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user: 3. 结果与讨论 3.1. 虎门河口动力潮周期变化 本研究中虎门河口的动力结构主要关注大、小潮涨落过程中流速、水温、盐度和含沙量的潮周期变化，逐时分布如图2所示。 3.1.1. 流速 连续观测期间，大潮平均流速为0.49 m/s，小潮平均流速为0.21 m/s (文中实测数据用正值表示落潮流，用负值表示涨潮流)。大潮平均流速明显大于小潮，流速变化越大，水体紊动作用越强，对营养盐的影响也越显著。大潮期间涨潮流速范围为0.06~0.68 m/s，落潮流速范围为0.1~0.91 m/s，落潮历时(16 h)大于涨潮历时(10 h)。小潮涨潮流速范围为0.09~0.39 m/s，落潮流速范围为0.02~0.41 m/s，且涨潮历时(6 h)明显小于落潮历时(20 h)。与大潮相比，垂向流速分布出现明显差异，主要表现在两次涨急时刻。落急时刻，流速出现明显的垂向梯度，表层流速大于底层流速。 图2. 珠江虎门河口水文要素各水层及垂向平均的潮周期变化(小潮：3~4日，大潮：9~10日) 3.1.2. 水温 虎门河口观测期间大、小潮水温差异不显著。大潮平均温度为18.76℃，略高于小潮的18.31℃。表层水体温度易受气温影响，本次观测时间为枯季，温度变化范围小，气温低，大潮期间温度垂向分布均匀，小潮期间表层温度略低于底层。 3.1.3. 盐度 采用Hansen和Rattray所提出的分层系数来分析珠江虎门河口盐淡水混合情况 [ 14 ] 。大潮期间虎门河口表、中和底层盐度范围分别为4.70‰~9.36‰、5.78‰~12.84‰和5.92‰~12.95‰，垂向上盐度随水深增大而增大，中、底层盐度较为接近，表层受径流影响，盐度偏小。由分层系数计算结果可知，大潮分层系数变化范围为0.08~0.35，均值为0.19，水体为部分混合型。小潮期间虎门河口表、中和底层盐度范围分别为2.22‰~4.91‰，3.25‰~17.31‰和5.10‰~20.52‰，盐度随水深增大而增大，且垂向变化梯度大。小潮分层系数变化范围为0.19~2.00，均值为1.34，水体为高度分层结构。 3.1.4. 含沙量 连续观测大潮期间，虎门河口表层悬沙浓度为0.09~0.76 kg/m 3 ，中层为0.11~1.44 kg/m 3 ，底层为0.19~2.49 kg/m 3 。潮汐涨落过程中，水体悬浮颗粒物含量随流速的增大，水体中含沙量浓度增大，在涨急和落急时刻，因泥沙再悬浮，悬沙浓度出现峰值，中、底层的悬沙浓度明显增大，表层浓度增大不明显。小潮涨落潮过程中表、中和底层悬沙浓度范围分别为0.08~0.26 kg/m 3 、0.05~0.24 kg/m 3 和0.09~0.41 kg/m 3 ，表、中层差异较小，底层悬沙浓度较大，变化趋势一致，且变化范围较小，较大悬沙浓度出现在憩流时刻近底层附近。 3.2. 营养盐潮周期变化 3.2.1. 营养盐浓度 虎门河口枯季大、小潮期间各项营养盐浓度涨落潮逐时分布剖面图如图3所示。大潮时，PO 4 、NH 4 、NO 2 和NO 3 浓度的变化范围分别为0.025~0.063 mg/L、0.67~2.06 mg/L、0.14~0.30 mg/L和1.25~3.54 mg/L，垂线平均浓度分别为0.046 mg/L、1.41 mg/L、0.24 mg/L和1.82 mg/L。垂向上，PO 4 、NH 4 各层平均浓度均表现为表层 > 中层 > 底层，表层水体PO 4 、NH 4 的平均浓度为底层的121%、130%；NO 2 垂向分布相对比较均匀；NO 3 表层浓度略低，表层平均浓度比中、底层低10%左右。 小潮期间，PO 4 、NH 4 、NO 2 和NO 3 浓度的变化范围分别为0.029~0.062 mg/L、0.59~1.74 mg/L、0.26~0.49 mg/L和1.20~2.42 mg/L，垂线平均浓度分别为0.039 mg/L、1.00 mg/L、0.39 mg/L和1.85 mg/L。垂向上，PO 4 、NH 4 、NO 2 和NO 3 各层平均浓度表现为表层 > 中层 > 底层，表层水体PO 4 、NH 4 、NO 2 和NO 3 的平均浓度分别为底层的109%、136%、126%和117%。 