北海湾赤潮形成原因及机理

北海湾是广西六大海湾中受陆源径流影响最大、入 海污染物数量最大、也是唯一多次发生赤潮的海湾。虽 然对该湾１９９５年３月首次发生赤潮时水体的重要环境因 子进行过粗浅的分析¨’２１，但对该湾赤潮形成的原因及机 理却未进行过深入的分析研究，随着２００４年２月该湾再 次发生赤潮，说明该湾的生态环境在经济大开发与海洋 大开放同时迸进的热潮中已具有向不良状况发展的明显 趋势。为寻找赤潮发生的原因和机理，本文将从北海湾 进入开发盛期（１９９５—２００４年）１０ ａ来水环境因子的变化 趋势及其相互关系人手，重点探讨ＤＩＮ、ＤＩＰ及Ｃｈｌ．ａ的含 量变化及其在生态环境可持续发展进程中所扮演的角
２６．２３
１３．２９ ０．２８
１２．７９
ＤＩＰ／ｌｍｍｏｌ・ｄｍ。０．８９
０．２１
０．６３
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１９９５年３月该湾首次发生了微囊藻赤潮，从赤潮发ＤＩＰ含量最高的测站，这正是导致高潮时发生赤潮的关键 生前夕（低潮时）ＤＩＮ、ＤＩＰ的含量分布情况看，此时ＤＩＮ 高值区均出现于南流江径流影响较大的区域，具有随盐 度上升而下降的梯度变化特征；而ＤＩＰ的高值区却出现 在湾中至湾顶径流和沿岸排污影响均较小的海域，其含 量高达１．７５和３．８８ ｐ』ｎｏｌ／ｄｍ３，次高值区则出现于受潮 流影响较大的南部海域，南流江Ｉ＝Ｉ海域却为低磷区…。 很明显，该潮时北海湾虽然均呈现出高Ｎ、高Ｐ特征，但其 来源途径及出现的区域却截然不同，也正因为这明显的 差异性，导致了赤潮的突然爆发，在时间间隔只有十几小 时的高潮时，随着西向沿岸流和北上海流强度的增加，整 个海湾被外海高盐水所覆盖，由南流江输入的沿岸水被 挤向东北部的合浦近岸海域，平均盐度值由低潮时的 ２３．６１迅速上升为３０．４８。ＤＩＮ、ＤＩＰ的含量分布因此出现 了大幅度的逆转。对ＤＩＰ而言，除北上海流影响较大的 南部海域和沿岸水集中的合浦近岸海域呈现出上升趋势 外，其余测站均以下降趋势出现，尤以低潮时ＤＩＰ含量最 高的２个测站（４、８站）下降最为显著，下降幅度高达 ３０．２５倍和９．４９倍。对ＤＩＮ而言，则除北上海流影响较大 的南部海域和湾顶部海域呈上升趋势外，其余测站均呈 下降趋势，尤以西向沿岸流影响最大的３个测站（２、４、５ 站）下降最为显著，下降幅度分别为９．３７倍、６．４１倍和 ４．２９倍；在２个呈上升趋势的６、８号测站中，上升幅度相 对较大、而且已跃居高潮时次高值的测站恰好是低潮时 所在。因为在低潮时，８号测站恰为全海湾ＤＩＮ含量最低 的测站，在Ｎ／Ｐ值只有１．８４的情况下，Ｎ对该测站浮游 植物的繁殖和生长起到了决定性限制作用。然而随着高 潮时西向沿岸流和北上海流的同时到来，潮海流在将富 含营养盐的外海水携带入湾的同时，强大的水动力混合 作用又使沉积于湾顶底部富含营养物质的有机物受到强 烈搅动，从而使ＤＩＮ以最快的速度获得再生，并向上覆水 迅速补充早已受到Ｎ限制的水体，高Ｐ高Ｎ的同时出现， 使赤潮生物受到了强烈的刺激，从而爆发了首次微囊藻 赤潮。在大量赤潮生物按比例吸收Ｎ和Ｐ，赤潮前８号测 站ＤＩＰ已高达３．８８ ｔｒｍｏｌ／ｄｍ３，现已下降ｌＯ倍，而该测站 的ＤＩＮ在赤潮发生前只有７．１４ ｐＬｍｏｌ／ｄｍ３的情况下，赤潮 发生后却保持着ｌ ２．５６ ｐ．ｍｏｌ／ｄｍ３的量值，。这充分说明。 潮海流的水动力输运作用对该湾ＤＩＮ的补充具有重大的 贡献作用，尤以北上海流的贡献最大。这从位于潮流人 湾最前端的６号测站ＤＩＮ含量最高，并依次递减的规律 中得以证明。而湾中至湾顶底部积聚大量含Ｎ有机物， 也是该湾发生赤潮的隐患所在，１９９８～１９９９年不同形态 Ｎ的分布特征也证明了这一点Ｈ－６］。尽管赤潮前和赤潮 时ＤＩＮ、ＤＩＰ含量均发生了大起大落差异悬殊的变化，但 作为消费者的表征浮游植物生物量的Ｃｈｌ．ａ含量变化并 不大，仅出现赤潮前略高于赤潮时的状况，而且整个海域 差值不大，从区域上体现不出明显的规律性。这种变化
ａ
第２８卷
