基于FerryBox的渤海海峽水質(zhì)低成本長期自動(dòng)監(jiān)測(cè)

侯朝偉, 唐 誠, 鄒 濤, 劉 欣, 張 華

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基于FerryBox的渤海海峽水質(zhì)低成本長期自動(dòng)監(jiān)測(cè)

侯朝偉, 唐 誠, 鄒 濤, 劉 欣, 張 華

(中國科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所, 山東煙臺(tái)264005)

FerryBox是一套全自動(dòng)、實(shí)時(shí)的水生生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng), 具有多參數(shù)、低維護(hù)、低成本、監(jiān)測(cè)覆蓋范圍廣、可持續(xù)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)。2015年10月~2016年7月, 作者通過將其安裝在一條頻繁返于煙臺(tái)-大連之間的貨船上, 實(shí)現(xiàn)了10個(gè)月的渤海海峽水質(zhì)低成本長期自動(dòng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明, 渤海海峽水環(huán)境因子在時(shí)空分布上存在顯著的南北差異, 秋季海峽南部海域的表層濁度及pH均高于中部及北部海域; 冬季海峽北部海域的表層溫度、鹽度和濁度均大于南部海域; 進(jìn)入春季以后海峽中南部海域?yàn)楸韺尤~綠素a濃度高值區(qū)。季風(fēng)、黃海暖流以及渤海環(huán)流等因素是造成渤海海峽水環(huán)境因子南北差異的主要原因。春、夏季渤海海峽營養(yǎng)鹽監(jiān)測(cè)結(jié)果表明, 渤海海峽營養(yǎng)鹽的時(shí)空分布具有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性特征, 在時(shí)間變化上整體呈現(xiàn)初春和夏末較高, 在空間分布上整體呈現(xiàn)海峽兩側(cè)高于海峽中部。海底冷水團(tuán)顆粒物的分解、藻類繁殖、地表徑流以及渤海環(huán)流等, 是影響渤海海峽春、夏季營養(yǎng)鹽時(shí)空分布的重要因素。春季渤海海峽浮游生物生長受硅和磷的雙重限制, 夏季主要受磷限制。

FerryBox; 渤海海峽; 水質(zhì); 水環(huán)境因子; 營養(yǎng)鹽

渤海海峽位于黃海和渤海、山東半島和遼東半島之間, 是黃海與渤海的分界線[1]。它不但是黃渤海水體和物質(zhì)交換的唯一通道[2-3], 也是渤海長距離洄游生物進(jìn)出渤海的必經(jīng)之路, 更是交通部確定的“四區(qū)一線”重點(diǎn)水域之一[4], 是各類船舶進(jìn)出渤海各港口的必經(jīng)水域。2009年12月國家又全面啟動(dòng)了“渤海海峽跨海通道建設(shè)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃”的研究[5], 跨海通道的建設(shè)工作可能近在咫尺。因此, 其獨(dú)特的地理位置條件決定了針對(duì)該海域開展的各項(xiàng)研究不但具有較強(qiáng)的科學(xué)意義, 而且具有較大的戰(zhàn)略意義。

渤海海峽作為連接黃、渤海的通道, 其海流活動(dòng)頻繁, 水團(tuán)相互作用劇烈, 加上海峽南北兩面緊鄰大連、煙臺(tái)等工農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)區(qū), 生態(tài)環(huán)境受人為活動(dòng)影響顯著, 導(dǎo)致其海洋生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多變[6-7], 因此, 不乏有諸多學(xué)者對(duì)該海域的地質(zhì)地貌[8-10]、水動(dòng)力特征[2, 11]、沉積物運(yùn)輸[12-13]等方面進(jìn)行研究。關(guān)于該海域生態(tài)環(huán)境特征方面的調(diào)查和研究也常見報(bào)道[14-16], 但多為階段性或者季節(jié)性的海上布點(diǎn)調(diào)查, 且不同的調(diào)查航次之間時(shí)間跨度較大, 無法實(shí)現(xiàn)在空間尺度上的無間斷以及在時(shí)間尺度上的可持續(xù)性, 因此并不能獲取整個(gè)渤海海峽斷面的水文水質(zhì)長期的持續(xù)性動(dòng)態(tài)變化。作者利用一套全自動(dòng)的水生生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)-FerryBox, 實(shí)現(xiàn)了10個(gè)月的渤海海峽斷面水質(zhì)的低成本自動(dòng)監(jiān)測(cè), 分析了2015年秋季至2016年夏季渤海海峽水質(zhì)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化。

1 材料與方法

1.1 關(guān)于FerryBox

隨著全球陸地資源日趨緊張, 深入了解和開發(fā)海洋資源成為世界各國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分。但由于目前的海洋水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備多為定點(diǎn)觀測(cè)設(shè)備, 空間覆蓋范圍較小。走航式監(jiān)測(cè)設(shè)備也多為短時(shí)間、短距離監(jiān)測(cè), 無法實(shí)現(xiàn)長期、可持續(xù)性監(jiān)測(cè), 另外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)大多也無法實(shí)現(xiàn)長距離實(shí)時(shí)傳輸, 這成為制約深入了解海洋生態(tài)環(huán)境變化的重要因素[17-19]。因此, 為了解決這一難題, 許多水生生態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備被不斷研發(fā)和測(cè)試, 但大多未達(dá)到理想的效果[18]。FerryBox是一套全自動(dòng)、實(shí)時(shí)的水生生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng), 與傳統(tǒng)的調(diào)查設(shè)備及調(diào)查方法相比, 它具有多參數(shù)、低維護(hù)、低成本、監(jiān)測(cè)覆蓋范圍廣、可持續(xù)性強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)?？赏ㄟ^將其安裝于考察船、貨船甚至漁船上, 依靠船只在兩地的頻繁往返或較高的出航頻率, 來實(shí)現(xiàn)海洋、河流及湖泊等水域低成本長期可持續(xù)性監(jiān)測(cè), 也可通過將其安裝在水質(zhì)監(jiān)測(cè)站或碼頭上的集裝箱中等進(jìn)行長期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括水路循環(huán)系統(tǒng)、傳感器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸系統(tǒng)、自動(dòng)清洗系統(tǒng)四大部分(圖1), 其完美的水路循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備可在干燥的室內(nèi)或機(jī)艙內(nèi)運(yùn)行, 多型號(hào)和多參數(shù)的高精度的傳感器確保了其監(jiān)測(cè)內(nèi)容多樣、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可靠, 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)由高容量的存儲(chǔ)硬盤實(shí)時(shí)存儲(chǔ), 當(dāng)船抵達(dá)近岸或者停靠碼頭時(shí), 可通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)長距離無線傳輸, 自動(dòng)清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在極大程度上減少了設(shè)備維護(hù)的工作量。

