東海赤潮高發(fā)區(qū)COD的平面分布特征及其影響因素

方 倩,張傳松,王修林

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島266003)

東海赤潮高發(fā)區(qū)COD的平面分布特征及其影響因素

方 倩,張傳松＊＊,王修林

(中國(guó)海洋大學(xué)海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東青島266003)

以2002—2003年4個(gè)季節(jié)(2002年5,8,11月和2003年2月)對(duì)東海赤潮高發(fā)區(qū)化學(xué)耗氧量(COD)的調(diào)查為依據(jù),研究了該海區(qū)COD平面分布特征及其影響因素。結(jié)果表明,4個(gè)季節(jié)COD平面分布特征基本相同,主要表現(xiàn)為近岸高、外海低,由沿岸向離岸方向呈逐漸降低的趨勢(shì),主要污染區(qū)域位于長(zhǎng)江口與杭州灣附近。COD與鹽度之間呈良好的負(fù)相關(guān),與葉綠素a及懸浮顆粒物(TSP)之間呈正相關(guān),說(shuō)明COD濃度分布主要受陸源輸入、浮游植物密度及懸浮顆粒物的影響。

東海赤潮高發(fā)區(qū);COD;平面分布;影響因素

隨著長(zhǎng)江流域及江浙沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,人口劇增,城市生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水大量排放,長(zhǎng)江及錢塘江等沿岸河流帶來(lái)的大量的氮、磷等生源物質(zhì)以及有機(jī)碳等化學(xué)耗氧物質(zhì),使得長(zhǎng)江口附近水域富營(yíng)養(yǎng)化程度加重,導(dǎo)致長(zhǎng)江口生態(tài)環(huán)境質(zhì)量日趨惡化[1-3]。1990年代初長(zhǎng)江年平均輸送入海的化學(xué)耗氧量為1.4×106t[4],而2004年已增長(zhǎng)到7.8×106t[5], COD的入海通量呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)[6]。由此導(dǎo)致了東海近岸水體中COD也呈增加的趨勢(shì)。

1990年代初東海近岸海域COD普遍低于國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),直到1997年?yáng)|海化學(xué)需氧量為1.25 mg/L,仍符合國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(<2 mg/ L),而到1998年?yáng)|海近岸水體中化學(xué)需氧量的超標(biāo)率已達(dá)2%[7],2003年達(dá)到8.5%[8]。東海近海海域水體富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷加劇和海洋環(huán)境質(zhì)量日趨惡化,使東海成為我國(guó)四大海區(qū)中赤潮發(fā)生次數(shù)最多,發(fā)生范圍最大的海區(qū)[9]。近年來(lái),東海區(qū)赤潮發(fā)生頻率不斷提高,由1990年代前的每年20次左右增加到近年來(lái)的年均40次左右[10]。長(zhǎng)江口水域已經(jīng)成為我國(guó)有害赤潮的高發(fā)區(qū)之一,有記錄的赤潮事件約1/4發(fā)生在這個(gè)海域[11]。

COD是反映有機(jī)物污染程度的重要綜合性指標(biāo)之一。盡管目前已有一些關(guān)于東海COD監(jiān)測(cè)結(jié)果的報(bào)道,但調(diào)查海域主要集中在長(zhǎng)江口附近[12-14],此外,目前僅有個(gè)別月份關(guān)于赤潮高發(fā)區(qū)COD的報(bào)道[15-16],對(duì)各個(gè)季節(jié)COD的分布及影響因素缺乏深人的了解。因此,本文根據(jù)2002～2003年4個(gè)航次的調(diào)查數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析了長(zhǎng)江口及其鄰近海域的COD平面分布特征及季節(jié)變化,并初步探討了不同要素對(duì)COD的影響,該研究對(duì)于了解該海域的水質(zhì)變化,加強(qiáng)水域的環(huán)境保護(hù)及水質(zhì)監(jiān)控,防止水域富營(yíng)養(yǎng)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究地區(qū)與方法

1.1 研究時(shí)間與區(qū)域

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分別于2002年5,8,11月和2003年2月,在東海29°N～32°N,122°E～124°E海區(qū)進(jìn)行,共設(shè)8個(gè)斷面,計(jì)28個(gè)大面站,調(diào)查區(qū)域包括長(zhǎng)江口、杭州灣口及其鄰近海域(見(jiàn)圖1)。

圖1 東海調(diào)查站位分布圖Fig.1 Sampling stations in the East China Sea

1.2 樣品的采集和處理

在調(diào)查船使用Niskin采水器分別采集表層、中層和底層水樣,中層水樣為葉綠素躍層或溫鹽躍層,水樣采集后于船上實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

