厦门周边海域水体叶绿素含量的时空变化

厦门周边海域水体叶绿素含量的时空变化

许多关于厦门附近水域的水生植物的研究报道。陈世军等（1983）首次研究了厦门附近水域叶片的时空变化特征。结果表明，叶片含量从9龙口内侧逐渐从门外到港口外逐渐减少，并呈现两个周期（高峰值出现在7月和1月，下降值出现在11月）。从那以后，陈其焕等人（1988）报道了1980年至1981年上海门港综合海拔高度调查中厦门周边水域叶片含量和初等生产生产力的结果。文献报道了20世纪90年代至1991年对厦门门岛、厦门周围水域叶片含量的详细调查和研究。蔡子平（1991）研究了海上生态系统中叶片含量的变化及其影响因素。林玉等（1992）研究了在海洋周围生态系统富营养化的情况下，叶片含量作为时间序列的短周期变化。陈其焕等（1993）报道了厦门门岗r（a）叶片含量的分布变化。洪华生等（1994）、高亚辉等（1994）、曹振瑞等（2005）等人研究了厦门海沧沿岸水域、上屿附近水域和东海域海水中的叶色含量和初始生产力。蔡立勋（2008）报道了厦门门海潮变化的几个典型特征。这些结果表明，厦门门海潮的科学评价、红潮的评价以及环境调查是取得重要科学成就的。然而，在以往的研究中，研究的时间短，研究的范围小。本文利用2005-2007年“厦门门湾原发动赤潮发生率理化指标体系研究”项目获得的厦门周边血潮采集区27个测站，以及每年5月、8月和11月（或10月）之前的9个航天数据，对厦门周边水域的叶片含量进行了分析研究，并研究了厦门周边水域的叶片含量、水生生产区的时空变化特征。这为研究厦门周边水体的紫色评价指标体系和海洋环境管理提供了基础依据。以及厦门门港口波东西评价体系的建立和海洋环境管理。1材料和方法1.1现场跟踪监测根据“厦门内湾原发型赤潮预警理化指标体系研究”项目的要求,在厦门周边赤潮多发区布设了29个观测站位(图1),于2005～2006年每年的5、8、11月份和2007年5、8、10月份进行现场跟踪监测.此监测工作共获得9个航次的叶绿素和相关的水色、透明度、水温、盐度、pH、溶解氧、活性磷酸盐、亚硝酸盐、硝酸盐、铵、化学需氧量、悬浮物、铜、铅、镉、汞、砷、石油类等及浮游植物资料.采样层次:水深≤5.0m,取表层(0.5m)水样;水深>5.0m,则取表层(0.5m)和底层(离底部2.0m)水样.水文、化学及浮游植物的分析方法执行文献规定的方法.由于马銮湾已成为半封闭的咸水湖,其水体与厦门西港的交换很差,又接纳了其周围工农业的大量废水,水质较为特殊,故其中的2个监测站(1、2号站)数据未列入本文研讨范围.1.2浮游植物中叶绿素的种类水样用2.5dm3有机玻璃采水器采集,每样取0.6～1.0dm3(取样量在现场视水色和透明度而定).立即往取上的样品中加入1cm3碳酸镁悬浮液混合均匀,用直径为47mm、孔径为1.2μm的WhatermanGF/C玻璃纤维滤膜抽滤至干.含样品的滤膜内折并用滤纸包住后放入特制小盒中冷藏.回实验室后,立即将其转入冰箱中保存.样品在采样后1～4d内按《海洋监测规范》的方法测定其叶绿素a、b、c的含量.此分析方法所测得的结果中,包含小型(20.0～200.0μm)、微型(3.0～20.0μm)和部分超微型(0.2～3.0μm)浮游植物中的叶绿素.据文献的报道,本海域叶绿素a在上述3类浮游植物中平均含量的百分比分别为17.4%、72.9%和9.7%.因此,本文中的叶绿素绝大部分是小型和微型浮游植物中的叶绿素.2结果与讨论2.1滨水浮液中叶绿素b、c、c含量2005～2007年厦门周边海域水体叶绿素含量的统计结果列于表1.由表1可知,在监测期间,表层水叶绿素a含量的测值为0.28～28.55μg/dm3,总平均值为3.47μg/dm3;底层水的相应值为0.29～18.69、3.36μg/dm3.