全 文 ：长江口地区大气湿沉降中营养盐的初步研究 3
张国森1 3 3 　陈洪涛1 　张　经1 ,2 　刘素美1
(1 中国海洋大学化学化工学院 ,青岛 266003 ;2 华东师范大学河口海岸国家重点实验室 ,上海 200062)
【摘要】　为了解大气湿沉降对于赤潮发生的影响 ,2000 年 5 月至 2001 年 4 月在嵊泗群岛采集了 64 个雨
水样品 ,并分析了其中的 N、P、Si 等营养盐的浓度. 结果表明 ,营养盐月平均浓度之间相差较大 ,与风向即
不同的污染物来源和降水量等因素有关 ;营养盐季节通量分布不均 ,季节性明显 ,除冬季外 ,其他 3 个季节
均能成为赤潮的诱发因子 ; NO3 - 2N、NH4 + 2N、NO2 - 2N、PO43 - 2P 和 SiO32 - 2Si 的年均浓度依次为20. 23、
30. 14、0. 11、0. 045 和 3. 43μmol·L - 1 ,年通量分别为 2. 67 ×108 、3. 98 ×108 、0. 014 ×108 、0. 0059 ×108 和
0. 45 ×108 mol ,与河流输入量相比 ,湿沉降对营养盐的年输入量较小.
关键词 　湿沉降 　赤 　潮 　长江口 　营养盐
文章编号 　1001 - 9332 (2003) 07 - 1107 - 05 　中图分类号 　X517 　文献标识码 　A
Nutrient elements in the atmospheric wet deposition in Changjiang River estuary. ZHAN G Guosen1 ,CHEN
Hongtao1 ,ZHAN G Jing1 ,2 ,L IU Sumei1 (1 College of Chemist ry and Chemical Engineering , Ocean U niversity
of China , Qingdao 266003 , Chinap ;2 S tate Key L aboratory of Estuarine and Coastal Research , East China
Norm al U niversity , S hanghai 200062 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2003 ,14 (7) :1107～1111.
In order to study the effects of atmospheric wet deposition on red tide ,five kinds of nutrient elements were mea2
sured with 64 rainwater samples collected at Shengsi Archipelago from May 2000 to April 2001. The results
showed that there were obvious differences between monthly average concentrations ,due to the different resource
and precipitation. The variation of seasonal fluxes suggested that the wet deposition might cause red tide except in
winter. The annual concentrations of NO32N , NH4 + 2N , NO2 - 2N , PO43 - 2P and SiO32 - 2Si were 20. 23 ,
30. 14 , 0. 11 , 0. 045 and 3. 43μmol·L - 1 ,respectively ,and their annual fluxes were 2. 67 ×108 , 3. 98 ×108 ,
0. 014 ×108 , 0. 0059 ×108 and 0. 45 ×108 mol , respectively. Compared with river input ,they were much more
smaller.
Key words 　Wet deposition , Red tide , Changjiang River estuary , Nutrient element .
3 国家重点基础研究发展规划资助项目 ( G1999043705 和 2001CB
409703) .3 3 通讯联系人.
2002 - 12 - 18 收稿 ,2003 - 02 - 26 接受.
1 　引 　　言
大气湿沉降是指自然界发生的雨、雪、冰雹等降
水过程 ,是大气化学、环境化学研究的主要内容之
一 ,它不仅对清除空气中的颗粒物 ,净化空气起着十
分重要的作用 ,而且对于海洋生态系统来说 ,大气湿
沉降是其营养元素的一个重要来源. 由于降水中含
有浮游植物生长所必需的 N、P、Si 等营养元素和
Fe、Mn 等微量金属元素 ,并具有突发性的特点 ,因
此局部降水可能造成表层海水的暂时富营养化 ,从
而导致赤潮的发生[13 ,14 ] . Zou[17 ]等在黄海海域进行
了现场培养实验 ,证明了大气湿沉降的这种刺激作
用 ,在培养瓶中加入相当于海水体积 10 %的雨水 ,
24h 后海水中叶绿素 a 含量增加了 2. 6 倍 ,远远高
于未添加雨水的对照组.
