渤海灣水體富營(yíng)養(yǎng)化與有機(jī)污染狀況初步評(píng)價(jià)

闞文靜，張秋豐，胡延忠，石海明，薄文杰

（國(guó)家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，天津 300450）

渤海灣水體富營(yíng)養(yǎng)化與有機(jī)污染狀況初步評(píng)價(jià)

闞文靜，張秋豐，胡延忠，石海明，薄文杰

（國(guó)家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，天津 300450）

根據(jù) 2008年渤海灣的生態(tài)調(diào)查資料，探討了該海域的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。闡述了渤海灣營(yíng)養(yǎng)鹽變化特征，并對(duì)鹽度、pH值、溶解氧 (DO)、葉綠素-a、PO4-P、NO2-N、NO3-N、NH4-N等進(jìn)行了分析討論，且對(duì)海域進(jìn)行了富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)及有機(jī)污染評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示：與Redfied提出營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的N/P比值相比較，渤海灣的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)符合P限制，根據(jù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)模式和有機(jī)污染評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算結(jié)果，2008年渤海灣水體屬富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，已屬于輕度有機(jī)污染。

渤海灣；營(yíng)養(yǎng)鹽；富營(yíng)養(yǎng)化、有機(jī)污染

當(dāng)大量富含N、P的工業(yè)廢水和城市生活污水排入海灣、河口沿岸水域，在適宜的光照、溫度等物理?xiàng)l件下，藻類和浮游生物出現(xiàn)迅速繁殖，導(dǎo)致初級(jí)生產(chǎn)力急劇增加和水體溶解氧含量下降，造成水質(zhì)惡化、生物群落結(jié)構(gòu)的異常變化，甚至引起水生物和魚類衰亡，并大大妨礙了人類對(duì)水資源的利用時(shí)，即可認(rèn)為水域呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)[1]。

渤海灣位于渤海西部，北起河北省樂亭縣大清河口，南到山東省利津縣新黃河口，沿岸有海河、大沽排污河、獨(dú)流減河、北排河等數(shù)條河流入海，為陸地環(huán)抱的淺海盆。隨著地區(qū)工農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)及港口的發(fā)展，渤海灣海域的生態(tài)環(huán)境發(fā)生了較大的變化，污染問題日趨嚴(yán)重，海水富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷加重[2]。本文根據(jù)2008年5月、8月份在渤海灣海域的生態(tài)調(diào)查資料，研究了這些營(yíng)養(yǎng)要素間的相互關(guān)系和變化趨勢(shì)，對(duì)該海域的營(yíng)養(yǎng)水平進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，為保護(hù)和合理開發(fā)渤海灣提供了科學(xué)的依據(jù)。

1 調(diào)查與分析

1.1 調(diào)查海區(qū)

2008年5月、8月對(duì)渤海灣海域進(jìn)行的綜合調(diào)查具體采樣站位見圖1。自南向北設(shè)置東西向5個(gè)斷面，共計(jì)24個(gè)站位，基本上覆蓋了渤海灣海域。

1.2 采樣及分析方法

依照《海洋調(diào)查規(guī)范》用開－閉式采水器每個(gè)站位采集表層（水面以下0.5 m處）水樣500 mL。水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括水溫、鹽度、pH 值、溶解氧 (DO)、葉綠素-a、活性磷酸鹽 (PO4-P)、亞硝酸鹽 (NO2-N)、硝酸鹽 (NO3-N)、氨氮 (NH4-N) 和活性硅酸鹽 (SiO3-Si)。溶解無機(jī)氮 (DIN) 為NO2-N、NO3-N和NH4-N之和。水溫在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目樣品的保存和測(cè)定均按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17378.4-2007）進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 主要化學(xué)要素分析

