黃、東海秋季群落凈生產(chǎn)力的分布特征及其影響因素?

韓宗奕, 秦 川, 鄭文靜, 張桂玲, 簡慧敏??

(1. 中國海洋大學(xué)深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心和海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266100; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266237)

群落凈生產(chǎn)力(Net Community Production,NCP)是總初級(jí)生產(chǎn)力(Gross Primary Production,GPP)和群落呼吸(Community Respiration,CR)的差值,反映了表層海水可以向深層海洋輸送的最大有機(jī)質(zhì)量,是衡量生物活動(dòng)對上層海洋碳循環(huán)影響的重要指標(biāo)[1-2]。由于群落凈產(chǎn)生力在不同時(shí)間尺度上都表現(xiàn)出高度動(dòng)態(tài)變化,連續(xù)和準(zhǔn)確測定群落凈生產(chǎn)力是非常必要的,對認(rèn)識(shí)全球碳循環(huán)和海洋碳匯有重要作用[3]。在透光層中,NCP通過光合作用與呼吸作用的耦合與生物活動(dòng)緊密相連,O2作為海洋初級(jí)生產(chǎn)的主要產(chǎn)物,在光合作用中與碳存在化學(xué)計(jì)量關(guān)系,因此可以利用O2的變化定量估算NCP[4-5]。但O2在海洋中會(huì)同時(shí)受到物理和生物過程的影響,為了準(zhǔn)確定量NCP,必須消除物理過程的干擾。由于惰性氣體Ar與O2有相似的溶解特性,通過測定O2/Ar比值將二者歸一化可去除物理過程對于O2質(zhì)量平衡的影響,從而實(shí)現(xiàn)高分辨率的NCP估算[6]。目前O2/Ar比值法已經(jīng)成為估算海洋混合層群落凈生產(chǎn)力的重要方法,廣泛地應(yīng)用到南大洋、太平洋、亞極地海域等[7-9],獲得了這些代表性大洋中NCP高分辨率時(shí)空分布特征及其影響因素,但是目前對陸架邊緣海的觀測仍較匱乏。近岸或陸架邊緣海具有富營養(yǎng)和高生物生產(chǎn)的特征,其生產(chǎn)力約占全球海洋總初級(jí)生產(chǎn)力的10%[10]、群落凈生產(chǎn)力的29%[11],每年吸收大約0.2～0.4 Pg C[12],是重要的海洋碳匯;但是其碳通量具有高度時(shí)空變異性,碳源匯格局及生物泵效率要比大洋更為復(fù)雜。因此研究代表性陸架邊緣海群落凈生產(chǎn)力的時(shí)空變化及其影響因素對準(zhǔn)確評(píng)估全球海洋碳匯強(qiáng)度有重要意義。

東、黃海是西北太平洋的陸架邊緣海[13],具有復(fù)雜多變的海洋環(huán)境[14]。受到陸源輸入、高溫高鹽的黑潮水入侵以及不同水團(tuán)相互作用等高度動(dòng)態(tài)的物理過程影響,東、黃海初級(jí)生產(chǎn)力具有較大的時(shí)空差異[15-17]。與廣泛開展的高時(shí)空分辨的碳吸收研究相比,目前關(guān)于東、黃海碳輸出的研究還相對不足,鮮有群落凈生產(chǎn)力的數(shù)據(jù)報(bào)道,僅有韓國科學(xué)家報(bào)道了南黃海及東海部分海域的群落凈生產(chǎn)力分布[15]。因此,本文基于連續(xù)走航觀測獲得的高分辨率O2/Ar數(shù)據(jù),估算了黃、東?；旌蠈覰CP并結(jié)合其他輔助水文和生化參數(shù),分析探討了NCP的分布特征及影響因素。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)域及航行軌跡

