（海洋化学专业论文）海南东部近海地区营养盐动力学的研究.pdf

| “ ， 海南东部近海地区营养盐 动力学的研究 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 蓑薹 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名啊黟峰 签字日期：弘扣年6 月，3 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，并同意以下 事项： 1 、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。 2 、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学”中 国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社”用于出版和编入c n k i 中国知识资源总库， 授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：苍编叼， 签字日期：f ，年6 月哆日 翩擗昌、纱 签字日期：列b 年占月哆日 海南东部近海地区营养盐动力学的研究 摘要 近岸海域通常具有较高的初级生产力，以及多样和复杂的生态结构，因此， 近岸海域营养盐的生物地球化学循环已成为海洋生态学等的重要研究内容。本研 究于2 0 0 6 年1 2 月、2 0 0 7 年8 月、2 0 0 8 年7 8 月和2 0 0 9 年3 _ 4 月对我国海南东 部热带近岸海域不同水体( 河流、河口、渴湖和近岸等) 中营养盐及相关参数进 行调查，旨在研究海南东部近海地区不同水体中营养盐浓度、分布特征及其季节 和区域变化，探讨海南东部近岸营养盐的结构及其影响因子。主要研究结果如下： 1 、文昌文教河营养盐浓度的季节变化很大。除2 0 0 8 年夏季文教河外，其他航 次两条河中的d 斟浓度均处于全球平均浓度与污水浓度水平之间；文昌文教河 中d i p 浓度相对较低，属于清洁水体。由于氮肥的使用、污水排放，2 0 0 7 年n h 4 - n 在d i n 中的比例达到3 7 - 4 4 。冬、夏季d o p 为t d p 的主要组成成分，春季时 无机磷则成为t d p 的主要组成部分；文昌文教河中d o n t d n 的值分别为2 3 、 5 5 。硅酸盐含量低于一般热带河流中的浓度，明显低于同一区域的万泉河中的 含量。 文昌文教河口受潮汐作用影响明显，且有明显的季节变化。2 0 0 6 年冬季硝 酸盐仅受海水稀释作用影响，呈现保守变化；2 0 0 9 年存在再生现象；2 0 0 7 年、 2 0 0 8 年夏季存在反硝化，被大量消耗。说明河口区存在有机质的分解使无机氮 得到再生以及氮的反硝化过程。因悬浮颗粒物含量大，河口区磷酸盐有吸附解 吸现象发生，以及有机质的分解而再生。 2 、万泉河中d i n 含量高于一般未受污染的热带河流中浓度，低于受人类活动影 响大的长江、珠江等，并低于文昌文教河中含量。磷酸盐处于原始水体与干净 水体间浓度。硅酸盐含量不仅高于全球河流中平均浓度，也明显高于热带河流中 平均浓度。 不同季节万泉河口硝酸盐成为d i n 的主要组成成分。n 0 3 - n 、s i 0 3 s i 在河 口区跟盐度有负相关关系，呈保守分布；亚硝酸盐、铵盐变化复杂，表现出非保 守的变化；由于颗粒物的吸附解吸作用，磷酸盐在河口区有浓度相对恒定，且 在2 0 0 7 年夏季低盐度x e ( 2 5 e s u ) 出现再生。在河流及河口中，p 成为浮游植物 生长的潜在限制因子。 3 、于2 0 0 8 年8 月、2 0 0 9 年4 月对小海、老爷海进行多次调查，结果表明：小 海渴湖内整体盐度低，且夏季高于春季。春季硝酸盐含量高于夏季，其他各项营 养盐则为春季低于夏季。夏、春季d o n 分别占t d n 的7 9 、3 6 ；d o p t d p 分别为4 9 、4 7 ，但夏季d o p 含量约是春季的2 6 倍。存在由春季潜在p 限 制到夏季n 限制的转变。 老爷海漏湖口门处受潮汐作用影响明显，营养盐含量低。涡湖中无机态营养 盐及有机质含量高，无机磷、有机氮成为总溶解态氮、磷的主要组成部分。漏湖 内不存在营养盐限制。 4 、东部近岸海区陆源输入对沿岸浅水区影响比较大，深水区受陆源输入影响不 如沿岸明显，营养盐含量由沿岸至远海逐渐降低。浓度由表至底逐渐升高，有明 显的层化现象。不同季节中p 都成为浮游植物生长的限制因子。 5 、于2 0 0 8 年8 月2 5 日至9 月6 日对南海北部进行了调查。结果表明：南海北 部海区上层营养盐贫乏。营养盐浓度由表到底递增，有明显的层化现象。南海北 部表层水体中氮磷营养盐通常低于浮游植物的生长阈值，此次调查时为p 限制。 6 、根据营养盐收支模型计算可知，文昌文教河口n 0 2 - n 、n 】臣- n 、d s i 、d o n 、 d o p 主要来源于河流输入，n 0 3 - n 主要来源于地下水输入，为n 0 3 - n 、d o p 的 汇，n 0 2 n 、n h 4 - n 、d s i 、d i p 的源。万泉河口成为n 0 3 - n 、d i p 、d s i 和d o p 的汇，n 0 2 n 、n h 4 - n 及d o n 的源。小海渴湖是除d o n 外其他各项营养盐的 汇。老爷海渴湖是n 0 3 - n 、瞰- n 、d i p 、d o p 的汇，d s i 、d o n 的源。文昌 文教河、小海和老爷海对沿岸水体的影响不如万泉河产生的影响大。 