第1章 海水中溶解无机营养盐分布特征及其主要影响因素
海洋通过与陆地、大气等进行物质和能量交换维持物种繁衍和自身生态系统稳定。面对当今人类活动加剧、经济发展和环境变化的多重压力，海洋在全球可持续发展中扮演的角色比任何时候更为突出和重要。陆架边缘海作为全球海洋生态系统的重要组成之一，为人类提供了大量的水产和矿产资源。沿海地区是人类活动昀集中的区域，近几十年来，在自然资源过度开发、海水养殖业迅速发展、环境污染日益严重、全球气候变暖等多重压力胁迫下，近海营养盐的浓度、组成及生态系统发生了巨大的改变，一系列海洋生态环境问题接踵而至，如海水酸化、缺氧、赤潮等（Laurent et al.，2018，2017；Hu et al.，2017；Wang et al.，2016a；Val and David，2009；Rabouille et al.，2008）。研究人类活动对海洋中生源要素生物地球化学循环的影响对于海洋环境保护与治理具有重要意义。
溶解无机营养盐是海洋初级生产的必需物质，与海洋生态系统的稳定程度密切相关。了解并掌握近岸海域溶解无机营养盐的来源及迁移转化过程是准确预测及有效控制海洋生态环境问题的关键环节。本章通过对2016～2017年在养马岛附近海域开展的连续两年共14个航次的调查所获取的相关数据进行分析，从年的尺度上探讨海水中溶解无机营养盐分布特征及其影响因素，并估算营养盐的收支状况。
1.1 材料与方法
1.1.1样品采集与分析
2016年3月至2017年11月，对养马岛附近海域进行了14个航次的现场调查，共布设37个站位（表1-1），调查的内容有海水温度、盐度以及溶解氧（DO）、叶绿素a（Chla）和溶解无机营养盐的浓度，其中溶解无机营养盐包括硝酸盐（NO3–）、亚硝酸盐（NO2–）、铵盐（NH4+）、溶解无机磷（DIP）和溶解硅酸盐（DSi）。
表1-1 2016年3月至2017年11月海水采样站位经纬度
采用多参数水质分析仪（美国YSIEXO2）确定水深，并现场测定温度、盐度、DO浓度及Chla浓度，4种参数的精确度分别为±0.05℃（温度）、±0.01（盐度）、±0.01mg/L（DO浓度）和±0.01μg/L（Chla浓度）。使用尼斯金（Niskin）采水器分别采集海水表层（0.5m）、中层和底层（离海底1m）海水样品，然后将采集样品通过直径为47mm、孔径为0.7μm的Whatman GF/F滤膜（预先在500℃灼烧5h），将滤液分装于聚乙烯样品瓶中（预先在5%稀盐酸中浸泡48h以上，用超纯水清洗3～5遍），冷冻保存，用于营养盐的测定。
海水营养盐采用营养盐自动分析仪（SEAL公司，QuAAtro型）进行测定，NO3–、NO2–、NH4+和DSi的检出限为0.02μmol/L，DIP的检出限为0.01μmol/L。样品测试期间，采用国家海洋局第二海洋研究所提供的人工海水营养盐标准溶液进行质量控制，平行样品间的相对标准偏差（RSD）小于5%。
1.1.2海水营养状况评价标准
1.1.2.1 海水营养盐污染状况评价标准
海水营养盐污染状况参照《海水水质标准》（GB3097—1997）进行评价（表1-2）。
表1-2 海水水质评价标准（单位：mg/L）
1.1.2.2 海水富营养化状况评价标准
采用潜在富营养化评价模型（郭卫东等，1998）对海水潜在富营养化状况进行评价，营养级划分原则见表1-3。
表1-3 营养级划分原则
采用富营养化状态指数法（TRIX）（Vollenweider et al.，1998）对水体富营养化状态进行评价，该方法通过以下公式计算（ Primpas and Karydis，2011；Vollenweider et al.，1998）：
TRIX=[lg(DIN×DIP×Chla×D%O2)+a]/b（1-1）
