陳丹婷, 柯志新, 3,*, 譚燁輝, 劉甲星

汕頭南澳—東山海域營(yíng)養(yǎng)鹽季節(jié)分布特征及其對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的潛在性限制

陳丹婷1, 2, 柯志新1, 2, 3,*, 譚燁輝1, 2, 劉甲星1, 2

1. 中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所, 中國(guó)科學(xué)院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510301 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué), 北京 100049 3. 廣東省應(yīng)用海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣州 510301

營(yíng)養(yǎng)鹽是水體初級(jí)生產(chǎn)力和漁業(yè)資源產(chǎn)出的重要限制性因子。2015—2017年在汕頭南澳和福建東山之間的海域設(shè)置了14個(gè)采樣點(diǎn), 分四個(gè)季節(jié)監(jiān)測(cè)了該海域溫鹽和營(yíng)養(yǎng)鹽的空間分布特征。結(jié)果表明, 調(diào)查海域北部陸源徑流輸入是營(yíng)養(yǎng)鹽空間分布產(chǎn)生差異的最重要因子, 以溶解無(wú)機(jī)氮(DIN)和活性硅酸鹽(DSi)受影響最為明顯, 春季和夏季受徑流營(yíng)養(yǎng)鹽輸入的影響最大, 冬季受影響最小。南澳—東山海域的DIN、溶解無(wú)機(jī)磷(DIP)和DSi的濃度在表層周年平均分別為9.21、0.46和25.5 μmol·L–1, 底層分別為8.96、0.50和22.5 μmol·L–1。各營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度基本表現(xiàn)為由西北近海向東南遠(yuǎn)海遞減, 季節(jié)平均值表現(xiàn)為冬季>春季>夏季>秋季。冬季受閩浙沿岸流南下入侵的影響, 營(yíng)養(yǎng)鹽呈現(xiàn)出全年最高濃度, 表層平均DIN濃度是其他季節(jié)的三倍以上。春夏秋冬四個(gè)季節(jié)表層平均DIN/DIP比分別為24.3, 38.8, 6.7和24, 底層平均分別為15.4, 31.1, 9.6和23.6, 秋季水體的DIN/DIP比明顯低于其他幾個(gè)季節(jié)?？偟膩砜? 南澳—東山海域的營(yíng)養(yǎng)鹽限制在不同季節(jié)變動(dòng)較大: 春季近岸表現(xiàn)為相對(duì)磷限制, 遠(yuǎn)岸水體則表現(xiàn)為相對(duì)氮限制; 夏季和冬季都主要表現(xiàn)為磷的相對(duì)限制, 部分遠(yuǎn)海海域在夏季甚至出現(xiàn)磷的絕對(duì)限制; 秋季則主要表現(xiàn)為氮的相對(duì)限制。本研究系統(tǒng)闡述了南澳—東山海域營(yíng)養(yǎng)鹽限制的季節(jié)演替規(guī)律及變化機(jī)制, 為該海域生態(tài)環(huán)境管理和漁業(yè)增養(yǎng)殖規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

營(yíng)養(yǎng)鹽; 海洋牧場(chǎng); 河流輸入; 營(yíng)養(yǎng)鹽限制; 南澳

0 前言

水體中的氮(N)、磷(P)和硅(Si)等營(yíng)養(yǎng)鹽是浮游生物繁殖和生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ), 它們的含量和比例對(duì)浮游植物的生產(chǎn)力水平以及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有重要的影響[1, 2], 是漁業(yè)資源產(chǎn)出的重要影響因子。近海生態(tài)系統(tǒng)受到陸源輸入和人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響, 水體中營(yíng)養(yǎng)鹽含量及結(jié)構(gòu)的變化可以很好的反映海區(qū)內(nèi)的生態(tài)環(huán)境狀況[3, 4]。研究營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)空分布及其對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的限制性情況對(duì)海域生態(tài)環(huán)境管理以及漁業(yè)增養(yǎng)殖規(guī)劃有重要意義。

