南极普里兹湾的海水化学特征.pdf

第5卷第4期南极研究(中文版)Vol . 5,No. 41993年12月AN TARCT IC RESEARCH(CH I N ESE ED IT I ON)December 1993南极普里兹湾的海水化学特征王玉衡 董恒霖 任典勇(国家海洋局第二海洋研究所,杭州310012)提要 本文利用1989?1990年度中国第六次南极考察期间所获得的调查资料,探讨了普里兹湾营养盐分布及其与生物生产力间的相互关系 结果表明,在艾默里冰架外侧存在大片温暖高盐水域,该水域真光层内营养盐含量较低,溶解氧饱和度高达120% ,叶绿素A含量大于1100mg?m3,表明了普里兹湾是南极高生产力区 化学要素垂直分布如温度一样出现了强跃层,并于350m层出现了异常的营养盐垂直分布,但盐度无明显跃层存在 最后讨论了引起异常分布的原因关键词 营养盐 溶解氧 真光层 普里兹湾一、 前 言在南极普里兹湾的许多调查研究证明,夏季湾内存在着温暖的高盐开阔水域,该水域位于艾默里冰架外侧,具有比湾外海水更高的表层水温,“鄂毕” 号考察船在普里兹湾的详 细调查,进一步证实了该高温、 高盐水体的存在(董兆乾等, 1984) 王玉衡等(1984)不仅证 实了上述温、 盐结构的存在,而且初步发现普里兹湾内的开阔水域为低营养盐、 高溶解氧 含量的高生产力区。

本文利用我国第六次南极考察期间在普里兹湾所取得的调查资料,进一步阐述普里兹湾的化学特征 站位布设如图1图1 调查站位图图2 表层海水温度的平面分布Fig. 1. The station position of investigation. Fig. 2. Horizontal distribution on temperature of seawaterat surface layer.二、 样品处理和分析方法海水样品以南森采水器采集,溶解氧用W inkler法测定测定营养盐样品经0145Λm 微孔滤膜过滤后,以Stricland2Parsons所推荐的方法,用分光光度计测定测定溶解氧和营养盐所使用的标准溶液,均为国家海洋局第二海洋研究所生产三、 调查结果1.温度和盐度的特征图2和图3分别为普里兹湾表层温度和盐度的平面分布,从图中看出,两图等值线均展 示了由南向北偏东伸展,由湾内(艾默里冰架外缘)向外海水温度和盐度均逐渐降低,最高 温度和盐度出现在B3站,水温为3106℃,盐度高达34134,湾内6个站位水温超过3100℃的 有两个(B3、B4),B6站水温最低,其量值为1198℃ 盐度除B4和B5站接近34100外,其余站 均高于34100,这种温度和盐度的分布说明, 1989?1990年度南极夏季普里兹湾内存在比以往温度更高的温暖水域,因此也影响到化学参数的分布特征。

图3 表层海水盐度的平面分布 图4 表层PO42P平面分布Fig. 3. Horizontal distribution on salinity of seawater Fig. 4. Horizontal distribution of PO42P atat surface layer.surface layer. 2.化学要素的平面分布营养盐 图4、5、6分别为普里兹湾的PO42P、Si O32Si和NO3- N + NO2- N(下述以NO32N为代表)的平面分布,三图均展出,舌状等值线由湾内向湾外伸展,营养盐含量亦 由湾内向湾外增加,特别是接近艾默里冰架的B2、B3和B4站, PO42P和NO32N含量特别低, PO42P含量分别为0125、0136和0122Λmol?dm3, NO 32N含量分别为4158、5160和4102Λmol?dm3Si O32Si分布图型与PO42P和NO32N稍有差异,这是由于Si O32Si基值大 而引起的,但是分布规律基本相似,均为湾内低,湾外高溶解氧 各站溶解氧含量及其饱和度数据如表1,表中数据表明,除B6站外,其余各 站50m以浅溶解氧含量大于8100×10- 3,氧饱和度均为过饱和,氧含量最大值分别出现在B3和B4站,其量值均为8190×10- 3,而饱和度分别为129%和114% ,显然这是由于水温不48南极研究(中文版)第5卷图5 表层Si O32Si平面分布 图6 表层NO32N平面分布Fig. 5. Horizontal distribution of Si O32Si at Fig. 6. Horizontal distribution of NO32N at surfacesurface layer.layer. 同的结果。

表1还表明, 50m以浅溶解氧含量受水温变化影响较小,而且氧最大值多数站 位不在表层而在25m或50m层,再加上过高的溶解氧饱和度,均证明了这是南极夏季强 烈光合作用影响的结果50m以深溶解氧含量各站均低于8100×10- 3,其含量范围为7152—7122×10- 3,而饱 和度均在89%左右,这种温跃层以下氧含量仍然较高,是南极近岸海域的典型特征之一表1 溶解氧含量、 饱和度和温度Table 1. D issolved oxygen content, saturation and temperature data.层次(米)B1DO%TB2DO%TB3DO%TB4DO%TB5DO%TB6DO%T08. 11112 2. 81 8. 691182. 76 8. 201133. 06 8. 30114 3. 00 8. 17110 2. 12 7. 971071. 98258. 54112 1. 25 8. 701182. 47 8. 901222. 57 8. 16109 1. 99 8. 21107 2. 12 7. 991071. 93508. 4910920. 33 8. 4810620. 5???8. 90114 0. 46 8. 20106 1. 76 7. 981071. 641007. 41??7. 52 90. 821. 60 7. 50 90. 421. 67 7. 30 88. 721. 48 7. 47 90. 221. 47 7. 90 99. 720. 302007. 42 89. 421. 93 7. 32 88. 221. 86 7. 27 87. 621. 76 7. 32 88. 121. 81 7. 22 88. 621. 313.营养盐的断面和垂直分布图7为PO42P、NO32N和Si O32Si的断面分布,图中展现出25m至100m层有强烈的营 养盐跃层,等值线密集,梯度甚大。

