秋季湛江港和入海口温盐结构及生态特征

秋季湛江港和入海口温盐结构及生态特征蒋城飞;付东洋;李强;刘大召;黄雄杰;李薛【摘要】采用2015年10月采集的湛江港海域水体叶绿素a浓度、温度、盐度等参数，分析了秋季湛江港和入海口温盐结构及生态特征。研究结果表明，湛江港海域盐度的水平分布上由湾内往湾外逐渐递增，叶绿素a浓度由湾内往湾外逐渐递减，水深比较浅的区域水温较高，同时在航道入海口底层存在着〃高盐低温低叶绿素”的相对稳定的冷水团结构。该水团的形成是由于湛江港出海口独特的地形构造促进区域性水体层化，同时底部水体透明度低，限制航道入海口区域底层的浮游植物的生长等因素所致。%TheanalysisonthethermohalinestructureandecologicalcharacteristicsoftheZhanjiangBayanditsestu-aryinautumnwasbasedontheinvestigationsofChlaconcentration,salinityandwatertemperatureinOctober2015.ThestudyshowedthatthehorizontaldistributionofthesalinityintheZhanjiangBayincreasedgraduallyfrominnerbaytooutsidebay,theChlaconcentrationdecreasedgraduallyfrominnerbaytooutsidebay,thewatertemperatureishigherinshallowarea,andthatinthebottomofestuarytherewasa"highsalinity,lowtempera-tureandlowchlorophyll"relativelystablestructureofcoldwatermass.Theformationofthewatermasswasduetotheuniqueterrainstructureofestuary.Thischaracteristicpromotestheregionalwaterstratification.Atthesametime,thelowtransparencyofthebottomwaterbodyconfinethegrowthofphytoplanktonatthebottomofestuary.【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷)，期】2016(038)011【总页数】12页(P20-31)【关键词】湛江港海域;叶绿素a浓度;盐度;温度;冷水团【作者】蒋城飞;付东洋;李强;刘大召;黄雄杰;李薛【作者单位】广东海洋大学海洋遥感与信息技术实验室，广东湛江524088;广东海洋大学海洋遥感与信息技术实验室，广东湛江524088;中国海监南海航空支队，广东广州510300;广东海洋大学海洋遥感与信息技术实验室，广东湛江524088;广东海洋大学海洋遥感与信息技术实验室，广东湛江524088;广东海洋大学海洋遥感与信息技术实验室，广东湛江524088【正文语种】中文【中图分类】P731.1湛江港位于雷州半岛东南部，是由雷州半岛、东海岛和南三岛合围形成的深水港湾［1］。湛江港主要纳遂溪河系来水，另外还有十几条小溪注入［2］。其东部海域气旋式环流的影响使得粤西沿岸区域存在一股向西的沿岸流，影响粤西海域物质的输运与扩散［3］。东海大坝的修建连接东海岛和大陆，对湛江港内部水体环境产生影响。在湛江港西北侧为湛江市区，常住人口达到130多万，另外还有湛江石化基地等重工业区，城市生活及工业污水均通过湛江港注入南海，同时在湛江港南侧的东海岛建有大型的钢铁基地，以及热电厂和水产养殖区域。湛江港年货物吞吐量已经突破两亿吨大关，连续十几年均保持在每年1000万吨左右的增量快速增长。