廈門周邊海域水體葉綠素含量的時空變化

廈門周邊海域水體葉綠素含量的時空變化

許多關(guān)于廈門附近水域的水生植物的研究報(bào)道。陳世軍等（1983）首次研究了廈門附近水域葉片的時空變化特征。結(jié)果表明，葉片含量從9龍口內(nèi)側(cè)逐漸從門外到港口外逐漸減少，并呈現(xiàn)兩個周期（高峰值出現(xiàn)在7月和1月，下降值出現(xiàn)在11月）。從那以后，陳其煥等人（1988）報(bào)道了1980年至1981年上海門港綜合海拔高度調(diào)查中廈門周邊水域葉片含量和初等生產(chǎn)生產(chǎn)力的結(jié)果。文獻(xiàn)報(bào)道了20世紀(jì)90年代至1991年對廈門門島、廈門周圍水域葉片含量的詳細(xì)調(diào)查和研究。蔡子平（1991）研究了海上生態(tài)系統(tǒng)中葉片含量的變化及其影響因素。林玉等（1992）研究了在海洋周圍生態(tài)系統(tǒng)富營養(yǎng)化的情況下，葉片含量作為時間序列的短周期變化。陳其煥等（1993）報(bào)道了廈門門崗r（a）葉片含量的分布變化。洪華生等（1994）、高亞輝等（1994）、曹振瑞等（2005）等人研究了廈門海滄沿岸水域、上嶼附近水域和東海域海水中的葉色含量和初始生產(chǎn)力。蔡立勛（2008）報(bào)道了廈門門海潮變化的幾個典型特征。這些結(jié)果表明，廈門門海潮的科學(xué)評價(jià)、紅潮的評價(jià)以及環(huán)境調(diào)查是取得重要科學(xué)成就的。然而，在以往的研究中，研究的時間短，研究的范圍小。本文利用2005-2007年“廈門門灣原發(fā)動赤潮發(fā)生率理化指標(biāo)體系研究”項(xiàng)目獲得的廈門周邊血潮采集區(qū)27個測站，以及每年5月、8月和11月（或10月）之前的9個航天數(shù)據(jù)，對廈門周邊水域的葉片含量進(jìn)行了分析研究，并研究了廈門周邊水域的葉片含量、水生生產(chǎn)區(qū)的時空變化特征。這為研究廈門周邊水體的紫色評價(jià)指標(biāo)體系和海洋環(huán)境管理提供了基礎(chǔ)依據(jù)。以及廈門門港口波東西評價(jià)體系的建立和海洋環(huán)境管理。1材料和方法1.1現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測根據(jù)“廈門內(nèi)灣原發(fā)型赤潮預(yù)警理化指標(biāo)體系研究”項(xiàng)目的要求,在廈門周邊赤潮多發(fā)區(qū)布設(shè)了29個觀測站位(圖1),于2005～2006年每年的5、8、11月份和2007年5、8、10月份進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤監(jiān)測.此監(jiān)測工作共獲得9個航次的葉綠素和相關(guān)的水色、透明度、水溫、鹽度、pH、溶解氧、活性磷酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、銨、化學(xué)需氧量、懸浮物、銅、鉛、鎘、汞、砷、石油類等及浮游植物資料.采樣層次:水深≤5.0m,取表層(0.5m)水樣;水深>5.0m,則取表層(0.5m)和底層(離底部2.0m)水樣.水文、化學(xué)及浮游植物的分析方法執(zhí)行文獻(xiàn)規(guī)定的方法.由于馬鑾灣已成為半封閉的咸水湖,其水體與廈門西港的交換很差,又接納了其周圍工農(nóng)業(yè)的大量廢水,水質(zhì)較為特殊,故其中的2個監(jiān)測站(1、2號站)數(shù)據(jù)未列入本文研討范圍.1.2浮游植物中葉綠素的種類水樣用2.5dm3有機(jī)玻璃采水器采集,每樣取0.6～1.0dm3(取樣量在現(xiàn)場視水色和透明度而定).立即往取上的樣品中加入1cm3碳酸鎂懸浮液混合均勻,用直徑為47mm、孔徑為1.2μm的WhatermanGF/C玻璃纖維濾膜抽濾至干.含樣品的濾膜內(nèi)折并用濾紙包住后放入特制小盒中冷藏.回實(shí)驗(yàn)室后,立即將其轉(zhuǎn)入冰箱中保存.樣品在采樣后1～4d內(nèi)按《海洋監(jiān)測規(guī)范》的方法測定其葉綠素a、b、c的含量.此分析方法所測得的結(jié)果中,包含小型(20.0～200.0μm)、微型(3.0～20.0μm)和部分超微型(0.2～3.0μm)浮游植物中的葉綠素.據(jù)文獻(xiàn)的報(bào)道,本海域葉綠素a在上述3類浮游植物中平均含量的百分比分別為17.4%、72.9%和9.7%.因此,本文中的葉綠素絕大部分是小型和微型浮游植物中的葉綠素.2結(jié)果與討論2.1濱水浮液中葉綠素b、c、c含量2005～2007年廈門周邊海域水體葉綠素含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表1.