长江口理化因子影响初级生产力的探索Ⅰ.营养盐限制的判断方法和法则在长江口水域应用

营养盐限制浮游植物的生长是近年来国际研究的热点。探讨了目前营养盐限制的判断方法，认为仅靠氮和磷比值来得到磷限制或氮限制的结论是不完善的。根据营养盐限制的判断方法和法则，对长江口水域进行综合分析，认为在长江口及其附近海域，磷不是浮游植物生长的限制因子，而且氮、磷的浓度值都高于限制浮游植物生长的阈值，满足浮游植物的生长。通过1985年8月至1986年8月的长江口调查数据分析，发现从长江河口到远海水域的有些断面上，磷酸盐浓度并不一定离岸越远越低，且也没有周期性的季节变化。因此，尚须对河口区磷酸盐来源作进一步研究。     

长江口区初级生产力的研究

许多研究表明,河口海区具有其独特的生态特征。径流携带大量陆源物质入海,丰富了海域中的营养盐类资源,促进了海洋生物的生长繁殖。长江年径流量约为9.25×1011m3,其径流量随季节而变化,造成了长江口水环境的复杂性,从而对生物的组成、现存量和生产力等都产生明显影响。浮游植物是食物链中的初级生产者,其生产力直接或间接地影响水域中其他生物的生产力。关于长江口的初级生产力迄今尚未见报道。为此,于1985年8月至1986年10月对长江口海域进行了逐月调查,根据各月的叶绿素含量和在各特征海区中实测的光合作用碳同化数估算出初级生产力,并结合同时调查所取得的各项环境因子的动态,进行综合分析，旨在了解本海域的生物生产潜力,为合理利用长江口及其附近海域的海洋生物资源提供依据。     

不同时间尺度下长江口海域表层悬浮体浓度变化

长江入海泥沙是中国东部陆架海沉积物的主要来源之一。本文基于MODIS-Aqua卫星的遥感资料并结合实测悬浮体浓度,建立了基于颗粒物后向散射系数的悬浮体浓度的反演方法,获取了2002—2017年长江口海域的表层悬浮体浓度分布,并分析其在潮周期、季节内以及年际等不同时间尺度下的变化特征。结果表明,在潮周期内,长江口122.3°E以西海域表层悬浮体浓度大潮高于小潮,落潮大于涨潮,高潮大于低潮;在季节尺度内.6—8月表层悬浮体浓度逐渐增加。而122.3°E以东海域,则出现相反的情况;长江口122.3°E以西海域的夏季平均表层悬浮体浓度年际变化明显,主要受长江入海水沙量年际变化的影响。长江口122.3°E以东海域表层悬浮体浓度的年际变化几乎不受长江入海泥沙的影响。风向对悬浮体浓度的扩散具有显著的作用,南风有利于高浓度悬浮体向外海扩散,东风则抑制扩展。     

2011 年春、夏季黄、东海叶绿素a和初级生产力的时空变化特征

依据2011年春、夏两季黄、东海调查资料,分析了叶绿素a和初级生产力的空间分布和季节变化特征,并分析了主要影响因素。南黄海、东海北部春季叶绿素a平均含量为74.83mg/m2,夏季为23.84mg/m2,春季明显高于夏季。春季大部分海域叶绿素a含量垂直分布均匀,夏季则出现较为明显的分层现象,在次表层出现最大值。初级生产力水平春季为993.9mgC/(m2.d),夏季为1274mgC/(m2.d),与1984—1985年相比有所升高。春季高值区出现在黄海中部及长江口附近海域;夏季高值区主要分布在山东半岛南岸近海海域、长江口外的黄、东海交界海域以及浙江省沿岸海域。春季整个调查海区叶绿素a浓度与磷酸盐浓度呈显著负相关,与氮磷比呈显著的正相关性,表明黄、东海春季磷酸盐可能成为浮游植物生长的一个限制因子。     

