!!北太平洋中低纬度海区水体中营养盐的分布特征_倪建宇

２０１１年４月 海洋地质与第四纪地质 Ｖｏｌ．３１，Ｎｏ．２第３１卷第２期 ＭＡＲＩＮＥ　ＧＥＯＬＯＧＹ　＆ＱＵＡＴＥＲＮＡＲＹ　ＧＥＯＬＯＧＹ　Ａｐｒ．，２０１１ＤＯＩ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１１４０．２０１１．０２０１１

北太平洋中低纬度海区水体中营养盐的分布特征

倪建宇，刘小骐，赵宏樵，江巧文，姚旭莹

（国家海洋局海底科学重点实验室，国家海洋局第二海洋研究所，杭州３１００１２）

摘要：探讨了北太平洋中低纬度海区的总有机磷（ＴＯＰ）、总有机氮（ＴＯＮ）以及无机溶解营养盐的分布规律。

分析结果表明，表层水体中ＴＯＰ和ＴＯＮ含量占ＴＰ和ＴＮ的大部分，ＴＯＰ和ＴＯＮ的平均含量分别占ＴＰ和ＴＮ的５７．５％～９４．２％和７５．０％～９８．４％，高值出现在表层，而低值出现在深层水体中。空间分布上，表层海水中的ＴＯＰ在总磷中所占的比例自西向东是降低的，在２０°Ｎ附近的西太平洋海区水体中的磷以有机态为主，而１０°Ｎ附近的东太平洋海区则只占５８％～６７％。表层水体中不同形态的氮在整个研究区的分布都较为一致，有机氮在总氮中占大部分，通常在７５％以上，并在１４０°Ｗ附近出现高值。水体中总氮总磷的比值表明，２０°Ｎ附近的西太平洋海区，氮磷的比值在Ｒｅｄｆｉｅｌｄ比值附近，说明限制该海区初级生产的因素可能是氮、磷以外的元素；而１０°Ｎ附近的海区，氮磷比值低于Ｒｅｄｆｉｅｌｄ比值，说明该海区以氮限制为主。总体而言，研究海区的垂直扩散和水平输送以及生物固氮作用，可能是控制研究区这种分布格局的主要原因，ＴＯＰ和ＴＯＮ对研究海区的初级生产以及营养盐的循环起着显著的作用，是初级生产所需营养的重要来源之一。

关键词：总有机磷；总有机氮；营养盐；北太平洋

中图分类号：Ｐ７３６．２２ 文献标识码：Ａ 文章编号：０２５６－１４９２（２０１１）０２－００１１－０９

海洋在全球气候变化和碳循环中具有十分重要的作用，而上层海洋生态系统则是调节大气和深海之间物质转移过程中最为关键的环节。太平洋中低纬度海区，作为全球最大的开阔洋区［１］，在全球气候变迁中起着十分重要的作用，尽管该海区以低营养盐、低生产力为特点，但近年来的研究显示，该海区的初级生产力水平是早前认识的两倍［１］，海洋固氮作用以及溶解有机氮（ＤＯＮ）、磷（ＤＯＰ）组分是该海区营养盐循环的重要一环，也是贫营养盐海区营养盐储库的主要组成。ＤＯＰ和ＤＯＮ可作为初级生产所需营养盐的重要来源，它们在温跃层上部的混合可显著影响营养盐的再生速率。有关这方面的研究与有机碳的研究相比还较少，本文通过分析北太平洋中低纬度海区有机和无机氮、磷的组成，对该海区的营养盐动力学进行了初步的研究，以期揭示制约研究海区初级生产的主要因素。

１　研究区概况

基金项目：大洋矿产资源勘探开发专项基金项目（ＤＹＸＭ－１１５－０２－４－０７）；科技部公益项目（２００６ＦＹ２２０４００）；国家海洋局第二海洋研究所基本科研业务费专项资金项目（ＪＧ０７０２）

作者简介：倪建宇（１９６９—），男，博士，研究员，主要从事海洋地球化学和环境地球化学研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉａｎｙｕｎｉ＠ｓｉｏ．ｏｒｇ．ｃｎ收稿日期：２０１０－０６－２９；改回日期：２０１０－１０－０９．　文凤英编辑