本文于2015年10月19日至11月2日搭乘“東方紅2”考察船GEOTRACES GP06-CN航次對黃、東海陸架(26°N—36°N,121°E—128°E)進(jìn)行了為期14天的調(diào)查,調(diào)查站位和航跡見圖1。本文根據(jù)研究區(qū)域的主要水文特征,將其分為A—D四個(gè)區(qū)域(見圖1):南黃海中部、長江口(S<30)、浙閩沿岸(深度<50 m)和東海陸架(S>30,50 m<深度<200 m)。利用膜進(jìn)樣質(zhì)譜儀(MIMS)走航連續(xù)測定了表層海水中(-5 m)的O2、Ar等溶解氣體,同時(shí)走航測定了表層海水的溫度、鹽度、溶解氧以及葉綠素等基本參數(shù),以認(rèn)識(shí)東海、黃海表層海水的氧氬比值和群落凈生產(chǎn)力的分布規(guī)律。

1.2 高分辨率走航觀測系統(tǒng)

參考Guéguen和Tortell[18]的方法,我們搭建了用于測定溶解氣體的連續(xù)走航觀測系統(tǒng)[9]。利用考察船走航水系統(tǒng)抽取表層海水(約水下5 m)并分為三路:第一路用于海水中溶解氣體的測定,海水首先流入緩沖池以消除氣泡,隨后利用蠕動(dòng)泵(Masterflex,USA)以恒定流速(約220 mL·min-1)抽取水樣。為了減小溫度效應(yīng)和水蒸氣壓力變化造成的O2/Ar波動(dòng),海水先流經(jīng)置于恒溫水浴中的不銹鋼管(6 m長)進(jìn)行恒溫(溫度設(shè)置為低于表層海水溫度約2 ℃),然后進(jìn)入膜進(jìn)樣質(zhì)譜儀(HPR-40,英國Hiden公司)的進(jìn)樣池。在質(zhì)譜儀的高真空作用下,海水中的溶解氣體分子會(huì)擴(kuò)散通過半透膜進(jìn)入到儀器內(nèi)部,經(jīng)離子化后,根據(jù)氣體分子不同的質(zhì)核比(m/z)完成不同氣體(O2、Ar和CO2)的濃度信號(hào)值測定。第二路海水流入一個(gè)安裝有多參數(shù)水質(zhì)分析儀(RBR Maestro,加拿大)的水箱進(jìn)行溫度、鹽度、溶解氧(DO)、葉綠素a(Chla)等參數(shù)的測定。第三路則用于排掉過量海水并粗略調(diào)節(jié)其他兩路的流量。走航過程中的經(jīng)緯度、船速和風(fēng)速等參數(shù)由船載的自動(dòng)氣象站提供。不同儀器獲取的走航數(shù)據(jù)根據(jù)北京時(shí)間一一對應(yīng),并最終處理為5 min間隔的數(shù)據(jù)集。

1.3 氣體信號(hào)值的校正方法

MIMS獲取的O2和Ar的信號(hào)比值(O2/Ar)利用與大氣平衡后的海水標(biāo)準(zhǔn)樣進(jìn)行校正[18]。取1 L過濾(0.22 μm)后的海水裝入聚碳酸酯瓶中,置于恒溫水槽中 (溫度設(shè)置為與表層海水溫度相同),用空氣泵連續(xù)鼓泡24 h,使其與大氣達(dá)到平衡,然后利用MIMS測定其O2/Ar。測定前先用200 mL海水清洗管路,取進(jìn)樣2～3 min后信號(hào)達(dá)到平衡時(shí)的數(shù)據(jù)平均值,記為([O2]/[Ar])eq。O2/Ar的校正每隔6～8 h進(jìn)行一次,且同時(shí)進(jìn)行多組標(biāo)準(zhǔn)樣的制備以滿足校正需求。

每隔6 h從走航觀測系統(tǒng)中采集離散水樣進(jìn)行DO和Chla校正。其中DO樣品采用Winkler滴定法測定,而Chla水樣(2 L)則用0.22 μm濾膜過濾后,將濾膜冷凍保存于-20 ℃,帶回實(shí)驗(yàn)室后,依照《海洋調(diào)查規(guī)范》采用熒光法測定。

1.4 基于Δ(O2/Ar)的群落凈生產(chǎn)力計(jì)算

由于O2和Ar具有相似的物理特性,Δ(O2/Ar)作為生物過飽和氧的指標(biāo),可消除物理過程(如海氣交換、溫度變化、壓力變化、氣泡注入等)對O2的影響[6],其計(jì)算公式如下:

