2017年长江口海域夏季叶绿素a昼夜动态变化及影响因素

宋绚丽，许永久，俞存根，张洪亮

( 1.浙江海洋大学 水产学院，浙江 舟山 316022； 2.浙江省海洋水产研究所，浙江 舟山 316021 )

叶绿素a是绝大部分浮游植物的基本色素，也是海洋生态系统中评估水体营养程度状况以及初级生产力的重要指标之一[1]。叶绿素a含量动态变化及其上行、下行效应对于海洋生态系统功能具有重要意义。作为初级生产力的指标，叶绿素a含量的高低也反映了该海域海洋生物资源(尤其是渔业资源)潜力，因此叶绿素a含量的空间分布和动态变化受到了渔业资源学、渔业生态学、海洋生态学等众多学科专家的关注[2-5]。由于长江口受长江冲淡水、台湾暖流和黄海冷水团的影响，海洋环境复杂，同时长江口近岸受到人类活动的影响显著，海洋污染频发。在以上多重压力的影响下，近数十年长江口近海海域生态环境变化剧烈，富营养化加剧，赤潮等生态灾害频发，渔业资源生产力衰退，因此长江口及邻近海域的生产力或叶绿素a含量的时空分布及变化是当前研究的热点[2-5]。夏季长江冲淡水径流量达到峰值，其带来丰富的营养盐为长江口海域的浮游植物群落的生长提供了充足的营养，势必显著影响长江口海域的叶绿素a含量的分布及动态变化。目前，关于长江口近海叶绿素a含量时空分布及动态变化的研究多集中在叶绿素a含量的空间分布、长期动态变化及其营养盐上行调控机制方面的研究[2-5]等方面，而对于叶绿素a含量的昼夜动态变化及其影响因素的研究较少。笔者主要结合长江口海域两个连续站位的叶绿素a剖面的实测数据、叶绿素a荧光仪的剖面观测数据，分析长江口海域叶绿素a含量表、中、底层昼夜动态及其影响因素，初步探讨叶绿素a含量昼夜(短时间)动态变化的机制，以期为夏季长江口海域赤潮等灾害的预警提供一定的科学依据。

1 材料与方法

1.1 数据采集与分析

图1 长江口海域调查站位与夏季主要流系Fig.1 Observed stations and summer currents in the Changjiang River estuary

表1 西绿华岛潮汐周期Tab.1 The tidal cycle at Xilühua Island

1.2 统计分析

利用Excel 2013的统计分析功能研究营养盐、盐度与叶绿素a相关性，研究叶绿素a与环境因子在短时间(昼夜)尺度以及剖面上的相关关系。利用Matlab进行S1、S2环境因子差异性(空间和昼夜差异)的显著检验，零假设为S1、S2的环境因子昼夜间差异不显著；S1、S2的环境因子的短时间序列差异不显著。S1、S2处于潮汐强烈影响的区域，为了分析潮汐对叶绿素a的动态变化影响，将站位的潮汐高度与盐度、叶绿素a与盐度进行每米深度相关分析，得到相关系数随深度的变化，研究不同水层冲淡水、潮汐的影响。同时，利用SPSS 19.0进行叶绿素a与环境因子、浮游动物的多元线性回归分析，筛选具有显著性影响的环境因子，探讨环境因子对叶绿素a的影响程度。

2 结 果

2.1 夏季长江口水文环境

夏季长江口近海温盐分层明显，表层(<10 m)由于受强烈日照辐射，两个站位的表层温度异常偏高(26～30 ℃)，中下层(>10 m)光照减小，温度偏低(20～25 ℃)(图2a、b)。昼夜温差不显著(P>0.05)，形成了明显的温跃层(图2a、b)，S2由于靠近长江口，温跃层较浅(约5 m)，S1靠近舟山嵊泗的绿华岛，温跃层延伸至10 m。受温跃层影响，S1和S2表层均为密度较小、温度较高的冲淡水覆盖，盐度较低(16～26)。中下层盐度较高(31～36)，受底层外部水团影响剧烈，30 m以深盐度波动较小(图2c、d)。S1和S2的水深分别为45 m和60 m，对应的温、盐跃层分别为10 m和5 m，说明水深对于表层温度、盐度时间序列的动态变化具有显著影响(P<0.05，图2a～d)。两个站位的中层(10～30 m)、底层(>40 m)温度、盐度的序列差异不显著(P>0.05，图2a～d)。

图2 2017年夏季长江口两个站位水文环境剖面昼夜时间序列Fig.2 Time series of hydrographic profiles at two stations in Changjiang River Estuary in Summer 2017a.S1温度； b.S2温度； c.S1盐度； d.S2盐度.a.temperature at station S1； b.temperature at station S2； c.salinity at station S1； d.salinity at station S2.

2.2 夏季长江口叶绿素a昼夜动态变化

S1、S2叶绿素a含量均呈表层高、中底层低的趋势，两个站位的表层叶绿素a的质量浓度显著高于中、底层(P<0.05)，受表层冲淡水影响，S1的叶绿素a高值区一直延伸到约15 m，为1.0～7.0 mg/m3，中层—底层(20～50 m)叶绿素a质量浓度为0.4～1.0 mg/m3，变化幅度较小；S2的次表层(5 m)叶绿素a质量浓度最高，达到7～10 mg/m3，高值区扩展到约25 m。两个站位的12:00—18:00表层叶绿素a质量浓度显著高于其他时间(P<0.05)，而中层(10～30 m)、底层(40 m以上)叶绿素a昼夜差异不显著(P>0.05)。S1的底层叶绿素a在10:00—16:00偏高，1:00—4:00明显偏低。而S2的底层叶绿素a质量浓度在03:00、09:00、15:00有较微弱的峰值，在23:00、06:00、13:00有较弱的低谷(图3、图4)，叶绿素a质量浓度的变化呈现明显6～7 h的周期性变化。另外，与S1不同，S2叶绿素a质量浓度的最大层非表层，而是处于5～10 m的次表层。