南澳島周邊海域是粵東重要的海產(chǎn)品養(yǎng)殖基地, 被列為我國(guó)重要的海洋牧場(chǎng)示范區(qū)之一[5–6]。該海域主要以筏式養(yǎng)殖和網(wǎng)箱為主, 主要養(yǎng)殖對(duì)象為太平洋牡蠣、壇紫菜和龍須菜等。目前, 對(duì)南澳島周邊海水營(yíng)養(yǎng)鹽的研究主要集中在南澳至柘林灣的近岸大型海藻栽培區(qū)和魚貝養(yǎng)殖水域[7–9]。研究表明, 此海域的海水富營(yíng)養(yǎng)化程度呈現(xiàn)由西北部柘林灣向東南海域, 近岸海域向離岸海域遞減的變化趨勢(shì)[10]。柘林灣等近海養(yǎng)殖水域的浮游植物生長(zhǎng)一般受到磷營(yíng)養(yǎng)鹽的限制[11–12]。受養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大和生活污水排放的影響, 南澳島近海部分水域的水質(zhì)衰退嚴(yán)重[11, 13]。根據(jù)營(yíng)養(yǎng)鹽等水環(huán)境參數(shù)合理規(guī)劃養(yǎng)殖區(qū)域和模式, 是漁業(yè)增養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的前提。南澳島至福建東山之間的海域面積約4600 km2, 水質(zhì)優(yōu)良, 底質(zhì)以泥沙和礁石為主[7], 具有巨大的漁業(yè)資源增養(yǎng)殖潛力, 但是對(duì)此海域生態(tài)環(huán)境特征的報(bào)道還很少。本研究根據(jù)2015—2017年汕頭南澳至東山海域春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)的海水營(yíng)養(yǎng)鹽調(diào)查數(shù)據(jù), 分析了該海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和結(jié)構(gòu)的時(shí)空分布特征, 并探討了氮、磷、硅營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的潛在性限制。營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征與水體初級(jí)生產(chǎn)力水平密切相關(guān), 可為合理規(guī)劃養(yǎng)殖品種結(jié)構(gòu)和布局提供科學(xué)依據(jù), 為南澳周邊海洋牧場(chǎng)的建設(shè)提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

采樣于2014年9月(秋季)、12月(冬季)、2015年4月(春季)、2016年7月(夏季)分四個(gè)季節(jié)進(jìn)行, 在汕頭南澳至福建東山之間30 m以淺的海域進(jìn)行了水體理化因子、葉綠素和初級(jí)生產(chǎn)力等項(xiàng)目的調(diào)查工作(圖1)。共設(shè)置14個(gè)調(diào)查站位, 其中S1-S7站位于近岸, 水深一般小于15 m, 靠近大型海藻和貝類吊養(yǎng)的養(yǎng)殖區(qū); S8-S14位于遠(yuǎn)岸的開放水域, 水深一般大于20 m, 是傳統(tǒng)的捕撈作業(yè)區(qū)。水樣用5 L有機(jī)玻璃采水器采集, 表層水采集于水面下0.5 m處, 底層水采集于底部以上約1 m處。水體的溫度和鹽度等參數(shù)由水質(zhì)多參數(shù)儀(YSI-6600, USA)在采樣時(shí)由原位測(cè)定。

將水樣用孔徑為0.7 μm的玻璃纖維濾膜(GF/F)過濾, 過濾后的濾液放入-20℃冰箱冷凍保存, 回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)鹽分析。海水的氮鹽和硅酸鹽用注射式營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀(Lachat QC8500, USA)測(cè)定, 其中硝酸鹽(NO3?-N)用鎘柱還原法, 亞硝酸鹽(NO2?-N)用重氮-偶氮法, 銨氮(NH4+-N)采用次溴酸鈉氧化法, 活性硅酸鹽(DSi)采用硅鉬藍(lán)法?；钚粤姿猁}(DIP)用磷鉬藍(lán)分光光度法[14]測(cè)定。硝酸鹽、亞硝酸鹽和銨氮的總和記為溶解無(wú)機(jī)氮(DIN)。

