东山湾营养盐结构特征及影响因素分析

姜双城，林培梅，吴立峰，郑惠东，蔡建堤，席英玉，郑盛华，杨妙峰，钟硕良

(1.福建省水产研究所 厦门 361013；2.福建省海洋生物增养殖与高值化利用重点实验室 厦门 361013；3.厦门市第五中学 厦门 361000)



东山湾营养盐结构特征及影响因素分析

姜双城1，2，林培梅3，吴立峰1，2，郑惠东1，2，蔡建堤1，2，席英玉1，2，郑盛华1，2，杨妙峰1，2，钟硕良1，2

(1.福建省水产研究所 厦门 361013；2.福建省海洋生物增养殖与高值化利用重点实验室 厦门 361013；3.厦门市第五中学 厦门 361000)

文章根据2011年5月和8月两个航次的调查资料，分析东山湾营养盐含量、分布、结构特征及其关键影响因子，并探讨了营养盐对浮游植物的限制情况。结果表明，除活性硅酸盐，夏季活性磷酸盐、总磷、无机氮和总氮含量均高于春季；春、夏活性硅酸盐、活性磷酸盐、总磷、无机氮和总氮分布整体呈现为漳江入海口和八尺门海域含量较高，其含量、分布主要受漳江陆源径流的影响，其次为浮游植物的消长；春季东山湾海域水体中N/P、Si/N 、Si/P和TN/TP平均比值分别为64.3、9.1、583.1和13.4，夏季平均比值有所降低，分别为28.3、4.9 、155.3和13.3；春季N/P、Si/N、Si/P 、TN/TP高值区均位于湾口位置，而夏季N/P、Si/N、Si/P、TN/TP整体呈现以八尺门邻近海域为中心、自西向东扩散；2011年春、夏季均存在磷限制现象，春季尤为严重，磷限制的站位比例为83.3%。

营养盐；海水质量；海洋环境；生态环境

营养盐是海洋初级生产力和食物链的基础[1]，在水体中具有不同的存在形式，其中无机氮、活性磷酸盐和活性硅酸盐对生态系统健康影响最大，是富营养化水平高低的关键因素。东山湾位于福建省东南沿海的漳浦县、云霄县和东山县之间，海域总面积283.14 km2，属于潮控型的半封闭海湾[2]。东山湾也是福建省海水养殖的重要水域，随着东山湾海域周边工农业和城市化进程的快速发展、人类养殖活动扩大，导致海洋生态系统受到的外来压力日趋加重，东山湾沿岸地区的经济发展与生态环境的矛盾日益突出，海域的富营养化风险加剧[3]。在漳江径流、沿岸工农业生产和海水养殖的共同影响下，无机氮、活性磷酸盐和活性硅酸盐含量和结构组成有所变化。而水体营养盐含量、分布和结构变化对浮游植物生长、 生物量以及物种组成的有重要影响[4-5]。因此，研究东山湾海域营养盐含量、分布和结构特征及其影响因素，探讨其对浮游植物的限制情况，对了解该海域生态系统健康状况的基础和人类活动的生态学效应具有重要意义。

有关东山湾海域营养盐[6]、浮游植物[7]、叶绿素a[7]含量与分布等研究相对较少。本研究根据 2011年春季和夏季两个航次调查数据，分析东山湾营养盐含量、分布及其结构分布特征；采用探索性数据分析法——回归分析法，选取对营养盐结构特征有重要影响的盐度和叶绿素a指标，研究其形成机制，并在此基础上探讨了营养盐对浮游植物的限制情况，为东山湾海域生态学研究提供背景支撑，为海域管理与决策提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

于2011年5月(春季)和8月(夏季)在东山湾及邻近海域布设12个调查站位进行现场调查(图1)，采用葵花式采水器采集海水样品。

图1 东山湾调查海区采样站位

盐度、叶绿素a、活性硅酸盐、活性磷酸盐、总磷、亚硝酸盐、硝酸盐、铵盐和总氮采用《海洋监测规范 第4部分：海水分析 GB17378.4—2007》[8]和《海洋监测规范 第7部分：近海污染生态调查和生物监测 GB 17378.7—2007》[9]进行分析。亚硝酸盐、硝酸盐 、铵盐、活性磷酸盐、硅酸盐、总磷、总氮、叶绿素a采用紫外可见分光光度计(型号：TU-1810DPC)测定；盐度应用多参数分析仪(型号：WTW Multi 3430)现场测定；无机氮为亚硝酸盐、硝酸盐 、铵盐三者之和。