湛江港与湛江市的经济发展有着密切的联系。研究表明，海水运动的水气界面、水-沉积物界面引起的海水的混合对物质的扩散起着关键的作用，物理过程引起的温盐变化对浮游生物的生长代谢有着很大的影响［4］,盐度的变化可以改变浮游植物细胞膜的渗透率，从而影响浮游植物对海水中营养盐和微量元素等的利用［5］。同时有学者指出在东海的近岸以及大亚湾等海湾区域叶绿素a浓度随着温度和盐度的变化有着很大的波动［6—7］，叶绿素3浓度在南海海域的垂直变化与温、盐跃层、营养盐以及光照的分布具有相关性，不同水团的消长影响着叶绿素a的浓度值［8—9］。温盐的变化和该海域的海洋生态环境有着紧密的关系。叶绿素的浓度与海洋初级生产力密切相关，是海洋碳循环、赤潮及气候变化研究的重要因素，同时在海流研究，渔业管理和生态评价中也有着重要的意义［10—13］。随着湛江港港口物流业和临港工业的发展，农工业废水的排放带来的污染，已经成为了湛江港的主要环境问题［14］。付东洋等对湛江港海域水质评价方法进行了探究，发现湛江港海域存在着比较严重的水体污染状况［15］，湛江港及邻近海域具有高浓度的硝酸盐、磷酸盐，局部区域呈B、IV类甚至劣IV类水质，叶绿素浓度也呈较高水平。章洁香等对湛江港海域进行了为期1年的连续观测，对叶绿素a浓度时空分布特征及其与主要环境因子的关系进行了分析［16］,发现该海域的叶绿素a浓度有着明显的季节变化和水平分布差异。Wang等对湛江港湾附近生态系统通过遥感进行了研究，结果表明伴随着大规模人类活动，湛江港湾附近岛屿的生态系统的服务价值大大降低［17］。但是在相关区域很少开展有关于港湾和入海口温盐剖面结构及生态特征研究。本文采用2015年10月秋季航次对湛江港海域叶绿素a浓度、盐度、温度等参数进行测定，对湛江港海域温盐结构及生态特征进行了探讨。2.1站位设置以及样品采集根据湛江港的自然地理环境的分布特征，本次调查共设置了26个站点，分成如图1中所示的6个剖面。剖面站点设置如下：站位s11、s12、s13为第I剖面，站位s21、s22、s23、s24、s25为第H剖面，站点s31、s32、s33、s34为第B剖面，站点s41、s42、s43、s44为第IV剖面，站点s51、s52、s53为第V剖面，站点s61、s62为第V剖面°V、V剖面之间为湛江港湾航道出口处，其次外加5个点(st1位于东海岛工业生产区附近海域，st2、st3、st4、st5为湛江港湾航道入海口区域)。本航次于2015年10月中旬完成采样，其中海水的温度、盐度、叶绿素a浓度、光合有效辐射强度(PAR)、CDOM浓度采用加拿大RBR公司生产的RBRmaestro快速多参数水质测量仪对站点的剖面数据进行了采集，现场进行数据测定和读取。使用〃塞克圆盘”(secchidisc)进行透明度的测量，此外严格根据《海洋调查规范》(GB/T12763-2007)的要求采集海水水样，叶绿素a(Chla)样品先在现场采集1000mL水样并经过玻璃纤维膜(孔径0.65pm)过滤，滤膜用锡箔纸包裹并冷冻保存，带回实验室进行测定。本文中的平面图采用Goldensoftwaresurfer12进行克里金差值完成。剖面图使用Oceandataview制作完成。3.1温度、盐度、叶绿素a浓度剖面分布图2、图3和图4分别为湛江港叶绿素a浓度、盐度、温度剖面分布图。剖面V,V,VI纬度方向差异小，做图时采用经度水平排布，其余剖面采用纬度水平排布。图2显示剖面I的叶绿素a浓度随深度增加减小。剖面B和剖面V西南侧叶绿素a的浓度高于东北侧的浓度。剖面V和剖面V主要处于港口区域，剖面V叶绿素a浓度位于2.93mg/m3与3.60mg/m3之间，剖面V叶绿素a浓度处于2.2mg/m3与2.6mg/m3之间。剖面V的水平分布上与其他的几个剖面存在着相反的趋势，即东北侧叶绿素a浓度比西南侧的叶绿素a浓度低的分布规律。图3表明整体上基本存在着表层低、底层高的盐度分布趋势，同时从剖面I到剖®V,剖面盐度最大值存在不断增加趋势。