关键词：营养盐；分布特征；文昌文教河；万泉河；近岸海区；海南 n u t r i e n td y n a m i c sa l o n gc o a s t a le c o s y s t e m so fe a s th a i n a n a b s t r a c t t h ec o a s t a le c o s y s t e m su s u a l l yh a v eh i g hp r i m a r yp r o d u c t i v i t y , d i v e r s ea n d c o m p l e xc o m m u n i t y , t h e r e f o r e ，n u t r i e n tb i o g e o e h e m i c a lc y c l e sh a v eb e c o m et h ec o n e t h e m ei no c e a ns c i e n c e f o u rc r u i s e sw e r ec a r r i e do u ta l o n gc o a s t a le c o s y s t e m so f e a s t e r nh a i n a n ( s u c ha sr i v e r s ，e s t u a r i e s ，l a g o o n sa n dn e a r - s h o r ew a t e r s ) t ou n d e r s t a n d t h el e v e l ，d i s t r i b u t i o na n ds e a s o n a lv a r i a t i o n so fn u t r i e n t s ， i no r d e rt oe x a n 血e b i o g e o e h e m i c a lp r o c e s s e st h a ti n f l u e n c en u t r i e n t sc o m p o s i t i o n s o m ei m p o r t a n t c o n c l u s i o n sa r ed r a w na sf o l l o w s 1 n u t r i e n tl e v e l si nt h et r o p i c a lw e n e h a n g w e n j i a or i v e r ss h o ww i d er a n g eo f s e a s o n a lv a r i a t i o n s d i nc o n c e n t r a t i o n si nt h e s et w or i v e r sa r eg e n e r a l l ya tt h el e v e l s b e t w e e nt h ea v e r a g eg l o b a lc o n d i t i o n st op o l l u t e dw a t e r s e x c e p tt h a tw 铡i r i v e r o n ec r u i s ei n2 0 0 8a r ea tc l e a nw a t e r sl e v e l s a m m o n i u mc o n t r i b u t i o nt od i n c o n c e n t r a t i o ni sr e l a t i v e l yu pt o3 7 硝i nt h ea u g u s t2 0 0 7c r u i s er e l a t e dt ot h et h e a p p l i c a t i o no fi n o r g a n i cnf e r t i l i z e ra n dw a s t e w a t e rd i s c h a r g e d i pc o n c e n t r a t i o n si n t h er i v e r sa r ea tt h el e v e l sb e t w e e n p r i s t i n el e v e la n dc l e a nw a t e r sl e v e lc o m p a r e dt o t h eg l o b a lr i v e rd a t a s od i n d i pr a t i o ss h o ww i d e r a n g eo fv a r i a t i o n ( 6 0 4 1 3 ) d o n w a st h em a j o rp a r to ft d ni nw i n t e ra n ds u m m e r , d i pw a st h em a i n p a r to ft d pi n s p r i n g d o na c c o u n t e df o r2 3 o ft d ni nt h ew e n c h a n gr i v e ra n d5 5 i nt h e w e n j i a or i v e r d i s s o l v e ds i l i c a t el e v e l si nw e n c h a n ga n dw e n j i a or i v e r sa r el o w e r t h a na v e r a g el e v e l so f t r o p i c a lr i v e r s ，i