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1、 年 海 洋 湖 沼 通 报 北戴河海域夏季叶绿素 分布特征及其 与 、 溶解氧的关系 张建 乐 ， 张心 宇 ， 张永 丰 ， 张万 磊 （ 河北省海洋环境监测中心 ，河 北 秦皇岛 ； 河北师范大学汇华学院 ，河 北 石家庄 ） 摘 要 ：根 据 年夏季北戴河海域 个水质浮标的监测数据 ，分 析 了 叶 绿 素 的分布特征及其与 、 溶解氧的相互关系 。 监测期间 个浮标所在的老虎石 、 洋 河 口 、 金山咀海域叶绿素 含 量 较 高 ， 平 均值分别为 、 和 。 叶 绿素 与 呈显著正相关 。 老虎石 、 金 山咀海域 叶 绿 素 与 溶解氧呈显著正相关 ，洋河口海域叶绿素 与溶解氧
2、相 关 性 不 显 著。 褐潮发生时叶绿素 的 临 界 值 为 。 关键词 ： 北 戴河 ； ； 溶 解氧 ； 叶 绿素 ； 相 关性 中图分类 号 ： 文献标志 码 ： 文章编 号 ： （ ） DOI:10.13984/37-1141.2015.04.023 引言 北戴河隶属河北省秦皇岛 市 ， 全区海岸线 长 ， 沿海沙软潮 平 ， 海水明澈 ， 是中国北方最 理 想 的 海 浴场所 ， 有各类专用浴场和公共浴 场 个 ， 是 享誉国内外的旅游胜 地 。 但随着区域经济的快速发 展 ， 北戴河海域海洋环境承受的压力也愈来愈 大 。 自 年以 来 ， 北 戴河周边海域连 续 年发生大面积 褐
3、 潮 ， 年监测到的最大面积 达 ， 致使海 水 变 色 、 透 明度下 降 ， 贝 类滞长死 亡 ， 严 重影响了滨 海 旅游环 境 。 为 有 效 应 对 褐 潮 灾 害 ， 自 年 起 ， 陆 续 有学者对北戴河褐潮问题进行研 究 。 于 仁 成 等 应用色素分析方 法 、 分子生物学方法和特异性的抗体检测手 段 ， 查明诱发 褐 潮的原因种为抑食金 球 藻 。 张 勇 发现褐潮期 间 抑食金球藻等微微型浮游植物对总叶 绿 素 的 贡 献率达 ， 远远超过非褐潮期间 的 。 张永 丰 发现褐潮期间硅酸盐 与 叶绿 素 呈正相 关 。 这些成果对于探索褐潮爆发的影响机制和预测预警无疑具有重
4、要意 义 。 为了实时掌控北戴河海洋环境动 态 ， 河北 省 海洋环境监测中心 于 年在北戴河海域布放 了 套 水质在线监测浮 标 ， 并在 年夏季进行了完整的在线监 测 。 海洋水质浮标监测在 我国虽然起步 早 ， 但 由于浮标养护问题突 出 ， 故多用于短期应急监 测 ， 且鲜有研究成果 问 世 。 直 至 年以 后 ， 庄 宏 儒 、 蔡 励 勋 、 陈国 斌 等才陆续将海水水质 自 动监测系统用于赤潮的预警预 报 ， 但 所使用的主要是赤潮 期 间的浮标监测数 据 ， 对非赤潮期间的数据缺乏挖 掘 ， 本质上仍属 于 “ 短期应 急 ” 性质 。 本文根 据 年 夏 季浮标监测资 料
5、， 对北戴河海域叶绿 素 的分布 特 征及其 与 、 溶 解氧之间 的相关性进行了初步研 究 ， 为实现对褐潮以及其它赤潮的预报预警提供参 考 ， 也为长周期水质浮标监测数据在海 洋 环境监测评价 中 的应用做一初步探 索 。 材料与方法 于 年 月 日 月 日在 北戴河近岸的老虎石 、 洋河口 和金山咀海域布放 个水质浮标 （ 见图 ）， 其中 号浮标位于老虎石海域 ， 距岸 ， 号浮标位于洋河 口海域 ， 距 岸 ， 号浮标位 基金项目 ： 国家海洋公益性行业科研专项经费项目 （ ） 资 助 第一作者简 介 ： 张 建 乐 （ ） ， 男 ， 硕 士 ， 高 级工程 师 ， 主要从事海洋环