1.3 分析方法

COD的測(cè)定按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB 17378.4-1998)的堿性高錳酸鉀法進(jìn)行,在船上現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。該方法檢出限為0.15 mol·L-1,分析精度為96.0%。

2 結(jié)果與討論

2.1 平面分布特征

2.1.1 春季(2002年5月) 圖2為春季調(diào)查海區(qū)COD的平面分布圖。由圖中可以看出,表、中和底層海水中COD平面分布特征基本相同,主要表現(xiàn)為近岸高、外海低,由沿岸向離岸方向呈逐漸降低的趨勢(shì)。在低鹽度海區(qū)(如長(zhǎng)江口至杭州灣附近)COD濃度較高,高鹽度海區(qū)COD較低,整個(gè)調(diào)查海區(qū)COD分布呈西高東低的趨勢(shì)。以國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為參照,表層在杭州灣東偏北至長(zhǎng)江口東偏南處有2.0 mg·L-1以上的峰值區(qū),沿31°N向東逐漸降低至1.0 mg·L-1以下,呈現(xiàn)一COD高值水舌,其前鋒可達(dá)123°10′E附近,且在該區(qū)域COD的變化梯度較大,高值外海區(qū)COD值均在1.0 mg·L-1左右。

在垂直方向上,隨深度增加COD濃度呈現(xiàn)表底層高、中間低的趨勢(shì)。與表層比較,中層COD高值區(qū)水舌南移至30°N附近,且前鋒縮減至122°50′E附近。底層沿岸海區(qū)COD濃度明顯高于表層和中層,杭州灣附近甚至達(dá)到7 mg·L-1以上,這可能是由底層顆粒物再懸浮造成的。

沿岸海域有較大程度的污染,特別是長(zhǎng)江口和杭州灣海區(qū)的COD超標(biāo)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。其中,表層站位超過(guò)國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的比例約為7%,個(gè)別站位(如DD13)甚至超過(guò)國(guó)家四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(5 mg·L-1)。

圖2 2002年5月COD平面分布Fig.2 Horizontal distributions of COD in May,2002

圖3 2002年8月COD平面分布Fig.3 Horizontal distributions of COD in August,2002

2.1.2 夏季(2002年8月) 圖3為夏季調(diào)查海區(qū)COD的平面分布圖,由圖中可以看出,中層和底層COD平面分布特征與春季基本相同,同樣呈現(xiàn)近岸高、外海低的趨勢(shì),污染區(qū)域仍然集中在沿岸的長(zhǎng)江口和錢塘江口處。隨深度增加COD濃度呈現(xiàn)出上高下低的趨勢(shì)。

但是,對(duì)于表層的COD平面分布,整個(gè)調(diào)查海區(qū)濃度為1.0 mg·L-1以上的COD高值水舌區(qū),沿31°30′N緯度線向東明顯向外海推移,其前鋒已明顯超過(guò)123°30′E,進(jìn)入外海領(lǐng)域。此外,在長(zhǎng)江口以東出現(xiàn)了1個(gè)以122°E,31°N為中心的濃度為2.0 mg·L-1以上的高值區(qū),其中心值約為3.3 mg·L-1。中層與底層分布類似,均在122°30′E附近出現(xiàn)濃度為2.0 mg ·L-1的COD水舌,但中層濃度為1.0 mg·L-1的COD等值線基本與岸線平行,底層濃度為1.0 mg· L-1的COD水舌明顯回縮,移至122°40′E附近。

2.1.3 秋季(2002年11月) 圖4為調(diào)查海區(qū)秋季COD平面分布圖,由圖顯示由沿岸向離岸方向呈逐漸降低的趨勢(shì)與春季類似。表層、中層和底層海水中COD平面分布特征基本一致,表、中層濃度為1.0 mg ·L-1的COD等值線基本與岸線平行。

圖4 11月COD平面分布Fig.4 Horizontal distributions of COD in November,2002

與夏季相比,表層COD濃度1.0 mg·L-1的高值水舌明顯回縮,已移至122°30′E附近;中層的高值水舌區(qū)范圍縮小,高值區(qū)主要集中于長(zhǎng)江口與杭州灣之間;底層的高值區(qū)南移至30°30′N附近,且向外海擴(kuò)展至123°20′E附近。表層與中層分布類似,均在122°30′ E附近出現(xiàn)濃度為2.0 mg·L-1的COD高值水舌,但中層高值區(qū)范圍明顯縮小,底層有向外海推移的趨勢(shì)。2.1.4冬季(2003年2月) 圖5的冬季COD平面分布顯示各層濃度變化趨勢(shì)同樣表現(xiàn)為近岸高、外海低,由沿岸向離岸方向遞減。等值線基本與岸線平行。

