海洋技术专业毕业设计（论文）文献综述长江口关键站位潮汐周期内浮游植物粒径变动研究

上海海洋大学2011届毕业设计报告（论文） 文献综述报告文献综述报告（2011届本科） 学 院：海洋科学学院 专 业：海洋技术 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2011年6月长江口概况长江是我国第一大河，其干流先后流经11个省、自治区和直辖市，在黄海与东海的交界处入海，全长约6300 km，年均入海径流量约9.24x1011m3，其长度、径流量分列世界第3位和第5位。长江干流宜昌以上为上游，宜昌至鄱阳湖口为中游，湖口以下为下游，自安徽大通向下至水下三角洲前缘（约3050111等深线）为长达700km的河口区。河1：3区又可划分为三个区段：大通至江阴，为近口段；江阴至口门（拦门沙滩顶），为河口段；自口门向外至3050m等深线附近，为口外海滨（图1.1）。江苏常熟市的徐六泾是一个河流节点，此节点以下河道变宽。崇明岛把长江分为南支和北支：长兴岛和横沙岛又将南支分为南港和北港；南港被九段沙分为南槽和北槽，形成长江在河N-级分汉四口入海的态势。一般把徐六泾作为长江河口的上界，而水下三角洲的外缘(123.0 E的水域)作为长江口的外界。图1.1长江口入海形势（引自中国海湾志，1998）长江口两侧陆地为工农业生产先进、经济发达的长江三角洲平原，面积4.377104km2，占全国总面积的0.46，人口4.499x103万人，占全国总人口的3.99。长江口外水域与东海和南黄海相毗邻，长江冲淡水、黄海沿岸流、东海沿岸流和台湾暖流在此交汇（中国海湾志，1998）。长江冲淡水携带大量的有机碎屑和丰富的营养盐，使得长江口水域无机营养盐含量不断增加，富营养化加剧；而不同流系的相互作用使得该水域表现出复杂的水文特征。1.1气候特征长江口位于北亚热带，属于季风气候，春、夏、秋、冬四季分明。冬季受北方冷空气的影响，春末夏初是一年一度的梅雨季节，夏季主要受太平洋副热带高压的影响。口区气温季节变化明显，平均气温冬季为4.6C，春季为13.74C，夏季为26.1C，秋季为17.8C；海上温度与陆地相比，春、夏两季低，秋、冬两季高，且季节变化迟于口区陆地。长江口区的降水有明显的季节变化，8月、l0月至次年2月降水量少，而其它月份则形成春雨期、梅雨期和秋雨期3个雨季。（中国海湾态，1998）1.2 水沙过程长江河口水量丰沛，存在明显的季节变化：510月为丰水期，6个月的径流占全年的71.7，其中7月最大，径流可占到全年的14.2；11月至次年4月为枯水期，6个月的径流占全年的28.3，最低为2月，径流仅为全年的2.9。长江大通站多年平均流量为2.93x104 m3 s-l，历史上最大径流出现在1954年，为9.26x104 m3 s-1，最小径流出现在1979年，仅为4620 m3 s-1；与国内外主要河流相比，其最大、最小流量的比值较小，表明长江径流年内分配较为均匀。长江入海径流的多年变化存在丰、平、少水年的变化，且具有周期性的特征：一般是连续丰水期与连续少水期大致按10年左右规律轮流出现一次。（中国海湾志，1998）长江的含沙量年平均值为0.547 kg m-3，年平均输沙量达到4.86x108吨；沙量在年内的分配较水量更为集中，丰水期输沙量约占全年的87，其中7月约占全年的21（中国海湾志，1998）。大量泥沙使长江口海域水体十分浑浊，对长江三角洲沿海地区的地质地貌特征与生态环境有极为重要的影响（曹沛奎&严肃庄，1996；高抒，1996；高抒等，1999）。1.3 潮汐与潮流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，口门附近多年平均潮差为2.66m，最大潮差为4.62m，潮差由口门向里在南支递减，在北支递增。潮流在长江口内为往复流，一般落潮流速大于涨潮流速，出口门逐渐向旋转流过渡，沿顺时针方向。长江口存在盐水入侵的现象，北支盐水入侵远于南支。（中国海湾志，1998）1.4 长江口外主要流系和水团影响长江口水域的主要流系有黄海沿岸流、东海沿岸流和台湾暖流。