闽浙近岸海域赤潮暴发前后海水营养盐特征分析

陈月红，石晓勇，3，韩秀荣，李鸿妹

（1.中国海洋大学 化学化工学院，山东 青岛 266100；2.中国海洋大学 海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100；3.国家海洋局海洋减灾中心，北京 100194）

由于地域环境条件的特殊性及海域富营养化程度的加剧，近年来闽浙沿岸海域赤潮频发（姚炜民等，2007；龙华等，2005）。据统计，2001-2010年福建沿海共发生161 起赤潮事件，其中东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）为引发赤潮最多的生物（李雪丁，2012）。另外，有毒的米氏凯伦藻（Karenia mikimotoi）赤潮在该海域也频繁发生，如2012年春季暴发的米氏凯伦藻赤潮，累计面积323 km2，导致海水养殖区贝类，特别是鲍鱼大量死亡，造成经济损失达20 多亿元（国家海洋局，2012）。赤潮的暴发是多种环境因子综合作用的结果，与光照、温度和富营养化等因子密切相关（Anderson et al，2002；Xu et al，2010；韩秀荣等，2003；赵水东等，2006；孙百晔 等，2008），但一般认为充足的营养盐是引起有害赤潮暴发的重要因素之一（张传松等，2007；洛昊 等，2013；

Li et al，2014）。

目前对于闽浙沿岸营养盐的研究大多集中在局部海域。例如，陈雷等（2010）对乐清湾富营养化状况及其成因进行分析，结果显示，乐清湾水体处于严重富营养化状态，其原因主要是陆源和水产养殖的输入。郑小宏（2010）对闽江口海域氮、磷营养盐的分布状况及富营养化特征等进行了初步的分析与研究，结果表明，其营养盐平面分布特征呈近岸高外海低的趋势，闽江口海域具有磷限制潜在性富营养化特征。姚炜民等（2007）对2005年5月30日发生在浙江近海海域的米氏凯伦藻赤潮进行连续监测分析，发现富营养化是赤潮发生的基本条件，适宜的气温及良好的海况是赤潮维持的重要因素。但对于闽浙沿岸整个海域的营养盐时空分布特征，尤其是赤潮暴发前后的营养盐变化情况，近年来鲜有报道。

本文主要通过2013年赤潮发生前后，对闽浙沿岸四个时间段现场调查数据的分析，研究和探讨了营养盐浓度水平、分布特征以及赤潮生消过程对营养盐浓度变化的影响。同时，结合温度、盐度和叶绿素等相关因子，对典型断面营养盐分布的影响因素进行了分析。以期掌握该海域的营养盐水平，并为研究闽浙沿岸赤潮发生机理提供必要的科学基础。

1 材料和方法

1.1 调查站位设计

现场调查于2013年4月24日-5月23日在闽浙沿岸进行，共设ZE，FA，FB，FC，FD 5 个断面（图1）。共进行了4 个航段的现场调查，时间分别为4月24日-28日，5月6日-8日，5月12日-14日及5月19日-23日，以下分别简称4月下旬、5月上旬、5月中旬和5月下旬，调查船只为“润江一号”海洋科学考察船。

图1 调查站位及赤潮发生区域

1.2 样品采集与测定

调查过程中应用YSI 现场测定海水的温度、盐度和叶绿素参数。使用30 L Niskin 采水器采集水样，经GF/F 滤膜（450 ℃灼烧）过滤后，在船上实验室进行营养盐的分析测定，并用国家海洋局第二海洋研究所生产的营养盐标准系列制定工作曲线。其中，亚硝酸盐（NO2-N）采用重氮-偶氮分光光度法，硝酸盐（NO3-N）采用镉-铜还原法，氨氮（NH4-N） 采用次溴酸钠氧化法，磷酸盐（PO4-P）采用磷钼蓝分光光度法，硅酸盐（SiO3-Si） 采用硅钼蓝分光光度法（Grasshoff et al，1999）。NO3-N、NO2-N、NH4-N、PO4-P、SiO3-Si的检出限分别为：±0.02、±0.02、±0.1、±0.02、±0.2 μmol/L。溶解无机氮（DIN）的浓度为NO3-N、NO2-N 和NH4-N 三者之和。

