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海洋浮游植物是海洋生态系统中的初级生产者,是食物链的基础,其生长受到光照、温度和营养盐等多种因素的影响。其中,营养盐水平受到人为活动的影响,关于营养盐对浮游植物生长控制作用的研究有助于污染物减排措施的制定和富营养化的治理,因此得到了国内外学者的广泛关注。河流在近岸海域营养盐补充过程中发挥着举足轻重的作用,其营养盐输入通量及比例的动态变化会影响近岸海域营养盐结构、生物多样性乃至海洋生态系统的稳定性。长江是中国第一大河,也是东海重要的营养盐来源,其营养盐输入对长江口附近海域乃至整个东海都会产生较大影响,本文通过运用三维生态生态系统动力学模型,再现1998年和2006年长江口外附近海域各物理要素及生源要素的分布特征,并定量化描述其差异,在此基础上,设置三个数值实验,分别讨论长江径流量、风、长江营养盐浓度三个影响因子对长江口附近海域生态环境的影响,分析其影响机制,为理解长江口附近海域生物地球化学循环及合理制定长江污染物排放通量、科学利用海洋提供理论依据。 主要内容及结论如下: 1)长江口外海域表层水温全年均呈现由东南向西北递减的趋势,冬季黄海暖流和夏季黄海冷水团现象明显,近岸水域垂向混合均匀,外海温跃层现象明显。夏季长江冲淡水东北转向现象显著,形成低盐水舌,在长江冲淡水的影响下,长江口附近海域海表面盐度显著低于外海;黑潮作用显著。长江冲淡水带来丰富的营养盐,在长江口附近海域形成营养盐高浓度锋面,营养盐高浓度区域与低盐度区域吻合,说明长江冲淡水所携带营养盐的输运方向与长江冲淡水的扩展路径一致。营养盐浓度整体呈现近岸高、外海低的大面分布趋势。叶绿素a浓度季节变化规律为夏季>秋季>春季>冬季,夏季叶绿素a浓度高值区集中在长江口东北部海域。 2)1998和2006年分别是长江显著的丰水年和枯水年,两年间长江径流量差异显著,长江口外盐度、营养盐浓度和叶绿素a浓度的大面分布均有明显不同。1998年长江冲淡水向东扩展范围较大,26等盐线向东最远达到127°E,而2006年长江冲淡水向北输运更加显著,26等盐线向北最远到达33°N,除DIP外,其他两种营养盐的大面分布与长江冲淡水的扩展形态较为一致,受此影响,长江口东北部叶绿素a浓度在2006显著大于1998年,而在长江口东部海域却呈恰恰相反。DIP为长江口附近海域的限制性营养盐,且由于其本身的非保守性,导致DIP浓度变化的规律性相对较差。 3)为探讨长江径流量、风和长江营养盐浓度对长江口附近海域生态环境的影响机制,设置三个数值实验,分别为FLUX、WIND、NUTRIENT。长江径流量的变化影响长江冲淡水的扩展范围,FLUX实验中长江冲淡水影响范围(S<26)相对于2006年增大65%,26等盐线离长江口最远点距口门处的距离增大23%;风场影响长江冲淡水的扩展路径,WIND实验中,26等盐线离长江口最远点距口门处连线与纬向所成角度(锐角)为3.49°,约为2006年该值的1/10。由此可以推断,2006年的东风有利于长江冲淡水向北的扩展,而1998年的南风促进了长江冲淡水的东向扩展。长江营养盐浓度的变化对长江冲淡水的扩展无影响。 4)长江营养盐输入通量取决于长江径流量和长江营养盐浓度。在长江营养盐通量较大(或小)的年份,长江口外营养盐浓度呈现与此一致的变化趋势,而叶绿素a浓度也相应增大(或减小)。在相同营养盐输入的情况下,风场决定了营养盐的输运方向。风场的改变导致长江冲淡水的扩展形态变化,进而改变了营养盐的输运方向,叶绿素a浓度高值区会因此产生明显偏移。从大面分布特征来看,在该海域,长江冲淡水的扩展对长江口外附近海域营养盐浓度的影响大于长江营养盐通量的影响。 5)在长江口外附近海域,对流扩散的输运和碎屑的矿化作用是营养盐的主要来源,浮游植物的生长吸收是营养盐最重要的汇,对流扩散作用带来的营养盐量年际变化尤为显著。在长江营养盐输入通量或者长江冲淡水扩展路径变下的情况下,对流扩散作用输运的营养盐量也会因此产生较大差异,存在较大的不稳定性,碎屑矿化和底溶出作用贡献的营养盐量相对较为固定。由此可以推断,随着进一步人类活动的影响,长江营养盐通量还会发生进一步的变化,从而必然会对长江口附近海域的生态环境尤其是营养盐和叶绿素浓度产生较大影响。