渤海中部營養鹽季節變化及限制統計分析

張海波,王麗莎,石曉勇,裴紹峰,劉鈺博,唐新宇

?

渤海中部營養鹽季節變化及限制統計分析

張海波--1,王麗莎1*,石曉勇1,裴紹峰2,劉鈺博1,唐新宇1

(1.中國海洋大學化學化工學院,山東 青島 266100；2.中國地質調查局濱海濕地實驗室,山東 青島 266071)

根據2013年7月(夏季),11月(秋季)和2014年5月(春季)渤海中部海域營養鹽數據以及溫鹽等數據,以浮游植物對營養鹽的吸收閾值和化學計量關系為判斷標準,對研究海域營養鹽分布、限制狀況以及季節變化特征進行分析,結果表明:調查海域內各營養鹽組分變化均呈現明顯季節性特征,表現為夏季低秋季上升春季下降的趨勢.夏季受沖淡水影響,海水存在層化現象,溶解無機氮(DIN)、PO43--P和SiO32--Si含量分別為(10.33±7.75)、(0.05±0.03)和(3.94±3.19)μmol/L,DIN/P較高,Si/DIN遠低于1,其中表層和10m層存在P和Si限制站位分別達93%、93%和40%、20%,限制狀況嚴重.秋季受底層沉積物擾動再懸浮及營養鹽礦化釋放等因素影響,各種營養鹽含量迅速上升,DIN、PO43--P和SiO32--Si含量為(16.44±6.51)、(0.54±0.20)和(16.94±6.37)μmol/L,分別升高了1.6、10.8和4.3倍,垂向分布差異較小,且僅存在P潛在限制現象.春季由于陸源輸入相對較少,同時受浮游植物吸收等因素影響,各營養鹽含量急劇下降,DIN、PO43--P和SiO32--Si含量分別為(9.04±8.06)、(0.06±0.04)和(2.47±1.90)μmol/L,分別降低了45%、89%和85%,其中部分站位PO43--P和SiO32--Si含量低于閾值,在表層和10m層海水中存在P和Si限制站位分別達70%、65%和55%、50%,對海域內硅藻作為優勢種的浮游植物生長和初級生產力產生影響.

渤海；營養鹽閾值；營養鹽比值；硅磷限制；時空變化

營養鹽是浮游植物生長的物質基礎,其含量和結構對浮游植物群落結構和初級生產力水平具有重要影響,營養鹽缺乏會限制浮游植物的生長和繁殖,過高或結構失衡則會影響浮游植物群落結構穩定,甚至會引發赤潮災害[1]和缺氧(Hypoxia)現象,進而影響海洋漁業資源[2-3].近海生態系統位于大洋與陸地交匯地帶,兼有大洋和陸緣淺灘的生態環境特征,因其周邊多為經濟發展較發達區域,受陸源輸入和人類活動影響劇烈;同時,近岸海域承載著最為密集的人口和最活躍的社會經濟,其海域生態系統穩定與城市環境變化相互影響[4].近海營養鹽含量及結構和季節性變化特征對海區內生態環境狀況具有很好的指示作用[5],研究發現長江口赤潮爆發區高溶解無機氮(DIN)或者高DIN/P有利于甲藻生長,而低DIN/Si或者高硅酸鹽(SiO32--Si)含量有利于硅藻在與甲藻的競爭中占據優勢[6],因此關注近海營養鹽對浮游植物生長限制狀況對了解近海生態環境具有重要的意義.