间正是东北季风转两南季风时节。赤潮前（低潮时）尚以 南流江径流影响为主的低盐水体（１６．２５—２８．７０），在赤 潮发生时（高潮时）却出现了以西向沿岸流和北上海流同 时影响的高盐特征（２８．８ｌ一３１．１２）；本是高Ｐ低Ｎ的海 域，却在潮海流携带作用及强烈的垂直混合作用影响下， 使来源于外海及沉积于湾顶底部富含营养物的底泥被翻 上海面，大量含Ｎ有机物被迅速分解而使ＤＩＮ获得快速 补充，从而形成高Ｎ高Ｐ水域；此外，沿岸流与北上海流 在给该湾输送大量营养物质、又将沉积物中的营养物质 上翻释出的同时，也将沉积于海底的、可形成微囊藻赤潮 的特殊孢子翻出海面（因为微囊藻的繁殖方式有２种，在 适宜条件下，微囊个体以细胞分裂的方式繁殖，数鼍以倍 数的形式增加，群体生长速度极快；在条件不适宜时则形 成特殊孢子沉于海底，待条件适宜时再由该孢子开始繁 殖）捧Ｊ，在遇到丰富的Ｎ、Ｐ营养盐和适宜的环境条件之 际，便迅速萌发和增殖，从而导致了这次赤潮的发生。显 然，适宜的气候、水温条件，强度较大的沿岸流及北上海 流的水动力作用、急剧变化的盐度值及显著增加的ＤＩＮ 含量是导致这次赤潮发生的外界因素，通过早已呈高Ｐ 特征的内在冈素而引发赤潮，其发生的时间和季节与南 中国海赤潮的季节性周期（３～５月）极为吻合一Ｊ。此外， 海湾的地理环境条件也是引发赤潮的原因之一，从引发 该湾赤潮的重要环境因子ＤＩＰ的区域含量变化情 况¨””１我们可以清楚地看到．在１０ ａ间９个航次的调查 分析中，就有５个航次ＤＩＰ的最高值出现在湾中至湾顶海 域。也就是１９９５年３月首次发生赤潮和２００４年２月再次 发生赤潮的海域．而该海域既不是陆源径流、沿岸排污影 响最大的海域，也不是潮海流影响最大的海域，但却是陆 源径流、沿岸排污与潮海流综合作用影响下富含营养物 质的有机物聚积最多的海域。从该湾１０ ａ间前后期发生 ２次赤潮的时间看来，首次赤潮是发生在北海市经济开 发、外来人口增加神速的顶盛时期，而且赤潮发生的区域 主要以北海近岸海域为主，显然与市区人口剧增，沿岸排 放较多含Ｐ污水有关；而湾顶至湾中部海域ＤＩＰ特高值 的出现，则是潮汐作用下富含Ｐ的悬浮颗粒有机物迁移、 聚积的结果，是引发这次赤潮最富有的营养物质基础；而 北上海流携带的富含Ｎ化合物的外海水适时入湾及由此 而引起的湾中至湾顶底部富含营养物质的沉积物向上覆 水释放则是导致这次赤潮的外因所在。而２００４年２月发 生的赤潮则是发生在沿岸养殖业突飞猛进时期。而且该 时期的增养殖业是以文蛤、近江牡蛎等贝类养殖为主，鱼 虾等养殖为辅。随着养殖面积的不断扩大和养殖品种的 不断增加，由养殖自身产生的残饵、粪便和排泄物也随之 增加，从而导致海湾水体营养水平的显著上升，浮游植物 因此呈繁盛的增殖势头，虽然浮游植物对营养盐的摄取 为降低海湾富营养化作出了重大贡献，而贝类的摄食压 力又对浮游植物的显著增殖起到了明显的控制作用，但 贝类的生物沉降作用和由此而引起的养殖水域营养物滞
色，旨在为决策部门提供防治赤潮的科学依据。
ｌ材料与分析
研究资料取自１９９５年３月；１９９６年１２月、１９９７年７ 月；１９９８年１０月、１９９９年１月、１９９９年４月、１９９９年８月 和２００４年１１月４个时期９个航次的分析测试结果，除无 机氮（ＤＩＮ）、无机磷（ＤＩＰ）和叶绿素ａ（Ｃｈｌ．ａ）外，还同时 结合相关环境因子盐度、ｐＨ、ＤＯ、ＣＯＤ进行分析研究。所 有项目的样品采集、固定和分析均按《海洋监测规范》中 的分析方法进行¨Ｊ，站位布设见图１所示。
ＤＩＮ突出了陆源径流输入的重大影响作用；而ＤＩＰ则以海湾自身的再生补充为主，其中湾内沉积物中Ｐ的聚积及释放作用
是引发该湾赤潮的最重要的内因。 关键词：北海湾；赤潮形成；原因及机理；探讨 中图分类号：Ｘ５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－６３３６（２００９）０１－００６２－０５
Ｒｅａｓｏｎ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｃａｕｓｅｄ ｒｅｄ ｔｉｄｅ ｉｎ Ｂｅｉｈａｉ Ｂａｙ
ＨＥ
Ｂｅｎ—ｍａｏ，ＷＥＩ Ｍａｎ—ｘｉｎ ａｎｄ Ｓｅａｓｉｄｅ Ｍａｓｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｈａｉ ５３６０００。Ｃｈｉｎａ）
（Ｇｕａｎｇｘｉ Ｒｅｄ Ｆｏｒｅｓｔ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｇｕａｎｇｘｉ
Ｏｃｅａｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｇｅｄ
ａ
ｏｎ
ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ
ｏｎ
ｔｈｅ
ｅｎｖｉｍｎｍｅｎｔａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ
ｏｆ ｗａｇ
ｏｆ
ＤＩＮ。ＤＩＰ。Ｃｈｌ．
Ｎ，Ｐ
１９９５—２００４。ｔｈｅ ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ
ｔｈｅ
ｒｅａｓｏｎｓ
Ｔａｂ．１ Ａｖｅｒａｇｅ
ｃｏｎｔｅｎｔ
ａｍｏｎｇ ＤＩＮ，ＤＩＰ，Ｃｈｌ．ａ ｉｎ ｌａｓｔ １０ａ ｉｎ Ｂｅｉｈａｉ Ｂａｙ
研究好专等｛器Ｊ筹＿篆Ｌ等｝罢｝｛｝｛芋ｊ筹
ＤＩＮ／Ｉｘｍｏｌ・ｄｍ一 １５．５４ ６．８７
０．２１ ６．９７ ０．１５ ３０．２９ ０．４８
５．７６ ０．２６
１．２７ ０．２１
第２８卷第１期
２ ０ ０
海洋环境科学
ＭＡＲＩＮＥ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ
ｖ０１．２ ８。Ｎｏ．１ Ｆｅｂ．２ ０ ０ ９
９年２月
北海湾赤潮形成原因及机理
何本茂，韦蔓新
（广西红树林研究中心。广西海洋环境与滨海湿地研究中心，广西北海５３６０００）
摘要：通过对北海湾开发盛期（１９９５—２００４年）１０ ａ间ＤＩＮ、ＤＩＰ、Ｃｈｌａ．的分布特征及其与环境条件、环境因子之间关系的
ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ｒｅｄ ｔｉｄｅ ｆｏｒｍｅｄ Ｗａｓ ｄｏｎｅ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｈｉｇｈ ｔｈｅ ｍｏｓｔ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ
ａｎｄ Ｃｈｌ．
ａ ａｒｉｅ
ｔｈｅ ｍａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｉｎ １９９５，ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｒｅｄ ｔｉｄｅ Ｐ ｗｈｉｃｈ ａｃｔｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ
万方数据
海洋环境科学 特征的形成，可能与赤潮形成期间浮游植物的消长速率 有关。 １９９７年７月为高温丰水季节，由于调查期间北海沿 岸普降暴雨，又适逢强大的北上海流顶托作用的影响，大 量淡水聚积于内湾无法向外海扩散，盐度峰面因此出现 逆向运转，从而呈现由南向北递增的梯度变化特征¨Ｊ。 本是盐度、ＤＩＰ最低值的南流江口海域却成为盐度、ＤＩＰ 的高值区，ＤＩＰ含量已达０．６７和０．６０¨ｍｏＬ／ｄｍ３，人湾潮 流影响最大的南部海域也出现了０．６７斗ｍｏＬ／ｄｍ３的高值， 其余测站含量较低，盐度值最低的北海近岸海域只有 ０．３３斗ｍｏｌ／ｄｍ３。尽管盐度的最低值（１６．７２）出现在北海 近岸海域，但ＤＩＮ含量并不高，最高值仍出现在南流江口 海域，且量值高达６３．２３斗ｍｏｌ／ｄｍ３，其平均值已跃居１０
Ｆｉｇ．１ Ｓａｍｐｌｅ ｓｔａｔｉｏｎｓ
高和较低的季度月，但这２个季度月均未发生赤潮，而在 ＤＩＮ含量居中的季度月却发生了赤潮。这是一个很值得 探讨的问题，其奥秘之处将从以下４个代表航次的分析 中得到较好的解答。
２结果与讨论
２．１赤潮成因与ＤＩＮ、ＤＩＰ和Ｃｈｌ．ａ含量变化的关系
表１北海湾近１０ ａ来ＤＩＮ，ＤＩＰ，Ｃｈｌ．ａ的平均值
Ｂｅｉｈａｉ
ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ
ａｃｔｉｏｎ ｉｎ
ｔｈｅ
ｂａｙ ｔｉｄｅ
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２００４，ｉｔ
ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ
ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｐ ａｎａｌｙｓｉｓ
