大鹏湾海水中氮和磷的分布变化

大鹏湾海水中氮和磷的分布变化
周毅频;李绪录;夏华永
【摘要】依据香港特别行政区环境保护署于1999-2007年106个航次的调查资料,结合国家海洋局南海分局于1998-2007年10个航次的调查资料,简要描述和分析大鹏湾海水中可溶性无机氮(DIN)和可溶性无机磷(DIP)含量的多年平均分布变化.结果表明,DIN和DIP含量均夏、冬季较高,而春、秋季较低；受香港和深圳等陆源排放影响,四季吐露港西部和沙头角海区域的DIN和DIP含量普遍比其他区域高；夏季南澳养殖场附近水域的DIN也明显较高,可能与养殖场的饵料投放有关.大鹏湾海水中平均氮磷原子比大于16,而DIN和DIP的平均含量分别为0.069和0.009 mg/L.夏季,由于外海高盐水的入侵,底层水中DIN和DIP含量明显高于表层.9a调查期间,大鹏湾香港海区海水中DIN和DIP含量的年际变化呈较明显下降趋势,而氮磷原子比的年际变化则呈上升趋势.
【期刊名称】《广东海洋大学学报》
【年(卷),期】2011(031)003
【总页数】6页(P50-55)
【关键词】大鹏湾;海水;可溶性无机氮(DIN);可溶性无机磷( DIP)
【作者】周毅频;李绪录;夏华永
【作者单位】中国科学院南海海洋研究所,广东广州510301;国家海洋局南海工程勘察中心,广东广州510300;国家海洋局南海工程勘察中心,广东广州510300
【正文语种】中文
【中图分类】X145
大鹏湾是南海北部一个由南向北偏西嵌入陆地约18 km 的半封闭海湾，西邻珠江口，东接大亚湾，隶属于香港特别行政区和深圳市。

周边陆地为丘陵低山，东、北海岸较平直，西海岸曲折。

沿岸河流短小，滩涂面积少，海域面积约为320 km2。

水深从东北向西南逐渐变深，在大鹏湾西南部和赤门海峡最深，达22 m。

氮和磷是生态系统的主要生源元素，在食物链的传递过程中完成无机物至有机物的不断循环，也是影响全球碳循环和气候变化的重要环节[1]。

在河口和海湾水域，
其分布变化在物理方面与沿海城市污水排放、地面径流和大气等的入海通量，以及海洋中潮流、上升流和涡动扩散等作用有关，在化学方面与水体中氧化、还原反应，以及浮游生物的生长繁殖、生物的分泌排泄物和死亡生物碎屑的氧化分解再生等因素密切相关。

而这些水域富营养化现象屡有发生，甚至引发赤潮或贫氧现象，直接影响生态环境的质量和生物资源[2-4]。

有关氮和磷的生物地球化学循环一直为人
们所重视[5-6]。

学者们已在大鹏湾的局部水域作了这方面的调查研究[7-13]。

本文依据香港特别行政区环境保护署《林蕴盈博士号》船于1999—2007年每月
一个航次16 个站的调查资料和国家海洋局南海分局于2006年7月、2006年12月、2007年4月及2007年10月各一个航次3 个站（B14—B16）的调查资料，并结合1998年4月及8月两个航次5 个站（J27—J31）的第二次全国海洋环境
污染基线调查资料和2001—2007年每两年一个航次1 个站（J29）的全国海洋环境污染监测网监测调查资料，探讨大鹏湾海水中可溶性无机氮（DIN）和可溶性无机磷（DIP）含量多年的平均分布变化。

各调查站位见图1。

图1 大鹏湾水质调查站位Fig.1 Investigation sites in the seawaters in Mirs Bay●，香港海区调查站；▲，深圳海区调查站；----，分界线
1 方法
1.1 采样
香港特别行政区环境保护署的海水样品由计算机控制的多瓶式采样器采集，而国家海洋局南海分局的样品用颠倒采水器采集。