渤海是我國唯一內海,僅通過渤海海峽的“北進南出”密度流同黃海相通[7],水交換速度慢,是重要的魚蝦等棲息場所,生態價值較大.環渤海沿岸有大小河流40余條,主要分為遼河流域、海河流域以及黃河流域三大水系,每年給渤海帶來大量的營養物質,于志剛等[8]對渤海中部營養鹽系統研究表明近20年來營養鹽濃度和結構均發生顯著變化,DIN含量顯著增加而活性磷和硅明顯降低.硅藻作為渤海海域優勢藻種[5],對渤海海域初級生產力和物質傳輸起到決定性作用[9].近年隨著環渤海經濟圈快速發展,近岸海域環境質量日益惡化,同時陸源輸入氮磷營養鹽總量差異以及河流截留導致的硅酸鹽輸入減少等[10],海域內營養鹽結構失衡且富營養化嚴重導致赤潮頻發[11-13],給浮游植物群落結構以及生態結構的穩定性帶來影響.為進一步了解近年來人類活動對渤海生態環境的影響,本研究重點關注渤海中部營養鹽含量和結構特征,深入分析和統計隨著渤海實行總量控制以來,海域內不同季節營養鹽分布、變化以及對浮游植物生長限制狀況,以期為國家環境控制政策實施效果提供數據支撐.

1 調查區域與分析方法

1.1 調查區域和站位

分別于2013年7月(夏季)、11月(秋季)和2014年5月(春季)搭載東方紅2對渤海進行調查,站點主要集中在中部以及各灣口海域,現場使用CTD- Niskin聯用采水和測定溫度鹽度參數,采樣層次主要為表層、10m層和底層.

圖1 渤海研究區域及站位設置

1.2 樣品采集與分析

水樣經GF/F(Waterman,450℃灼燒4h)過濾后冷凍保存,使用SEAL-AA3連續流動營養鹽分析儀測定,各營養鹽組分均按照海洋調查規范方法(GB/T 12763.4-2007)[14]測定,其中NO3--N和NO2--N采用重氮-偶氮法 (NO3--N銅-鎘還原),NH4+-N使用靛酚藍法,PO43--P使用磷鉬藍法,SiO32--Si以硅鉬藍法測定.NO3--N、NO2--N、NH4+-N、PO43--P、SiO32--Si檢出限分別為0.02,0.02,0.04,0.02,0.03μmol/L.DIN為NO3--N、NO2--N、NH4+-N三組分之和.

1.3 浮游植物生長的營養鹽限制評價方法

表1 營養鹽限制評價標準

浮游植物按照一定比例吸收利用生源要素[15],當營養鹽的含量和結構發生變化,會對浮游植物生長及群落結構產生影響.本文采用氮磷硅營養鹽含量以及三者之間原子比值進行判斷營養鹽對浮游植物限制現狀.首先根據浮游植物對營養鹽吸收動力學研究獲得的閾值[16-17]SiO32--Si=2μmol/L(硅藻), PO43--P=0.03μmol/L,DIN=1μmol/L作為評價標準,當某種營養鹽含量低于此閾值則評定為該項營養鹽為限制因子;如果營養鹽的含量高于閾值,則根據Justic等[18]和Dortch等[19]所總結的浮游植物對不同營養鹽吸收的化學計量關系評價營養鹽的潛在限制性(表1).

2 結果與討論

2.1 渤海鹽度分布與變化特征

渤海地處北溫帶,全年降水量在500~600mm,且周邊河流入海徑流量主要集中在7~10月[20].本研究各季節鹽度在黃河口外受沖淡水影響呈現低鹽海水,鹽度等值線明顯,渤海海峽海域受黃海高鹽海水輸入影響,呈現有明顯的高鹽特征[21].對比不同水層和季節變化發現(表2),受沖淡水的影響,鹽度均表現為由表層向底層逐漸升高的趨勢.夏季(圖2A, B, C)受汛期影響(黃河利津站:2013年6~8月平均流量1110m3/s[22]),海水層化現象明顯,鹽度低于秋季和春季.夏季調查海域海水平均溫度為(17.96±3.71)℃(表2),有利于浮游植物的生長.秋季和春季受周邊河流徑流量減少(黃河利津站:2013年11月平均流量為332m3/s,2014年5月平均流量為410m3/s[22]),黃海高鹽水輸入影響,海域內平均鹽度較夏季升高,分別為29.71±0.90和30.30±0.82.同時受風浪擾動影響,海水垂直混合均勻,鹽度垂向差異不顯著,溫度相對較低不利于浮游植物生長與光合作用.