1.2 数据处理方法

选择与营养盐结构特征相关的盐度、叶绿素a、活性硅酸盐、活性磷酸盐、总磷、无机氮和总氮等化学和生态参数，采用SPSS19.0[10]进行数据统计分析，并运用Surfer 10.0绘制平面分布图。

2 结果与分析

2.1 营养盐的浓度和分布特征

2.1.1 营养盐浓度

2011年东山湾海域春季和夏季营养盐氮、磷和硅的含量范围和平均值如表1所示。春季活性硅酸盐、活性磷酸盐、总磷、无机氮和总氮平均含量分别为1.20 mg/L、0.004 mg/L、0.038 mg/L、0.069 mg/L和0.226 mg/L。夏季活性硅酸盐、活性磷酸盐、总磷、无机氮和总氮平均含量分别为0.972 mg/L、0.016 mg/L、0.060 mg/L、0.100 mg/L和0.356 mg/L。春、夏季的无机氮含量均约为总氮的1/3，比例较为稳定，而春、夏活性磷酸盐含量分别为TP的1/10和1/4，说明东山湾海域氮、磷等营养物质以颗粒态和有机态为主。暨卫东[11]等研究表明，东山湾春、夏季的无机氮含量分别为0.077 mg/L和0.043 mg/L，活性磷酸盐含量分别为0.006 mg/L和0.008 mg/L。与之相比，经过20多年的演变，无机氮磷含量有所增加。除活性硅酸盐、活性磷酸盐、总磷、无机氮和总氮，其他形态的氮夏季含量均高于春季，夏季活性磷酸盐和无机氮含量平均值分别是春季的4倍和1.4倍。

2.1.2 营养盐平面分布特征及成因

春季表层的无机氮和总氮的平面分布总体趋势均为自北向南递减，高值区均位于湾顶的DS11站，浓度分别为0.126 mg/L和0.447 mg/L(图2)。多元逐步回归的结果表明无机氮和总氮含量与盐度均负相关，其相关系数r分别为-0.58(n=12；P<0.05)、-0.44(n=12；P>0.05)，表明上述形态氮含量主要受陆源输入的影响，尤其是无机氮，其含量与盐度显著负相关；春季底层无机氮和总氮的高值区均位于湾口，多元逐步回归的结果表明无机氮和总氮含量与盐度无相关性，其营养盐含量高可能主要受沿岸流和上升流的影响。

表1 2011年东山湾营养盐氮、磷和硅含量的 范围和平均值 mg/L

夏季表、底层水体的无机氮浓度分布整体呈现湾顶至湾口递减的趋势，在DS03出现含量极高值，其表、底层含量分别为0.126 mg/L和0.447 mg/L。无机氮均与盐度呈现负相关，相关系数r=0.37(n=24;P>0.05)，验证东山湾无机氮含量主要受陆源污染物影响。而夏季表层总氮的平面分布整体呈现湾顶高，湾口低，与盐度呈现负相关，相关系数r=0.54(n=12；P=0.05)，表明表层总氮含量主要受陆源输入的影响；夏季底层总氮呈现显著的从西向东递减的趋势，在八尺门邻近海域DS12出现含量极高值区域，含量为0.595 mg/L，说明夏季八尺门养殖区的高氮污染物对湾内的影响有所加强。