黄海沿岸流终年自北向南流动。东海沿岸流夏季沿海岸向北流动，流幅大，流速强；冬季紧贴海岸囱南流动，流幅减小，流速减弱。台湾暖流沿福建和浙江沿海皂南向北流动，通常可在长江口外出现，然后向东北和东北偏北流动；流幅和强度季节变化明显，冬季近岸，流幅和流速较小，夏季远岸，流幅和流速增大：上层终年高温高盐，深层趋向于“爬坡”和“近岸引道”。（中国海湾志，1998）根据水体的温、盐等物理性质，长江口及其邻近水域可分成五个水团：长江河口水以盐度5的等盐线为边界，主体为长江河水，水体盐度的纵向和垂向分布均匀，梯度不明显。长江冲淡水长江径流入海后与海水混合而成，盐度在53l之间，温度冬季为49C，夏季为2027C；长江冲淡水主体以盐度25的等盐线为边界，盐度在此边界以西水平梯度较大，以东水平梯度较小。台湾暖流水分布于本水域东南部，盐度大于33，温度冬季大于11C，夏季为1820C；冬季分布于整个水层，夏季由于强温、盐跃层的存在，仅在78m以深出现。黄、东海混合水为黄海混合水、台湾暖流水和大陆沿岸水侧向混合而成，冬季出现于本海域东北部。黄海下层冷水为黄海下层冷水自北向南扩展的延续体，夏季在本海域的东北部出现。1.5 长江冲淡水的扩展长江径流入海后形成冲淡水，因其密度较低，仅分布在515 m厚的上层，形成羽状体。它的典型扩展特征是：在桔水期，径流出口门后，沿近岸向南扩展；在丰水期，径流入海后约在1221012230E之间很快转向东北方向（中国海湾志，1998：浦泳修，1983）。朱建荣等（1997）通过数值模拟试验指出：冲淡水在向外扩展时，受口外羽状锋阻挡，分两股扩展，一股向东南，一股向东北偏北：两股的相对强弱受径流量的影响，径流量大，向东南扩展的一股强，径流量小，则向东北偏北扩展的一股强。冲淡水的扩展范围与长江径流量有关，王保栋等（2002）报道了1998年长江特大洪水入海后冲淡水的扩展情况：低盐水舌在东海北部可扩展至对马海峡，盐度小于30.0的低盐水占据整个海峡的西水道，在济州岛以南27.0等盐线伸展至127E以东；东海南部近岸，长江冲淡水向南可达29N。长江径流入海后与承受它的海水混合，在长江口外海域依次生成河口锋、羽流锋和滨海锋等浅海海洋锋。其中羽流锋的存在是河口外的重要现象，有如下特点：以盐锋为主，在锋带海域盐度的水平梯度大于温度，峰层的厚度和分布深度有自河口向海中部凸出、变薄和趋表的特征；夏季羽流锋以多舌态或弧状分布于长江口外；主羽流锋是受北港和北槽径流控制，次羽流锋是由南槽径流沿岸扩展到杭州湾北面造成；羽流锋整体的空间分布和走向可粗略指示出入海径流运移和外海水入侵的途径和方向。（中国海湾志，1998）1.6 长江口水域的上升流根据长江口水域温度和盐度的分布特征，赵保仁等（1992，1993，2001）发现在长江口外东南部海区存在着明显的上升流现象。根据1985年8月的调查数据，大约在12220123l0E、3132N的长江口外水域存在着明显的下层高盐冷水的抬升现象，伴随这种上升运动，在上述高盐冷水区的510m水层明显地存在一个低溶解氧、高营养盐区。资料表明，该低氧、高营养盐海水不是直接来自表层的长江冲淡水，而是来自深底层的变性后的台湾暖流水。2浮游植物种类组成及分布特点2.1 国外研究进展2.1.1 浮游植物种类组成许多研究认为，河口区重要的浮游植物是硅藻、甲藻，其次有绿藻和金藻等。韩国Nakton河口被鉴定的276种浮游植物中，97.5%是硅藻和甲藻。而在印度Dharamtar河口湾浮游植物年度种类组成模式研究中，总共有浮游植物58属，硅藻占46属。同样的模式也出现在德国Elbe和比利时及荷兰Schelde河口，一些偶见种的存在则指示河口水体与潮间带水体的交换。北极有的河口浮游植物种类组成与一般河口有些不同。如美国阿拉斯加ElsonLagoon河口硅藻只占种群的34%，而甲藻只占数量丰度的4。在Siberian河口尚可发现淡水浮游植物种类，而在Svalbard河口海洋和河水浮游植物种类占优势。热带和亚热带河日因为很少受季节因子的影响和控制，浮游植物具有高度的多样性和相对的稳定性，但生物之间相互作用较复杂。