2 结果与讨论

2.1 调查海域各项营养盐的浓度

表1 列出了调查海域4 个时间段表、中、底层海水中，各项营养盐的平均浓度及其变化范围。整个调查期间，各时间段表层海水中DIN 和PO4-P的平均浓度均超过国家一类海水水质标准（DIN：14.29 μmol/L；PO4-P：0.48 μmol/L） （国家环境保护局，1997），但个别站位DIN 和PO4-P 的浓度超过国家三类海水水质标准。随着赤潮的暴发和维持，表层DIN 和PO4-P 的平均浓度呈逐渐下降的趋势。调查海域表层SiO3-Si 的平均浓度为（23.51±12.32） μmol/L，各时间段出现波动性变化，但总体变化不大。表层DIN/P 比值平均为（23.85±9.54），整体呈现先升高后逐渐降低的趋势。

2.2 调查海域营养盐的平面分布

调查海域表层各项营养盐分布整体呈现近岸高，远海低的趋势（图2）。4月下旬，各项营养盐浓度南、北部差异不大，其分布明显受到长江冲淡水和闽浙沿岸流等陆源输入的影响（张慧 等，2011）。近岸侧DIN、PO4-P 和SiO3-Si 浓度分别达到31 μmol/L、1.4 μmol/L、42 μmol/L 以上（图2），均高于国家三类海水水质标准。至调查海域的外海侧时，表层DIN、PO4-P 和SiO3-Si 浓度分别降低至11 μmol/L、0.6 μmol/L、12 μmol/L。总体来说，调查海域水体处于富营养化状态，丰富的营养盐为该海域甲藻赤潮的暴发奠定了最基本的物质基础。

5月上旬至5月中旬，东海原甲藻赤潮暴发，发生区主要在调查海域北部（图1）。此时调查海域DIN 和PO4-P 的分布特征已由与岸线基本平行，转变为以飞云江口和闽江口（方倩，2008；刘述锡等，2014；郑小宏，2010） 为高值中心的扇状分布。调查海域SiO3-Si 的浓度则略有上升，但闽江口近岸局部海域SiO3-Si 的浓度上升至77.75μmol/L。

表1 2013年闽浙沿岸调查海域各类营养盐的变化范围和平均浓度（单位：μmol·L-1）

5月下旬东海原甲藻赤潮进入消散期，各营养盐分布整体表现出明显北低南高的特点。调查海域南部靠近闽江口处，受陆源输入等影响，近岸侧DIN 和PO4-P 浓度高值没有太大变化。而北部海域由于受甲藻赤潮消耗的影响，表层各项营养盐浓度均大幅下降，其中，PO4-P 浓度下降幅度最大，飞云江口近海海域PO4-P 高值中心消失，外海侧PO4-P 的浓度已降低至0.4 μmol/L 以下。同样，北部近岸侧DIN 的浓度由26 μmol/L 下降至16 μmol/L左右，外海侧浓度下降至6 μmol/L 左右。表层SiO3-Si 的浓度也出现明显下降，北部近岸侧最高值由42 μmol/L 降低至24 μmol/L 左右，可能是由于硅藻生物量增殖回升所致。总之，经过甲藻赤潮的消耗，调查海域北部已处于相对较低的营养盐水平。

2.3 赤潮生消过程中营养盐的变化特征

根据生物调查结果，4月下旬调查期间，仅FA、FB 断面外侧暴发东海原甲藻赤潮，密度超过106cell/L。之后5月份的3 次调查期间，FA、FB和ZE 断面均暴发东海原甲藻赤潮，具体情况见表2，其中5月下旬调查结果显示，该区域叶绿素浓度虽未降至海区的正常水平（图3a），但是已经有下降趋势，而且整个海面能闻到腐败的气味，因此已处于东海原甲藻赤潮消散期。为了了解赤潮生消过程与营养盐浓度变化的关系，本文选择赤潮区域站位（图1 中阴影部分），结合叶绿素数据，讨论了各营养盐随时间的变化趋势。