1.1.1 水路循環(huán)系統(tǒng)

FerryBox安裝完成以后, 水由機(jī)艙內(nèi)的潛水泵抽取, 可通過流量控制器控制定量的水進(jìn)入水路循環(huán)系統(tǒng), 多余的水由排水口直接排出[17-18]。進(jìn)入水路循環(huán)系統(tǒng)的水先進(jìn)入脫泡器去除氣泡, 再依次經(jīng)過鹽度傳感器單元、pH傳感器單元、溶解氧傳感器單元、濁度傳感器單元、葉綠素傳感器單元等不同的傳感器單元, 各參數(shù)測(cè)定完畢后, 水由排水口排至機(jī)艙外, 從而完成一個(gè)水路循環(huán)。另外, 該系統(tǒng)設(shè)有水路分支, 可供采集水樣進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)以及其他參數(shù)的室內(nèi)分析。在海上風(fēng)力和海浪較大情況下, 脫泡器的設(shè)計(jì)可去除水中的氣泡, 以保證溶解氧、濁度等參數(shù)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。另外, 一些FerryBox還可配有泥沙沉降系統(tǒng), 可去除水中泥沙。

1.1.2 傳感器

多種高精度的傳感器單元通過水路循環(huán)系統(tǒng)依次連接, 形成了FerryBox多參數(shù)、高精度的特點(diǎn), 常規(guī)的水質(zhì)參數(shù)傳感器包括: 溫度傳感器(Excell, 美國)、鹽度傳感器(Excell, 美國)、pH傳感器(CPS 11, 德國)、葉綠素傳感器(SCUFA-II, 美國)、濁度傳感器(TurbiMax W CUS 41, 德國)、溶解氧/飽和度傳感器(Optode 3830, 挪威)。另外還可根據(jù)需求, 添加如測(cè)定營養(yǎng)鹽(銨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽)的傳感器(Micromac 1000, 意大利)、測(cè)定CDOM的傳感器(Cyclops-7, 美國)以及測(cè)定其他化學(xué)參數(shù)的傳感器。

1.1.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸系統(tǒng)

FerryBox的數(shù)據(jù)測(cè)量頻率為6次/min, 系統(tǒng)自動(dòng)將6次測(cè)量結(jié)果進(jìn)行平均作為最終結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ), 數(shù)據(jù)記錄和存儲(chǔ)頻率為每分鐘1次。通過GPS設(shè)備對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行精確定位, 其精確度可達(dá)到1×10–6。各項(xiàng)參數(shù)的最終測(cè)量結(jié)果和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化可通過PC液晶顯示屏實(shí)時(shí)顯示。無線傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)能被遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)傳輸, 當(dāng)船抵達(dá)近岸或者停靠碼頭時(shí), 可通過遠(yuǎn)程操控進(jìn)行儀器運(yùn)行狀況的檢測(cè)、數(shù)據(jù)質(zhì)量的檢測(cè)以及數(shù)據(jù)下載。

1.1.4 自動(dòng)清洗系統(tǒng)

儀器運(yùn)行結(jié)束后, 打開淡水閥門, 儀器即可進(jìn)行自動(dòng)清洗。該系統(tǒng)具備硫酸(pH=2)及草酸存儲(chǔ)單元, 混有硫酸和草酸的淡水可去除循環(huán)水路內(nèi)的鐵銹以及微生物, 從而避免傳感器表面的鐵銹及微生物的富集對(duì)測(cè)定效果造成影響[17-18, 20]。自動(dòng)清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 可保證FerryBox每次運(yùn)行結(jié)束后都會(huì)得到及時(shí)的清洗, 而且直至下一次儀器運(yùn)行開始之前, 水路循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)會(huì)一直充溢著干凈的淡水。這不但可使測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性得以有效保證, 也在一定程度上減少了人工維護(hù)的工作量。

1.2 監(jiān)測(cè)海域及監(jiān)測(cè)內(nèi)容

2015年10月中旬, 作者將FerryBox-PocketBox (4H-Jena, 德國)安裝在往返于煙臺(tái)芝罘島和大連大連灣港之間的貨輪-“錦川9號(hào)”上, 借助貨輪在渤海海峽之間的頻繁往返, 實(shí)現(xiàn)渤海海峽水質(zhì)低成本長期自動(dòng)監(jiān)測(cè), “錦川9號(hào)”的航行軌跡如圖2所示。監(jiān)測(cè)周期依據(jù)貨輪的航行計(jì)劃而行, 平均5 d往返1次, 截至2016年7月底共獲取92組單程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。由于貨輪在航行過程中潛水泵只能取得表層水(2.5~4.5 m水深), 因此FerryBox的監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括: 表層水溫、鹽度、pH、葉綠素、濁度、溶解氧以及飽和度7項(xiàng)。2016年4月、5月、6月和8月, 通過FerryBox水路循環(huán)系統(tǒng)的水路分支每月進(jìn)行1次營養(yǎng)鹽樣品采集, 樣品采集方法按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17378.4-2007)進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)采用連續(xù)流動(dòng)分析儀(AA3)進(jìn)行硝酸鹽(NO3–-N)、亞硝酸鹽(NO2–-N)、銨鹽(NH4+-N)、活性磷酸鹽(PO43–-P)和活性硅酸鹽(SiO32–-Si)的測(cè)定, 共測(cè)定40組樣品。溶解無機(jī)氮DIN為NO3–-N、NO2–-N和NH4+-N濃度之和。