式中:[O2]/[Ar]是MIMS走航測定的海水中溶解O2和Ar的信號(hào)比值;([O2]/[Ar])eq則是空氣鼓泡得到的與大氣平衡的標(biāo)準(zhǔn)海水樣中O2與Ar的信號(hào)比值;Δ(O2/Ar)是測量的O2和Ar的信號(hào)比值偏離平衡的百分比。在忽略垂直混合的穩(wěn)態(tài)條件下,NCP可視為Δ(O2/Ar)和海氣交換速率的函數(shù)[4]:

NCP(mmol·m-2·d-1)≈kO2·[O2]eq·

Δ(O2/Ar)·rC∶O2·ρ。

式中:kO2是加權(quán)后的O2海氣交換速率常數(shù)(m·d-1);[O2]eq是溶解O2在混合層中的飽和濃度[19](μmol·kg-1);ρ是海水密度(kg·L-1);是光合作用中C和O2的摩爾光合商,通常為1∶1.4[20]。我們使用了歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)風(fēng)速再分析數(shù)據(jù)產(chǎn)品,分辨率為0.25°×0.25°(https://www.ecmwf.int/en/forecasts),利用Wanninkhof[21]報(bào)道的方法將風(fēng)速進(jìn)行參數(shù)化得到氣體交換速率k,然后結(jié)合Teeter等[22]報(bào)道的方法對調(diào)查前30天的k值進(jìn)行加權(quán)計(jì)算,最終得到kO2。在近岸復(fù)雜多變的環(huán)境條件下,基于O2/Ar估算的NCP并不反映該區(qū)域?qū)嶋H的群落凈生產(chǎn)的日產(chǎn)量,而是代表O2在混合層中停留時(shí)間內(nèi)積累的生物氧通量[8,23]。

2 結(jié)果與討論

2.1 水文和生化參數(shù)的分布

2015年10月黃、東海表層的溫度和鹽度分布見圖2。表層海水的溫度范圍為19.37 ℃～26.73 ℃,平均值為(23.38±1.89) ℃,從北向南溫度逐漸升高,黃海表層海水的溫度(19.37 ～23.21) ℃明顯低于東海(21.33～26.73) ℃。圖1(b)顯示了黃海沿岸流將溫度和鹽度較低的沿岸水向東南方向輸送[24-25],除了受長江沖淡水影響的長江口區(qū)域,東海表層海水的鹽度(33.29±0.79)明顯高于黃海(31.38±0.56),受長江沖淡水(S<30)向東南方向擴(kuò)散與東海沿岸水的共同影響[26-27],浙閩沿岸的鹽度明顯低于東海外陸架。此外,受臺(tái)灣暖流和黑潮表層水的影響,東海的西南和東南海域分別出現(xiàn)了高溫和高溫高鹽現(xiàn)象[28]。葉綠素(Chla)的整體變化范圍在(0.15～8.76) μg·L-1之間,平均值為(0.92±1.07) μg·L-1,在長江口出現(xiàn)極大值(最高可達(dá)8.76 μg·L-1),浙閩沿岸葉綠素濃度高于其它調(diào)查區(qū)域。黃海DO濃度((6.47±0.28) mg·L-1)整體略高于東海((6.31±0.36) mg·L-1),但低于長江口和浙閩沿岸。上述海區(qū)出現(xiàn)了DO濃度高值,其中最大值(8.15 mg·L-1)出現(xiàn)在長江口附近,本文結(jié)果與石曉勇等[29]報(bào)道的2006年11月長江口鄰近海域DO結(jié)果(5.32～8.47 mg·L-1)基本一致。