图2 2013年调查海域表层营养盐平面分布

赤潮区域表层DIN 和PO4-P 的平均浓度随着赤潮发生、维持及消亡呈持续下降的趋势（图3b-3c）。4月下旬，大面积赤潮暴发前期，赤潮区域表层DIN 和PO4-P 的平均浓度均相对较高，分别达20.58 μmol/L 和0.88 μmol/L，超过国家一类海水水质。2001年和2009年春季该海域的历史调查结果显示，DIN 的浓度为10 μmol/L 左右，PO4-P的浓度为0.2 μmol/L 左右，均显著低于本次调查结果（高生泉等，2004；黄江婵，2011）。但是赤潮暴发的海域并不是调查海域营养盐浓度最高的海域，而且最早暴发赤潮的站位均位于调查海域的外侧，因此，营养盐不是本次赤潮暴发的唯一因素。随着赤潮的暴发和维持，赤潮区域DIN 和PO4-P的平均浓度持续下降，至5月下旬时，DIN 和PO4-P 的平均浓度分别降低至6.79 μmol/L 和0.41 μmol/L。而非赤潮站位FB3 站位的营养盐浓度前后变化不大，即DIN 的浓度由25.84 μmol/L变为22.44 μmol/L，PO4-P 的浓度由1.09 μmol/L 变为1.06 μmol/L（图4）。

从营养盐比值来看，调查初期（4月下旬），浮游植物生物量相对较低，赤潮区域表层DIN/P 比值平均为23.51，此氮磷比值较适宜东海原甲藻的生长（Li et al，2009；赵水东等，2006）。随着东海原甲藻赤潮的暴发，DIN/P 比值除5月上旬有小幅增加外，整体呈现下降趋势（图3d），这可能是由于赤潮生物对不同种类营养盐的吸收速率不同造成的（张传松等，2008）。DIN/P 比值在5月上旬有小幅度上升，可能是由于此时陆源输入的影响，且由于氮肥流失的影响，使近岸水体中DIN 含量增加，导致表层DIN/P 比值上升（李京 等，2009）。5月下旬甲藻赤潮消散期，DIN/P 比值下降至16.65，说明东海原甲藻在增殖过程中对DIN 的吸收速率相对较快，即氮盐浓度的高低对东海原甲藻的生长影响较大（陈翰林等，2006；张传松等，2008）。同时，低氮磷比不利于甲藻的生长，甲藻赤潮开始处于消散期，这也与张传松等的研究结果是一致的（张传松等，2008）。

由于甲藻对硅酸盐基本不吸收，加上其有来源补充的影响（齐继峰，2014），因此4月下旬至5月中旬，赤潮区域表层SiO3-Si 的浓度分别为25.02 μmol/L，25.92 μmol/L 和25.26 μmol/L，变化范围不大。5月中旬后，SiO3-Si 的浓度开始出现下降趋势，可能是由于东海原甲藻赤潮开始消散，硅藻生物量开始增殖回升所致。

表2 2013年闽浙沿岸调查海域赤潮发生情况

图3 赤潮区域表层叶绿素及营养盐变化

2.4 典型断面（FA）各要素分布状况

FA 断面位于福宁湾外，处于调查海域中部，且为本次东海原甲藻赤潮发生区，故选取FA 断面对整个调查期间各要素分布情况进行系统分析，以初步说明FA 断面营养盐分布状况及其影响因素（图5）。

图4 非赤潮站位FB3 表层叶绿素及营养盐变化

春季海水温度的垂向分布一般由无层化或弱层化的冬季型转变为强层化的夏季型（朱德弟等，2009）。从FA 断面的温度垂向剖面看，4月下旬至5月下旬期间（图5a），海水受热增温，上层水温逐渐升高，垂直混合慢慢减弱，导致5月下旬开始出现温跃层，但不是很明显（齐继峰，2014）。而盐度仅开始出现层化的趋势（图5b），可能是由于断面盐跃层的形成滞后于温跃层所致（鲍献文等，2009）。4月下旬，东海原甲藻赤潮首先在外侧站暴发，叶绿素高值区出现在外海的表层。随后，叶绿素浓度高值区逐渐向近岸靠近（图5c）。

