胶州湾营养盐结构的长期变化及其对生态环境的影响

根据 1 962年— 1 998年 81个航次的调查和历史资料 ,讨论了胶州湾营养盐及其结构的长期变化和对生态环境的影响。近 40年来 ,胶州湾无机N和P浓度分别增加了 3.9倍和1 .4倍 ,DIN/PO4 P摩尔比从 1 5 .9± 6.3增加到 37.8± 2 2 .9,SiO3 Si浓度保持在一个很低的水平。高的DIN/PO4 P比例和很低的SiO3 Si/PO4 P比例 ( 7.6± 8.9)及SiO3 Si/DIN比例 ( 0 .1 9±0 .1 5 )表明 ,胶州湾营养盐结构已经从比较平衡到不平衡。根据化学计量营养盐限制的标准 ,DIN和PO4 P作为胶州湾浮游植物限制因子的可能性已经减少或消失 ,SiO3 Si限制已经增加。营养盐结构的变化已经导致大型硅藻的减少和浮游植物优势种组成的变化 ,大型硅藻可能趋向于小型化。胶州湾生态系统的这些变化是人类活动影响的直接结果。     

胶州湾营养盐及富营养化特征

根据2003—2004年在胶州湾的调查资料,探讨了该湾营养盐及其富营养化状态。通过spss12.0统计分析营养盐和各理化因子之间的两两相关性,认为溶解无机氮、活性磷酸盐和活性硅酸盐之间有一定程度相似的生物地球化学过程,且外源性营养盐是其主要的来源。频数分析显示,胶州湾硅酸盐浓度控制了SiO3-Si/PO4-P和SiO3-Si/DIN的比例,此二者多数情况下小于其各自的化学计量平衡。冬季营养盐和叶绿素a的消长关系及浮游植物赤潮优势种数量变化分析说明,硅酸盐的含量对调查海域赤潮的发生发展和消退起着重要的控制作用。这些表明,SiO3-Si是胶州湾浮游植物生长的潜在限制因子,特别是冬季。利用Matlab建立了人工神经网络富营养化评价模型,结果认为带有SiO3-Si因子的评价结果更好地反映了胶州湾的富营养化状况。     

荣成湾营养盐的时空分布特征及其影响因素分析

根据2009年2月、5月、8月、11月4个航次的调查数据,分析了荣成湾水体的溶解无机氮(DIN)、磷酸盐(PO4-P)、硅酸盐(Sio3-Si)的时空分布特征及其影响因素,并对荣成湾营养盐的潜在限制进行了讨论.结果表明,荣成湾营养盐含量及分布与养殖海带的生长周期有着紧密的联系:海带生长初期(11月)营养盐含量较高,营养盐的平面分布呈近岸高外海低的变化趋势,NO3-N为DIN的主要成分;海带生长后期(5月份)水体营养盐含量较低,DIN分布趋势与11月份基本一致,PO4-P表现为湾中部较高,近岸和湾外较低,NO3-N和NHL-N是DIN的主要成分;海带收获后期(8月份)营养盐含量极低,DIN呈近岸浓度低外海浓度高的变化趋势,PO4-P和SiO3-Si则呈近岸高外海低的变化趋势,DIN主要以NH4-N为主.荣成湾水体浮游植物生长在春、秋和冬季基本不受营养盐的限制,夏季主要受到P的限制,基本不受N、Si的限制.     

胶州湾叶绿素的浓度、分布特征及其周年变化

2003年6月-2004年5月对胶州湾及邻近海域水体中叶绿素a浓度变化及其空间分布进行了周年调查.结果表明,调查海域叶绿素a全年平均浓度为2.81mg/m^3,月平均浓度变化范围为0.73-8.44 mg/m^3.整个海域叶绿素a浓度周年变化呈现双峰型,分别在夏季8月和冬季2月出现两个高峰,但是不同区域的变化幅度不同,其水平分布格局为湾内高于湾外,湾内北部高于南部.营养盐浓度变化与叶绿素a浓度的变动未发现明显的相关性,但是在局部海域硅酸盐对冬季浮游植物水华的进一步发展具有一定的限制作用.综合分析营养盐、叶绿素a和浮游动物的周年变化及其之间的关系显示,下行控制（Top-down control）在胶州湾浮游植物的数量变动中起着重要的调控作用.     