t sl o w e rt h a nt h el e v e lo f w a n q u a nr i v e r w e n e h a n g w e n j i a of i v e re s t u a r i e ss i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db yt i d a la c t i o na n dh a d o b v i o u ss e a s o n a lv a r i a t i o n n i t r a t eb e h a v e dc o n s e r v a t i v e l ys u b j e c t e d t oas i m p l e e s t u a r i n ed i l u t i o ni nt h ew i n t e r2 0 0 6 ；u n d e r w e n tr e g e n e r a t i o ni nt h es p r i n g2 0 0 9 ；h a s d e n i t r i f i c a t i o ni nb o t hs u m m e r2 0 0 7a n d2 0 0 8 t h i si n d i c a t e dt h a td i s s o l v e di n o r g a n i c a n d o r g a n i cn i t r o g e nr e g e n e r a t e df r o m d e g r a d a t i o n o f o r g a n i c m a t t e ra n d d e n i t r i f i c a t i o np r o c e s s e se 虹s t e di nt h ee s t u a r yi nt h es u d g l l e r p h o s p h o r u sb e h a v e d d e s o r p t i o n a d s o r p t i o nf r o ms u s p e n d e dp a r t i c l e sa l o n gt h es a l i n i t yo rd e g r a d a t i o no f o r g a n i cm a t t e ri nt h ee s t u a r y d i s s o l v e ds i l i c a t eb e h a v e dc o n s e r v a t i v e l yi nt h ew i n t e r 1 1 1 2 0 0 6a n ds p r i n g2 0 0 9 n u t r i e n t ss h o w e do b v i o u st i d a le f f e c tw i t hl o wv a l u e sa tf l o o dt i d ei ng a o l o n g b a y 2 d i nc o n c e n t r a t i o n si nt h ew a n q u a nr i v e rw e r eh i g h e rt h a nt r o p i c a lr i v e rt h a t w e r en o tp o u u t e di nt h ew o r l d , s u c ha sa m i o na n dz a i r er i v e r s ，b u tl o w e rt h a n t e m p e r a t er i v e r sw h i c hs i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db yh u m a n a c t i v i t i e s ，s u c ha sc h a n g j i a n g ， h u a n g h ea n dp e a r lr i v e r s d i pc o n c e n t r a t i o ni nt h er i v e ri s a tt h el e v e l sb e t w e e n p r i s t i n el e v e la n dc l e a nw a t e r sl e v e lc o m p a r e dt ot h eg l o b a lr i v e rd a t a d i s s o l v e d s i l i c a t el e v e li nt h ew a n q u a nr i v e ri sn o to n l yh i g h e rt h a na v e r a g eg l o b a lc o n d i t i o n s ， b u ta l s oa th i g h e rt og e n e r a ll e v e l si nt r o p i c a ls y s t e m s n 0 3 - n i d i n i st h em a i np a r to fd i n n i t r a t ea n dd i s s o l v e ds i l i c a t eh a dan e g a t i v e c o r r e l a t i o nw i t hs a l i n i t yi nt h ee s t u a _ r y , i n d i c a t i n gl a r g e l ys u b j e c t