水平分布中I到B剖面的盐度从西侧往东侧，IV到V剖面盐度从南侧往北侧均有不同程度的增加。第VI剖面的盐度从南侧往北侧逐降低。该区域设置的几个剖面的温度均在垂直方向上呈现随着深度增加而降低的分布趋势（图4）。同时在测量区域中，水层比较浅区域的温度相对其他区域温度高。6个剖面的盐度、温度、叶绿素a浓度的最大、最小值的统计结果如表1所示。表1数据表明从剖面I依次到剖面V,叶绿素a浓度最大值和最小值均呈现明显的下降趋势，盐度最大值和最小值都呈现升高的趋势。3.2叶绿素a浓度平面分布表层叶绿素a浓度的分布呈现出从湾内的内陆河流的入口往湾外递减的趋势，底层叶绿素a浓度的分布整体上也遵循这个分布特征。总体上，表层叶绿素a浓度大于底层叶绿素a浓度。表层叶绿素a平均浓度为3.68mg/m3，底层叶绿素a浓度平均值为3.28mg/m3。表层叶绿素a浓度最大值为5.45mg/m3，最小值为2.15mg/m3。底层叶绿素a浓度的最大值为5.20mg/m3，最小值为1.49mg/m3。在靠近特呈岛北部区域的上游河口，表层叶绿素a浓度均在4.5mg/m3以上。最高点出现在靠湛江市区一侧的s11站位点，浓度高达5.45mg/m3。特呈岛以南往湛江港航道出口区域的湛江港中心区域的叶绿素a浓度分布比较均匀，湛江港航道入海口以外北部区域的浓度略高于南部区域的浓度。湾内底层叶绿素a浓度总体变化小，湾内中心区域的叶绿素a浓度分布比较均匀，基本稳定在3mg/m3左右。靠近市区特呈岛附近底表层叶绿素a浓度偏高。底层叶绿素a浓度在湛江港航道入海口区域的底层存在着比较明显的低值区域。3.3湛江港航道入海口温盐及叶绿素浓度垂直分布第st5号站点位于湛江港入海口靠湾外的区域。图6表明垂直方向上，5m以浅存在一个温度的下降的趋势，下降的梯度为0.034^/m。在5~20m的深度上，盐度、温度和叶绿素a浓度均没有剧烈的变化。在20m以深，温度的下降梯度是0.038°C/m。盐度达到了0.22psu/m的上升梯度。在20m以浅的水体中盐度变化缓慢。变化的梯度是0.11psu/m。叶绿素a浓度的垂直分布上，由表层的3.30mg/m3—直降低到1.06mg/m3，在20m以浅的区域叶绿素a浓度的变化梯度明显的低于20-27m的变化梯度。26m以深测点的叶绿素a浓度基本维持在1.60~1.73mg/m3之间，明显低于表层的叶绿素a的浓度值。第st4号处于st5号站点在湛江港航道出口以内的相对位置。11m以浅的水体温度比较一致。在11-21m深度的水体中，温度的变化幅度为0.74C。在11m以浅和11m以深的水体中盐度的变化梯度分别达到0.10psu/m和0.35psu/m。叶绿素a浓度的垂直分布中，浓度值从2.98mg/m3一直降低到1.50mg/m3。11m以浅区域的叶绿素a浓度的变化梯度小于11m以深水体中的叶绿素a浓度的变化梯度。第s52号站点位于航道出口，在第V剖面的中心区域。该区域的相对于st5在航道入口内侧更往内的位置。该站点的温度、盐度、叶绿素a浓度的垂直方向变化小，变化的幅度分别为0.2C,0.7psu,0.3mg/m3。可以发现温度和叶绿素a浓度随着深度的增加而降低，盐度随着深度的增大而增加。第st3号站点从整体上看，温度、盐度、叶绿素a浓度的垂直的变化梯度基本一致。叶绿素a浓度每米变化0.03mg/m3，盐度的变化梯度为0.046psu/m，温度的变化梯度为0.036C/m。s61号站点，在7m以浅水层中的盐度变化不明显，盐度的变化梯度为0.03psu/m。7m以下的水层的盐度变化梯度为0.367psu/m。叶绿素a浓度则显示出一个先增大后减小的变化趋势，而温度的变化梯度趋于一致。4.1研究区域平面及剖面温盐与叶绿素a浓度总体特征分析从图2-图4中可见，研究区域海水温度从表层至底层逐渐递减，近岸浅海区域较深水区平均水温更高；盐度分布上，从剖面I到剖面VI,剖面盐度最大值逐渐增高;剖面平均叶绿素a浓度由湾内往湾外逐渐降低，港口外叶绿素a浓度低于湾内的叶绿素a浓度。