【doc】黃海和東海營養(yǎng)鹽分布及其對浮游植物的限制

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1、 黃海和東海營養(yǎng)鹽分布及其對浮游植物的限制 應(yīng)用生態(tài)2003年7月第14卷第7期 CHINESEJOURNALOFAPPLIEDECOLOGY.Ju1.2003,14(7):1122～1126 黃海和東海營養(yǎng)鹽分布及其對浮游植物的限制 王保棟 (國家海洋局第一海洋研究所,青島266061) 1引言 * 【摘要l根據(jù)1997～1999年黃海和東海4個季節(jié)的現(xiàn)場調(diào)查資料,分析探討了黃海,東海的營養(yǎng)鹽分布 特征及其對浮游植物生長的限制狀況.結(jié)果表明,在長江El以東及其東北部海域終年存在一個范圍很大的 營養(yǎng)鹽高值區(qū).分析表明,這些營養(yǎng)鹽主要來自長江沖淡水的擴展及蘇北沿岸流的輸送.

2、此外,還獲得了 1998年長江流域特大洪水期間,迄今被觀測到的長江沖淡水中營養(yǎng)鹽的最大擴展范圍.計算并研究了黃 海,東海上層水中Si/N/P比值,結(jié)果表明,黃東海上層水中Si/N比值較高,si不會成為黃東海浮游植物生 長的限制因子;但在南黃海南部尤其是西南部,東海近岸及長江口以東海域,N/P比值很高(>30),說明與 一 般海洋環(huán)境的情況不同.黃海,東海有很大一部分海域浮游植物的生長受磷限制,而不是受氮限制. 關(guān)鍵詞營養(yǎng)鹽營養(yǎng)鹽限制黃海東海長江口 文章編號1001—9332(2003)07—1122—05中圖分類號P734.2文獻標識碼A Nutrientdistribu

3、tionsandtheirlimitationo9phytoplanktonintheYellowSeaandtheEastChinaSea.WANG Baodong(FirstInstituteofOceanography,SDA,Qingdao266061,Chirm)..C.J.A.Eco1.,2003.14 (7):1122～1126. Basedonfieldobservationsduring1997to1999,thedistributionsofmicronutrientsandtheirlimitationonthe growthofphytoplanktoninth

4、eYellowSeaandtheEastChinaSeawerediscussedinthispaper.Theresults showedthattherewereabundantnutrientsintheareaoftheeastandnorthern.eastoftheChaniangRiverestu. ary,andthenutrientscanlefromtheextensionoftheChang/iangRiverdilutedwaterandthetransportationof theSubeiCoastalwater.Besides,themaximumexten

5、sionrangeofthenutrientsintheChang/iangRiverdiluted waterwasobservedduringthecatastrophicfloodingperiodoftheChang/iangRiverinthesummerof1998. BasedontheRedfieldratio(Si:N:P=16:16:1)inwhich.threeessentialnutrientswereutilizedbymarinephy— toplankton.theSi/N/Pratioswereealculatedandstudiedfortheupper

6、wateroftheYellowSeaandtheEast ChinaSea.Theresultsindicatedthatsi/Nratioswereveryhigh,whichsuggestedthatsilicatewasnotthelim. kingfactorforthegrowthofphytoplanktonintheYellowSeaandtheEastChinaSea.However,underthein. fluenceofterrestrialrunoff,especiallytheChang/iangRiverrunoffwhichwasrichincombine

7、dnitrogenandhad veryhighN/Pratios,highN/PratiosoccuredintheChan西iangRiverestuaryanditsadjacentareassuchasthe southandsouthwestoftheYellowSea.theinshoreareaoftheEastChinaSeaandtheareaeastofthe Chang/iangRiverestuaryinspringandsummer.Asaresult,incontrasttogeneralopenmarinesystems,the systemsinthes