i n gt o as i m p l e e s t u a r i n ed i l u t i o n ，w h i l en i t r i t ea n da m m o n i u mw e r en o n - c o n s e r v a t i v e ；p h o s p h a t e u n d e r g od e s o r p t i o n a d s o r p t i o n f i ：o mo n t os u s p e n d e dp a r t i c l e sa l o n gt h es a l i n i t y g r a d i e n ta n d o rd e g r a d a t i o no fo r g a n i cm a t t e ri nt h ee s t u a r ya n dh a sr e g e n e r a t i o ni n 2 0 0 7w h e ns a l a n i t yb e l o w2 5 i na d d i t i o n ，p h o s p h o r u sm a y b et h ep o t e n t i a l l i m i t e l e m e n tf o rp h y t o p l a n k t o ng r o w t hw i t hh i 曲n pc o n c e n t r a t i o nr a t i o ( a v e r a g e l y , m o r e t h a n 6 t ) 3 n u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n si ns u r f a c ew a t e r so ft h ex i a o h a ia n dl a o y e h a il a g o o n w e r ed e t e r m i n e dd u r i n gs u r v e y si nb o t ha u g u s t2 0 0 8a n da p r u2 0 0 9 t h er e s u l t s s h o w e dt h a t ：t h eo v e r a l ls a l i n i t yo ft h ex i a o h a il a g o o ni sl o w , a n ds u m n a e rh i g h e rt h a n s p r i n g t h ec o n c e n t r a t i o n so fn u t r i e n t sw e r eh i g h e ri ns u m m e rt h a ns p r i n ge x c e p t n i t r a t e d o na c c o u n t e df o r7 9 a n d3 6 o ft d ni ns n n l m e ra n dw i n t e r , r e s p e c t i v e l y ； d o pc o n c e n t r a t i o n sr e p r e s e n t e d 4 9 o ft d pi n $ u m l n e ra n d4 7 i ns p r i n g ，b u tt h e c o n c e n t r a t i o n so fd o pi n c r e a s e db y2 3f o l di ns u m m e r2 0 0 8t h a ni ns p r i n g 2 0 0 9 n u t r i e n tr a t i o ss h o w e do b v i o u ss e a s o n a lv a r i a t i o n , i n d i c a t i n gt h a tl i m i t i n gn u t r i e n t s w e r en i t r o g e ni ns u m l n e ra n dp h o s p h o r u sm i g h tb et h ep o t e n t i a ll i m i t i n ge l e m e n tf o r p h y t o p l a n k t o ng r o w t hi ns p r i n g t h es a l i n i t yi nt h ei n n e rb a yo fl a o y e h a il a g o o ni sl o w e rt h a nt h em o u t ho ft h e l a g o o n ，a n dt h ea v e r a g es a l i n i t yw a sh i g h e rt h a nt h a tt h a ti nx i a o h a il a g o o n n u t r i e n t c o n c e n t r a t i o n ss h o w e da l lo b v i o u st i d a le f f e c tw i t hl o wv a l u e si nt h em o u t ho ft h e l a g o o n 4 n u t r i e n t sl e v e la r el o wi ne a s t e mc o a s t a lo fh a i n a n s h a l l o wc o a s t a lw a t e r s w e r es i g