夏季和冬季遼東灣海域水體中葉綠素a含量分布特征

王 昆，吳 景，杜 靜，王年斌

( 遼寧省海洋水產科學研究院，遼寧省海洋環境監測總站，遼寧 大連 116023 )

夏季和冬季遼東灣海域水體中葉綠素a含量分布特征

王 昆，吳 景，杜 靜，王年斌

( 遼寧省海洋水產科學研究院，遼寧省海洋環境監測總站，遼寧 大連 116023 )

為研究遼東灣海域水體中葉綠素a含量的分布特征，于2013年8月(夏季)和12月(冬季)在遼東灣設置38個站位，分別采集了表、中、底層的海水樣品，檢測夏季和冬季兩個航次水體中葉綠素a的含量，分析該海域葉綠素a的季節分布與空間變化特征。同時利用相關性統計分析的方法，將各水質因子對葉綠素a含量影響的差異顯著性進行了分析。結果顯示，調查海域夏季的葉綠素a平均質量濃度為6.90 μg/L，冬季為1.26 μg/L，時間分布上夏季質量濃度明顯高于冬季；空間水平分布上，夏季遼東灣灣口的平均葉綠素a質量濃度明顯高于灣內的平均質量濃度，而冬季則越靠近灣口處葉綠素a的平均質量濃度越低，與夏季規律正好相反；空間垂直分布上，夏季表層葉綠素a的質量濃度最高，10 m層次之，底層的質量濃度最低；而冬季的葉綠素a質量濃度則呈現10 m層最高，底層次之，表層質量濃度最低的趨勢。說明遼東灣葉綠素a含量存在明顯的時間和空間分布特征；結合同期的溫度、鹽度、溶解氧等環境因子的調查結果，統計分析結果表明調查海域中環境因子溫度、鹽度、溶解氧和營養鹽的季節性變化是導致葉綠素a含量趨勢變化的最可能原因之一。

遼東灣；葉綠素a；時間分布特征；空間分布規律

遼東灣位于渤海東北部，岸線曲折復雜，屬于三面環陸，一面臨海的典型半封閉型海灣，位于N 38°43′～40°58′，E 119°14′～121°58′，四周被大連、營口、盤錦、錦州、葫蘆島、綏中等五市所環繞，面積約為545 km2，海底地形自東西兩側向灣中南部傾斜，灣東側水深大于西側，最深處約32 m，位于灣口的中央部分，灣口寬度約為188 km，周邊有大遼河、遼河、大凌河、小凌河、六股河等多條河流注入。該灣生物多樣性豐富，是對蝦和海蜇(Rhopilemaesculenta)的重要產卵場與索餌場，所以其環境質量的好壞直接關系到生物的生存和沿岸居民的經濟收入。近年來，隨著沿岸經濟的飛速發展，遼東灣周圍逐漸形成了高度密集的臨海產業區，受到陸源排污和人工養殖等多方面的影響，排入遼東灣的污染物量在逐年累加[1-2]，加之環境氣候的變化使徑流量明顯逐年減少，導致海灣海水環境質量嚴重下降[3]。由于渤海屬于內海，遼東灣又是位于渤海最內部的海灣，水體交換能力自然很有限，不利于污染物質的擴散輸出，易于導致海灣水體富營養化和赤潮的發生。葉綠素a含量對于水質和富營養化評價、赤潮探測及海洋生產力研究有重要意義。水體葉綠素a含量是衡量浮游植物分布、水體初級生產力和富營養化狀況的一個基本指標[4-8]，監測和分析葉綠素a含量的時空分布特征[9-13]對于水體中浮游植物生物量評估和海洋環境監測非常重要，而且通常也能用于研究水域初級生產力的時空變化。2009年,陶建華等[14]對渤海灣葉綠素a的含量變化與該海域氮、磷營養鹽的含量關系進行過研究；孫曉霞等[15]于2011年對膠州灣1984—2008年的葉綠素a含量的動態變化及其影響因素進行過系統分析；張海生等[16]也于2014年對南極普里茲灣1990—2002年葉綠素a含量的時空特征及其影響因素進行過整合研究，但對遼東灣近年葉綠素a的時空分布特征方面的研究尚未見報道。筆者正是在前人研究的基礎上進一步對遼東灣浮游植物的現存量——葉綠素a的含量進行了調查測定，探討遼東灣的不同季節、不同站位及水平和垂直分布的葉綠素a含量動態變化特征，以此來為遼東灣的生物多樣性及生態系統變化研究提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 調查時間與站位布置

