渤海湾营养盐对浮游生态动力学特性影响研究

摘要

渤海湾位于渤海的西部，属典型的缓坡淤泥质半封闭浅水海湾，与外海的水交换能力较弱。近年来，随着沿岸经济的快速发展，大量污染物通过陆源排放进入渤海湾，不仅增大了渤海湾营养盐的负荷也干扰了各种营养盐的比例。填海等海岸带开发工程影响了滨海湿地的生态功能、改变了近岸的局部流场，进一步影响了水体的交换能力。综合考虑这些内外因素，深入研究渤海湾营养盐对于浮游生态动力学特性的影响，揭示其控制机理，预测生态系统对不同营养盐状况的响应，对于制定相关对策、控制该海域的富营养化状况、促进渤海湾水生态环境的改善，推行海域的可持续发展具有重要意义。本文的主要工作是对渤海湾营养盐对浮游植物生长的影响进行较系统的研究。
　　 首先，对渤海湾西南部典型站位表层水进行了模拟现场的营养盐加富培养实验。结果表明，磷酸盐的添加对于水样中浮游植物生长的促进作用最显著；浮游植物的增长在总体上随着氮磷比的降低而增大，增长最显著的氮磷比在5-15左右，略低于常用的Redfield比16；硝酸盐的连续性添加比一次性添加更有利于浮游植物的生长，相对于高浓度冲击性污染，低浓度持续性无机氮污染可能会产生更严重的生态影响。
　　 然后，本文建立了一个沿水深积分的二维生态-水动力学耦合模型，模拟渤海湾近岸海域氮磷营养盐和浮游植物的动态变化。利用该模型对于渤海湾和渤海湾赤潮监控区2005的情况进行了数值模拟和模型验证，结果表明计算结果与监测结果基本符合。在上述培养实验的基础上，综合考虑水动力学、水温、光照等其他因素，利用生态水动力学模型，模拟了原型时空尺度下渤海湾天津近岸海域浮游植物生长与营养盐负荷变化间的响应关系，并以此为基础探讨营养盐排放的削减策略。结果表明在控制氮磷陆源排放的基础上，进一步控制沉积物中磷的释放是控制渤海湾富营养化状况的重要途径。
　　 最后，通过分析渤海湾叶绿素a浓度的空间分布趋势、营养盐限制的空间差异与渤海湾水交换时间尺度的空间分布特性之间的关系，对营养盐驻留情况的生态影响进行了间接的分析。结果表明，营养盐限制的空间差异可能主要受到陆源排污的影响，而浮游植物的生物量除受到源强的影响外，与营养盐的驻留情况也有关，叶绿素a浓度分布与海水平均交换时间分布具有显著的相关关系，这表明在研究营养盐对浮游植物生长的调控作用时必须充分考虑水交换能力的影响。