近 30 年来长江口海域无机氮的含量数倍增加 ,
N/ P 比最高已超过 100 ,水域富营养化日趋严
重[7 ] ,同时该海域赤潮逐年增多 ,其中以 30°30′00″
～32°00′00″N ,122 °15′00″～123°15′00″E 海域 (1. 60
×104 km2 ) 发生最为频繁 , 被称为“赤潮多发
区”[11 ] . 叶仙森[12 ]等在分析了长江口海域高含量的
营养盐之后指出 ,该海域平均营养指数为 15. 5 ,介
于三类与四类海水之间 ,一旦外界条件成熟 ,极易发
生赤潮. 而目前对于赤潮发生的具体原因仍不是很
清楚 ,大气湿沉降有可能成为它的一个诱发因子. 在
以前该海域湿沉降的研究工作中[8 ,9 ] ,只是把浓度
较高的 NO3 - 和 N H4 + 作为常量离子来分析它们对
酸雨形成的贡献 ,而忽视了其作为营养元素的作用 ,
另外几种营养盐成分则未见报道. 本文拟通过对该
海域湿沉降中营养盐的分析 ,探讨它们与赤潮发生
的关系.
2 　材料与方法
　　本研究中湿沉降的采样点设在嵊泗群岛的大黄龙岛 ,位
于长江口东南约 75km 处 ,东面是钱塘江 ,南面是舟山群岛 ,
具体位置如图 1 所示. 实验所用的采雨器和聚乙烯瓶均先在
应 用 生 态 学 报 　2003 年 7 月 　第 14 卷 　第 7 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J ul. 2003 ,14 (7)∶1107～1111
实验室内用 1∶5 的 HCl 浸泡 ,然后用去离子水冲洗干净 ,干
燥 ,用洁净的塑料袋包好. 采雨器安装在高处 ,只在降水之前
打开 ,结束后立即取回 ,根据样品的体积加入 0. 4 %的
CHCl3 [4 ] ,于阴凉干燥处保存 ;采雨器用去离子水冲洗干净 ,
再用塑料袋包好 ,同时做好采样时环境条件的记录.
图 1 　站位图
Fig. 1 Location of sampling site.
　　采样后首先测定降水的 p H 值 ,然后用 0. 45μm
的醋酸纤维滤膜 (使用前先在 p H = 2 的 HCl 中浸泡
约 24 h ,再用去离子水冲洗至中性 ,在 40～45 ℃烘
干 ,称重) 过滤. 自 2000 年 5 月至 2001 年 4 月共采
集了 64 个雨水样品 ,利用荷兰 Skalar 公司的 San &
Plus 微量自动分析仪测定可溶性无机态营养盐 ,其
中 NO3 - 2N 采用 Cd2Cu 还原法 ,NO2 - 2N 采用重氮
偶氮比色法 ,N H4 +2N 采用靛酚蓝法 ,PO43 - 2P 采用
磷钼蓝法 , SiO32 - 2Si 采用硅钼蓝法 ,实验用水均为
Milli2Q 水. 实验过程中均实施质量控制.
3 　结果与讨论
311 　营养盐浓度随时间的变化
　　以月作为统计单位 ,计算调查期间营养盐浓度
的月平均值 (图 2) . 月均浓度 (C)采用浓度与降水量
的加权平均值 ,计算公式如下 :
　　C = ∑
n
i = 1
Ci ×Q i/ ∑
n
i = 1
Q i
其中 , Ci 为第 i 次降水的离子浓度 (μmol·L - 1) , Q i
为第 i 次降水的降水量 (mm) , n 为该时间段内的降
水次数.
　　从图 2 可以看出 ,NO3 - 2N 的浓度在 1～9 月之
间变化趋势比较平缓 ,浓度在 3. 61～26. 91μmol·L - 1
之间相差不大 ,1～3月缓慢增加 ,到3月时达到一
图 2 　营养盐月平均浓度的变化
Fig. 2 Monthly average concentration of nutrient elements.
