渤海中部营养盐季节变化及限制统计分析

张海波,王丽莎,石晓勇,裴绍峰,刘钰博,唐新宇



渤海中部营养盐季节变化及限制统计分析

张海波­­1,王丽莎1*,石晓勇1,裴绍峰2,刘钰博1,唐新宇1

(1.中国海洋大学化学化工学院,山东 青岛 266100；2.中国地质调查局滨海湿地实验室,山东 青岛 266071)

根据2013年7月(夏季),11月(秋季)和2014年5月(春季)渤海中部海域营养盐数据以及温盐等数据,以浮游植物对营养盐的吸收阈值和化学计量关系为判断标准,对研究海域营养盐分布、限制状况以及季节变化特征进行分析,结果表明:调查海域内各营养盐组分变化均呈现明显季节性特征,表现为夏季低秋季上升春季下降的趋势.夏季受冲淡水影响,海水存在层化现象,溶解无机氮(DIN)、PO43--P和SiO32--Si含量分别为(10.33±7.75)、(0.05±0.03)和(3.94±3.19)μmol/L,DIN/P较高,Si/DIN远低于1,其中表层和10m层存在P和Si限制站位分别达93%、93%和40%、20%,限制状况严重.秋季受底层沉积物扰动再悬浮及营养盐矿化释放等因素影响,各种营养盐含量迅速上升,DIN、PO43--P和SiO32--Si含量为(16.44±6.51)、(0.54±0.20)和(16.94±6.37)μmol/L,分别升高了1.6、10.8和4.3倍,垂向分布差异较小,且仅存在P潜在限制现象.春季由于陆源输入相对较少,同时受浮游植物吸收等因素影响,各营养盐含量急剧下降,DIN、PO43--P和SiO32--Si含量分别为(9.04±8.06)、(0.06±0.04)和(2.47±1.90)μmol/L,分别降低了45%、89%和85%,其中部分站位PO43--P和SiO32--Si含量低于阈值,在表层和10m层海水中存在P和Si限制站位分别达70%、65%和55%、50%,对海域内硅藻作为优势种的浮游植物生长和初级生产力产生影响.

渤海；营养盐阈值；营养盐比值；硅磷限制；时空变化

营养盐是浮游植物生长的物质基础,其含量和结构对浮游植物群落结构和初级生产力水平具有重要影响,营养盐缺乏会限制浮游植物的生长和繁殖,过高或结构失衡则会影响浮游植物群落结构稳定,甚至会引发赤潮灾害[1]和缺氧(Hypoxia)现象,进而影响海洋渔业资源[2-3].近海生态系统位于大洋与陆地交汇地带,兼有大洋和陆缘浅滩的生态环境特征,因其周边多为经济发展较发达区域,受陆源输入和人类活动影响剧烈;同时,近岸海域承载着最为密集的人口和最活跃的社会经济,其海域生态系统稳定与城市环境变化相互影响[4].近海营养盐含量及结构和季节性变化特征对海区内生态环境状况具有很好的指示作用[5],研究发现长江口赤潮爆发区高溶解无机氮(DIN)或者高DIN/P有利于甲藻生长,而低DIN/Si或者高硅酸盐(SiO32--Si)含量有利于硅藻在与甲藻的竞争中占据优势[6],因此关注近海营养盐对浮游植物生长限制状况对了解近海生态环境具有重要的意义.

渤海是我国唯一内海,仅通过渤海海峡的“北进南出”密度流同黄海相通[7],水交换速度慢,是重要的鱼虾等栖息场所,生态价值较大.环渤海沿岸有大小河流40余条,主要分为辽河流域、海河流域以及黄河流域三大水系,每年给渤海带来大量的营养物质,于志刚等[8]对渤海中部营养盐系统研究表明近20年来营养盐浓度和结构均发生显著变化,DIN含量显著增加而活性磷和硅明显降低.硅藻作为渤海海域优势藻种[5],对渤海海域初级生产力和物质传输起到决定性作用[9].近年随着环渤海经济圈快速发展,近岸海域环境质量日益恶化,同时陆源输入氮磷营养盐总量差异以及河流截留导致的硅酸盐输入减少等[10],海域内营养盐结构失衡且富营养化严重导致赤潮频发[11-13],给浮游植物群落结构以及生态结构的稳定性带来影响.为进一步了解近年来人类活动对渤海生态环境的影响,本研究重点关注渤海中部营养盐含量和结构特征,深入分析和统计随着渤海实行总量控制以来,海域内不同季节营养盐分布、变化以及对浮游植物生长限制状况,以期为国家环境控制政策实施效果提供数据支撑.