与福建省沿海各海湾(或海岛)附近海域的相比(图2),本海域叶绿素a的平均含量处于相当高的状态.这主要是厦门海域较长期处于富营养状态中,且整年水温又较高(监测期间水温>21.4℃),很适合浮游植物的生长繁衍,故其叶绿素a含量不但远高于闽北各海湾或海岛附近海域叶绿素a的平均含量,也略高于闽中、闽南各海湾或海岛附近海域水体叶绿素a的平均含量.表层水叶绿素b的含量在0.00～6.95μg/dm3之间,平均值为0.78μg/dm3;底层水的相应值分别为0.00～4.15、0.72μg/dm3.表层水叶绿素c含量在0.00～8.13μg/dm3之间,平均值为0.93μg/dm3;底层水的相应值分别为0.00～5.50、0.83μg/dm3.本文所得的叶绿素b含量的年均值比1980～1981年的相应值高4倍以上,而叶绿素a、c含量的则大致相当.这可能暗示着经过十多年的演变厦门海域的浮游植物群落结构已发生了某些变化.表层水总叶绿素(∑=a+b+c)含量在0.40～37.78μg/dm3之间,平均值为5.18μg/dm3;底层水的相应值分别为0.35～26.48、4.92μg/dm3.表层水叶绿素a含量平均占总叶绿素含量的70.4%,底层水的则占71.8%,表、底层水叶绿素c含量的相应值分别为15.5%、14.4%.叶绿素b含量占比略小于叶绿素c,表、底层水的相应值分别为14.1%、13.8%.这一结果与已有报道相近,并与本海区浮游植物主要以硅藻和少数甲藻(其细胞内主要色素是叶绿素a、c,其中叶绿素c的含量通常低于叶绿素a)组成的实际情况相符合.由上述结果可知,厦门周边海域水体各叶绿素含量及占比的统计结果具有如下特征:(1)各种叶绿素含量的测值范围都比较大,表、底层水总叶绿素含量的最大值分别是其最小值的94倍和76倍,叶绿素a含量的相应值则分别为103倍和65倍.但由图3可知,总叶绿素含量绝大部分测值(占数据总个数442个的81.4%)落在2.0～9.0μg/dm3之间,小于2.0μg/dm3和大于9.0μg/dm3数据个数很少,仅占总数据个数的18.6%.叶绿素a含量的测值则有82.4%落在1.0～7.0μg/dm3之间,叶绿素b、c的含量测值分别有86%和90%落在0.0～2.0μg/dm3之间,其中69%和74%落在0.5～2.0μg/dm3之间.这表明监测期间本海域水体叶绿素含量的高测值仅出现于少数测站,多数测站的叶绿素含量都在本海域的正常范围内.(2)叶绿素a含量平均占总叶绿素含量的70.%以上.2.2底层水总叶绿素的季节动态2005～2007年各航次厦门周边海域水体叶绿素平均含量的季节变化示于图4.由图4可见,2005年表、底层水叶绿素a平均含量(图4a)的季节变化曲线较为相似,其高峰值都出现在8月(分别达3.57、4.10μg/dm3);表层水的谷值出现在11月(为2.50μg/dm3),底层水的出现在5月(为1.35μg/dm3).2007年表、底层水叶绿素a平均含量(图4a)的季节变化与2005年表层水的相似,曲线的峰值都出现在8月(分别达4.26、4.09μg/dm3),谷值都出现在10月(分别为2.96、3.34μg/dm3),分别与当年的表、底层水温变化的趋势、1980年厦门港湾海洋综合调查相应月份的观测结果及曹振锐等2005年研究结果一致,却与当年盐度的变化趋势相反.2006年由于5月份在厦门东部海域出现赤潮,故其表、底层水叶绿素a的平均含量不但是当年的高峰值,而且也是3a中的最高峰值(分别达5.30、5.97μg/dm3),其低谷值则都出现在11月(分别为1.48、1.53μg/dm3),与1990年厦门海岛资源综合调查相应月份的观测结果一致.