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长江口及邻近海域富营养化近30年变化趋势及其与赤潮发生的关系和控制策略研究

唐洪杰  
【摘要】: 长江口及邻近海域海水富营养化及由此引起的各种海洋生态效应受到普遍关注。虽然关于该海域海水富营养化与赤潮发生关系的研究屡见报道,但对长江口及邻近海域海水富营养化趋势特别是其与赤潮发生之间关系尚缺乏了解。针对这一问题,本文在汇总20世纪50年代特别是80年代以来长江口及邻近海域海水中DIN、PO4-P和COD等年均浓度变化趋势的基础上,采用富营养化指数分析了长江口及邻近海域海水富营养化的变化趋势。同时,结合2002~2005年10个航次的调查数据,应用以线性相关性为主、以季节变化之间关系为辅研究的方法,研究了长江口及邻近海域20世纪80年代以来富营养化指数(EI及EI修正)与赤潮发生规模、频率的关系,进而分析了浮游植物生物量、COD和DO之间的线性相关性。并首次估算了东海31盐度线海域内DIN、PO4-P及COD的海洋环境容量。本文主要工作及结论如下: 1.近50年来,长江口及邻近海域海水DIN、PO4-P、COD分别的年均浓度分别呈现出波动性上升、基本维持不变(年代间有波动)和波动性下降的变化趋势;海水中DIN、PO4-P呈现秋中及冬末(春初)高、夏中最低的“双峰”形月季变化趋势,与DIN和PO4-P不同,COD表现为丰水期高、枯水期低的季节变化特点;此外,DIN、PO4-P、COD总体上具有近岸高、外海低的特点。据此,研究海域海水的富营养化指数EI表现出了持续上升的年变化趋势,并且呈现出春、秋季节高,夏季最低的“双峰形”的季节变化特征,同时平面分布上呈近岸高、外海低的趋势。 2.赤潮的发生主要受海水中DIN及PO4-P浓度的共同控制。 本文从赤潮发生规模/频率、发生期及发生区域等方面研究了长江口及邻近海域海水中DIN、PO4-P、COD与赤潮发生的关系,结果表明,自20世纪80年代以来,海水中DIN及PO4-P年均浓度与赤潮发生年规模/频率之间存在显著线性相关性,而COD未表现出明显的相关性;赤潮主要发生在DIN和PO4-P冬末(春初)高峰之后的5~6月,与COD高值期基本吻合,甚至还略有提前。由此可见,赤潮的发生与COD之间的相关性不强。据此去除EI计算公式中COD项,简化得到了EI修正,采用同DIN、PO4-P、COD类似的方法,分析比较了海水富营养化指数EI及EI修正与赤潮发生之间关系的紧密程度,研究结果提示EI修正与赤潮发生的关联性更好,且强于DIN或PO4-P的影响,这样,研究海域赤潮的发生主要受到DIN、PO4-P的共同控制。 3. COD的异常升高是赤潮爆发的结果,但非生源因素仍是研究海域COD的主要来源,致使EI修正与COD关系较弱。此外,EI修正的升高可以引起底层缺氧程度的加剧。 现场调查结果显示,赤潮发生时,在赤潮区,伴随浮游植物生长产生的有机质贡献了49~71%的COD数值,成为COD主要来源。但在非赤潮区及整个调查海域,浮游植物生长对COD的贡献仅为13~17%和18~27%,说明非生物因素是COD的主要来源。另外,浮游植物对COD增长的贡献存在季节性差异,表现为夏秋春冬,并且即使在夏季,其贡献率也仅为24%,说明对COD年均浓度来讲,陆源等非生源要素仍是其主要来源,而弱化了赤潮产生的影响。这是导致20世纪80年代以来EI修正年均值与COD年均浓度之间关系很弱的重要原因。此外,20世纪80年代起至今,EI修正的升高可以引起底层缺氧程度的恶化,表现为底层缺氧面积随EI修正的增大而增大,而溶解氧极小值随EI修正的增大而降低。从缺氧区形成时间上看,长江口外缺氧区的形成时间基本上同海水COD的高值期同步,也基本上与该海域赤潮爆发的主要时期相符,滞后于EI修正冬末春初峰值约1~2个月。 4.国家一类海水水质标准下,东海DIN、PO4-P及COD的海洋环境容量分别为1.7×106 t·a-1、8.2×104 t·a-1和9.7×107 t·a-1。在当前的排海通量下,DIN和PO4-P分别减排1.7×106 t·a-1和6.0×104 t·a-1,相当于各自目前排海通量的60%和80%,将有助于减少长江口及邻近海域赤潮的发生。


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