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user: 3. 结果与讨论 3.1. 夏季渤海表、底层海水中温度与盐度分布 夏季渤海表、底层海水的温度、盐度和溶解N 2 O浓度水平分布见图2。表层水温大致呈现由海峡向近岸逐渐升高趋势，在渤海中部和西部沿岸较高。底层温度由西南向东北呈逐渐降低趋势，在大连西部沿岸出现低值区。这是由于夏季黄海暖水自海峡中部和南部进入渤海，主流沿莱州湾沿岸流动，经黄河口转向西进入渤海湾南部 [ 14 ] ，所以在这部分区域温度出现高值。表、底层盐度变化并不明显，均在30~32之间波动，变化趋势也近似。在渤海湾口和辽东湾中部的盐度相对略高，莱州湾附近出现盐度低值，并向北逐渐升高，这主要是受黄河冲淡水的影响。研究表明黄河冲淡水入海后，在渤海环流作用下，主要沿东偏南方向进入莱州湾与海水混合 [ 15 ] 。 3.2. 夏季渤海表、底层海水中溶解N 2 O浓度分布 夏季渤海各个站位表层海水溶解N 2 O浓度范围为7.14~8.32 nmol/L，平均浓度为(7.56 ± 0.33) nmol/L。底层浓度范围为7.22~10.98 nmol/L，平均浓度为(8.14 ± 0.89) nmol/L。其中，表层海水中N 2 O浓度高值(8.1 nmol/L)出现在大连西部沿岸地区，此处恰好对应水温低值。据文献报道，渤海海峡在夏季出现低温带 [ 16 ] ，这可能是导致此处N 2 O出现高值的原因。另一个高值区出现在黄河口外，主要是受黄河冲淡水的影响。黄河携带大量泥沙和含氮有机物进入渤海，同时黄河水自身N 2 O浓度也较高，使河口邻近海域表层溶解N 2 O浓度较高。另外，在渤海湾口的北部沿岸也有N 2 O高值，可能是受海河和蓟运河入渤海湾的影响。 底层海水溶解N 2 O浓度相对表层较高，且变化幅度更大，在渤海中央偏南部的底层海水出现N 2 O浓度最高值(B11站，10.98 nmol/L)，并向周围逐渐降低。研究表明，在夏季黄河入海口附近，尤其是底层，悬浮物浓度常常出现高值 [ 15 ] ，且利用CTD检测到该站的底层海水浊度可达21.86，表明此处可能有较强的底层沉积物再悬浮现象，不仅能加速沉积物中N 2 O向水体中的扩散，同时也有利于硝化作用的发生 [ 17 ] 。 部分代表性站位溶解N 2 O浓度的垂直分布图3所示。大部分站位N 2 O浓度垂直分布基本呈由表至底上升的趋势，表明底层水体或者沉积物中存在N 2 O的源。 3.3. 夏季渤海表层海水中溶解N 2 O的海–气交换通量 根据2008年全球大气中N 2 O的平均浓度321 ppb，结合现场测定的表、底层水温和盐度数据，计算得出本航次各站位表、底层海水溶解N 2 O饱和度范围和平均值分别为106.9%~125.9%和(114.1 ± 4.8)%，105.1%~144.8%和(117.1 ± 8.4)%。夏季渤海各个站位N 2 O均处于轻度过饱和状态，是大气中N 2 O的源。夏季渤海6~8月平均风速变化不大，一般为4~5 m/s [ 6 ] ，根据日瞬时风速，假定采样期间平均风速为4.5 m/s，根据现场海水温度、盐度以及实验测得的N 2 O浓度，分别利用LM86和W92公式，计算了各个站位N 2 O的海–气交换通量(图4)。利用LM86和W92公式计算得到的N 2 O海气交换通量范围和平均值分别为0.4~1.4 μmol∙m −2 ∙d −1 ，(0.7 ± 0.2) μmol∙m −2 ∙d −1 和0.9~3.5 μmol∙m −2 ∙d −1 ，(1.9 ± 0.7) μmol∙m −2 ∙d −1 ，其中用W92公式估算的结果约是用LM86公式的2.7倍。 文献报道的世界部分海域表层海水中溶解N 2 O海–气交换通量列于表1中。不同海域不同季节溶解N 2 O海–气交换通量有较大时空差异，范围为0.1~266 μmol∙m −2 ∙d −1 。但总体来讲，在受人类活动影响较大的河口、海湾区N 2 O浓度高于陆架区，大洋区浓度最低 [ 18 ] 。夏季渤海N 2 O的海–气交换通量远低于同季节的北黄海 [ 19 ] 和东海 [ 20 ] ，约是其十分之一。根据渤海面积，估算出渤海N 2 O的夏季释放量约为1.99 × 10 8 ~5.40 × 10 8 g。 图2. 夏季渤海表、底层海水中温度(t，℃)、盐度(S)和N 2 O浓度(nmol/L)水平分布 图3. 渤海部站位N 2 O浓度的垂直分布 图4. 