8、eareasresembledestuarineonesratherthantypicalmarineones,Theprimaryproductionina considerabhportionoftheYellowSeaandtheEastChinaSeamighthelimitedbyphosphateratherthannitro— gen. KeywordsNutrient,Nutrientlimitation,YellowSea,EastChinaSea,Chang/iangRiverestuary 海洋中的浮游植物是按一定比例自海水中吸收 營養(yǎng)鹽,這一恒定比例稱為Red

9、field系數(shù).海水中營 養(yǎng)鹽摩爾比值偏離Redfield系數(shù)過高或過低,均可 導(dǎo)致浮游植物的生長受到某一相對低含量元素的限 制,并顯著影響水體中浮游植物的種類組成【581.一 般認為,淡水環(huán)境中的初級生產(chǎn)力受P的限制,而 在海洋及河口環(huán)境中則受N的限制【?t??15,.引. Fisher等J研究指出,N或P的限制性是有空間變 化的,甚至在同一海區(qū)還有N,P營養(yǎng)鹽限制的季節(jié) 性交替變化.近年來有研究者指出Si也可能成為限 制性因素【2】.Fe,Mn等亦可成為限制因子【tJ. 黃海,東海是我國重要的陸架海區(qū),向以生產(chǎn)力 高而著稱.關(guān)于這些海區(qū)浮游植物生長的營養(yǎng)鹽限 制因素

10、的研究報道較少.王勇等【2根據(jù)現(xiàn)場培養(yǎng)實 驗對秋季北黃海的營養(yǎng)鹽限制問題進行了研究,認 為在該季節(jié)N,P營養(yǎng)鹽的限制同時存在或交替限 制.在長江口內(nèi)部,強烈的湍流和水體高渾濁度限制 了浮游植物的光合作用,因此,光或透明度成為這一 水域初級生產(chǎn)力的限制因素.營養(yǎng)鹽對初級生產(chǎn)力 沒有明顯的限制作用副;但在長江口外,浮游植物 的生長受P的限制?J,離河口500km以上的區(qū) *國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃資助項目(2001CB409703) **通訊聯(lián)系人. 2002—12—18收稿,2003—02—25接受. ———————————————— ——————.—.—.....—

11、|J 7期王保棟:黃海和東海營養(yǎng)鹽分布及其對浮游植物的限制1123 域則受N限制【4】.Wong等J研究了夏季東海北部 表層水中的"過量"氮,認為該海域浮游植物的生長 可能受到P的限制.然而,上述結(jié)果并不能反映整 個黃東海不同季節(jié)營養(yǎng)鹽限制狀況.本文根據(jù)1997 ～ 1999年對黃東海整個陸架海區(qū)的現(xiàn)場調(diào)查資料, 擬對整個海區(qū)不同季節(jié)營養(yǎng)鹽的分布及其對浮游植 物生長的限制狀況進行探討,這對于了解東海赤潮 頻發(fā)的成因及赤潮防治具有重要意義. 2調(diào)查方法 在黃海,東海(北至37.N,南至臺灣海峽)布設(shè)12～13 條東西斷面共121～151個測站.調(diào)查時間分別為1997

12、年10z ～ 11月,1998年5月和7～8月,1999年1月,各航次具體站 位參見文獻【2.使用海鳥SBE25CTD儀測溫度,鹽度和深 度,并用其玫瑰形采水系統(tǒng)用Niskin采水器采水(標準層). 無機氮(包括NO2一.N,NO3一一N,NH4一N)和無機磷(P04? P),活性硅(Si03卜.Si)水樣經(jīng)0.45m醋酸纖維濾膜現(xiàn)場過 濾后,用分光光度計按<海洋調(diào)查規(guī)范>(GB12763.4-91)現(xiàn)場 測定.并用國家海洋局第二海洋研究所生產(chǎn)的營養(yǎng)鹽標準系 列制定工作曲線. 3結(jié)果與討論 3.1營養(yǎng)鹽的平面分布 春季,東海表層高鹽水主要來自黑潮,其次來自