本文的研究结果与付东洋等［18］、刘大召等［19］研究结果在该海域叶绿素a浓度分布趋势较一致。南黄海近岸区域同样呈现叶绿素a浓度由近岸往远岸海域逐渐递减的分布趋势［20］，与湛江港区域较为相似的深圳湾［21］内由于营养盐和有机物陆源输入的重要影响使得该海域的叶绿素a浓度水平分布由湾内向湾外递减，同时有研究表明半封闭的湛江港内的营养盐受到陆源径流的影响，越接近湾内区域的营养盐相对较高［16，18］。营养盐和有机物的陆源输入是湛江港区域的叶绿素a浓度由湾内往湾外逐渐降低的分布格局的主导因素。本次研究结果中的叶绿素a浓度的水平分布与章洁香等［16］的研究有着相反的格局，这可能是由于该研究数据来源于2009年以前，而近年来，湛江市对湛江港内的水产养殖进行了大规模的清理工程，仅剩下特呈岛东北侧海域的小范围水产养殖区，大量贝类滤食引起湛江港内叶绿素a浓度下降的条件不存在，因此叶绿素a浓度的分布呈现与深圳湾等海域相似的分布格局，由湾内往湾外逐渐递减。垂直分布上，剖面I处在特呈岛北部的湛江市麻斜海湾，如图7所示，由于其海湾狭长，且两岸均与市区城市相邻，上游多条内陆河流的淡水通过特呈岛北部的入湾口进入港湾内部，加上沿岸入海的生活污水中带入大量的营养盐，使得该剖面的叶绿素a浓度相比于其他剖面叶绿素a浓度高，且盐度相比于其他剖面盐度值略低，尤其在靠近霞山市区一侧的影响尤为突出。剖面H东侧主要处于特呈岛的东北区域的鱼类网箱养殖区域。该海域在水产饲养时，大量的富余的养殖饲料被人为大量的排放到海水中，促进该区域的浮游植物的生长，使得该区域的叶绿素a浓度偏高。剖面H的西部整体上处于东海大桥的东侧，该区域的水体平均半交换时间长达100d［22］,水体变化小，叶绿素a浓度的分布比较的均匀。根据文献［1］可知，在剖面m,IV靠近东海岛的北侧的水产养殖区和生活污水的排放口，其中水产养殖废水和生活废水的入海排放，带入大量的水产养殖饲料以及有机污染物，促进水体中浮游植物的生长，提高了水体中叶绿素a浓度。同时排入的生活污水属于淡水，淡水的入海排放降低了海水中的靠近排污口区域盐度的值。剖面VI主要位于湛江港航道出口区域，受湾外海水的影响比较大，叶绿素a浓度整体相比于其他剖面低。在剖面V的东海岛靠外海一侧，从盐度的分布图可见南侧的盐度低于北侧。同时叶绿素a浓度也存在着一个高值的区域。在该剖面的南侧建有东海岛钢铁及石化基地，沿岸工业的废淡水排放在降低该区域的盐度值的同时，也排入了大量带有有机质的陆源污染物。这些污染物给浮游植物的生长提供了便利的条件，使得该区域的叶绿素a浓度相对于剖面▽的右侧叶绿素a浓度值偏高。4.2航道入海口温盐剖面与叶绿素浓度特征分析在湾口区域从外往内，外口呈现出v型（图7,8）。由于湾口比较狭小，海水不能快速的进入湾内。加上在湾口有湛江港的龙腾航道的存在，在湛江港航道入海口以下形成了一个深槽。深槽往湾口以内的深度逐渐减少，逐渐保持在约20-30m的深度。根据现场测量的水深可以发现在s51、s52、s53站点的水深不到20m。深槽内的一些地段发生淤积，主要发生在汊道内和西侧浅滩靠深槽的边缘［23］。湾内的航道的西侧浅滩逐渐向深槽中心靠近。龙腾航道在湾口以下的深度在变小。通过图6可以得出，在湛江港航道出口区域，盐度的最大值出现在st4和st5站点。在出海口的下层可见有高盐水的存在，然而湾内的水体并不能提供高盐水的条件，很显然高盐水是来自外海的高盐海水往湾内入侵。根据站点的位置利用s61、st3、st4、st5、s52、s42、s33、s22站点建立了湛江港湾纵向有色溶解有机物质物质（CDOM）浓度的分布图（图9）。相关学者的研究表明CDOM具有化学〃保守性”，不容易与其他化学物质发生反应，CDOM可以作为天然的〃示踪剂”，来分析陆源物质在河口海湾的混合、扩散、输运等过程，以及近岸水团分析［24—25］。近岸海域的CDOM以陆地来源为主，CDOM随径流入海后，与海水发生混合，CDOM浓度被海水稀释，时空分布特征发生显著变化［26—27］。