春季表层活性磷酸盐的平面分布呈现沿岸区高海区低、湾北部海区高于南部海区(图3)，这可能与漳江冲淡水带入的陆源污染物有关[12]，多元逐步回归的表明活性磷酸盐与盐度呈现负相关(n=12；r=-0.48；P=0.05)，验证湾内活性磷酸盐的含量主要受径流影响；与Chl-a呈现显著的相关性，相关系数r分别为0.55(n=12；P=0.01)，说明海水磷的含量是浮游植物的生长的关键影响因素。春季底层活性磷酸盐的平面分布整体较为均匀，在湾中部海区的DS08站出现含量极高值，其含量为0.006 mg/L。春季表、底层总磷分布呈现从湾西北向湾东南逐渐减小的趋势，均在湾顶DS11出现含量极高值区域，其表、底层含量分别为0.058 mg/L和0.060 mg/L，在湾口处出现含量极低值区域；春季表、底层总磷含量与盐度呈现显著负相关，相关系数r分别为-0.90(n=12；p=0.01)、-0.89(n=12；p=0.01)，湾内总磷污染源主要来自径流。

图2 春、夏季表、底层海水中无机氮和总氮含量平面分布

图3 春季、夏季东山湾海域表、底层海水中活性磷酸盐和总磷含量平面分布

夏季表、底层活性磷酸盐的平面分布趋势和春季总磷成镜像，整体呈现从湾口区向湾顶区逐渐降低的趋势(图3)。夏季表、底层活性磷酸盐与叶绿素a呈现显著的负相关性，相关系数r分别为-0.78(n=12；p=0.01)、-0.63(n=12；p=0.05)，与盐度无相关性，表明湾内活性磷酸盐主要受浮游植物消长的影响。湾东侧DS09出现含量极高值，其表、底层浓度分别为0.030 mg/L、0.042 mg/L，这可能与湾口上升流入侵与湾内平面环流有关。夏季表层总磷 平面分布相对较为均匀，在湾口区DS07出现含量极低值，其浓度为0.039 mg/L；底层总磷分布呈现自西向东递减的趋势，在八尺门DS12站出现含量极高值，这可能与东山湾环流有关[2]；表、底层总磷与盐度显著的负相关性，相关系数r分别为-0.44(n=24；p<0.05)表明东山湾总磷含量主要受漳江陆源径流的影响。总磷与叶绿素a呈现显著的正相关性，相关系数r为0.44(n=24；p=0.05)，而活性磷酸盐与叶绿素a呈显著的负相关性，这可能与夏季东山湾海域存在磷限制，活性磷酸盐的含量无法支撑浮游植物的生长，总磷成为浮游植物消长所需的磷源。

春季表、底层硅酸盐的平面分布呈现湾口、湾顶高、湾中部海区低的特点(图4)；硅酸盐作为浮游植物的营养盐之一，其分布除受水系混合的影响之外，生物摄取及再生等过程的影响也不容忽视；活性硅酸盐与盐度、叶绿素a的回归分析表明，活性硅酸盐与叶绿素a呈显著负相关(n=12；r=-0.73；p=0.05)，与盐度不相关，说明湾内硅酸盐含量主要受浮游植物，尤其是硅藻的吸收影响，漳江冲淡水携带的硅酸盐对湾内的活性硅酸盐总量影响较小。夏季表、底层活性硅酸盐的平面分布整体呈现湾顶至湾口递减的趋势，在湾顶DS11出现含量极高值，其表、底层含量分别为1.54 mg/L和1.28 mg/L；活性硅酸盐与盐度呈显著的负相关性，相关系数r为-0.55(n=24；p=0.01)，表明硅酸盐含量主要受高硅酸盐的径流的影响。

图4 春季、夏季东山湾海域表、底层海水中活性硅酸盐含量平面分布

2.2 营养盐的分布特征

海洋浮游生物体的元素组成决定了海水中的生源要素参与生物化学循环的相对比例。初级生产者(主要是浮游植物)按一定比例从海水中吸收生源要素，这些生源要素最终通过有机碎屑的再矿化作用重新回到海水中[13]。Redfield研究发现浮游生物体的元素组成中碳(C)、氮(N)、磷(P)的比例接近恒定，为 106∶16∶1，称为Redfield比值。需要吸收硅酸盐的浮游植物如硅藻等，生物体的元素组成中硅(Si)∶氮(N)∶磷(P)=16∶16∶1[14]。海水中适宜的生源要素比值有利于浮游植物的生长和繁殖，反之，某种生源要素的缺乏会限制生物的生长，过高则会影响浮游植物的种群结构，甚至引发赤潮灾害。N/P、Si/N和Si/P值的分布情况不仅可以反映海域营养盐的陆源输入、海流输运、大气沉降和人类活动的影响，也在一定程度上反映了海水中营养盐的再生速率和循环机制[15]。