1.3 數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

為檢驗(yàn)FerryBox監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性, 通過FerryBox水路循環(huán)系統(tǒng)的水路分支取樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析, 并將分析結(jié)果與FerryBox監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比, 進(jìn)行數(shù)據(jù)檢驗(yàn)。2016年4月和6月共進(jìn)行2次取樣。除水溫現(xiàn)場(chǎng)用水溫計(jì)測(cè)量外, 鹽度(鹽度計(jì)法)、pH(pH計(jì)法)、溶解氧(碘量法)及葉綠素a(丙酮萃取分光光度法)均為室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析。

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

2.1 渤海海峽水環(huán)境因子時(shí)間動(dòng)態(tài)變化

從FerryBox在渤海海峽的監(jiān)測(cè)結(jié)果來看, 各項(xiàng)水環(huán)境因子在時(shí)間變化上呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性差異(圖3~圖8)。2015年10月~翌年7月, 渤海海峽平均表層水溫分布范圍在4.26~24.56℃, 平均為10.92℃。水溫自10月中旬開始持續(xù)下降~翌年2月, 其最低水溫出現(xiàn)在2月下旬, 最低水溫為1.48℃。進(jìn)入3月以后, 水溫開始逐漸上升。平均表層鹽度分布范圍在31.26~32.15, 平均為31.94, 夏季和秋季的鹽度明顯低于冬季和春季。進(jìn)入6月中旬以后, 鹽度的下降速度明顯增大, 7月最低鹽度僅為30.48, 這多與夏季雨水充沛, 大量淡水注入有關(guān)。

渤海海峽平均表層pH分布范圍在8.09~8.42, 平均為8.26。從其變化趨勢(shì)來看, pH的季節(jié)性差異較為明顯, 秋冬季pH相對(duì)較低, 平均為8.15。冬季至翌年春季隨著時(shí)間的推移呈持續(xù)的上升趨勢(shì), 春季平均pH可達(dá)到8.38, 5月中旬以后才開始呈現(xiàn)下降趨勢(shì), 持續(xù)下降直至6月底的8.18, 之后又開始上升。平均表層溶解氧濃度分布在(221.23~407.90) mmol/L, 平均為328.490 mmol/L, 秋冬季~翌年春季溶解氧濃度呈持續(xù)上升趨勢(shì), 可持續(xù)上升至翌年3月底。春季溶解氧濃度相對(duì)較高, 平均濃度可達(dá)351.40 mmol/L, 進(jìn)入4月以后開始呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)。

濁度主要反映水體中的懸浮體特征, 懸浮體分布則與徑流、環(huán)流、潮流、波浪及水深等動(dòng)力因素密切相關(guān)[21]。渤海海峽平均表層濁度分布在(0.76~ 32.97) FTU, 平均為6.39 FTU, 冬季濁度明顯要高于其他季節(jié), 這多與渤海海峽冬季大風(fēng)的攪拌有關(guān)。2015年10月~翌年3月, 平均表層葉綠素-a濃度分布在(0.291~0.887) μg/L, 平均為0.387 μg/L。秋季10月~冬季12月葉綠素-a濃度呈持續(xù)的下降趨勢(shì), 冬季平均葉綠素-a濃度維持在(0.291~0.440) μg/L, 2月底以后隨著水溫逐漸升高, 藻類開始繁殖, 葉綠素-a濃度開始呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。

2.2 渤海海峽水環(huán)境因子時(shí)空分布特征

從渤海海峽各項(xiàng)水環(huán)境參數(shù)的時(shí)空分布來看, 各項(xiàng)水環(huán)境因子同樣具有明顯的空間分布差異, 且具有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性特征。進(jìn)入冬季以后, 隨著水溫的不斷降低, 渤海海峽表層水溫空間分布差異也不斷顯著, 1~3月海峽中部表層水溫要高于海峽兩側(cè)水溫, 且海峽南部近煙臺(tái)一側(cè)海域表層水溫明顯低于北部近大連一側(cè)海域。冬季受黃海暖流的影響, 海峽兩側(cè)海域表層水溫溫差可達(dá)1.50℃。進(jìn)入4月以后, 隨著水溫不斷上升其空間分布差異也逐漸減弱。渤海海峽表層鹽度時(shí)空分布差異也十分顯著, 秋冬季海峽南部海域表層鹽度明顯低于海峽北部海域, 受冬季黃海暖流的影響, 12月~翌年4月海峽南北表層鹽度差異尤為明顯。表層溶解氧在空間分布上并無明顯的南北差異, 冬季1月~春季3月整個(gè)渤海海峽的溶解氧濃度明顯要高于其他月份(圖9)。

秋季10~11月, 渤海海峽南部海域表層濁度要高于中部及北部海域, 受冬季大風(fēng)的影響, 1~2月海峽中北部海域表層濁度出現(xiàn)明顯的高值區(qū)。秋季渤海海峽表層葉綠素-a含量相對(duì)較高, 但南北分布差異并不顯著, 冬季表層葉綠素-a含量明顯降低, 海峽南部海域略高于中北部海域。進(jìn)入春季以后, 隨著水溫的升高浮游生物開始大量繁殖, 葉綠素-a含量也逐漸上升, 海峽中南部海域出現(xiàn)了表層葉綠素-a的高值區(qū)。秋季10月~冬季12月, 渤海海峽表層pH相對(duì)較低, 海峽南部海域明顯高于中部及北部海域, 進(jìn)入1月以后海峽中部及北部海域表層pH升高, 南北分布差異也逐漸消失。春季渤海海峽表層pH相對(duì)較高, 中部海域pH略高于海峽南北兩側(cè)海域(圖10)。

2.3 數(shù)據(jù)檢驗(yàn)

FerryBox監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)對(duì)比結(jié)果如圖11所示。從對(duì)比結(jié)果來看, 由于pH變化范圍較小, 兩者數(shù)據(jù)對(duì)比相對(duì)離散, 但兩者數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)一致, 相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.60以上。溫度、鹽度及溶解氧數(shù)據(jù)相關(guān)性極高, 相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.95以上, 斜率均接近于1, 表明了FerryBox監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)分析數(shù)據(jù)較為接近, 進(jìn)而說明了FerryBox的監(jiān)測(cè)結(jié)果較高的準(zhǔn)確性。

