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黑潮向东海营养物质输送及其控制因素解析

左九龙  
【摘要】:基于2014年春季、2014年秋季及2015年夏季对台湾以东黑潮主流径及台湾东北部黑潮上升流海域的调查,在系统研究该区域海水中溶解无机态、溶解有机态及颗粒态的氮(N)、磷(P)、硅(Si)等生源要素及相关参数的垂直分布特征的基础上,定量评估了黑潮输入对东海陆架区营养物质分布格局的影响。获得如下的系列结果和认识:1.春、夏、秋三个季节黑潮主流径及台湾东北部上升流水体中各形态N、P、Si等生源要素的浓度在不同深度水层差异明显,受到水体交换、浮游植物生产、颗粒物沉降、有机物矿化分解等过程的综合影响,但不同季节的影响因素有所差异。黑潮主流径水体中溶解无机态生源要素(NO_3-N、NO_2-N、PO_4-P、SiO_3-Si)、溶解有机态生源要素(DON、DOP)和颗粒态生源要素(PIN、PIP、PON、POP)浓度在不同深度水层差异明显:NO_2-N在50~150 m水深范围内存在一高值区;NO_3-N、PO_4-P及SiO_3-Si在表层水中浓度最低,在次表层水、中层水中浓度随水深增加而迅速升高,在深层水中浓度最高且较为均一;DON、DOP、PON及POP在表层水中浓度最高,在次表层水中浓度随水深增加而逐渐降低,在中层水及深层水中浓度最低且分布较为均一;而PIN、PIP在全水深范围内浓度较低,垂直变化趋势不甚分明。各形态生源要素的浓度及分布趋势受到水体交换、浮游植物生产、颗粒物沉降、有机物矿化分解等诸多生物地球化学过程的影响,其季节变化表明不同季节影响因素有所差异。TW0-1站位处于台湾东北部黑潮上升流核心区域,其各形态生源要素浓度及分布趋势受不断涌升的黑潮次表层水及中层水影响极大。其中NO_3-N、PO_4-P、SiO_3-Si及PON、POP的浓度基本高于黑潮主流径水体对应水层中浓度,而DON、DOP浓度基本低于黑潮主流径水体对应水层中浓度,正是上升流水体生源要素分布特征。2.黑潮主流径及台湾东北部上升流区域水体内各形态N、P的组成在春、夏、秋三季大体相似,在浅层水体中以溶解有机态为主要存在形态,在深层水体中以溶解无机态为主要存在形态。黑潮表层水中,DON、DOP是N、P主要存在形态,分别占TN、TP的约90%、80%;其次以颗粒态形式存在,PN(PIN+PON)、PP(PIP+POP)分别占总量的10%左右;溶解无机态含量最少。随水深增加,溶解有机态及颗粒态的N、P浓度降低,而溶解无机态N、P浓度增加。至黑潮深层水中,溶解无机态成为N、P的最主要存在形态,DIN(NO_3-N+NO_2-N)、DIP(PO_4-P)分别占TN、TP的90%左右;溶解有机态为次要存在形态;而颗粒态组分所占比例已不足1%。上升流水体中,N、P在表层水中以溶解有机态为主要存在形态,在深层水中以溶解无机态为主要存在形态,且各组分所占比例受到黑潮涌升水影响。3.黑潮水向东海陆架区的入侵向东海输送大量的营养物质,夏半年(5月~10月)间跨陆架边缘向东海输入N、P、SiO_3-Si营养物质的通量分别为17.17、0.93、14.71 kmol/s;冬半年(11月~次年4月)间跨陆架边缘向东海输入N、P、SiO_3-Si营养物质的通量分别为15.70、0.75、9.73 kmol/s。值得注意的是,N、P输送通量中溶解有机态、颗粒态的N、P贡献近半,不容忽视。黑潮向东海输送营养物质通量,受黑潮自身营养物质分布及黑潮向东海输入水通量两方面的共同影响。黑潮水向东海陆架区的入侵向东海输送大量的营养物质,由于黑潮自身营养物质分布存在季节变化,且营养物质含量各不相同的黑潮各水层(黑潮表层水、黑潮次表层水和黑潮中层水)的入侵程度存在季节差异,因此不同季节黑潮向东海输送营养物质的通量有所不同。根据水-盐平衡箱式模型估算得到了各季节黑潮跨陆架边缘向东海输送各形态营养物质的通量。黑潮向东海输送DIN、DIP、SiO_3-Si、DON、DOP、PN、PP通量在春季分别为13.70、0.98、23.03、10.65、0.38、0.66、0.04 kmol/s;夏季分别为4.24、0.27、6.38、4.84、0.18、0.25、0.02kmol/s;秋季分别为5.25、0.37、9.73、9.80、0.34、0.65、0.04 kmol/s。夏半年(5~10月)中DIN、DIP分别占N、P总输入通量的52%、67%,冬半年(11月~次年4月)中DIN、DIP分别占N、P总输入通量的33%、50%。除溶解无机态营养物质外,黑潮向东海输送了大量的溶解有机态及颗粒态营养物质,这两种形态的营养物质对东海陆架区营养物质的分布格局也有重要影响。4.夏半年、冬半年间的黑潮入侵水输入营养物质通量的DIN/DIP比值分别为14.36、14.08,而TN/TP比值分别为18.41、20.91。携带大量营养物质尤其是含有较高浓度DIP的黑潮入侵水可以经近岸黑潮底层分支入侵至东海闽浙近海海域,进而缓和河流输入所造成的东海近海高N/P情况,对东海营养物质分布格局造成一定的影响。在夏半年(5月~10月),黑潮输入DIN、DIP、SiO_3-Si、DON、DOP、PN、PP分别是东海陆架区N、P、SiO_3-Si总收入(黑潮输入、台湾海峡水输入及河流输入之和)的23%、34%、42%、20%、15%、1%、2%,是东海陆架区营养物质的极重要来源。在冬半年(11月~次年4月),黑潮输入DIN、DIP、SiO_3-Si、DON、DOP、PN、PP分别是东海陆架区N、P、Si总收入(黑潮输入、台湾海峡水输入及河流输入之和)的18%、25%、37%、33%、22%、2%、3%,其溶解无机态营养物质输入通量低于夏季,溶解有机态及颗粒态营养物质输入通量高于夏季。黑潮入侵水在夏半年和冬半年向东海输送DIN、DIP、SiO_3-Si、DON、DOP、PN、PP等形态营养物质的通量分别是同期河流输入通量的2.55、37.77、2.93、10.68、9.33、0.63、0.63倍和5.04、45.67、5.22、40.70、33.74、5.57、1.08倍。而夏半年、冬半年间的河流输入DIN/DIP比值分别为212.31、127.50,黑潮入侵水输入DIN/DIP比值分别为14.36、14.08。携带大量营养物质尤其是含有较高浓度DIP的黑潮入侵水可经近岸黑潮底层分支入侵至东海闽浙近海海域,可以缓解河流输入所造成的东海近海高N/P比值,进而对东海营养物质分布格局产生一定的影响。


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