从湾外往航道口底层方向上的CDOM分布有着明显的扩散趋势（图9),并在110.51°E附近存在近似垂直方向上的分界现象，湛江港湾口区域下层海水大多受外海海水入侵影响。湾口区域的CDOM的浓度值偏高有可能是来自于鉴江和南三水道流域的海水随着南三岛北侧沿岸与外海海水混合后进入湾内形成的。由图7可见，在港湾航道入口区域深度最大，逐渐往内深度减小，湛江港湾口门深槽在深入湾口后分为主干深槽与支汊深槽，其间为大片水深小于5m的浅滩区［28］，湾口内浅滩的存在，上升的地形在一定的程度上阻碍了下层海水的入侵速度。根据温度、盐度跃层的一般定义，浅水最低指标(小于200m)0.2oc/m、0.1/m,温度、盐度资料垂向梯度值大于或等于上述最低指标值的水层定义为跃层［29一30］,通过航道出口中心区域的st4站点和st5站点的垂直剖面图，可以发现在湾口区域存在着一个跃层，使得此区域形成了上下两个水层。随着湾口往内延伸，跃层逐渐消失。有研究表明在大亚湾海域，由于海水的分层效应，使得温度、盐度、营养盐和叶绿素等都受到了不同程度的影响［31］。湛江港区域的实测数据表明，该港湾口区域的水体分层特性与大亚湾有类似的结构，如图10~图12的红色方框部分所见，入海航道口的下层存在着低温、高盐、低叶绿素浓度的冷水团区域。根据站点的位置利用s61、st3、st4、st5、s52、s42、s33、s22站点建立了湛江港湾纵向叶绿素a浓度、盐度、温度的分布图，见图10~图12。航道入海口st4、st5站点的透明度分别为5m和4.5m,st2、st3、s61、s62站点的透明度为1m、4m、3.5m、2m。有研究表明湛江港悬质泥沙的主要来源之一为外海泥沙，夕卜海泥沙主要来自鉴江［32］。夕卜海泥沙加大了水体的浑浊度，减小了水体的透光度。港口内区域的透明度低，水体的透光性差，同时在现场观测数据可得，在10m层以深的光合有效辐射强度(PAR)几乎为0pmol/(m2-s)o在对湖泊富营养化众多影响因子的相关分析中，发现光照是影响藻类生长和湖泊富养化的首要因子之一，而光合有效辐射是水体初级生产者的能量来源［33］。下层的水体中的浮游植物可以接受到的光合有效辐射强度低，浮游植物的生长受到了极大的限制，导致叶绿素a的浓度相比于其他区域的偏低。因此形成了航道口底层〃高盐、低温、低叶绿素含量”的相对稳定的水团结构。黄良民［7］对于大亚湾的研中同样发现在跃层的上下层水体中的叶绿素a浓度存在着较大的差异。下层叶绿素a浓度低于表层叶绿素a浓度主要由于水体中光学条件差，以及营养盐含量低等因素不利于浮游植物生长所致。但是黄良民［7］同时也发现存在下层叶绿素a浓度高于表层的状况，该状况主要由于营养盐较丰富的底层水未能向表层输送，使得表层的浮游植物生长不如底层。然而在湛江港湾的本次调查中尚未发现此类情况。5.1结论本文分析了秋季湛江港和入海口温盐结构及生态特征，研究结果表明：湛江港海域盐度水平分布由内湾往外海逐渐增加，叶绿素a浓度由湾内往湾外递减的趋势，并且在靠近陆源污染物出海口区域出现了叶绿素a浓度偏高，而盐度偏低的现象。这可能主要是由于陆源生活污水及富营养物的入海排放，导致了近岸区域呈低盐、高浓度叶绿素a水平。在湛江港航道入海口的底层存在的〃高盐、低温、低叶绿素”的水团结构。由于以下原因所致：一方面，湛江港湾口区域的独特的狭长地形构造，使得湾外高盐、高CDOM、低叶绿素含量的海水入侵湾内，从而沉积在湾口底部不易扩散入湾内，因此湾口底部呈现高盐、低叶绿素、低温状态，同时对航道入海口区域的水体层化起到了积极的作用；另一方面，该区域水体透光性低，光线不能很好的透射到下层的水体中，限制了下层海水中浮游植物的生长。水体层化可能影响到了湾口区域水体上下层间营养物质的交换，进而影响浮游植物的生长，使得湾航道入海口底部呈现〃高盐、低温、低叶绿素”水平。5.2展望由于本航次站位点布局和测量参数的局限性，以及当前人们对该海湾的研究资料非常少等客观原因，对于该水团的稳定性、来源以及该海域水体如何实现与外海沿岸流场之间动力过程和物质输运，尤其是湾口的高黄色物质的形成机制。