2.4 渤海海峽春、夏季表層營養(yǎng)鹽的時(shí)空變化及其營養(yǎng)結(jié)構(gòu)特征

氮、磷和硅是海洋浮游植物生長繁殖所必需的營養(yǎng)元素, 與海洋初級(jí)生產(chǎn)力及環(huán)境質(zhì)量有著密切的關(guān)系[22-23], 渤海海峽春、夏季營養(yǎng)鹽時(shí)空變化如圖12所示, 其含量和分布具有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性特征, 變化趨勢(shì)整體呈現(xiàn)初春和夏末較高, 近岸海域高于中部海域。DIN春季平均質(zhì)量濃度為0.131 mg/L, 夏季平均質(zhì)量濃度為0.110 mg/L, NO3–-N為DIN的主要形態(tài), 分別占DIN的88.55%和85.45%。4月和8月平均DIN濃度相對(duì)較高, 且海峽北部海域要高于中部和南部海域。NO3–-N春季平均質(zhì)量濃度為0.116 mg/L,夏季平均質(zhì)量濃度為0.094 mg/L, 其變化趨勢(shì)與DIN變化趨勢(shì)一致。NH4+-N春季平均質(zhì)量濃度為12.623 μg/L, 夏季平均質(zhì)量濃度為14.237 μg/L, 其分布具有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性特征, 夏季高于春季, 近岸海域高于中部海域。NO2–-N春季平均質(zhì)量濃度為1.687 μg/L, 夏季平均質(zhì)量濃度為1.988 μg/L, 4月和8月平均NO2–-N濃度相對(duì)較高, 且海峽南部近煙臺(tái)一側(cè)海域明顯高于中部及北部海域。PO43–-P春季平均質(zhì)量濃度為3.709 μg/L, 夏季平均質(zhì)量濃度為4.210 μg/L, 4月和8月平均PO43–-P濃度相對(duì)較高, 春季近岸海域高于中部海域。SiO32–-Si春季平均質(zhì)量濃度為0.046 mg/L, 夏季平均質(zhì)量濃度為0.130 mg/L, 其濃度呈逐月遞增的趨勢(shì), 8月海峽兩側(cè)海域濃度高于海峽中部海域。

目前, 評(píng)價(jià)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的方法多采用DIN、P和Si的絕對(duì)含量及三者之間的比值來綜合判斷。當(dāng)海水中Si/N/P=16︰16︰1(Redfield 比值)時(shí), 最適宜于浮游植物的生長, 可通過將Si/N/P 相對(duì)比值與Redfield 比值進(jìn)行比較, 推斷出海水中限制浮游植物生長的元素[24-26]。Nelson等[27]研究表明, SiO32–-Si =2 μmol/L, DIN=1 μmol/L, PO43–-P=1 μmol/L, 可作為浮游植物生長的最低閾值。渤海海峽春夏季營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)時(shí)空變化如圖13所示, 春季Si/DIN比均小于1, 且SiO32–-Si濃度均小于最低閾值(2 μmol/L), 表明春季Si為渤海海峽浮游生物生長的限制元素。夏季SiO32–-Si濃度逐漸升高, 6月Si仍為浮游生物生長的限制元素, 但限制作用明顯減弱, 進(jìn)入8月后, 絕大部分海域SiO32–-Si濃度已大于2 μmol/L, Si不再為浮游生物生長的限制元素。渤海海峽各月份DIN/P均明顯大于16, 除8月1個(gè)點(diǎn)的Si/DIN大于1以外, 其他月份Si/DIN均小于1, 且各月份含量DIN明顯大于最低閾值(1 μmol/L), 表明渤海海峽DIN含量過剩, N不是浮游生物生長的限制元素。但各月份DIN/P均明顯大于16, 且PO43–-P含量均小于1 μmol/L, 表明P是浮游生物生長的限制元素。綜上, 春季渤海海峽浮游生物生長受Si和P的雙重限制, 夏季主要受P限制。

3 討論

3.1 Ferrybox可有效實(shí)現(xiàn)海洋生態(tài)環(huán)境的低成本長期自動(dòng)監(jiān)測(cè)

20世紀(jì)80年代以來, 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 尤其是空間技術(shù)、海洋遙感技術(shù)、海洋聲學(xué)技術(shù)以及海洋探測(cè)技術(shù)的發(fā)展, 使得海洋調(diào)查自動(dòng)化的程度大大提高[28]。但目前中國海洋環(huán)境調(diào)查仍然多以采用海上布點(diǎn)調(diào)查的方式進(jìn)行[29], 通過海上布點(diǎn)在不同的時(shí)間段開展不同的調(diào)查航次, 這也是目前了解海洋環(huán)境時(shí)空變化的一種極其有效的調(diào)查方式。同時(shí)這種傳統(tǒng)的調(diào)查方式也存在一些弊端, 如各調(diào)查斷面的調(diào)查點(diǎn)之間存在較大的調(diào)查空白區(qū), 缺少空間尺度上的連續(xù)性, 不同調(diào)查航次時(shí)間跨度較大, 缺乏時(shí)間尺度上的持續(xù)性, 在時(shí)間尺度和空間尺度上均存在調(diào)查盲區(qū), 然而這些調(diào)查盲區(qū)可能就是正確評(píng)估自然因素或人為因素導(dǎo)致的海洋生態(tài)環(huán)境變化的關(guān)鍵因素。另外這種調(diào)查方式的調(diào)查計(jì)劃和調(diào)查結(jié)果較易受海況及天氣等因素影響, 調(diào)查結(jié)果存在一定的偶然性, 且耗資較大。