n i f i c a n t l ya f f e c t e db yt e r r e s t r i a li n p u t ，b u td e e pw a t e rw a sn o to b v i o u s n u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n si n c r e a s e df r o ms u r f a c et ob o t t o mw a t e r s p h o s p h o r u sw a st h e l i m i t i n gf a c t o rf o rp h y t o p l a n k t o n 5 o n ec r u i s ew a sc a r r i e do u ti nt h en o r t h e r ns o u t hc h i n as e a ( s c s ) t h er e s u l t s h o w e dt h a to l i g o t r o p h yi sas i g n i f i c a n tc h a r a c t e r i s t i ci nu p p e rw a t e rc o l u m no ft h e n o r t h e r ns c s t h ec o n c e n t r a t i o ni n c r e a s e dw i t ho b v i o u ss t r a t i f i c a t i o nf r o ms u r f a c et o b o t t o m a c c o r d i n gt on u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n s ，t h el i m i t i n gn u t r i e n tf o rp h y t o p l a n k t o n g r o w t hw a sp h o s p h o t u si nt h i sr e g i o n 6 n u t r i e n tb u d g e t sd e m o n s t r a t et h a ti nw e n c h a n g w e n j i a oe s t u a r y , r i v e r i n ei n p u t i sam a j o rs o u r c eo fn 0 2 - n ，n h 4 - n ，d s i ，d o n ，d o p , w h i l eg r o u n d w a t e rd i s c h a r g ei s t h em a j o rs o u r c eo fn 0 3 - n ，a n dt h ee s t u a r yi st h es i n ko fn 0 3 - n 、d o p , s o u r c a eo f n 0 2 n ，n h 4 一n ，d s ia n dd i p w a n q u a ne s t u a r yb e h a v e s a sas i n ko fn 0 3 - n ，d i p , d s i a n dd o p , s o u r o eo f n 0 2 n ，n h 4 - na n dd o n x i a o h a il a g o o ni sas i n ko fa l ln u t r i e n t s e x c e p tf o rd o n l a i y e h a ol a g o o nb e h a v e s a sas i n ko fn h 4 - n ，d i pa n dd o p , s o u r c e o fd s ia n dd o n w a n q u a nf i v e re s t u a r yt r a n s p o r t sm o r en u t r i e n t st oc o a s t a lw a t e r s t h a nw e n c h a n g w e n j i a oe s t u a r y , x i a o h a il a g o o na n dl a o y e h a il a g o o n k e yw o r d s ：n u t r i e n t ；d i s t r i b u t i o n ；w e n e h a n g w e n j i a or i v e r ；w a n q u a nr i v e r ； c o a s t a lw a t e r s ；h a i n a n v 目录 0 前言1 l 文献综述2 1 1 大洋中营养盐分布特征及动力学研究一2 1 2 河口和近岸海区营养盐的分布和动力学特征4 1 2 1 河口和近岸营养盐来源及长期变化4 1 2 2 营养元素之间的比值及动力学调控机制5 1 3 我国近岸海域现状6 1 4 海南东部近海营养盐研究现状7 1 5 本文研究内容7 2 研究区域背景与方法。9 2 1 研究区域概况9 2 2 样品的采集及分析方法1 2 2 2 1 调查站位分布1 2 2 2 2 分析方法1 7 2 2 3 试剂及耗材18 3 海南东部主要河流河口体系溶解态营养盐动力学特征。