一般采集表、中、底层。

表层指海表面下1 m 的水层；中层指水深一半的位置；底层指距海底1 m 的水层。

水深＜4 m 时，只采集表层；水深≥4 m 而＜6 m 时，仅采集表、底层。

1.2 测量
表1列出海水样品中DIN 和DIP 的测量方法。

表1 大鹏湾海水中DIN 和DIP 的测量方法Tab.1 Measurement methods for DIN and DIP in the seawaters in Mirs Bay海区要素不确定度实验室测量方法氨氮±0.005 ASTM D3590-89 B(流动注射分析法)香亚硝酸盐±0.002 APHA 20ed.4500-NO2-B(流动注射分析法)港硝酸盐±0.002APHA 20ed.4500-NO3-F ＆ I(流动注射分析法)DIP ±0.002 ASTM D515-88 B(流动注射分析法)氨氮
±0.002 次溴酸盐氧化法[14]深亚硝酸盐±0.001 萘乙二胺分光光度法[14]圳硝酸盐±0.002 锌镉还原比色法[14]DIP ±0.002 抗坏血酸还原磷钼蓝法[14]
1.3 计算
ρ(DIN)＝ρ(NH3-N)＋ρ(NO2-N)＋ρ(NO3-N)。

1.4 数据收集与处理
香港特别行政区环境保护署的资料为电子版报表数据，共4 872 组。

国家海洋局南海分局的全国海洋环境污染监测网监测调查资料为纸质报表数据，其余调查资料均为电子版报表数据，共72组。

数据来源可靠，但所有数据均未作一致性检验。

依据各调查期间所有测量数据，取各要素各站全层（包括表层、中层和底层）每月多年的平均值，并选取1、4、7 和10月份代表冬、春、夏和秋季来分析和讨论它们的水平分布季节变化；取各要素表层、中层和底层各月多年的平均值来分析和讨论它们的年变化；取各个要素全层各航次的平均值来分析和讨论它们的年际变化。

需要说明的是，由于南海分局的观测数据较零星，仅限用于补充分析和讨论DIN
和DIP 水平分布的季节变化；J27—J31站只有4 和8月份的数据，B14—B16 站只有4、7、10 和12月份的数据，故对J27—J31 站取8月份代表夏季，而对
B14—B16 站取12月份代表冬季。

另外，对不同实验室的不同方法未作比对验证。

2 结果与讨论
2.1 DIN、DIP 的时空分布
为便于说明DIN 和DIP 含量的水平分布，对数据进行分区统计，结果列于表2。

2.1.1 DIN 分布图2表示春、夏、秋、冬季各代表月大鹏湾海水（表、中、底层）DIN 含量多年平均的水平分布。

由图2和表2可见，冬季DIN 含量在吐露港西部和沙头角海水域较高，而在湾的中部水域较低，变化范围为0.034～0.252 mg/L，平均0.077 mg/L；春季DIN 含量的水平分布基本保留冬季的特征，但含量较低，变化范围为0.009～0.141 mg/L，平均0.047 mg/L；夏季DIN 含量在南澳养殖场、吐露港西部和小梅沙附近水域较高，在湾的中央至湾口西部水域较低，变化范围为0.022～0.127 mg/L，平均0.064 mg/L；秋季DIN 含量在吐露港水域较高，在湾的东北部沿岸较低，变化范围为0.011～0.103 mg/L，平均0.045 mg/L。

图2 大鹏湾海水DIN 含量(mg/L)多年平均的水平分布Fig.2 Horizontal distribution of multi-year average DIN content in seawater in Mirs Bay
表2 大鹏湾各区域海水中各季多年DIN 和DIP 含量Tab.2 Multi-year average DIN and DIP contents in each season in seawater in various zones of Mirs Bay1）代表月：春季4月；夏季除深圳海域为7 或8月外，其余海域7月；秋季10月；冬季除深圳海域为12月外，其余海域1月。

