長江口海域關鍵環(huán)境因子的長期變化及其生態(tài)效應.pdf

1、近半個多世紀以來長江入海徑流量、泥沙通量和營養(yǎng)鹽通量的變異對長江口海域生態(tài)系統(tǒng)造成一系列影響,主要表現(xiàn)為長江口及其鄰近海域的富營養(yǎng)化程度逐漸加重,超四類海水水質(zhì)標準的海域面積明顯擴大,底層缺氧現(xiàn)象不斷加重;并由此導致長江口及其鄰近海域赤潮頻發(fā)且發(fā)生面積逐漸增大、赤潮類型由單一的硅藻赤潮演變?yōu)楣柙?甲藻赤潮的交替發(fā)生。然而,目前對長江入海物質(zhì)通量變異引起的長江口海域生態(tài)環(huán)境長期變化缺少定量化分析,尤其是對近年來長江入海泥沙通量的降低對長江

2、口及其鄰近海域生態(tài)系統(tǒng)影響的研究還是空白,對于長江口海域生物群落對生態(tài)環(huán)境變化的響應缺乏系統(tǒng)化描述,對近30年來浮游植物生物量快速增加的主要影響因素缺少深入探討。因此,有必要對長江口近岸海域生態(tài)環(huán)境的長期變化進行研究,以期獲得其動態(tài)變化規(guī)律,甄別長江口海域生態(tài)環(huán)境變化的主要影響因素或控制因子。
　　本文搜集并統(tǒng)計了近半個多世紀以來長江入海徑流、泥沙通量和營養(yǎng)鹽通量相關資料,結(jié)合長江口及其鄰近海域表層海水鹽度、懸浮物、營養(yǎng)鹽(DIN

3、、PO4-P和 SiO3-Si)的歷史文獻資料和現(xiàn)場調(diào)查數(shù)據(jù),定量化描述了入海物質(zhì)通量變異對長江口生態(tài)環(huán)境的影響,并從浮游植物生物量及其群落結(jié)構(gòu)、底棲生物種類數(shù)及其生物量等方面的長期變化來闡釋長江口海域生態(tài)環(huán)境變化導致的生態(tài)效應,最后初步得出長江口海域生態(tài)系統(tǒng)變化及其演變過程的控制因素。主要結(jié)論如下:
　　1.長江入海物質(zhì)通量的變異
　　半個多世紀以來,長江入海徑流量變化不大。與徑流量變化不同,長江入海泥沙量總體上呈降低趨勢

4、,這歸因于長江入海水中泥沙含量的逐年降低,導致長江入海泥沙通量相應程度地降低,近30年來下降趨勢尤為顯著,尤其是進入21世紀后,泥沙入海通量降低速度明顯加快。長江水中三類營養(yǎng)鹽含量表現(xiàn)出不同的變化趨勢。1980s之前,長江水中DIN和DIP濃度分別在20μmol/L和0.5μmol/L上下波動,80年代之后,DIN快速上升,進入21世紀后,DIN增加速度放緩,濃度維持在120~140μmol/L上下;而DIP自80年代中期開始,濃度略有

5、升高,進入21世紀之后,DIP增加趨勢依然顯著,但兩者在21世紀初期均達到歷史最高值;而長江水中SiO3-Si濃度呈現(xiàn)出明顯的降低趨勢,尤其是20世紀80年代后,其下降速度明顯加快,進入21世紀之后,SiO3-Si達到歷史最低值,其濃度維持在100μmol/L上下,變化不再明顯。
　　2.長江入海物質(zhì)通量的變異引起長江口海域關鍵環(huán)境因子的變化
　　近30年來,長江入海物質(zhì)通量的變異引起長江口海域環(huán)境因子相同的變化態(tài)勢。在長江

