舟山漁場海域春夏季氮磷分布及其對浮游植物的限制

張 賓，章飛軍，郭遠明，晁文春，苗振清

(1.浙江海洋學院水產學院，浙江舟山 316004；2.浙江海洋學院海洋與漁業研究所，浙江省海洋水產研究所，浙江舟山 316100)

海洋浮游植物是海洋生態系統中重要的初級生產者，在海洋生態系統的物質循環和能量轉化過程中起著重要作用。葉綠素a是海洋中主要初級生產者浮游植物現存量的一個良好指標，也是浮游植物進行光合作用的主要色素[1]。浮游植物的生長受光照、溫度、營養鹽、攝食作用等多種環境因子和生態過程的影響，其中營養鹽是浮游植物生長的重要物質基礎，而溶解無機氮(DIN)、活性磷酸鹽(PO4-P)是浮游植物生長最重要的營養成分，又是最常見的限制性營養元素[2]。海洋中的浮游植物是按一定比例自海水中吸收營養鹽的，這一恒定比例稱為Redfield系數。海水中營養鹽摩爾比值偏離Redfield系數過高或過低，均可導致浮游植物的生長受到某一相對低含量元素的限制[3]。

有關長江口附近水域葉綠素a分布已有不少報道[4-6]，但對其與營養鹽關系的研究較少，且舟山漁場海域葉綠素a分布及其與營養鹽關系的研究少見報道，本文通過對舟山漁場海域的調查，探討了舟山漁場海域表層氮磷的分布特征及其對浮游植物生長的限制狀況，旨在為綜合研究該區域的生態系統和評估水產資源提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本文數據來源于2008年5、8月對舟山漁場及鄰近海域進行的水文環境和漁業資源狀況的綜合調查所獲得的無機氮、活性磷酸鹽、葉綠素a的資料。

1.2 調查站位

在舟山漁場及杭州灣、長江口附近水域每隔緯度30′，經度30′設一采樣站位，共設測站21個，調查范圍在 29°30′ ～31°N、122° ～124°30′E 之間(圖 1)。

1.3 調查和測定方法

在2008年5月和8月開展了2個航次的大面調查。在每個測站按照《海洋調查規范》GB12763-2007[7]用有機玻璃采水器采集自然水樣、加入中性福爾馬林溶液固定，在4℃左右條件下保存，帶回實驗室分析。葉綠素運用熒光法，經90%的丙酮萃取，超聲波擊碎10 min，4℃冰箱中低溫避光萃取24 h后，使用Turner-Designs-Model10熒光儀進行測定。硝酸氮NO3-N采用鋅鎘還原法，亞硝酸氮NO2-N用萘乙二胺分光光度法，氨氮NH4-N用次溴酸鹽氧化法，活性磷酸鹽PO4-P用磷鉬藍分光光度法。無機氮(DIN)為硝酸氮、亞硝酸氮、氨氮濃度之和。

1.4 數據處理

本文運用Surfer8.0和MS Excel軟件分析數據。

圖1 站位(●)分布圖Fig.1 The distribution of survey stations(●)

2 結果

2.1 無機氮的分布特征

調查海域春、夏季無機氮的平面分布如圖2、圖3所示。總體來看，無機氮的平均含量春季(0.303 mg/L)較高，夏季(0.117 mg/L)較低，春季的濃度范圍為0.047 ～1.296 mg/L,夏季的濃度范圍為0.008～0.512 mg/L；由圖2、3可見，無機氮的含量總體上隨著離岸距離的增大逐漸變小，呈現西高東低的分布趨勢。春季在舟山群島鄰近海域形成一個峰值區(中心位于30°N，122°30′E)，夏季在舟山本島鄰近海域(中心位于30°N，122°30′E，與春季的峰值區同一個位置，只是面積有所減小)和舟山嵊泗列島東北部海域(中心位于31°N，123°E)形成2個峰值區。從整個舟山漁場來看，夏季的無機氮含量低于春季的含量，峰值區的面積有所減小，中東部低值區面積有所擴大。比較圖2、3還可以發現，夏季北部的峰值區與春季西北部的高值區相比，位置向東移動。

圖2 春季調查海域無機氮鹽(mg/L)的平面分布Fig.2 The horizontal distribution of inorganic nitrogen(mg/L)in spring

圖3 夏季調查海域無機氮鹽(mg/L)的平面分布Fig.3 The horizontal distribution of inorganic nitrogen(mg/L)in summer