式中，D%O2为水体中DO绝对饱和标准偏差；DIN为水体中溶解无机氮的浓度（μg/L），DIN=NO2–+NO3–+NH4+；DIP为水体中活性磷酸盐的浓度（μg/L）；Chla为水体中叶绿素a的浓度（μg/L）；a=1.5，b=1.2。富营养化状态指数法的评价标准（Vollenweider et al.，1998）见表1-4。
表1-4 富营养化状态指数法的评价标准
1.1.3营养盐收支计算
应用海岸带陆海相互作用研究计划（Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone， LOICZ）**的箱式模型（Gordon et al.，1996），对养马岛附近海域营养盐的收支进行计算。在该模型中，假设海水在水平和垂直方向上都混合均匀并且处于稳定状态。计算中，*先对水量收支进行计算，然后计算营养盐收支。养马岛附近海域水量和营养盐的收支主要包括：河流输入、与渤海和南黄海的水体交换、大气沉降以及非保守的内部循环（如浮游植物吸收、沉积物释放 /吸收、养殖贝类排泄 /收获移除、有机质分解释放等），其收支方程如下：
QR+QP–QE+Qin–Qout+.Q=0（1-2）
QRCR(i)+QPCP(i)+QinCin(i)–QoutCout(i)+.M(i)=0（1-3）
式中，Q表示水体输入（+）和流出（–）的通量；.Q和.M分别表示水体和营养盐交换的净通量；C表示水团中营养盐的浓度；式中下标R、P、E、in和out分别表示河流、大气沉降、蒸发、输入和输出养马岛附近海域的水通量，i表示营养盐的种类（DIN、DIP和DSi）。
1.2 水体中温度、盐度、Chla和DO的分布特征
1.2.1 季节变化特征
表层和底层海水温度、盐度、Chla和DO的月平均值如图1-1所示。海水盐度总体上相对稳定，其月平均变化范围为（31.21±0.21）～（32.24±0.02），而温度变化较大，其月平均变化范围为（3.1±0.4）～（27.5±0.7）℃。表层、底层海水中DO的平均浓度范围分别为（191.3±19.4）～（264.2±18.0）μmol/L和（96.2±38.0）～（246.5±26.4）μmol/L，浓度昀高值出现在2017年5月的表层，浓度昀低值出现在2016年8月的底层。由于仪器原因，部分月份Chla浓度数据未获得，由获得的结果来看，表层Chla浓度范围为（1.08±0.80）～（3.28±1.83）μg/L，浓度昀高值出现在2016年8月，而浓度昀低值出现在2017年6月，这与Zhai等（2014b）在北黄海海域的Chla浓度调查结果大致相符。
图1-1 表层、底层海水温度、盐度、Chla和DO的月平均值
1.2.2 水平分布特征
图1-2～图1-4显示的是2016～2017年春季（5月）、夏季（8月）和秋季（11月）表层、底层海水温度、盐度、Chla和DO的水平分布。受到河流输入、沿岸环流等因素的影响，海水温度、盐度在大部分季节表现出明显的空间变化特征。在春季（图1-2a、d、g、j）和夏季（图1-2b、e、h、k），海水温度呈现近岸高、远岸低的分布特征；而在秋季（图1-2c、f、i、l），海水温度呈现西部低、东部高的分布特征。调查海域海水盐度总体上呈现近岸低、远岸高的分布特征，特别是在夏季的表层（图1-3b、h），说明存在明显的径流输入影响。春季（图1-4a、d）和夏季（图1-4b、e）表层海水中的Chla浓度呈现近岸高、远岸低的水平分布特征，这与海水盐度的分布规律相反，反映近岸河流输入/人类活动对浮游植物的生长繁殖具有重要影响（Yamashita et al.，2008）。
图1-2 表层、底层海水温度的水平分布
图1-3 表层、底层海水盐度的水平分布
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