胶州湾营养盐的长期变化及其生态效应

依据改革开放40 a来胶州湾营养盐状况历史资料以及2018—2019年的现场调查,对胶州湾营养盐历史变化过程及其生态效应进行了系统分析。结果表明:营养盐的浓度变化大致以2008年为分界节点,在2008年前胶州湾溶解无机氮(DIN)浓度呈现持续上升趋势,而溶解无机磷(DIP)、活性硅酸盐(DSi)浓度则先略有减少后快速增加;2008年后胶州湾3种营养盐浓度均快速减少。营养盐限制状况由20世纪80年代初期的氮限制、20世纪90年代的硅限制转变为目前的磷限制。胶州湾Chl a年均质量浓度一直在3μg·L^-1上下波动但近年来则呈下降趋势,浮游动物生物量1994年后大幅度增加。分析发现,入湾营养盐通量的增加和海域面积缩小是2008年前胶州湾营养盐浓度增加的主要原因,而近十几年来胶州湾环境综合整治措施的大力实施则是氮、磷营养盐浓度减少的主要原因。2010年以前贝类养殖是控制胶州湾浮游植物生物量的主要因素,但近年来溶解无机磷浓度的减少和浮游动物生物量的增加是Chl a质量浓度呈下降趋势的主要原因。     

胶州湾东北部养殖海域夏季营养盐分布特征及其对浮游植物生长的影响

以2000年夏季胶州湾东北部养殖海域(女姑山)的现场调查为基础,结合前3年的调查结果和相关的历史资料,对该海域夏季营养盐含量分布特征及其对浮游植物生长的可能限制因子进行了分析和探讨。研究结果表明,胶州湾东北部典型养殖海域夏季表层水体各种营养盐含量高于胶州湾全湾夏季及全年的平均值,铵氮是总溶解态无机氮的主要组成形态,硝态氮次之。该海域的环境因素适宜浮游植物的生长,相关分析显示:叶绿素a与pH及DO呈显著正相关,与PO4、SiO3、NH4、DIN呈负相关。通过分析营养盐对浮游植物生长的限制因素发现,该海域各种营养盐含量相对较高,无机氮不会成为浮游植物生长的限制因素,磷酸盐有限制的可能性,而浮游植物生长受控于硅酸盐的几率最大。     

长江口营养盐结构特征及其对浮游植物的限制

根据2013年5月、11月两个航次的调查资料,分析了长江口营养盐浓度及其结构的分布变化,并探讨了营养盐对浮游植物的限制情况。长江口营养盐分布存在季节差异:口门外NO3-N、NO2-N浓度均为春季高秋季低,PO34-P、3SiO2-Si、NH4-N浓度则秋季高春季低,口门内除NO2-N外,NO3-N、PO34-P、SiO23-Si、NH4-N浓度均为秋季高于春季。NO3-N、PO34-P、SiO23-Si浓度从近岸向外海逐渐降低,NO2-N、NH4-N浓度分布规律不明显。NO3-N是DIN的主要存在形态,其占DIN的比例为春季95%、秋季83%。春季、秋季DIN/P均高于16,表现出长江口过量的DIN输入,春季Si/DIN基本小于1,秋季Si/DIN大于1。春季由于硅藻的局部生长使DIN/P异常升高、Si/DIN异常降低,秋季西北部海区受苏北沿岸流影响,呈低DIN/P值和高Si/DIN值分布。受含过量DIN、SiO23-Si的长江冲淡水的影响,春、秋季均表现为PO34-P潜在相对限制。春季由于浮游植物的大量吸收,局部出现PO34-P、SiO23-Si的绝对限制。当同时考虑绝对限制和潜在相对限制时,春季15.38%的站位受PO34-P限制,限制情况较上世纪90年代更为突出。     

渤海冬夏季营养盐和叶绿素a的分布特征

在2000年8月和2001年1月对渤海进行的两个航次的调查取样的基础上,分析渤海营养盐和叶绿素a的分布特征,各海区营养盐的结构以及营养盐和叶绿素a的关系。结果表明,冬季营养盐的浓度高于夏季,硅酸盐有明显的垂向结构,40多年来渤海中部硝酸盐呈现增加趋势;莱州湾浮游植物生长处于磷限制,其它海区处于氮限制;冬季叶绿素a的浓度也高于夏季,叶绿素a的季节差异可能与夏季浮游动物对浮游植物的大量摄食有关。     