2.2 活性磷酸鹽的分布特征

調查海域春、夏季活性磷酸鹽的平面分布如圖4、圖5所示。由于營養物質的來源不同，其補充又因海洋環境而異，因此與無機氮相比活性磷酸鹽在平面分布上存在明顯的地域性。總體來看，活性磷酸鹽的平均含量春季(0.013 mg/L)較高，夏季(0.003 mg/L)較低，這與無機氮春高夏低的現象一致。春季在靠近長江口處即羽狀鋒區形成一個峰值區(中心位于31°N，122°30′E)，活性磷酸鹽含量隨著離長江口距離的增大向東南方向逐漸變小。在舟山漁場海域東部區域形成低值區。夏季，由圖5可知，全海區活性磷酸鹽的分布極不均勻，空間差異明顯。相對高值區位于舟山群島鄰近海域，平均含量在0.006 mg/L以上，在北部區域形成低值區，平均含量小于0.001 mg/L。

圖4 春季調查海域活性磷酸鹽(mg/L)的平面分布Fig.4 The horizontal distribution of phosphate(mg/L)in spring

圖5 夏季調查海域活性磷酸鹽(mg/L)的平面分布Fig.5 The horizontal distribution of phosphate(mg/L)in summer

2.3 葉綠素a平面分布

調查海域春、夏季葉綠素a的平面分布如圖6、圖7所示。葉綠素a的平均含量春季(5月)、夏季(8月)分別為0.66 μg/L、1.68 μg/L。由圖6可見，春季調查海域出現2個峰值區，一個位于嵊泗列島東南部水域(中心位于 30°30′N，123°E)，一個位于舟山漁場外海區(中心位于 30°N，124°30′E)。嵊泗列島峰值區受北上的高鹽、低營養鹽的臺灣暖流與南下的長江沖淡水混合的影響，氮磷營養鹽較豐富，含沙量降低，促使浮游植物的密集度增高；加上嵊泗島嶼眾多，陸源水與外海水混合不均勻也影響了浮游植物的分布。因而葉綠素a含量的高值區在此出現，該區平均含量大于1 μg/L，極大值為2.07 μg/L；由圖7可見，夏季調查海區也出現2個峰值區，一個位于長江口外、嵊泗列島北部海域(中心位于31°N，123°E)，一個位于舟山本島鄰近海域(中心位于30°N，122°30′E)。北部的峰值區說明夏季正值長江徑流的高峰期，其沖淡水不斷向外擴展，攜帶豐富的營養鹽為浮游植物的大量繁殖提供充足的養料，因而葉綠素a含量的高值區在此出現；南部的峰值區說明舟山島陸源營養鹽的輸入量明顯增加，葉綠素a的含量迅速增高。另外，此處又是我國海岸潮流最強區之一，在流經途中受島嶼及海底的阻擋摩擦而產生強烈的湍流，致使水體交換較為充分，營養鹽穩定，也有利于浮游植物的生長與繁殖。

圖6 春季調查海域葉綠素a(μg/L)的平面分布Fig.6 The horizontal distribution of chlorophyll a(μg/L)in spring

圖7 夏季調查海域葉綠素a(μg/L)的平面分布Fig.7 The horizontal distribution of chlorophyll a(μg/L)in summer

2.4 春、夏季 N/P 比值

一般水生植物(藻類、水草)細胞和組織中N/P值為 16：1，很多學者的研究支持了這一結果，故目前多以此值作為浮游植物生長的最適氮磷比例[8]。海水中適宜的N/P比值有利于浮游植物的生存和繁殖，反之，其中某種營養元素的缺乏可對生物生長和繁殖產生限制。N/P比值的變化在一定程度上也反映了海水中營養鹽的再生和運移機制。這2種元素中某一種的相對量低于此比值，則另一種就成為生理需要上的多余，而不足的這一種即成為限制因子，因此一般認為N/P比值大于16時為缺P，小于16時為缺N。

為了更好地表征舟山漁場海域的營養鹽狀況，取表層營養鹽濃度計算N/P比值。從表1可以看出，春季調查海區絕大多數站位N/P比值大于16，只有一個站位比值為15.4，也接近16。說明調查海域為P限制，P為浮游植物生長的限制因子；夏季大多數站位N/P比值也大于16，占到80%，小于16的站位僅有4個，且這4個站位基本位于調查海域舟山漁場的最東部，說明除了最東部外緣一小部分海域受N限制外，舟山漁場其他部分仍受P限制，P為浮游植物生長的限制因子。這說明與一般海洋環境的情況不同，舟山漁場海域有很大一部分海域浮游植物的生長很可能是受磷的限制,而不是受氮的限制；磷限制海域的限制程度及范圍主要受陸地徑流(主要是長江水)的季節變化的影響，與王保棟[9]對黃海和東海營養鹽分布及其對浮游植物的限制的研究結論一致。

表1 舟山漁場海域表層N/P比值的統計結果Tab.1 Statistical results of the N/P ratios in the upper layer of Zhoushan fishery ground