长江口及其邻近海域磷的分布变化特征

根据2004年4个航次的调查资料,研究了长江河口内及其临近海域磷酸盐和总磷的分布变化特征。结果表明,磷酸盐和总磷的浓度分布都是河口附近高,外海低,但其最大值不在河口内,而在口门外。河口内磷酸盐秋、冬季浓度高,春、夏季低;总磷夏、秋季浓度高,春季和冬季低。口门外磷酸盐和总磷浓度分布都是冬、夏季高,春、秋季低。磷酸盐夏季浓度变化大,分层明显,冬季变化小,垂直分布均匀。总磷春季表、底层浓度接近,其余季节表层都低于底层。通过磷酸盐和总磷与盐度、悬浮体的相关关系研究表明,磷酸盐在河口转移过程中,还受到生物活动、水体垂直对流以及缓冲作用等多种因素的影响。总磷在很大程度上受颗粒磷的控制。     

三峡水库正常蓄水后长江口海域营养盐分布与结构变化

根据2010-2011年对长江口及其邻近海域的调查资料,研究了三峡水库正常蓄水后长江口及其邻近海域营养盐的分布变化特征,并与三峡大坝合拢蓄水前的2002年同期数据进行了比较。结果表明,与三峡大坝合拢蓄水前相比,三峡水库正常蓄水后长江口海域溶解无机氮、无机磷含量显著增大,且无机磷含量增幅更大(60%),但活性硅酸盐含量显著降低(20%),并由此导致长江口海域N/P比值明显降低和Si/N比值的大幅度降低。此外,三峡水库秋季蓄水活动造成的入海径流量的减少,导致该季节长江冲淡水扩展范围和营养盐浓度及影响范围显著减小。     

夏季长江口不同粒级浮游植物碱性磷酸酶活性

碱性磷酸酶活性(alkaline phosphatase activity, APA)是海洋研究中用于反映浮游植物磷限制状态的重要指标。在长江口等“氮过剩”海域,磷是控制海域初级生产力水平的主要因子,然而,磷限制的范围常常难以界定,当前对不同粒级浮游植物的磷限制效应所知甚少。该文根据2020年夏季长江口航次资料,给出了海洋表层各粒级浮游植物(Net:≥20 μm;Nano:2~20 μm;Pico:0.8~2 μm)APA、浮游细菌APA(0.2~0.8 μm)和溶解态APA(<0.2 μm)的空间分布特征,并分析了APA与环境要素间的相关性。结果显示,各粒级浮游植物APA均与无机磷酸盐浓度(dissolved inorganic phosphate, DIP)呈显著负相关,这表明DIP浓度是影响浮游植物APA分布的主要因素。在平面分布上,各粒级浮游植物APA在近口门的光限制区均较低,且呈现自口门向外逐渐升高的趋势,与DIP的分布特征相反。Net和Nano级APA[平均值分别为 (40.28±32.35) nmol/(L·h)和(52.38±34.78) nmol/(L·h)]显著高于Pico级APA[平均值为(28.43±20.23) nmol/(L·h)],这表明大粒级浮游植物可能更易受DIP下降的影响。该研究中,诱导浮游植物APA快速升高的DIP浓度为0.159 μmol/L,与近岸区磷限制经验阈值相接近。该研究揭示了夏季不同粒级浮游植物对长江口磷分布的响应特征,有助于理解长江口初级生产过程的环境调控机制。     

秋季长江口水体颗粒有机碳年际变化及影响因素分析

根据2007—2012年长江口及其邻近海域4个航次(11月)调查资料,探讨了长江口秋季颗粒有机碳(POC)时空分布特征;结合长江口环境要素和陆源输入(径流、输沙),分析了秋季POC分布的主要影响因素。结果表明:(1)2007—2012年秋季长江口POC浓度范围为0.03—16.95mg/L,均值2.30mg/L,底层POC浓度高于表层。长江口表层POC浓度存在显著的年际变化特征。(2)长江口区POC分布呈现沿长江径流入海方向降低的趋势,高值区出现在口门附近偏南部水域。口门内和近岸水域POC显著高于近海水域。口门水域POC年际间相对稳定,近岸和近海水域年际变化显著。(3)长江口POC分布与盐度呈非保守性变化,悬浮物是POC分布的主要控制因素,多数年份POC与叶绿素a相关程度较弱。(4)河口来水来沙量对POC浓度具有较强的制约性,径流的主要影响区域在口门内和近岸区,输沙的主要影响区域在最大浑浊带和长江口北部水域。(5)入海输沙量与长江口水域POC相关性最强。咸淡水交汇引起的悬浮物沉积和沉积物的再悬浮强度决定口门内水域POC浓度,浑浊度较高的近岸水体POC对陆源输入泥沙的依赖性较强,长江口外侧海域初级生产力水平成为POC浓度的重要影响因素。     