胶州湾浮游植物粒级结构及其时空变化

基于2003—2010年间对胶州湾分粒级叶绿素a浓度的连续观测,系统研究了胶州湾浮游植物粒级结构的季节变化、年际变化及长期变化特征。结果表明,胶州湾表层浮游植物粒级组成以小型和微型浮游植物为主,其浓度由东北部和北部向湾中间及湾外逐渐递减。不同区域分粒级叶绿素a浓度的季节与年际变化规律相似。小型和微型浮游植物表现出明显的双峰型季节变化,小型浮游植物的高峰值通常出现在冬季,而微型浮游植物则出现在夏季。长期变化结果表明,冬季小型浮游植物所占比例自90年代起表现为增加的趋势,而夏季的变化规律与冬季相反,自1998年开始,小型浮游植物所占比例下降,微型浮游植物比例有所上升。春季和秋季小型和微型浮游植物的贡献率没有表现出明显的升高或降低趋势,但微微型浮游植物的贡献率在2000年之后显著低于2000年之前。统计分析结果表明,温度、营养盐浓度与结构是影响胶州湾浮游植物粒级结构变动的重要因素。     

基于分源物理生态耦合模型研究东海表层溶解无机氮对叶绿素季节变化的影响

东海溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)有四个主要外部来源,包括黑潮、台湾海峡、河流径流和大气沉降。为探究它们的共同作用对东海浮游植物时空变化带来的多重影响,利用添加分源模块的物理-生态耦合模型分析了东海表层不同来源DIN支持的浮游植物(以叶绿素a浓度chlorophylla,chla表征)季节变化与空间分布以及它们之间的响应关系,从而评估多源营养盐对东海陆架表层浮游植物的影响。各来源DIN支持的chl a浓度中,黑潮来源和河流径流来源先后占据主导地位,且除了河流径流来源chl a,其余三种来源chl a季节变化均呈双峰结构。不同来源chl a空间分布特征存在季节变化差异,并且各来源chl a在东海陆架不同季节存在不同的主导区域,这与不同来源DIN供给的物理过程,如环流、混合、层化以及温度变化等密切相关。研究不同来源营养盐对东海浮游植物的影响对理解多重压力下东海生态系统变化有重要意义。     

长江口及邻近海区营养盐结构与限制

通过研究长江口及邻近海域溶解无机氮(DIN=NO₃-+NO₂-+NH₄+)、磷酸盐(PO₄3-)、硅酸盐(SiO₃2-)所表征的营养盐区域结构特征及影响因素,在分析营养盐绝对限制情况的基础上,划分了潜在相对营养限制区域。结果表明,123°E以西近岸表层区域DIN/P比值全年均高于16,而Si/DIN除秋季外基本小于1,显示出长江冲淡水影响下"过量氮"的特征。春夏季河口锋面区(31°~32.5°N,122.5°~124°E)硅藻的大量生长可使DIN/P异常升高和Si/DIN异常降低。秋季研究区域北部DIN/P西低东高且Si/DIN西高东低是由于在高DIN、低PO₄3-的长江冲淡水影响下,近岸受相对低DIN、高SiO₃2-的苏北沿岸流南下入侵影响而被分割而成。冬季长江口门东北部存在的高DIN/P和低Si/DIN区则主要由于寡营养盐的黑潮水深入陆架,向东北输送的部分长江冲淡水和增强的苏北沿岸流共同作用造成DIN升高所致。利用Redfield比值进行了不同站位表层潜在相对营养限制情况的区分。近岸123°E以西受高DIN、SiO₃2-长江冲淡水影响,四季多呈现PO₄3-潜在相对限制,而在春夏季由于浮游植物的大量吸收PO₄3-,造成局部PO₄3-绝对限制及潜在相对限制。春夏季氮限(DIN潜在相对限制)一般发生在外海部分站位,但较为零散。秋季除了东南外海大部分站位外,受苏北沿岸流影响在长江口北部近岸也存在氮限。随着低DIN/P的黑潮表层水(KSW)的入侵加强,冬季外海氮限站位增多。硅限(SiO₃2-潜在相对限制)在夏季发生在赤潮高发区,而冬季南部存在较多硅限站位表明KSW中SiO₃2-相对较为缺乏。     

胶州湾围隔浮游生态系统氮、磷营养盐迁移-转化模型研究

通过对目前生态动力学模型的总结和综合,以生态系统中氮、磷营养盐循环为主线,建立了适用于海洋围隔浮游生态系统的多变量的营养盐迁移-转化动力学模型.该模型包括浮游植物、浮游动物、溶解无机态营养盐、溶解有机态营养盐和生物碎屑5个模块,涉及溶解无机氮、磷酸盐、溶解有机氮、溶解有机磷、浮游植物、浮游动物和生物碎屑7个状态变量.分别利用1999年秋季和2000年夏季胶州湾围隔生态实验数据进行了模型和验证工作,成功地模拟了富加营养盐条件下围隔浮游生态系统中氮、磷营养盐生物化学迁移-转化过程,并确定了20余个参数的量值.     