2013年8月和12月對遼東灣進行了兩個季節的38個站位的海水水質環境調查，具體站位布置見圖1。

1.2 樣品采集分析

樣品采集分析分為樣品采集方法和測定分析方法。

圖1 采樣海域的站位布置

水樣的采集方法是使用采水器按照《海洋生物生態調查技術規程》[17]的規定進行，采集海水的體積視調查海區而定，對于遼東灣可過濾500～800 mL，采樣水層分為表層(水面下0.5 m)、10 m層、底層(水底以上0.5 m)三層。

葉綠素a的測定分析方法參照《海洋監測規范》[18]中的分光光度法。以90%的丙酮溶液提取浮游植物色素，在750、664、647、630 nm波長下測定吸光值，以Jeffrey-Humphrey公式計算葉綠素a的質量濃度：

式中，ρchl-a為葉綠素a的質量濃度(μg/L)；E為各波長下測定的吸光值；v為樣品提取液體積(mL)；V為海水樣品實際用量(L)；L為測定池光程(cm)。

同時，在各個取水樣站位同步獲取溫度、鹽度、溶解氧等數據資料已備后續相關性分析用。

2 結果與分析

2.1 葉綠素a的時間與空間水平分布特征

遼東灣不同季節各站位葉綠素a的垂直平均質量濃度變化見圖2。由圖2可知，夏季遼東灣各站位葉綠素a的平均質量濃度均大于冬季對應站位葉綠素a的質量濃度。夏季，葉綠素a的質量濃度最高值出現在36號站，其分層平均質量濃度為15.00 μg/L，最小值出現在18號站，其分層平均質量濃度為3.37 μg/L。夏季遼東灣灣口5個站位的葉綠素a平均質量濃度為7.13 μg/L，灣內33個站位的平均質量濃度為6.86 μg/L，灣口的質量濃度高于灣內。冬季，葉綠素a的質量濃度最高值出現在29號站，其分層平均質量濃度為1.98 μg/L，最小值出現在37號站，其分層平均質量濃度為0.68 μg/L，可見，冬季的質量濃度最值出現站位與夏季并不位于同站。冬季遼東灣灣口5個站位的葉綠素a平均質量濃度為1.26 μg/L，灣內33個站位的平均質量濃度為1.27 μg/L，灣內的葉綠素a質量濃度略高于灣內，基本與夏季分布相反。通過以上兩個季節的水平分布分析可知，遼東灣冬季的葉綠素a質量濃度分布與夏季有著明顯的不同。

圖2 遼東灣各站位葉綠素a含量的平均值分布

2.2 葉綠素a的空間垂直分布特征

遼東灣分季節38個站位在表層、10 m層和底層的平均葉綠素a質量濃度分布狀況見圖3。由圖3可見，遼東灣表層、10 m層、底層葉綠素a的質量濃度分布均呈現夏季遠高于冬季的特征，分析來看夏季葉綠素a質量濃度大約是冬季質量濃度的4.2～6.3倍。從垂直分布上來看，夏季的葉綠素a質量濃度分布趨勢為表層、10 m層向底層下降的趨勢，但是冬季10 m層的各站位平均的葉綠素a質量濃度略低于底層的質量濃度，而表底層的質量濃度大小幾乎相同，所以可以說，遼東灣冬季各層的葉綠素a含量的垂直分布趨勢變化并不明顯。

2.3 遼東灣的其他水環境因子對葉綠素a含量分布的影響

分季節對遼東灣各個站位的葉綠素a垂直平均質量濃度再進行平均，遼東灣夏季38個站位的分層平均葉綠素a的平均質量濃度為6.90 μg/L，冬季平均質量濃度為1.26 μg/L，可知夏季葉綠素a的平均質量濃度遠高于冬季。同時，通過各個站位的溫度、鹽度、溶解氧現場監測資料分析可知，遼東灣海域夏季和冬季水體中，溫度和溶解氧含量變化較大，但鹽度變化甚微。遼東灣夏季海水溫度較高，為21.1～26.3 ℃，溶解氧的含量偏低；冬季海水溫度較低，為6.3～12.3 ℃，溶解氧的含量偏高。

圖3 遼東灣葉綠素a各站位平均含量的垂直分布

2.4 相關性分析

為研究其他各個調查檢測的水質因子與葉綠素a質量濃度的相關性，利用多元分析中的偏相關分析方法對其相關性進行了統計。分別對遼東灣8月、12月38個站位的葉綠素a值與溫度、鹽度、溶解氧、營養鹽、化學需氧量進行了偏相關分析。結果顯示，葉綠素a的含量與溫度、鹽度、溶解氧和營養鹽的含量關系密切，偏相關系數均在0.970以上，雙側檢驗的相伴概率約為0.008，均小于顯著性水平0.05，故應拒絕原假設，說明遼東灣葉綠素a的含量與溫度、鹽度和、溶解氧和營養鹽的含量存在顯著的相關性。