圖1 南澳—東山海域地圖及調(diào)查站位分布

Figure 1 Map of Nan’ao-Dongshan coastal region and location of sampling stations

營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的潛在限制性分析依據(jù)Justic[15]和Dortch[16]等總結(jié)的原則進(jìn)行: DIN/DIP 小于10且DSi/DIN 大于1, 表現(xiàn)為溶解無(wú)機(jī)氮的相對(duì)限制, 如果同時(shí)DIN的濃度小于1 μmol·L–1, 則表現(xiàn)為溶解無(wú)機(jī)氮的絕對(duì)限制; DIN/DIP 大于 22且DSi/DIP 大于22, 則表現(xiàn)為磷酸鹽的相對(duì)限制, 如果同時(shí)DIP的濃度小于0.1 μmol·L–1, 則表現(xiàn)為磷酸鹽的絕對(duì)限制; DSi/DIP小于10且DSi/DIN小于1, 表現(xiàn)為硅酸鹽的相對(duì)限制, 如果同時(shí)DSi的濃度小于2 μmol·L–1, 則表現(xiàn)為硅酸鹽的絕對(duì)限制。平面分布的站位圖和等值線圖均用Surfer 11.0(Golden Software)軟件生成。不同季節(jié)間營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和比值的差異性使用統(tǒng)計(jì)軟件(SPSS 19.0)的成對(duì)樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

2.1 水溫和鹽度的季節(jié)分布特征

南澳—東山海域表、底層海水周年平均溫度為22.67 ℃和21.03 ℃。春、夏、秋、冬季表層水溫平均分別為21.83 ℃、24.37 ℃、27.39 ℃和17.1 ℃, 底層水溫平均分別為21.25 ℃、21.26 ℃、24.41 ℃和17.2 ℃(表1)。其中冬季和春季表底的溫度差異較小, 而夏季和秋季表底水溫差異較大, 平均相差近3 ℃。從水平分布上看, 冬季水溫從北至南逐漸增加, 近岸低于遠(yuǎn)岸; 夏季和秋季, 遠(yuǎn)岸的水體可能受到臺(tái)灣淺灘上升流的影響溫度降低, 使近岸水溫高于遠(yuǎn)岸; 春季表層水溫分布則比較均勻, 近岸和遠(yuǎn)岸差異不大(圖2)。

表1 南澳—東山海域表底層水溫、鹽度和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的季節(jié)平均值

南澳—東山海域海水的鹽度表、底層周年平均分別為31.31和32.76。春、夏、秋、冬季表層鹽度平均分別為33.32, 30.73, 31.30和29.90, 底層鹽度平均分別為33.73, 34.56, 32.88和29.87, 表、底層的平均鹽度均在冬季呈現(xiàn)最低值?？拷狭譃晨诘恼疚凰募揪尸F(xiàn)出最低的鹽度, 夏季S1和S2站表層鹽度最低分別達(dá)到22.12和23.05(圖3)。夏季表層和底層鹽度差異最大, 在近岸水域相差接近10。春季和冬季表、底層的鹽度都非常接近, 差異一般小于1。除夏季外, 南澳東山海域鹽度各個(gè)季節(jié)水平分布上變化不大。

2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的季節(jié)分布特征

南澳—東山海域水體DIN濃度的周年表、底平均值分別為9.21和8.96 μmol·L–1。春、夏、秋、冬季表層DIN濃度平均分別為6.36, 7.21, 3.21和20.06 μmol·L–1; 底層DIN平均分別為3.92, 7.70, 5.12和19.10 μmol·L–1。冬季的DIN濃度顯著高于其他三個(gè)季節(jié), 是其他季節(jié)的四至五倍。表、底層DIN的濃度分布都以西北向東南方向遞減, 以春、夏季規(guī)律最為明顯(圖4)。春季和夏季DIN的水平分布差異最大, 外海的DIN濃度較低, 只有4—6 μmol·L–1, 而柘林灣口附近水域DIN濃度則超過20 μmol·L–1。DIN與鹽度的平面分布基本呈相反的趨勢(shì), 表明氮營(yíng)養(yǎng)鹽的空間分布主要受近岸沖淡水的影響。值得注意的是, 冬季整個(gè)調(diào)查海域的DIN都維持在較高的水平, 表層DIN在該季節(jié)的變動(dòng)范圍為12.3—23.7 μmol·L–1。秋季的DIN濃度最低, 表層除了靠近哲林灣的S1站位最高達(dá)到12.5 μmol·L–1之外, 其余站位的濃度都低于5 μmol·L–1, 最低出現(xiàn)在詔安灣口的S3站(1.3 μmol·L–1)。在春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié), 表層水體硝酸鹽在DIN中所占比例分別為56%、54%、36%和92%, 底層水體中硝酸鹽所占比例分別為66%、63%、49%和92%。DIN一般主要由NO3?-N貢獻(xiàn), 但是在秋季表層NH4+-N對(duì)DIN的貢獻(xiàn)平均達(dá)到56%。