圖5 2003年2月COD平面分布Fig.5 Horizontal distributions of COD in February,2003

進(jìn)一步分析表明,與秋季相比,表層與中層COD濃度1.0 mg·L-1的高值水舌范圍雖大致相同但COD濃度降低較快,這是由于在冬季,長(zhǎng)江等徑流量小并盛行東北風(fēng),沖淡水的影響僅局限于浙、閩沿岸的一狹帶。中層COD高值區(qū)由秋季的31°30′N南移至杭州灣附近的31°30′N且范圍變小。底層與中層分布類似。冬季水質(zhì)較好,各層COD濃度均小于2.0 mg· L-1,符合國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

總體而言,4個(gè)季節(jié)的表層COD平面分布趨勢(shì)基本相似,均是近岸高外海低,但夏季等值線最為稀疏,其他季節(jié)COD濃度變化較快。春秋季在長(zhǎng)江口以南杭州灣附近出現(xiàn)濃度為2.0 mg·L-1以上的COD高值水舌區(qū),夏季高值區(qū)向外、向北推移至122°E,31°N附近。調(diào)查海城COD濃度除冬季低于一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外,其余3個(gè)季節(jié)超標(biāo)率均在7%以上。沿岸海域有較大程度的污染,特別是長(zhǎng)江口和杭州灣海區(qū)的超標(biāo)現(xiàn)象較為嚴(yán)重,夏季污染范圍最廣,濃度為1.0 mg·L-1以上的COD高值水舌區(qū)可超過(guò)123°30′E進(jìn)入外海。

2.2 相關(guān)性分析

為了分析調(diào)查海域COD的主要來(lái)源及其主要影響因素,分別對(duì)COD與鹽度、葉綠素a、懸浮顆粒物(TSP)作了相關(guān)性分析,結(jié)果如表1所示。

表1 COD與3個(gè)因子的相關(guān)性Table 1 The correlation of COD content with three factors

2.2.1 與鹽度的關(guān)系 由COD濃度與鹽度的相關(guān)性指數(shù)可以看出,調(diào)查海域各個(gè)季節(jié)COD濃度與鹽度之間的相關(guān)系數(shù)普遍高于0.6,兩者之間呈較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系。結(jié)合COD近岸高外海低,尤其在DD13, DD14,DC9,DC10,DB5等離岸較近的站位COD值明顯偏高的平面分布特點(diǎn),以及春夏季節(jié)COD等值線呈巨大水舌外擴(kuò)而秋冬季節(jié)等值線基本與岸線平行的季節(jié)變化特征,充分說(shuō)明調(diào)查海域的COD主要來(lái)源于陸源輸入,尤其是長(zhǎng)江、錢塘江等河流輸入。孟偉等[12]認(rèn)為人為合成的有機(jī)化合物和石油制品通過(guò)污水排放或交通工具的泄漏等人為因素導(dǎo)致長(zhǎng)江口海域COD含量嚴(yán)重超標(biāo)。

總體來(lái)說(shuō),COD與鹽度的相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為秋冬季節(jié)普遍高于春夏季節(jié),其中表層相關(guān)指數(shù)的數(shù)值表現(xiàn)為:冬季>春季>秋季>夏季。冬季,調(diào)查海區(qū)的河流處于枯水期,徑流量較小,COD的陸源輸入量也相應(yīng)較小。冬季COD值與鹽度的負(fù)相關(guān)趨勢(shì)比較明顯,既反映了陸源輸入對(duì)COD值的影響,也反映了需氧有機(jī)物分解的重要作用[17]。

此外,在垂向變化上,豐水期的相關(guān)性底層好于表層,枯水期則表層好于底層,與珠江河口相反[18]。這可能是由于表層在枯水期主要受河流徑流的影響,而底層COD則同時(shí)受河流徑流和海底沉積物再懸浮共同影響。

2.2.2 與葉綠素a的關(guān)系 葉綠素a是影響COD含量變化的主要因子之一[19]。由表中數(shù)據(jù)可知,在夏季COD與葉綠素之間的相關(guān)指數(shù)較高,呈現(xiàn)出明顯的正相關(guān)關(guān)系,而其他季節(jié)的相關(guān)系數(shù)則絕對(duì)數(shù)值偏小,而且正負(fù)關(guān)系不定,無(wú)明顯相關(guān)性。夏季,隨著浮游植物的快速生長(zhǎng)及浮游植物數(shù)量增加,海水中葉綠素a含量逐漸升高,海水中有機(jī)物質(zhì)相應(yīng)增多,化學(xué)耗氧量增大。表層相關(guān)性大于中層大于底層,這是由于表層光照、溫度等條件比較適宜,浮游植物大量繁殖,浮游植物密度較大,而由中層至底層浮游植物量逐漸減少。例如,在平面分布中夏季表層DC11站附近COD出現(xiàn)極大值現(xiàn)象,進(jìn)一步分析可知現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)該區(qū)域有小規(guī)模的硅藻赤潮發(fā)生,經(jīng)測(cè)定葉綠素濃度高達(dá)63.6 mg·L-1,高濃度的浮游植物生物量導(dǎo)致了COD極大值的出現(xiàn)。