长江口海区理化环境对初级生产力的影响

本文主要根据1985年10月长江口水文、水化学和初级生产力的同步调查资料,探讨了海水透明度、温、盐度和营养盐与初级生产力的关系,表明透明度是近河口水域初级生产力的主要限制因素,对叶绿素α含量没有明显影响,营养盐浓度对叶绿素α含量的影响大于对初级生产力的影响,营养盐对初级生产力没有明显的限制作用;过高的氮磷比不利于浮游植物进行光合作用。     

台风“灿鸿”对长江口外海域悬浮体分布的影响

台风作为事件性的强动力因素,其对河口海域沉积环境的影响目前研究较少,开展典型台风事件对长江口外海域悬浮体分布的影响研究对于深入理解长江径流挟带陆源物质向东海陆架扩散机制等具有重要意义。利用2015年09号台风"灿鸿"过境前后长江口外海域现场调查数据,分析台风前后长江口外水体结构和悬浮体粒度分布变化,结合同期环境观测数据与开源数据,阐明台风对河口外海域悬浮体分布的影响机制。结果表明:长江口外海域悬浮体中细颗粒组分(≤ 128μm)主要为无机矿物颗粒,而粗颗粒组分(>128μm)主要是生源有机颗粒。生源有机粗颗粒主要分布于中上层水体,而无机细颗粒主要分布于底层水体,使得长江口外海域悬浮体平均粒径分布呈双层结构。台风前后悬浮体粒度分布变化反映了台风对长江口外海域物理和生物过程的双重影响,其中物理过程主要影响无机细颗粒分布变化,生物过程主要影响有机粗颗粒。台风期间强烈的偏北风使得长江冲淡水在口门外海域由东北输运转为往东输运,与长江冲淡水输运方向一致的表层无机细颗粒在台风后输运方向同样往东。另外,台风作用在河口区产生的下降流将12250-4站位底部再悬浮的泥质沉积物向东搬运至12300-4站,导致12300-4站底层悬浮体浓度增加、粒度变细。台风过境还造成长江口外海域初级生产力提高,而浮游植物生长对悬浮体中有机粗颗粒的形成有促进作用,使得口门外海域上层水体中有机粗颗粒体积浓度升高。长江口外海域由于台风过境导致悬浮体中无机细颗粒和生源有机颗粒含量均增加,使得其平均粒径整体变化不大。     

三峡工程对长江口海区营养盐分布变化影响的研究

本文通过1986年8月—1988年10月期间共5个航次长江口及其邻近海域的调查和历史资料,进一步验证了作者提出的长江径流量与营养盐输出通量之间的关系式。讨论了春季营养盐分布的年际变化及其与长江径流的关系。根据秋季10月实测资料对比和定量估算,三峡工程兴建后,由于长江径流减少(主要在10月),可能引起长江口海区营养盐平均浓度下降,等值线向江口移动,高浓度区域面积缩小等影响。     

长江口外低氧区特征及其影响研究

通过对2008年8月至2010年9月在长江口30°20′N～32°30′N,122°15′E～124°20′E范围海域开展的7次综合海洋调查资料进行分析,以期了解长江口海域低氧现象的年际、季节变化及其对海洋环境和生物的影响。研究结果发现,该海域夏季存在长江口和浙江南部两处低氧区域,低氧现象主要发生在20～50?m水层;低氧海域与非低氧海域的无机氮（DIN）、活性磷酸盐、叶绿素a含量存在一定差异;长江口海域浮游动物、浮游植物的分布状况与低氧区的存在与否未能发现相关关系。低氧区是底栖生物生物量的高值区,多毛类是其中最多的底栖生物种类,对低氧环境的耐受程度较高。     