研究海区表层洋流主要是由北部的北赤道流（Ｎｏｒｔｈ　Ｅｑｕａｔｏｒｉａｌ　Ｃｕｒｒｅｎｔ，ＮＥＣ）、南侧的北赤道逆流（Ｎｏｒｔｈ　Ｅｑｕａｔｏｒｉａｌ　Ｃｏｕｎｔｅｒｃｕｒｒｅｎｔ，ＮＥＣＣ）构成，东北部受加里福尼亚冷水团的影响，西南则受西太平洋暖池东伸暖舌的影响［２］。夏季，北赤道流位于１０°Ｎ与２０°～２５°Ｎ之间；北赤道逆流位于３°～１０°Ｎ之间。在１０°Ｎ，研究区域内的温跃层深度比较小，均小于１００ｍ，深度最小出现在１２５°Ｗ左右，从此处向西，深度逐渐加大，向东也略有下降。在２０°Ｎ的研究区域，温跃层深度均在１００ｍ以下。混合层深度的分布和温跃层十分类似，在赤道和１０°Ｎ，混合层深度从东到西逐渐加深，但都小于１００ｍ［２］。从研究区温度－盐度图（图１和２）上可见，研究区底层水体为下绕极底层水（ｌｏｗｅｒ　ｃｉｒｃｕｍｐｏｌａｒ　ｗａ－ｔｅｒ，ＬＣＰＷ）；中层水体在２０°Ｎ附近为南极中层水（ＡＡＩＷ）和北太平洋中层水（ＮＰＩＷ），１０°Ｎ附近则主要是南极中层水（ＡＡＩＷ）；上层水体则主要是热带表层水（Ｔｒｏｐｉｃａｌ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗａｔｅｒ，ＴＳＷ），在２０°Ｎ附近还受到北太平洋表层水（Ｎｏｒｔｈ　Ｐａｃｉｆｉｃ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗａｔｅｒ，ＮＰＳＷ）的影响，而在１０°Ｎ附近还受到赤道表层水（Ｅｑｕａｔｏｒｉａｌ　ｓｕｒ－ｆａｃｅ　ｗａｔｅｒ，ＥＳＷ）和亚热带潜水团（Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ　Ｕｎｄｅｒ－ｗａｔｅｒ，ＳＴＵＷ）的影响。

２　样品与分析

样品分别采自“大洋一号”船的ＤＹ１１５－１７Ｂ和１９

海洋地质与第四纪地质２０１１年

图１　北太平洋２０°Ｎ附近水团的温度与盐度

Ｆｉｇ．１　θ－Ｓ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｍａｓｓｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｇ

ｉｏｎｓ　ｎｅａｒ　２０°

Ｎ图２　北太平洋１０°Ｎ附近水团的温度与盐度

Ｆｉｇ．２　θ－Ｓ　ｄｉａｇｒａｍ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｍａｓｓｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒｅｇ

ｉｏｎｓ　ｎｅａｒ　１０°Ｎ航次，采样站位分布见图３。其中ＣＬＣＴＤ０２

、ＣＭ３ＣＴＤ０３、ＣＸＣＴＤ０４和ＣＡＣＴＤ０５处于２０°Ｎ附

近，属于亚热带太平洋海区；ＷＳ０５０４到ＥＰ２００５－０４这６个站位处于１０°Ｎ附近，

属于热带太平洋海区。由２１

　第２期 倪建宇，等：

北太平洋中低纬度海区水体中营养盐的分布特征图３　北太平洋站位分布略图Ｆｉｇ．３　Ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　

ｓｔａｔｉｏｎｓＣＴＤ（Ｓｅａｂｉｒｄ　

９１１）采水器按每个站位１２层进行采集，海水中溶解态无机氮（ＤＩＮ）和无机磷（ＤＩＰ）的测定则在采样后现场进行；用于总磷、总氮分析的样品，取５０ｍＬ直接分装于聚四氟乙烯内塞的玻璃瓶内，滴入４滴５％的ＨｇＣｌ２溶液固定后冷藏保存，供岸上实验室内分析。

