的扩散输出，易于导致海湾水体富营养化和赤潮的发生。叶绿素a含量对于水质和富营养化评价、赤潮探测及海洋生产力研究有重要意义。水体叶绿素a含量是衡量浮游植物分布、水体初级生产力和富营养化状况的一个基本指标[4-8]，监测和分析叶绿素a含量的时空分布特征[9-13]对于水体中浮游植物生物量评估和海洋环境监测非常重要，而且通常也能用于研究水域初级生产力的时空变化。2009年,陶建华等[14]对渤海湾叶绿素a的含量变化与该海域氮、磷营养盐的含量关系进行过研究；孙晓霞等[15]于2011年对胶州湾1984—2008年的叶绿素a含量的动态变化及其影响因素进行过系统分析；张海生等[16]也于2014年对南极普里兹湾1990—2002年叶绿素a含量的时空特征及其影响因素进行过整合研究，但对辽东湾近年叶绿素a的时空分布特征方面的研究尚未见报道。笔者正是在前人研究的基础上进一步对辽东湾浮游植物的现存量——叶绿素a的含量进行了调查测定，探讨辽东湾的不同季节、不同站位及水平和垂直分布的叶绿素a含量动态变化特征，以此来为辽东湾的生物多样性及生态系统变化研究提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 调查时间与站位布置

2013年8月和12月对辽东湾进行了两个季节的38个站位的海水水质环境调查，具体站位布置见图1。

1.2 样品采集分析

样品采集分析分为样品采集方法和测定分析方法。

图1 采样海域的站位布置

水样的采集方法是使用采水器按照《海洋生物生态调查技术规程》[17]的规定进行，采集海水的体积视调查海区而定，对于辽东湾可过滤500～800 mL，采样水层分为表层(水面下0.5 m)、10 m层、底层(水底以上0.5 m)三层。

叶绿素a的测定分析方法参照《海洋监测规范》[18]中的分光光度法。以90%的丙酮溶液提取浮游植物色素，在750、664、647、630 nm波长下测定吸光值，以Jeffrey-Humphrey公式计算叶绿素a的质量浓度：

式中，ρchl-a为叶绿素a的质量浓度(μg/L)；E为各波长下测定的吸光值；v为样品提取液体积(mL)；V为海水样品实际用量(L)；L为测定池光程(cm)。

同时，在各个取水样站位同步获取温度、盐度、溶解氧等数据资料已备后续相关性分析用。

2 结果与分析

2.1 叶绿素a的时间与空间水平分布特征

辽东湾不同季节各站位叶绿素a的垂直平均质量浓度变化见图2。由图2可知，夏季辽东湾各站位叶绿素a的平均质量浓度均大于冬季对应站位叶绿素a的质量浓度。夏季，叶绿素a的质量浓度最高值出现在36号站，其分层平均质量浓度为15.00 μg/L，最小值出现在18号站，其分层平均质量浓度为3.37 μg/L。夏季辽东湾湾口5个站位的叶绿素a平均质量浓度为7.13 μg/L，湾内33个站位的平均质量浓度为6.86 μg/L，湾口的质量浓度高于湾内。冬季，叶绿素a的质量浓度最高值出现在29号站，其分层平均质量浓度为1.98 μg/L，最小值出现在37号站，其分层平均质量浓度为0.68 μg/L，可见，冬季的质量浓度最值出现站位与夏季并不位于同站。冬季辽东湾湾口5个站位的叶绿素a平均质量浓度为1.26 μg/L，湾内33个站位的平均质量浓度为1.27 μg/L，湾内的叶绿素a质量浓度略高于湾内，基本与夏季分布相反。通过以上两个季节的水平分布分析可知，辽东湾冬季的叶绿素a质量浓度分布与夏季有着明显的不同。

图2 辽东湾各站位叶绿素a含量的平均值分布

2.2 叶绿素a的空间垂直分布特征

辽东湾分季节38个站位在表层、10 m层和底层的平均叶绿素a质量浓度分布状况见图3。由图3可见，辽东湾表层、10 m层、底层叶绿素a的质量浓度分布均呈现夏季远高于冬季的特征，分析来看夏季叶绿素a质量浓度大约是冬季质量浓度的4.2～6.3倍。从垂直分布上来看，夏季的叶绿素a质量浓度分布趋势为表层、10 m层向底层下降的趋势，但是冬季10 m层的各站位平均的叶绿素a质量浓度略低于底层的质量浓度，而表底层的质量浓度大小几乎相同，所以可以说，辽东湾冬季各层的叶绿素a含量的垂直分布趋势变化并不明显。

2.3 辽东湾的其他水环境因子对叶绿素a含量分布的影响

分季节对辽东湾各个站位的叶绿素a垂直平均质量浓度再进行平均，辽东湾夏季38个站位的分层平均叶绿素a的平均质量浓度为6.90 μg/L，冬季平均质量浓度为1.26 μg/L，可知夏季叶绿素a的平均质量浓度远高于冬季。同时，通过各个站位的温度、盐度、溶解氧现场监测资料分析可知，辽东湾海域夏季和冬季水体中，温度和溶解氧含量变化较大，但盐度变化甚微。辽东湾夏季海水温度较高，为21.1～26.3 ℃，溶解氧的含量偏低；冬季海水温度较低，为6.3～12.3 ℃，溶解氧的含量偏高。