2011年春季东山湾海域水体中N/P值范围为14.2～147.6，海域平均比值为64.3，大于Redfield比值；夏季N/P值范围为6.6～79.3，海域平均比值为28.3，大于 Redfield比值，但较春季有所下降，主要是由于夏季水体中无机氮(DIN)仅为春季1.5倍，而夏季活性磷酸盐的浓度为春季的3.8倍。春季Si/N值变化范围为3.8～14.5，平均比值为9.1；夏季Si/N值变化范围为2.9～9.5，平均比值为4.9；春、夏季均高于Redfield比值且春季高于夏季，这与春季活性硅酸盐高于夏季活性硅酸盐有关。春季Si/P值范围为142.8～1 121.9，海域平均比值为583.1；夏季Si/P值范围为24.67～593.4，海域平均比值为155.3，两季的平均比值均高于Redfield比值，主要是由于水体中活性磷酸盐浓度较低导致。春、夏季总氮(TN)、总磷(TP)的相对稳定，分比为13.4、13.3，接近于Redfield比值，说明影响湾内氮磷营养元素的生物地球化学过程相对稳定(表2)。

春季N/P、Si/N、Si/P 、TN/TP高值区均位于东山湾的湾口位置。N/P多数大于Redfield比值，仅DS01站N/P小于Redfield比值；而TN/TP仅有湾外DS10站、DS07站大于Redfield比值。夏季N/P、Si/N、Si/P、TN/TP高值区均位于沿岸区，整体呈现八尺门邻近海域为中心，自西向东扩散，在东部海域出现低值区。在八尺门附近的DS12站、DS02站，TN/TP大于Redfield比值，这可能与夏季径流大、八尺门网箱养殖排放量较大有关(图5)。

表2 2011年东山湾海域营养盐比值(原子比)

注：N-DIN.

2.3 营养盐的限制因子

浮游植物的正常生长具有所需的营养盐最低阈值，Nelson认为该阈值为Si=2 μmol/L，DIN=1 μmol/L，P=0.1 μmol/L[16]，因此从营养盐的绝对浓度来说，即为绝对限制法则。相对限制法则是从营养盐的相对浓度比值来看，Justic[17]和Dorch[18]提出了一个系统评价每种营养盐的化学计量阈值标准：若Si/P和N/P均>22，则P为限制因子；若N/P<10和Si/N>1，则N为限制因子；若Si/P<10和Si/N<1，则Si为限制因子。

如果某种营养盐满足绝对限制法则，表明研究海域的营养盐低于限制浮游植物生长的阈值之下，但并不一定是此营养盐首先被耗尽。满足相对限制法则，只表明此营养盐会先被耗尽，其浓度不一定低于生长最低阈值。因此，限制浮游植物生长的营养盐必须同时满足绝对限制法则和相对限制法则[19]。

根据绝对限制判定法则，东山湾春、夏季的活性硅酸盐>2 μmol/L，无机氮>1 μmol/L，仅有部分站位活性磷酸盐<0.1 μmol/L，只可能存在P限制；结合相对限制法则，Si/P和N/P均>22，P为不存在限制因子；春季仅有DS01、DS03站不存在P限制；而夏季P限制区域明显缩小，仅有DS01、DS02、DS03、DS11、DS12等沿岸站位存在P限制，这可能与漳江径流、八尺门养殖区输入的活性磷酸盐有关；而在湾口区存在非常严重的P限制(图6)。总之，东山湾春、夏季均存在P限制现象，春季尤为严重。

图5 2011年东山湾海域春夏两季营养盐比值分布

图6 2011年东山湾海域营养盐绝对限制情况(■：P限制区域)