圖2 2015年10月黃、東海表層溫度(℃)(a)、鹽度(b)、葉綠素a(μg·L-1)(c)和溶解氧(mg·L-1)(d)的水平分布

圖3 2015年10月黃東海表層氧氬比(%)(a)和NCP (mmol· m-2·d-1)(b)的分布

2.2 Δ(O2/Ar)與NCP的分布

2015年10月黃、東海的Δ(O2/Ar)范圍為(-30.21%～44.38%),平均值為(0.32±8.29)%。其中,低值主要出現(xiàn)在區(qū)域A和區(qū)域B交界的長江口北側(cè),其溶解氧濃度也較低,Δ(O2/Ar)處于不飽和狀態(tài)。而在長江口(11.75±13.75)%和浙閩沿岸(5.42±5.21)%的Δ(O2/Ar)明顯高于南黃海和東海陸架,這是由于長江沖淡水?dāng)y帶了大量營養(yǎng)鹽輸入,導(dǎo)致生物量較高,因此葉綠素和Δ(O2/Ar)均較高。NCP與Δ(O2/Ar)的分布趨勢大體一致,黃海群落凈生產(chǎn)力在(-120.41～41.65) mmol· m-2·d-1之間變化,其平均值為(-9.24±23.15) mmol· m-2·d-1,與該航次其他三個(gè)研究區(qū)域相比處于最低值(見表1),但是去除DO<6.5 mg·L-1的區(qū)域后黃海的平均NCP約為(4.37±9.24) mmol· m-2·d-1。在長江口(B區(qū)域)和浙閩沿岸(C區(qū)域)群落凈生產(chǎn)均為正值,其中長江口區(qū)的平均NCP((24.49±35.74) mmol· m-2·d-1)是浙閩沿岸((13.56±13.42) mmol· m-2·d-1)的2倍。而東海陸架區(qū)(區(qū)域D)受陸源輸入和沿岸流的影響較小,NCP平均值(-4.04±18.68) mmol· m-2·d-1)相較于近岸顯著降低,為凈異養(yǎng)狀態(tài),這與Chen[26]和葉文琪等[30]分別于1998年和2011年秋季在東海進(jìn)行浮游生物群落呼吸研究發(fā)現(xiàn)其呈異養(yǎng)狀態(tài)的結(jié)果相一致。

表1 2015年10月黃東海航次不同區(qū)域的Δ(O2/Ar)、NCP和相關(guān)參數(shù)結(jié)果匯總

受到季風(fēng)、陸源輸入、沉降和蒸發(fā)、黑潮及多種水團(tuán)的物理過程影響[31],黃、東海生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力有著復(fù)雜的時(shí)空變異性,然而目前對黃東海群落凈生產(chǎn)力的研究較少。Jang等[32]利用13C同位素示蹤技術(shù)測定碳吸收速率,估算了夏季黃海中部的總初級(jí)生產(chǎn)力平均值為(291±165) mmol· m-2·d-1。Lee等[15]基于O2/Ar法估算得到,春季受黃海冷水團(tuán)控制的濟(jì)州島西北部海區(qū)NCP為(35±13.3) mmol· m-2·d-1,然而該航次在黃海南部與長江口交匯的區(qū)域也觀測到了凈異養(yǎng)的結(jié)果。目前,陸源輸入有機(jī)質(zhì)被發(fā)現(xiàn)是沿岸陸架區(qū)域系統(tǒng)出現(xiàn)異養(yǎng)狀態(tài)的主要原因[33],秋季高有機(jī)質(zhì)含量的沿岸水和陸源輸入對黃海影響較大[34-35]。在黃海南部區(qū)域出現(xiàn)DO低值區(qū)(DO<6.5 mg·L-1)[36],與謝琳萍[35]在南黃海發(fā)現(xiàn)的TOC高值區(qū)高度重合,高有機(jī)質(zhì)含量會(huì)導(dǎo)致呼吸作用的加強(qiáng)。同時(shí)在葉文琪的調(diào)查中,南黃海秋季的浮游生物群落呼吸速率(Plankton Community Respiration,PCR)平均值為(237.17±221.42) mg·m-2·d-1,遠(yuǎn)高于東海陸架區(qū)[30]。所以研究區(qū)域呼吸作用較強(qiáng),初級(jí)生產(chǎn)力通過光合作用產(chǎn)生的O2低于呼吸作用消耗的O2可能是本航次南黃海陸架區(qū)出現(xiàn)凈異養(yǎng)的主要原因。張玉榮等[37]利用14C方法測得東海秋季初級(jí)生產(chǎn)力為490.9 mmol· m-2·d-1,這里可以看作是總初級(jí)生產(chǎn)力(GPP),該航次利用氧氬比值方法計(jì)算得到的東海NCP約占GPP的6.9%,與之前研究報(bào)道的NCP/GPP變化區(qū)間(5%～40%)一致[38]。

