长江径流量变化对长江口赤潮发生的影响

长江径流对长江口及邻近海区营养元素的输入及赤潮发生影响的研究进展【摘要】长江是太平洋西岸最大的河流，它源源不断的向东海输入大量物资，长江径流中的高浓度的营养盐是造成长江口及其邻近海区水体富营养化的重要原因，也是该海区赤潮频发的重要条件。关键字长江口营养盐赤潮通量0、引言赤潮是海洋中某些微小的浮游藻类、原生动物或细菌，在一定的环境条件下爆发性繁殖（增值）或聚集而引起水体变色的一种有害的生态异常现象【1】，也称为有害藻华(HAB,HarmfulAlgalBlooms)。自70年代开始我国近海赤潮发生的以每10年增加3倍的速度不断上升，赤潮的规模不断扩大，危害程度也不断增加，有毒赤潮大规模爆发危险增加，赤潮高发区为南海，长江口，和渤海【2】。长江口是我国最大的河口区，作为中国第一大河的入海口，同时考虑到其周边地区以及长江流域在我国地域，经济，文化中重要地位，对该区域赤潮的研究有着迫切的需求和重要意义。1、赤潮发生的影响因素及水体富营养化藻类赤潮发生是水体中存在赤潮藻种或孢囊的前提下,环境条件适合其生长繁殖所形成的生物过程,该环境条件包括生物因素(捕食、竞争、分解等)、化学因素(营养盐等)和物理因素(水文、气象等条件)【3】。赤潮发生是由于这些影响赤潮的因素共同作用引起的，但近年来我国赤潮发生频率的大幅度提高是与化学因素密切相关的。由于高含氮、磷的工业污水和生活废水大幅度排入海域形成水体富营养化是赤潮发生的主要原因【4】。富营养化是指生物所需的氮、磷等无机营养物质大量进人湖泊、河口、海湾等相对封闭、水流缓慢的水体，在适宜的外界环境(水域的物理化学环境)因素综合作用下，引起藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其它水生生物大量死亡的现象【5】。水体富营养化是引发赤潮的主要因素，它多发生在有机污染严重、水交换不良的内海和港湾或排污河口近岸水域【6-7】。水体富营养化的成因：1）是由于降雨、降雪对大气的淋洗和径流对地表物质的琳溶与冲刷，一些营养物质被汇入水体中。2）由于农田施肥、农业废弃物、城市生活污水和工业废水等排入水源，造成水体富营养化，这是主要原因【8】。对于河口近岸水域，随河流径流而输入的氮、磷等营养元素对水域水体富营养化已经赤潮的发生有着重要的影响。2、长江口及其邻近海域介绍长江全长6300km，是中国第一大河，也是注入西太平洋最大的河流。长江多年平均入海径流量为9322.7×108m3，占全国入海总流量的51%以上；入海的输沙量为4.86×108t，占全国入海输沙量的23%；入海离子径流量为1.48×108t，占全国入海离子量的43%【9】。长江的入海水量、沙量和离子量不仅量大，且进入与太平洋直接相连的东海。因而，它不仅对沿海海洋的水文、沉积、生物等产生重要影响，且直接或间接影响着沿海渔业（特别是舟山渔场和吕四渔场），对西太平洋的物质循环也有着重要的影响。长江河口位于北亚热带，属于季风气候，四季分明，气候温和。它地处我国东部沿海，是我国最大的河口。长江河口水量充沛，据大通站资料，多年平均流量为2.93×104m3/s，最大流量9.26×104m3/s（1954年），最小流量4620m3/s（1979年）。径流量存在明显的季节性变化，5~10月为洪季，占全年的71.7％，以7月为最大；11~4月为枯季，占28.3％，以2月为最小。长江口是中等强度的潮汐河口，口外为正规半日潮，口内为非正规半日浅海潮。长江冲淡水的影响最远可达济州岛附近，盐淡水混合北支为垂向均匀混合型，在南支口门附近枯水期大潮出现垂向均匀混合型，洪峰流量大并遇到特小潮差时，出现高度呈层型外，全部及部分混合型出现几率最多。在南槽、北槽、北港下段存在上层净流向海，下层净流向陆的河口环流，滞流点附近有最大浑浊带【10】。近年来由于城市化、筑坝、施肥、引水等人类活动的影响和高速的经济发展使长江的污染逐年加重，长江河口及近海的水环境已面临许多挑战。