1 调查区域与分析方法

1.1 调查区域和站位

分别于2013年7月(夏季)、11月(秋季)和2014年5月(春季)搭载东方红2对渤海进行调查,站点主要集中在中部以及各湾口海域,现场使用CTD- Niskin联用采水和测定温度盐度参数,采样层次主要为表层、10m层和底层.

图1 渤海研究区域及站位设置

1.2 样品采集与分析

水样经GF/F(Waterman,450℃灼烧4h)过滤后冷冻保存,使用SEAL-AA3连续流动营养盐分析仪测定,各营养盐组分均按照海洋调查规范方法(GB/T 12763.4-2007)[14]测定,其中NO3--N和NO2--N采用重氮-偶氮法 (NO3--N铜-镉还原),NH4+-N使用靛酚蓝法,PO43--P使用磷钼蓝法,SiO32--Si以硅钼蓝法测定.NO3--N、NO2--N、NH4+-N、PO43--P、SiO32--Si检出限分别为0.02,0.02,0.04,0.02,0.03μmol/L.DIN为NO3--N、NO2--N、NH4+-N三组分之和.

1.3 浮游植物生长的营养盐限制评价方法

表1 营养盐限制评价标准

浮游植物按照一定比例吸收利用生源要素[15],当营养盐的含量和结构发生变化,会对浮游植物生长及群落结构产生影响.本文采用氮磷硅营养盐含量以及三者之间原子比值进行判断营养盐对浮游植物限制现状.首先根据浮游植物对营养盐吸收动力学研究获得的阈值[16-17]SiO32--Si=2μmol/L(硅藻), PO43--P=0.03μmol/L,DIN=1μmol/L作为评价标准,当某种营养盐含量低于此阈值则评定为该项营养盐为限制因子;如果营养盐的含量高于阈值,则根据Justic等[18]和Dortch等[19]所总结的浮游植物对不同营养盐吸收的化学计量关系评价营养盐的潜在限制性(表1).

2 结果与讨论

2.1 渤海盐度分布与变化特征

渤海地处北温带,全年降水量在500~600mm,且周边河流入海径流量主要集中在7~10月[20].本研究各季节盐度在黄河口外受冲淡水影响呈现低盐海水,盐度等值线明显,渤海海峡海域受黄海高盐海水输入影响,呈现有明显的高盐特征[21].对比不同水层和季节变化发现(表2),受冲淡水的影响,盐度均表现为由表层向底层逐渐升高的趋势.夏季(图2A, B, C)受汛期影响(黄河利津站:2013年6~8月平均流量1110m3/s[22]),海水层化现象明显,盐度低于秋季和春季.夏季调查海域海水平均温度为(17.96±3.71)℃(表2),有利于浮游植物的生长.秋季和春季受周边河流径流量减少(黄河利津站:2013年11月平均流量为332m3/s,2014年5月平均流量为410m3/s[22]),黄海高盐水输入影响,海域内平均盐度较夏季升高,分别为29.71±0.90和30.30±0.82.同时受风浪扰动影响,海水垂直混合均匀,盐度垂向差异不显著,温度相对较低不利于浮游植物生长与光合作用.

图2 调查海域不同季节盐度分布特征

2.2 营养盐分布特征

营养盐作为海洋浮游植物生长和光合作用的必须生源要素,其含量与结构变化同浮游植物群落结构相互影响.如图3所示,夏季整个研究区域内, DIN和SiO32--Si受陆源输入影响明显,在黄河口外出现明显高值区,最高值分别达到32.16和16.05μmol/L,在北部和海峡处呈现低值区,整个调查海域内平均值分别为(10.33±7.75)和(3.94±3.19) μmol/L;磷酸盐受“磷负荷削减”计划影响陆源输入急剧减少[23],同时受夏季浮游植物对磷“奢侈消费”吸收储存作用[24]以及北黄海水输入影响,在研究海域中部和海峡处出现高值,西部呈现低值,整个海域PO43--P平均值为(0.05±0.03)μmol/L,部分站点低于阈值(0.03μmol/L),对浮游植物生长产生磷限制.对比不同水层营养盐含量发现,DIN在表层浓度范围为1.23~32.16μmol/L,平均为(11.30±9.83)μmol/L,高于底层[(10.84±6.80)μmol/L]和10m[(8.84±6.49)μmol/ L].SiO32--Si分布同DIN类似,垂向浓度差异小,表层最高[(4.02±4.26)μmol/L]其次为底层和10m (表2),其中表层和10m部分站点中含量低于阈值(2μmol/L),不利于夏季渤海浮游植物优势种硅藻的生长,限制海洋初级生产力水平.PO43--P在表层和10m层受消耗影响,平均含量均为(0.04±0.02)μmol/L,低于底层.