2）区域：深圳海域包括
J27—J31 和B14—B16 站，共8 个站；沙头角海域包括MM1 站，共1 个站；
吐露港—赤门海峡海域包括TM2—TM8 站，共7 个站；大鹏湾主区包括MM2—MM7、MM16 和MM17 站，共8 个站季节1）区域2）测样数
ρ(DIN)/(mg/L) ρ(DIP)/(mg/L)深圳海域21 0.024±0.016 0.002±0.001春沙头
角海域24 0.143±0.103 0.010±0.006季吐露港—赤门海峡海域 169
0.063±0.050 0.009±0.005大鹏湾主区192 0.049±0.035 0.008±0.005深圳海
域36 0.045±0.039 0.005±0.005夏沙头角海域26 0.065±0.051 0.008±0.005
季吐露港—赤门海峡海域170 0.081±0.071 0.013±0.009大鹏湾主区 216
0.059±0.053 0.011±0.008深圳海域9 0.013±0.005 0.002±0.001秋沙头角海
域26 0.057±0.044 0.007±0.005季吐露港—赤门海峡海域169 0.072±0.061 0.007±0.006大鹏湾主区213 0.037±0.023 0.007±0.005深圳海域 9
0.048±0.007 0.004±0.003冬沙头角海域27 0.198±0.094 0.015±0.007季吐
露港—赤门海峡海域168 0.100±0.107 0.008±0.004大鹏湾主区 216
0.051±0.031 0.009±0.005
图3示大鹏湾香港海区海水中DIN多年各月均值的年变化和各航次均值的年际变化。

从图3(a)可见，表层DIN 含量1—5月逐渐降低，之后除6月和9月两次升
高外，基本保持较低水平，在10—12月又逐渐升高；底层DIN 含量在1—5月
变化不大，5—6月急速升高，6—9月略有波动但保持较高水平，9—10月又急
速降低，10—12月恢复平稳。

DIN 含量除在12月至次年2月表层略高于底层外，基本是底层高于表层。

大鹏湾香港海区海水中DIN 含量的年际变化则呈下降趋势[图3(b)]。

图3 大鹏湾香港海区海水DIN 含量的变化Fig.3 Variations of DIN contents in seawater of Hongkong zone in Mirs Baya: 多年各月均值的年变化；b: 航次均
值的年际变化a:Yearly variation of multi-year average each month；
b:Interannual variation of the cruising average
2.1.2 DIP 分布图4表示春、夏、秋、冬季各代表月大鹏湾海水中DIP 含量多年
平均的水平分布。

由图4和表2可见，冬季DIP 含量在湾口西南部、吐露港西南
角和沙头角海水域较高，而在湾的东北沿岸水域较低，变化范围为0.007～0.053 mg/L，平均0.016 mg/L；春、夏、秋季DIP 含量的分布趋势基本一致，均为吐露港内较高，湾东部较低，其变化范围分别为0.001～0.013 mg/L、0.000～0.015 mg/L 和0.001 ～0.009 mg/L，平均分别为0.007 mg/L、0.009 mg/L 和0.007 mg/L。

图4 大鹏湾海水DIP 含量（mg/L）多年平均的水平分布Fig.4 Horizontal distribution of multi-year average DIP content of seawater in Mirs Bay
图5示大鹏湾香港海区海水中DIP 多年各月均值的年变化和各航次均值的年际变化。

从图5(a)可见，表层DIP 含量1—5月缓慢降低，6—9月基本保持稳定，10月出现最低值，11—12月又回升至较高水平；底层DIP 含量1—3月变化不大，3—5月逐渐升高，5—7月急速升高，7—8月保持高值，8—10月又急速降低，10—12月又恢复稳定。

DIP含量在1—12月均底层高于表层。

大鹏湾香港海区海水中DIP 含量的年际变化也呈下降趋势[图5(b)]。

图5 大鹏湾香港海区海水中DIP 含量的变化Fig.5 Variations of DIP contents in seawater of Hongkong zone in Mirs Baya.多年各月均值的年变化；b.航次均值的年际变化a:Yearly variation of multi-year average each month；
b:Interannual variation of the cruising average
综上所述，大鹏湾平均DIN 和DIP 含量均为夏、冬季较高，而春、秋季较低，但各区域的季节变化趋势不尽同（表2）。

吐露港和沙头角海水域的DIN和DIP 含量普遍较高，应是受到沿海城市香港和深圳等陆源排放的影响所致。

夏季南澳养殖场附近水域的DIN 也明显较高，可能与养殖场的饵料投放有关。

DIN 和DIP 含量的年变化特征与南海的季风密切相关。

夏季，在西南季风的作用下，表层沿岸水被抽离海岸，外海营养盐含量较高的低温高盐水则沿海底朝岸边爬升，以补充被抽离的表层沿岸水，使大鹏湾形成上出底进的水交换模式，并使湾内水体形成温、盐跃
层，这也是造成夏季底层DIN 和DIP 含量明显高于表层的主要原因。