总叶绿素平均含量的季节变化(图4a)与叶绿素a的大致相似.2005年表、底层水的峰值出现在8月,分别达5.54、6.10μg/dm3;低谷值出现在5月,分别为2.69、1.67μg/dm3;2007年表、底层水总叶绿素平均含量的高峰值分别出现在5、8月,其分别达6.45、5.53μg/dm3;低谷值都出现在10月,分别为4.91、5.04μg/dm3.2006年表、底层水的峰值都出现在5月,分别达7.22、7.93μg/dm3;表层水的谷值出现在11月(为3.85μg/dm3),底层水的低谷值移至8月(为4.43μg/dm3).由图4a可见,虽然该海域水体总叶绿素中的叶绿素a占绝大部分(平均占比为70%以上,也见文献),但叶绿素b、c含量变化对总叶绿素含量时间变化的影响仍清晰可见.叶绿素b、c平均含量的季节变化特征与叶绿素a的有明显不同.2005年5月表、底层水叶绿素b、c的平均含量(图4b)都很低,并为监测期间的最低谷值,而8月和11月的均值都相对较高且差异很小.2006、2007年叶绿素b、c含量的时间变化与2005年的有很大差异.这2a中表、底层水叶绿素b平均含量(图4b)的高峰值,2006年的出现在11月,2007年的则在5月,低谷值都出现在8月.而表、底层水叶绿素c平均含量(图4b)的高峰值都出现在5月,2006年底层水的低谷值出现在11月,其余的低谷值都出现在8月.2.3水体叶绿素c含量的年际变化厦门周边海域水体中各种叶绿素含量年平均值的变化示于图5.由图5可知,各种叶绿素含量均有明显的年际变化.其中表、底层水叶绿素a、总叶绿素和叶绿素b平均含量的变化趋势较相似,高峰值均出现在2006年,低谷值均出现在2005年,与水温和盐度的年变化趋势正好相反.而表、底层水叶绿素c平均含量则呈逐年上升之势,与总无机氮和硝酸盐含量的年际变化趋势相似,与活性磷酸盐的年际变化趋势相反.图6进一步证实了厦门周边海域水体中叶绿素a含量有明显的年际变化.其多年(1980～2007年各年春、夏、秋3个季节的平均含量)的年变化曲线呈波浪形起伏,表层波峰出现在2003年(达7.00μg/dm3),波谷出现在2001年(仅2.53μg/dm3),相差2.8倍;但总体上呈随时间的推移而增加之势.这种趋势与厦门周边海域水体富营养化程度逐年增高趋势一致.由于监测期间厦门周边海域水体中叶绿素a含量平均占总叶绿素含量的70%以上,叶绿素a含量的时空变化总体上能反映浮游植物叶绿素含量的变化,故以下仅讨论叶绿素a含量的平面变化.2.4水体叶绿素a含量的市场特征监测期间各航次厦门周边海域水体中叶绿素a含量的平面分布示于图7.由图7可知,其平面分布具有如下特征:(1)同航次表层、底层海水中叶绿素a含量的平面分布较相似,但不同航次间的平面分布则差异较大.(2)2005年3个航次和2006年8月底层水及11月表、底层水叶绿素a含量的平面变化相对较小,分布相对均匀.(3)2006年8月表层水和2007年各航次表、底层水叶绿素a含量的平面变化较大些,分布趋势大致相似,并与相应的活性磷酸盐含量和总无机氮含量的平面分布趋势相似,呈西北沿岸海域的较高,向东南逐渐递减的分布态势,其高值区常出现在厦门西港的宝珠屿以西和河口附近海域.(4)2006年5月叶绿素a含量的平面变化大,分布趋势也较为特殊,其含量呈东南部海域的最高、河口海域的次之、同安湾和厦门西港大部海域最低的分布状态.