天津近岸海域營養(yǎng)鹽變化特征及富營養(yǎng)化概況分析

尹翠玲，張秋豐，闞文靜，張亞楠

（國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，天津 300450）

天津近岸海域營養(yǎng)鹽變化特征及富營養(yǎng)化概況分析

尹翠玲，張秋豐，闞文靜，張亞楠

（國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，天津 300450）

根據(jù)2004—2012年在渤海灣進(jìn)行的連續(xù)監(jiān)測結(jié)果，分析、探討了渤海灣近年來營養(yǎng)鹽的變化特征及富營養(yǎng)化概況.結(jié)果表明：近年來，渤海灣海水中DIN含量升高，DIP含量有所降低，與1978—1980年相比，DIN增加1.18倍，DIP降低62.1%；從空間分布上看，北塘和漢沽斷面的營養(yǎng)鹽含量高于其他斷面；從時間分布上看，枯水期的營養(yǎng)鹽含量低于豐水期；從無機(jī)氮的結(jié)構(gòu)特征上看，NO3-N占無機(jī)氮含量的40.4%～81.5%，三態(tài)無機(jī)氮之間基本處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)；從N/P比值、Si/N比值和Si/P比值上看，近年來渤海灣N/P比值升高，該海域已由原來的高磷低氮轉(zhuǎn)換為低磷高氮的狀態(tài)；富營養(yǎng)化評價結(jié)果是，2008—2012年渤海灣近岸海域NQI指數(shù)變化范圍為3.24～4.28，平均值為3.71，全部處于富營養(yǎng)化狀態(tài).

渤海灣；營養(yǎng)鹽；變化特征；富營養(yǎng)化

1 調(diào)查范圍及分析方法

2004—2007年調(diào)查的范圍在38°37′04″N～39°06′57″N，117°39′00″E～118°02′00″E，共布設(shè)30個站位.由于圍填海的原因，2008—2009年的調(diào)查站位進(jìn)行了稍微變動，調(diào)查的范圍在38°37′3.72″N～39°06′57″N，117°39′00″E～118°01′59″E，共布設(shè)24個站位.2010—2012年調(diào)查的范圍在38°39′25″N～39°05′48″N，117°46′00″E～118°04′00″E，共布設(shè)20個站位.2008—2012年各站位的布設(shè)見圖1.

監(jiān)測時間段為2004—2012年的豐水期和枯水期.監(jiān)測項(xiàng)目主要包括硝酸鹽氮（NO3-N）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）、氨氮（NH4-N）、活性磷酸鹽（DIP，以P計(jì)）、硅酸鹽（SiO3-Si）、葉綠素a（chl-a）和化學(xué)需氧量（COD）.用卡蓋氏有機(jī)玻璃采樣器采集海水樣品，經(jīng)T6新世紀(jì)紫外分光光度計(jì)測定，按GB 17378.4—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》的方法進(jìn)行分析.其中：NO3-N用鋅-鎘還原比色法，NO2-N用鹽酸奈乙二胺比色法，NH4-N用次溴酸鹽氧化法，DIP用磷鉬藍(lán)分光光度法，SiO3-Si用硅鉬黃分光光度法，葉綠素a用紫外分光光度法，COD用堿性高錳酸鉀法.

圖1 2008—2012年渤海灣營養(yǎng)鹽調(diào)查站位Fig. 1Sampling stations in Bohai Bay from 2008 to 2012