对比大小潮各项营养盐的浓度，大潮PO 4 、NH 4 和NO 3 垂线平均浓度和各水层的平均浓度均大于小潮，垂线平均浓度分别为小潮的1.24、1.52、1.05倍；NO 2 垂线平均浓度和各水层的平均浓度则是小潮更大，大潮NO 2 垂线平均浓度仅为小潮的67%。 3.2.2. 营养盐结构 海洋浮游生物N/P的正常摩尔比值为12~22，平均值为16，与大洋水体比例相似。水环境可利用的氮与磷在这一比例范围被认为是最适宜浮游生物生长。虎门河口可溶态的氮磷比远超出适宜范围(表1)，大潮垂线平均DIN/DIP达177.5 (DIN = NO 3 + NO 2 + NH 4 )，小潮垂线平均DIN/DIP达188.6。结果显示，该水域氮营养盐充足，其中浮游植物生长可利用的溶解态氮非常丰富，而可利用的溶解态磷显得十分贫乏，表明磷是该水域水环境的主要限制因素，即磷限制，与已有研究吻合 [ 7 ] 。这是因为溶解态氮的主要来源为径流输入，而径流对磷酸盐的贡献不显著，故磷营养盐被消耗得不到及时补充 [ 15 ] 。尤其是在小潮期间，水体高度层化(盐度分布为高度分层型)阻碍表底层水体之间的营养盐交换，使得表层磷先于氮被耗尽，导致表、中层平均氮磷比大于底层。 图3. 虎门河口大、小潮期间营养盐的时间剖面图(左：大潮，右：小潮) Table 1 Ratio of DIN and DIP during the field time period in the Humen outle 统计值 表层 中层 底层 垂线平均 大潮 最小值 92.2 113.0 138.4 120.2 最大值 265.6 536.9 272.7 352.7 平均值 164.4 187.8 180.3 177.5 小潮 最小值 80.5 144.4 84.3 121.1 最大值 322.4 309.1 286.3 290.5 平均值 199.0 199.2 167.5 188.6 表1. 虎门河口枯季可溶性氮磷比 3.3. 河口动力结构对氮磷营养盐的影响 3.3.1. Pearson相关分析 枯水期，河口区以高盐度低营养盐的冲淡水为主体。受径–潮动力影响，水体分层或强烈混合导致营养盐分布及结构发生剧烈的变化 [ 16 ] ，其变化的典型特点是河口动力的驱动作用。径流是河口区营养盐的主要来源，而海水入侵则起着稀释作用。受季风和径流影响，珠江河口表层盐度空间分布总体趋势为自口门向外海逐渐增加。径–潮相互作用主要由盐度参数表征；水动力强弱主要由流速参数体现；悬浮泥沙是营养盐的重要载体，营养盐易被吸附在泥沙颗粒上，改变营养盐的分布。 虎门河口大、小潮各项营养盐与水文要素间的Pearson相关系数如表2所示。结果显示，小潮PO 4 与流速、水深、盐度和悬沙浓度的相关性均不显著，而大潮PO 4 与流速显著相关；小潮NO 3 以及大潮NO 2 均与悬沙浓度呈显著负相关，说明悬浮泥沙对以上营养盐以吸附作用为主，悬沙浓度越高，吸附的营养盐越多，导致水体中溶解态营养盐浓度下降；大潮NO 3 与悬沙浓度呈正相关，说明悬浮泥沙对NO 3 以解吸附作用为主，悬沙浓度越大，解吸的NO 3 越多，NO 3 浓度提升；大、小潮氮营养盐(NH 4 、NO 2 、NO 3 和DIN)均与盐度呈负相关，这是因为高盐度低营养盐的外海水团对其具有稀释作用，盐淡水混合使水体盐度升高而营养盐浓度下降。 Table 2 Pearson correlations between hydrological factors and nutrient 流速 悬沙浓度 盐度 温度 水深 小潮 NH 4 −0.055 0.029 −0.206 0.28 −0.171 NO 2 −0.538* −0.284 −0.402* −0.305* −0.369* NO 3 −0.289 −0.505* −0.491* −0.628* −0.422* DIN −0.347* −0.413* −0.597* −0.322* −0.512* PO 4 0.156 0.19 0.146 0.577* 0.121 大潮 NH 4 0.488* −0.392* −0.09 0.165 −0.46* NO 2 −0.012 −0.585* −0.466* −0.036 −0.32* NO 3 −0.022 0.206 −0.331* −0.442* −0.171 DIN 0.222 −0.065 −0.337* −0.273 −0.383* PO 4 0.515* −0.27 0.274 0.415* −0.224 表2. 