FerryBox恰好能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)調(diào)查方式存在的不足之處。首先, 它除具備溫度、鹽度、pH、溶解氧、葉綠素等一些常規(guī)的水環(huán)境參數(shù)傳感器之外, 還可根據(jù)需求添加其他化學(xué)參數(shù)的傳感器, 多種高精度的傳感器監(jiān)測(cè)單元的設(shè)計(jì), 保證了其監(jiān)測(cè)內(nèi)容多樣, 監(jiān)測(cè)結(jié)果可靠, 完全可滿足常規(guī)海洋水文水質(zhì)監(jiān)測(cè)的需求。其次, 其完美的水路循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的運(yùn)行是在干燥的室內(nèi)或機(jī)艙內(nèi)進(jìn)行, 較為干燥的工作環(huán)境條件可保證設(shè)備運(yùn)行具有極高的穩(wěn)定性。再次, 該設(shè)備系統(tǒng)較為智能、操作使用簡單, 將其安裝在目標(biāo)船上以后, 可滿足經(jīng)簡單培訓(xùn)的船方非專業(yè)人員進(jìn)行日常操作和維護(hù), 從而避免了科研人員需長期跟蹤操作和維護(hù)的需求, 加上其自動(dòng)清洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì), 極大地減少了設(shè)備維護(hù)的工作量。另外, 它具備遠(yuǎn)程操控功能和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)長距離無線傳輸功能, 可對(duì)儀器的運(yùn)行遠(yuǎn)程操控, 并保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)被及時(shí)傳輸。因此, 不但可以將其裝配在科考船上, 來實(shí)現(xiàn)海洋生態(tài)環(huán)境的極高空間覆蓋率的大面積調(diào)查, 也可通過將其安裝于貨船或漁船上, 依靠船只在兩地的頻繁往返或較高的出航頻率, 來實(shí)現(xiàn)在較低的成本下完成海洋生態(tài)環(huán)境的長期、可持續(xù)監(jiān)測(cè)。

3.2 渤海海峽水環(huán)境因子時(shí)空分布的南北差異顯著

渤海海峽南北寬度近60 nmile, 作為黃海和渤海水體和物質(zhì)交換的唯一通道, 其海流活動(dòng)頻繁, 水團(tuán)相互作用劇烈, 加上渤海海峽環(huán)流有“北進(jìn)南出”的特點(diǎn)[11, 30], 必然會(huì)造成水環(huán)境因子在時(shí)空分布上存在顯著的南北差異。FerryBox監(jiān)測(cè)結(jié)果表明, 這種南北差異具體表現(xiàn)為: 冬季海峽北部海域的表層溫度和鹽度均明顯大于南部海域; 秋季海峽南部海域的表層濁度和pH均高于中部及北部海域, 冬季海峽中部及北部海域?yàn)楸韺訚岫雀咧祬^(qū); 冬季海峽南部海域葉綠素a濃度略高于北部海域, 進(jìn)入春季以后海峽中南部海域?yàn)槿~綠素a濃度高值區(qū)。

渤海海峽獨(dú)特的地理位置造成了其水環(huán)境因子的南北差異要受到季風(fēng)、降水、徑流、環(huán)流等多重因素的影響。呂翠蘭等[31]研究表明, 冬季受黃海暖流的影響, 渤海海峽處有一高鹽水舌自北黃海中部經(jīng)渤海海峽北部伸入渤海內(nèi)部, 該高鹽水舌的最大鹽度值約為32。冬季黃海暖流余脈的高溫高鹽水自海峽北部進(jìn)入渤海, 在海峽處形成高溫高鹽水舌, 是導(dǎo)致冬季海峽表層溫度和鹽度南北差異的主要原因。渤海海峽為典型的季風(fēng)氣候, 其表層濁度變化受季風(fēng)影響顯著。秦蘊(yùn)珊等[32]研究表明, 渤海表層懸沙質(zhì)量濃度的季節(jié)性差異顯著, 風(fēng)場(chǎng)等氣候因素是導(dǎo)致該季節(jié)性差異的主要原因。龐重光等[33]研究表明, 渤海海峽表層懸沙質(zhì)量濃度與風(fēng)速呈正相關(guān)。冬季渤海海峽北部較大潮流流速加上較強(qiáng)的東北季風(fēng), 導(dǎo)致海水渦動(dòng)強(qiáng)度不斷增強(qiáng), 海底沉積物發(fā)生再懸浮, 從而導(dǎo)致冬季海峽中部及北部海域出現(xiàn)較高表層濁度。進(jìn)入春季以后, 含有高營養(yǎng)鹽的渤海沿岸流自海峽南部進(jìn)入黃海, 較高的營養(yǎng)鹽導(dǎo)致海峽南部浮游生物大量繁殖, 可能是造成春季渤海海峽南部海域葉綠素a含量較高的主要原因。

3.3 影響渤海海峽營養(yǎng)鹽時(shí)空變化的主要因素探討

營養(yǎng)鹽作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的生源物質(zhì), 其分布和結(jié)構(gòu)特征直接影響到海洋初級(jí)生產(chǎn)力和生物資源[34-35],同時(shí)其在海中的含量和分布也受到諸多人為因素以及環(huán)境因素的影響[36-38], 營養(yǎng)鹽在海水中的含量和分布并不均勻也不恒定, 具有明顯的季節(jié)性和區(qū)域性特征。從春、夏季渤海海峽營養(yǎng)鹽的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化來看, 在時(shí)間變化上體呈現(xiàn)初春和夏末較高, 4月和8月的DIN、NO3–-N、NO2–-N及PO43–-P含量均明顯高于5月和6月。據(jù)趙倩等[39]報(bào)道, 北黃海冷水團(tuán)區(qū)域中顆粒物的累積與分解是北黃海西部海區(qū)四季營養(yǎng)鹽濃度變化的主要影響因素。秋冬季沉入海底冷水團(tuán)區(qū)域的生物碎屑不斷被微生物分解, 產(chǎn)生了大量溶解無機(jī)態(tài)營養(yǎng)鹽, 經(jīng)過一年的分解與累積在冬季達(dá)到最高值。4月渤海海峽的營養(yǎng)鹽并沒有因浮游植物的繁殖而被過度消耗, 所以仍然保持較高的水平。隨著時(shí)間推移, 營養(yǎng)鹽隨著浮游植物的大量繁殖而不斷消耗, 所以5月和6月的營養(yǎng)鹽含量明顯要低于4月。8月渤海海峽的營養(yǎng)鹽含量較5月和6月有明顯的提升, 分析其原因可能與進(jìn)入8月以后雨水充沛導(dǎo)致徑流輸入量增大以及大風(fēng)天氣水體垂直混合作用加強(qiáng)導(dǎo)致底層冷水團(tuán)營養(yǎng)鹽向上補(bǔ)充有關(guān), 另外較早繁殖的浮游植物開始大量死亡分解可能也會(huì)對(duì)營養(yǎng)鹽的補(bǔ)充起到一定作用。