A和C断面PO42P和Si O32Si的分布,等值线大体平行 于海底,显示出强烈的光合作用 而B断面NO32N的分布出现异常,似有深层高营养盐水 上升趋势,有待于进一步的调查研究图7中350m层出现低营养盐区,特别是B3、B4站更为明显,这种现象是融冰低营养盐 水下潜到350m层的结果,从三个断面图对比看出,A断面PO42P含量偏低较多,B断面NO32N含量偏低,最远可影响到B6站, C断面虽存在一条70Λmol?dm3Si O32Si等值线,但350m层Si O32Si含量仍高达69159Λmol?dm3,这种现象则不能肯定有低营养盐水的下潜 为了进一步清晰看出350m层低营养盐水的存在,我们选择了B3和B4站绘制了化学58第4期王玉衡、 董恒霖、 任典勇:南极普里兹湾的海水化学特征图7 营养盐的断面分布Fig. 7. D istribution of nutrientson cross2section. 要素的垂直分布图(图8a、b) 两图不仅在350m层出现了各种营养盐分布曲线的特殊弯 曲,说明有低营养盐水在350m层存在,而且B3站还于25m层出现了第一弱跃层,说明光 合作用在25m层最强。

20m层至100m层为营养盐的强跃层区图8aB3站营养盐的垂直分布图8bB4站营养盐的垂直分布Fig. 8a. V ertical distribution of nutrients at B3station. Fig. 8b. V ertical distribution of nutrients at B4station.我们利用王玉衡等(1984)给出的计算营养盐跃层强度的方法,即 ∃P? ∃Z= P22P1?h2- h1分别计算了(B3站)PO42P、NO32N和Si O32Si的跃层强度,其结果分别为01025、0140和0168Λmol?dm3 计算结果表明, Si O 32Si跃层强度与王玉衡等(1984)给出的结果相近,而PO42P和NO32N跃层强度则前者小于王玉衡等(1984)的结果,后者大于王玉衡等(1984)的结果 总之,南极海域夏季营养盐的垂直分布具有双跃层现象是较为普遍的,且跃层强度较为接近,因测定所取层次深度不同,可能显示出较大的差异68南极研究(中文版)第5卷4. N?P(原子比)比值和T2O2曲线N?P比值 大洋海水N?P比值为16,无论生物体和海水均如此(Riley, 1975),这种 生物化学特征在普里兹湾显示较为明显,其N?P比值一般在14—17间变化,从统计的角图9 B2—B6站T—O2曲线图Fig. 9. T2O2curves at the B22B6station.度看一般稍低于大洋水的N?P比值(Riley,1975),与北半球受径流影响强的海湾的高N?P比值不同(王玉衡等, 1988),其原因在 于南极融冰淡水,虽然对海湾会有影响,但因 融冰水含氮、 磷很低,因而不会改变普里兹湾 的N?P比值。

T2O2曲线特征 图9为普里兹湾诸站T2O2曲线图,该图表明了以下几个特征,首先给出了表层至50m层的高温、 高氧,具有极高 生产力的南极夏季 表层水,然后是温度和溶 解氧的跃层区,最后是水温为- 1. 00℃左右, 氧含量为7. 40×103左右的港湾深层水 然而从图中还看出B2、B3、B4站与B5、B6站略有差 别,在真光层不论氧含量还是水温,前者均大 于后者,这是所处地理位置不同的结果,因而 点比较分散,但是在深层所有站位点聚均集 中在1cm2的范围内,说明了普里兹湾深层水理化特征的相似性四、 讨 论1.普里兹湾内的浮冰,由艾默里冰架外侧在海流的作用下向西北方向输送(董兆乾 等, 1984),当南极盛夏到来,浮冰输送完毕后,则显示出大片开阔水域,在阳光辐射下,表 层升温较快,使湾内水温大于湾外,并形成强温跃层,因此该开阔水域具有极高生产力是 可预见到的,但为何表层盐度超过34100,盐跃层强度较弱,而且湾内高于湾外呢?这一问 题形成的原因,我们认为有两种可能性,其一是湾内可能存在着不太强的涡旋,使深层水 上升,但上升速度较慢,致使真光层在光合作用的影响下营养盐含量仍然较低,并存在着 强跃层。

其二有可能是海流作用形成的,当戴维斯站方向流入湾内的海流,遇到艾默里冰 架和西海岸阻挡时,深层水也有可能上升,并且涡动混合加强,使表层盐度升高,但此过程 仍然是缓慢的,否则无法解释营养盐含量的偏低,总之湾内的这种特殊现象,需要进一步 的详细调查2.由上述得出普里兹湾是高生产力区,夏季真光层内营养盐含量很低,是光合作用影 响的结果,为了证实这种现象的存在,取100m层以上数据做化学要素与环境要素的相关 分析,结果如下:Si O32Si= - 0. 075×T+ 3. 72, n= 30, r= - 0. 9178第4期王玉衡、 董恒霖、 任典勇:南极普里兹湾的海水化学特征PO42P= - 0. 049×O2+ 8. 66, n= 28, r= - 0. 76NO32N = 0. 043×S+ 32. 55, n= 30, r= 0. 082PO42P= 15. 00×NO3- N + 0. 78, n= 30, r= 0. 99PO42P= 24. 52×Si O3- Si+ 7. 66, n= 30, r= 0. 82由上述统计结果可。