图3 辽东湾叶绿素a各站位平均含量的垂直分布

2.4 相关性分析

为研究其他各个调查检测的水质因子与叶绿素a质量浓度的相关性，利用多元分析中的偏相关分析方法对其相关性进行了统计。分别对辽东湾8月、12月38个站位的叶绿素a值与温度、盐度、溶解氧、营养盐、化学需氧量进行了偏相关分析。结果显示，叶绿素a的含量与温度、盐度、溶解氧和营养盐的含量关系密切，偏相关系数均在0.970以上，双侧检验的相伴概率约为0.008，均小于显著性水平0.05，故应拒绝原假设，说明辽东湾叶绿素a的含量与温度、盐度和、溶解氧和营养盐的含量存在显著的相关性。

3 讨 论

3.1 叶绿素a的时间与空间水平分布规律

陆源排污的增加、沿海港口码头的作业船舶和海上航行作业的机动船的泄露、倾废以及残留投饵等多方面的影响，导致了水体交换能力极有限的辽东湾水体富营养化程度日趋严重，近年来诱发多次大规模赤潮[19]。胡雪明[3]采用实际检测与数值模型相结合的方法，给出辽东湾的无机氮、无机磷及化学需氧量的时空分布状况，并运用综合指数法评价与探讨了辽东湾的富营养化状况，其中综合指数法中两种比较典型的方法是营养状态指数法和营养状态质量法，具体是建立营养指数、营养状态质量指数与化学需氧量、无机氮、无机磷的含量及其标准值之间的数学表达式，利用营养指数与1、营养状态指数与3之间的关系来判断海域的富营养化状况，当营养指数≥1、营养状态指数>3时，表明水体已经呈现富营养化的特征，营养指数和营养状态指数值的高低显示了富营养化程度的重与轻。结果表明，此期间从宏观上来看辽东湾海域未达到富营养化状态，但局部海域处于富营养状态甚至超富营养化。吴金浩等[20]根据2007年春、秋两季辽东湾北部海域营养盐的实测数据及相关同步观测资料，对该海域水体营养盐的分布特征及主要影响因素进行分析，结果表明，辽东湾春、秋季节各营养盐含量均高于浮游植物生长的阈值，春季海域基本属于磷限制，而秋季是仅仅在大辽河口与辽河口附近海域的部分水体属于磷限制,这表明人为因素导致的陆源营养盐输入是辽东湾北部海域营养盐丰富的主要来源，也是其水体营养结构平衡被打乱的主要诱因，而调查期间的流场状况及冲淡水扩展也会不同程度的影响辽东湾北部海域营养盐含量。丛丕福等[21-23]曾基于卫星遥感的反演方法模拟了辽东湾叶绿素a、浮游植物、营养盐和悬浮物的时空分布，说明辽东湾的叶绿素a分布具有显著的时间和空间分布特征。另外，水温和光照也是决定浮游植物生长的关键因素，自然也是叶绿素a分布的主要影响因子。辽东湾的主要赤潮藻种为夜光藻(Noctilucascintillans)和中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)，通过本文研究也明显发现，夏季调查辽东湾海域的环境因子很适合夜光藻和中肋骨条藻的生长，易导致其大量繁殖，消耗水体中的氧，使得海水中的溶解氧含量降低，而辽东湾冬季较低的水温，不适合藻类的生长繁殖，所以冬季水体中溶解氧的含量自然也就偏高。另外，盐度这一水质环境因子对藻类的繁殖影响较小，辽东湾夏季、冬季盐度变化范围基本很小，而且都属于适宜夜光藻和中肋骨条藻生长的盐度范围。

3.2 叶绿素a的空间垂直分布规律

分不同季节，辽东湾水体中的叶绿素a含量的变化规律为表层大于底层。夏季，海水的水温显著升高，达到全年最高值，叶绿素a含量随水层的加深而减小，同时受夏季降雨径流的影响，营养盐含量分布呈现湾口含量高于湾内及湾顶的特征，从而造成了湾口叶绿素a含量也明显的高于湾内及湾顶。随河流径流量的增加，辽东湾总氮的含量也随之升高，底层含量低于表层，所以叶绿素a含量呈现由表至底减小的趋势。而冬季，海水温度为一年之中最低，辽东湾底层总氮的含量与表层几乎相同，所以冬季辽东湾叶绿素a含量的垂直变化很小。当然，原因也可能是多方面的，比如夏季海水表层的光照好，光合作用旺盛，底层的很多浮游植物就通过垂直迁移的方式运动到水体表层来接受光照生长繁殖，导致表层叶绿素a含量较高；随着深度的增加，光照度开始减弱，光合作用也随之衰减，因此夏季底层的叶绿素a含量自然是表层、10 m层、底层3个水层中最低的。