3、长江径流对长江口及其邻近海域的营养元素的输入及赤潮爆发的影响一、长江径流中营养盐的来源长江人海年径流量为9240亿立方米,其中夹带泥沙量4.86亿吨，含溶解盐约2亿吨【11】，长江径流源源不断的向河口输送着大量的含氮和含磷等元素的营养盐。表一流量（m3/s）及各元素浓度（mg/L）的多年平均值【14】长江径流中营养盐的输入主要是由人类活动引起的，包括工农业废水和生活废水的排放，化肥的大量使用，大量化石燃料的燃烧，已经水产养殖造成的大量富营养水体入海。以无机氮为例,长江和长江口无机N主要来源于降水、农业非点源化肥N和土壤N流失以及点源工业废水和生活污水排放等,三者分别占长江口无机氮输出通量的62.3%、18.5%和14.4%,降水输入是长江口高含量无机氮的主要来源。降水中的无机N主要来源于化肥气态损失,动、植物过程和矿石燃料燃烧释放的N,实际上,化肥N的气态损失和农业非点源流失大约占长江流域年化肥N使用量的60%,这是控制长江口高含量无机氮的关键因素【12】。二、长江径流对长江口及其邻近海域营养盐分布的影响长江口海域有大范围高浓度的营养盐分布，一般认为这些营养盐主要来自、长江冲淡水以和台湾暖流，其中硝酸盐和硅酸盐主要来自于长江冲淡水【15，16】，磷酸盐则很大一部分来自于台湾暖流，台湾暖流向东海输送的无机氮与长江冲淡水相当，而输送的磷酸盐则比长江冲淡水要高8～17倍[17]。由于在河口区，长江口中的磷酸盐存在缓冲作用[21],硝酸盐和硅酸盐具有很好的保守性，在长江口其与盐度的相关系数分别达-0.96(n=139,s:0～30)和-0.99(n=204,s:0～34)。所以长江对长江口水域营养盐分布的影响主要是通过冲淡水的扩展而体现出来的，长江口及其邻近海域营养盐的分布与长江冲淡水的扩展路径变化密切相关【18】。无机氮的分布：长江口海域无机氮主要有硝酸盐和氨氮（NH4+-N），在长江口近岸硝酸盐含量出现高值,到了长江口外由于海水的稀释作用,其含量逐渐降低[19]；硝酸盐等的保守行为仅限于长江口,而在长江口外,营养盐在向外扩散的过程中,不断地被浮游植物所消耗而使其含量锐减[16]。NH4+-N含量的变化规律与硝酸盐相反,由长江口内向口外含量逐渐增高。磷的分布：水体中磷主要以溶解态和颗粒态共存的形式存在,TDP略高于TPP,长江口门区为无机磷高值区,其含量自长江口向东南方向愈来愈低,并呈现一段连续的稀释梯度[20]，长江冲淡水中的磷具有向南、北双向扩展的趋势【22】。三、长江径流对长江口及其邻近海域赤潮爆发的相关关系影响长江及其邻近海区赤潮爆发的因素有很多，长江径流给该海区带来的及其丰富的有利于赤潮生物生长的营养盐，造成该海区出现富营养化是引起该海域赤潮频发的主要原因【23】。可以从以下两个方面来研究长江径流与长江口及其邻近海域赤潮爆发的相关关系：1）、长江输入通量季节变化与赤潮爆发时间的关系长江口以及东海海域赤潮存在明显的季节性变化规律，该海域赤潮高发期主要集中在每年的5月至8月【24】（图一）。对于长江径流输入以及营养盐输入通量而言，5到8月份也是长江径流量和营养盐输入通量的高峰期，两者之间存在着一定的相似性。图1各月份赤潮的发生频率（1986-1993）2）、长江输入通量年变化与赤潮发生频率规模的关系近50年来长江输入通量可知，随着长江流域社会、经济的快速发展，通过长江冲淡水输入到东海的氮、磷营养盐数量不断增加。如20世纪60年代到90年代末，每年通过长江输入到东海的NO3一N总量就增加了7倍左右【25】。同时，近几年来东海海域赤潮也是呈现发生次数不断增加，发生面积不断扩大的状况[2]。如图2，3所示，赤潮发生次数，面积年变化均与长江DIN和PO4-P输入通量年变化直接表现出良好的相关性【26】。图2年DIN输入通量与长江及其邻近海域赤潮爆发频率（左图）和面积的关系（右图）图3年PO4-P输入通量与长江及其邻近海域赤潮爆发频率（左图）和面积的关系（右图）4、对长江口赤潮预防的启示4.1控制污水入河入海量长江流域作为我国经济最发达，人口最集中的地区之一，每年有大量的工农业废水和生活废水排入长江及其支流中，这些污水最终将会汇聚进入东海，造成长江口及其邻近海域水体富营养化。