13、 臺灣暖流,這些高鹽水的鹽度通常不低于 33.7C,l9]. 因此,東海鹽度低于33.0的水域是這些 高鹽水與陸地徑流,特別是長江沖淡水的混合水. 長江水中富含無機氮和硅酸鹽,曾有報道長江水中 硝酸鹽濃度高達100/~mol?L～,硅酸鹽濃度可超過 100腫o1.L_.[201. 因此,長江沖淡水中的營養(yǎng)鹽將 對黃海和東海產(chǎn)生重大影響.春季(5月),由于長 江徑流量大并受偏南風的共同作用,長江沖淡水開 始左轉(zhuǎn)北上,進入蘇北近岸;另一部分則南下,而且 有一部分南下的沖淡水以窄帶形繼續(xù)向東伸展至東 海外陸架區(qū)(圖1a).受長江沖淡水的影響,蘇北近 岸,長江口和東海近岸海域

14、為營養(yǎng)鹽高值區(qū)(DIN> 3~tmol?L_.,PO4一P>0.2ttmo[?L～,SiO3.Si> 15tool?L～,圖2a,b,c);南黃海東部和北部,東海 50m以深的陸架區(qū),營養(yǎng)鹽含量較低.比較鹽度(圖 1a)與營養(yǎng)鹽的分布(圖2a,b,c)可以看出,鹽度分布 中沖淡水以窄帶形向東伸展至東海外陸架區(qū)的情 形,在營養(yǎng)鹽的分布中并不十分明顯,這可能是沖淡 水向陸架區(qū)運移過程中,其中營養(yǎng)鹽被浮游植物大 量消耗所致. 1998年夏季長江流域爆發(fā)特大洪水.其程度僅 圖1黃海,東海4季表層鹽度(a,b,c)和水溫(d)平面分布 Fig.1Surfacedi

15、stributionsofsalinityandtemperatureintheYellowSea andtheEastChinaSeainfourseasons. a)春季Spring.b)夏季Summer.c)秋季Autumn.d)冬季W(wǎng)inter. 次于1954年.1998年長江年徑流量高達124010 ?m3["】 ,比常年高出30%.從6月25日至8月底共 65d的洪水期中長江徑流量為42210m3引,約 占年徑流量的1/3.1998年長江人海的硝酸鹽凈通 量達到創(chuàng)記錄的10310tool【l7J,約為常年的2 倍.以往的研究表明長江沖淡水為一"射形流",即長 江

16、沖淡水主流的流向與表層鹽舌的主軸一致u.Il. 根據(jù)表層鹽度的分布(圖lb),1998年夏季洪水期長 江沖淡水的擴散形態(tài)大致可分為3個階段:第1階 段為長江徑流人海段,即徑流人海向東南沖溢,然后 在31.N,122.5.E附近左轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)向點的表層鹽度小 于7.0;第2階段為射形流沖溢階段,沖淡水以舌形 形態(tài)向濟州島方向伸展,鹽度從7.0增大到26.0, 長江沖淡水核心區(qū)(s<26.0)達到125.5.E;第3階 段為擴散階段,在125.5.E以東,沖淡水向東南擴 散,然后向東,鹽度小于28.0的表層水擴散范圍可 達128.E.黑潮轉(zhuǎn)彎處的表層水也受到重大影響.其 鹽度

17、小于31.0.南黃海南端及蘇北淺灘海域.鹽度 應(yīng)用生態(tài)14卷 低于30.0;東海南部近岸,長江沖淡水向南可達28. N.與鹽度的分布相似,高無機氮水舌約在31oN, 122.5.E附近左轉(zhuǎn)向東北伸展直指濟州島,轉(zhuǎn)向點 處無機氮濃度大于40vmol?L..,1vmol?L-1等值 線范圍向東接近128.E(圖2d).這是迄今調(diào)查發(fā)現(xiàn) 的長江沖淡水中無機氮的最大擴散范圍.蘇北淺灘, 浙江沿岸海域無機氮含量亦較高(>5mo1.L-1), 并分別由近岸向遠岸,由長江口分別向南,北快速遞 減至1vmol?L-1以下.活性硅酸鹽的分布與無機氮 大致相似(圖2f).但磷酸鹽的

