近15a來三門灣海域氮、磷營養(yǎng)鹽分布與富營養(yǎng)化狀況的變化分析

施曉來

（國家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）

0 引言

三門灣居全國岸線之中心，是浙江省三大半封閉性港灣之一，地理范圍位于28°57′～29°22′N，121°25′～121°58′E，處于浙江省海岸中段，為浙東的門戶，灣內(nèi)長約40km，寬約10km，灣內(nèi)平均水深約9m。

海洋中的水源要素是多年來人們研究海洋的基本項目，其中氮、磷是海洋初級生產(chǎn)力的關(guān)鍵因素之一。對于海洋浮游植物的生長繁殖來說，氮、磷是必需的營養(yǎng)元素，也是引起水體富營養(yǎng)化的重要因素，它們在不同時期和不同海域分別作為浮游植物生長的營養(yǎng)鹽限制因子［1］。目前關(guān)于三門灣海域氮、磷營養(yǎng)鹽的資料與文獻報道主要有20世紀90年代初在三門灣進行的浙江省海岸帶調(diào)查資料及近期的“908”等專項調(diào)查報告，都是基于三門灣的外海海域，并且多以現(xiàn)狀描述為主。本文根據(jù)1997年8月中旬和2011年10月中旬在三門灣附近海域開展的水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)，在基本接近的海域及季節(jié)中分析了15a來該區(qū)域水體環(huán)境中氮、磷營養(yǎng)鹽的現(xiàn)狀分布特征及其變化情況，重點突出了三門灣近岸海域的環(huán)境質(zhì)量狀況，特別是近15a來的環(huán)境變化；并從營養(yǎng)結(jié)構(gòu)角度展開了對該海域的潛在性富營養(yǎng)化限制因素的初步探討；對當(dāng)前該海域日趨嚴重的富營養(yǎng)化現(xiàn)狀從養(yǎng)殖污染、入灣河流和沿岸排污等3個方面進行了原因解析，為該海域預(yù)防赤潮等自然災(zāi)害的發(fā)生和生態(tài)環(huán)境保護提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)處理與評價方法

1.1 樣品采集與處理

1997年8月中旬三門灣現(xiàn)場調(diào)查站位和2011年10月中旬現(xiàn)場調(diào)查站位如圖1所示，1997年設(shè)置了8個站位，2011年設(shè)置了9個水質(zhì)環(huán)境調(diào)查站位，基本覆蓋了三門灣海域，資料在時間與空間上均具有很強的可比較性。調(diào)查因子為：COD、活性磷酸鹽、無機氮（包括 NO3－N、NO2－N、NH3－N）等。調(diào)查過程中的樣品采集、貯存、運輸和預(yù)處理及其分析測定均按《海洋調(diào)查規(guī)范》［2－3］和《海洋監(jiān)測規(guī)范》［4－5］中的相應(yīng)要求進行，樣品采集均采表層樣。

圖1 采樣站位分布圖Fig.1 Location of sampling stations

1.2 評價方法

海水富營養(yǎng)化狀況采用目前常用的富營養(yǎng)化指數(shù)（E）進行評價［6］，其計算公式如下：

E＝ρ（COD）×ρ（DIP）×ρ（DIN）×106／4 500 （1）式中：ρ（COD）、ρ（DIP）和ρ（DIN）分別為海水COD、活性磷酸鹽和無機氮的實測含量，單位均為mg／dm3；E為富營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)，評價標準為當(dāng)E≥1時，表明水體呈現(xiàn)富營養(yǎng)化水平，E值越大，水體富營養(yǎng)化程度越嚴重。

營養(yǎng)結(jié)構(gòu)及潛在性富營養(yǎng)限制環(huán)境因子評價方法采用CN／Cp的潛在性富營養(yǎng)化劃分法，根據(jù)REDFIELD et al［7］和 BRZEZINSKI et al［8］研究表明，浮游植物在光合作用中對氮、磷營養(yǎng)鹽的吸收是按16∶1的恒定摩爾比進行的，當(dāng)CN／Cp大于16，則海洋浮游植物生長受磷限制，反之則受氮限制。本文中采用的原始數(shù)據(jù)是質(zhì)量濃度，在進行潛在性富營養(yǎng)限制環(huán)境因子評價時均相應(yīng)地除以氮、磷的分子量進行摩爾比轉(zhuǎn)換計算分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 氮、磷含量分布特征及對比分析

無機氮：無機氮的含量是硝酸鹽、亞硝酸鹽與銨鹽含量的加和，1997年現(xiàn)場檢測的結(jié)果顯示，其含量范圍在0.166～0.454mg／dm3之間，平均值為0.311mg／dm3；2011年調(diào)查海域無機氮范圍在0.530～0.803mg／dm3之間，平均值為0.682mg／dm3（表1和圖2）。可以看出近15a來，無機氮的平均含量增加為原來的2.19倍，但整體分布趨勢基本保持一致，均為由灣底向灣口呈下降趨勢。