營養(yǎng)鹽在空間分布上整體呈現(xiàn)海峽兩側(cè)含量高于海峽中部, 表明原因多與陸源輸入有關(guān)。遼東半島有鴨綠江、大洋河、莊河和碧流河等河流, 每年均有大量的營養(yǎng)鹽被輸入北黃海。李延偉等[38]研究表明, 在北黃海冷水團(tuán)環(huán)流的作用下, 陸源輸入是影響北黃海西部及海峽北部營養(yǎng)鹽含量的重要因素。據(jù)趙倩等[39]報(bào)道, 春季和夏季鴨綠江攜帶大量營養(yǎng)鹽輸入北黃海西部。高營養(yǎng)鹽的北黃海海水在北黃海冷水團(tuán)環(huán)流的作用下, 經(jīng)渤海海峽北部與高營養(yǎng)鹽的渤海海水發(fā)生混合, 導(dǎo)致海峽北部較高的營養(yǎng)鹽含量。黃海水經(jīng)渤海海峽北部向西流入渤海, 富營養(yǎng)鹽的渤海沿岸流經(jīng)海峽南部進(jìn)入黃海, 從而又使得渤海峽南部營養(yǎng)鹽含量高于中部海域。據(jù)Wang等[35-36]報(bào)道, 海水中營養(yǎng)鹽的分布還受到水溫、鹽度(S)、pH、化學(xué)需氧量(COD)、表觀耗氧量(AOU)等環(huán)境因子的影響。據(jù)邱少芳等[40]報(bào)道, 海水無機(jī)磷與pH和溶解氧呈顯著的負(fù)相關(guān), 無機(jī)氮與溫度及化學(xué)需養(yǎng)量呈顯著正相關(guān)。表明溫鹽等環(huán)境因子也是影響海水中營養(yǎng)鹽的時(shí)空分布的重要因素。因此, 還可從渤海海峽營養(yǎng)鹽時(shí)空變化與水文因子及海水化學(xué)因子的關(guān)系等角度展開進(jìn)一步研究, 以充分了解影響渤海海峽營養(yǎng)鹽時(shí)空變化的主要因素。

[1] 尹文昱, 張永寧. 渤海海峽風(fēng)浪特征統(tǒng)計(jì)分析[J]. 大連海事大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 32(4): 84-88. Yin Wenyu, Zhang Yongning. Statistical analysis of wind and wave features at Bohai Straits[J]. Journal of Dalian Maritime University, 2006, 32(4): 84-88.

[2] 劉建華, 王慶, 仲少云, 等. 渤海海峽老鐵山水道動(dòng)力地貌及演變研究[J]. 海洋通報(bào), 2008, 27(1): 68-74. Liu Jianhua, Wang Qing, Zhong Shaoyun, et al. Study on dynamic geomorphology and evolution of the Lao Tieshan Channel, the Bohai Strait[J].Marine Science Bulletin, 2008, 27(1): 68-74.

[3] 李愛超, 喬璐璐, 萬修全, 等. 渤海海峽懸浮體分布、通量及其季節(jié)變化[J]. 海洋與湖沼, 2016, 47(2): 310-318. Li Aichao, Qiao Lulu, Wan Xiuquan, et al. Distribution, flux and seasonal variation of suspended particulate matters in the Bohai Strait[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2016, 47(2): 310-318.

[4] 劉敬賢, 韓曉寶, 高維杰. 渤海海峽海域船舶定線制完善的研究[J]. 航海技術(shù), 2008, 5: 2-7. Liu Jingxian, Han Xiaobao, Gao Weijie. Research on ships’ routing of Bohai Sea channel improvement[J]. Marine Technology, 2008, 5: 2-7.

[5] 孫海燕, 陸大道, 孫峰華, 等. 渤海海峽跨海通道建設(shè)對(duì)山東半島、遼東半島城市經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的影響研究[J]. 地理科學(xué), 2014, 2: 147-153. Sun Haiyan, Lu Dadao, Sun Fenghua, et al. Influence of the economic contacts between cities in Shandong peninsula and east liaoning peninsula on the construction of trans- Bohai strait passageway [J]. Scientia Geographica Sinica, 2014, 2: 147-153.

[6] 張乃星, 任榮珠, 吳鳳叢, 等. 渤海海峽冬季營養(yǎng)鹽的分布特征及影響因素[J]. 海洋通報(bào), 2011, 30(6): 607-614. Zhang Naixing, Ren Rongzhu, Wu Fengcong, et al. Characteristics of vertical distribution and influence factors of the nutrients at Bohai Strait in winter[J]. Marine Science Bulletin, 2011, 30(6): 607-614.

[7] 張乃星, 孫旭, 曹叢華, 等. 渤海海峽冬季無機(jī)碳的立體分布特征及其源匯變化[J]. 海洋學(xué)報(bào)(中文版), 2012, 34(6): 94-101. Zhang Naixing, Sun Xu, Cao Conghua, et al. Distribution characteristics and source/sink changes of dissolved inorganic carbon around the Bohai Strait in winter[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2012, 34(6): 94-101.

[8] 張偉. 渤海海峽南部海域地貌特征及控制因素研究[D]. 青島: 中國海洋大學(xué), 2014. Zhang Wei. Study on the geomorphological characteristic and controlling factors in the southern Bohai Strait[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2014.

[9] 馮京. 基于高分辨率聲學(xué)探測(cè)的渤海海峽地貌及災(zāi)害地質(zhì)研究[D].青島: 中國海洋大學(xué), 2014. Feng Jing. Study on geomorphological and geohazards in Bohai Strait based on high resolution acoustic detection[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2014.

[10] Liu Z X, Xia D X, Berne S, et al. Tidal depositional systems of China’s continental shelf, with special reference to the eastern Bohai Sea[J]. Marine Geology, 1998, 145: 225-253.

