2020年7月－8月，在山东近岸海域开展海洋环境调查，共布设601个监测站位，如图1所示。近岸海水pH的时空分布及影响因素受到多种物理化学和生物地球化学过程的影响，在全省较大空间尺度下，物理、化学、生物过程存在明显的区域性差异，不同区域各环境因素对pH的效应既可能相互叠加也可能相互抵消^[14]，使得海水pH的分布具有多样性。因此，为了更好地分析在不同地理环境条件下山东近岸海水pH的分布特征及受控因素，根据地理位置差异，将山东近岸海域划分为渤海湾、莱州湾、烟威北部及南黄海近岸4个海域，各海域监测站位数分别为68、99、193和241个。

图  1  研究海域及站位布设

Figure 1.  The study area and sampling stations

依据《海洋监测规范》（GB 17378－2007）和《海洋调查规范》（GB 12763－2007）的要求，采集深度0.5 m处海水作为表层水样，对相应指标进行测定。其中，pH、盐度、溶解氧采用YSI Professional Plus多参数水质分析仪现场测定，水温采用温度计法现场测定，叶绿素a采用分光光度法在实验室测定。pH电极测定精度为0.01，使用前由混合磷酸盐（pH=6.86）和硼砂（pH=9.18）标准溶液进行校准。盐度传感器采用原厂电导率为50 mS/cm的标准溶液校准。溶解氧传感器采用饱和湿空气法校准。在现场温度、盐度条件下溶解氧的溶解度由Weiss气体溶解度公式计算^[15]，并由此计算得到溶解氧饱和度及表观耗氧量（AOU）。

各环境指标的平面分布使用ArcGIS 10.7通过克里金插值方式绘制，各环境因子之间的相关关系通过SPSS 23软件进行Pearson相关性分析和双侧显著性检验，测定结果未考虑潮汐影响。

2020年夏季，山东近岸海域表层海水pH的监测结果见表1。山东全省近岸海域pH范围为7.76～8.62，平均值为8.12±0.11。在4个海域中，莱州湾表层pH明显高于其他海区，pH均值为8.26±0.07；南黄海近岸海域次之，pH为8.11±0.12；渤海湾和烟威北部海域pH接近且相对较低，分别为8.07±0.11和8.08±0.05。

整体而言，山东近岸海域夏季表层海水pH在空间分布上呈现不均匀性（图2），具有较明显的区域化分布特征。具体而言，渤海湾表层海水pH呈现基本与岸线垂直的梯度分布特征，在黄河入海口附近海域出现pH低值区，pH最低达到7.82，并以此为轴线，向两侧整体呈现逐渐升高的变化趋势。莱州湾表层pH呈现与南部岸线平行的梯度分布特征，南部pH相对较高，最高达到8.38，并且自南向北，高pH水舌向外辐射，呈逐渐降低的变化趋势。烟威北部海域表层海水pH梯度差异较小，以黄、渤海分界线附近为轴线，向东西两侧大致呈逐渐升高的趋势，并且近岸整体略低于远岸。南黄海近岸海域pH呈斑块状分布，pH高值区与低值区间隔存在，在乳山河—留格河入海口及日照西南部海域（35°N附近）存在高值区，高值点pH分别达到8.59和8.62。以高值点为中心，向周围辐射，逐渐降低。同时，在胶州湾李村河入海口附近及青岛南部近岸存在pH相对低值区，pH最低达到7.76。

图  2  山东近岸海域夏季表层海水pH平面分布

Figure 2.  Distribution of pH in summer surface seawater in Shandong coastal area

2020年夏季，山东近岸海域表层海水盐度范围为17.18～32.43，平均值为29.67±3.02，烟威北部海域平均盐度最高（31.18±0.45），莱州湾平均盐度最低（27.43±3.03）。盐度的空间分布也存在明显的区域差异（图3a），在全省海域范围内主要存在3处盐度低值区，其低值中心盐度均小于20。其中，在黄河入海口附近海域存在一处盐度低值区，最低盐度仅为17.21，低值中心等值线密集且与岸线基本垂直，盐度向两侧逐渐升高，黄河径流影响范围涵盖了整个黄河三角洲近岸海域。在莱州湾的小清河入海口附近海域也存在一处盐度低值区，低值中心盐度仅为17.18，并以此为中心向远岸扩散，盐度逐渐升高，形成低盐水舌带。另一处盐度低值区位于日照西南部近岸海域，其受苏北陆源淡水输入影响明显^[16]。盐度的分布特征表明，夏季丰水期，黄河、小清河及苏北入海河流等径流量大，对入海口附近海洋生态环境的影响不可忽略，而烟威北部海域盐度整体分布均匀，受径流影响相对较小。