近年來，三門灣內(nèi)新建多個大型養(yǎng)殖場，其中包括了280hm2的三門灣灘涂養(yǎng)殖區(qū)，養(yǎng)殖品種為貝類；187hm2的蛇蟠島北側(cè)灘涂養(yǎng)殖區(qū)，養(yǎng)殖品種主要為青蟹、小白蝦和縊蟶；另外還有寧海小合塘灘涂養(yǎng)殖區(qū)等等。隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大，投餌量及魚類排泄物不斷增多。在使用人工配合餌料養(yǎng)殖生產(chǎn)中，飼料中添加的營養(yǎng)物質(zhì)大部分會流失到養(yǎng)殖水體中，以飼料中氮的含量100%計，雙殼貝類流失到水體中的氮占總投入氮的75%，鮑魚和蝦類流失到水體中的氮分別為投入氮的60%～75%和77%～94%［9］，這是直接導(dǎo)致三門灣內(nèi)無機氮增加的主要原因之一。

表1 三門灣表層氮、磷營養(yǎng)鹽含量Tab.1 Nitrogen and phosphorus concentrations of surface seawaters in Sanmen Bay mg／dm3

活性磷酸鹽：1997年現(xiàn)場檢測結(jié)果顯示，PO4－P含量為0.007～0.033mg／dm3，平均值為0.020mg／dm3，2011年10月調(diào)查海域PO4－P含量為0.042～0.053mg／dm3，平均值為0.048mg／dm3（表1和圖3）?？梢钥闯鼋?5a來，活性磷酸鹽的平均含量增加為原來的2.4倍。海水中磷的來源主要是海域周邊居民生活污水的排放、農(nóng)業(yè)施肥的徑流攜帶和海水養(yǎng)殖自身產(chǎn)生的營養(yǎng)物質(zhì)。近幾年隨著國家對農(nóng)業(yè)化肥施用的控制和不含磷洗滌劑的使用，磷污染得到了較好的控制，但從三門灣海域現(xiàn)狀監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，磷含量在多年間仍然出現(xiàn)出大幅度提高的狀況。

2.2 三門灣海域水質(zhì)富營養(yǎng)化狀況及組成評價

富營養(yǎng)化是水體“衰老”的一種表現(xiàn)，隨著有機物質(zhì)和營養(yǎng)鹽的不斷輸入，當(dāng)其含量超過環(huán)境自凈能力時，水體就出現(xiàn)富營養(yǎng)化。一般認為，造成海區(qū)富營養(yǎng)化的主要營養(yǎng)物質(zhì)是氮和磷［10］。表2對15 a前后的E值范圍及均值進行了統(tǒng)計計算，從表中我們可以明顯看出15a間E值增加了2倍多，三門灣水體營養(yǎng)程度由輕度富營養(yǎng)化逐步上升為重度富營養(yǎng)化。顯然，三門灣大量的海水養(yǎng)殖與陸源輸送的豐富營養(yǎng)鹽成分，在給浮游植物繁殖生長提供充裕營養(yǎng)條件的同時，也給生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展帶來潛在隱患。

圖2 1997年和2011年無機氮分布特征對比（單位：mg／dm3）Fig.2 Comparison of the distribution of inorganic nitrogen between 1997and 2011（Unit：mg／dm3）

圖3 1997年和2011年磷酸鹽分布特征對比（單位：mg／dm3）Fig.3 Comparison of the distribution of phosphorus between 1997and 2011（Unit：mg／dm3）

表2 三門灣表層海水富營養(yǎng)化指數(shù)Tab.2 Nutritive index of surface seawater in Sanmen Bay

表3對15a前后的CN／CP進行了計算統(tǒng)計，由表可知，三門灣水體15a來CN／CP均遠遠大于16，該海域為磷限制。

這種磷限制性潛在富營養(yǎng)化海域，一旦活性磷酸鹽得到補充，潛在性的無機氮將得以釋放，該海域就可能出現(xiàn)較為嚴重的富營養(yǎng)化狀況，存在著爆發(fā)赤潮的潛在危險。

表3 三門灣表層海水氮、磷摩爾比Tab.3 The molar ratios of nitrogen and phosphorus in surface seawaters in Sanmen Bay