圖2 南澳—東山海域表底層水溫(℃)的季節(jié)分布特征

Figure 2 Seasonal distributions of surface and bottom temperature in the coastal region of Nan’ao-Dongshan

圖3 南澳—東山海域表底層水體鹽度的季節(jié)分布特征

Figure 3 Seasonal distributions of surface and bottom salinity in the coastal region of Nan’ao-Dongshan

南澳—東山海域水體DIP的濃度周年表、底平均值分別為0.46和0.50 μmol·L–1。春、夏、秋、冬季表層DIP濃度平均分別為0.46, 0.19, 0.52和0.89 μmol·L–1; 底層DIP的濃度平均分別為0.25, 0.31, 0.44和0.85 μmol·L–1。冬季DIP的濃度顯著高于其他三個(gè)季節(jié)。DIP濃度的高值區(qū)一般位于靠近柘林鎮(zhèn)的近岸水域, 但在秋季南澳島西北部水域也出現(xiàn)了較高濃度的DIP(圖5)。在夏季, 調(diào)查海域表層DIP的濃度小于底層, 但在其他三個(gè)季節(jié)表層DIP濃度則均高于底層, 又以春季最為明顯, 冬季差異最小。

圖4 南澳—東山海域表底層溶解無(wú)機(jī)氮(μmol·L–1) 的季節(jié)分布特征

Figure 4 Seasonal distributions of DIN concentration (μmol·L–1) in the coastal region of Nan’ao-Dongshan

圖5 南澳—東山海域表底層溶解無(wú)機(jī)磷(μmol·L–1) 的季節(jié)分布特征

Figure 5 Seasonal distributions of DIP concentration (μmol·L–1) in the coastal region of Nan’ao-Dongshan

南澳—東山海域水體DSi的濃度周年表、底平均值分別為25.5和22.5 μmol·L–1。春、夏、秋、冬季表層DSi濃度平均分別為11.81, 43.7, 16.70和29.80 μmol·L–1; 底層DSi濃度平均分別為7.45, 34.7, 19.63和28.05 μmol·L–1。調(diào)查海域春季DSi的濃度顯著低于秋季和冬季, 以冬季濃度最高。整體上看, DSi濃度在四個(gè)季節(jié)表、底均呈現(xiàn)由西北向東南逐漸降低的趨勢(shì)(圖6)。春季和冬季DSi的水平分布規(guī)律相似, 高值區(qū)位于詔安灣灣口; 夏季和秋季DSi濃度在柘林灣口S1站出現(xiàn)最高值。春季和夏季表層DSi濃度顯著高于底層, 但是在秋季表層的DSi略低于底層, 冬季表、底層DSi濃度差異最不明顯。