6、境监测与研 究 。 ： 收稿日 期 ： 海 洋 湖 沼 通 报 年 于 金山咀海域 ， 距岸 。 每半小时采 集 次表 层 （ ） 水 质数 据 ， 监 测要素包括水 温 、 盐 度 、 、 溶 解氧 、 叶绿 素 等 。 浮标由深圳朗诚 实业有限公司生 产 ， 采 用美 国 水质多参数监测仪 测 定水温 、 盐度 、 溶解氧 、 叶绿 素 ， 采用美 国 传感器 测 定 。 浮标投放前 后 ， 定 期使 用 计法 、 碘量滴定 法 、 荧光分光光度 法 分别 对 、 溶 解 氧 、 叶 绿 素 的传感器进行了比 对 。 本文使 用 的分析数据均为各要素的日平均 值 。 图 监测站位图 结果与
7、分析 温 、 盐特征 监测期间 ， 水温变化较大 ， 以老虎石海域 为例 （ 见 图 ）： 月 日的日均值仅 ， 之 后逐步上 升 ， 到 月 日达到最高 ， 为 ， 整个监测期间平均值为 。 盐度的平均值为 ， 由于监 测期间该海域降水较常年偏少近一半 ， 因此盐度变化幅度很小 ， 最低 ， 最高 。 图 老虎石海域水温 、盐 度时间变化 ， 叶绿素 的时空分布 整个夏季北戴河海域叶绿素 含量处于较高水平 （ 见 表 ）， 老 虎石海域 （ 号浮标 ）、 洋 河口海域 （ 号浮标 ）、 金山咀海域 （ 号浮 标 ） 叶绿素 的平均值分别为 、 和 。 叶绿素 平均值与 中值存在较大差值 ，
8、标准差也较大 ， 尤以老虎石海域表现为 甚 ， 这主要是监测 初期发生褐潮导致叶绿素 异常高值的缘故 。 在 月 日 个 浮标投入使用时 ， 北 戴河及周边海域正发生褐潮 。 老虎石海域的 号浮标最靠近岸边 ， 自 月 日至 月 日 、 月 日至 月 日两度发生褐潮 ， 水色明显呈黄褐色 ， 叶 绿素 的日均值大于 ， 最高达 。 洋河口海域 、 金山咀海域仅在 月 日至 月 日期 间存在褐潮 ， 叶绿素 含量低于老虎石海域 （ 见 图 ）。 这同河北省海洋环境监测中心海上人工应急 监测结果吻合 ， 即褐潮主要集中在近岸 ， 越靠近岸 边 ， 持 续时间越长 。 之后褐潮逐步消退 ， 叶 绿素
9、 也回 期 北戴河海域夏季叶绿素 分布特征及其与 、 溶 解氧的关系 落至 以下 ， 叶绿素 平面分布趋势也不再明显 。 叶绿 素 常被用作判断赤潮 是 否发生的重要指 标 。 张水 浸 研 究发 现 ， 赤 潮时叶绿 素 浓度常 超 过 。 孙沛 雯 发现大连湾骨条藻赤潮时叶绿 素 临界值 为 。 北戴河海域褐潮的原因种 为海金 藻类中的抑食金球 藻 ， 细 胞大小 约 ， 属 微微型藻 类 。 综 合 年以来该海域的人工 现场 监 测 和 、 这 个年度的浮标监测资 料 ， 可以发 现 ， 褐潮发生时 ， 叶绿 素 浓度多大 于 ， 海 水透明度由正常时 的 下降至 以 下 ， 水色变为黄