2 結(jié)果與討論

2.1 營養(yǎng)鹽污染現(xiàn)狀

2.1.1 營養(yǎng)鹽年平均含量

近年來渤海灣海水中營養(yǎng)鹽的枯水期（5月份）和豐水期（8月份）的含量見表1.DIN在枯水期的變化范圍為301～741，μg/L，平均值為503，μg/L，在豐水期的變化范圍為352～1，004，μg/L，平均值為650，μg/L. 近年DIN大體呈先升高后降低的趨勢，與2004年相比，2012年的枯水期和豐水期DIN含量均有所升高，分別比2004年升高21.5%和84.7%.DIP在枯水期的變化范圍為4.31～50.7，μg/L，平均值為17.4，μg/L，在豐水期的變化范圍為8.88～41.2，μg/L，平均值為21.5，μg/L.近年DIP大體呈先降低后升高的趨勢，與2004年相比，2012年的枯水期DIP降低65.7%，豐水期DIP升高38.7%.硅酸鹽在枯水期的變化范圍為222～550，μg/L，平均值為364，μg/L，在豐水期的變化范圍為538～908，μg/L，平均值為765，μg/L.近年硅酸鹽在枯水期和豐水期大體均呈先升高后降低的趨勢，與2005年相比，2009年的枯水期硅酸鹽增加64.0%，豐水期降低10.5%.總體來看，近年來渤海灣海水中DIN含量升高，DIP含量有所降低.與1978—1980年渤海灣的營養(yǎng)鹽調(diào)查數(shù)據(jù)相比［2］，近年DIN增加了1.18倍，DIP降低了62.1%. DIP的下降可能與近年來含磷洗滌產(chǎn)品的禁用有關(guān).DIN升高可能與近年來渤海灣沿岸工業(yè)、城市生活污水排放大量增加有關(guān).

根據(jù)本單位對天津市入海排污口的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知：2005年北塘口、大沽排污河口、海河河口、子牙新河河口和獨(dú)流減河河口的氨氮年入海排放量分別為1，960、905、1，338.8、744.5、25.6噸，COD年入海排放量分別為135、52.7、38.5、35.7、2.64萬噸，活性磷酸鹽年入海排放量分別為389.8、76.6、24.86、105.1、0.756噸，懸浮物年入海排放量分別為14.4、2.35、2.2、1.03、0.542萬噸，2005年天津市5個主要入海排污口的主要污染物排海量為285.6萬噸.據(jù)歷史資料統(tǒng)計(jì)［16-17］：2009年［16］通過天津市主要排污口排放入海的污水總量約為17.9億噸，其中，氨氮約0.437萬噸；2011年［17］天津市境內(nèi)83個入河排污口排放量為9.36億立方米［17］，其中薊運(yùn)河為5，781.4萬立方米，永定新河為2，532.22萬立方米.從2005、2009和2011年的排污量變化上看，近年來天津市的污水排放量呈增加趨勢，大量的污水為渤海灣天津近岸海域帶來了大量的營養(yǎng)鹽.

表1 2004—2012年渤海灣枯水期和豐水期營養(yǎng)鹽變化Tab. 1 Nutrient changes in the dry season and wet season from 2004 to 2012 in Bohai Bay

2.1.2 營養(yǎng)鹽分布差異

近年渤海灣天津近岸海域的營養(yǎng)鹽監(jiān)測主要分為5個斷面，從北到南依次是漢沽斷面、北塘斷面、塘沽斷面、大港斷面和岐口斷面.圖2分析了各個斷面的營養(yǎng)鹽分布情況.

圖2 各個斷面營養(yǎng)鹽平均含量Fig. 2 Nutrients' sectional distribution in the coastal waters of Bohai Bay

圖2結(jié)果表明：DIN在各個斷面的分布情況為HG＞BT＞TG＞DG＞QK，DIP在各個斷面的分布情況為BT＞HG＞TG＞QK＞DG，SiO3-Si在各個斷面的分布情況為BT＞HG＞DG＞QK＞TG.綜合來看，北塘和漢沽斷面的營養(yǎng)鹽含量較高.分析可能原因是由于漢沽存在增養(yǎng)殖區(qū)，貝類、魚類的養(yǎng)殖造成北塘和漢沽周圍海域的營養(yǎng)鹽含量升高.歷史資料顯示［18］，1990年8—9月天津塘沽至河北黃驊沿海發(fā)生大規(guī)模赤潮的一個重要成因是由大量蝦池排放水造成的.另外，在北塘和漢沽存在潮白新河、薊運(yùn)河和永定新河3條主要的入海河流（圖3），根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)（本研究單位“入海江河污染物調(diào)查”），2012年此3條河流中氨氮最高達(dá)7.99，mg/L，總氮最高達(dá)2.33，mg/L，總磷最高達(dá)5.35，mg/L.