3 结论

春季活性硅酸盐、活性磷酸盐、总磷、无机氮和总氮平均含量分别为1.20 mg/L、0.004 mg/L、0.038 mg/L、0.069 mg/L和0.226 mg/L。夏季活性硅酸盐、活性磷酸盐、总磷、无机氮和总氮平均含量分别为0.972 mg/L、0.016 mg/L、0.060 mg/L、0.100 mg/L和0.356 mg/L。东山湾海域氮、磷等营养物质以颗粒态和有机态为主。除了活性硅酸盐，夏季活性磷酸盐、总磷、无机氮和总氮的含量均高于春季。

春、夏活性硅酸盐、活性磷酸盐、总磷、无机氮和总氮分布整体表现为漳江入海口和八尺门海域含量较高，其含量、分布主要受漳江陆源径流的影响，其次为浮游植物的消长。

2011年春季东山湾海域水体中N/P、Si/N和Si/P平均比值分别为64.3、9.1和583.1，夏季水体中N/P、Si/N和Si/P平均比值分别为28.3、4.9和155.3。而春、夏季TN/TP的相对稳定，分比为13.4、13.3，接近于Redfield比值，说明影响湾内氮磷营养元素的生物地球化学过程相对稳定。春季N/P、Si/N、Si/P 、TN/TP高值区均位于东山湾的湾口位置。夏季N/P、Si/N、Si/P、TN/TP高值区均位于沿岸区，整体呈现以八尺门邻近海域为中心，自西向东扩散。

根据绝对限制判定法则，东山湾春季仅有DS01、DS03站不存在P限制，P限制的站位比例为83.3%；而夏季P限制区域明显缩小，仅有5个沿岸站位存在P限制。2011年春、夏季均存在P限制现象，春季尤为严重。

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The Structure Characteristics and Their Influential Factors of Nutrients in Dongshan Bay

JIANG Shuangcheng1，2，LIN Peimei3，WU Lifeng1，2，ZHENG Huidong1，2，CAI Jiandi1，2，XI Yingyu1，2，ZHENG Shenghua1，2，YANG Miaofeng1，2，ZHONG Shuoliang1，2

(1.Fisheries Research Institute of Fujian，Xiamen 361013，China； 2.Key Laboratory of Cultivation and High-value Utilization of Marine Organisms in Fujian Province，Xiamen 361013，China； 3.Xiamen Fifth Middle School，Xiamen 361000，China)

The concentration and spatial distribution of nutrients，nutrient structure characteristics，the key influential factors and their restrictive effect on phytoplankton in the Dongshan Bay were studied on the basis of two cruises in May and August.The results showed that except DSi，the concentration of SRP，TP，DIN and TN were higher in summer and lower in spring.The concentration of DSi，SRP，TP，DIN and TN were mainly affected by the Zhangjiang runoff，followed by phytoplankton growth，which appeared an overall trend of higher in Zhangjiang Estuary and Bachimen areas in spring and summer.The average ratio of N/P，Si/N，Si/P and TN/TP were 64.3，9.1，583.1 and 13.4 in the waters of Dongshan Bay in spring，and summer average ratio decreased，respectively 28.3，4.9，155.3 and 13.3.High areas of N/P，Si/N，Si/P and TN/TP were located in the bay mouth in spring，but N/P，Si/N，Si/P and TN/TP values appeared an overall trend of Bachimen area as the center，high west and low east in summer.In spring and summer of 2011，there were all P limitation，and 83.3% of the stations presented P limitation which was more serious in spring.

Nutrient salt，Sea water quality，Marine environment，Ecological environment

2016-06-30；

2016-10-30

福建省科学技术厅公益专项(2015R1003-12)；国家海洋局海洋公益性行业科研专项(2010050012-2)(201305043-4)(201505034-4).

姜双城，助理研究员，硕士，研究方向为海洋与渔业生态环境，电子信箱：2001082011@163.com

钟硕良，教授级高工，研究方向为海洋与渔业生态环境，电子信箱：zsl-5388@163.com

P7

A

1005-9857(2016)12-0039-10