3 討 論

3.1 葉綠素a的時間與空間水平分布規律

陸源排污的增加、沿海港口碼頭的作業船舶和海上航行作業的機動船的泄露、傾廢以及殘留投餌等多方面的影響，導致了水體交換能力極有限的遼東灣水體富營養化程度日趨嚴重，近年來誘發多次大規模赤潮[19]。胡雪明[3]采用實際檢測與數值模型相結合的方法，給出遼東灣的無機氮、無機磷及化學需氧量的時空分布狀況，并運用綜合指數法評價與探討了遼東灣的富營養化狀況，其中綜合指數法中兩種比較典型的方法是營養狀態指數法和營養狀態質量法，具體是建立營養指數、營養狀態質量指數與化學需氧量、無機氮、無機磷的含量及其標準值之間的數學表達式，利用營養指數與1、營養狀態指數與3之間的關系來判斷海域的富營養化狀況，當營養指數≥1、營養狀態指數>3時，表明水體已經呈現富營養化的特征，營養指數和營養狀態指數值的高低顯示了富營養化程度的重與輕。結果表明，此期間從宏觀上來看遼東灣海域未達到富營養化狀態，但局部海域處于富營養狀態甚至超富營養化。吳金浩等[20]根據2007年春、秋兩季遼東灣北部海域營養鹽的實測數據及相關同步觀測資料，對該海域水體營養鹽的分布特征及主要影響因素進行分析，結果表明，遼東灣春、秋季節各營養鹽含量均高于浮游植物生長的閾值，春季海域基本屬于磷限制，而秋季是僅僅在大遼河口與遼河口附近海域的部分水體屬于磷限制,這表明人為因素導致的陸源營養鹽輸入是遼東灣北部海域營養鹽豐富的主要來源，也是其水體營養結構平衡被打亂的主要誘因，而調查期間的流場狀況及沖淡水擴展也會不同程度的影響遼東灣北部海域營養鹽含量。叢丕福等[21-23]曾基于衛星遙感的反演方法模擬了遼東灣葉綠素a、浮游植物、營養鹽和懸浮物的時空分布，說明遼東灣的葉綠素a分布具有顯著的時間和空間分布特征。另外，水溫和光照也是決定浮游植物生長的關鍵因素，自然也是葉綠素a分布的主要影響因子。遼東灣的主要赤潮藻種為夜光藻(Noctilucascintillans)和中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)，通過本文研究也明顯發現，夏季調查遼東灣海域的環境因子很適合夜光藻和中肋骨條藻的生長，易導致其大量繁殖，消耗水體中的氧，使得海水中的溶解氧含量降低，而遼東灣冬季較低的水溫，不適合藻類的生長繁殖，所以冬季水體中溶解氧的含量自然也就偏高。另外，鹽度這一水質環境因子對藻類的繁殖影響較小，遼東灣夏季、冬季鹽度變化范圍基本很小，而且都屬于適宜夜光藻和中肋骨條藻生長的鹽度范圍。

3.2 葉綠素a的空間垂直分布規律

分不同季節，遼東灣水體中的葉綠素a含量的變化規律為表層大于底層。夏季，海水的水溫顯著升高，達到全年最高值，葉綠素a含量隨水層的加深而減小，同時受夏季降雨徑流的影響，營養鹽含量分布呈現灣口含量高于灣內及灣頂的特征，從而造成了灣口葉綠素a含量也明顯的高于灣內及灣頂。隨河流徑流量的增加，遼東灣總氮的含量也隨之升高，底層含量低于表層，所以葉綠素a含量呈現由表至底減小的趨勢。而冬季，海水溫度為一年之中最低，遼東灣底層總氮的含量與表層幾乎相同，所以冬季遼東灣葉綠素a含量的垂直變化很小。當然，原因也可能是多方面的，比如夏季海水表層的光照好，光合作用旺盛，底層的很多浮游植物就通過垂直遷移的方式運動到水體表層來接受光照生長繁殖，導致表層葉綠素a含量較高；隨著深度的增加，光照度開始減弱，光合作用也隨之衰減，因此夏季底層的葉綠素a含量自然是表層、10 m層、底層3個水層中最低的。

3.3 葉綠素a分布特征總結以及與其他水質因子的相關性分析總結

水體葉綠素a含量是衡量水體初級生產力和富營養化狀況的一個基本指標，檢測和分析葉綠素a的含量變化對于水體中浮游植物生物量評估和海洋環境監測機制的完整建立非常重要，對于評價海域的初級生產力也有比較深入的指導作用。本文通過對遼東灣2013年8月和12月夏、冬兩季的水體葉綠素a含量數據進行檢測分析，可知遼東灣葉綠素a含量存在顯著的時間和空間分布特征。