浮游植物丰度大，在波多黎各的Bahia Fosforescente河口鞭毛藻（Pyrodinium bahamence）持续繁盛引起明显的生物荧光。2.1.2浮游植物时空分布在美国Kennebec河口，浮游植物种类集中于河口下段，种类组成与盐度梯度适应性相一致。1993年春季通过对Elbe、Schelde和Gironde河口浮游植物的调查研究发现，在3个河口的上段浮游植物丰度和物种多样性最低。Naktong河口硅藻在冬、春季占优势，甲藻在夏季占优势。这一季节趋向在Hudson河下游以及美国Long Island小河口也可见到。其原因在于冬季类型（硅藻）具有低光选择性，生殖时间长，能量存储能力较强。夏季种类如甲藻有较高的光选择性，生殖时间较短，能运动。在浮游植物数量变化方面，Naktong河口浮游植物数量7月最多，1月最少。2.1.3浮游植物初级生产浮游植物的初级生产是世界大多数河口生态系统初级食物能量的主要组成部分。在巴西南部Patos Lagoon河口，初级生产最低值发生于冬季，最高值发生于春季和夏季。美国Kennebec河口水体垂直混合良好，叶绿素a在冬季最低，在夏季最高。近年来，随着表面荧光显微镜和流式细胞仪在水生生态学中的应用，使人们有可能对以前知之甚少的微型、超微型浮游生物进行研究，并成为当前海洋生态学研究的热点。研究表明，微型、超微型浮游植物在河口海岸生态系统初级生产中占有重要地位。在墨西哥湾夏季大部分时间里，微型浮游植物占浮游植物群落初级生产的主体。在美国Neuse河口微型、超微型浮游植物在夏季占优势，并占浮游植物生物量的大部分。在胶州湾超微型浮游植物占总生产力的34 %。不同类型的河口浮游植物初级生产还受诸多因子的影响。在许多浅水河口，夏季浮游植物繁殖也许被温度和营养循环所控制。在其他相对较深的河口则被春季径流所控制，并与营养盐输入相联系，使浮游植物的生产在夏季相对于春季趋向于减少。有些温带河口生态系统显示春季和秋季浮游植物峰值，而热带河口生态系统浮游植物峰值几乎不可预测季节性，这里的较高初级生产往往与河口径流有关。在不完全分层河口，浮游植物最大生物量和初级生产地区趋向于发生在河口的最大混浊带。2.2 长江口浮游植物种类组成及分布特点千金辉（2002）研究了长江口的浮游植物群落，表明长江口及邻近海域存在3个不同的生态系，与以盐度划分的水团(长江河口水、长江冲淡水、外海水)基本一致，每个生态系包含1个浮游植物群落长江口的浮游植物基本可以归为5个类群：淡水类群、河口半咸水类群、近岸低盐类群、外海高盐类群、海洋广布性类群。它们自西向东在3个生态系中有明显的分布格局，并且随长江径流量的变化而摆动和变化。顾新根等（1995）对长江口羽状锋海区浮游植物生态学研究发现，长江径流量的变动是影响浮游植物数量时间和空间分布的一个至关重要的因素。种类组成隶属于河口型的生态组成模式，河口沿岸低盐种是浮游植物群落的主要成分，决定着长江口浮游植物群落的性质。河口羽状锋海区存在着一个生物地球化学作用带，其位置的变动主要取决于锋面位置的变动。根据浮游植物数量密集区，PH和溶解氧的异常区的位置，可大致推断出长江口羽状锋的位置和走向。沈焕庭（2001）探讨了长江口最大浑浊带浮游植物的主要特征，指出长江口最大浑浊带的浮游植物优势种比较单一，主要为广盐性河口和近岸性的骨条藻和圆筛藻。长江口区硅藻占藻类总数的80，其他为甲藻和少数金藻和蓝藻。对长江口羽状锋浮游植物研究发现丰水期浮游植物数量远较枯水期要高。长江口混浊带海区的浮游植物数量分布和变动，具有明显的潮周期性特征。枯、洪水期大潮的数量均明显大于小潮的数量。不同时间河口浮游植物的空间分布也各有特点。在长江口丰水期（6 9月），最高叶绿素a含量与浮游植物最大数量出现于长江口冲淡水区。冬季枯水期（11 次年4月），海水中叶绿素a含量和浮游植物密度由近岸向外海递减，浮游植物数量随深度的加深而逐渐减少。丰、枯水期长江口羽状锋浮游植物数量高密度区主要在锋面一带。长江口浑浊带海区大潮时浮游植物总数量的斑块分布现象也较小潮时明显。