2 0 3 1 文昌地区不同水体中的营养盐分布及变化特征2 0 3 1 1 文昌、文教河营养盐含量及分布特征2 0 3 1 2 文昌文教河口营养盐分布及变化特征2 1 3 1 2 1 文昌文教河口营养盐含量及分布特征2 1 3 1 2 2 文昌文教河口营养元素之间的比值2 9 3 1 3 八门湾渴湖连续站营养盐含量及变化3 0 3 1 3 1 渴湖内及潮汐汉道营养盐周日变化3 0 3 1 3 2 连续站营养盐输送量3 1 3 1 4 高隆湾连续站营养盐含量及变化3 6 3 1 52 0 0 8 年夏季台风后清澜港追踪调查3 9 3 2 万泉河口营养盐分布及变化特征4 3 3 2 1 万泉河溶解态营养盐分布4 3 3 2 2 万泉河口营养盐分布一4 4 3 2 3 营养盐季节变化及其影响因素5 0 3 2 4 营养元素之间的比值5 1 3 3 万宁区小海、老爷海漏湖营养盐分布及变化特征5 2 3 3 1 小海渴湖营养盐分布及变化特征5 2 3 3 2 老爷海漏湖营养盐分布及其变化特征5 4 3 4 地下水体中营养盐含量6 1 3 5 虾池水体中营养盐含量6 5 3 6 不同水体中营养盐含量对比6 8 4 海南东部及南海北部海域营养盐的分布特征7 0 4 1 海南东部近岸海域营养盐的分布特征7 0 4 1 1 海南东部近海区域营养盐的含量7 0 4 1 2 营养盐水平分布特征7 1 4 1 2 1 冬季营养盐变化特征7 1 4 1 2 2 夏季营养盐水平分布：7 1 4 1 2 3 春季营养盐水平分布特征7 4 4 1 3 营养盐垂直分布特征7 6 4 1 3 1 夏季营养盐垂直分布特征7 6 4 1 3 2 春季营养盐垂直分布特征7 7 4 1 4 营养盐周日变化特征7 8 4 1 5 营养元素间的比值7 9 4 2 南海北部营养盐分布特征8 0 4 2 1 南海北部表层营养盐含量8 0 4 2 2 营养盐水平分布8 1 4 2 3 营养盐垂直分布特征8 2 4 2 4 南海北部海域营养元素间的比值8 3 5 营养盐收支估算1 3 0 6 结论1 3 0 n 参考文献1 3 8 致谢。1 4 9 m 海南东部近海地区营养盐动力学的研究 0 前言 海水中的生源要素( 氮、磷、硅) 是海洋浮游植物生长不可缺少的组分，是 海洋初级生产力和食物链的基础。由于海水中各类营养元素含量较低，在海洋表 层常常被浮游植物大量消耗，甚至成为海洋初级生产力的限制因素。同时，海水 中各类营养盐的含量和分布也明显受到生物、化学、地质和水文因素的影响，有 着明显的季节性和区域性变化。近岸海域和河口区，与大陆径流的变化、温跃层 的消长等水文状况有很大关系。河口区营养盐的清除与再生，会影响陆地向海洋 输入营养盐的量，可能导致近岸生态系统结构发生改变( r a b o u i u ee ta 1 ，2 0 0 8 ；l i u e ta 1 ，2 0 0 5 ；n i x t o n ，1 9 9 5 ) 。随着人类活动向海洋中排放的营养盐急剧增加，已出 现了近岸海域富营养化、近海湿地减少等多种环境问题。 本论文在科技部国际科技合作交流专项“海南省东部近海地区的陆海交互 作用”的支持下，对海南东部近岸海区和主要河流河口( 万泉河、文昌文教河) 、 漏湖水体及流域地下水中溶解态营养盐的水平、垂直分布和河口营养盐收支进行 研究，以了解我国海南东部近岸海域不同季节营养盐的分布及变化特征，为海南 近岸环境保护提供基础数据和科学依据，对丰富陆一海交互作用的生物地球化学 研究具有重要的意义。 在导师悉心指导下，经过三年的努力，论文工作取得了一定进展，但由于本 人能力和学识水平有限，对问题的理解和认识比较肤浅，尚存在许多不足之处， 诚恳期待诸位老师和专家给予批评指正。 海南东部近海地区营养盐动力学的研究 1 文献综述 营养盐是海洋生物生命活动的物质基础之一，会影响海洋的初级生产力水平 及生态系统结构特别是浮游植物的群落结构( r e d f i e l de ta 1 ，1 9 5 8 ；h a r r i s ，1 9 8 6 ； t i l m a ne ta 1 ，1 9 8 2 ；l a g ue ta 1 ，2 0 0 4 ) 、生物量和生物多样性。同时海洋生物泵效 率的提高可有效降低大气c 0 2 浓度，而海洋生物泵的效率取决于输入海洋真光 层营养盐的量( k a r l ，2 0 0 2 ；m a c k e y , 1 9 9 5 ；屠霄霞，2 0 0 6 ) 。因此营养盐的分布和 循环机制对了解海洋生态系统初级生产过程至关重要( 林洪瑛等，2 0 0 1 ) 。 1 1 大洋中营养盐分布特征及动力学研究 大洋中营养盐的分布，早已有大量研究报道( m i u i e r o ，1 9 9 6 ) 。一般来说，大 洋表层由于浮游植物光合作用时消耗营养盐，p 0 4 - p 、n 0 3 - n 和s i 0 3 s i 的浓度 较低。真光层以下，随着深度增加有机物分解，营养盐再生又重新回到海水中， 因此其浓度随深度增加而升高。通常在5 0 0 1 0 0 0m 处，出现一个浓度剧变层； 而1 0 0 0m 以深，p 0 4 p 、n 0 3 - n 浓度变化很小，s i 0 3 s i 浓度随深度增加而略为 增加。由于海流的输送及生物的活动，不同海域中营养盐分布不同。 上世纪7 0 年代的海洋断面地球化学研究( g e o s e c s ) 首次在全球尺度上摸清 了大洋主要海域营养盐的分布情况，揭示了全球海洋的营养盐主要受大洋环流、 生物循环和有机物的矿化作用所控制。由于大洋环流，极地下沉水经大西洋至印 度洋而后到达太平洋，使太平洋深层水比大西洋“老”。在大洋环流过程中，由 表层沉降下来的生物尸体碎屑、排泄物分解，营养盐浓度逐渐增大，也就使得太 平洋深层水营养盐浓度比大西洋深层水营养盐浓度高。