图3 夏季各水层营养盐分布特征

营养盐浓度单位:mmol/L,下同

秋季入海径流量减少,冲淡水现象减弱,海水温度下降光照强度降低,浮游植物对营养盐的消耗减少,同时消亡的浮游生物逐渐矿化释放营养盐[25],各种营养盐含量升高.如图4所示,DIN分布呈现从黄河口和莱州湾口向东北降低的趋势,高值区集中在黄河口和莱州湾湾口,浓度范围为7.83~30.38μmol/L,平均为(16.44±6.51) μmol/L.PO43--P受混合影响,整体呈现由南部莱州湾外向北升高的趋势,高值区集中在滦河河口外以及中部海域,较夏季PO43--P浓度急剧升高,含量范围为0.15~0.98μmol/L,平均为(0.54±0.20)μmol/L. SiO2-3-Si分布同PO43--P类似,从南向北部逐渐升高,其高值区在辽东湾湾口外海域,受扰动悬浮以及释放影响,浓度范围为3.10~28.06μmol/L,平均(16.94± 6.37)μmol/L.对比不同水层浓度发现,11月份(秋季)受风浪(平均波高0.9m[26])扰动影响,海水垂直混合均匀,各营养盐在不同水层内差异不明显.

图4 秋季各水层营养盐分布

图5 春季各水层营养盐分布特征

春季受光照强度和水温升高的影响,浮游植物快速生长[27],各营养盐组分被迅速消耗吸收.如图5所示,DIN分布呈现黄河口向中部降低的趋势,高值区集中在黄河口外海域,相比较秋季[(16.44± 6.51)μmol/L]浓度降低,范围在0.24~26.66μmol/L之间,平均为(9.04±8.06)μmol/L,表层中DIN平均值为(8.91±8.22)μmol/L,低于底层和10m(表2).PO43--P整体浓度在未检出~0.21μmol/L之间,平均为(0.06± 0.04)μmol/L,相对于秋季[(0.54±0.20)μmol/L],其含量下降明显,部分站位含量低于阈值,各水层间差异较小. SiO32--Si作为硅藻所必须的生源要素,在黄河口和海峡西北部出现高值区,中部为低值区(图5),整体浓度在0.30~7.96μmol/L之间,平均为(2.47±1.90)μmol/L,相比于秋季[(16.94±6.37)μmol/ L],其含量下降了85%,且在调查海域中部和北部海域较多站点低于阈值,对春季占浮游植物生物量达51%[27]的硅藻生长和繁殖产生限制,各水层中营养盐浓度差异不明显(图6).

图6 不同季节营养盐垂向分布变化特征

2.3 营养盐限制情况统计

对整个调查海域内营养盐限制分布状况统计分析发现(表2):调查海域内全年P限制状况明显(图7),夏季在表层、10m和底层各有93%、93%和80%站位存在P限制,其中PO43--P含量低于阈值(0.03μmol/L)分别有53%、30%和20%,P限制状况严重.秋季随着浮游植物吸收作用减弱以及营养盐释放影响,PO43--P含量明显升高(图6),不存在低于阈值的站位,仅在表层、10m和底层各有53%、33%和33%站位存在P潜在限制,且位置主要集中在渤海湾和莱州湾湾口海域.春季随着浮游植物现存量的增加[27],营养盐被快速消耗,PO43--P含量迅速降低,在表、10m和底层各有70%、65%和68%站位存在P限制状况,其中低于阈值的站位分别有30%、25%和21%,P限制状况严重.对Si限制状况分析发现,受到浮游植物硅藻生长吸收影响,夏季表层、10m和底层各有40%、20%和27%站位SiO32--Si含量低于阈值(2μmol/L),春季分别有55%、50%和32%站位含量低于阈值,Si限制状况明显,秋季含量较高,不存在Si限制.DIN仅在春季渤海海峡10m层存在一个低于阈值(1μmol/L)站位(图7),在夏季和秋季不存在DIN限制.