2.2.3 與TSP的關(guān)系 表2中還列出了COD與TSP的相關(guān)性指數(shù)。由表2可以看出COD與懸浮物含量呈正相關(guān)性,其中表層相關(guān)系數(shù)r值春季為0.63,夏季為0.09,秋季為0.73,冬季為0.50,表現(xiàn)為秋冬季節(jié)好于春夏季節(jié)。COD作為陸源排海的主要污染物之一,主要是來(lái)自排海量大、處理率低的生活污水和工農(nóng)業(yè)廢水,其共同特征是混濁度大,含有大量的膠體物、纖維素、懸浮物、沉淀物和溶解的有機(jī)質(zhì),污水排放量大時(shí),影響尤為明顯。秋冬季為枯水期,降雨量減少,廢水量所占比例增大,故秋冬季表層相關(guān)性高于春夏季。

在垂直方向上,春、夏、冬季底層相關(guān)性高于中層高于表層,秋季則相反。春夏季由于溫鹽躍層的存在,導(dǎo)致表層與底層海水間不能充分混合,故底層再懸浮的影響較大;另外,春夏季節(jié)大量浮游植物生長(zhǎng)繁殖,死亡沉降并最終分解,有機(jī)質(zhì)的存在也使得COD濃度較高。秋季鹽躍層的消失,表底層海水混合均勻,生物活動(dòng)能力大大減弱,底層再懸浮和生物活動(dòng)的影響較小。

3 結(jié)論

(1)2002-05～2003-02的4個(gè)季節(jié)表層COD平面分布特征基本相同,主要表現(xiàn)為近岸高、外海低,由沿岸向離岸方向呈逐漸降低的趨勢(shì)。春秋季在長(zhǎng)江口以南杭州灣附近出現(xiàn)濃度為2.0 mg·L-1以上的COD高值水舌區(qū),夏季高值區(qū)向外、向北推移至122°E,31°N附近。

(2)調(diào)查海城COD濃度除冬季低于一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外,其余3個(gè)季節(jié)超標(biāo)率均在7%以上。沿岸海域有較大程度的污染,特別是長(zhǎng)江口和杭州灣海區(qū)的超標(biāo)現(xiàn)象較為嚴(yán)重,夏季污染范圍較廣,濃度為1.0 mg· L-1以上的COD高值水舌區(qū)可超過(guò)123°30′E進(jìn)入外海。

(3)調(diào)查海區(qū)COD平面分布在秋冬季主要是受長(zhǎng)江、錢塘江徑流與外海水混合的控制,在春夏季,也同時(shí)受到浮游植物生長(zhǎng)及其含量的影響;底層同時(shí)還受海底沉積物再懸浮的影響。

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Abstract: The characters of horizontal distributions and influential factors for chemical oxygen demand (COD)in the red tide high frequency Area of the East China Sea were discussed,according to the survey conducted in May,August and November 2002 and in Feburary 2003.The results showed that horizontal distributions of COD were similar in the four months,indicating that the COD value was high in the coastal waters,and decreased gradually away from the shore.The major polluted areas lay at the Changjiang Estuary and Hangzhou Bay.Salinity had significant minus correlation with COD;total suspended particles(TSP)and chlorophyll-ahad plus correlation with COD.The input from land,density of phytoplankton and suspended particles were the three main factors that influenced the distribution of COD.

Key words: the high frequency red tide area of the East China Sea;COD;horizontal distribution;influential factors

責(zé)任編輯 徐 環(huán)

Spatial Distribution and Influential Factors for COD in the High Frequency Red Tide Area of the East China Sea

FANG Qian,ZHANG Chuan-Song,WAN G Xiu-Lin
(Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology,Ministry of Education,Ocean University of China,Qingdao 266003,China)

P734.45

A

1672-5174(2010)09Ⅱ-173-06

國(guó)家908專項(xiàng)(908-02-02-02);國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2010CB428701)資助

2007-09-21;

2008-06-12

方 倩(1982-),女,碩士生,主要從事海洋環(huán)境化學(xué)研究。E-mail:fq19246@163.com

E-mail:zcsong@ouc.edu.cn