个极值 ,之后逐渐降低 ,至 9 月时达到一年中的最小
值 3. 61μmol·L - 1 ,9～11 月之间浓度增长较快 ,曲
线的坡度比较陡 ,至 11 月时达到了一年中的最大值
58. 66μmol·L - 1 ,之后又迅速下降 ,其最大值是最小
值的 16 倍. N H4 +2N 在 2 月时有一个极值 ,为71. 71
μmol·L - 1 ,之后浓度迅速降低 ,9 月时达到了最小值
1. 42μmol·L - 1 ,9～12 月间又迅速增长 ,12 月达到
一年中的最大值 110. 48μmol·L - 1 ,其最大值与最小
值之间相差两个数量级 ,整体变化趋势与 NO3 - 2N
相类似. NO2 - 2N 的浓度在一年中变化较大 ,最大值
0. 38μmol·L - 1出现在 5 月 ,最小值在 11 月 ,浓度为
0. 017μmol·L - 1 ,它们之间相差一个数量级还多 ,整
体变化趋势呈波浪状. TIN ( TIN = N H4 +2N +
NO2 - 2N + NO3 - 2N) 的变化趋势与 N H4 +2N 很相
似 ,在 2 月时有一个极值 ,之后浓度逐渐降低 ,9 月
时达到了最小值 5. 11μmol·L - 1 ,9 月后又迅速增
长 ,12 月达到一年中的最大值156. 72μmol·L - 1 . 从
TIN 的组成来看 ,1～6 月和 11、12 月是 N H4 +2N 含
量比较高 ,在 55 %～75 %之间 ,7～10 月这段时期是
NO3 - 2N 的含量占优 ,在 61 %～79 %之间 ;而长江
8011 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　14 卷
口海域海水中 TIN 的 94 %～95 %是以 NO3 - 2N 的
形式存在[3 ,12 ] ,因此降水能够改善表层海水中的营
养盐结构 ,并使盐度降低 ,从而有利于浮游植物的生
长. NO2 - 2N 浓度比较低 ,所起的作用很小 ,可以忽
略不计. PO43 - 2P 在 2 月时达到一年中的最大值
0. 14μmol·L - 1 ,以后在 5 月和 10 月又各有一个极
值 ,其他几个月浓度都比较低 ,最小值出现在 12 月
0. 0059μmol·L - 1 ,大约是最大值的 1/ 20. PO43 - 2P
的浓度一直比较低 ,可能与其来源比较少有关.
SiO32 - 2Si 的变化趋势比较简单 , 1 月是最低值为
1. 06μmol·L - 1 ,自 1 月开始逐渐增长 ,2 月时达到一
个极值 ,至 8 月达到最大值 7. 59μmol·L - 1 ,之后迅
速下降 ,11、12 月又略有回升. 由于长江冲淡水的影
响 ,长江口海域 SiO32 - 2Si 含量很高 ,一般认为不存
在 SiO32 - 2Si 的限制 ,因而湿沉降中硅酸盐的作用可
以忽略.
　　从表 1 和图 2 可以看出 ,降水时的风向以东北
风为主的 1～3 月和 11～12 月这段时期 ,N H4 +2N
和 NO3 - 2N 的月均浓度都比较高 ,而以东南风为主
要风向的几个月份浓度普遍较低. 这是因为长江口
海域的东北方向是韩国和日本 ,这两个国家工业比
较发达 ,燃料以油为主 ,并且汽车的用量也很大 ,而
汽车尾气和工业排放废气中含有氮氧化合物就是湿
沉降中 NO3 - 2N 的一个主要来源. 由于该海域的风
力较大 ,平均为 6～7 级 ,当东北风盛行时 ,这些污染
物就能够被带到东海以及长江口地区[9 ,10 ] ,并随降
水落到地面 ;再加上冬、春季气候比较干燥 ,土壤中
含氮肥料很容易挥发 ,而含氮肥料又以铵盐为主 ,因
此造成空气中 N H4 +2N 含量升高 ,并随着强劲的偏
北风到达该海域 ,导致降水中浓度偏高. 而东南方向
是辽阔的海洋 ,空气中污染物相对较少 ,因此降水中
离子浓度较低. 除此之外 ,离子浓度还受降水量的影
响 ,一般是随降水量的增大而降低 ,呈反相关的关
系.例如 9 月份的 3 次降水 ,虽然降水时都是东北
风 ,但是由于降水量比较大 (分别为 62、35、37mm) ,
稀释了空气中的污染物 ,从而导致离子的浓度很低.