表2 调查海域盐度、温度、营养盐浓度及营养盐限制站点比例

图7 调查海域PO43--P限制状况分布和季节变化

●:无限制; △:绝对限制; □:潜在限制

图8 调查海域SiO32--Si限制状况分布和季节变化

●:无限制; △:绝对限制; □:潜在限制

图9 调查海域DIN限制状况分布和季节变化

●:无限制; △:绝对限制; □:潜在限制

对比3个季节温度盐度以及营养盐分布和变化发现:研究海域夏季受冲淡水影响明显,各参数垂向存在差异,海水层化现象明显,表层硅磷绝对限制区域相似,均主要分布在辽东湾口和海峡处,且此区域为DIN的低值区.秋季受到气候影响,温度下降,垂向混合均匀,各营养盐组分含量均明显升高,营养盐限制状况减弱,P潜在限制区域主要集中在渤海湾-黄河口-莱州湾口沿线.春季随着光照条件和温度升高,浮游植物消耗对营养盐产生明显的影响,各营养盐组分明显下降,硅磷呈现明显的限制状态,其中P在表层限制区域主要集中在调查海域南部和海峡处,而Si限制区域则主要集中在西北部海域渤海湾湾口和辽东湾口海域.

2.4 渤海不同海域营养盐状况对比

表3 渤海不同海域内营养盐的研究进展(μmol/L)

对比渤海其他海区营养盐状况(表3),渤海各海区内营养盐的季节变化均为春季向夏季降低秋季迅速升高趋势.其中春季,辽东湾营养盐浓度最高,其次为渤海湾、莱州湾和渤海中部,夏季,DIN分布同春季,而PO43--P和SiO32--Si受陆源输入和浮游植物吸收利用影响较大,分布特征和变化趋势不一致.对比营养盐结构,渤海各海区DIN浓度均处于相对较高水平,而PO43--P受“磷负荷削减”计划影响含量下降, DIN/P升高,磷酸盐成为渤海浮游植物主要限制因子,随着环渤海周边河流建坝截留和工农业用水激增等因素影响,硅酸盐输入量减少,春夏季受浮游植物硅藻吸收利用影响, SiO32--Si浓度迅速下降,Si/P和Si/DIN下降,硅酸盐限制状况明显增加.随着渤海周边入海径流量输入硅磷营养盐的减少,渤海中部海域磷和硅限制状况必将进一步发展.

3 结论

3.1 渤海受沿岸径流和黄海高盐水输入影响明显,夏季受冲淡水影响,盐度相对较低水温较高,海水呈现明显的层化现象,而秋季和春季受扰动影响,混合均匀,温盐垂向差异不明显.

3.2 各营养盐受陆源输入和浮游植物吸收利用等因素影响,各营养盐均呈现夏季低秋季升高春季迅速下降的趋势.

3.3 PO4--P受浮游植物吸收利用等因素影响,春夏季节各水层内浓度较低,导致DIN/P(春150.7,夏147.6)和Si/P (41.2,春; 56.3,夏)比值较高,且低于阈值站位较多,P限制状况严重.秋季受矿化再释放等因素影响,各站点PO43--P浓度均高于阈值,不存在P绝对限制,但DIN/ P(30.4)和Si/P(31.4)比值大,存在明显的P潜在限制.

3.4 SiO32--Si夏季和春季浓度较低,Si/DIN(0.4, 0.3)较低.夏季表层中40%站位SiO32--Si浓度低于阈值,春季表层则达到55%,硅藻作为渤海优势藻种,受Si限制状况严重.秋季受再悬浮影响含量较高,不存在Si限制.

3.5 DIN呈现河口高远岸低的趋势,DIN整体含量较高,仅春季10m层1个站位中含量低于阈值,不存在DIN潜在限制状况,限制现象不明显.

[1] Anderson D M, Cembella A D, Hallegraeff G M. Progress in understanding harmful Algal Blooms: Paradigm shifts and new technologies for research, monitoring, and management [J]. Annual Review of Marine Science, 2012,4:143-176.