6、入海徑流量變化不大的前提下,長江口海域表層海水鹽度變化不大,沖淡水東部邊界基本出現(xiàn)在123.5°E附近海域。29個航次的懸浮物數(shù)據(jù)顯示,由于入海泥沙通量的降低,研究海域表層海水懸浮物含量明顯降低,下降幅度約為51％,年均下降率約為1.7%。且20mg/L的TSS濃度等值線(長江沖淡水主體)明顯向河口方向位移。與此同時,61個航次的營養(yǎng)鹽結(jié)果表明,入海水中DIN、DIP濃度的增大和SiO3-Si濃度的降低造成長江口海域表層海水DIN、PO

7、4-P濃度增加和SiO3-Si濃度降低,三者的變化幅度分別約為103%、102%和-33%,對應的年均變化率約為3.32%、3.19%和-1.03%。營養(yǎng)鹽濃度的變化導致Si/N比值/P發(fā)生變化,其中N/P比值始終維持在45左右,變化不大;Si/P比值越來越接近16(Redfield比值);而Si/N比值由原來大于1至2005年后小于1,導致硅酸鹽含量小于無機氮含量,這將有利于非硅藻類浮游植物的競爭。
　　3.長江口海域關鍵環(huán)境因

8、子變化引發(fā)的生態(tài)效應
　　自1981-2011年50個航次的葉綠素a數(shù)據(jù)顯示,以葉綠素a表征的浮游植物生物量呈現(xiàn)出指數(shù)增加的趨勢。由網(wǎng)采和水采得出的長江口及其鄰近海域70個航次的浮游植物細胞密度變化趨勢與葉綠素a一致。2003年之后的調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,小尺寸、小細胞的浮游植物(主要是甲藻)增加更為明顯。與此同時,浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化表現(xiàn)為以硅酸鹽為主要營養(yǎng)的硅藻相對豐度逐漸降低,而甲藻相對豐度表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。尤其是進入21世紀

9、后,甲藻占優(yōu)勢的調(diào)查航次比例增大。長江口及其鄰近海域32個航次的底棲生物結(jié)果表明,其總生物量和種類數(shù)均有所降低,其中種類數(shù)降低更為明顯。近年來個體較小、生活周期短的且對環(huán)境污染承受能力強的多毛類所占比例增大,逐漸代替?zhèn)€體較大、生活周期相對長的棘皮動物和軟體動物成為優(yōu)勢種。
　　4.長江口海域的懸浮物和營養(yǎng)鹽條件愈來愈有利于浮游植物的生長繁殖,最終導致赤潮頻發(fā)且分布范圍更廣,并逐漸出現(xiàn)在低鹽的河口海域
　　利用22個夏季航次數(shù)

10、據(jù)探討近30年來長江口海域表層海水各生態(tài)環(huán)境因子之間的關系,結(jié)果表明:葉綠素a高值對應的鹽度不僅有向河口方向位移的趨勢,而且其對應的鹽度范圍明顯擴大。低鹽度(S=10)和中鹽度(S=20、S=25)對應的DIN和PO4-P濃度有所升高、TSS濃度有所下降,而相對高鹽度(S≥30)對應DIN和PO4-P濃度的升高、TSS濃度的下降均更為顯著。雖然SiO3-Si濃度有所下降,但近30年來,SiO3-Si沒有形成對浮游植物生長的限制。最終導致

11、長江口海域環(huán)境更適宜于浮游植物的生長,這也是近年來赤潮頻發(fā)、發(fā)生面積增大、發(fā)生區(qū)域逐漸向低鹽的河口方向位移的主要原因。
　　5.長江口海域浮游植物生物量增加的主要影響因素存在季節(jié)及區(qū)域差異
　　在年際尺度上,浮游植物生物量的增加主要受入海營養(yǎng)鹽通量增加以及入海泥沙通量降低的影響。在季節(jié)尺度上,春季,長江口海域浮游植物生物量的增加主要受入海泥沙通量的降低影響;夏季,長江徑流通常達到一年中的最大值,入海營養(yǎng)鹽通量、泥沙通量與浮游