2.3 營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的季節(jié)分布特征

調(diào)查海域的DIN/DIP, DSi/DIN和DSi/DIP比在表層周年平均分別為23.4, 5.2和109.8; 在底層周年平均分別為19.9, 3.4和61.9。DIN/DIP比變動(dòng)范圍為2.7—117.5, 春、夏、秋、冬季表層DIN/DIP比平均分別為24.3, 38.8, 6.7和24, 底層平均分別為15.4, 31.1, 9.6和23.6, 秋季的DIN/DIP比顯著低于其他幾個(gè)季節(jié)(圖7)。從水平分布上看, 春季和夏季的DIN/DIP的分布規(guī)律相似, 高值一般出現(xiàn)在靠近柘林灣的S1站, 然后向東南部外海遞減, 在南澳島北部海域梯度變化劇烈(圖8)。在夏季S1站表底層的DIN/DIP比分別達(dá)到111和118。秋季, 調(diào)查海域的N/P比變動(dòng)范圍為2.7—12.4, 水平分布比較均勻, 近岸和遠(yuǎn)岸差異不大, 表層略低于底層。冬季整個(gè)調(diào)查海域的DIN/DIP比都維持在一個(gè)較高的水平, 表層DIN/DIP變動(dòng)范圍為18—33, 表底層都表現(xiàn)出近岸低于遠(yuǎn)岸的趨勢(shì), 但是空間差異沒有春季和夏季顯著。表層DSi/DIN在春、夏、秋的平均值分別為2.3, 10.4, 6.7和1.5, 底層平均為2.3, 5.2, 4.7和1.5。夏季, DSi/DIN表底均表現(xiàn)出由近岸向東南部遠(yuǎn)海逐步增加的趨勢(shì), 最高值均出現(xiàn)在南澎島附近的S11站, 分別達(dá)到39.9和9.7。其他季節(jié), DSi/DIN則基本表現(xiàn)為由近岸向遠(yuǎn)岸逐漸降低, 冬季水平差異最小。表層DSi/DIP在春、夏、秋、冬的平均值分別為51.5, 316.3, 36.4和34.8; 底層平均為30.4, 142.9, 39.8和34.6(圖7)。夏季的DSi/DIP比顯著高于其他幾個(gè)季節(jié), 近岸水域一般呈現(xiàn)出較大的DSi/DIP。

3 討論

3.1 營(yíng)養(yǎng)鹽濃度季節(jié)分布特征及影響因素

本次調(diào)查的南澳—東山海域?qū)儆诒容^開放的水體, 與外海水體交換通暢, 水質(zhì)總體良好。鹽度和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的分布規(guī)律表明, 南澳島與柘林鎮(zhèn)之間的水域常年受到地表徑流沖淡水所帶來的豐富營(yíng)養(yǎng)鹽的影響, 黃岡河等陸源徑流輸入是導(dǎo)致南澳島周邊海域營(yíng)養(yǎng)鹽分布時(shí)空差異的主要原因。表、底層各營(yíng)養(yǎng)鹽的高值區(qū)均基本發(fā)生在南澳島北部的S1站, 尤以夏季影響最為顯著, 其時(shí)北部近岸的S1、S2調(diào)查站位的表層鹽度低至22.1和23.1, DIN濃度均超過20 μmol·L–1?？偟膩砜? 陸源徑流輸入對(duì)DIN和DSi的空間分布影響最為明顯, 但是對(duì)DIP濃度的分布影響不明顯, 這表明周邊徑流攜帶的營(yíng)養(yǎng)鹽中氮相對(duì)于磷更為豐富。受北部近岸徑流的影響, 南澳島的北邊的營(yíng)養(yǎng)鹽一般遠(yuǎn)高于南部, 底層尤為顯著, 本研究中北邊的S1站底層的DIN濃度在春、夏、秋季一般可達(dá)到南部S5站的四倍。調(diào)查的過程中發(fā)現(xiàn), 南澳島周邊都有大型海藻的養(yǎng)殖, 從營(yíng)養(yǎng)鹽濃度分布來看南澳島北部的養(yǎng)殖效果肯定優(yōu)于南部。

圖6 南澳—東山海域表底層活性硅酸鹽(μmol·L–1) 的季節(jié)分布特征

Figure 6 Seasonal distributions of silicate concentration (μmol·L–1) in the coastal region of Nan’ao-Dongshan

圖7 南澳—東山海域表底層平均氮磷比(DIN/DIP)、硅氮比(DSi/DIN)和硅磷比(DSi/DIP)的季節(jié)差異

Figure 7 Seasonal differences of surface and bottom average DIN/DIP ratios, DSi/DIN ratios, and DSi/DIP ratios in the coastal region of Nan’ao-Dongshan