2.1.1 常規(guī)化學(xué)要素 渤海灣海域水質(zhì)各環(huán)境要素的監(jiān)測(cè)結(jié)果見表1。從表1可以看出，渤海灣海域的pH值、鹽度、DO、葉綠素-a的含量豐水期（8月）明顯低于枯水期（5月）。天津位于中緯度歐亞大陸的東部太平洋西岸，主要受季風(fēng)環(huán)流支配，屬于大陸性氣候，5月水溫上升到適于浮游植物生長(zhǎng)的溫度，浮游植物開始大量繁殖，吸收海水中的二氧化碳而放出氧氣，因而pH值和DO以及葉綠素-a的含量均較高。在8月，由于受降水量大的影響海水的鹽度略有降低。

圖1 采樣站位示意圖Fig. 1 Distribution of investigation stations

表1 各常規(guī)化學(xué)參數(shù)變化范圍及平均值Tab. 1 Seasonal variations and average values of chemical parameters

2.1.2營(yíng)養(yǎng)鹽 海水中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽是海洋浮游植物生長(zhǎng)繁殖所必需的營(yíng)養(yǎng)要素，渤海灣海域5月、8月氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽變化見圖2。由圖2可見，除NH4-N外其它營(yíng)養(yǎng)鹽的變化趨勢(shì)極為相似，8月份豐水期的值較高于5月份的枯水期。這主要是因?yàn)樵?月份的枯水期，海水表層在適宜的溫度和光照下，藻類等浮游植物開始大量繁殖，營(yíng)養(yǎng)鹽大量消耗，含量較低；而在8月份的豐水期由于表層水溫上升，藻類生長(zhǎng)受到抑制，致使8月份的營(yíng)養(yǎng)鹽含量高于5月份。

溶解無機(jī)氮以NO3-N為主，5、8月份各占DIN的比例分別為81.2%和81.8%。各無機(jī)氮在水體中的轉(zhuǎn)化過程為：NH3?NH4OH??，在氧充足的情況下，當(dāng)達(dá)到熱力學(xué)平衡時(shí)，水體中的無機(jī)氮以 NO3-N為主要形態(tài)。因此，從渤海灣各無機(jī)氮的比例來看，該水體中的氮已達(dá)熱力學(xué)平衡[3]。浮游植物對(duì) NO3-N的攝取受到 NH4-N的控制，浮游植物生長(zhǎng)首先利用NH4-N，當(dāng)NH4-N含量減少到一定濃度不能滿足生長(zhǎng)時(shí)，則吸收NO3-N，可以說浮游植物起著控制同一海域NO3-N和NH4-N含量變化作用[3]。經(jīng)調(diào)查數(shù)據(jù)分析，NH4-N在5、8月份各占DIN的比例分別為9.57%和2.10%，渤海灣水體中的NH4-N含量變化和NO3-N的含量變化趨勢(shì)相反。

圖2 渤海灣營(yíng)養(yǎng)鹽變化Fig. 2 Seasonal variations of nutrients in Bohai Bay

2.1.3 營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析 水域N/P的比值是水域現(xiàn)存氮、磷營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的具體反映。Redfield認(rèn)為一般海水中正常的N/P值為16∶1，浮游植物也大約以16∶1的比例從海水中攝取氮、磷，高于或低于這個(gè)比例都可能引起浮游植物的生長(zhǎng)受到某一相對(duì)含量元素的限制[4、5]。從表2的數(shù)據(jù)中可以看出2008年渤海灣海域N/P比值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過16∶1，說明2008年P(guān)O4-P為渤海灣海域浮游植物生長(zhǎng)的限值因子。根據(jù)郭衛(wèi)東等[6]提出的以潛在性富營(yíng)養(yǎng)化概念為基礎(chǔ)的分類分級(jí)營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式可知渤海灣海域5月份屬于磷限值潛在富營(yíng)養(yǎng)水平，級(jí)別為ⅥP，而8月份屬于磷中等限值潛在富營(yíng)養(yǎng)水平，級(jí)別為ⅤP。