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。     

桑沟湾养殖海域营养盐和沉积物-水界面扩散通量研究

利用2006年4,7,11月和2007年1月4个航次对桑沟湾养殖海域的观测资料,分析了该海域营养盐分布、结构特征、主要控制过程以及沉积物-水界面扩散通量,结果表明,该海域的营养盐分布具有明显的季节变化,海水中NO3-,NO2-,PO43-,DOP,TDP和SiO32-浓度皆是秋季最高,而NH4+,DON,TDN浓度则为夏季最高;各种营养盐的最低值除DON外都出现在春季。春季湾内外海水交换不畅,再加上大型藻类海带等生长旺盛期的消耗,使营养盐浓度处于较低水平,在夏秋两季丰水期沿岸河流注入对该海域营养盐的影响较大,冬季无机营养盐浓度分布主要受沿岸流的影响。磷的结构变化较大,其中DOP百分含量在夏季最高,达到81%。从春季到秋季海水中TDN的结构变化从以DON为主转变成以DIN为主。硅和氮的原子比值全年变化不大,硅和氮和氮和磷原子比值春夏两季的高于秋冬季的。分析营养盐化学计量限制标准和浮游植物生长的最低阈值结果表明,磷是春夏两季桑沟湾浮游植物生长的限制性因素;春季硅浓度低于浮游植物生长的最低阀值,也是一个潜在的限制因素。计算结果显示桑沟湾沉积物释放的NH4+,SiO32-和PO43-对初级生产力的贡献较小,与其他浅海环境相比,桑沟湾沉积物-水界面的营养盐通量处于较低或中等水平。     

深圳沿岸海域净初级生产力的遥感反演及其时空变化分析

以深圳沿岸海域为研究区,以MODIS/AQUA卫星遥感产品为数据源,结合实测浮标数据修正了VGPM中叶绿素a含量的估算进而分析深圳沿岸海域净初级生产力的时空分布规律.研究表明:(1)深圳沿岸海域2014年2、5、8、10月的净初级生产力在空间分布上从近海向外逐渐降低,初级生产力整体呈现出"西高东低"的局面,且未有明显的季节性波动.(2)4个海区的叶绿素a含量均表现为夏季最高秋冬季次之,但各海区主要影响因素不同,珠江口主要受季风造成的浮游植物种类与细胞密度的季节变化影响,大亚湾主要受营养盐限制,大鹏湾的主导因素为湾内余流的季节变化,深圳湾的叶绿素a含量主要与浮游植物细胞密度的季节变化有关.(3)珠江口的初级生产力春夏季高于秋冬季;大鹏湾的初级生产力夏季最高,且季节变化趋势与叶绿素a表现一致;深圳湾的初级生产力夏季最高,且季节变化趋势与海表温度表现一致;大亚湾的初级生产力波动明显,夏冬季海洋初级生产力数值总体高于春秋季.     

Spatial–temporal distribution of phytoplankton pigments in relation to nutrient status in Jiaozhou Bay,China