[2] Pondaven P, Pivière P, Ridame C, et al. C, N and P stoichiometric mismatch between resources and consumers influence the dynamics of a marine microbial food web model and its response to atmospheric N and P inputs [J]. Biogeosciences Discussions, 2014,11(11):2933–2971.

[3] 李大鹏,张 硕,黄 宏.海州湾海洋牧场的长期环境效应研究 [J]. 中国环境科学, 2018,38(1):303-310. Li D P, Zhang S, Huang H. Study on long-term environmental effects of marine ranching in Haizhou Bay [J]. China Environmental Science, 2018,38(1):303-310.

[4] Bernhardt J R, Leslie H M. Resilience to climate change in coastal marine ecosystems [J]. Annual Review of Marine Science, 2013,5(1): 371-392.

[5] 孙 军,刘东艳,杨世民,等.渤海中部和渤海海峡及邻近海域浮游植物群落结构的初步研究 [J]. 海洋与湖沼, 2002,33(5):461-471. Sun J, Liu D Y, Yang S M, et al. The preliminary study on phytoplankton community structure in the central Bohai sea and the Bohai strait and its adjacent area [J]. Oceanologia Et Limnologia Sinica, 2002,33(5):461-471.

[6] 李 京.东海赤潮高发区营养盐结构及对浮游植物优势种演替的作用研究 [D]. 青岛:中国海洋大学, 2008. Li J, the research of nutrient structure and its function on the succession of phytoplankton predominant in the high frequent harmful algae blooms occurrence area in east China sea [D]. Qingdao: The Ocean Univesity of China, 2008.

[7] 黄大吉,苏纪兰,张立人.渤海冬夏季环流的数值研究 [J]. 空气动力学学报, 1998,(1):115-121. Huang D J, Su J L, Zhang L R. Numerical study of the winter and summer circulation in the Bohai Sea [J]. Acta Aerodynamica Sinica, 1998, (1):115-121.

[8] 于志刚,米铁柱,谢宝东,等.二十年来渤海生态环境参数的演化和相互关系 [J]. 海洋环境科学, 2000,19(1):15-19. Yu Z G, Mi T Z, Xie B L, et al. Changes of the environmental parameters and their relationship in recent twenty years in the Bohai Sea [J]. Marine Environmentalence, 2000,19(1):15-19.

[9] Krause J W, Nelson D M, Brzezinski M A. Biogenic silica production and the diatom contribution to primary production and nitrate uptake in the eastern equatorial Pacific Ocean [J]. Deep Sea Research Part II Topical Studies in Oceanography, 2011,58(3):434-448.

[10] 顾家伟.黄河营养盐输送与河口近海生态健康研究进展 [J]. 人民黄河, 2018,40(2):81-87. Gu J W. Reviewon the nutrients transportation of yellow river and its ecological impacts in the estuary [J]. Yellow River, 2018,40(2): 81-87.

[11] 宋南奇,王 诺,吴 暖,等.基于GIS的我国渤海1952~2016年赤潮时空分布 [J]. 中国环境科学, 2018,(3):1142-1148. Song N Q, Wang N, Wu N, et el. Temporal and spatial distribution of harmful algal blooms in the Bohai Sea during 1952~2016based on GIS [J]. China Environmental Science, 2018,38(3):1142-1148.

[12] Ning X, Lin C, Su J, et al. Long-term environmental changes and the responses of the ecosystems in the Bohai Sea during 1960-1996 [J]. Deep Sea Research Part II Topical Studies in Oceanography, 2010, 57(11):1079-1091.

[13] 李俊龙,郑丙辉,张铃松,等.中国主要河口海湾富营养化特征及差异分析 [J]. 中国环境科学, 2016,36(2):506-516. Li J L, Zheng B H, Zhang L S, et el. Eutrophication characteristics and variation analysis of estuaries in China [J]. China Environmental Science, 2016,36(2):506-516.

[14] GB/T. 12763.3-2007 海洋调查规范 [S]. 北京:中国标准出版社, 2007. GB/T. 12763.3-2007 Specfication of oceanographic investigation [S]. Beijing: China Standards Press, 2007.

[15] Redfield A C. The influence of organisms on the composition of sea-water [J]. Sea, 1963,40(6):640-644.

[16] Laws E A, Pei S, Bienfang P. Phosphate-limited growth of the marine diatom Thalassiosira weissflogii (Bacillariophyceae): evidence of non- monod growth kinetics [J]. Journal of Phycology, 2013,49(2):241- 247.