10、褐 色 。 因 此 ， 在 北戴河海 域 ， 叶 绿素 可作为褐潮预警指 标 ， 临界值暂定 为 。 表 叶绿素 （ ）、 和溶解氧 （ ） 的 监测结果 ， 老虎石海域 洋河口 金山咀海域 平均值 中值 标准差 最小值 最大值 图 老虎石海域 、 溶解氧和叶绿素 时间变化 ， 图 洋河口海域 、 溶解氧和叶绿素 时间变化 ， 海 洋 湖 沼 通 报 年 图 金山咀海域 、 溶解氧和叶绿素 时间变化 ， 叶绿素 与 的的关系 对叶绿素 与 进行相关性分析 （ 见表 ）， 个 浮标的相关系数 值均在 之间 ， 呈 显著 正相关 ， 老虎石海域的相关性明显要高于洋河口和金山咀 。 一 般说来 ，
11、主要受海水 中 影响 。 海水中游 离 的 、 、 和 构 成 个可逆 的 二氧化碳 碳酸盐体系 。 浮游植物光合作用 、 海洋生物呼吸作用 、 有机物 氧化分解 、 水 温等都会对 含量产生影响 ， 进 而影 响水体 中 的 变 化 。 褐 潮 发 生 期 间 ， 叶 绿 素 浓 度 大 于 ， 旺 盛 的 浮 游 植 物 光 合 作 用 消 耗 ， 控 制 了 的解离平 衡 ， 致 使 呈罕见高值状态 。 特别是老虎石海域 ， 无 论是叶绿素 ， 还 是 都远高于洋河口和金山咀 ， 老虎石海域 日均值甚至大于 。 褐潮 消退后 ， 与叶绿素 也仍 呈现较高的相关性 ， 说明老虎石海域夏季浮
12、游植物活动对 变化起着主导作 用 。 洋河是秦皇岛境内流 量较大的河流 ， 北戴河西部污水处理厂的污水处理后也由此排放 ， 河口海域除受浮游植 物活动影响外 ， 还 可能受到了陆源入海有机污染物氧化分解的影响 ， 故 相关系数 小于老虎石海域 。 金山咀海域由于岬 头地形影响 ， 水动力较强 ， 水体交换相对充分 。 但其东北部为秦皇岛主城区 ， 又会受该区 污染物排放的影 响 ， 的影响因素更多 ， 更复杂 ， 所以相关性更小一些 。 叶绿素 与溶解氧的关系 海水中的溶解氧主要来源于大气中氧气的溶入和浮游植物光合作用释放出的游离 氧 ， 而 溶解氧的消 耗主要是海洋生物的呼吸作用和有机物质的
13、氧化分解 。 对溶解氧与叶绿素 进行相关性分析 ， 老 虎石海 域的相关系数 值达 ， 呈显著正相关 ， 说明浮游 植物活动控制了溶解氧的变化 。 金山咀海域的相 关系数 值为 ， 呈显著正相关 。 洋河口仅获得了 月以后的数据 ， 相关性不显著 。 表 与叶绿素 的相关和回归 监测海域 回归方程 相关系数 老虎 石 ， 洋河 口 ， 金山 咀 ， 为 样 本 数 ， 为 叶 绿 素 ， 表示相关系数通过 显著性水平检 验 ， 表示相关系数通过 显著性水平检验 。 表 溶解氧与叶绿素 的相关和回归 监测海域 回归方程 相关系数 老虎 石 ， 洋河 口 ， 金山 咀 ， 为 样 本 数 ， 为
14、溶 解 氧 ， 表示相关系数通过 显著性水平检验 ， 表示相关系数通过 显著性水平检验 。 期 北戴河海域夏季叶绿素 分布特征及其与 、 溶 解氧的关系 讨 论 褐潮的判别 由于诱发褐潮的微微型 藻 （ 如抑食金球 藻 ） 个体微 小 、 细胞脆 弱 、 形态学特征不明 显 ， 应 用传统方法 进 行藻种鉴定有很大难 度 。 对 北戴河海域各粒级浮游植物叶绿 素 的 研 究 表 明 ： 褐 潮 期 间 ， 小 型 （ ， ） 、 微 型 （ ， ） 和 微 微 型 （ ， ） 浮游植物对总 叶绿 素 的贡献率分别 为 、 和 ； 非 褐潮期间小 型 、 微 型 、 微 微型 浮 游植物对总叶绿