圖2 調查海域不同季節鹽度分布特征

2.2 營養鹽分布特征

營養鹽作為海洋浮游植物生長和光合作用的必須生源要素,其含量與結構變化同浮游植物群落結構相互影響.如圖3所示,夏季整個研究區域內, DIN和SiO32--Si受陸源輸入影響明顯,在黃河口外出現明顯高值區,最高值分別達到32.16和16.05μmol/L,在北部和海峽處呈現低值區,整個調查海域內平均值分別為(10.33±7.75)和(3.94±3.19) μmol/L;磷酸鹽受“磷負荷削減”計劃影響陸源輸入急劇減少[23],同時受夏季浮游植物對磷“奢侈消費”吸收儲存作用[24]以及北黃海水輸入影響,在研究海域中部和海峽處出現高值,西部呈現低值,整個海域PO43--P平均值為(0.05±0.03)μmol/L,部分站點低于閾值(0.03μmol/L),對浮游植物生長產生磷限制.對比不同水層營養鹽含量發現,DIN在表層濃度范圍為1.23~32.16μmol/L,平均為(11.30±9.83)μmol/L,高于底層[(10.84±6.80)μmol/L]和10m[(8.84±6.49)μmol/ L].SiO32--Si分布同DIN類似,垂向濃度差異小,表層最高[(4.02±4.26)μmol/L]其次為底層和10m (表2),其中表層和10m部分站點中含量低于閾值(2μmol/L),不利于夏季渤海浮游植物優勢種硅藻的生長,限制海洋初級生產力水平.PO43--P在表層和10m層受消耗影響,平均含量均為(0.04±0.02)μmol/L,低于底層.

圖3 夏季各水層營養鹽分布特征

營養鹽濃度單位:mmol/L,下同

秋季入海徑流量減少,沖淡水現象減弱,海水溫度下降光照強度降低,浮游植物對營養鹽的消耗減少,同時消亡的浮游生物逐漸礦化釋放營養鹽[25],各種營養鹽含量升高.如圖4所示,DIN分布呈現從黃河口和萊州灣口向東北降低的趨勢,高值區集中在黃河口和萊州灣灣口,濃度范圍為7.83~30.38μmol/L,平均為(16.44±6.51) μmol/L.PO43--P受混合影響,整體呈現由南部萊州灣外向北升高的趨勢,高值區集中在灤河河口外以及中部海域,較夏季PO43--P濃度急劇升高,含量范圍為0.15~0.98μmol/L,平均為(0.54±0.20)μmol/L. SiO2-3-Si分布同PO43--P類似,從南向北部逐漸升高,其高值區在遼東灣灣口外海域,受擾動懸浮以及釋放影響,濃度范圍為3.10~28.06μmol/L,平均(16.94± 6.37)μmol/L.對比不同水層濃度發現,11月份(秋季)受風浪(平均波高0.9m[26])擾動影響,海水垂直混合均勻,各營養鹽在不同水層內差異不明顯.

圖4 秋季各水層營養鹽分布

圖5 春季各水層營養鹽分布特征

春季受光照強度和水溫升高的影響,浮游植物快速生長[27],各營養鹽組分被迅速消耗吸收.如圖5所示,DIN分布呈現黃河口向中部降低的趨勢,高值區集中在黃河口外海域,相比較秋季[(16.44± 6.51)μmol/L]濃度降低,范圍在0.24~26.66μmol/L之間,平均為(9.04±8.06)μmol/L,表層中DIN平均值為(8.91±8.22)μmol/L,低于底層和10m(表2).PO43--P整體濃度在未檢出~0.21μmol/L之間,平均為(0.06± 0.04)μmol/L,相對于秋季[(0.54±0.20)μmol/L],其含量下降明顯,部分站位含量低于閾值,各水層間差異較小. SiO32--Si作為硅藻所必須的生源要素,在黃河口和海峽西北部出現高值區,中部為低值區(圖5),整體濃度在0.30~7.96μmol/L之間,平均為(2.47±1.90)μmol/L,相比于秋季[(16.94±6.37)μmol/ L],其含量下降了85%,且在調查海域中部和北部海域較多站點低于閾值,對春季占浮游植物生物量達51%[27]的硅藻生長和繁殖產生限制,各水層中營養鹽濃度差異不明顯(圖6).