3浮游植物的环境影响因子研究进展一种生物要能在某环境中生存和繁衍，必须从环境中不断得到生长和繁殖所需要的各种基本物质，同时还要有适宜的温度、压力、PH等各种理化条件。在所有这些环境因子中，任何接近或超过某种生物的耐受极限而阻碍其生存、生长、繁殖或扩散的因素，就叫限制因子（沈国英，1996）。利比希（Liehig）最小因子定律指出:植物的生长取决于处在最小量状况的必需物质，这种物质就是限制因子。谢尔福德（Shelford）耐受定律认为，生物对各种环境因子的适应有一个生态学上的最小量和最大量，它们之间的幅度称为耐受限度或生态幅，生物只能在耐受限度所规定的生态环境中生存。海洋中的光合作用生物包括浮游植物、底栖生物、种子植物以及与珊瑚等共生的藻细胞。其中浮游植物的生产力占所有海洋生产力的95%左右。浮游植物作为海洋中最主要的初级生产者，是物质和能量进入海洋食物链的入口，其生存状况受到某种或某些环境因素的制约。这些环境因素可以分为生物因素（如捕食、竞争、寄生等）和非生物因素（如温度、辐射、压力、PH值、盐度、海流、营养盐等）和微量营养盐（各种金属、维生素、激素等）。在这些环境因子中，对浮游植物的生长和繁殖影响最大就是其生长的限制因子。营养的限制因子则是对浮游植物的生长、生理、形态、行为影响程度最大的某一种营养盐。浮游植物与营养盐等环境因子的关系对于了解海洋生物的生态过程具有重要意义，因而得到了广泛的研究。3.1国外研究现状3.1.1 温度对浮游植物初级生产的影响温度对大多数河口浮游植物光合作用和生长的影响相似。当温度超过最适温度时浮游植物初级生产迅速下降。种类不同，其最适生理温度不同，范围在10-40C之间，而就每个种而言，适应变化温度的范围是有限的。Goldman指出5种海岸浮游植物生长最适温度在20 25C。阿根廷Bahia Blanca河口浮游植物长达15年的研究中，结果发现叶绿素a浓度和总浮游植物细胞丰度与温度负相关，表明温度是该地区浮游植物初级生产的重要影响因子。PatosAlgoal河湾浮游植物的初级生产也与水温有密切的联系。3.1.2光对浮游植物初级生产的影响光是河口浮游植物光合作用的必要条件，光照时间及强度均会影响浮游植物的初级生产。Chesapeake和Delaware河口上段，水体悬浮颗粒物和可溶性无机营养浓度很高，造成高混浊度，透明度降低，光合作用减弱。因此，尽管水体营养丰富，叶绿素浓度通常仍较低，表明光照对浮游植物生长的限制。Delaware虽比Chesapeake湾溶解氧高，但浮游植物在前一河口（较深的混合深度和更浑浊）更受光限制。比较欧洲的Elbe.、Westerschelde和Gironde河口，总悬浮物浓度在Gironde河口最高，在Elbe河口最低，浮游植物初级生产在Gironde河口最低且与光亮层深度呈正相关。 Soetaert认为光是限制Westerschelde河口浮游植物初级生产的主要因素，营养限制几乎不存在。浮游植物通过调整光利用效率来适应浑浊状态。光照也是影响Patos Lagoon、Algoal与Hudson河口湾浮游植物初级生产的主要因素。3.1.3营养盐对浮游植物初级生产的影响浮游植物的生长可能受营养盐限制，营养盐的限制作用主要体现在两个方面：一是营养盐浓度很低，限制了浮游植物的生长，另一方面是营养盐之间的比例关系和浮游植物的吸收比例不一致而导致某种或某几种营养盐对浮游植物的生长起限制作用。浮游植物需要许多矿质营养来维持生长，最重要的有C、N 、P 、Si等，这些元素及氢和氧组成了河口浮游植物细胞的绝大部分。所有浮游植物的生长往往由最小利用（或最大限制）因子即限制因子所决定。在不同环境下的河口，限制浮游植物初级生产的营养元素往往也不相同。如有学者观察到，在美国PugetSound北部的一个泥沼河口，所有实验期间，可溶解无机N与P比例小于16：1，这样在河口环境，每单位P只有少于浮游植物细胞结构所需要的N可供利用，因此推测N是这些河口光合作用的限制因子。在对北Carolina州的河口研究也发现，N是这些河口系统主要限制因子，P偶尔发生协同限制。但Smith指出有一些河口海岸最终P将限制初级生产。