18、分布明顯不同(圖 2e),富含磷酸鹽的水舌向東南擴展進入東海,但并 未出現(xiàn)明顯左轉(zhuǎn)的現(xiàn)象,其擴展范圍也比無機氮小 得多.王保棟等【2IJ認為這是長江口羽狀鋒區(qū)(鹽度 為20--27的區(qū)域)浮游植物大量攝取磷酸鹽所致. 秋季,由于長江徑流量小并受東北風的影響, 長江沖淡水穿過杭州灣口南下,并限于靠岸的一狹 帶(圖lc).黃海西南部即蘇北淺灘海域被鹽度小于 32.0的低鹽水所占據(jù),這是蘇北沿岸流向東南方向 擴展及小部分長江沖淡水的左轉(zhuǎn)北上所致【22I.該海 域營養(yǎng)鹽含量很高,無機氮,磷酸鹽和硅酸鹽含量分 田2黃海,東海4季表層營養(yǎng)鹽平面分布 Fl|.2Surfacediat

19、ributionsofnutrientsintheYellowSeaandtheEastChinaSeainfourth?~qon$. 7期王保棟:黃海和東海營養(yǎng)鹽分布及其對浮游植物的限制 別大于5,0.3和15pmol?L-1(圖2g,2h,2i).東海 近岸海域營養(yǎng)鹽含量亦很高,且等值線幾乎與海岸 線平行,但僅限于靠岸的一狹帶,且此處等值線十分 密集,形成明顯的營養(yǎng)鹽鋒面.自此向外營養(yǎng)鹽含量 快速遞減.南黃海中央及西北部海域仍為營養(yǎng)鹽低 值區(qū). 冬季,長江沖淡水的擴展與秋季相似.水溫的平 面分布比鹽度的分布更好地體現(xiàn)了黃,東海的環(huán)流 狀況.圖1d顯示高溫,高鹽的黑潮

20、水自臺灣東北部 入侵陸架,臺灣暖流北上可達31.N.源自對馬暖流 的黃海暖流自濟州島以西進入黃海.低溫,低鹽的蘇 北沿岸水向東南方向擴展,呈鈍水舌形態(tài)進入東海 北部.冬季營養(yǎng)鹽分布(圖2j,2k,21))表明,蘇北淺 灘海域為營養(yǎng)鹽高值區(qū),并呈鈍水舌形態(tài)朝東南方 向伸展進入東海北部.南黃海營養(yǎng)鹽基本呈中央低, 四周高的分布規(guī)律.東海近岸海域硝酸鹽含量很高 表1黃東海上層水體中Si/N/P比值統(tǒng)計結(jié)果 Table1StatisticalresnltsoftheSi/N/PratiosintheupperlayeroftheYellowSeaandtheEastChinaSea

21、 (>10~tmol?LI1),營養(yǎng)鹽等值線走向幾乎與海岸線 平行,但僅限于靠岸的一狹帶,且此處等值線十分密 集,形成明顯的營養(yǎng)鹽鋒面.自此向外硝酸鹽含量快 速遞減.在臺灣島東北部海域可見低營養(yǎng)鹽的黑潮 表層水呈鈍水舌狀入侵陸架.而夾在沿岸鋒與黑潮 鋒之間的是東海混合水,營養(yǎng)鹽含量居中.總的看 來,冬季營養(yǎng)鹽平面分布趨勢與秋季十分相似. 3.2si/N/P比值 為了更好地表征黃海,東海真光層中的營養(yǎng)鹽 狀況,取黃海和東海近岸海域0～20m,東海外陸架 區(qū)0～50m水層(真光層深度大致如此)營養(yǎng)鹽濃度 平均值計算si/N/P比值.從表1可以看出,黃東海 絕大多數(shù)站位