圖6 不同季節營養鹽垂向分布變化特征

2.3 營養鹽限制情況統計

對整個調查海域內營養鹽限制分布狀況統計分析發現(表2):調查海域內全年P限制狀況明顯(圖7),夏季在表層、10m和底層各有93%、93%和80%站位存在P限制,其中PO43--P含量低于閾值(0.03μmol/L)分別有53%、30%和20%,P限制狀況嚴重.秋季隨著浮游植物吸收作用減弱以及營養鹽釋放影響,PO43--P含量明顯升高(圖6),不存在低于閾值的站位,僅在表層、10m和底層各有53%、33%和33%站位存在P潛在限制,且位置主要集中在渤海灣和萊州灣灣口海域.春季隨著浮游植物現存量的增加[27],營養鹽被快速消耗,PO43--P含量迅速降低,在表、10m和底層各有70%、65%和68%站位存在P限制狀況,其中低于閾值的站位分別有30%、25%和21%,P限制狀況嚴重.對Si限制狀況分析發現,受到浮游植物硅藻生長吸收影響,夏季表層、10m和底層各有40%、20%和27%站位SiO32--Si含量低于閾值(2μmol/L),春季分別有55%、50%和32%站位含量低于閾值,Si限制狀況明顯,秋季含量較高,不存在Si限制.DIN僅在春季渤海海峽10m層存在一個低于閾值(1μmol/L)站位(圖7),在夏季和秋季不存在DIN限制.

表2 調查海域鹽度、溫度、營養鹽濃度及營養鹽限制站點比例

圖7 調查海域PO43--P限制狀況分布和季節變化

●:無限制; △:絕對限制; □:潛在限制

圖8 調查海域SiO32--Si限制狀況分布和季節變化

●:無限制; △:絕對限制; □:潛在限制

圖9 調查海域DIN限制狀況分布和季節變化

●:無限制; △:絕對限制; □:潛在限制

對比3個季節溫度鹽度以及營養鹽分布和變化發現:研究海域夏季受沖淡水影響明顯,各參數垂向存在差異,海水層化現象明顯,表層硅磷絕對限制區域相似,均主要分布在遼東灣口和海峽處,且此區域為DIN的低值區.秋季受到氣候影響,溫度下降,垂向混合均勻,各營養鹽組分含量均明顯升高,營養鹽限制狀況減弱,P潛在限制區域主要集中在渤海灣-黃河口-萊州灣口沿線.春季隨著光照條件和溫度升高,浮游植物消耗對營養鹽產生明顯的影響,各營養鹽組分明顯下降,硅磷呈現明顯的限制狀態,其中P在表層限制區域主要集中在調查海域南部和海峽處,而Si限制區域則主要集中在西北部海域渤海灣灣口和遼東灣口海域.