2.3 三門灣海域水質(zhì)富營養(yǎng)化原因探討

三門灣海域富營養(yǎng)化的原因主要有3個方面：一是養(yǎng)殖污染。三門縣經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，發(fā)展起步較晚，現(xiàn)有人口42.6萬，三門灣海域現(xiàn)以養(yǎng)殖區(qū)為主，圍塘養(yǎng)殖和灘涂養(yǎng)殖較多。據(jù)2011年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，三門灣海域養(yǎng)殖面積為1.384萬hm2，產(chǎn)量為16.54萬t 產(chǎn)值14.6億元，其中圍塘養(yǎng)殖面積5 667hm2，年投餌量5 312千克；1997年三門灣圍塘養(yǎng)殖面積為1 490hm2，15a間圍塘養(yǎng)殖面積增加了近3倍，目前主要養(yǎng)殖生物種類有蝦、蟹、魚、貝、藻五大類，共30多個品種，如青蟹、白蟹、小白蝦、南美白對蝦等①三門縣統(tǒng)計局.2011年三門縣統(tǒng)計年鑒.2012.。網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物氮、磷釋放實驗結(jié)果表明，夏季網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物氮、磷釋放速率分別達34.36mg／（m2·d）和0.58mg／（m2·d）［11］。在三門灣沿岸大面積圍塘養(yǎng)殖過程中，特別是貝類和蝦混養(yǎng)池塘，養(yǎng)殖戶為有利貝類生長，在養(yǎng)殖前往往把一些無用的臭魚爛蝦、小魚小蝦倒入池塘，以增加池塘養(yǎng)分。因此，過剩的肥水餌料、生物代謝產(chǎn)物將通過水體交換排入沿岸海域，分解后向水體提供大量有機物和營養(yǎng)鹽類，從而進一步加劇了水體生態(tài)環(huán)境的惡化，這是造成近15a來該海灣氮、磷含量大幅提高的主要原因。

二是入灣河流。三門縣位于浙東沿海三門灣畔，大陸海岸線總長167km，海域約481.7km2，入灣大小溪流30余條，多為短小的山溪性溪流，這在15a間沒有特別大的變化。但入灣河流往往會攜帶沿岸工業(yè)廢水、農(nóng)田肥源流失及生活污水，因雨水與污水合流排放，且缺乏凈化能力，水質(zhì)較差，大多屬于Ⅳ～V類地表水，污染物以有機物為主，并富含氮和磷。因此河流輸送也是導(dǎo)致三門灣水域富營養(yǎng)化的重要原因之一。

三是沿灣排污。三門灣海域現(xiàn)有海底管線、臨港工業(yè)（蛇蟠水道南側(cè)的船舶修造基地）、三門核電站等海洋開發(fā)區(qū)域，沒有大、中型工業(yè)污染企業(yè)。但近年來沿岸高能耗、高污染的小型企業(yè)數(shù)量不斷增多，規(guī)模也日益擴大，廢水排放量急劇增加，又未經(jīng)過嚴格的集中污水處理，這是導(dǎo)致三門灣水域富營養(yǎng)化的又一重要原因。

綜上所述，三門灣海域養(yǎng)殖規(guī)模的大幅增加是直接導(dǎo)致氮、磷營養(yǎng)鹽含量大幅提高的主要原因，因此當(dāng)前需要適度控制海水養(yǎng)殖規(guī)模，調(diào)整水產(chǎn)養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，合理搭配養(yǎng)殖品種，提高海水養(yǎng)殖科學(xué)水平；同時，應(yīng)加強對三門灣周邊小型企業(yè)的排污控制，進一步提高集中處理能力。這些措施可有效地保護三門灣海域的生態(tài)環(huán)境，防止富營養(yǎng)化程度進一步加重。

3 結(jié)論與建議

由對比分析可知，近15a間，三門灣海域的無機氮和活性磷酸鹽含量均成倍增長；大量的海水養(yǎng)殖直接導(dǎo)致氮、磷營養(yǎng)鹽含量的大幅提高；水體營養(yǎng)程度由輕度富營養(yǎng)化逐步上升為重度富營養(yǎng)化；從營養(yǎng)結(jié)構(gòu)來看，活性磷酸鹽仍為當(dāng)前該海域限制性富營養(yǎng)化因子。

因此，為防止三門灣海域富營養(yǎng)化程度進一步加重，應(yīng)在充分考慮三門灣各海域的環(huán)境容量、控制海水養(yǎng)殖規(guī)模的同時進行水產(chǎn)養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)調(diào)整，合理搭配養(yǎng)殖品種，適當(dāng)增加植物性的養(yǎng)殖品種（如：海帶、紫菜和江籬等），通過藻類吸收海水中過量的營養(yǎng)鹽，將水體中的營養(yǎng)物質(zhì)轉(zhuǎn)移出去；同時，必須加強對三門灣周邊小型企業(yè)的排污控制，進一步提高集中處理能力，從而追求社會經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境效益的協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展。

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