研究结果也表明，整个大 西洋的营养盐主要受北大西洋深层水控制( k a r l & y a n a g i ，1 9 9 7 ；o r m a z a o g o n z i l e z & s t a t h a m1 9 9 1 ) 。 近几十年来，随着人类活动的日益加剧，全球气候系统与海洋生态系统的相 互作用日益显著。世界各国先后建立了一系列的时间序列观测站( m i c h a e l s k n a p ，1 9 9 6 ) ，以了解海洋在不同时间尺度上的变化。在长时间尺度内，营养盐 的生物地球化学循环可能会影响全球气候变化( 许艳苹，2 0 0 9 ) 。 大洋中的物理和生物地球化学过程是制约全球气候和碳循环的两个重要过 2 海南东部近海地区营养盐动力学的研究 程，上层海洋生态系统成为调节大气和深海之间物质转移的重要环节( m c p h a d e n , 2 0 0 2 ；j i a n g ，2 0 0 5 ；b o r g n e ，2 0 0 2 ) 。 按年固碳速率大小来划分，全球可分为寡营养盐海区( 3 0 0gcm 2 歹1 ) ( n i x o n ，1 9 9 5 ) 。 寡营养盐海区占全球海洋总面积7 5 ( l e w i se ta 1 ，1 9 8 6 ) ，一般分布在热带和亚 热带海区。由于常年光照强，热带亚热带海区层化显著，贫瘠的表层水被永久温 跃层阻隔，难以与跃层以下富含营养盐的水团混合：故混合层以浅的营养盐水平 常年较低，也没有明显的季节变化( g o l d m a ne ta 1 ，1 9 7 9 ) 。海洋植物消耗营养盐转 化成有机质后，经过一系列生物地球化学过程，部分营养物质被输送到深海海底 ( w a s h ，1 9 9 7 ) 。富含营养盐的上升流，使深海海底营养物质重新返回真光层；而 在海水层化现象比较显著的大洋区，表层海水营养盐被植物大量消耗，又不能得 到上升流带来的高营养盐海水的及时补充，容易形成缺营养盐的状态，营养盐的 再生成为维持贫营养大洋区初级生产力的关键( p l a t t , 1 9 8 5 ；m e g i l l i e u d y , 1 9 9 7 ) 。冬 季的对流混合被认为是向真光层输入再生营养盐的主要过程( m e n z e l & r y t h e r , 1 9 6 1 ；s i e g e le ta 1 ，1 9 9 0 ) ，而春季时水体层化作用加强，由混合层带来的营养盐对 新生产力的贡献仅占2 5 3 3 ( m e g i l l i e u d y e ta 1 ，1 9 9 8 ；s i e g e le ta 1 ，1 9 9 9 ；许艳苹， 2 0 0 9 ) 。而新生营养盐通过什么途径进入真光层成为新的科学问题( 张武昌& 孙 松，2 0 0 7 ) 。 j e n k i n s ( 1 9 8 8 ) 指出，夏季水体层化时，可能有一些用1 4 c 方法检测不到的现象 发生，使真光层营养盐增加，提高海水表层的生产力( 新生产力) ( 张武昌& 孙 松，2 0 0 7 ) 。此后，陆续发现中尺度涡( g o l d m a n & m c g i l l i c u d d y , 2 0 0 3 ；m e g i l l i c u d d y e ta l ，2 0 0 7 ；b a t e sa n dh a n s e l l ，2 0 0 4 ) 、罗斯比波( s i e g e l ，2 0 0 1 ；c i p o l l i n ie ta 1 ，2 0 0 1 ) 、 生物的固氮作用( k a r le ta 1 ，1 9 9 7 ) 等都可以在垂直方向上将营养盐输送到大洋真 光层，成为新生产力的来源。w i l l i a m s 和f o l l o w s ( 1 9 9 8 ) 认为营养盐也可以通过 e k m a n 水平输送到达大洋真光层。然而，对这些过程的研究都是独立进行，并没 有在同一海区同一时间范围内对上述过程的同步研究。 综上所述，大洋中营养盐研究已经持续很长时间，随着检测技术的进步和生 物地球化学研究的不断深入，我们对大洋中营养盐结构、来源的认识也在不断发 展变化之中。 3 海南东部近海地区营养盐动力学的研究 1 2 河口和近岸海区营养盐的分布和动力学特征 河口和近岸海域营养盐含量分布与大洋不同，不但受浮游植物生长消长和季 节变化的影响，而且和大陆径流的变化、温跃层的消长等水文状况及人类活动有 很大关系。 河口与近岸是位于陆地与海洋交界处的水体，是河流径流、海水和陆地系统 交汇相互作用的水域。具有高生物多样性、复杂的生态结构和高初级生产力的特 征，既可以收获大量的鱼类、贝类动物，也可以作为港运通道，并且可以为人类 提供休闲娱乐场所。海岸带地区入口的增长以及土地利用方式的改变不可避免的 影响海水的运动、沉积物以及进入河口的有机物和无机营养物质的量。河口与近 岸营养盐的动力学过程对研究近岸赤潮和富营养化发生的原因及其防治有重要 意义，在河流径流、海洋潮汐、风等共同作用下产生的水平迁移、垂直混合，以 及层化、锋面、水体一沉积物界面的交换过程等，直接影响到河口营养盐在生态 系统中的作用与功能。因此，近岸海域营养盐的生物地球化学循环及收支动力学 已成为海洋生态学等的重要研究内容之一( 葛明，2 0 0 3 ；g u l l a y ae ta 1 ，2 0 0 1 ；c e n t e r f o re n v i r o n m e n t a l ，f i s h e r ya n d a q u a e u l t u r es e i e n c e s ，2 0 0 1 ；l a n