虎门河口水文要素与各项营养盐的相关关系 表中，*代表显著相关。 分别绘制大、小潮悬沙浓度、盐度与DIN的分层散点分布图(图4、图5)，探讨虎门河口大、小潮各水层悬沙浓度和盐度对无机氮的影响。可看出，虎门河口小潮期间，各层DIN浓度均随悬沙浓度的增大而减小，表明小潮期间悬浮泥沙对DIN以吸附作用为主；而大潮期间，各层DIN浓度均随悬沙浓度的增大而增大，表明大潮期间悬浮泥沙对DIN主要以解吸附作用为主。虎门河口大、小潮各层DIN浓度均随盐度的增加而降低，体现了盐淡水混合作用下，高盐度低营养盐的外海水团对水体氮营养盐的稀释作用。 3.3.2. 主成分分析 为进一步探究虎门河口枯季营养盐的主要驱动因子，分别对大、小潮各项营养盐的影响因素进行主成分分析，结果如表3、表4所示。结果显示，小潮前三个主成分和大潮前四个主成分累计贡献率分别达83.2%和89.0%，可代表变量的大部分信息。 虎门河口大、小潮前两个主成分旋转因子载荷矩阵如图6所示，虎门河口小潮第一主成分主要由水文要素主导(特征值为3.25，占总方差的36.15%)；第二主成分主要由PO 4 和NH 4 贡献较多(特征值为2.33，占总方差的25.87%)。各个主成分相互独立，揭示了不同水文因子对营养盐的贡献。小潮时水温和含沙量对磷酸盐的影响较 图4. 虎门河口枯季小潮期间悬沙浓度、盐度与DIN分层散点分布 图5. 虎门河口枯季大潮期间悬沙浓度、盐度与DIN分层散点分布 大，而流速对硝酸盐和亚硝酸盐作用较显著。同时显示盐度与磷营养盐的正相关关系，与氮营养盐呈负相关，与Pearson相关分析结构一致。小潮观测期间氮磷营养盐的主要影响因素为盐度、水深、含沙量和水温。 虎门河口大潮第一主成分中PO 4 和NH 4 为主要组成部分(特征值为2.50，占总方差的27.78%)；第二主成分中盐度贡献较多(特征值为2.10，占总方差的23.29%)。结果显示，盐度和水温对磷酸盐的影响较大，而流速对硝酸盐和亚硝酸盐的影响较突出。大潮观测期间氮磷营养盐的主要影响因素为流速和盐度。综上所述，虎门河口枯季大、小潮动力结构不同，其对氮磷营养盐的影响机制也不同。 Table 3 Principal component analysis of nutrients and hydrological factors during the neap tid 主成分 初始特征值 旋转后的平方和 合计 方差% 累计% 合计 方差% 累计% 1 4.005 44.497 44.497 3.254 36.155 36.155 2 1.996 22.181 66.679 2.328 25.869 62.024 3 1.485 16.497 83.175 1.904 21.151 83.175 4 0.598 6.643 89.818 5 0.444 4.933 94.75 6 0.234 2.601 97.351 7 0.149 1.653 99.005 8 0.064 0.713 99.717 9 0.025 0.283 100 表3. 虎门河口枯季小潮环境因子主成分分析结果 Table 4 Principal component analysis of nutrients and hydrological factors during the spring tid 主成分 初始特征值 旋转后的平方和 合计 方差的% 累计% 合计 方差的% 累计% 1 3.198 35.535 35.535 2.501 27.785 27.785 2 2.471 27.455 62.99 2.096 23.293 51.078 3 1.265 14.053 77.044 1.956 21.73 72.808 4 1.076 11.96 89.004 1.458 16.196 89.004 5 0.47 5.219 94.223 6 0.284 3.156 97.379 7 0.138 1.535 98.913 8 0.061 0.683 99.596 9 0.036 0.404 100 表4. 虎门河口枯季大潮环境因子主成分分析结果 图6. 虎门河口枯季环境因子第一、第二主成分旋转因子载荷矩阵：(a) 小潮；(b) 大潮