这与当月在厦门东南部海域的29号站观测到赤潮现象相符合.2005年各航次厦门周边海域水体叶绿素a含量的平面分布如图7所示.5月表层水叶绿素a含量的测值在0.28～15.75μg/dm3之间,最大值出现在同安湾的17号站,最小值出现于19号站(大于10.0μg/dm3的数据仅出现于17号站,绘平面分布图时当作异常数据处理),平均值为2.50μg/dm3;底层水的测值在0.29～6.38μg/dm3之间,最大值出现在14号站,最小值出现于3号站,平均值为1.65μg/dm3;表层在龙海的屿仔尾东侧和翔安的小嶝岛附近海域、底层在海门岛附近海域水体叶绿素a含量的测值略高,其余海域的测值较低,分布较为均匀.2005年8月表层水叶绿素a含量的测值在1.68～7.07μg/dm3之间,最大值出现在3号站,最小值出现于29号站,平均值为3.57μg/dm3;底层水的测值在2.23～6.87μg/dm3之间,最大值出现在10号站,最小值出现于20号站,平均值为4.10μg/dm3;表层在马鸾湾海堤东侧至集美沿岸和白石炮台附近海域、底层在鸡屿至白石炮台附近海域叶绿素a含量的测值较高(>5.00μg/dm3),其余海域较低,分布较均匀.2005年11月表层水叶绿素a含量的测值在1.42～8.31μg/dm3之间,最大值出现在3号站,最小值出现于21号站,平均值为2.31μg/dm3;底层水测值在1.39～4.22μg/dm3之间,最大值出现在14号站,最小值出现于22号站,平均值为2.21μg/dm3;除马鸾湾海堤附近海域表层水叶绿素a含量的测值略高外,其余海域测值较低,分布较均匀.2006年各航次厦门周边海域水体叶绿素a含量的平面分布如图8所示.5月表层水叶绿素a含量的测值在0.81～28.55μg/dm3之间,最大值出现在29号站,最小值出现于17号站,平均值为5.30μg/dm3;底层水测值在0.40～18.69μg/dm3之间,最大值出现在25号站,最小值出现于4号站,平均值为5.97μg/dm3;表层在东部海域和马鸾湾海堤东侧海域、底层在东部海域和河口海域的叶绿素a含量的测值高,厦门西港海域和同安湾的测值低、分布较均匀,监测区内其大致呈西北低东南高的平面分布态势.这种分布状况与当月在东部海域观测到赤潮现象相符.2006年8月表层水叶绿素a含量的测值在1.63～14.45μg/dm3之间,平均值为4.20μg/dm3,最大值出现在3号站,最小值出现于23号站;底层水测值在1.08～4.97μg/dm3之间,最大值出现在25号站,最小值出现于14号站,平均值为2.81μg/dm3;表层除宝珠屿以西海域水体叶绿素a含量的测值较高(>5.00μg/dm3)外,其余海域表、底层水的测值较低,分布较均匀.2006年11月表层水叶绿素a含量的测值在1.48～3.45μg/dm3之间,最大值出现在19号站,最小值出现于8号站,平均值为2.41μg/dm3;底层水的测值在1.53～5.57μg/dm3之间,最大值出现在3号站,最小值出现于8号站,平均值为2.80μg/dm3;除底层在马鸾湾海堤外附近海域的测值略高外,其余海域呈低测值均匀分布状态.2007年各航次厦门周边海域水体叶绿素a含量的平面分布如图9所示.5月表层水叶绿素a含量的测值在1.03～9.13μg/dm3之间,最大值出现在3号站,最小值出现于20号站,平均值为3.62μg/dm3;底层水测值在1.25～11.50μg/dm3之间,最大值出现在3号站,最小值出现于19号站,平均值为3.35μg/dm3;表、底层在宝珠屿以西及九龙江口附近海域的叶绿素a含量的测值较高,其余海域的测值较低,分布较均匀,呈较典型的西高东低的分布态势.2007年8月表层水叶绿素a含量的测值在0.90～12.17μg/dm3之间,最大值出现在3号站,最小值出现于13号站,平均值为3.74μg/dm3;底层水的测值在0.98～11.44μg/dm3之间,最大值出现在3号站,最小值出现于24号站,平均值为4.09μg/dm3;表层在宝珠屿以西、九龙江口附近海域,底层在宝珠屿以西和浯屿海域的叶绿素a含量的测值较高(>4.00μg/dm3),其余海域的较低.2007年10月表层水叶绿素a含量的测值在1.4