春秋季大豐港海域富營養(yǎng)化評價及趨勢分析*

張曉昱，花衛(wèi)華，袁廣旺，毛成責(zé)，崔彩霞

(江蘇省海涂研究中心 南京 210036)

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春秋季大豐港海域富營養(yǎng)化評價及趨勢分析*

張曉昱，花衛(wèi)華，袁廣旺，毛成責(zé)，崔彩霞

(江蘇省海涂研究中心 南京 210036)

文章以2013年4月底和11月中旬對鹽城大豐港周邊海域開展的海域水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果為依據(jù)，分析討論了該海域富營養(yǎng)化指數(shù)和營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)的分布現(xiàn)狀。結(jié)果顯示：春秋兩季富營養(yǎng)化指數(shù)范圍分別為3.34～13.70、1.66～15.96，平均值為7.70和6.35；春秋兩季營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)范圍分別為3.35～9.80、2.93～6.03，平均值為4.69和4.09；富營養(yǎng)化指數(shù)與營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)分布總體呈現(xiàn)由西向東遞減，王港河河口附近有高值區(qū)，說明大豐港海域營養(yǎng)鹽主要還是受陸源污染影響；兩種評價方法顯示大豐海域的富營養(yǎng)化程度的趨勢基本一致，即大豐港海域富營養(yǎng)化程度較高，水質(zhì)狀況較差；利用N∶P摩爾比值進行潛在性富營養(yǎng)化評價中發(fā)現(xiàn)，大豐港海域水體中無機氮水平較高，活性磷酸鹽的含量相對不足，大豐港周邊海域?qū)倭紫拗茲撛谛愿粻I養(yǎng)水平。

大豐港；營養(yǎng)鹽；富營養(yǎng)化；潛在性富營養(yǎng)化

大豐港位于江蘇省1 040 km海岸線中部(33°16′N，120°46′E)，國家一類口岸，也是江蘇沿海重點建設(shè)的三大海港之一。大豐港借助海岸線東側(cè)小陰沙及瓢兒沙等干出沙丘作為天然屏障，依靠岸線和沙洲之間的天然潮汐通道“西洋深槽”建設(shè)深水碼頭，該處水深穩(wěn)定，15 m等深線寬3～4 km，長55 km，并與外海深水貫通，港口常年不凍[1]。

本研究以2013年春秋季大豐港周邊海域調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，計算了該海域水質(zhì)富營養(yǎng)化指數(shù)及營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)，比較了這兩種在我國廣泛應(yīng)用的富營養(yǎng)化評價方法，并采用潛在性富營養(yǎng)化評價法進行營養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析，討論該海域潛在性富營養(yǎng)限制環(huán)境因子，為大豐近岸海域的環(huán)境管理、環(huán)境容量估算提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)資料與評價方法

1.1 樣品采集與檢測分析

調(diào)查海域共布設(shè)26個水質(zhì)調(diào)查站位，分別于2013年4月底和2013年11月中旬采集表層海水樣品，漲潮和落潮各一次。調(diào)查站位分布具體見圖1。調(diào)查的環(huán)境因子包括：活性磷酸鹽、無機氮(硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和氨氮的總和)、化學(xué)需氧量和葉綠素。樣品的采集、貯存、運輸、前處理及其檢測分析均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[2]和《海洋監(jiān)測規(guī)范》[3]中相關(guān)要求操作。

圖1 采樣站位分布

1.2 評價方法

1.2.1 富營養(yǎng)化指數(shù)

海水富營養(yǎng)化狀況采用目前常用的富營養(yǎng)化指數(shù)(eutrophication index)法[4]進行分析評價，計算公式如下：

PEI=CCOD·CDIP·CDIN×106/4 500

式中：PEI為富營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)；CCOD、CDIP、CDIN分別為海水化學(xué)需氧量、活性磷酸鹽和無機氮的檢測含量，單位均為mg/L。評價標準為PEI≥1時，表明水體呈現(xiàn)富營養(yǎng)化水平，PEI值越大，富營養(yǎng)化程度越嚴重。

