胶州湾营养盐限制作用空间差异和长期变化的数值研究.pdf

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1、第45卷第5期2015年5月中国海洋大学学报PERI()DICAL0FOCEANUNIVERSITYOFCHINA45(S)：001t010Mav。2015胶州湾营养盐限制作用空间差异和长期变化的数值研究“贾守伟，史洁”，高会旺(中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室．山东青岛266100)摘要：以胶州湾为研究区域，建立箱式生态动力学模型，模拟得到胶州湾浮游植物生长受营养盐限制情况的季节变化；通过数值实验分析了胶州湾营养盐限制的区域差异，并进一步比较了1960、1980年代及本世纪初营养盐限制

2、情况的区别。结果表明，胶州湾内的营养盐限制作用有显著的季节变化。春季由于浮游植物旺发消耗大量营养盐，使得湾内营养盐限制春末最强；夏季是河流丰水季，营养盐补充充足，湾内营养盐限制最弱。从不同区域来看，养殖区全年表现为硅限制；河口区和湾口区夏季为磷限制，其他季节为硅限制。营养盐限制作用湾口区最强，养殖区次之，河口区最弱。受此影响，浮游植物生物量河口区最高，湾口区最低。从长期变化来看，1960年代，胶州湾内的营养盐限制作用以氮限制为主，1980年代呈硅和磷交替限制，逐渐演变到本世纪初的以硅限制为主，而且

3、由于营养盐限制作用的逐渐增强，浮游植物生物量也呈现不断下降的趋势。关键词：胶州湾；营养盐限制；区域差异；长期变化中图法分类号：P735文献标志码：A文章编号：1672—5174(2015)05—001—10DOI：10．16441／j．cnki．hdxb．20140024海洋浮游植物是海洋生态系统中的初级生产者和食物链的基础，在海洋生态系统的物质循环和能量转化过程中起着重要作用，其动态变化直接影响到海洋生态系统的功能与结构。浮游植物的生长受到光照、温度和营养盐等多种因素的影响。其中，营养盐水平受到

4、人为活动的影响，关于营养盐对浮游植物生长控制作用的研究有助于污染物减排措施的制定和富营养化的治理，因此得到了国内外学者的广泛关注[1]。若环境中某种营养盐浓度低于浮游植物生长所需的最低阈值，则会产生该种营养盐的限制作用，营养盐限制直接影响海洋的初级生产力和浮游植物群落结构[2。3]，从长远来看还可能导致食物链的改变[3]。近岸海域作为从陆地到海洋的过渡区域，受到人类活动的影响最为显著，而且其生产力水平也往往较高。随着气候变化和人类活动的影响，在近岸海域，尤其是半封闭海湾，营养盐各来源的量和比例往往

5、具有差异，因此会导致营养盐限制作用产生显著的时空变化，并对浮游植物的生长造成影响-4。J。胶州湾是受人类活动影响显著的半封闭海湾，外与黄海相通，水体平均存留时间为52d[8]，其营养盐结构在北方海湾中具有较强的代表性[9]。胶州湾有十余条人海河流，其中位于西北部的大沽河占人海总流量的70％[10

6、，是胶州湾重要的营养盐来源，其带来的营养盐直接影响河口区域。胶州湾内水产养殖业发达，养殖区多集中在东北部，是典型的对虾和蛤蜊养殖区，饵料的过量投放和养殖生物的排泄为该区域输送大量的氮、磷营养盐，使该区域内

7、这两种营养盐浓度远远高于全湾平均水平1113。胶州湾内的营养盐浓度常年高于外海，通过湾口处与外海的交换，大量营养盐被输送到黄海，因此湾口区域的营养盐结构也有别于其他区域‘12

8、。现有研究表明，在胶州湾内，相较于光照和水温，营养盐对浮游植物生长的限制作用更为重要[9]。基于观测资料，已有研究阐明了胶州湾内营养盐浓度及浮游植物生物量的季节、长期变化和空间分布特征[12’14。18I。王勇等[19]在胶州湾通过营养盐添加实验发现，网采浮游植物对铁或氮、磷的添加有比较明显的响应。姚云[20]通过分析氮磷比

9、探讨了胶州湾内限制性营养盐的种类及季节变化，认为相较于氮和磷而言，带有硅的评价结果能够更好地反映胶州湾的富营养化状况。观测和实验能够反映胶州湾营养盐结构的现状，但却存在着时间不连续性，并难以区分各个营养盐来源对胶州湾营养盐结构的影响。海洋生态动力学模型是定量研究生态系统中各过程相互作用的有效方法，不仅可以反演现场观测结果，还可以进行机制分析，模拟和预测生态系统的变化。现有的胶州湾生态系统动*基金项目：国家自然科学基金青年基金项目(41106007)；国家自然科学基金委员会山东省人民政府联合资助海洋

10、科学研究中心项目(N1406403)资助收稿日期：201401—17；修订日期：2014—02—27作者简介：贾守伟(1987一)，男，硕士生。**通讯作者：E-mail：shijie@OUC．edu．cn中国海洋大学学报力学模型研究能够模拟胶州湾营养盐浓度和浮游植物生物量的季节变化，计算得到胶州湾内的营养盐收支状况，但是没有分析不同营养盐来源对胶州湾营养盐限制情况的影响，缺少源的长期变化导致胶州湾生态系统演变的研究[21-24]。本文选取胶州湾为研究海域(见图1)，建立胶州湾箱式