图  3  盐度、叶绿素a、水温、溶解氧饱和度平面分布

Figure 3.  Distribution of salinity, chlorophyll a, temperature and dissolved oxygen saturation

山东近岸海域夏季表层海水中叶绿素a浓度范围为0.12～19.90 μg/L，平均值为（2.88±2.93） μg/L，平面分布如图3b所示。在本次调查海域内，叶绿素a浓度也存在3处高值区，其一同样位于小清河入海口附近海域，叶绿素a最高浓度达到11.90 μg/L，由近岸至远离河口方向，叶绿素a浓度逐渐降低；其二位于乳山河—留格河入海口附近海域，与pH高值区吻合，叶绿素a浓度最高值达到19.90 μg/L，由近岸至远岸方向叶绿素a浓度逐渐降低；其三位于日照西南部海域，与pH高值区及盐度低值区吻合，叶绿素a浓度最高达到19.80 μg/L。

2020年夏季，山东近岸海域表层海水温度范围为21.42 ℃～31.10 ℃，平均温度为（25.99±2.01）℃，其中莱州湾总体水温最高，平均水温为（28.40±1.17）℃，而烟威北部及南黄海海域整体水温低于全省平均水平，分别为（24.76±1.44）℃和（25.67±1.78）℃。全省近岸海域溶解氧饱和度范围为60.96%～182.05%，平均值为105.74%。溶解氧饱和度在空间分布上呈斑块状（图3d），黄河三角洲及相邻的莱州湾东北部海域溶解氧饱和度略低，南黄海部分近岸海域溶解氧饱和度较高。

近岸海水pH的受控因素存在明显的区域性特征，同一环境因子在不同的地理条件下对pH的影响程度也存在差异^[14]，本研究中不同海域各环境因子与pH的关系也各不相同（图4）。相关性分析发现（表2），渤海湾夏季pH与盐度、水温和溶解氧饱和度均呈显著正相关性（p<0.01），与叶绿素a无显著相关性。理论上，盐度通过影响海水中碳酸盐的解离平衡过程而与pH呈负相关性^[14]，但在近岸尤其是河口海域，径流输入等多重因素往往掩盖了碳酸盐解离平衡过程对pH的影响。夏季丰水期，黄河等径流在带来大量淡水的同时也降低了附近海域海水的pH，尤其是在黄河三角洲近岸海域，pH与盐度变化趋势整体一致（图2、图3a、图4a），说明夏季黄河等径流引起的水团混合是导致该海域pH低于其他海域并呈梯度分布特征的主要因素，相关学者在长江^[3]、三亚河^[10]等河口区域也发现了pH与盐度同步变化的现象。

图  4  山东近岸海域夏季各环境因子散点图

Figure 4.  Scatter Plots of environmental factors of Shandong coastal area in summer

温度对海水pH的影响通常是多方面的^[3]。温度可以影响海水中碳酸盐的解离平衡过程而与海水pH呈负相关性^[14]；温度也可以影响植物光合作用，温度升高，光合作用增强，光合作用吸收CO₂，导致pH升高，致使pH与温度呈正相关性^[17]；另外，水团混合、海—气交换等过程也会影响温度与pH的关系，不同环境条件下温度对pH的作用效果存在差异。本研究中，渤海湾pH与水温总体呈一定程度的正相关性，但在黄河三角洲附近海域，pH与水温的变化趋势整体相反（图4b虚线圈内）。黄河三角洲近岸海域受黄河径流影响明显（图3a），黄河径流虽携带大量陆源营养物质入海，但黄河泥沙输入带来的低透明度和高剪切力在很大程度上限制了河口近岸海域浮游植物吸收营养物质及其生长、繁殖的过程^[18]，降低了温度通过光合作用对pH的影响程度，因此，水团混合以及由温度控制的海水碳酸盐解离平衡过程是引起黄河三角洲附近海域pH与水温呈负相关性的重要因素。

此外，黄河径流携带大量有机污染物入海，本次调查中，河口附近海域表观耗氧量（AOU）最高值达到2.53 mg/L，说明此时有机质的矿化分解过程已比较强烈^[19]。该过程消耗了大量氧气，产生二氧化碳，这也是导致黄河三角洲附近海域pH与溶解氧饱和度呈正相关性（图4c）且产生pH低值区的重要原因。石晓勇^[19]在研究东海沿岸海域水环境时同样发现了有机物分解作用对海水pH的影响。