1.2.2 營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法

營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(NQI)法是當前海洋環(huán)境調(diào)查規(guī)范中推薦使用的海域富營養(yǎng)化評價方法[5]，計算公式如下

式中：分子全部是海水COD(化學(xué)需氧量)、DIN(無機氮)、DIP(活性磷酸鹽)和Chla(葉綠素a)的檢測濃度(mg/L， Chla為μg/L)；分母全部是COD、DIN、DIP和Chla的標準濃度。標準濃度的設(shè)定根據(jù)(陳鳴淵等[6]，2007)研究，將COD、DIN、DIP和Chla的標準值設(shè)為3.0 mg/L，0.3 mg/L，0.03 mg/L，5μg/L。最終的營養(yǎng)化水平分級：PNQI>3，為富營養(yǎng)化水平；PNQI為2～3，為中度營養(yǎng)化水平；PNQI<2，為貧營養(yǎng)化水平。

1.2.3 潛在性富營養(yǎng)化評價法

本研究采用N∶P比值(氮磷摩爾比)的潛在性富營養(yǎng)化劃分法，對調(diào)查海域營養(yǎng)結(jié)構(gòu)及潛在性富營養(yǎng)限制環(huán)境因子進行分析評價。

Redfield等[7]和Brzezinski[8]研究顯示，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?shù)啄柋戎敌∮?6，則浮游植物生長受氮限制；反之則受磷限制。

表1 潛在性富營養(yǎng)化營養(yǎng)級分類

2 結(jié)果與分析

2.1 氮、磷營養(yǎng)鹽等要素含量對比評價分析

無機氮：調(diào)查結(jié)果顯示，大豐港周邊海域春季無機氮含量范圍在0.645～0.996 mg/L之間，平均值為0.789 mg/L；秋季無機氮含量范圍在0.509～1.225 mg/L之間，平均值為0.736 mg/L。無機氮春、秋兩季劣于四類海水水質(zhì)標準。大豐港海域主要的入海徑流是王港河，近幾年大量工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)和居民生活廢水通過王港河直接排入該海域，這是導(dǎo)致大豐港海域無機氮含量處于高水平的主要原因之一。

活性磷酸鹽：調(diào)查結(jié)果顯示，大豐港周邊海域春季活性磷酸鹽含量范圍在0.020～0.026 mg/L之間，平均值為0.022 mg/L；秋季活性磷酸鹽含量范圍在0.015～0.029 mg/L之間，平均值為0.022 mg/L?；钚粤姿猁}春、秋兩季含量基本保持穩(wěn)定，符合二、三類海水水質(zhì)標準。我國磷污染在近些年得到了較好的控制，主要是歸結(jié)于含磷農(nóng)業(yè)化肥施用的減少和無磷洗滌劑的使用。

化學(xué)需氧量：調(diào)查結(jié)果顯示，大豐港周邊海域春季化學(xué)需氧量含量范圍在0.87～2.85 mg/L之間，平均值為1.95 mg/L；秋季化學(xué)需氧量含量范圍在0.69～3.10 mg/L之間，平均值為1.67 mg/L。春季化學(xué)需氧量較秋季含量稍高，兩季均符合一類海水水質(zhì)標準。大豐港附近水深條件好，加之“西洋深槽”水動力交換能力強，因此化學(xué)需氧量含量相對較低。

葉綠素：調(diào)查結(jié)果顯示，大豐港周邊海域春季葉綠素含量范圍在3.768～12.908 μg/L之間，平均值為8.752 μg/L；秋季葉綠素含量范圍在0.206～4.629 μg/L之間，平均值為1.781 μg/L。葉綠素春季和秋季含量相差較大，主要是浮游植物受季節(jié)影響明顯，春季浮游植物隨氣溫上升開始生長，水體中葉綠素含量隨之上升，秋季則反之。