因此应该着眼于整个长江流域，通过逐步淘汰高污染产业，发展节约型农业，完善污水集中处理机制等方法减少直接排入长江中的营养盐，减少长江径流对长江口及其邻近海区的营养盐通量。4.3长江-海域整体防治将长江，长江口及其邻近海域当做一个整体来预防赤潮的爆发，不仅要通过各种生化方法来降低赤潮高发区的富营养化水平，同时也要重视长江及其支流的富营养化水平，努力保证长江流域整个水体的水质健康。4.2完善海洋环境监测网络把各主管海洋环境的单位、海上生产主管部门、沿海广大居民、渔业捕捞船以及社会各方面力量组织起来,开展专业和群众相结合的海洋监视活动,扩大监视海洋的覆盖面,及时获取赤潮和与赤潮有密切关系的污染信息。在监测赤潮多发区的同时，也应该认识到长江径流也赤潮爆发的密切联系，做好对长江水质等水文要素的监测。参考文献1.冯士筰，李凤崎，李少菁.海洋科学导论[M].北京：高等教育出版社.1999,328.2.周名江，朱明远，张经.中国赤潮的发生趋势和研究进展[J].生命科学,2001,13(2):54-59.3.曾江宁，曾淦宁，黄韦艮，郑平，周青松，陈全震，高爱根.赤潮影响因素研究进展[J].东海海洋,2004,22(2):40-47.4.李红山，黎松强.赤潮形成与富营养化及生化防治机理[J].海洋技术,2002,21(2):69-73.5.王淑芳.水体富营养化及其防治[J].环境科学与管理,2005,30(6):63-65.6.邹景忠，董丽萍，秦保平.渤海湾富营养化和赤潮问题的初步探讨[J].海洋环境科学,1983,2(2):41-54.7.林荣根，邹景忠.近海富营养化的结果和对策[J].海洋环境科学,1997,16(3):71-75.8.闰庆松.浅谈水体富营养化[J].山东环境,1994,59:43.9.沈焕庭等著.长江河口物质通量[M].海洋出版社,2001.10.沈焕庭,潘定安著.长江河口最大浑浊带[M].海洋出版社,2001.11.李延,王旭晨.长江入海途程的化学质量转移[J].海洋与湖泊,1986,17(6):530-53712.沈志良，刘群，张淑美，苗辉，张平.长江和长江口高含量无机氮的主要控制因素[J].海洋与湖沼，2001,32(5):471.13.王保栋，长江冲淡水的扩展及其营养盐的输运[J].黄渤海海洋，1998,16(2):41-4614.刘新成，沈焕庭，黄清辉.长江入河口区生源要素的浓度变化及通量估算[J].海洋与湖沼，2002,33(3):332-339.15．沈志良,陆家平,刘兴俊,等.长江口区营养盐的分布特征及三峡工程对其影响[J].海洋科学集刊,1992,33:107-129.16．王保栋,战闰,臧家业,等.长江口及其邻近海域营养盐的分布特征和输送途径[J].海洋学报,2002,24(1):53-58.17.ChungShi-Wei,JanSenandLiuKon-Kee.2001.NutrientfluxsthroughtheTa-iwanStraitinspringandsummer1999.JOceanogr,57(1):47～5318.王正方,姚龙奎,阮小正.长江口营养盐NPSi分布与变化特征[J].海洋与湖沼,1983,14(4):324-332.19.孟伟,秦延文,郑丙辉,等.长江口水体中氮磷含量及其化学耗氧量的分析[J].环境科学,2004,25(6):65-68.20.全为民，沈新强，韩金娣，陈亚瞿.长江口及其邻近水域氮、磷的形态特征及其分布研究[J].海洋科学，2010,34(3):76-81.21.黄尚高,杨嘉东,暨卫东,等.长江口水体活性硅、氮、磷含量的时空变化及相互关系[J].台湾海峡,1986,5(2):114-123.22.黄自强,暨卫东.长江口水中总磷、有机磷、磷酸盐的变化特征及相互关系[