莱州湾水深较浅，水体交换能力差，其西南部海域受小清河等径流影响显著。本研究中，夏季莱州湾表层海水pH总体呈现由南向北逐渐降低的趋势。相关性分析发现，与渤海湾pH和盐度之间所表现出的正相关关系不同，莱州湾的pH与盐度呈显著负相关关系（表2，图4e），相关系数为−0.455（p<0.01），说明径流所引起的水团混合作用并不是莱州湾pH的主要控制因素。夏季，小清河等莱州湾沿岸河流的径流量增加，在入海口附近海域形成盐度低值区（图3a），一方面，盐度通过影响海水中碳酸盐的解离平衡过程而与pH呈负相关关系；另一方面，河流携带大量氮、磷等营养物质入海^[20]，在水温较高的环境下，极大地促进了浮游植物的生长（图3b），浮游植物通过光合作用吸收CO₂，引起pH升高，同时产生O₂，导致pH与叶绿素a、溶解氧饱和度呈现显著正相关关系。由此说明，水温、营养盐引起的浮游植物光合作用的增强是影响夏季莱州湾表层海水pH的重要因素。王秋璐^[8]在研究渤海表层pH时也发现，pH与叶绿素的时空分布一致，光合作用等生物因素对近岸水体pH的调节起重要作用。

烟威北部海域水文环境通常受到沿岸流、黄海暖流和季节性水团等因素的影响^[21]，而夏季鲁北沿岸流、黄海暖流消退，使得北黄海冷水团的影响力凸显。本次调查中，站位布设离岸较近，水深较浅，水体混合作用强烈，水柱温跃层在8月逐渐消失^[22]，因此，北黄海冷水团能对表层水体产生一定影响。北黄海冷水团具有低温、高盐的特点，致使烟威北部近岸海域水温低于其他海域，而盐度要高于其他调查海域。已有研究表明，黄海冷水团会积累群落呼吸产生的CO₂，从而造成黄海在夏季、秋季出现较大面积的季节性酸化现象^[12]，这也是导致本次调查中烟威北部近岸海域表层平均pH（8.08）明显低于与其相邻的莱州湾海区（8.26）的重要原因。

同时，烟威北部海域水温、叶绿素a浓度整体低于其他海域，光合作用影响较弱，而该海区表层海水盐度高于其他海区且分布相对均匀（标准偏差仅为0.45），无明显的盐度低值点（图4i），说明该海域夏季水文环境受径流影响相对较小。在光合作用、径流等影响较弱的情况下，由温度、盐度控制的碳酸盐解离平衡过程对pH的影响更加明显^[14]，这一点可以由pH与盐度、水温呈一定程度的负相关关系（表2）证实。

南黄海近岸海域pH的分布较烟威北部海域更加多样，pH的影响因素也更复杂。南黄海在夏季同样出现黄海冷水团等特殊的海洋水文现象^[16]，并对表层水体产生一定的影响^[23]。同时，相关性研究结果表明，南黄海pH与水温、溶解氧饱和度及叶绿素a均呈显著正相关关系，说明南黄海海域除受到前文所述的黄海冷水团的影响外，还受到浮游植物光合作用等因素的影响。在乳山河—留格河入海口附近海域有一处pH高值区（图2），pH最高达到8.59，而该区域同为叶绿素a和溶解氧饱和度的高值区，说明光合作用对该区域pH的影响不可忽略。在本次调查海域的最南端（35°N附近）同样存在一处pH高值区，由高值中心向北pH逐渐降低，而该位置同时也是盐度低值区以及叶绿素a、水温和溶解氧饱和度的高值区。该区域可能受到苏北入海河流的影响，夏季苏北径流在带来高温淡水的同时也携带了大量营养物质（该海域总氮含量在本次调查中最高值达到2.14 mg/L，总磷最高值达到0.17 mg/L）入海^[16]，浮游植物利用营养物质进行光合作用，从而促使pH、叶绿素a以及溶解氧饱和度同步升高。

（1）2020年7月－8月，山东全省近岸海域表层pH范围为7.76～8.62，平均值为8.12±0.11。在4片海区中，莱州湾pH明显高于其他海区，南黄海次之，渤海湾和烟威北部海域pH接近且相对较低。

（2）黄河等径流引起的水团混合、微生物对有机质的矿化分解是影响渤海湾pH的重要因素；浮游植物光合作用对莱州湾pH影响显著；烟威北部及南黄海海域pH受黄海冷水团影响明显，南黄海部分区域pH还受到光合作用等因素的影响。

（3）径流所带来的营养盐、有机污染物的输入对局部海域pH的影响明显，因此，陆海统筹监测可作为海洋酸化等预警监测工作的重要手段。另外，在研究较大空间尺度下海洋酸化等环境问题时，未来的研究应考虑采用网格化等方式分区域进行探讨。