由表1可知,在監(jiān)測期間,表層水葉綠素a含量的測值為0.28～28.55μg/dm3,總平均值為3.47μg/dm3;底層水的相應(yīng)值為0.29～18.69、3.36μg/dm3.與福建省沿海各海灣(或海島)附近海域的相比(圖2),本海域葉綠素a的平均含量處于相當(dāng)高的狀態(tài).這主要是廈門海域較長期處于富營養(yǎng)狀態(tài)中,且整年水溫又較高(監(jiān)測期間水溫>21.4℃),很適合浮游植物的生長繁衍,故其葉綠素a含量不但遠(yuǎn)高于閩北各海灣或海島附近海域葉綠素a的平均含量,也略高于閩中、閩南各海灣或海島附近海域水體葉綠素a的平均含量.表層水葉綠素b的含量在0.00～6.95μg/dm3之間,平均值為0.78μg/dm3;底層水的相應(yīng)值分別為0.00～4.15、0.72μg/dm3.表層水葉綠素c含量在0.00～8.13μg/dm3之間,平均值為0.93μg/dm3;底層水的相應(yīng)值分別為0.00～5.50、0.83μg/dm3.本文所得的葉綠素b含量的年均值比1980～1981年的相應(yīng)值高4倍以上,而葉綠素a、c含量的則大致相當(dāng).這可能暗示著經(jīng)過十多年的演變廈門海域的浮游植物群落結(jié)構(gòu)已發(fā)生了某些變化.表層水總?cè)~綠素(∑=a+b+c)含量在0.40～37.78μg/dm3之間,平均值為5.18μg/dm3;底層水的相應(yīng)值分別為0.35～26.48、4.92μg/dm3.表層水葉綠素a含量平均占總?cè)~綠素含量的70.4%,底層水的則占71.8%,表、底層水葉綠素c含量的相應(yīng)值分別為15.5%、14.4%.葉綠素b含量占比略小于葉綠素c,表、底層水的相應(yīng)值分別為14.1%、13.8%.這一結(jié)果與已有報(bào)道相近,并與本海區(qū)浮游植物主要以硅藻和少數(shù)甲藻(其細(xì)胞內(nèi)主要色素是葉綠素a、c,其中葉綠素c的含量通常低于葉綠素a)組成的實(shí)際情況相符合.由上述結(jié)果可知,廈門周邊海域水體各葉綠素含量及占比的統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有如下特征:(1)各種葉綠素含量的測值范圍都比較大,表、底層水總?cè)~綠素含量的最大值分別是其最小值的94倍和76倍,葉綠素a含量的相應(yīng)值則分別為103倍和65倍.但由圖3可知,總?cè)~綠素含量絕大部分測值(占數(shù)據(jù)總個數(shù)442個的81.4%)落在2.0～9.0μg/dm3之間,小于2.0μg/dm3和大于9.0μg/dm3數(shù)據(jù)個數(shù)很少,僅占總數(shù)據(jù)個數(shù)的18.6%.葉綠素a含量的測值則有82.4%落在1.0～7.0μg/dm3之間,葉綠素b、c的含量測值分別有86%和90%落在0.0～2.0μg/dm3之間,其中69%和74%落在0.5～2.0μg/dm3之間.這表明監(jiān)測期間本海域水體葉綠素含量的高測值僅出現(xiàn)于少數(shù)測站,多數(shù)測站的葉綠素含量都在本海域的正常范圍內(nèi).(2)葉綠素a含量平均占總?cè)~綠素含量的70.%以上.2.2底層水總?cè)~綠素的季節(jié)動態(tài)2005～2007年各航次廈門周邊海域水體葉綠素平均含量的季節(jié)變化示于圖4.由圖4可見,2005年表、底層水葉綠素a平均含量(圖4a)的季節(jié)變化曲線較為相似,其高峰值都出現(xiàn)在8月(分別達(dá)3.57、4.10μg/dm3);表層水的谷值出現(xiàn)在11月(為2.50μg/dm3),底層水的出現(xiàn)在5月(為1.35μg/dm3).2007年表、底層水葉綠素a平均含量(圖4a)的季節(jié)變化與2005年表層水的相似,曲線的峰值都出現(xiàn)在8月(分別達(dá)4.26、4.09μg/dm3),谷值都出現(xiàn)在10月(分別為2.96、3.34μg/dm3),分別與當(dāng)年的表、底層水溫變化的趨勢、1980年廈門港灣海洋綜合調(diào)查相應(yīng)月份的觀測結(jié)果及曹振銳等2005年研究結(jié)果一致,卻與當(dāng)年鹽度的變化趨勢相反.2006年由于5月份在廈門東部海域出現(xiàn)赤潮,故其表、底層水葉綠素a的平均含量不但是當(dāng)年的高峰值,而且也是3a中的最高峰值(分別達(dá)5.30、5.97μg/dm3),其低谷值則都出現(xiàn)在11月(分別為1.48、1.53μg/dm3),與1990年廈門海島資源綜合調(diào)查相應(yīng)月份的觀測結(jié)果一致.