3.3 叶绿素a分布特征总结以及与其他水质因子的相关性分析总结

水体叶绿素a含量是衡量水体初级生产力和富营养化状况的一个基本指标，检测和分析叶绿素a的含量变化对于水体中浮游植物生物量评估和海洋环境监测机制的完整建立非常重要，对于评价海域的初级生产力也有比较深入的指导作用。本文通过对辽东湾2013年8月和12月夏、冬两季的水体叶绿素a含量数据进行检测分析，可知辽东湾叶绿素a含量存在显著的时间和空间分布特征。

(1)调查海域夏季的叶绿素a平均质量浓度为6.90 μg/L，冬季为1.26 μg/L，夏季明显高于冬季，通过各层的叶绿素a平均质量浓度综合分析计算发现，夏季大约是冬季的4～6倍。这是由于夏季气温和水温均较高，适宜藻类的繁殖，使得夏季的水体叶绿素含量比冬季高，但如果某海域夏季的叶绿素含量持续偏高，比如可能是陆源排污的影响，使其含量超过某一限值，藻类大量繁殖爆发，就会使水体产生富营养化，导致发生赤潮灾害，所以对叶绿素a含量的定期检测对预防赤潮发生具有一定的指导意义。

(2)水平分布上，夏季辽东湾湾口的平均叶绿素a含量明显高于湾内的平均含量，而冬季则与夏季规律正好相反，这可能是由于夏季辽东湾沿岸由于地表径流和降雨产汇流等面源输入的影响，对湾顶及内部的水体起到了一定的稀释作用，而辽东湾是位于渤海最北部的典型半封闭海湾，水体的平面交换能力非常有限所致。

(3)垂直分布上，夏季随着层数的增加含量呈现明显的下降趋势，而冬季的叶绿素a含量各层分布几乎相同。这可能是由于夏季外界气温很高，随着层数的增加，水温下降梯度较大，使藻类的含量变少，叶绿素含量自然会降低。冬季，辽东湾平均水深较浅，在风、潮汐等的动力因素推动下，水体垂直混合比较充分，流速、潮位等水动力要素一般可取垂直平均值来进行分析，而冬季水温各层均较低，所以冬季各层的水质质量状况包括叶绿素含量分布几乎相同。

(4)通过同期的温度、盐度、溶解氧、营养盐等环境因子的变化趋势也可以说明叶绿素a含量存在着明显的季节性和空间分布变化规律。通过相关性的统计分析可知，温度、盐度和溶解氧是影响叶绿素含量分布的最直接环境因子，营养盐分布也对叶绿素检测结果的准确性分析具有显著的指导作用同时，通过查阅的胶州湾[15]、流沙湾[24]和南海西北部[25]的叶绿素a的分布特征，也都说明了其含量变化呈现一定的季节性，且与其他水质因子存在不同程度的显著的相关性。所以，本文的分析结果，对充分了解辽东湾的叶绿素a分布、辽东湾的生物多样性、生态系统变化特征以及研究叶绿素a含量变化对海湾初级生产力的影响均具有重要意义。

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DistributionofChlorophyll-aConcentrationinSeaWatersofLiaodongBayinSummerandWinter

WANG Kun, WU Jing, DU Jing, WANG Nianbin

( Liaoning Ocean Environment Monitoring Station, Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute, Dalian 116023, China )

To investigate the distribution of chlorophyll-a in sea water of Liaodong Bay, 38 samples were collected in surface, interface, and bottom water in two seasons, August (summer) and December (winter) of 2013. The concentrations of chlorophyll-a were monitored and analyzed, and correlation analysis was used to show the linkages between different parameters, to determine the possible influential factors of the variation in chlorophyll-a concentration. The results showed that the average concentration of chlorophyll-a in this area was 6.90 μg/L in summer, and 1.26 μg/L in winter, indicating that there was significantly higher average concentration of chlorophyll-a the in summer than that in winter. Analysis revealed that the level of chlorophyll-a in the mouth of Liaodong bay was higher than that in the inner bay in summer horizontally. However, it has an opposite tendency in winter. Vertically, the maximal level of chlorophyll-a was observed in the surface layer of Liaodong Bay, followed by interface layer and the minimal at the bottom. In winter, the tendency made a great difference, the order of the chlorophyll-a concentration was descrbed as the interface layer, the bottom water and the surface water, showing obvious spatial and temporal distribution of chlorophyll-a. Concerned about the investigation of environmental factors such as temperature, salinity，dissolved oxygen and nutrients during the same period, it is concluded that this finding is primarily attributed to the seasonal variation in environmental factors in this area.

Liaodong Bay; chlorophyll-a; seasonal variation; spatial and temporal distribution

10.16378/j.cnki.1003-1111.2016.06.012

S912

A

1003-1111(2016)06-0675-06

2015-12-02；

2016-02-09.

辽宁省海洋与渔业厅科研项目(201419，201416，201303)；辽宁省科学事业公益研究基金资助项目(2014004019)；辽宁省博士启动基金资助项目(201601388).

王昆(1979—),女, 副研究员,博士；研究方向:水质检测及污染物输运模拟.E-mail:wangkunhky@163.com.通讯作者:王年斌(1957—),男,研究员；研究方向:海洋生态及海洋环境保护.E-mail:wang_nb0415@aliyun.com.cn.