受生物及水文因素的影响，FA 断面DIN 和PO4-P 随时间呈现不同的分布态势。调查初期，两者垂直分布较为均匀，受河流输入和福宁湾养殖业的影响（刘炜等，2008），近岸侧浓度高，外海侧浓度较低。随着赤潮在表层的暴发和向岸边的推移，近岸海域表层DIN 和PO4-P 的浓度明显降低，其中，FA3 站位表层DIN 的浓度由25.5 μmol/L 左右降低至5.2 μmol/L 以下， PO4-P 的浓度由0.78 μmol/L 左右降低至0.42 μmol/L 以下（图5de）。同时，由于生物生长吸收DIN 和PO4-P 的比例高于16 ∶1，导致FA3 站位表层DIN/P 比值呈下降趋势（由35 左右降低至12 以下） （图5f）。另外，随着时间的推移，DIN 和PO4-P 断面分布在中下层逐渐呈现一定的层化结构，这是由于温跃层的阻挡，使底层营养盐难以输送到上层而在此积累（韦钦胜等，2011；Molfino et al，1990；Cermeño et al，2008）。

图5 FA 断面各相关参数剖面分布比较

另外，5月份调查期间，FA 断面的外侧底层PO4-P 浓度均相对较高，尤其是5月上旬，在断面底层明显有高PO4-P 的外海高盐水入侵。进一步分析表明，在我国浙闽两省的东海陆架西部海域和黑潮之间的陆架区域，终年存在着具有高盐特性的北向台湾暖流，大致沿50～150 m 等深线北上，而且在4-9月份的暖半年，主要来源于台湾海峡（齐继峰，2014），具有高温、高盐和高营养盐的特点（图6）。台湾暖流向东海输送的DIN 与长江冲淡水相当，但输送的PO4-P 却比后者高8～17 倍，因此台湾暖流输入的PO4-P 是东海海域磷酸盐限制的重要补充（石晓勇等，2003）。

图6 调查海域的海流分布图

3 结论

（1）调查海区营养盐平面分布特征主要表现为近岸高、远海低的特点，调查海域表层DIN 和PO4-P 高值区出现在飞云江口和闽江口近海海域，调查海域北部受东海原甲藻赤潮影响，表层各项营养盐均大幅下降，赤潮暴发使整个海区各项营养盐分布表现出北低南高的特点。

（2）调查海域营养盐水平相对较高，赤潮区域营养盐水平及结构的变化与赤潮的发生、发展及消散有密切的联系，本次调查结果说明东海原甲藻在增殖过程中对DIN 的吸收速率相对较快，且低氮磷比不利于甲藻的生长。

（3）春季水体升温，温跃层开始形成，加上表层水体中甲藻赤潮对营养盐的消耗等使FA 断面营养盐分布出现跃层。由于受河流输入和福宁湾养殖业的影响，DIN 和PO4-P 的断面分布整体呈近岸高，外海低的趋势。另外，台湾暖流输送的PO4-P是东海磷酸盐的重要补充。总之，水文跃层、生物作用、陆源输入及台湾暖流等是影响春季FA 断面营养盐分布的主要因素。

致谢：国家海洋局第二海洋研究所陆斗定研究员、厦门大学高亚辉教授提供了生物资料，国家海洋局第二海洋研究所管卫兵研究员提供了温度、盐度和叶绿素资料，“润江一号”调查船全体人员为调查工作提供了大量帮助和支持，谨致谢忱。

Anderson D M,Glibert P M,Burkholder J M,2002.Harmful algal blooms and eutrophication: Nutrient sources, composition, and consequences.Estuaries,25(4):704-726.

Cermeño P, Dutkiewicz S, Harris R P, et al, 2008. The role of nutricline depth in regulating the ocean carbon cycle. Proceedings of the National Academy of Sciences,105(51):20344-20349.

Grasshoff K,Kremling K,Ehrhardt M,1999.Methods of seawater analysis. Third Edition. Weinheim: WILEY-VCH Verlag GmbH, 203-223.

Li H M,Tang H J,Shi X Y,et al,2014.Increased nutrient loads from the Changjiang (Yangtze) River have led to increased Harmful Algal Blooms.Harmful Algae,39:92-101.

Li J, Glibert P M, Zhou M, et al, 2009. Relationships between nitrogen and phosphorus forms and ratios and the development of dinoflagellate blooms in the East China Sea.Marine Ecology Progress Series,383:11-26.