表 1 　风向统计
Table 1 Statistics of wind direction
风向
Wind
月份 Month
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 总计Total
东2东北 N2NE 3 5 2 2 - 4 1 2 3 6 6 3 37
西 北 NW - - - - 1 - - - - 3 - - 4
东2东南 E2SE 2 1 1 3 3 4 1 3 - 1 2 - 21
西 南 SW - - - - - 1 - - - 1 - - 2
312 　营养盐通过大气向海洋输送通量的季节变化
规律
31211 　营养盐输送通量的季节变化规律 　把季节
作为统计单位 ,计算各种营养盐的输送通量 ,季节通
量等于该时期内所有降水量与离子浓度的乘积之和
(图 3) . 从图 3 可以看出 ,NO3 - 2N 对海洋输入量在
几个季节中相差很大 ,具有明显的季节性 ,秋季输入
量最大 ,约占全年的 50 % ,冬季和春季相当 ,夏季最
小 ,只有 10 %左右 ; N H4 +2N 在秋季和冬季的输入
量较大 ,占全年的 70 %以上 ,且冬季为最大值 ,最小
值则出现在夏季 ;与 NO3 - 2N 相比 ,每个季节都是
N H4 +2N 的通量较大 ,特别是在冬季 ,N H4 +2N 优势
更加明显 ,高出 NO3 - 2N 1. 5 倍还多 ,只有秋季时两
者大致相当 ; PO43 - 2P 的输入以秋季为主 ,有大约
1/ 2的PO43 - 2P是通过秋季的降水进入海洋的 ,与
图 3 　营养盐通量的季节变化
Fig. 3 Seasonal variation of nutrient fluxes.
前两者相类似 ,也是夏季的输入量最小 ; SiO32 - 2Si
的季节分布比较独特 ,夏、秋两季的通量较大 ,占全
年 75 %以上 ,而春、冬季比较低 ; 在春、夏、秋季 ,
NO2 - 2N 的输入量之间相差不大 ,但都远远高于冬
季 ,有大约 85 %以上的 NO2 - 2N 是在这段时期输入
海洋的 ; TIN 的变化趋势与 PO43 - 2P 完全相同 ,大
90117 期 　　　　　　　　　　　　张国森等 :长江口地区大气湿沉降中营养盐的初步研究 　　　　　　　
小顺序为秋季 > 冬季 > 春季 > 夏季.
31212 对赤潮发生的影响 　春季是浮游植物开始生
长和繁殖的时期 ,特别是春季后期表层海水中的营
养盐消耗较多 ,但是由于温跃层的存在使表层海水
得不到富含营养盐的底层水的补充[5 ] ,此时长江的
径流量也比较小 ,输送的营养盐较少 ,因此湿沉降的
作用显得更加重要 ,而降水中以 N H4 +2N 为主的
TIN 更容易被浮游植物吸收和利用[2 ] ,并且雨水中
还含有各种微量金属组分 ,从而促进它们的生长. 夏
季长江径流量增大 ,每年约有 80 %的径流是在夏季
入海的 ,大量的营养盐被携带入海 ,此时该海域表层
海水的营养盐浓度比较高 ,而且温度、光照等因素也
比较适合 ,一旦条件成熟 ,很容易发生赤潮. 湿沉降
有可能成为一种诱发因子 ,由于夏季降水量比较大 ,
能够对表层海水起稀释作用 ,降低盐度 ,并改变其营
养盐结构 ,使其更有利于浮游植物的生长 ,从而引发
赤潮. 秋季流域内降水减少 ,长江径流量大幅度降
低 ,输送的营养盐也减少 ,但因温度降低 ,水体对流
混合较好 ,表层水与底层水之间的营养盐分布比较
均匀. 秋季湿沉降对该海域的营养盐输入量很大 ,约
有 40 %的 TIN 和 50 %的 PO43 - 2P 是在这段时期输
入到海洋的 ,并且具有较低的 N/ P 比值 ,有利于改
善水体中 P 限制的状况 ,再加上水温、光照等条件
也比较好 ,很容易发生赤潮. 冬季水温较低 ,海水垂
直混合更厉害 ,营养盐浓度垂直分布更加均匀. 此时
偏北风开始增多 ,湿沉降受陆源污染物的影响较大 ,
N H4 +2N 的通量达到了最大值 ,其它几种营养盐通
量也比较大 ,虽然由于温度等原因不能引发赤潮 ,但
是营养盐可以储备在水体中 ,为以后赤潮的爆发奠
定了物质基础.