2.2 富營養(yǎng)化指數(shù)的平面分布

大豐港周邊海域表層海水富營養(yǎng)化指數(shù)的平面分布見圖2，富營養(yǎng)化指數(shù)分布總體呈現(xiàn)由西向東遞減。在春季漲潮和秋季漲潮可以看出大豐港碼頭南側(cè)王港河對該海域富營養(yǎng)化影響較大，河口附近有高值區(qū)，說明大豐港海域營養(yǎng)鹽主要還是受陸源污染影響。從表2中可以看出，大豐港周邊海域表層海水富營養(yǎng)化指數(shù)均大于1，變化范圍從1.66～15.96。大豐港周邊海域海水富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴重，雖然最大值15.96在秋季，但從均值看來無論是漲潮還是落潮，春季富營養(yǎng)化指數(shù)都比秋季高。

表2 大豐港周邊海域表層海水富營養(yǎng)化指數(shù)

圖2 富營養(yǎng)化指數(shù)(EI)的平面分布

2.3 營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)的平面分布

大豐港周邊海域表層海水營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)的平面分布見圖3，營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)分布總體呈現(xiàn)由西向東遞減。與富營養(yǎng)化指數(shù)分布圖一致，在春季漲潮可以看出大豐港碼頭南側(cè)王港河對該海域富營養(yǎng)化影響較大，河口附近有高值區(qū)，說明大豐港海域營養(yǎng)鹽主要還是受陸源污染影響。用表3中計算結(jié)果對照營養(yǎng)化水平分級可知，大豐港周邊海域表層海水營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)除1個站位略小于3，其他均大于3，變化范圍從2.93～9.80。指數(shù)結(jié)果顯示大豐港周邊海域海水為富營養(yǎng)化水平，最大值在春季，達到了9.80。從均值上看，無論是漲潮還是落潮，春季營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)都比秋季高。

圖3 營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(NQI)的平面分布

季節(jié)落潮時均值漲潮時均值范圍總均值春季4.524.863.35～9.804.69秋季4.034.152.93～6.034.09

2.4 富營養(yǎng)化指數(shù)與營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)結(jié)果比較

從富營養(yǎng)化指數(shù)與營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)的平面分布圖比較發(fā)現(xiàn)，兩種評價方法反映的季節(jié)與漲落潮趨勢基本一致，但比較兩種評價方法的計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，富營養(yǎng)化指數(shù)法與營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法在對于春季漲潮和落潮的評價中存在一定差異。前者計算結(jié)果顯示落潮時比漲潮時均值高一些，但后者結(jié)果卻相反。在對于秋季漲潮時與落潮時的評價和春秋兩季均值的評價結(jié)果中，兩種方法計算的結(jié)果趨勢是一致的。從這種綜合比較可知，采用不同的富營養(yǎng)化評價方法，可能導(dǎo)致最終的結(jié)果存在一定的差異性。這種差異主要來源于評價要素選擇的數(shù)量與類別存在差異。當評價要素較少時，其計算結(jié)果就會存在一定的局限性。因此增加評價過程中的評價要素，并結(jié)合評價區(qū)域的背景值，將更有利于準確反應(yīng)評價海域的真實情況。對于大豐港周邊海域的富營養(yǎng)化評價結(jié)果來說，雖然兩種方法在結(jié)果上存在細微的差異，但是最終的結(jié)果都反映該海域富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴重，應(yīng)當引起當?shù)刂鞴懿块T的重視。近些年，大豐沿海地區(qū)為了加快經(jīng)濟的發(fā)展，引進了一些污染重、耗能高的企業(yè)。臨近大豐港的王港排污區(qū)排污口是江蘇省重點監(jiān)測入海排污口，《2013年江蘇省海洋環(huán)境質(zhì)量公報》顯示，王港排污區(qū)排污口全年4次監(jiān)測均超標排放[10]。為了追求地區(qū)農(nóng)業(yè)的高產(chǎn)，每年施用了大量的農(nóng)藥和化肥，從而加劇了農(nóng)業(yè)面源的污染程度。同時由于魚、蝦等養(yǎng)殖廢水基本是未經(jīng)處理就直接排入海洋，造成大量餌料和排泄物聚集在淺海。多方因素極易引起大豐港周邊海域的富營養(yǎng)化，造成環(huán)境質(zhì)量惡化。