三峡大坝启用后长江口及邻近海域秋季悬浮体、叶绿素分布特征及影响因素

基于2010年10月在长江口海域海洋综合调查,利用多参数CTD现场调查数据、悬浮体浓度测定数据,对该区悬浮体和叶绿素的空间分布及影响因素进行系统的研究,探讨三峡工程蓄水7a以来长江口的悬浮体和叶绿素的分布特征及变化.结果表明:浊度值与悬浮体浓度存在良好的线性关系,盐度对该线性关系没有明显的影响;长江口及其邻近海域悬浮体主要分布在123°E以西的海域,表现为近岸高、离岸低,表层低、底层高,其分布主要受到水团、长江输入、上升流等的影响;叶绿素在123°E往东的海域含量较高,近岸低,在123°E～124°E之间叶绿素含量最高,其分布主要受到水团、浮游植物种类和季节变化及营养盐的共同影响.与三峡工程蓄水前对比,悬浮体高值区的界限往西移动了近半个经度,同季节的叶绿素含量的平均值降低.     

三峡工程对长江口区无脊椎动物资源影响的预测

长江大量径流给其河口及邻近海域带来丰富的营养物质,维持了长江河口生态系统的巨大生产力,并使之成为多种重要经济鱼虾类的索饵和产卵场。长江口生态环境的变化,对我国最大、最重要的浙江舟山渔场和江苏吕四渔场的渔业资源有举足轻重的影响。三峡工程的兴建将使长江入海径流量及其季节分配有很大改变,也不可避免地影响到河口和近海的海洋环境、经济动物的组成及资源状况。为研究长江口无脊椎动物资源结构及其分布特征,以及预测三峡工程对自然生态环境的影响,于1985年9月至1986年8月进行了无脊椎动物资源底拖网试捕调查。本文系统整理调查所得资料,结合历史资料进行分析研究。     

长江口邻近海域海水pH的季节变化及其影响因素

基于对2015—2016年长江口邻近海域现场调查数据的分析,探讨了其海水pH的季节变化和影响因素。结果表明:长江口邻近海域四季pH在7.76—8.32之间,其中夏季最高,秋季最低;夏季具有明显的分层现象,冬季水体pH垂直分布相对均一。长江冲淡水对长江口邻近海域水体pH的影响是局域性的。浮游植物光合作用是影响春、夏、秋季海水pH区域分布的重要过程。春、冬季节表层海水pH分布受海-气界面CO2交换的影响较大。温度、生物作用及长江冲淡水扩展是导致长江口邻近海域表层海水pH季节变化的主要因素。     

长江口附近海域水中的铁

海水中的铁是海洋浮游植物的微量营养元素之一,有些实验证实,海水中的铁往往是浮游植物生长的限制因素。在近海,其主要来源是陆地排水。为了解长江口附近海域中的铁的分布规律及对该海域的生产力有无影响,我们在六十年代某年5、8、11月和次年2月对长江口附近海域中的铁作了4个航次的调查,结果如下。     

2012年长江口及其邻近海域营养盐分布的季节变化及影响因素

根据2012年3、5、8和12月4个航次长江口及邻近海域的调查数据,研究了氮、磷、硅营养盐及总氮(TN)、总磷(TP)的浓度特点,及其与盐度的相关性和叶绿素a的变化特征。结果表明,总溶解无机氮(DIN)、硅酸盐(Si O3)和TN的浓度分布均表现出自长江口至外海迅速降低的特征,且与盐度呈现显著负相关性。磷酸盐(PO4)的浓度降低程度随远离河口而减弱,且与盐度的相关性相对较弱,可能存在外海水补充;而TP则在长江口浑浊带海域呈现出较高浓度,且与盐度的相关性不明显,可能是受浑浊带泥沙吸附所致。在调查海区内,DIN与TN的平均值在夏季较低,结合叶绿素a数据分析,认为浮游植物吸收作用降低了DIN和TN的浓度。通过分析各营养盐之间的比值特征,进一步考察了营养盐来源及其对浮游植物生长的可能限制情况,其中N/P比值的变化同样揭示了N主要来自于长江水而P有部分来自于外海水的特征。该比值呈现远离河口而降低的特征,且在浑浊带无明显季节变化。春季和夏季有超过90%的调查站位显示潜在P限制,且均位于外海区。与历史资料对比发现,春季和夏季潜在P限制站位的比例明显升高,而潜在Si限制站位比例在春季和夏季降低。本文研究认为,营养盐含量及组成结构反映了该海域浮游植物群落组成和优势种的演替。     