冬季盛行的东北季风给南海北部沿岸带来大量的闽浙沿岸水，由于该水体温度较低、密度较大，极易侵入大鹏湾，导致湾中水体夏季存在的温、盐跃层消失，上下水体的各类理化要素分布均匀。

本研究显示，1999—2007年大鹏湾香港水域中DIN 和DIP 含量有所下降。

黄小平等[12]研究表明，1991年11月至2002年1月大鹏湾平洲岛附近水域的活性
磷酸盐稍有下降，与本文结果较为一致。

此外，大鹏湾海水中总的DIN 和DIP 平均含量分别为0.069 和0.009 mg/L。

2.2 氮磷原子比
N、P 是限制赤潮生物的重要因子[15-17]。

Redfield等[6]对海洋中悬浮有机质的氧化分解过程提出如下模式：(CH2O)106(NH3)16H3PO4＋138O2＝106CO2＋16HNO3＋H3PO4＋122H2O。

一般认为自然海区海水的N、P 原子比为16。

何建宗和韩国章[17]认为，当近岸海域水体的N、P 原子比为5～15 时，可能最适
赤潮生物生长。

笔者依据实测数据计算N、P 原子比。

图6示大鹏湾香港海区海
水中N、P 原子比多年各月均值的年变化和各航次均值的年际变化。

从图6(a)可见，N、P 原子比在5—8月的变化波动较大，而其他月份均较为平稳，6月最高，7月最低，平均为20.3。

除7月各层和5月中层N、P 原子比小于16 外，其他各月均大于16。

这与一些学者在邻近水域的研究结果基本一致。

例如：黄毅等[8]于2003年3—11月在大鹏湾南澳养殖区水域多次观测到N、P原子比为28.4；吴
京洪等[18]于1997—1999年在大亚湾澳头增养殖区水域多次观测的N、P 原子
比约为22.4。

然而，赵建中等[13]于1998年3月在大鹏湾大鹏半岛沿岸水域一
次夜光藻（Noctiluca scintillans）引起的大面积赤潮发生期间的调查结果显示N、P原子比超过100；钟思胜等[19]于2000年4月7日—5月23日在大亚湾澳头
增养殖区水域一次五角多甲藻（Protoperidinium quinquecorne）引起的赤潮发
生期间及其前后多次观测的平均N、P 原子比为45.6。

上述结果显示，随着赤潮的发生和发展，海水中的N、P 原子比倍增。

这暗示DIP 可能是赤潮消亡的终极限制因子。

由图6(b)可见，大鹏湾香港海区海水中N、P 原子比的年际变化略呈上升趋势。

3 结论
图6 大鹏湾香港海区海水中氮、磷原子比的变化Fig.6 Variations of atomic N/P ratio in seawater of Hongkong zone in Mirs Baya.多年各月均值的年变化；b.航次均值的年际变化a:Yearly variation of multi-year average each month；b:Interannual variation of the cruising average
1）鹏湾海水中DIN 和DIP 平均含量均为夏、冬季较高，而春、秋季较低。

受到沿岸陆源排放的影响，大鹏湾海水中各季的DIN 和DIP 含量在吐露港西部和沙头角海水域普遍较高，并朝湾口和湾东部逐渐降低。

南澳养殖场附近水域夏季的DIN 也较高，可能与养殖场的饵料投放有关。

2）大鹏湾海水中DIN 和DIP 含量的年变化与南海的季风密切相关。

夏季，由于外海低温、高盐和高营养盐水的入侵以及跃层的阻隔，导致底层海水DIN 和DIP 含量明显高于表层。

1999—2007年大鹏湾香港海区海水中DIN 和DIP 含量航次均值的年际变化都呈下降趋势。

3）大鹏湾海水中N、P 原子比基本大于16，其年变化除5—8月波动较大外，其他月份均较平稳。

1999—2007年大鹏湾香港海区海水中N、P 原子比航次均值的年际变化呈上升趋势。

香港特别行政区环境保护署提供并允许使用相关数据，特致谢忱。

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