2.4 渤海不同海域營養鹽狀況對比

表3 渤海不同海域內營養鹽的研究進展(μmol/L)

對比渤海其他海區營養鹽狀況(表3),渤海各海區內營養鹽的季節變化均為春季向夏季降低秋季迅速升高趨勢.其中春季,遼東灣營養鹽濃度最高,其次為渤海灣、萊州灣和渤海中部,夏季,DIN分布同春季,而PO43--P和SiO32--Si受陸源輸入和浮游植物吸收利用影響較大,分布特征和變化趨勢不一致.對比營養鹽結構,渤海各海區DIN濃度均處于相對較高水平,而PO43--P受“磷負荷削減”計劃影響含量下降, DIN/P升高,磷酸鹽成為渤海浮游植物主要限制因子,隨著環渤海周邊河流建壩截留和工農業用水激增等因素影響,硅酸鹽輸入量減少,春夏季受浮游植物硅藻吸收利用影響, SiO32--Si濃度迅速下降,Si/P和Si/DIN下降,硅酸鹽限制狀況明顯增加.隨著渤海周邊入海徑流量輸入硅磷營養鹽的減少,渤海中部海域磷和硅限制狀況必將進一步發展.

3 結論

3.1 渤海受沿岸徑流和黃海高鹽水輸入影響明顯,夏季受沖淡水影響,鹽度相對較低水溫較高,海水呈現明顯的層化現象,而秋季和春季受擾動影響,混合均勻,溫鹽垂向差異不明顯.

3.2 各營養鹽受陸源輸入和浮游植物吸收利用等因素影響,各營養鹽均呈現夏季低秋季升高春季迅速下降的趨勢.

3.3 PO4--P受浮游植物吸收利用等因素影響,春夏季節各水層內濃度較低,導致DIN/P(春150.7,夏147.6)和Si/P (41.2,春; 56.3,夏)比值較高,且低于閾值站位較多,P限制狀況嚴重.秋季受礦化再釋放等因素影響,各站點PO43--P濃度均高于閾值,不存在P絕對限制,但DIN/ P(30.4)和Si/P(31.4)比值大,存在明顯的P潛在限制.

3.4 SiO32--Si夏季和春季濃度較低,Si/DIN(0.4, 0.3)較低.夏季表層中40%站位SiO32--Si濃度低于閾值,春季表層則達到55%,硅藻作為渤海優勢藻種,受Si限制狀況嚴重.秋季受再懸浮影響含量較高,不存在Si限制.

3.5 DIN呈現河口高遠岸低的趨勢,DIN整體含量較高,僅春季10m層1個站位中含量低于閾值,不存在DIN潛在限制狀況,限制現象不明顯.

[1] Anderson D M, Cembella A D, Hallegraeff G M. Progress in understanding harmful Algal Blooms: Paradigm shifts and new technologies for research, monitoring, and management [J]. Annual Review of Marine Science, 2012,4:143-176.

[2] Pondaven P, Pivière P, Ridame C, et al. C, N and P stoichiometric mismatch between resources and consumers influence the dynamics of a marine microbial food web model and its response to atmospheric N and P inputs [J]. Biogeosciences Discussions, 2014,11(11):2933–2971.

[3] 李大鵬,張 碩,黃 宏.海州灣海洋牧場的長期環境效應研究 [J]. 中國環境科學, 2018,38(1):303-310. Li D P, Zhang S, Huang H. Study on long-term environmental effects of marine ranching in Haizhou Bay [J]. China Environmental Science, 2018,38(1):303-310.

[4] Bernhardt J R, Leslie H M. Resilience to climate change in coastal marine ecosystems [J]. Annual Review of Marine Science, 2013,5(1): 371-392.

[5] 孫 軍,劉東艷,楊世民,等.渤海中部和渤海海峽及鄰近海域浮游植物群落結構的初步研究 [J]. 海洋與湖沼, 2002,33(5):461-471. Sun J, Liu D Y, Yang S M, et al. The preliminary study on phytoplankton community structure in the central Bohai sea and the Bohai strait and its adjacent area [J]. Oceanologia Et Limnologia Sinica, 2002,33(5):461-471.

[6] 李 京.東海赤潮高發區營養鹽結構及對浮游植物優勢種演替的作用研究 [D]. 青島:中國海洋大學, 2008. Li J, the research of nutrient structure and its function on the succession of phytoplankton predominant in the high frequent harmful algae blooms occurrence area in east China sea [D]. Qingdao: The Ocean Univesity of China, 2008.