莱州湾及潍河口夏季浮游植物生物量和初级生产力的分布

于1998年6月黄河断流期在潍河口及其邻近海域进行了水文、化学和生物等专业综合外业调查.对此海区浮游植物叶绿素a浓度、脱镁色素浓度和初级生产力的变化进行了分析.研究结果表明,叶绿素a浓度介于0.089～5.444mg/m3之间,平均值为1.331mg/m3;脱镁色素浓度介于0.176～3.402mg/m3之间,平均值为0.905mg/m3.叶绿素a和脱镁色素浓度高密度区分布在小清河口附近、潍河口内及潍河口以外临近海域.初级生产力介于13.58～301.54mg/(d·m2)之间,平均值为62.49mg/(d·m2).水柱初级生产力高值区分布在小清河口和37.30°N,119.47°E附近.对水文、化学和浮游动物等环境因子与浮游植物生物量和初级生产力的相关性分析表明,整个调查区,浮游植物生物量和初级生产力与海区潮汐、光照、磷酸盐、硅酸盐和微型浮游动物等环境因子密切相关,同氨盐、硝酸盐和亚硝酸盐的作用不明显,其中潍河口内浮游植物的生物量分布同潮汐的关系最为密切.夏季此海域浮游植物生长主要受磷酸盐和硅酸盐的限制.调查海域浮游植物生物量及生产力水平较历史同期有所增加.     

2012年春季渤海中部及邻近海域叶绿素a与环境因子的分布特征

分析了2012年春季渤海中部及其邻近海域32个站点叶绿素a和环境因子的空间分布特征及其相互关系。结果发现:渤海中部靠近黄河口邻近水域相对于其他水域,呈现出相对较高的水温和较低的盐度,这与黄河淡水输入以及近岸水深相对较浅有密切关系。营养盐浓度在空间分布上表现为黄河口附近海域较高,在垂直分布上表现为中、底层高于表层,显示出黄河水输入与沉积物营养盐再释放的影响;此外,营养盐浓度与结构显示,渤海海域存在明显的磷和硅限制,磷限制尤其严重。叶绿素a浓度的空间分布显示,表层叶绿素a浓度的高值区出现在渤海湾湾口处,而中层与底层的叶绿素a浓度高值区出现在渤海中部。主成分分析结果表明,磷酸盐和温度是影响表层叶绿素a浓度的重要因素,而中、底层叶绿素a浓度主要受磷酸盐的影响。     

两种海洋初级生产力模型在长江口毗邻海区的应用比较

河口毗邻海域是海洋浮游植物相对活跃的区域,对初级生产力和全球碳循环有重要意义。本文结合现场实测数据和卫星数据,利用针对近岸优化的切萨皮克湾生产力模型(CBPM)和初级生产力垂向归纳模型(VGPM),分别计算了2018年3、7和10月长江口毗邻海域浮游植物的净初级生产力(NPP)和总初级生产力(GPP)。结果表明,两个模型在研究区域的初级生产力空间分布基本一致：在3月,从高纬度近岸到低纬度远岸递增;7月,初级生产力高值区以长江口和杭州湾为中心呈弧形分布;10月,初级生产力形成两个封闭的高值区。3个月份全部78个站位中有超过98%的站位VGPM的计算结果大于CBPM的结果,且3个月份VGPM的生产力结果比CBPM的计算结果分别高133%、73%和118%。通过与历史实测数据对比可知,CBPM计算所得长江口毗邻海域NPP更加接近历史实测数据。CBPM相比于VGPM更加适合长江口毗邻海域NPP计算的模型。另外,水底溶解氧与GPP、海表叶绿素浓度在各个月份都有显著的负相关关系。