總?cè)~綠素平均含量的季節(jié)變化(圖4a)與葉綠素a的大致相似.2005年表、底層水的峰值出現(xiàn)在8月,分別達(dá)5.54、6.10μg/dm3;低谷值出現(xiàn)在5月,分別為2.69、1.67μg/dm3;2007年表、底層水總?cè)~綠素平均含量的高峰值分別出現(xiàn)在5、8月,其分別達(dá)6.45、5.53μg/dm3;低谷值都出現(xiàn)在10月,分別為4.91、5.04μg/dm3.2006年表、底層水的峰值都出現(xiàn)在5月,分別達(dá)7.22、7.93μg/dm3;表層水的谷值出現(xiàn)在11月(為3.85μg/dm3),底層水的低谷值移至8月(為4.43μg/dm3).由圖4a可見,雖然該海域水體總?cè)~綠素中的葉綠素a占絕大部分(平均占比為70%以上,也見文獻(xiàn)),但葉綠素b、c含量變化對總?cè)~綠素含量時間變化的影響仍清晰可見.葉綠素b、c平均含量的季節(jié)變化特征與葉綠素a的有明顯不同.2005年5月表、底層水葉綠素b、c的平均含量(圖4b)都很低,并為監(jiān)測期間的最低谷值,而8月和11月的均值都相對較高且差異很小.2006、2007年葉綠素b、c含量的時間變化與2005年的有很大差異.這2a中表、底層水葉綠素b平均含量(圖4b)的高峰值,2006年的出現(xiàn)在11月,2007年的則在5月,低谷值都出現(xiàn)在8月.而表、底層水葉綠素c平均含量(圖4b)的高峰值都出現(xiàn)在5月,2006年底層水的低谷值出現(xiàn)在11月,其余的低谷值都出現(xiàn)在8月.2.3水體葉綠素c含量的年際變化廈門周邊海域水體中各種葉綠素含量年平均值的變化示于圖5.由圖5可知,各種葉綠素含量均有明顯的年際變化.其中表、底層水葉綠素a、總?cè)~綠素和葉綠素b平均含量的變化趨勢較相似,高峰值均出現(xiàn)在2006年,低谷值均出現(xiàn)在2005年,與水溫和鹽度的年變化趨勢正好相反.而表、底層水葉綠素c平均含量則呈逐年上升之勢,與總無機(jī)氮和硝酸鹽含量的年際變化趨勢相似,與活性磷酸鹽的年際變化趨勢相反.圖6進(jìn)一步證實(shí)了廈門周邊海域水體中葉綠素a含量有明顯的年際變化.其多年(1980～2007年各年春、夏、秋3個季節(jié)的平均含量)的年變化曲線呈波浪形起伏,表層波峰出現(xiàn)在2003年(達(dá)7.00μg/dm3),波谷出現(xiàn)在2001年(僅2.53μg/dm3),相差2.8倍;但總體上呈隨時間的推移而增加之勢.這種趨勢與廈門周邊海域水體富營養(yǎng)化程度逐年增高趨勢一致.由于監(jiān)測期間廈門周邊海域水體中葉綠素a含量平均占總?cè)~綠素含量的70%以上,葉綠素a含量的時空變化總體上能反映浮游植物葉綠素含量的變化,故以下僅討論葉綠素a含量的平面變化.2.4水體葉綠素a含量的市場特征監(jiān)測期間各航次廈門周邊海域水體中葉綠素a含量的平面分布示于圖7.由圖7可知,其平面分布具有如下特征:(1)同航次表層、底層海水中葉綠素a含量的平面分布較相似,但不同航次間的平面分布則差異較大.(2)2005年3個航次和2006年8月底層水及11月表、底層水葉綠素a含量的平面變化相對較小,分布相對均勻.(3)2006年8月表層水和2007年各航次表、底層水葉綠素a含量的平面變化較大些,分布趨勢大致相似,并與相應(yīng)的活性磷酸鹽含量和總無機(jī)氮含量的平面分布趨勢相似,呈西北沿岸海域的較高,向東南逐漸遞減的分布態(tài)勢,其高值區(qū)常出現(xiàn)在廈門西港的寶珠嶼以西和河口附近海域.(4)2006年5月葉綠素a含量的平面變化大,分布趨勢也較為特殊,其含量呈東南部海域的最高、河口海域的次之、同安灣和廈門西港大部海域最低的分布狀態(tài).這與當(dāng)月在廈門東南部海域的29號站觀測到赤潮現(xiàn)象相符合.2005年各航次廈門周邊海域水體葉綠素a含量的平面分布如圖7所示.5月表層水葉綠素a含量的測值在0.28～15.75μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在同安灣的17號站,最小值出現(xiàn)于19號站(大于10.0μg/dm3的數(shù)據(jù)僅出現(xiàn)于17號站,繪平面分布圖時當(dāng)作異常數(shù)據(jù)處理),平均值為2.50μg/dm3;底層水的測值在0.29～6.38μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在14號站,最小值出現(xiàn)于3號站,平均值為1.65μg/dm3;表層在龍海的嶼仔尾東側(cè)和翔安的小嶝島附近海域、底層在海門島附近海域水體葉綠素a含量的測值略高,其余海域的測值較低,分布較為均勻