[7] 黃大吉,蘇紀蘭,張立人.渤海冬夏季環流的數值研究 [J]. 空氣動力學學報, 1998,(1):115-121. Huang D J, Su J L, Zhang L R. Numerical study of the winter and summer circulation in the Bohai Sea [J]. Acta Aerodynamica Sinica, 1998, (1):115-121.

[8] 于志剛,米鐵柱,謝寶東,等.二十年來渤海生態環境參數的演化和相互關系 [J]. 海洋環境科學, 2000,19(1):15-19. Yu Z G, Mi T Z, Xie B L, et al. Changes of the environmental parameters and their relationship in recent twenty years in the Bohai Sea [J]. Marine Environmentalence, 2000,19(1):15-19.

[9] Krause J W, Nelson D M, Brzezinski M A. Biogenic silica production and the diatom contribution to primary production and nitrate uptake in the eastern equatorial Pacific Ocean [J]. Deep Sea Research Part II Topical Studies in Oceanography, 2011,58(3):434-448.

[10] 顧家偉.黃河營養鹽輸送與河口近海生態健康研究進展 [J]. 人民黃河, 2018,40(2):81-87. Gu J W. Reviewon the nutrients transportation of yellow river and its ecological impacts in the estuary [J]. Yellow River, 2018,40(2): 81-87.

[11] 宋南奇,王 諾,吳 暖,等.基于GIS的我國渤海1952~2016年赤潮時空分布 [J]. 中國環境科學, 2018,(3):1142-1148. Song N Q, Wang N, Wu N, et el. Temporal and spatial distribution of harmful algal blooms in the Bohai Sea during 1952~2016based on GIS [J]. China Environmental Science, 2018,38(3):1142-1148.

[12] Ning X, Lin C, Su J, et al. Long-term environmental changes and the responses of the ecosystems in the Bohai Sea during 1960-1996 [J]. Deep Sea Research Part II Topical Studies in Oceanography, 2010, 57(11):1079-1091.

[13] 李俊龍,鄭丙輝,張鈴松,等.中國主要河口海灣富營養化特征及差異分析 [J]. 中國環境科學, 2016,36(2):506-516. Li J L, Zheng B H, Zhang L S, et el. Eutrophication characteristics and variation analysis of estuaries in China [J]. China Environmental Science, 2016,36(2):506-516.

[14] GB/T. 12763.3-2007 海洋調查規范 [S]. 北京:中國標準出版社, 2007. GB/T. 12763.3-2007 Specfication of oceanographic investigation [S]. Beijing: China Standards Press, 2007.

[15] Redfield A C. The influence of organisms on the composition of sea-water [J]. Sea, 1963,40(6):640-644.

[16] Laws E A, Pei S, Bienfang P. Phosphate-limited growth of the marine diatom Thalassiosira weissflogii (Bacillariophyceae): evidence of non- monod growth kinetics [J]. Journal of Phycology, 2013,49(2):241- 247.

[17] Nelson D M, Brzezinski M A. Kinetics of silicic acid uptake by natural diatom assemblages in two Gulf Stream warm-core rings [J]. Marine Ecology Progress, 1990,62(3):283-292.

[18] Justi? D, Rabalais N N, Turner R E, et al. Changes in nutrient structure of river-dominated coastal waters: stechiometric nutrient balance and its consequences [J]. Estuarine Coastal & Shelf Science, 1995,40(3): 339-356.

[19] Dortch Q, Whitledge T E. Does nitrogen or silicon limit phytoplankton production in the Mississippi River plume and nearby regions? [J]. Continental Shelf Research, 1992,12(11):1293-1309.

[20] 張 翠,韓 美,史麗華.黃河入海徑流量變化特征及其對氣候變化的響應 [J]. 人民黃河, 2015,37(5):10-14. Zhang C, Han M, Shi L H. Runoff into the sea of the Yellow River: Characteristics and its response to climate change [J]. Yellow River, 2015,37(5):10-14.