(1)調查海域夏季的葉綠素a平均質量濃度為6.90 μg/L，冬季為1.26 μg/L，夏季明顯高于冬季，通過各層的葉綠素a平均質量濃度綜合分析計算發現，夏季大約是冬季的4～6倍。這是由于夏季氣溫和水溫均較高，適宜藻類的繁殖，使得夏季的水體葉綠素含量比冬季高，但如果某海域夏季的葉綠素含量持續偏高，比如可能是陸源排污的影響，使其含量超過某一限值，藻類大量繁殖爆發，就會使水體產生富營養化，導致發生赤潮災害，所以對葉綠素a含量的定期檢測對預防赤潮發生具有一定的指導意義。

(2)水平分布上，夏季遼東灣灣口的平均葉綠素a含量明顯高于灣內的平均含量，而冬季則與夏季規律正好相反，這可能是由于夏季遼東灣沿岸由于地表徑流和降雨產匯流等面源輸入的影響，對灣頂及內部的水體起到了一定的稀釋作用，而遼東灣是位于渤海最北部的典型半封閉海灣，水體的平面交換能力非常有限所致。

(3)垂直分布上，夏季隨著層數的增加含量呈現明顯的下降趨勢，而冬季的葉綠素a含量各層分布幾乎相同。這可能是由于夏季外界氣溫很高，隨著層數的增加，水溫下降梯度較大，使藻類的含量變少，葉綠素含量自然會降低。冬季，遼東灣平均水深較淺，在風、潮汐等的動力因素推動下，水體垂直混合比較充分，流速、潮位等水動力要素一般可取垂直平均值來進行分析，而冬季水溫各層均較低，所以冬季各層的水質質量狀況包括葉綠素含量分布幾乎相同。

(4)通過同期的溫度、鹽度、溶解氧、營養鹽等環境因子的變化趨勢也可以說明葉綠素a含量存在著明顯的季節性和空間分布變化規律。通過相關性的統計分析可知，溫度、鹽度和溶解氧是影響葉綠素含量分布的最直接環境因子，營養鹽分布也對葉綠素檢測結果的準確性分析具有顯著的指導作用同時，通過查閱的膠州灣[15]、流沙灣[24]和南海西北部[25]的葉綠素a的分布特征，也都說明了其含量變化呈現一定的季節性，且與其他水質因子存在不同程度的顯著的相關性。所以，本文的分析結果，對充分了解遼東灣的葉綠素a分布、遼東灣的生物多樣性、生態系統變化特征以及研究葉綠素a含量變化對海灣初級生產力的影響均具有重要意義。

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DistributionofChlorophyll-aConcentrationinSeaWatersofLiaodongBayinSummerandWinter

WANG Kun, WU Jing, DU Jing, WANG Nianbin

( Liaoning Ocean Environment Monitoring Station, Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute, Dalian 116023, China )

To investigate the distribution of chlorophyll-a in sea water of Liaodong Bay, 38 samples were collected in surface, interface, and bottom water in two seasons, August (summer) and December (winter) of 2013. The concentrations of chlorophyll-a were monitored and analyzed, and correlation analysis was used to show the linkages between different parameters, to determine the possible influential factors of the variation in chlorophyll-a concentration. The results showed that the average concentration of chlorophyll-a in this area was 6.90 μg/L in summer, and 1.26 μg/L in winter, indicating that there was significantly higher average concentration of chlorophyll-a the in summer than that in winter. Analysis revealed that the level of chlorophyll-a in the mouth of Liaodong bay was higher than that in the inner bay in summer horizontally. However, it has an opposite tendency in winter. Vertically, the maximal level of chlorophyll-a was observed in the surface layer of Liaodong Bay, followed by interface layer and the minimal at the bottom. In winter, the tendency made a great difference, the order of the chlorophyll-a concentration was descrbed as the interface layer, the bottom water and the surface water, showing obvious spatial and temporal distribution of chlorophyll-a. Concerned about the investigation of environmental factors such as temperature, salinity，dissolved oxygen and nutrients during the same period, it is concluded that this finding is primarily attributed to the seasonal variation in environmental factors in this area.

Liaodong Bay; chlorophyll-a; seasonal variation; spatial and temporal distribution

10.16378/j.cnki.1003-1111.2016.06.012

S912

A

1003-1111(2016)06-0675-06

2015-12-02；

2016-02-09.

遼寧省海洋與漁業廳科研項目(201419，201416，201303)；遼寧省科學事業公益研究基金資助項目(2014004019)；遼寧省博士啟動基金資助項目(201601388).

王昆(1979—),女, 副研究員,博士；研究方向:水質檢測及污染物輸運模擬.E-mail:wangkunhky@163.com.通訊作者:王年斌(1957—),男,研究員；研究方向:海洋生態及海洋環境保護.E-mail:wang_nb0415@aliyun.com.cn.