2.3 影響黃、東海NCP分布的因素

黃、東海NCP分布呈現(xiàn)明顯的區(qū)域分布特征,受水團(tuán)性質(zhì)及水團(tuán)混合的影響。圖4為該航次Chla和NCP的T-S點(diǎn)聚圖,不同區(qū)域表現(xiàn)出不同的生物量和群落凈生產(chǎn)狀態(tài),其基本參數(shù)匯總于表1。南黃海(區(qū)域A)主要受到黃海沿岸水和黃海冷水團(tuán)的影響,秋季在東北季風(fēng)的驅(qū)使下該區(qū)域平均溫度明顯低于其他三個(gè)區(qū)域,22 ℃以下的低溫水普遍出現(xiàn)在黃海。長江口北側(cè)的DO低值區(qū)對應(yīng)謝琳萍[35]觀測到的TOC含量高值區(qū),表層和底層TOC分別可高達(dá)6.93和13.8 mg·L-1,由于長江沖淡水向南移動(dòng),該區(qū)域水體混合加強(qiáng),同時(shí)該區(qū)域還受到南下的蘇北沿岸流的影響,導(dǎo)致水體TOC含量較高,呼吸作用加強(qiáng),出現(xiàn)凈異養(yǎng)狀態(tài)。而在黃海中部,黃海冷水團(tuán)一定程度上阻隔了底層的營養(yǎng)鹽向上補(bǔ)充[34],限制了上層水體營養(yǎng)鹽的來源[39],浮游植物生物活動(dòng)減弱導(dǎo)致該區(qū)域的群落凈生產(chǎn)力較低。長江口(區(qū)域B)的平均鹽度與其他區(qū)域相比明顯偏低(27.51±2.53),這是長江沖淡水(26<鹽度<30)影響的結(jié)果[28]。秋季長江沖淡水會(huì)攜帶高濃度的DIN和硅酸鹽等營養(yǎng)鹽入海[40],并且沿浙閩沿岸的狹帶向南擴(kuò)展[41]。該航次從北向南經(jīng)過長江口時(shí)對應(yīng)圖4(a)中溫度>22 ℃的表層海水,其Chla濃度處于較高水平。高濃度的營養(yǎng)鹽會(huì)促進(jìn)浮游植物的生長從而帶來較高的生產(chǎn)力,距離長江口最近的P2站觀測到了本航次DIN(27.13 μmol·L-1)和硅酸鹽(18.48 μmol·L-1)的最高濃度(見圖6(a)),同時(shí)對應(yīng)著NCP的高值。然而在同一區(qū)域的P3站NCP卻表現(xiàn)為負(fù)值,盡管P3站無機(jī)氮含量仍較高,硅酸鹽含量卻大幅降低。葉文琪等[30]發(fā)現(xiàn)秋季黃東海PCR與硅酸鹽呈極顯著的負(fù)相關(guān),由于群落凈生產(chǎn)力是總初級(jí)生產(chǎn)力與群落呼吸的差值,因此可推測P3站浮游生物呼吸速率較強(qiáng)導(dǎo)致了凈異養(yǎng)狀態(tài)的出現(xiàn)。但是總的來說,因?yàn)槭艿疥懺摧斎氲挠绊?長江口區(qū)域Chla平均濃度達(dá)到(3.11±2.15) μg·L-1,是浙閩沿岸的2倍、南黃海和東海陸架區(qū)的5倍,NCP也是該航次4個(gè)區(qū)域中的最高水平((24.49±35.74) mmol· m-2·d-1)。區(qū)域C位于浙閩沿岸,主要受到東海沿岸流和向東南方向延伸的長江沖淡水羽流的影響[26,28]。浙閩沿岸緯度較低,溫鹽較高,其Chla濃度僅次于長江口,對應(yīng)的群落凈生產(chǎn)相較于長江口下降了50%,整體呈現(xiàn)凈自養(yǎng)狀態(tài)。東海陸架在溫度>24 ℃的海區(qū)主要受到高溫高鹽的黑潮表層水和臺(tái)灣暖流的影響[28],具有最高的溫度和鹽度(見表2),同時(shí)繼承了黑潮水寡營養(yǎng)鹽的特點(diǎn),表現(xiàn)出低浮游植物生物量的特點(diǎn),Chla平均濃度((0.62±0.44) μg·L-1)基本與南黃海持平。而在東海陸架北部溫度和鹽度有所減弱(t<24 ℃),與南黃海相當(dāng),這是部分長江沖淡水向東北擴(kuò)展與蘇北沿岸流朝東南方向擴(kuò)散混合的結(jié)果[40]。同時(shí)長江口東北方向存在一個(gè)高營養(yǎng)區(qū)[42],在圖6(a)中可以觀察到東海北部陸架的QT14,QT15和QT16三個(gè)站位的DIN濃度明顯高于其他鄰近站位,這可能是受到河流輸入影響造成的無機(jī)氮相對過剩,因此在Chla濃度有所增加的情況下NCP并未相應(yīng)提高,這與王保棟在東海北部和南黃海的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)浮游植物的生長不受N限制相符[40],可能存在其他因素抑制了浮游植物的初級(jí)生產(chǎn)。葉文琪等[30]研究發(fā)現(xiàn)秋季長江口表層的PCR相對較低,同時(shí)王保棟[40]和郝鏘[42]的研究發(fā)現(xiàn)長江沖淡水在擴(kuò)散過程中伴隨著懸浮泥沙的沉降,導(dǎo)致水體渾濁,光可利用率降低,從而限制了浮游植物的生長[42],因此光照可能是長江口附近群落初級(jí)生產(chǎn)力的限制因素。