22、的Si/N比值大于1,只有極少數(shù)站位 的Si/N比值小于1,但均在0.8以上.Si/N比值的 平均值以春,夏季最高,冬季最低.一般認為,海洋硅 藻的Si:N:P摩爾比值大約是16:16:1(即Si:N=1 :1).因此,可以認為,si不會成為黃東海浮游植物 (主要是硅藻)的限制性因素. 資料表明,黃東海人海河流的DIN/Po4卜比值 (其中DIN=NO3一十NO2一十NH4)在2O～5000 之間,遠遠超過適宜于海洋浮游植物生長的 Redfield系數(shù)(N/P=16).因此,受河流物質(zhì)輸送的 影響,黃東海近岸水體中無機氮相對過剩,而無機磷 相對缺乏,因而近岸水體中浮游植物

23、的生長很可能 受到磷酸鹽供給的限制.圖3顯示N/P比值的水平 分布與無機氮的平面分布極為相似,即無機氮濃度 高的區(qū)域,N/P比值亦高.胡明輝等【7曾根據(jù)長江 口浮游植物的現(xiàn)場培養(yǎng)實驗結(jié)果,提出了長江口海 域浮游植物生長的營養(yǎng)鹽限制標準,即當N/P比值 大于30時,為磷限制,當N/P比值小于8時,為氮 限制.若將此標準推廣至受長江沖淡水影響的海域, 則春季磷限制海域為29～34.N,123.E以西海域 (圖3a);夏季磷限制海域覆蓋了南黃海西南部,30 田3黃海,東海4季上層水中N/p比值的平面分布 Fig.3DistributionsofN/Pratiosintheupp

24、erwateroftheYellowSea andtheEastChinaSeainfouraeBⅫ5. 1126應(yīng)用生態(tài)14卷 ～ 33.N,126.E以西海域及東海近岸海域(圖3b), 磷限制海域范圍為4季之最;秋季,磷限制海域僅限 于長江口及其以東,東海近岸一狹帶(圖3c);冬季 則無磷限制海域(圖3d).此外,南黃海北部及東海 東南部及黑潮區(qū)N/P比值小于10,海水中無機氮相 對缺乏,符合海洋環(huán)境中浮游植物生長受N限制的 一 般規(guī)律. 此外,從圖3b可以看出,N/P比值最高的區(qū)域 不是在長江口,而是在以32.N,124.5.E為中心的 周圍海域.受長江沖

25、淡水的影響,該海域無機氮濃度 很高(20t~mol?LI1左右,圖2d),但磷酸鹽濃度卻極 低(0.1t~mol?LI1左右,圖2e),此區(qū)域又剛好位于長 江口羽狀鋒區(qū),浮游植物大量攝取營養(yǎng)鹽,使磷酸鹽 濃度幾近耗盡,但由于無機氮顯著過量,因此無機氮 仍保持很高的濃度.由此導(dǎo)致該海域極高的N/P比 值,浮游植物的生長明顯受P限制. 4結(jié)語 黃,東海上層水中si/N比值較高,因此si不會 成為黃東海浮游植物生長的限制因子;但在南黃海 南部尤其是西南部,東海近岸及長江口以東海域, N/P比值很高(>30),說明與一般海洋環(huán)境的情況 不同,黃海,東海有很大一部分海域浮游

26、植物的生長 很可能是受磷的限制,而不是受氮的限制.研究表 明,磷限制海域的限制程度及范圍主要受陸地徑流 (主要是長江水)的季節(jié)變化的影響. 參考文獻 lChenrA.R11oR,PaiS,O2.1995.Exchangeofwaterrnasses betweentheEestChinaSeaandtheKuroshiooffnortheasternTai. wan.ContinentalShelfRes.15:19～39 2DngdaleRC.WilkersonFP.MinasHJ.1995.Theroleofasili. catepumpindrivingnewprodu

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