We conducted studies of phytoplankton and hydrological variables in a semi-enclosed bay in northern China to understand the spatial–temporal variability and relationship between these variables. Samples were collected during seven cruises in Jiaozhou Bay from November 2003 to October 2004, and were analyzed for temperature, nutrients and phytoplankton pigments. Pigments from eight possible phytoplankton classes (Diatoms, Dinoflagellates, Chlorophyceae, Prasinophyceae, Chrysophyceae, Haptophyceae, Cryptophyceae and Caynophyceae) were detected in surface water by high performance liquid chromatography (HPLC). Phytoplankton pigment and nutrient concentrations in Jiaozhou Bay were spatially and temporally variable, and most of them were highest in the northern and eastern parts of the sampling regions in spring (May) and summer (August), close to areas of shellfish culturing, river estuaries, dense population and high industrialization, reflecting human activities. Chlorophyll a was recorded in all samples, with an annual mean concentration of 1.892 μg L⁻¹, and fucoxanthin was the most abundant accessory pigment, with a mean concentration of 0.791 μg L⁻¹. The highest concentrations of chlorophyll a (15.299 μg L⁻¹) and fucoxanthin (9.417 μg L⁻¹) were observed in May 2004 at the station close to the Qingdao Xiaogang Ferry, indicating a spring bloom of Diatoms in this area. Although chlorophyll a and other biomarker pigments showed significant correlations, none of them showed strong correlations with temperature and nutrients, suggesting an apparent de-coupling between the pigments and these hydrological variables. The nutrient composition and phytoplankton community composition of Jiaozhou Bay have changed significantly in the past several decades, reflecting the increasing nutrient concentrations and decline of phytoplankton cell abundance. The unchanged total chlorophyll a levels indicated that smaller species have filled the niche vacated by the larger species in Jiaozhou Bay, as revealed by our biomarker pigment analysis.     

山东半岛南部近岸海域富营养化状况的多元评价研究

于2006年至2007年分四个季度月对山东半岛南部近岸海域(35.5°~36.7°N,119.8°~121.3°E)的营养盐和叶绿素a进行了设站调查,分析了该海域上述因子时空分布特征,同时应用主成分分析(PCA)和潜在富营养化评价方法对该海域的富营养化状况进行了分析,初步确定了影响该海域富营养化状况的主要驱动因子。结果表明:(1)在时间分布上,总氮、总磷、活性磷酸盐、溶解态氮与总无机氮和活性硅酸盐的季节变化类似,均表现出秋冬季浓度较高而春夏季较低的趋势,而总磷、溶解态磷的浓度则在冬季最高,在夏秋季较低,叶绿素a浓度的季节变化趋势为春夏季较高,而冬季最低;该海域营养盐与叶绿素a浓度空间分布以胶州湾和丁字湾为中心,总体呈现出由近岸向离岸海域逐渐递减的趋势;(2)应用主成分分析对调查结果进行分析,结果显示10项调查指标(营养盐与叶绿素a)可以转换提取4个主成分,解释82.00%的结果。主成分综合得分可以作为富营养化程度的评价指标,据此得到调查海域富营养化状况的季节变化趋势由高到低依次为秋季、冬季、春季、夏季,总体呈现出以胶州湾和丁字湾为中心,沿岸及北部海域富营养化程度较高的格局;分析结果还表明总无机氮是该海区富营养化形成的主要驱动因子;(3)利用潜在富营养化评价方法对调查海域富营养化状况进行了初步分析,结果表明该海区仅于秋季表现为总体中度营养,在其他季节总体趋势均为贫营养,胶州湾与丁字湾附近海域在春秋季表现为磷限制潜在富营养化。主成分分析法较潜在富营养化评价方法更敏感,不仅能够定量表述海区富营养化状况,而且能够有效确定富营养化驱动因子。     

长江口及其邻近水域硅酸盐的公布变化特征

Based on the data obtained from quarterly investigations in the Changjiang estuary and its adjacent sea areas in 2004,the distributions and variations of SiO₃-Si are discussed. The reslts show that the concentrations of SiO₃-Si were higher near the changjiang estuary and lower outside ghe sea.Generally,the concentrations of SiO₃-Si were higher in the surface than in the buttomin shore;the opposite distributions off shore.The SiO₃-Si concentrations both inside and outside the mouth in summer and autumn were higher than those in spring and winter.Distributions of SiO₃-Si varied with increase and decrease of runlff and with enlarge and reduce of the extent of Changjiang dilution water.The concentrations of SiO₃-Siin May were relatively less because of phytoplankton blooming. The seasonal variations of SiO₃-Si/DIN and SiO₃-Si/PO₄-P ratios were mainly controlled by the variations of SiO₃-Siconcentrations. Compared with the data of 1985-1986, the concentrations of SiO₃-Sihave inereased2.3 times,both SiO₃-Si DIN and SiO₃-Si/PO ₄-P ratios have ascended 1.6 and2.5 times respectively, which depended on the increasing of the SiO₃-Si concentrations,May is the fitting season of phytoplankton blooming compared with other seasons,in which it is the relaively least that SiO₃-Si/DIN and SiO₃-Si/PO ₄-P ratios departure from Redfield ratios. The removals of SiO₃-Siin the estuary showed that aside from biological removal, there was a main effect coming from seawater dilution.