2.5 潛在性富營養(yǎng)化評價

大豐港周邊海域表層海水中N∶P比值春季的范圍在66.95～99.23，均值77.60。秋季的范圍在61.67～98.96，均值74.08。兩季的N∶P比值均遠大于16(表4)。參照Redfield等[7]和Brzezinski[8]的16∶1浮游植物吸收氮、磷的恒定摩爾比?？梢猿醪脚卸ó斍按筘S港周邊海域水體為磷限制，也就是說該海域目前處于無機氮相對過剩的情況，只有當水體中磷酸鹽含量增加，使N∶P比值接近Redfield值時，多余的無機氮才能在富營養(yǎng)化過程中體現(xiàn)出貢獻來。因此，對于大豐臨近海域水體中營養(yǎng)鹽含量的控制，可以通過限活性磷酸鹽的含量來限制浮游植物的生長，降低赤潮、綠潮等自然生態(tài)災(zāi)害的發(fā)生頻率。

表4 大豐港周邊海域表層海水氮、磷摩爾比

另一方面，根據(jù)郭衛(wèi)東等[9]提出的潛在性富營養(yǎng)化營養(yǎng)級分類概念對大豐港周邊海域表層海水中N∶P比值進行評價，N∶P比值如表5所示。評價結(jié)果表明：大豐港周邊海域春、秋季漲、落潮均屬磷限制潛在性富營養(yǎng)水平。這說明該區(qū)域雖然由于工業(yè)和農(nóng)業(yè)污水排放及王港河徑流的影響無機氮水平很高，但由于受到磷的限制，總體上還處于潛在性富營養(yǎng)化階段。這與Redfield值在分析結(jié)果上保持了一致，并且合理地給出了營養(yǎng)級分類。

表5 大豐港周邊海域表層海水潛在性富營養(yǎng)化評價

3 結(jié)論

(1)依據(jù)2013年春秋季大豐港周邊海域調(diào)查數(shù)據(jù)，評價了該海域水質(zhì)質(zhì)量現(xiàn)狀。無機氮為主要污染源，劣于四類海水水質(zhì)標準。活性磷酸鹽與化學(xué)需氧量分別符合二、三類與一類海水水質(zhì)標準。

(2)海水富營養(yǎng)化指數(shù)與營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)平面分布顯示，王港河對大豐港周邊海域富營養(yǎng)化影響較大，該海域營養(yǎng)鹽主要還是受陸源污染影響。當采用海水富營養(yǎng)化指數(shù)法對大豐港周邊海域表層海水進行評價時，其富營養(yǎng)化指數(shù)PEI均值為7.03，結(jié)果遠大于1；而采用營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法對該海域進行評價時，該海域營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)PNQI均值為 4.39 ，營養(yǎng)水平總體上屬于Ⅲ級，即富營養(yǎng)化水平。雖然兩種評價方法顯示大豐海域的富營養(yǎng)化及污染程度上有細微差異，但顯示的趨勢大體一致，大豐港海域富營養(yǎng)化程度較高，水質(zhì)狀況差。

(3)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，大豐港周邊海域春、秋兩季無機氮、活性磷酸鹽的平均濃度分別為0.762 mg/L、0.022 mg/L。在利用N∶P比值進行潛在性富營養(yǎng)化評價中發(fā)現(xiàn)，水體中無機氮水平較高，活性磷酸鹽的含量相對不足，大豐港海域?qū)倭紫拗茲撛谛愿粻I養(yǎng)水平。依據(jù)林榮根[7]指出的富營養(yǎng)指數(shù)法僅適用于沒有藻類生長限制因素(氮或磷)的水域理論，因此選擇營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法對大豐港海域進行富營養(yǎng)化水平評價更為合理。

工業(yè)污水，農(nóng)業(yè)和生活廢水排放、港口活動的日趨加強等綜合因素，導(dǎo)致了大豐港周邊海域富營養(yǎng)化程度的加重，為保護大豐鄰近海域的生態(tài)環(huán)境，防止富營養(yǎng)化水平的進一步加劇，必須根據(jù)大豐海域的環(huán)境容量、環(huán)境功能確定控制標準。制定相應(yīng)的氮、磷濃度的排放標準，對排海污染物實施總量控制。

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