[21] 馮士笮,張 經,魏 皓.渤海環境動力學導論 [M]. 北京:科學出版社, 2007:1-15. Feng S Z, Zhang J, Wei H. Introduction to environmental dynamics of Bohai Sea [M]. Beijing: Science Press, 2007:1-15.

[22] 黃河水文網.水情日報,利津站 [Z/OL]. 來源:http://61.163.88.227: 8006/ hwsq.aspx. Yellow River hydrological network. Daily water situation report, Lijin hydrological station [Z/OL]. available from: http://61.163.88.227: 8006/hwsq. aspx.

[23] 張潔帆,陶建華,李清雪,等.渤海灣氮磷營養鹽年際變化規律研究 [J]. 安徽農業科學, 2007,35(7):2063-2064. Zhang J F, Tao J H, Li Q X, et el. Studis on the interannual variation law of the nutrient salts of nitrogen and phosphorus in Bohai Bay [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2007,35(7):2063-2064.

[24] Kuenzler E J, Ketchum B H. Rate of phosphorus uptake by phaeodactylum tricornutum [J]. Biological Bulletin, 1962,123(1): 134-145.

[25] 趙 亮,魏 皓,馮士筰.渤海氮磷營養鹽的循環和收支 [J]. 環境科學, 2002,23(1):78-81. Zhao L, Wei H, Feng S Z. Annual cycle and budgets of nutrients in the Bohai sea [J]. Environmental Science, 2002,23(1):78-81.

[26] 國家海洋局北海分局.2013年北海區海洋災害公報. [Z/OL] http: //www.ncsb.gov.cn/n1/n128/n239/n261/index_11.html.North sea branch of state oceanic administration (SOA). 2013 north sea marine disaster bulletin. [Z/OL]//www.ncsb.gov.cn/n1/n128/n239/ n261/index_11.html.

[27] 張 瑩.渤海中部浮游植物與環境因子的空間關系及季節差異分析 [D]. 煙臺:中國科學院煙臺海岸帶研究所, 2016. Zhang Y. Spatial correlation and seasonal variation of phytoplankton and environmental factors in the central Bohai Sea [D]. Yantai: Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, 2016.

[28] 沈志良.渤海灣及其東部水域的水化學要素 [J]. 海洋科學集刊, 1999,(41):55-63. Shen Z L. Hydrochemical elements in Bohai Bay and its eastern part waters [J]. Studia Marina Sinica, 1999,(41):55-63.

[29] Wang X, Cui Z, Guo Q, et al. Distribution of nutrients and eutrophication assessment in the Bohai Sea of China [J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2009,27(1):177-183.

[30] 李桂菊,馬玉蘭,李 偉,等.春季渤海灣營養鹽分布及潛在性富營養化評價 [J]. 天津科技大學學報, 2012,(5):22-27. Li G J, Ma Y L, Li W, et al. Distribution of inorganic nutrients and potential eutrophication assessment in bohai bay in spring [J]. Journal of Tianjin University of Science and Technology, 2012,(5):22-27.

[31] 張海波,裴紹峰,祝雅軒,等.初夏渤海灣營養鹽結構特征及其限制狀況分析 [J]. 中國環境科學, 2018,38(9):3524-3530. Zhang H B, Pei S F, Zhu Y X, et el. Nutrient structure and nutrient limitation for phytoplankton growth in Bohai bay in the early summer [J]. China Environmental Science, 2018,38(9):3524-3530.

[32] 吳金浩,徐雪梅,楊 爽,等.2007年春、秋遼東灣北部營養鹽及影響因素 [J]. 海洋科學進展, 2012,30(4):477-486. Wu J H, Xu X M, Yang S, et al. Nutrients status and its influencing factors in north part of liaodong bay in spring and autumn of 2007 [J]. Advances in Marine Science, 2012,30(4):477-486.