(圖中的四色框線代表A—D四個(gè)區(qū)域的溫度和鹽度范圍。The four coloured box lines in the diagram represent the temperature and salinity ranges in the four subareas A—D.)

為了認(rèn)識(shí)不同區(qū)域內(nèi)NCP的分布特征和主要貢獻(xiàn)因素,利用origin分析了四個(gè)區(qū)域NCP與環(huán)境因子(溫度、鹽度、DO、Chla和營養(yǎng)鹽)之間的相關(guān)性關(guān)系(見圖5)。在南黃海,NCP與溫度呈顯著的負(fù)相關(guān)(r=-0.43,p<0.01),NCP與DO呈明顯的正相關(guān),在長江口及浙閩沿岸都觀察到了NCP與Chla呈顯著正相關(guān)(r=0.79,p<0.01;r=0.85,p<0.01)。而在區(qū)域D觀察到NCP與溫度呈一定的正相關(guān),表明溫度降低可能減弱生物活動(dòng),對于NCP有較大的影響。長江口及浙閩沿岸呈現(xiàn)群落凈生產(chǎn)力較高的特征,主要是由于高營養(yǎng)鹽支持著浮游植物的高生物量。從圖6中可以看出區(qū)域B和C的無機(jī)氮、磷酸鹽和硅酸鹽含量整體上高于區(qū)域D,但是高營養(yǎng)鹽含量并不一定帶來高的NCP。在圖6(a)中我們可以觀察到該航次NCP與DIN沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的關(guān)聯(lián),DIN濃度的高值出現(xiàn)在P2(27.13 μmol·L-1),QT4(13.37 μmol·L-1)和P3(9.06 μmol·L-1)站,然而除P2站對應(yīng)著高的群落凈生產(chǎn)力,QT4和P3站的NCP都很低甚至在P3出現(xiàn)了較大的負(fù)值。這可能是由于長江沖淡水?dāng)y帶大量無機(jī)氮進(jìn)入東海陸架,導(dǎo)致浮游植物生長所需的營養(yǎng)鹽遠(yuǎn)超適宜其生長的濃度,DIN不再是浮游植物生長的限制因素。王保棟[40]發(fā)現(xiàn)秋季長江口和東海近岸浮游植物存在磷限制,在圖6(b)中觀察到長江口附近(QT14、P3站)和浙閩沿岸(QT1,QT2和QT3站)部分站位的磷酸鹽濃度極低(<0.15 μmol·L-1),這些站位都受到了北上的寡營養(yǎng)鹽的臺(tái)灣暖流和黑潮表層水的影響,NCP與磷酸鹽總體呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)(r=-0.615,p<0.05)。雖然王保棟[40]發(fā)現(xiàn)硅酸鹽不是該區(qū)域浮游植物的限制性因素,而本研究發(fā)現(xiàn)NCP與硅酸鹽有極顯著的正相關(guān)(r=0.708,p<0.05)(見圖6(c)),這與葉文琪等[30]在黃東海秋季觀察到PCR與硅酸鹽呈負(fù)相關(guān)相一致,同時(shí)郝鏘[42]指出長江口附近較高的硅酸鹽濃度(>0.5 μmol·L-1)有助于硅藻占優(yōu)的浮游植物群落保持較高的生物量水平。綜上所述,營養(yǎng)鹽會(huì)影響東黃海NCP的分布,但是并不會(huì)成為控制NCP分布的限制因素。