[11] 魏澤勛, 李春雁, 方國洪, 等. 渤海夏季環(huán)流和渤海海峽水體輸運(yùn)的數(shù)值診斷研究[J]. 海洋科學(xué)進(jìn)展, 2003, 21(4): 454-464. Wei Zexun, Li Chunyan, Fang Guohong, et al. Numerical diagnostic study of the summertime circulation in the Bohai Sea and the water transport in the Bohai Strait[J]. Advances in Marine Science, 2003, 21(4): 454-464.

[12] 蔣東輝, 高抒, 程鵬. 渤海海峽沉積物輸運(yùn)的數(shù)值模擬[J]. 海洋與湖沼, 2002, 33(5): 553-561. Jiang Donghui, Gao Shu, Cheng Peng. Modeling sediment transport in the Bohai Strait[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2002, 33(5): 553-561.

[13] 王桂芝, 高抒. 黃渤海水體交換、懸沙特征及其對(duì)渤海海峽沉積的影響[J]. 海洋通報(bào), 2002, 21(1): 43-48. Wang Guizhi, Gao Shu. Characteristics of Yellow-Bohai Sea water exchange and suspended sediment: their effects on sedimentation in the Bohai Strait[J]. Marine Science Bulletin, 2002, 21(1): 43-48.

[14] 李冕, 蘭冬東, 梁斌, 等. 渤海無機(jī)氮水質(zhì)穩(wěn)定性預(yù)測(cè)[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2015, 34(2): 161-165. Li Mian, Lan Dongdong, Liang Bin, et al. Stability prediction of inorganic nitrogen in water environment of Bohai Sea[J]. Marine Environmental Science, 2015, 34(2): 161-165.

[15] 劉相兵. 渤海環(huán)境污染及其治理研究[D].煙臺(tái): 煙臺(tái)大學(xué), 2013. Liu Xiangbing. Bohai Sea environment pollution and its governance[D]. Yantai: Yantai University, 2013.

[16] 慕建東. 渤海重要漁業(yè)水域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)[D]. 青島: 中國海洋大學(xué), 2009. Mu Jiandong. The evaluation of ecological environment for key fishery waters in Bohai Sea[D] Qingdao: Ocean University of China, 2009.

[17] Frank C, Schroeder F, Petersen W. FerryBox: Using automated water measurement systems to monitor water quality: perspectives for the Yangtze River and Three Gorges Dam[J]. Journal of Earth Science, 2010, 21(6): 861-869.

[18] Petersen W, Schroeder F, Bockelmann F D. FerryBox-application of continuous water quality observations along transects in the North Sea[J]. Ocean Dynamics, 2011, 61: 1541-1554.

[19] Bargeron C P, Hydes D J, Woolfa D K, et al. A regional analysis of new production on the northwest European shelf using oxygen fluxes and a ship-of-opportunity[J]. Estuar Coast Shelf Sci, 2006, 69: 478-490.

[20] Charria G, Lamouroux J, Mey P D . Optimizing observational networks combining gliders, moored buoys and FerryBox in the Bay of Biscay and English Channel[J]. Journal of Marine Systems, 2016, 162: 112-125.

[21] 黃以琛, 李炎, 邵浩, 等. 北部灣夏冬季海表溫度、葉綠素和濁度的分布特征及調(diào)控因素[J]. 廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2008, 47(6): 856-863. Huang Yichen, Li Yan, Shao Hao, et al. Seasonal variations of sea surface temperature, chlorophyll-a and turbidity in Beibu Gulf , MODIS imagery study[J]. Journal of Xiamen University (Natural Science), 2008, 47(6): 856-863.

[22] Justic D, Rabalais N N, Turner R E. Stoichiometric nutrient balance and origin of coastal eutrophication [J]. Marine Pollution Bulletin, 1995, 30(1): 41-46.

[23] 張靜, 張瑜斌, 周凱, 等. 深圳灣海域營養(yǎng)鹽的時(shí)空分布及潛在性富營養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2010, 19(2): 253-261. Zhang Jing, Zhang Yubin, Zhou Kai, et al. Evaluation on temporal and spatial distribution of nutrients and potential eutrophication in Shenzhen Bay[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2010, 19(2): 253-261.

[24] Liu S M, Zhang J. Nutrient dynamics in the macro-tidal Yalujiang Estuary[J]. Journal of Coastal Research, 2004, 20(3): 147-161.

[25] Liu S M, Hong G M, Zhang J, et al. Nutrient budgets for large Chinese estuaries[J]. Biogeosciences, 2009, 6(1): 391-435.

[26] Xu J, Ho A Y, Yin K D, et al. Temporal and spatial variations in nutrient stoichiometry and regulation of phytoplankton biomass in Hong Kong waters: Influence of the Pearl River outflow and sewage inputs [J]. Marine Pollution Bulletin, 2008, 57: 335-348.

[27] Nelson D M, Brzezinski M A. Kinetics of silicic acid uptake by natural diatom assemblages in two Gulf Stream warm-core rings[J]. Marine Ecology Progress Series, 1990, 62: 283-292.

[28] 曲英濤. 海洋調(diào)查綜合管理信息系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué), 2006. Qu Yingtao. The research and realization of marine investigation integrated management information system[D]. Harbin : Harbin Engineering University, 2006.

[29] 于志強(qiáng). 海洋環(huán)境在線監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)信息發(fā)布系統(tǒng)的研究[D]. 濟(jì)南: 山東大學(xué), 2007. Yu Zhiqiang. Research on marine environment on-line monitoring and real-time information release system[D]. Jinan: Shandong University, 2007.

[30] Cheng P, Gao S, Bokuniewicz H. Net sediment transport patterns over the Bohai Strait based on grain size trend analysis[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2004, 60: 203-212.

[31] 呂翠蘭, 鮑獻(xiàn)文, 吳德星, 等. 渤海和北黃海冬季鹽度變化的年代際及年際特征分析[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 39(S1): 267-273. Lü Cuilan, Bao Xianwen, Wu Dexing, et al. Analysis of decadal variability and interannual variability of salinity field in Bohai and Northern Yellow Sea in winter[J]. Periodical of Ocean University of China, 2009, 39(S1): 267-273.