我们对此非常感兴趣，将作进一步的跟踪调查，并通过在外海区域加密采样以及更多的观测参数来认识上述科学问题。致谢：感谢广东海洋大学海洋与气象学院陈法锦老师及其研究生对数据采集提供的帮助。【相关文献】柯盛，赵利容，孙省利.湛江湾陆源入海排污口海域PAHs分布特征及来源[J].海洋环境科学，2014(1):13.KeSheng,ZhaoLirong,SunShengli.DistributioncharacteristicsandsourcesofPAHsinseawateroftheland-basedoutletofZhanjiangBay[J].MarineEnvironmentalScience,2014(1):13.中国海湾志编纂委员会.中国海湾志(第十分册)[M].北京:海洋出版社，1999:356-360.CompilingCommitteeofRecordsofChinaBays.RecordsofChinaBays10thFascicule[M].Beijing:ChinaOceanPress,1999:356-360.陈特固.香港地区的水文概况[J].南海海洋科学，1982,4:14-21.ChengTegu.HydrologicsurveyofHongKongarea[J].MarineScienceintheSouthChinaSea,1982,4:14-21.苏纪兰，唐启升.我国海洋生态系统基础研究的发展[J].地球科学进展，2005,20(2):139-143.SuJilan,TangQisheng.AnewdirectionforChina'sresearchonmarineecosysems-intarnationaltrendandnationalneeds[J].AdvancesinMarineScience,2005,20(2):139-143.黄良民，钱宏林，李锦蓉.大鹏湾赤潮多发区的叶绿素a分布与环境关系初探[J].海洋与湖沼，1994,25(2):197-205.HuangLiangmin,QianHonglin,LiJinrong.PreliminarystudiesontherelationshipbetweenchlorophyllaandenvironmentalfactorsinDapengBay[J].OceanologiaetLimnologiaSinica,1994,25(2):197-205.肖武鹏，柳欣，黄邦钦.春季东海近岸表层浮游植物群落结构及其与环境因子的关系[J].海洋学研究，2013,31(3):76-82.XiaoWupeng,LiuXin,HuangBangqin.PhytoplanktoncommunitystructureanditsenvironmentalcontrollinginthenearshoresurfacewateroftheEastChinaSeainspring[J].JournalofMarineScience,2013,31(3):76-82.黄良民.大亚湾叶绿素a浓度的分布及其影响因素[J].海洋学报，1989,11(6):769-779.HuangLiangming.DistributionofchlorophyllaconcentrationanditsinfluencingfactorsinDayaBay[J].HaiyangXuebao,1989,11(6):769-779.陈兴群，陈其焕，庄亮钟.南海中部叶绿素a分布和光合作用及其与环境因子的关系[J].海洋学报，1989,11(3):349-355.ChengXingqun,ChengQihuan,ZhuangLiangzhong.Distributionandphotosynthes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