表2 渤海灣營(yíng)養(yǎng)類型評(píng)價(jià)Tab. 2 Assessment of nutrient type in Bohai Bay

2.2 渤海灣富營(yíng)養(yǎng)化與有機(jī)污染狀況評(píng)價(jià)

2.2.1 水體營(yíng)養(yǎng)程度評(píng)價(jià) 目前國(guó)際上關(guān)于富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)價(jià)尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。一些學(xué)者利用營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)污染物等參數(shù)作為評(píng)價(jià)海域營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)，提出了營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法。本文根據(jù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)來討論渤海灣海水的營(yíng)養(yǎng)狀況。其計(jì)算公式如下：

E = COD(mg/L) × DIN(mg/L) × DIP(mg/L) × 106/1 500，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)指數(shù)大于1時(shí)，即為富營(yíng)養(yǎng)化，E值越大，富營(yíng)養(yǎng)化程度越高[7]。

經(jīng)計(jì)算我們可以發(fā)現(xiàn)渤海灣海域的平均E值（參考數(shù)據(jù)見表3）變化范圍為0.6 ～ 89，92%的E值大于1，說明渤海灣海域海水的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)為富營(yíng)養(yǎng)化，且程度較高，從圖 3中可見該海域表現(xiàn)出離岸越近富營(yíng)養(yǎng)化程度越高的趨勢(shì)。這與沿岸排污口大量排污入海，污染嚴(yán)重有關(guān)，致使海水富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷加重。2.2.2 有機(jī)污染程度評(píng)價(jià) 海水有機(jī)污染評(píng)價(jià)指數(shù)法綜合考慮了海水的有機(jī)污染和無機(jī)污染指標(biāo)，利用COD，DIN，DIP，DO四個(gè)水質(zhì)指標(biāo)對(duì)海水質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，能反映水質(zhì)的整體狀況[3]。A＝CODi/CODs+DINi/ DINs+DIPi/ DIPs－DOi/ DOs，式中：CODi，DINi，DIPi，DOi分別為實(shí)測(cè)值； CODs，DINs，DIPs，DOs分別為相應(yīng)要素一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其值依次為3.0，0.30，0.015和5.0（單位均為mg/L）。有機(jī)污染評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：A＜0，有機(jī)污染程度為0級(jí)，表明水質(zhì)良好；0＜A＜1，有機(jī)污染程度為1級(jí)，表明水質(zhì)較好；1＜A＜2，有機(jī)污染程度為2級(jí)，表明水質(zhì)開始受污染；2＜A＜3，有機(jī)污染程度為3級(jí)，表明水質(zhì)輕度污染；3＜A＜4，有機(jī)污染程度為4級(jí)，表明水質(zhì)中度污染；A＞4，有機(jī)污染程度為5級(jí)，表明水質(zhì)嚴(yán)重污染[8]。

經(jīng)計(jì)算渤海灣海域生態(tài)監(jiān)控區(qū)（參考數(shù)據(jù)見表3）各站位的平均污染指數(shù)為0.3 ～ 6.8，平均值為2.6。從圖4中可以清楚的看出渤海灣海域有機(jī)污染指數(shù)A值的分布趨勢(shì)，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)與E值相似。從評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上看出，渤海灣海域的水質(zhì)已受到污染，且部分水質(zhì)已經(jīng)達(dá)到了嚴(yán)重污染程度，建議有關(guān)部門及時(shí)采取防治措施，以避免赤潮的發(fā)生，減少經(jīng)濟(jì)損失。

表3 DO, COD, DIN, DIP變化范圍及平均值Tab. 1 Seasonal variations and average values of DO, COD, DIN and DIP