[33] 孫丕喜,王 波,張朝暉,等.萊州灣海水中營養鹽分布與富營養化的關系 [J]. 海洋科學進展, 2006,24(3):329-335. Sun P X, Wang B, Zhang C H, et al. Relationship between nutrient distributions and eutrophication in seawater of the laizhou bay [J]. Advances in Marine Science, 2006,24(3):329-335.

[34] 趙玉庭,劉 霞,李佳蕙,等.2013年萊州灣海域營養鹽的平面分布及季節變化規律 [J]. 海洋環境科學, 2016,35(1):95-99. Zhao Y T, Liu X, Li J H, et al. Distribution and seasonal variation in nutrients in Laizhou Bay, 2013 [J]. Marine Environmental Science, 2016,35(1):95-99.

Spatial distributions and seasonal variations of nutrients and statistical analysis of nutrient limitation in the center of the Bohai Sea,China.

ZHANG Hai-bo1, WANG Li-sha1*, SHI Xiao-yong1, PEI Shao-feng2, LIU Yu-bo1, TANG Xin-yu1

(1College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China；2.Key Lab of Coastal Wetland Biogeosciences, China Geological Survey, Qingdao 266071, China)., 2019,39(4)：1579~1588

Based on nutrients and hydrological data collected in the center of the Bohai Sea in July 2013, November 2013 and May 2014, nutrient spatial distributions and seasonal variations were examined in this study, and the nutrient limitation conditions for phytoplankton growth were also analyzed according to the minimum threshold of nutrients required by phytoplankton and their stoichiometric compositions. Results showed that nutrient concentrations and compositions varied significantly with a seasonal cycling. Nutrient concentrations were high in the autumn but relatively low in the summer and spring. In the summer, influenced by diluted water influx, seawater stratification was formed. Concentrations of dissolved inorganic nitrogen (DIN), reactive phosphate (PO43--P) and reactive silicate (SiO32--Si) were (10.33±7.75), (0.05±0.03) and (3.94±3.19) μmol/L, respectively. And DIN/P ratios were high and Si/DIN ratios were far below 1. In the surface and 10-m layers, stations with P limitation accounted for 93% of all stations, stations with Si limitation accounted for 40% and 20%, respectively, revealing serious limitation status of P and Si for phytoplankton growth. Due to the sediment resuspension and organic matter decomposition in the autumn, concentrations of DIN, PO43--P and SiO32--Si increased dramatically by 1.6, 10.8 and 4.3times, relative to the summer, to be (16.44±6.51), (0.54±0.20) and (16.94±6.37)μmol/L, respectively. The vertical variations of nutrients were small and only PO43--P showed potential limitation to phytoplankton growth. In the spring, concentrations of DIN, PO43--P and SiO32--Si decreased by 45%, 89% and 85%, compared to those in the autumn, to be (9.04±8.06), (0.06±0.04) and (2.47±1.90)μmol/L, respectively, because of the decreasing of riverine outflow and increasing phytoplankton uptake. At some stations, concentrations of PO43--P and SiO32--Si were below the nutrient threshold of 0.03μmol/L and 2μmol/L for phytoplankton growth, respectively. In the surface and 10m layers, 70% and 65% of surveyed stations were in the status of P limitation, meanwhile 55% and 50% of stations were in the status of Si limitation, therefore, the primary production and diatom-dominant phytoplankton structure might be affected in the study area.

Bohai Sea；nutrient threshold；nutrient stoichiometric ratios；silicate and phosphate limitations；temporal and spatial variations

X55

A

1000-6923(2019)04-1579-10

2018-09-30

國家重點研發計劃課題(2016YFC1402101);國家海洋局項目(2014AA060);國家自然科學基金資助項目(41306175)

*責任作者, 高級實驗師, lishawang@ouc.edu.cn

張海波(1990-),男,山東棗莊人,博士研究生,主要研究方向為海洋生態環境.發表論文4篇.