ｆａｃｔｏｒ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ
ｓｏｕｒｃｅ
ｂｅｉｎｇ
１９９５．Ｔｈｅ ｈｉｄｄｅｎ ｔｒｏｕｂｌｅ ｏｆ ｒｅｄ
Ｗａｇ ｇｅｔｔｉｎｇ
ｓｅｒｉＯＵＳ．Ｔｈｅ
分析，探讨了该湾赤潮形成的原因和机理。结果表明：该湾赤潮的形成是以高Ｎ高Ｐ高Ｃｈｔ．ａ为主要特征，但Ｐ是１９９５年
首次发生赤潮最重要的环境因子，是引发赤潮的内因，而Ｎ在该年度赤潮形成的过程中却以外因的作用出现，通过内因而引 发赤潮；但在该湾生态环境演变的过程中，２００４年的Ｎ已在海湾自身增补作用影响下从１９９５年的外因向内因位置迈进，与 Ｐ同时跃居内因地位，赤潮的隐患已呈加重趋势。相关分析显示，作为诱发该湾赤潮的Ｎ、Ｐ营养盐，其来源途径并不一致，
ｆｒｏｍ ｉｓ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ
ｓｈｏｗｓ
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ａｎｄ ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ
ａｎｄ
Ｐ
ａｒｅ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ．Ｔｈｅ
ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｎｄ
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ｒｕｎｏｆｆ
ｔｈｅ ｔｈｅ
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ＤＩＰ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｆｒｏｍ ｆａｃｔｏｒ．
ｉｓ Ｐ．Ｉｎ
８８１ｎｅ
ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆａｃｔｏｒ，ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ ｆａｃｔｏｒ ｗｈｉｌｅ Ｎ Ｗａｓ ｂａｙ，Ｎ ｅｆｆｅｃｔｅｄ
ｅｘｏｇｅｎｏｕｓ ｉｎ Ｎ ｉｎ ｂｙ ｔｈｅ
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ｂａｙ
ｉｔｓｅｌｆ．Ｔｈｅ ａｇｇＴｅｇａｔｉｏｎ
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Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｂｅｉｈａｉ ｂａｙ；ｒｅｄ ｔｉｄｅ
ｆｏｒｍｅｄ；ｒｅａｓｏｎｓ ａｎｄ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ
收稿日期：２００７４３２－０１，修订日期：２００７旬５－２ｌ 作者简介：何本茂（１９５３．），男，广西合浦人，工程师，主要从事海洋化学研究工作，Ｅ，ｍａｉｌ：ｈｂｍｗｍｘ＠１６３．ｃｏｒｎ
万方数据
第１期
何本茂，等：北海湾赤潮形成原因及机理 由表ｌ结果可知，近１０ ａ来北海湾ＤＩＮ、ＤＩＰ的含量 变化较大，在９个航次的调查中，ＤＩＮ有３个航次的平均 值超过了一类海水标准，ＤＩＰ也有３个航次出现了０．４８ ｔｒｍｏｌ／ｄｍ３以上的高值，而且均分别出现在开发盛期的初 （１９９２～１９９５年）、中（１９９６～１９９９年）、后期（２０００～２００４ 年）。其中ＤＩＰ含量最高的１９９５年３月首次发生了赤潮， 位于次高值的２００４年１１月虽未发生赤潮，但该年度的２ 月已发生了持续时间较长，且范围较广的赤潮。与１９９５年 ３月首次发生赤潮的时间极为吻合；位居第３位的１９９７ 年７月正值高温的丰水季节，没有引起赤潮。但３个出现 高Ｐ含量的季度月均出现了Ｃｈｌ．８的高值分布，从直观上 体现了ＤＩＰ含量在北海湾赤潮发生过程中的主导影响作 用。ＤＩＮ的最高值和次高值虽然分别出现在ＤＩＰ含量较 图１调查站位