夏季渤海各个站位N 2 O的海气交换通量 Table 1 Compilation of N2O air-sea fluxes from different sea area 海域 站位数 时间 通量(μmol∙m −2 ∙d −1 ) 参考文献 河口、海湾区 胶州湾 10 2006~08/12 9.3 a ；19.2 b [ 27 ] Clone Estuaries 10~16 2003.09 266 a [ 30 ] 长江口 31 2006.08 20.9 a ，40.6 b [ 31 ] 陆架区 东海 21 2011.05~6 (9.8 ± 16.0) a (17.1 ± 26.4) b [ 20 ] 东海 / 2011.12 4.05 a ，7.74 b 南海北部 15 2005.04~05 9.07 a ，14.78 b [ 32 ] 北黄海 30 2005.04/08 (6.5 ± 8.3) a (11.3 ± 13.4) b [ 19 ] 大洋区 北大西洋 连续走航 2002.10~11 0.52 c [ 33 ] 南大洋 16 1999.02 0.4 c [ 34 ] 表1. 文献报道部分海域表层海水中N 2 O的海–气交换通量 注： a 表示使用LM86公式； b 表示使用W92公式； c 表示使用N00公式 [ 35 ] 。 3.4. 影响夏季渤海溶解N 2 O分布的因素 渤海是一个半封闭型海湾，水浅、水动力活跃，受陆源因素影响强烈，故其溶解N 2 O的分布与产生受众多因素的影响，较为复杂。 研究表明，河流中通常富含N 2 O，浓度变化范围为6~530 nmol/L [ 21 ] [ 22 ] 。因此河流输入是陆架海中溶解N 2 O的重要源。渤海沿岸河流众多，主要有黄河、滦河、海河等，年平均径流量在640亿m 3 /a以上，其中黄河的平均径流量可达338.5亿m 3 /a [ 23 ] 。为了考察河流输入对渤海溶解N 2 O的影响，选取径流量最大的黄河为研究对象，于2008年11月~2009年12月，每月在黄河下游垦利定点观测溶解N 2 O的浓度，同时收集与垦利直线距离约29 km的利津站的黄河流量数据 [ 24 ] ，黄河溶解N 2 O浓度和流量的月变化见图5所示。 黄河溶解N 2 O浓度具有明显的季节变化，其中7月最高，9月最低。在整个观测期间，N 2 O变化范围和平均浓度分别为8.78~24.26 nmol/L和(17.80 ± 4.90) nmol/L，明显高于渤海中溶解N 2 O浓度。除7月外，黄河水中溶解的N 2 O浓度和温度呈现较好的负相关(y = −0.4x + 21.0，r 2 = 0.5，n = 12，p < 0.05)，而7月较高的温度虽然使水体中N 2 O的溶解度降低，但较高的温度使微生物活动加剧，进而促使了N 2 O的产生，水体中N 2 O的浓度反而升高。根据所测的N 2 O浓度和利津站月平均流量，初步估算出黄河向渤海N 2 O总输入量为1.72 × 10 5 mol/yr。因此淡水输入会对渤海N 2 O分布产生明显影响。 除了河流输入外，渤海沿岸还分布着90多个排污口、许多重要的港口和养殖区 [ 25 ] 。资料显示：近年来，大连废水污染物排放中氨氮在1亿t/a以上 [ 26 ] 。在胶州湾进行的研究也表明：胶州湾溶解N 2 O的季节变化范围仅为8.05~20.1 nmol/L，而胶州湾周边各个污水处理厂排放废水中溶解N 2 O浓度高达1.78 × 10 3 nmol/L，排入量为435 × 10 3 mol/yr [ 27 ] 。在排污较多的河口区还发现N 2 O浓度和无机氮含量显著相关 [ 27 ] ，因此排污对渤海溶解N 2 O的影响也是不可忽视的。据文献报道，2005年黄河口附近海域的DIN中NO 3 -N的比例最大，8月占82.3% [ 28 ] [ 29 ] ，其水平分布受到黄河和小清河排放污染物的影响，由北向南呈明显的增加趋势，在黄河口东南部出现高值区，高含量的DIN为沉积物和水体中硝化及反硝化作 图5. 黄河下游溶解N 2 O浓度、水温、水气交换通量和径流量的月际变化 用提供了有利条件。本文在渤海中央区西南部海域底层(B11)观测到溶解的高浓度N 2 O，也是由于黄河携带的大量泥沙、无机氮和有机物等进入渤海，有机物进入渤海后在分解过程中大量消耗溶解氧，造成沉积物缺氧环境，且此区域底层沉积物以粘土质软泥为主 [ 28 ] ，易造成不透气的厌氧环境，有利于硝化和反硝化作用而产生大量N 2 O。 另外，温度也是影响渤海溶解N 2 O的重要因素，在本次调查中，底层N 2 O浓度与温度明显负相关(y = −0.007x 2 − 0.6t + 18.6，r 2 = 0.6，p < 0.0001)，研究表明，温度每降低1℃，N 2 O在水中溶解度提高3% [ 8 ] 。