圖3 渤海灣E值平面分布圖Fig. 3 Horizontal distributions of E in Bohai Bay

3 結(jié) 語

圖4 渤海灣A值平面分布圖Fig. 4 Horizontal distributions of A in Bohai Bay

通過分析2008年5月、8月生態(tài)監(jiān)控區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可得出以下結(jié)論：

a) 渤海灣海域的pH、鹽度、DO等各化學(xué)參數(shù)隨8月份水溫的升高而減小，但氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽卻與上述化學(xué)參數(shù)的變化趨勢(shì)相反，隨水溫的升高，而使得該海域8月份的營(yíng)養(yǎng)鹽值高于5月份。

b) 從營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)看，與Redtield的N/P比值相比較，磷為渤海灣海域浮游植物生長(zhǎng)的限制因子，其中，5月份屬于磷限值潛在富營(yíng)養(yǎng)水平，級(jí)別為ⅥP；而8月份屬于磷中等限值潛在富營(yíng)養(yǎng)水平，級(jí)別為ⅤP。

c) 根據(jù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)和有機(jī)污染指數(shù)計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果，2008年渤海灣營(yíng)養(yǎng)水平為富營(yíng)養(yǎng)，有機(jī)污染程度3級(jí)，說明渤海灣海域海水水質(zhì)已被輕度污染。

[1] 紀(jì)大偉, 楊建強(qiáng), 高振會(huì), 等. 萊州灣西部海域枯水期富營(yíng)養(yǎng)化程度的初步研究 [J]. 海洋通報(bào), 2007, 26(1)： 78-81.

[2] 楊世民, 董樹剛, 李鋒, 等.渤海灣海域生態(tài)的研究 [J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2007, 26(5)： 442-445.

[3] 蔡真珍, 王憲, 鄭盛華. 湄洲灣水質(zhì)季節(jié)變化特征及評(píng)價(jià) [J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2008, 27(2)： 161-164.

[4] Smith S V. Phosphorus versus nitrogen limitation in the marine environment [J].Limnol Oceanogr, 1984, 29(6)： 1 149-1 160.

[5] Olausson E. Chemistry and Biogeochemistry of Estuaries [M]. New York： J W & S, 1980.

[6] 郭衛(wèi)東, 張曉明, 楊逸萍, 等. 中國(guó)近海海域潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度的評(píng)價(jià) [J].臺(tái)灣海峽, 1998, 17(1)： 64-70.

[7] 林榮根. 海水富營(yíng)養(yǎng)化水平評(píng)價(jià)方法淺析 [J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 1996, 15(2)： 28-31

[8] 蔣岳文. 大連灣海水營(yíng)養(yǎng)鹽的含量及有機(jī)污染狀況分析 [J]. 海洋通報(bào), 1991, 10(1)： 100-103.

Preliminary analysis on the state of organic pollution and eutrophication in Bohai Bay

KAN Wen-jing, ZHANG Qiu-feng, HU Yan-zhong, SHI Hai-ming, BO Wen-jie

(Tianjin Marine Environmental Monitoring Center, SOA, Tianjin 300450, China)

Based on the data of 2008, the nutrients and eutrophication characteristics in Bohai Bay were discussed in detail. Variation features of inorganic nitrogen and phosphate in Bohai Bay were analyzed, so were the parameters such as pH, salinity, DO, COD and chlorophyll a. Combined with the economy developing status of Bohai Bay, the main parameters of water quality, the status of nourishment and organic pollution were assessed. The results indicate that,from the nutrition structure, the inorganic nitrogen is the limit factor for growth of phytoplankton, and compared with Redfield ration of chemical measure for the nutrient salts, it is accorded with the limit condition of phosphate nutrient.According to the amended evaluation mode of eutrophication and the organic pollution index, the water of Bohai Bay was polluted lightly and its quality was eutrophication in 2008.

Bohai Bay; nutrients; eutrophication；organic pollution

X55

A

1001-6932(2010)02-0172-04

2008-11-06；

2009-10-27

闞文靜（1983－），女，本科，主要從事海洋監(jiān)測(cè)工作。電子郵箱：kanwenjing917@163.com