如中国海岸河口N：P范围从30：1到大于80：1，浮游植物可利用N含量远大于P，浮游植物生长的P限制超过N。在Delaware河口晚春，P限制浮游植物主要与几种因素有关，包括溶解无机N与水体中P输入比例升高（30：1）、浮游植物对P的积累、P的低再生率等。此外，硅藻生产也经常被可利用的硅以硅酸盐形式限制。如Chesapeake湾，春季硅藻水华由可溶性硅所控制。3.1.4动物摄食对浮游植物初级生产的影响动物摄食浮游植物对控制初级生产的重要性很早就受到研究人员的重视。动物的牧食压力可防止浮游植物生物量的快速积累。在日本Atsumil湾，浮游植物初级生产量大部分被立即摄食，结果群落初级生产保持较低水平。野外与实验室证实，当有大量鲜鱼在春季至早夏进入Narrahansett湾时，它们通过选择性摄食而显著影响浮游生物种群。9.1 X 106kg鲱鱼种群，每天摄食12h，将导致大于20m浮游植物瞬时生长率的持续减少。在美国San Francisco湾，1977 1990年，在摄食悬浮物（包括浮游植物）的双壳类种群数量丰富的年份，估计浮游植物平均初级生产只有39g.cm-2 yr-1，在双壳类种群数量低的年份初级生产达106g .cm-2 .yr-1。墨西哥湾的Fourleague河湾浮游动物摄食使浮游植物生物量减少很多，其中95%以上是由微型浮游动物群落造成的，中型浮游动物摄食贡献较小。3.1.5径流对浮游植物初级生产的影响河流径流季节和年度变化能影响河口生态系统浮游植物初级生产和种的分布。其机制包括：（1）改变水输送到河口的营养物含量。（2）改变冲淡率或将藻类细胞冲出河口。（3）通过水体分层、重力环流和最大浑浊带位置的变化对浮游植物的光利用产生影响。Cadee和Snow等研究发现，河口生态系统浮游植物初级生产和丰度年平均值与径流输入的营养物平均浓度有关。此外，当浮游植物生长不足以补偿高径流带出河口的浮游植物生物量时，能导致浮游植物丰度降低。Neuse河口上游淡水输入使叶绿素a浓度显著降低。高径流影响持续数月，并影响初级生产的空间分布。径流也能控制河口最大浮游植物初级生产的地区。Filardo发现叶绿素a峰值浓度发生于美国James河口冲刷区，随着径流的增加，部分浮游植物生物量转移到下游，浮游植物最高生产集中于下河口。在San Francisco湾北部，重力环流将藻类细胞集中于寡营养区，河水径流强度控制着这些浮游植物群落的经度位置。径流对浮游植物生长的影响在Delaware湾也存在。3.2长江口浮游植物影响因子河口的环境条件复杂多变，对浮游植物的生长起调节作用的，有盐度、温度、潮流和湍流、光照强度与透明度、营养盐等，所有这些因素都处于动态的变化之中。长江口区环境因子对浮游植物生长的影响情况己经有过一些研究。胡明辉（1989）研究了三角褐指藻等四种藻的生长所需要的最佳N：P比，并以此值同长江口的N：P比相比而得出长江口浮游植物受磷限制的结论。Harrison （1990）等认为长江口过高NP比使江口外沿的浮游植物受到P的限制，离河口500km以上的区域则受N的限制，在河口内部，由于较高的悬浮物浓度，初级生产力主要受光的限制。沈志良（1993）探讨了长江口区海水透明度、温度、盐度和营养盐与初级生产力的关系，认为透明度是近河口水域初级生产力的主要限制因素，营养盐对初级生产力没有明显的限制作用。Yu（1990）、Ning （1990）等对1986年冬夏两季的潜在初级生产力的限制因素进行了探讨。浮游植物和表层叶绿素的高值区不是在营养盐丰富的河口内部，而是一般位于冲淡水舌的前锋。因此可以认为在河口内部营养盐很少对浮游植物产生实际的限制作用，在冲淡水舌的外侧营养盐上升为主要的限制因素。以上这些研究中，对口门附近浮游植物生长受光的限制没有异议，对冲淡区P作为营养的限制因子看法也比较一致，但对P限制的结果大多停留在现场数据分析的阶段，对限制区的范围和限制的强度、不同季节的变化、与水文的关系、N和P的这种分布的原因、浮游植物对这种特定环境的适应等问题上没有做出明确回答，难以作为对长江口及长江流域进行生态规划的依据，因此有必要进行更深入的研究。