圖3 天津近岸主要入海河流Fig. 3 The major rivers into coastal waters in Tianjin

表1分析了近年渤海灣枯水期和豐水期營養(yǎng)鹽的變化，結(jié)果表明，枯水期的DIN、DIP和SiO3-Si的平均含量均明顯低于豐水期，因?yàn)樘旖驅(qū)儆跍貛Ъ撅L(fēng)氣候，8月份的降水量要明顯高于5月份，這也充分說明渤海灣天津近岸海域的營養(yǎng)鹽輸入與徑流量呈正相關(guān)，因?yàn)樵谪S水期，大量降水導(dǎo)致許多河口排洪放閘，大量營養(yǎng)物質(zhì)的輸入導(dǎo)致豐水期營養(yǎng)鹽含量急劇升高，此結(jié)論與歷史研究結(jié)果相符［7］.

2.1.3 無機(jī)氮結(jié)構(gòu)特征

在氮循環(huán)中，有機(jī)氮→NH4-N→NO2-N→NO3-N，當(dāng)達(dá)到熱力學(xué)平衡時，N最終轉(zhuǎn)化為NO3-N.表2分析了近10年來NO2-N、NO3-N和NH4-N分別占DIN的比例，其中，NO3-N是無機(jī)氮的主要存在形式，NO3-N/DIN比值在40.4%～81.5%范圍，平均值為68.00%，這一結(jié)果與以前的研究結(jié)果相符［15］.與1982—1998年的平均比例相比［4］，NO2-N在無機(jī)氮中所占的比例有所升高，增加了1.17倍；NO3-N所占比例無明顯變化，僅增加了2.51%；NH4-N所占比例則明顯下降，下降了41.9%.亞硝酸鹽比例的增加，反映了陸源徑流對無機(jī)氮含量的影響，同時也說明目前農(nóng)業(yè)化肥使用主要是以氮肥為主，過量的氮肥隨著農(nóng)田排灌或雨水沖刷而大量流失［4］.NH4-N比例的下降，則說明NH4-N已被大部分轉(zhuǎn)化為NO3-N，三態(tài)無機(jī)氮之間基本處于熱力學(xué)平衡狀態(tài).

表2 2004—2012年渤海灣無機(jī)氮的結(jié)構(gòu)特征Tab. 2 Inorganic nitrogen structural features of Bohai Bay from 2004 to 2012

2.1.4 營養(yǎng)鹽比例變化

氮元素和磷元素是浮游植物細(xì)胞原生質(zhì)的重要組成部分，浮游植物對其的吸收通常是按照一定比例進(jìn)行的，偏高或偏低都會對浮游植物的生長起到一定的限制作用［19-20］.研究表明，適合硅藻生長的n（C）∶n（Si）∶n（N）∶n（P）比例為106∶16∶16∶1［21］，浮游植物的細(xì)胞大小和群落組成也會受到營養(yǎng)鹽比例的影響［22-23］.近年來渤海灣海水中的N/P比值（n（N）/n（P））、Si/N比值（n（Si）/n（N））和Si/P比值（n（Si）/n（P））見圖4（該結(jié)果為根據(jù)5月份與8月份平均值計(jì)算得到）.

N/P比值在25.6～131，平均值為78.6；Si/N比值在0.38～0.62，平均值為0.49；Si/P比值在22～74，平均值為49.3個比值基本呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，其中，Si/N比值和Si/P比值均在2008年達(dá)到最高值，N/P比值在2009年達(dá)到最高值，這一監(jiān)測結(jié)果與渤海灣營養(yǎng)鹽的年平均含量結(jié)果相符.

與適合硅藻生長的C∶Si∶N∶P比例相比［19］，N/P比值升高，且已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出適合浮游植物生長的Redfield比值（16∶1）；從Si/P比值來看，由于活性磷酸鹽的含量相對較低，導(dǎo)致Si/P的比值在近幾年均大于16∶1，Si/N比值小于1，因此，近年來渤海灣的無機(jī)氮含量升高，無機(jī)磷含量降低，浮游植物生長繁殖的主要限制因子為活性磷酸鹽，這與以前的研究結(jié)果相符［3］.而從Si/N的比值來看，營養(yǎng)鹽硅也受到輕微限制，這與“雖然目前硅藻在渤海的浮游植物群落中仍然處于優(yōu)勢地位，但甲藻也在逐漸興起”的結(jié)論相符［24］.