Molfino B,McIntyre A,1990.Precessional forcing of nutricline dynamics in the equatorial atlantic.Science (Washington),249 (4970):766-769.

Xu N,Duan S,Li A,et al,2010.Effects of temperature,salinity and irradiance on the growth of the harmful dinoflagellate Prorocentrum donghaiense Lu.Harmful Algae,9(1):13-17.

鲍献文，李娜，姚志刚，等，2009.北黄海温盐分布季节变化特征分析.中国海洋大学学报：自然科学版，39（4）：553-562.

陈翰林，吕颂辉，张传松，等，2006.2004年东海原甲藻赤潮爆发的现场调查和分析.生态科学，25（3）：226-230.

陈雷，徐兆礼，陈胜，等，2010.2007年乐清湾富营养化空间特征及其成因分析.上海海洋大学学报，（1）：91-97.

方倩，2008.东海主要化学污染物来源和近30年排海通量变化规律研究.中国海洋大学.

高生泉，林以安，金明明，等，2004.春，秋季东，黄海营养盐的分布变化特征及营养结构.东海海洋，22（4）：38-50.

国家海洋局.2012年中国海洋灾害公报[EB/OL].http：//www.soa.gov.cn/zwgk/hygb/zghyzhgb/zhgb/201303/t20130306_24229.html，2013-03-11.

国家环境保护局，1997.GB 3097-1997 海水水质标准.北京：海洋出版社.

韩秀荣，王修林，孙霞，等，2003.东海近海海域营养盐分布特征及其与赤潮发生关系的初步研究. 应用生态学报，14（7）：1097-1101.

黄江婵，2011.近50年东海海水中营养盐时空分布特征.中国海洋大学.

李京，石晓勇，张传松，等，2009.东海甲藻赤潮前后典型断面营养盐变化及其补充初探.渔业科学进展，30（2）：94-99.

李雪丁，2012. 福建沿海近10a 赤潮基本特征分析. 环境科学，（7）：2210-2216.

刘述锡，孙淑艳，王真良，等，2014.飞云江与鳌江口海域夏，秋季环境因子与浮游生物的分布变化.生态与农村环境学报，30（4）：430-437.

刘炜，李奶姜，李婕，2008.福宁湾水质状况及其水体富营养化的初步探讨.海洋通报，27（1）：111-115.

龙华，杜琦，2005.福建沿海米氏凯伦藻赤潮的初步研究.福建水产，（4）：22-26.

洛昊，马明辉，梁斌，等，2013.中国近海赤潮基本特征与减灾对策.海洋通报，32（5）：595-600.

齐继峰，2014.东海水团特征及黑潮与东海陆架水交换研究.中国科学院研究生院（海洋研究所）.

石晓勇，王修林，韩秀荣，等，2003.长江口邻近海域营养盐分布特征及其控制过程的初步研究. 应用生态学报，14（7）：1086-1092.

孙百晔，王修林，李雁宾，等，2008.光照在东海近海东海原甲藻赤潮发生中的作用.环境科学，29（2）：362-367.

韦钦胜，葛人峰，李瑞香，等，2011.南黄海西部36°N 断面生态环境特征及其季节变化.海洋学报，33（5）：61-72.

姚炜民，潘晓东，华丹丹，2007.浙江海域米氏凯伦藻赤潮成因的初步研究.水利渔业，（6）：57-58.

张传松，王江涛，朱德弟，等，2008.2005年春夏季东海赤潮过程中营养盐作用初探.海洋学报，30（3）：153-159.

张传松，王修林，石晓勇，等，2007.东海赤潮高发区营养盐时空分布特征及其与赤潮的关系.环境科学，（11）：2416-2424.

张慧，堵盘军，郑晓琴，2011.浙闽海域余流特征分析.海洋通报，30（2）：151-157.

赵水东，2006.温度，盐度和营养盐对东海原甲藻生长的影响.暨南大学.

郑小宏，2010.闽江口海域氮磷营养盐含量的变化及富营养化特征.台湾海峡，29（1）：42-46.

朱德弟，陆斗定，王云峰，等，2009.2005年春初浙江近海的低温特征及其对大规模东海原甲藻赤潮发生的影响. 海洋学报，（6）：31-39.