[32] 秦蘊(yùn)珊, 趙松齡, 趙一陽, 等. 渤海地質(zhì)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 1985. Qin Yunshan, Zhao Songling, Zhao Yiyang, et al. Geology of Bohai Sea[M]. Beijing: Science Press, 1985.

[33] 龐重光, 李坤, 于煒. 渤海表層懸沙的時(shí)空分布特征及其動(dòng)力成因[J]. 海洋科學(xué)進(jìn)展, 2014, 32(4): 450- 458. Pang Chongguang, Li Kun, Yu Wei. Distribution characteristics, seasonal variability and dynamical mechanism of suspended sediment in the surface layer of the Bohai Sea[J]. Advances in Marine Science, 2014, 32(4): 450-458.

[34] 米鐵柱, 姚慶禎, 孟佳, 等. 2011年春、夏季黃海、東海營養(yǎng)鹽分布特征研究[J]. 海洋與湖沼, 2012, 43(3): 678-688. Mi Tiezhu, Yao Qingzhen, Meng Jia, et al. Distributions of nutrients in the Southern Yellow Sea and East China Sea in spring and summer 2011[J]. Oceanologia et Limnologia Sinica, 2012, 43(3): 678-688.

[35] Wang Z, Qi Y, Chen J, et al. Phytoplankton abundance, community structure and nutrients in cultural areas of Daya Bay, South China Sea[J]. Journal of Marine Systems, 2006, 62(1): 85-94.

[36] Wang Z, Zhao J, Zhang Y, et al. Phytoplankton community structure and environmental parameters in aquaculture areas of Daya Bay, South China Sea[J]. Journal of Environmental Sciences, 2009, 21(9): 1268- 1275.

[37] 張立娟. 長江口及其鄰近水域碳、氮、磷的時(shí)空分布[D].青島: 中國海洋大學(xué), 2009. Zhang Lijuan. Temporal and spatial distributions of Carbon, Nitrogen and Phosphorus in the Changjiang Estuary and adjacent sea[D]. Qingdao: Ocean University of China, 2009.

[38] 李延偉, 胡瑩瑩, 陳淑梅. 夏、秋季北黃海營養(yǎng)鹽的時(shí)空分布特征及其影響機(jī)制[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2013, 33(6): 1060-1067. Li Yanwei, Hu Yingying, Chen Shumei. Distribution and influence factors of nutrients in the North Yellow Sea in summer and autumn[J]. China Environmental Science, 2013, 33(6): 1060-1067.

[39] 趙倩, 臧路, 張傳松, 等. 北黃海西部海區(qū)營養(yǎng)鹽季節(jié)變化及其影響因素探討[J]. 海洋科學(xué)進(jìn)展, 2012, 30(1): 69-76. Zhao Qian, Zang Lu, Zhang Chuansong, et al. The seasonal changes of nutrients and interfering factors in the west of the North Yellow Sea[J]. Advances in Marine Science, 2012, 30(1): 69-76.

[40] 邱紹芳, 賴廷和. 廉州灣海水營養(yǎng)鹽組成特征與主要環(huán)境因子的關(guān)系[J]. 廣西科學(xué)院學(xué)報(bào), 2004, 3: 179- 181, 188. Qiu Shaofang, Lai Tinghe. The composition characteristics of nutrient salts and their relations with the main environmental factors in the seawaters of Lianzhou Bay[J]. Journal of Guangxi Academy of Sciences, 2004, 3: 179-181, 188.

Long-term and low-cost automatic monitoring of water quality in the Bohai Strait using FerryBox

HOU Chao-wei, TANG Cheng, ZOU Tao, LIU Xin, ZHANG Hua

(Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Science, Yantai 264005, China)

FerryBox is an automated, real-time aquatic ecosystem monitoring system that has many advantages such as multiple parameters, low maintenance, low cost, wide monitoring coverage, and strong sustainability. The FerryBox that was installed in a cargo ship that frequently shuttledbetweenYantai and Dalian from October 2015 to July 2016 achieved a ten-month low-cost water quality automatic monitoring of the Bohai Strait. The monitoring results showed that the spatial and temporal distribution of water environmental factors between the northern and southern Bohai Strait had significant differences. While the surface turbidity and surface pH in the southern Bohai Strait were higher than that in the central and northern sea area in autumn, the surface temperature, surface salinity, and surface turbidity of the northern Bohai Strait were higher than that in the southern sea area in winter; in addition, thechlorophyll-aconcentrationof the central and southern Bohai Strait was higher than that of the northern sea area after the beginning of spring. Monsoon, warm current of the Yellow Sea, and the Bohai Sea circulation were the main reasons for the differences in the water environmental factors distribution in the Bohai Strait. The monitoring results of the nutrients in the Bohai Strait in the spring and summer of 2016 showed that the temporal and spatial distribution of nutrients in the Bohai strait had obvious seasonal and regional characteristics. The nutrientcontent was high in early spring and late summer in the temporal variation, and the nutrientcontent of both sides of the Bohai Strait was higher than that of the central sea area in the spatial distribution. Decomposition of particles in a submarine, cold water mass, algae reproduction, surface runoff, and the Bohai Sea circulation were the important factors that affected the temporal and spatial distribution of nutrients in the Bohai Strait during spring and summer. The nutrients that limited the phytoplankton growth were silicon and phosphorus in spring and solely phosphorus in summer.

FerryBox; Bohai strait; water quality; water environmental factors; nutrients

(本文編輯: 譚雪靜)

[National Key Basic Research Program of China (973), No.2015CB453301; Key Program of National Natural Science Foundation of China, No. 41530966; Key Deployment Project of Chinese Academy of Sciences, No. KZZD-EW-14]

Oct. 19, 2016

X834

A

1000-3096(2017)05-0059-12

10.11759//hykx20161019003

2016-10-19;

2017-01-10

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)( 2015CB453301); 國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41530966); 中國科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目(KZZD-EW-14)

侯朝偉(1988-), 男, 山東臨沂人, 碩士研究生, 主要從事海洋漁業(yè)資源與生態(tài)學(xué)研究, 電話: 0535-2109260, E-mail: hcwhcw@ 126.com; 唐誠, 通信作者, E-mail: ctang@yic.ac.cn