比較渤海灣歷年來的營養(yǎng)鹽比例變化［4］，1982年N/P比值為1.3，Si/N比值為25.5，Si/P比值為34.4；1992年N/P比值為19.6，Si/N比值為2.1，Si/P比值為41.0；1998年N/P比值為24.8，Si/N比值為2.7，Si/P比值為56.2；近年渤海灣N/P比值升高，該海域已由原來的高磷低氮轉(zhuǎn)換為低磷高氮的狀態(tài)，分析原因，一是可能與含磷洗滌用品的禁用有關(guān)，二是可能與天津近岸工業(yè)、城市生活污水排放大量增加有關(guān)，具體原因還有待進(jìn)一步深入研究.

圖4 2004—2012年渤海灣營養(yǎng)鹽比值變化Fig. 4Nutrient ratio changes of Bohai Bay from 2004to 2012

2.2 富營養(yǎng)化分析

在一定條件下，海水中的氮、磷等營養(yǎng)鹽的供給和消耗會達(dá)到一個動態(tài)平衡，而當(dāng)營養(yǎng)鹽的供給大于消耗時，海水就會出現(xiàn)富營養(yǎng)化［4］.目前，國內(nèi)外對富營養(yǎng)化的評價標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，有的學(xué)者從DO、BOD和葉綠素角度去分析海區(qū)的富營養(yǎng)化狀況［25-29］，還有學(xué)者主要從COD和富營養(yǎng)化指數(shù)進(jìn)行分析［2］.綜合各方面考慮，本文引用目前國內(nèi)比較常用的一種方法進(jìn)行富營養(yǎng)化評價，該方法根據(jù)歐盟OSPAR的“綜合指數(shù)法”［30-31］中的營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法（NQI指數(shù)法）［32-35］進(jìn)行了富營養(yǎng)化評價，計(jì)算公式為

式中：COD、ρ（DIN）、ρ（PO4-Ps）、ρ（chl-a）代表實(shí)測值；COD′、ρ′（DIN）、ρ′（PO4-Ps）、ρ′（chl-a）分別為各自的營養(yǎng)狀況分析標(biāo)準(zhǔn)，COD′=3.0，mg/L，ρ′（DIN）= 0.3，mg/L，ρ′（PO4-Ps）=0.03，mg/L，ρ′（chl-a）= 5，mg/m3.NQI＞3時為富營養(yǎng)化狀態(tài)，2＜NQI＜3時為中等營養(yǎng)狀態(tài)，NQI＜2時為貧營養(yǎng)狀態(tài).

近年渤海灣的NQI指數(shù)變化見圖5.2008—2012年渤海灣近岸海域NQI指數(shù)變化范圍為3.24～4.28，平均值為3.71，全部處于富營養(yǎng)化狀態(tài).其中，以2012年NQI指數(shù)最高，富營養(yǎng)化程度最高，這一研究結(jié)果與“渤海沿岸區(qū)域經(jīng)常處于富營養(yǎng)化狀態(tài)”的結(jié)論相符［36］.

圖5 2008—2012年渤海灣富營養(yǎng)化指數(shù)變化Fig. 5 Eutrophication index changes in Bohai Bay from 2008 to 2012

3 結(jié) 論

（1）近年來，渤海灣近岸海域海水中DIN和活性硅酸鹽含量升高，DIP含量有所降低，與1978—1980年相比，DIN增加了1.18倍，DIP降低了62.1%，N/P比值比1982—1998年明顯升高，且已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出適合浮游植物生長的Redfield比值（16∶1）.

（2）近年來，渤海灣近岸海域海水中的DIN在各個斷面的分布情況為HG＞BT＞TG＞DG＞QK，DIP在各個斷面的分布情況為BT＞HG＞TG＞QK＞DG，SiO3-Si在各個斷面的分布情況為BT＞HG＞DG＞QK＞TG；其中，北塘和漢沽斷面的營養(yǎng)鹽含量較高，分析主要原因是由于漢沽存在增養(yǎng)殖區(qū)，再加上在北塘和漢沽存在潮白新河、薊運(yùn)河和永定新河3條主要的入海河流所致.

（3）時間分布表明，枯水期的DIN、DIP和SiO3-Si含量均明顯低于豐水期，這也充分說明渤海灣天津近岸海域的營養(yǎng)鹽輸入與徑流量呈正相關(guān).

（4）NO3-N是無機(jī)氮的主要存在形式，NO3-N/DIN比值變化范圍為40.4%～81.5%，平均值為68.00%，三態(tài)無機(jī)氮之間基本處于熱力學(xué)平衡狀態(tài).