3 討論

3.1 氮磷營養鹽分布成因

舟山漁場海域的營養鹽主要由長江、錢塘江、甬江等陸地徑流帶入，然后逐步向東擴散并被外海水稀釋。春季無機氮西北部的高值區就可能是受長江等陸源江河入海的影響；舟山本島鄰近海域形成的峰值區，可能原因是舟山本島工農業和生活用水的大量排入帶來豐富的無機氮。從整個舟山漁場來看，夏季的無機氮含量低于春季的含量，峰值區的面積有所減小，中東部低值區面積有所擴大，這可能是因為夏季溫度升高，水溫、DO、透明度、鹽度環境因子等適宜浮游植物大量繁殖，從而吸收大量的無機氮，導致了海區無機氮含量的下降。夏季北部的峰值區與春季西北部的高值區相比，位置向東移動，這是因為夏季雨量充足，大量的長江徑流入海與海水發生混合，形成的長江沖淡水向東北方向擴展，把無機氮帶到此位置，由此表明夏季攜帶大量營養鹽的長江沖淡水向東南方向沖出后，很快轉至東北方向。與趙保仁[10]的研究結果一致。

春季舟山漁場海域磷的補充也主要靠長江徑流的帶入，然后逐步向東南方擴散并被外海水稀釋。而夏季磷的含量受長江徑流和杭州灣沿岸和舟山本島工業密集區大量廢水排放的影響，此時又正值錢塘江徑流量的高峰期，其沖淡水不斷向外擴展，營養鹽的輸入量增加，故在舟山本島附近海域形成峰值區。

3.2 氮磷對浮游植物的限制

調查海域的葉綠素隨著營養鹽的波動而呈現較明顯的季節變化。葉綠素a平均含量夏季明顯高于春季，表明隨著夏季溫度升高，浮游植物進入繁殖盛期導致葉綠素a含量的增加。無機氮、活性磷酸鹽含量均表現為夏季低，春季高的特征。春季葉綠素a含量的高值區對應無機氮、活性磷酸鹽的痕量區，說明由于浮游植物的快速生長，其對營養鹽的消耗量大于補充量，故春季無機氮、活性磷酸鹽與葉綠素的分布呈負相關變化。此外，舟山漁場東部的葉綠素a峰值區受長江等陸地徑流所帶來的營養鹽的影響較小，可能是由于泥沙逐步沉降擴散并受到外海清水的稀釋，水體透明度逐步提高，真光層加厚，光投射能力增強，有利于葉綠素進行光合作用，導致葉綠素a含量出現較高值。夏季無機氮與葉綠素a的峰值區基本對應一致，說明夏季無機氮相對較充足，隨著浮游植物的吸收無機氮能及時得到補充。比較夏季2個峰值區的葉綠素a平均值，長江口外要大于舟山本島東側，而同峰值區的無機氮的平均值，舟山本島東側要大于長江口外，這可能是因為浮游植物的生長除了受營養鹽的限制外，還受光照，透明度，海流等影響，而舟山本島附近海域透明度較低，浮游植物光合作用受到抑制。長江口外葉綠素a的峰值區相對應的是磷酸鹽的痕量區，這一情況說明浮游植物在繁殖盛期攝取了水中大量的磷酸鹽，盡管夏季雨水帶來較高的磷酸鹽，但其消耗量遠大于補充量，P成為潛在的限制因子。可見葉綠素a這種季節性分布的顯著差異，是隨著不同時期氮磷營養鹽的供應量的多寡以及浮游植物的生長而呈現一定的變化規律。

[1]夏 濱,呂瑞華,孫丕喜.2000年秋季黃、東海典型海區葉綠素a的時空分布及其粒徑組成特征[J].黃渤海海洋,2001,19(4):37-42.

[2]王漢奎,董俊德,張 偲,等.三亞灣氮磷比值分布及其對浮游植物生長的限制[J].熱帶海洋學報,2002,21(1):33-39.

[3]HEALEY F P,HENDZEL L L.Physiological indicators of nutrient deficiency in lake phytoplankton[J].Can J Fish Aquatic Sci,1980,37:442-453.

[4]沈新強,蔣 玫,袁 騏.長江河口區葉綠素a分布的研究[J].中國水產科學,1999,6(5):1-5.

[5]蒲新明,吳玉霖,張永山.長江口區浮游植物營養限制因子的研究Ⅱ.春季的營養限制情況[J].海洋學報,2001,23(3):57-65.

[6]沈新強,胡方西.長江口外水域葉綠素a分布的基本特征[J].中國水產科學,1995,2(1):71-80.

[7]GB 12763-2007海洋調查規范[S].

[8]賈后磊,溫琰茂,舒廷飛.啞鈴灣網箱養殖水環境中的營養鹽含量及特征[J].海洋環境科學,2003,22(3):12-15.

[9]王保棟.黃海和東海營養鹽分布及其對浮游植物的限制[J].應用生態學報,2003,14(7):1 122-1 126.

[10]趙保仁.長江沖淡水的鋒面變動及其與徑流量的關系[J].海洋科學集刊,1992,33:27-36.