15、 素 的贡献率分别 为 、 、 。 因此 ， 对不具备褐潮藻种鉴定能力的 监 测机构 ， 可以将叶绿 素 、 水色和透明度一起作为判断是否发生褐潮的表征指 标 。 年 褐潮发生期 间 ， 海水还呈现高溶解 氧 、 高 的特点 ， 故溶解 氧 、 也可以作为参考指 标 。 浮标数据的使用 浮标数据每半小时采 集 次 ， 海量数据 如 何应 用 ， 一 直未得到解 决 。 海洋浮标监测虽名为定点连 续 监测 ， 但由于海水流动原 因 ， 实际监测的 是 个 区域内不同时间的不同的水 质 “ 点 ” 。 北戴河海域潮流 为 沿岸往复流 ， 潮流周期约 为 （ 见 图 ， 号浮标同步观测结 果 ） ，
16、 采用日平均值或半日平均值来表 征 个 区域的特征更具合理性和可操作 性 ， 且可部分过 滤 掉环境或仪器 的 “ 噪 音 ” 对 监测值的干 扰 ， 更 有利于 研 究监测要素的长期变化规 律 ， 预判海洋环境中长期演变趋 势 。 图 老虎石海域海水流速 、流 向变化（ 年 月 日 日） 结 论 分析 年夏季北戴河海域 个水质浮标的监测数据 ， 可得出以下结论 ： （ ） 夏季北戴河海域叶绿素 含量平均值较高 ， 这主要是由 于监测初期发生褐潮导致叶绿素 异常 高值的缘故 。 从褐潮期间叶绿素 分布看 ， 褐潮 主要集中要近岸 ， 越 靠近岸边 ， 叶 绿素 含量越高 ， 持 续 时间越长
17、。 之后随着褐潮消退 ， 叶绿素 也回落至 以下 ， 平面分布趋势也不再明显 。 褐潮发生时 ， 海水水色异常 ， 呈黄褐色 ， 表现出高叶绿素 、 高溶解 氧 、 高 、 低 透明度的特点 。 叶绿 素 浓度大于 可以作为判别该海域是否发生褐潮的标准之一 。 （ ） 老虎石海域叶绿素 与溶解氧 、 呈显著正相关 ， 说 明老虎石海域浮游植物活动控制了 和 溶解氧的变化 。 金山咀海域叶绿素 与溶解氧 、 与 也呈显著正相关 ， 但 相关系数小于老虎石 。 洋河 口海域叶绿素 与 呈显著正相关 ， 但 与溶解氧相关性不显著 ， 说明该 海域溶解氧不仅受浮游植物活 动 ， 还可能受河流排放污染物
18、的影响 。 参考文献 河北省海洋局 年河北省海洋环境质量公报 ， ， ， 海 洋 湖 沼 通 报 年 ， （ ） ： 孔凡 洲 对桑沟湾海域一次藻华事件原因种的初步分 析 海洋洋环境科 学 ， ， （ ） ： 张 勇 秦皇岛海域微微型藻华期间叶绿 素 分级研 究 生 态科 学 ， ， （ ） ： 张永 丰 微 微型藻华爆发海域硅酸盐与叶绿 素 分布特征研 究 生 态科 学 ， ， （ ） ： 赵聪 蛟 ， 周 燕 国内海洋浮标监测系统研究概 况 海洋开发与管 理 ， ， ： 庄宏儒 水质自动监测系统在厦门同安湾赤潮短期预报中的应 用 海 洋环境科 学 ， ， （ ） ： 蔡励 勋 厦门同安湾海
19、域赤潮期间叶绿素变化的若干典型特 征 海 洋环境科 学 ， ， （ ） ： 陈国 斌 厦门同安湾 海域血红哈卡藻赤潮前的自动监测研 究 海 洋环境科 学 ， ， （ ） ： ， 海 洋监测规 范 ， 海 水分 析 ， 海 洋监测规 范 ， 近海污染生态调查和生物监 测 张水浸 赤潮及其防治对策 北 京 ： 海 洋出版社 ， 孙沛 雯 大连湾海域赤潮发生的叶绿 素 临界 值 中 国环境科 学 ， ， （ ） ： 沈国英 ， 施 并章 海 洋生态学 北 京 ： 科 学出版社 ， 黄岁 樑 、 溶 解 氧 、 叶 绿 素 之间相关性研究 ： 养 殖水 体 环 境工程学 报 ， ， （ ） ， ， ， ， （ ， ， ， ； ， ， ， ） ： ， ， ， ： ； ； ； ；