（5）近年來渤海灣無機(jī)氮含量升高，無機(jī)磷含量降低，活性硅酸鹽含量基本無變化，浮游植物生長繁殖的主要限制因子為活性磷酸鹽；分析原因，可能與含磷洗滌用品的禁用有關(guān)，也可能與天津近岸工業(yè)、城市生活污水排放大量增加有關(guān)，具體原因有待進(jìn)一步深入研究.

（6）運(yùn)用NQI指數(shù)法進(jìn)行富營養(yǎng)化評價結(jié)果表明，2008—2012年渤海灣近岸海域NQI指數(shù)變化范圍為3.24～4.28，平均值為3.71，全部處于富營養(yǎng)化狀態(tài).其中，以2012年的NQI指數(shù)最高，富營養(yǎng)化程度最高.

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責(zé)任編輯：常濤

Nutrient Variation and Eutrophication Assessment of Bohai Bay in Tianjin

YIN Cuiling，ZHANG Qiufeng，KAN Wenjing，ZHANG Yanan
（Tianjin Oceanic Environmental Monitoring Central Station，SOA，Tianjin 300450，China）

Variation characteristics of nutrients and eutrophication overview of Bohai Bay in Tianjin were analyzed in accordance with the results of the continuous monitoring carried out from 2004 to 2012 in Bohai Bay. The results showed that the DIN content increased while the DIP content decreased in recent years in Bohai Bay.Compared with the data in 1978and 1980，DIN increased 1.18 times and DIP decreased 62.1%.From the spatial distribution point of view，the nutrient contents in the waters of Beitang and Hangu sections were higher than those in other sections.From temporal distribution point of view，the nutrient contents in the wet period were lower than those in the dry season. The structural characteristics of the inorganic nitrogen show that NO3-N makes up 40.4% to 81.5% of the inorganic nitrogen which was basically in a state of thermodynamic equilibrium. As to the N/P，Si/N and Si/P ratios，N/P ratio increased and the waters changed from the status of high phosphorus low nitrogen to low phosphorus and high nitrogen in recent years in Bohai Bay. The results of eutrophication assessment showed that the NQI index range was from 3.24 to 4.28，with an average of 3.71，and all the waters were in the state of eutrophication from 2008 to 2012 in Bohai Bay.

Bohai Bay；nutrient；change characteristics；eutrophication

P734.4+4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-6510（2015）01-0056-06

10.13364/j.issn.1672-6510.20140061

渤海灣為封閉的內(nèi)灣，是薊運(yùn)河、潮白新河、永定新河、海河、獨(dú)流減河、子牙新河和捷地減河等河流的入海處，灣內(nèi)餌料豐富，在渤海漁業(yè)中占有極其重要的地位.天津市土地總面積為11，916.85，km2，所轄海域面積約3，000，km2，海岸線長153.669，km，潮間帶面積370.32，km2［1］.天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，僅2011年國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）就達(dá)到11，190.99億元，但隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，渤海灣的生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重破壞，海水富營養(yǎng)化嚴(yán)重，赤潮頻發(fā)，尤其是營養(yǎng)鹽的污染日趨嚴(yán)重.

目前，關(guān)于渤海灣營養(yǎng)鹽及富營養(yǎng)化狀況已有研究［2-15］.研究結(jié)果表明，渤海灣天津近岸海域水體中的氮污染比較嚴(yán)重，磷為渤海灣浮游植物生長的限制因子［14-15］，海水呈現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)［11，13］.但以前的研究往往僅局限于1～3年的調(diào)查結(jié)果，不能很好地評價渤海灣營養(yǎng)鹽的長期變化趨勢以及富營養(yǎng)化的增長狀況.本文根據(jù)2004—2012年的監(jiān)測資料，闡述了渤海灣無機(jī)氮、活性磷酸鹽和硅酸鹽等的變化特征，分析了目前渤海灣的富營養(yǎng)化概況，以期為今后天津市的赤潮防災(zāi)減災(zāi)工作提供參考.

2014-04-17；

2014-09-18

國家海洋局北海分局科技處項(xiàng)目（2013B14）

尹翠玲（1980—），女，山東平度人，工程師，yiyi18913@163.com.