[17] Nelson D M, Brzezinski M A. Kinetics of silicic acid uptake by natural diatom assemblages in two Gulf Stream warm-core rings [J]. Marine Ecology Progress, 1990,62(3):283-292.

[18] Justić D, Rabalais N N, Turner R E, et al. Changes in nutrient structure of river-dominated coastal waters: stechiometric nutrient balance and its consequences [J]. Estuarine Coastal & Shelf Science, 1995,40(3): 339-356.

[19] Dortch Q, Whitledge T E. Does nitrogen or silicon limit phytoplankton production in the Mississippi River plume and nearby regions? [J]. Continental Shelf Research, 1992,12(11):1293-1309.

[20] 张 翠,韩 美,史丽华.黄河入海径流量变化特征及其对气候变化的响应 [J]. 人民黄河, 2015,37(5):10-14. Zhang C, Han M, Shi L H. Runoff into the sea of the Yellow River: Characteristics and its response to climate change [J]. Yellow River, 2015,37(5):10-14.

[21] 冯士笮,张 经,魏 皓.渤海环境动力学导论 [M]. 北京:科学出版社, 2007:1-15. Feng S Z, Zhang J, Wei H. Introduction to environmental dynamics of Bohai Sea [M]. Beijing: Science Press, 2007:1-15.

[22] 黄河水文网.水情日报,利津站 [Z/OL]. 来源:http://61.163.88.227: 8006/ hwsq.aspx. Yellow River hydrological network. Daily water situation report, Lijin hydrological station [Z/OL]. available from: http://61.163.88.227: 8006/hwsq. aspx.

[23] 张洁帆,陶建华,李清雪,等.渤海湾氮磷营养盐年际变化规律研究 [J]. 安徽农业科学, 2007,35(7):2063-2064. Zhang J F, Tao J H, Li Q X, et el. Studis on the interannual variation law of the nutrient salts of nitrogen and phosphorus in Bohai Bay [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2007,35(7):2063-2064.

[24] Kuenzler E J, Ketchum B H. Rate of phosphorus uptake by phaeodactylum tricornutum [J]. Biological Bulletin, 1962,123(1): 134-145.

[25] 赵 亮,魏 皓,冯士筰.渤海氮磷营养盐的循环和收支 [J]. 环境科学, 2002,23(1):78-81. Zhao L, Wei H, Feng S Z. Annual cycle and budgets of nutrients in the Bohai sea [J]. Environmental Science, 2002,23(1):78-81.

[26] 国家海洋局北海分局.2013年北海区海洋灾害公报. [Z/OL] http: //www.ncsb.gov.cn/n1/n128/n239/n261/index_11.html.North sea branch of state oceanic administration (SOA). 2013 north sea marine disaster bulletin. [Z/OL]//www.ncsb.gov.cn/n1/n128/n239/ n261/index_11.html.

[27] 张 莹.渤海中部浮游植物与环境因子的空间关系及季节差异分析 [D]. 烟台:中国科学院烟台海岸带研究所, 2016. Zhang Y. Spatial correlation and seasonal variation of phytoplankton and environmental factors in the central Bohai Sea [D]. Yantai: Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, 2016.

[28] 沈志良.渤海湾及其东部水域的水化学要素 [J]. 海洋科学集刊, 1999,(41):55-63. Shen Z L. Hydrochemical elements in Bohai Bay and its eastern part waters [J]. Studia Marina Sinica, 1999,(41):55-63.

[29] Wang X, Cui Z, Guo Q, et al. Distribution of nutrients and eutrophication assessment in the Bohai Sea of China [J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2009,27(1):177-183.

[30] 李桂菊,马玉兰,李 伟,等.春季渤海湾营养盐分布及潜在性富营养化评价 [J]. 天津科技大学学报, 2012,(5):22-27. Li G J, Ma Y L, Li W, et al. Distribution of inorganic nutrients and potential eutrophication assessment in bohai bay in spring [J]. Journal of Tianjin University of Science and Technology, 2012,(5):22-27.

[31] 张海波,裴绍峰,祝雅轩,等.初夏渤海湾营养盐结构特征及其限制状况分析 [J]. 中国环境科学, 2018,38(9):3524-3530. Zhang H B, Pei S F, Zhu Y X, et el. Nutrient structure and nutrient limitation for phytoplankton growth in Bohai bay in the early summer [J]. China Environmental Science, 2018,38(9):3524-3530.