圖5 2015年10月A—D(a—d)四個(gè)區(qū)域的溫度,鹽度,葉綠素a,溶解氧與群落凈生產(chǎn)力的相關(guān)性分析

圖6 2015年10月黃東海航次NCP與溶解無機(jī)氮(a)、磷酸鹽(b)和硅酸鹽(c)的相關(guān)性分析

除此之外,混合層深度(MLD,Mixed Layer Depth)可以作為混合層光可利用程度的重要指標(biāo),較淺的混合層深度意味著更充足的光照,為了歸一化由MLD引起的NCP變化,定義NCP與MLD的比值為單位體積水體的群落凈生產(chǎn)力(NCPvol)[43-44]。選取從北向南的區(qū)域B—D的部分站位進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)各站的MLD在5～45 m之間,且MLD與NCPvol表現(xiàn)為一定的負(fù)相關(guān)(見圖7),在MLD較淺的站位對應(yīng)著混合層中單位體積更高的NCP。同理,在QT16和QT15站位MLD到達(dá)40 m左右時(shí),單位體積的群落凈生產(chǎn)大幅下降。傅明珠等[39]研究也發(fā)現(xiàn)真光層與混合層的相對深度對群落凈生產(chǎn)有影響,混合層深度大于真光層深度時(shí)浮游植物白天也會(huì)處于無光區(qū),呼吸作用大于光合作用從而減弱NCP。另外,王保棟[40]和郝鏘[42]研究發(fā)現(xiàn),長江口及東海沿岸大量懸浮的泥沙會(huì)使透光率下降導(dǎo)致真光層變淺。綜上所述,光照是秋季影響黃、東海NCP的重要限制因素,也是富營養(yǎng)的近岸海區(qū)NCP呈現(xiàn)低值的主要原因。

圖7 2015年10月黃東海航次單位體積水體的群落凈生產(chǎn)力與混合層深度的相關(guān)性分析

3 結(jié)語

該研究首次基于O2/Ar比值法獲得了中國陸架邊緣海—東、黃海秋季生物氧飽和度((O2/Ar)和群落凈生產(chǎn)力(NCP)的高分辨率分布特征。在受到長江沖淡水強(qiáng)烈影響的長江口NCP較高((24.49±35.74) mmol· m-2·d-1),是浙閩沿岸((10.85±12.17) mmol· m-2·d-1)的2倍多。水溫較低的南黃海和受到黑潮影響的東海陸架區(qū)NCP分別為(-9.24±23.15)和(-4.04±18.68) mmol· m-2·d-1,均呈現(xiàn)凈異養(yǎng)狀態(tài)。秋季黃海和東海的群落凈生產(chǎn)分布呈現(xiàn)高度的空間異質(zhì)性,主要受到陸源輸入和黑潮水、臺(tái)灣暖流水團(tuán)混合的影響。同時(shí),營養(yǎng)鹽和光照也是影響該區(qū)域NCP分布的重要因素。

致謝：感謝中國海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)們在采樣中提供幫助!