調(diào)查結(jié)果顯示, 南澳—東山海域冬季的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度顯著高于其他幾個(gè)季節(jié), 而且從水平分布來看, 這些營(yíng)養(yǎng)鹽不是從周邊陸源徑流輸入的, 在遠(yuǎn)岸的水域也具有較高的濃度。分析認(rèn)為, 這可能與冬季時(shí)高營(yíng)養(yǎng)鹽的閩浙沿岸流南下入侵有關(guān)。王翠[17]等研究認(rèn)為, 東山灣海域無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽最高含量均出現(xiàn)在冬季, 也是主要受到閩浙沿岸流的影響。閩浙沿岸流的起源于長(zhǎng)江口和杭州灣一帶, 具有低溫、低鹽和富含營(yíng)養(yǎng)鹽等特征。眾多研究認(rèn)為, 閩浙沿岸流的擴(kuò)展范圍處于變化過程中, 向南可影響到東山至南澳島附近海域, 其主要影響因素是東北季風(fēng)的強(qiáng)弱[18–19]。近二十年來, 原產(chǎn)北方的龍須菜、紫菜等大型海藻成功在當(dāng)?shù)匾N推廣, 現(xiàn)在已成為當(dāng)?shù)貪O民收入的重要支柱[12, 20]。冬季是南澳周邊海域大型海藻的主要栽培季節(jié), 從調(diào)查的結(jié)果來看, 冬季水體中較高的營(yíng)養(yǎng)鹽也是該海域大型海藻養(yǎng)殖成功推廣的重要基礎(chǔ)條件?？梢酝茰y(cè), 閩浙沿岸流在南澳島周邊的興盛和消退與南澳島周邊大型海藻的長(zhǎng)勢(shì)密切相關(guān)。另外, 在冬季東北季風(fēng)和寒潮的擾動(dòng)下表底水的混合劇烈, 也促進(jìn)了該海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的升高。

圖8 南澳—東山海域表底層氮磷比(DIN/DIP)的季節(jié)分布特征

Figure 8 Seasonal distributions of surface and bottom DIN/DIP ratios in the coastal region of Nan’ao-Dongshan

3.2 營(yíng)養(yǎng)鹽的限制性分析

浮游植物的生長(zhǎng)不但受到營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度的影響, 也受到營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的限制。Justic[15]和Dortch[16]等根據(jù)浮游植物的生長(zhǎng)吸收規(guī)律, 建立了系統(tǒng)評(píng)估某一營(yíng)養(yǎng)鹽的化學(xué)計(jì)量限制標(biāo)準(zhǔn)。浮游植物受營(yíng)養(yǎng)鹽限制的分析結(jié)果見表2。春季, 調(diào)查海域在表底層浮游植物生長(zhǎng)受控于氮限制出現(xiàn)的幾率分別為36%和64%, 而表底出現(xiàn)受控于磷相對(duì)限制的幾率分別為36%和21%。夏季, 主要受磷限制, 表底層相對(duì)磷限制的站位分別達(dá)到86%和50%。秋季, 主要受氮限制, 表底層相對(duì)氮限制的站位分別達(dá)到79%和57%?？傮w來看, 夏季和冬季磷是本海域浮游植物生長(zhǎng)的最主要限制因子, 而春季和秋季則以氮為最主要限制因子。