[32] 吴金浩,徐雪梅,杨 爽,等.2007年春、秋辽东湾北部营养盐及影响因素 [J]. 海洋科学进展, 2012,30(4):477-486. Wu J H, Xu X M, Yang S, et al. Nutrients status and its influencing factors in north part of liaodong bay in spring and autumn of 2007 [J]. Advances in Marine Science, 2012,30(4):477-486.

[33] 孙丕喜,王 波,张朝晖,等.莱州湾海水中营养盐分布与富营养化的关系 [J]. 海洋科学进展, 2006,24(3):329-335. Sun P X, Wang B, Zhang C H, et al. Relationship between nutrient distributions and eutrophication in seawater of the laizhou bay [J]. Advances in Marine Science, 2006,24(3):329-335.

[34] 赵玉庭,刘 霞,李佳蕙,等.2013年莱州湾海域营养盐的平面分布及季节变化规律 [J]. 海洋环境科学, 2016,35(1):95-99. Zhao Y T, Liu X, Li J H, et al. Distribution and seasonal variation in nutrients in Laizhou Bay, 2013 [J]. Marine Environmental Science, 2016,35(1):95-99.

Spatial distributions and seasonal variations of nutrients and statistical analysis of nutrient limitation in the center of the Bohai Sea,China.

ZHANG Hai-bo1, WANG Li-sha1*, SHI Xiao-yong1, PEI Shao-feng2, LIU Yu-bo1, TANG Xin-yu1

(1College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China；2.Key Lab of Coastal Wetland Biogeosciences, China Geological Survey, Qingdao 266071, China)., 2019,39(4)：1579~1588

Based on nutrients and hydrological data collected in the center of the Bohai Sea in July 2013, November 2013 and May 2014, nutrient spatial distributions and seasonal variations were examined in this study, and the nutrient limitation conditions for phytoplankton growth were also analyzed according to the minimum threshold of nutrients required by phytoplankton and their stoichiometric compositions. Results showed that nutrient concentrations and compositions varied significantly with a seasonal cycling. Nutrient concentrations were high in the autumn but relatively low in the summer and spring. In the summer, influenced by diluted water influx, seawater stratification was formed. Concentrations of dissolved inorganic nitrogen (DIN), reactive phosphate (PO43--P) and reactive silicate (SiO32--Si) were (10.33±7.75), (0.05±0.03) and (3.94±3.19) μmol/L, respectively. And DIN/P ratios were high and Si/DIN ratios were far below 1. In the surface and 10-m layers, stations with P limitation accounted for 93% of all stations, stations with Si limitation accounted for 40% and 20%, respectively, revealing serious limitation status of P and Si for phytoplankton growth. Due to the sediment resuspension and organic matter decomposition in the autumn, concentrations of DIN, PO43--P and SiO32--Si increased dramatically by 1.6, 10.8 and 4.3times, relative to the summer, to be (16.44±6.51), (0.54±0.20) and (16.94±6.37)μmol/L, respectively. The vertical variations of nutrients were small and only PO43--P showed potential limitation to phytoplankton growth. In the spring, concentrations of DIN, PO43--P and SiO32--Si decreased by 45%, 89% and 85%, compared to those in the autumn, to be (9.04±8.06), (0.06±0.04) and (2.47±1.90)μmol/L, respectively, because of the decreasing of riverine outflow and increasing phytoplankton uptake. At some stations, concentrations of PO43--P and SiO32--Si were below the nutrient threshold of 0.03μmol/L and 2μmol/L for phytoplankton growth, respectively. In the surface and 10m layers, 70% and 65% of surveyed stations were in the status of P limitation, meanwhile 55% and 50% of stations were in the status of Si limitation, therefore, the primary production and diatom-dominant phytoplankton structure might be affected in the study area.

Bohai Sea；nutrient threshold；nutrient stoichiometric ratios；silicate and phosphate limitations；temporal and spatial variations

X55

A

1000-6923(2019)04-1579-10

2018-09-30

国家重点研发计划课题(2016YFC1402101);国家海洋局项目(2014AA060);国家自然科学基金资助项目(41306175)

*责任作者, 高级实验师, lishawang@ouc.edu.cn

张海波(1990-),男,山东枣庄人,博士研究生,主要研究方向为海洋生态环境.发表论文4篇.