.2005年8月表層水葉綠素a含量的測值在1.68～7.07μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在3號站,最小值出現(xiàn)于29號站,平均值為3.57μg/dm3;底層水的測值在2.23～6.87μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在10號站,最小值出現(xiàn)于20號站,平均值為4.10μg/dm3;表層在馬鸞灣海堤東側(cè)至集美沿岸和白石炮臺附近海域、底層在雞嶼至白石炮臺附近海域葉綠素a含量的測值較高(>5.00μg/dm3),其余海域較低,分布較均勻.2005年11月表層水葉綠素a含量的測值在1.42～8.31μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在3號站,最小值出現(xiàn)于21號站,平均值為2.31μg/dm3;底層水測值在1.39～4.22μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在14號站,最小值出現(xiàn)于22號站,平均值為2.21μg/dm3;除馬鸞灣海堤附近海域表層水葉綠素a含量的測值略高外,其余海域測值較低,分布較均勻.2006年各航次廈門周邊海域水體葉綠素a含量的平面分布如圖8所示.5月表層水葉綠素a含量的測值在0.81～28.55μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在29號站,最小值出現(xiàn)于17號站,平均值為5.30μg/dm3;底層水測值在0.40～18.69μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在25號站,最小值出現(xiàn)于4號站,平均值為5.97μg/dm3;表層在東部海域和馬鸞灣海堤東側(cè)海域、底層在東部海域和河口海域的葉綠素a含量的測值高,廈門西港海域和同安灣的測值低、分布較均勻,監(jiān)測區(qū)內(nèi)其大致呈西北低東南高的平面分布態(tài)勢.這種分布狀況與當(dāng)月在東部海域觀測到赤潮現(xiàn)象相符.2006年8月表層水葉綠素a含量的測值在1.63～14.45μg/dm3之間,平均值為4.20μg/dm3,最大值出現(xiàn)在3號站,最小值出現(xiàn)于23號站;底層水測值在1.08～4.97μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在25號站,最小值出現(xiàn)于14號站,平均值為2.81μg/dm3;表層除寶珠嶼以西海域水體葉綠素a含量的測值較高(>5.00μg/dm3)外,其余海域表、底層水的測值較低,分布較均勻.2006年11月表層水葉綠素a含量的測值在1.48～3.45μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在19號站,最小值出現(xiàn)于8號站,平均值為2.41μg/dm3;底層水的測值在1.53～5.57μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在3號站,最小值出現(xiàn)于8號站,平均值為2.80μg/dm3;除底層在馬鸞灣海堤外附近海域的測值略高外,其余海域呈低測值均勻分布狀態(tài).2007年各航次廈門周邊海域水體葉綠素a含量的平面分布如圖9所示.5月表層水葉綠素a含量的測值在1.03～9.13μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在3號站,最小值出現(xiàn)于20號站,平均值為3.62μg/dm3;底層水測值在1.25～11.50μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在3號站,最小值出現(xiàn)于19號站,平均值為3.35μg/dm3;表、底層在寶珠嶼以西及九龍江口附近海域的葉綠素a含量的測值較高,其余海域的測值較低,分布較均勻,呈較典型的西高東低的分布態(tài)勢.2007年8月表層水葉綠素a含量的測值在0.90～12.17μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在3號站,最小值出現(xiàn)于13號站,平均值為3.74μg/dm3;底層水的測值在0.98～11.44μg/dm3之間,最大值出現(xiàn)在3號站,最小值出現(xiàn)于24號站,平均值為4.09μg/dm3;表層在寶珠嶼以西、九龍江口附近海域,底層在寶珠嶼以西和浯嶼海域的葉綠素a含量的測值較高(>4.00μg/dm3),其余海域的較低.2007年10月表層水葉綠素a含量的測值在1.4