汕頭南澳—東山海域, 水文條件復(fù)雜, 沿岸受到韓江、黃岡河等地表徑流輸入的影響, 遠(yuǎn)岸受到臺(tái)灣淺灘上升流的影響, 水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量和以及初級(jí)生產(chǎn)力水平存在明顯的時(shí)空變化[21]。不同季節(jié)南澳—東山海域的營(yíng)養(yǎng)鹽限制狀況和相關(guān)形成機(jī)制差異較大。春季, 閩浙沿岸流在該海域已經(jīng)消退, 廣大海域主要被受溶解無(wú)機(jī)氮限制的外海水所控制, 但隨著雨季的到來, 近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽開始受到徑流輸入的影響, 總體表現(xiàn)出近岸到遠(yuǎn)岸從磷相對(duì)限制轉(zhuǎn)向氮相對(duì)限制; 另一方面, 季風(fēng)間期風(fēng)浪小導(dǎo)致營(yíng)養(yǎng)鹽從南海深層的補(bǔ)充較少, 局部遠(yuǎn)海表層出現(xiàn)硅的絕對(duì)限制。夏季, 陸源徑流輸入影響強(qiáng)烈, 低鹽水團(tuán)擴(kuò)展到南澳島北部的大部分海域, 徑流輸入帶來了充沛的溶解無(wú)機(jī)氮促使浮游植物大量生長(zhǎng), 在生物吸收的作用下, 整個(gè)水域基本呈現(xiàn)出磷相對(duì)限制, 在部分遠(yuǎn)海海域甚至出現(xiàn)磷的絕對(duì)限制。秋季, 隨著陸源徑流輸入的減少, 營(yíng)養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)為依靠外海水交換補(bǔ)充, 整個(gè)水域只呈現(xiàn)出氮的相對(duì)限制。冬季, 閩浙沿岸流南下為南澳周邊海域帶來了豐富的營(yíng)養(yǎng)鹽[17], 該水團(tuán)受淡水徑流輸入的影響較大, 整體表現(xiàn)出氮相對(duì)于磷過剩, 在生物吸收的作用下最終大部分水域呈現(xiàn)出磷相對(duì)限制(圖9)。一般認(rèn)為, 氮營(yíng)養(yǎng)鹽一般是南海限制海洋初級(jí)生產(chǎn)力的最重要因子[22]。從本研究的結(jié)果來看, 氮的限制對(duì)南澳—東山海域影響不大, 調(diào)查期間DIN的濃度波動(dòng)范圍為1—2 μmol·L–1, 始終保持在較高的濃度水平。但是, 夏季和冬季南澳—東山海域都呈現(xiàn)出相對(duì)磷限制, 夏季的磷限制情況更為突出, 有兩個(gè)站位的DIP濃度低于0.1 μmol·L–1。營(yíng)養(yǎng)鹽是影響浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力的最直接因素, 但另一方面營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度分布也顯著受到浮游植物生長(zhǎng)吸收的影響[23]。張俊梅等[7]認(rèn)為, 夏季降水的增加使氮的輸入增大, 以及浮游植物對(duì)磷的大量利用是南澳近岸海域氮高磷低的主要原因。本次研究中, 夏季顯著的磷相對(duì)限制便可能是由該季節(jié)浮游植物的旺盛生長(zhǎng)所造成, 本次調(diào)查中夏季表層平均葉綠素a含量達(dá)到8.2 μg·L–1, 而春季表層葉綠素a含量平均僅為1.47 μg·L–1[21]?？梢灶A(yù)見, 夏季此海域外源磷的額外輸入將會(huì)極大促進(jìn)浮游植物生物量的升高。本研究首次系統(tǒng)闡述了南澳—東山海域營(yíng)養(yǎng)鹽限制的季節(jié)演替規(guī)律及變化機(jī)制, 對(duì)海洋牧場(chǎng)功能區(qū)的規(guī)劃以及合理安排養(yǎng)殖生產(chǎn)活動(dòng)有重要參考意義。

表2 不同季節(jié)南澳—東山海域表底層各營(yíng)養(yǎng)鹽作為單一限制因子的出現(xiàn)幾率(%)

圖9 南澳—東山海域表底層營(yíng)養(yǎng)鹽相對(duì)限制性的季節(jié)特征

Figure 9 Seasonal distributions of nutrient limitation in the surface and bottom waters of Nan’ao-Dongshan coastal region

4 結(jié)論

1. 南澳—東山海域水質(zhì)良好, 大部分站位營(yíng)養(yǎng)鹽含量始終保持在中低等水平。除了冬季水體DIN平均濃度達(dá)到20 μmol·L–1以上外, 其他季節(jié)大部分水域的DIN濃度均小于5 μmol·L–1。

2. 黃岡河等陸源徑流輸入是導(dǎo)致南澳—東山海域營(yíng)養(yǎng)鹽空間差異的主要原因, 南澳島北部海域營(yíng)養(yǎng)鹽顯著高于南部, 更有利于大型海藻的養(yǎng)殖。