313 　不同海域湿沉降中营养盐浓度比较
　　从表 2 可以看出 ,本海域降水样品中 TIN 的组
成以 N H4 +2N 为主 ,高出 NO3 - 2N 约 0. 5 倍 ,与黄
海千里岩岛相比 ,本海域样品中 NO3 - 2N 和 PO43 - 2
P 的浓度偏低 ,N H4 +2N 和 SiO32 - 2Si 的浓度相当 ,
N/ P 比值比较大 ,远远高于千里岩岛 ,可能是由于
两个海区的地理位置不同而形成的. 千里岩位于黄
表 2 　不同海域营养盐的年均浓度比较
Table 2 Comparison of annual average concentrations of nutrients at
different sea areas(μmol·L - 1)
地点
Sites NO3
- 2N NO2 - 2N NH4 + 2N PO43 - 2P SiO32 - 2Si TIN N/ P
嵊泗群岛 Shengsi 20. 23 0. 11 30. 14 0. 045 3. 43 50. 48 1122
Archipelago
千里岩岛[16 ] 35. 5 - 29. 4 0. 103 4. 14 64. 9 630
Qianliyan Island
海中西部 ,北面和东面是中国大陆 ,西面与朝鲜半岛
隔海相望 ,只有南面是海洋 ,受陆地的影响程度要大
于嵊泗群岛.
314 　不同方式下湿沉降营养盐输入量的比较
　　假设整个赤潮多发区内湿沉降的情况完全相
同 ,以此估算该海区全年营养盐的湿沉降通量 (表
表 3 　不同方式下营养盐年输入量的比较
Table 3 Comparison of annual fluxes of nutrients under different input
model( ×108 mol)
输入方式
Input model NO3
- 2N NO2 - 2N NH4 + 2N PO43 - 2P SiO32 - 2Si TIN
湿沉降 Wet deposition 2. 67 0. 014 3. 98 0. 0059 0. 45 6. 65
长 江[7 ]Changjiang 492. 75 3. 29 67. 16 4. 78 792. 05 563. 20
沉积物[6 ] Sediment - 76. 7 0. 29 - 296 - 30 560 - 372
钱塘江[1 ]Qiantangjiang 39. 71 0. 50 4. 86 0. 90 57. 14 45. 07
3) . 由表 3 可以看出 ,湿沉降的营养盐输入量与长江
和钱塘江的作用相比要小得多 ,除了 N H4 +2N 的输
入量与钱塘江相近外 ,其它几项都有 1～3 个数量级
的差距 ,这与 Zhang[14 ]等观测的黄海西部地区的结
果不同. 与沉积物相比 , 湿沉降中 NO2 - 2N 和
SiO32 - 2Si 的输入量比较小 , NO3 - 2N、N H4 +2N 和
PO43 - 2P 的输入量较大 ; 因此在赤潮多发区内
SiO32 - 2Si 以沉积物和河流输入为主 ,其他几种营养
盐以河流输入为主. 总之 ,虽然通过湿沉降输入的营
养盐只能占海水中营养盐总量的很小一部分 ,但是
突发性的降水事件仍能引起表层海水的富营养化 ,
使叶绿素浓度升高 ,甚至引发赤潮 ,因此湿沉降作用
不能被完全忽视.
4 　结 　　论
　　长江口赤潮多发区大气湿沉降中营养盐月平均
浓度之间差别比较大 ,与风向即不同的污染物来源
和降水量等因素有关 ;其中 TIN 的构成以 N H4 +2N
为主 ,与海水中含氮营养盐的组成不同 ;营养盐季节
通量分布不均 ,季节性明显 ,除冬季外 ,其他 3 个季
节都可能成为赤潮的诱发因子 ;NO3 - 2N、N H4 +2N、
NO2 - 2N、PO43 - 2P 和 SiO32 - - Si 的年均浓度依次
为 20. 23、30. 14、0. 11、0. 045 和 3. 43μmol·L - 1 ,与
黄海千里岩岛相比 ,处于较低的水平 ;年通量分别为
2. 67 ×108 、3. 98 ×108 、0. 014 ×108 、0. 0059 ×108 和
0. 45 ×108 mol ;与河流输入量相比 ,湿沉降对营养
盐的年输入量较小.
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作者简介 　张国森 , 男 , 1979 年生 , 硕士研究生 , 主要研究
方向为海洋生物地球化学. E2mail :zhangj @mail. ouqd. edu. cn11117 期 　　　　　　　　　　　　张国森等 :长江口地区大气湿沉降中营养盐的初步研究