海水中总氮和总磷的测定采用Ｖａｌｄｅｒｒａｍａ［３

］

的过硫酸钾氧化法进行，氧化剂由过硫酸钾、硼酸和氢氧化钠构成，其浓度分别为５０、３０、１５ｇ／ｄｍ

３

。移取５０ｍＬ海水样品于有聚四氟乙烯内塞的玻璃瓶中，加入７ｍＬ氧化剂，旋紧瓶盖，混匀后放入医用高压消毒锅内，保持温度１１５～１２０℃，压力为１．２

～１．３ｋｇ

／ｃｍ２

下消解３０ｍｉｎ；冷却至室温后，将样品定量转移到２５ｍＬ比色管中，在７２３０Ｇ型分光光

度计上分别测定水样中的硝酸盐和磷酸盐。总有机氮（ＴＯＮ）和总有机磷（ＴＯＰ）则根据总氮、总磷和无机氮、无机磷的差值计算得出。采用甘氨酸和甘油磷酸钠按一定比例配成的混合溶液，

对该方法的氧化率和分析精度进行了检验，经试验，氧化效率可达９３％以上，相对标准偏差磷小于±８％，氮小于４．５％。

３　结果与讨论

３．１　溶解无机氮和无机磷

在开放大洋，海水中溶解无机磷主要以正磷

酸盐的形式存在［４］

，溶解无机氮则主要以硝酸盐

的形式存在，铵盐和亚硝酸盐的含量通常都非常低，一般在仪器的检测限附近。研究区内ＤＩＰ的

含量为０．０１～３．３６μｍｏｌ／Ｌ，平均值为１．８２μｍｏｌ／Ｌ；ＤＩＮ的含量为０～５２．８７μｍｏｌ／Ｌ，

平均值为２４．９８μｍｏｌ／Ｌ。从图３和４中可见，研究区内２０°Ｎ附近的站位，其营养盐跃层位于２００～８００ｍ，

而１０°Ｎ附近的站位则位于５０～２００ｍ。剖面分布

上，表层水体中由于生物活动的强烈消耗，ＤＩＰ和ＤＩＮ几乎耗尽，其含量一般非常低，水体中的ＤＩＰ和ＤＩＮ含量通常都在仪器检出限附近；表层以下，ＤＩＰ和ＤＩＮ的浓度迅速增加，这是因为生物新陈代谢过程的排泄物和死亡后的残体在向深层沉降的过程中，由于微生物的矿化作用和氧化作用，有一部分重新转化为ＤＩＮ和ＤＩＰ，释放回水体中。从图４和图５可以看出ＤＩＰ和ＤＩＮ的浓度在８００～１　０００ｍ深度出现最大值，并且在最大值出现之后，水体中ＤＩＰ和ＤＩＮ的浓度随水深的增加而略微降低，但在离底１００ｍ层，则又开始逐渐升高，表现出较高的浓度梯度，可能是受海底再悬浮沉积物的影响所致。

空间分布上，由图４和５可明显看出，２０°Ｎ附近海区的站位，其ＤＩＰ和ＤＩＮ的含量在２００ｍ以下才开始快速增加；而１０°Ｎ附近海区则从５０ｍ左右开始迅速增加，且其浓度梯度也大于２０°Ｎ附近海区。这是因为１０°Ｎ附近海区的站位主要受北赤道逆流的影响，海水强烈辐散，有着比较强的上升流；而且，受加利福尼亚沿岸流向赤道的延伸即赤道冷

舌的影响［２，５］

，下层冷海水向上涌升，使混合层变

薄，温跃层变浅，下层的营养盐可以涌升到比较浅的位置。而２０°Ｎ附近的站位则处在副热带环流，海水辐聚，有着较弱的下降流。东太平洋海区的６个站位中，水体ＤＩＮ的浓度总体上从西到东有增加的趋势，而ＤＩＰ的分布则较为一致。３．２　总磷和总氮

研究区内总磷（ＴＰ）的含量为０．１２～４．０４

μ

ｍｏｌ／Ｌ，平均值为２．２０μｍｏｌ／Ｌ；ＴＮ的含量为２．０７～６５．３５μｍｏｌ／Ｌ，平均值为３２．６０μｍｏｌ／Ｌ。其剖面分布类似于ＤＩＰ与ＤＩＮ，表现为北纬２０°附近的站位，总氮（ＴＮ）和总磷的含量在０～２００ｍ内最

３

１