3. 南澳—東山海域冬季的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度顯著高于其他季節(jié), 應(yīng)該是受到閩浙沿岸流南下入侵的影響。

4. 南澳—東山海域營(yíng)養(yǎng)鹽的限制作用季節(jié)差異明顯: 春季近岸表現(xiàn)為磷相對(duì)限制, 遠(yuǎn)岸水體則表現(xiàn)為氮相對(duì)限制; 夏季和冬季主要表現(xiàn)為磷的相對(duì)限制, 夏季遠(yuǎn)海局部海域出現(xiàn)磷的絕對(duì)限制; 秋季主要表現(xiàn)為氮的相對(duì)限制。

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Seasonal distribution of nutrients concentrations and the potential limitation for phytoplankton growth in the coastal region of Nan'ao-Dongshan

CHEN Danting1, 2, KE Zhixin1, 2, 3,*, TAN Yehui1, 2, LIU Jiaxing1

1. Key Laboratory of Tropical Marine Bio-resources and Ecology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China 3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Applied Marine Biology, Guangzhou 510301, China

Analyzing the distribution and limitation of nutrients is of great significance in the evaluation of the marine ecological environment. From 2015 to 2017, 14 sampling stations were set up in the surface water of the Nan'ao-Dongshan coastal area, and the spatial distribution patterns of temperature, salinity and nutrients concentrations were investigated during four seasons. The results showed that the river discharge from the north was the most important factor regulating the spatial distribution of nutrient concentration. DIN and DSi were most affected by the riverine input, especially during spring and summer. The annual average concentrations of DIN, DIP and DSi were 9.21, 0.46, and 25.5 μmol·L L–1in the surface, and 8.96, 0.50, and 22.5 μmol·L–1in the bottom, respectively. In general, nutrient concentrations decreased from northwest to southeast in the survey region during all four seasons, and the average values were winter > spring > summer > autumn. Nutrient concentrations showed the highest concentration in winter, in which the average surface DIN was higher than three times than other seasons. It could be attributed to the influence of the southward invasion of the Fujian-Zhejiang coastal current in the winter. Average DIN/DIP ratios were 24.3, 38.8, 6.7 and 24 in the surface water, and were 15.4, 31.1, 9.6 and 23.6 in the bottom, respectively. The DIN/DIP ratios in the autumn were significantly lower than other seasons. The potential nutrient limitation varied greatly among different seasons in the coastal region of Nan’ao-Dongshan. In spring, it showed relative phosphorus limitation in the inshore, while the relative nitrogen limitation in the offshore. In the summer and winter, it mainly showed relative phosphorus limitation. Absolute phosphorus limitation was found in some offshore stations in summer. While in autumn, there was mainly potential nitrogen limitation. Our results suggested that the spatial and temporal distribution of nutrients was controlled by riverine input, coastal current, and phytoplankton utilization in the Nan'ao-Dongshan coastal area.

nutrients; marine ranching; river discharge; nutrients limitation; Nan'ao Island

10.14108/j.cnki.1008-8873.2020.04.006

陳丹婷, 柯志新, 譚燁輝, 等. 汕頭南澳—東山海域營(yíng)養(yǎng)鹽季節(jié)分布特征及其對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的潛在性限制[J]. 生態(tài)科學(xué), 2020, 39(4): 41–50.

CHEN Danting, KE Zhixin, TAN Yehui, et al. Seasonal distribution of nutrients concentrations and the potential limitation for phytoplankton growth in the coastal region of Nan'ao-Dongshan[J]. Ecological Science, 2020, 39(4): 41–50.

P76 2

A

1008-8873(2020)04-041-10

2019-12-26;

2020-02-06

國(guó)家科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)項(xiàng)目(2017FY201404); 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2017YFA0603204); 公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201403008); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31670458)

陳丹婷(1996—), 女, 江西宜春人, 碩士, 主要從事海洋生態(tài)學(xué)研究, E-mail: cdt9696@foxmail.com

柯志新, 男, 博士, 副研究員, 主要從事海洋生態(tài)學(xué)研究, E-mail: kzx@scsio.ac.cn