图3 2017夏季S1(a)、S2(b)站表、中、底水层叶绿素a含量时间序列的变化Fig.3 Time profile of chla levels in surface, middle and bottom depths at station S1(a) and S2(b)in summer 2017

图4 2017夏季S1(a)、S2(b)站的Chl-a剖面时间序列Fig.4 Diurnal Chla contents in stations S1 (a) and S2 (b) in summer 2017

2.3 夏季长江口营养盐及温、盐昼夜动态变化

图5 2017年夏季S1(左)和S2站(右)表层、中层、底层的营养盐及温、盐昼夜变化Fig.5 Diurnal nutrient and environmental variations at three depth layers (surface, middle and bottom) in S1(left) and S2(right) stations

2.4 叶绿素a的动态变化的影响因素

2.4.1 盐度和潮高对叶绿素动态变化的影响

为进一步分析冲淡水对表层叶绿素a的影响和底层水团对底部叶绿素a的影响，分析每个水层叶绿素a质量浓度与盐度、潮汐高度的相关性，获得了相关系数的垂直分布(图6)。长江口的两个站位的盐度与叶绿素a的相关关系(R1)为表层负相关(-0.6～-0.2)、深层的正相关(0.1～0.5)。其中S1表层负相关显著(-0.5～-0.4)，而底层正相关关系较弱(0.1～0.2)；S2表层和底层负相关关系均较强(表层：0.3～0.5和底层：-0.4～-0.5)。两个站的盐度与潮高的相关关系(R2)，均在表层关系较弱(S1：-0.4～0；S2：0～0.2)，而在深层关系较强(S1：0.4～0.6；S2：0.4～0.7)。表层底盐水团均为冲淡水覆盖，底层高盐水团为台湾暖流占据(图2a～b)。两个站位表层的盐度与叶绿素a的较强关系反映了冲淡水的强烈影响，而两个站位的底层水团受到了台湾暖流的影响。

图6 S1(a)和S2站(b)盐度与潮高(R1)、盐度与叶绿素a(R2)的相关系数随深度的变化Fig.6 Variation in correlation coefficient between salinity and tide level (R1), and between salinity and Chla level (R2) with depth at stations S1(a)and S2 (b)

2.4.2 营养盐和浮游动物对叶绿素a昼夜变化的综合影响

图7 S1(a)和S2站(b)浮游动物主要种类(总丰度、桡足类、枝角类和毛颚动物)，S1(c)和S2(d)站表、底层N∶P、Si∶N的昼夜动态变化Fig.7 Diurnal variation in zooplankton abundance (total, copepoda, cladocera and chaetognatha abundance) at stations S1(a) and S2(b), and N∶P, and Si∶N ratio in stations S1 (c) and S2 (d)

表2 两个站表层、底层叶绿素a昼夜变化与浮游动物、环境因子的相关系数及多元线性模型

3 讨 论

3.1 夏季叶绿素a垂直分布及其原因

3.2 夏季叶绿素a时间序列动态及影响因素

长江口是多种团流交汇混合的区域[5,13-15]，营养盐是影响浮游植物生长的最重要环境因子之一[2,3]。各种水团带来的营养盐对于生长所需的营养物质补充具有重要意义。在时间序列上，长江冲淡水在表层的补充没有明显的差异，S1、S2均在下午光照度较大的时刻，叶绿素a含量较高。而长江口近海底层水团受到潮汐作用的强烈影响，叶绿素a含量具有周期性变化。浮游动物在整个水层中生活，具有夜间浮游到表层摄食，白天至海底躲避敌害的生态习性。由于浮游动物为垂直水层采样，笔者将浮游动物桡足类分别作为表层、底层的影响因子进行叶绿素a变化的模型构建。尽管表层叶绿素a的模型不具有显著性，模型结果仍然反映了表层叶绿素a含量的变化主要由营养物质(长江冲淡水所致的盐度)调控，由于营养物质的补充充足，叶绿素a含量异常的高，足够浮游动物摄食，浮游动物并不是限制表层叶绿素a含量的因素。底层叶绿素a含量的变化主要受到潮汐(台湾暖流所致的盐度)调控，呈现较为明显的周期变化。浮游动物桡足类，在叶绿素a含量极低的时候，起到显著的负面影响作用。笔者认为，浮游动物在底层对叶绿素a具有一定的摄食压力，且这种摄食压力受潮汐的影响而发生波动，浮游动物对叶绿素a的摄食压力在这种物理作用下的具体响应机制需要进一步的研究。

4 结 论

夏季长江口海域表层受长江冲淡水的显著影响，表层叶绿素a质量浓度下午较高(为1.0～7.0 mg/m3)，底层受到台湾暖流的影响，营养盐较低，叶绿素a质量浓度较低(0.2～1.0 mg/m3)。表层叶绿素a的昼夜变化主要受到长江冲淡水、光照的影响，而底层叶绿素a主要受到潮汐作用和台湾暖流带来的高盐水的周期性影响；两个站位叶绿素a垂直分布、时间序列分布差异不显著。多元回归分析表明，表层营养盐丰富，是影响叶绿素a时间序列的主要因素，浮游动物不是限制性的因子。底层潮汐作用强烈，台湾暖流和浮游动物是影响叶绿素a周期变动的重要因素。

致 谢

感谢浙江海洋大学A15资环班张浩良同学(现浙江工业大学研究生)在采样过程中的帮助，温盐深仪环境数据由“浙渔科2号”船员一同协助采样，谨致谢忱。