2013年春夏季萊州灣海水環(huán)境要素特征和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)估

徐艷東，魏 瀟，李佳蕙，吳興偉，馬元慶，孫 偉

1.山東省海洋資源與環(huán)境研究院，山東省海洋生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 煙臺(tái) 264006 2.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 青島 266100

2013年春夏季萊州灣海水環(huán)境要素特征和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)估

徐艷東1,2，魏 瀟1，李佳蕙1，吳興偉1，馬元慶1，孫 偉1

1.山東省海洋資源與環(huán)境研究院，山東省海洋生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 煙臺(tái) 264006 2.中國(guó)海洋大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 青島 266100

根據(jù)2013年5(春季)、8月(夏季)萊州灣海水環(huán)境要素的調(diào)查資料，采用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)、潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式和灰色聚類分析方法研究環(huán)境要素特征和評(píng)估海水富營(yíng)養(yǎng)化狀況。結(jié)果表明，無(wú)機(jī)氮是萊州灣水質(zhì)的主要污染要素，春夏季的N/P平均值分別為100.76、117.84，潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式結(jié)果表明，春夏季各站位的營(yíng)養(yǎng)級(jí)均只包括ⅣP、ⅥP兩類，磷限制為萊州灣的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征；富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，春季和夏季E>1站位比例分別為65%、20%；灰色聚類分析結(jié)果表明，春季Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)的站位比例分別為95%、5%，夏季Ⅱ、Ⅲ級(jí)的站位比例分別為70%、25%，Ⅱ級(jí)中的部分站位具有較大潛在富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。

富營(yíng)養(yǎng)化；環(huán)境要素；灰色聚類分析；氮磷比；萊州灣

萊州灣位于山東半島西北部、渤海南部，是渤海的三大海灣之一，是中國(guó)典型的半封閉性陸架海灣，灣內(nèi)水深較淺，周邊分布有黃河、小清河、膠萊河等10余條河流，是黃渤海漁業(yè)生物的主要產(chǎn)卵場(chǎng)、棲息地和多種漁業(yè)的傳統(tǒng)漁場(chǎng)[1-2]。但隨著周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，萊州灣生態(tài)環(huán)境遭到破壞，海水氮磷比失衡現(xiàn)象較為明顯，赤潮時(shí)有發(fā)生[3]。目前，關(guān)于萊州灣富營(yíng)養(yǎng)化狀況已有不少報(bào)道[4-9]，但主要局限于2010年之前的調(diào)查研究，對(duì)近年來(lái)萊州灣海水環(huán)境要素的系統(tǒng)調(diào)查和基于潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式和灰色聚類分析富營(yíng)養(yǎng)化的研究未見(jiàn)報(bào)道。本文以萊州灣2013年春夏季2個(gè)航次海水中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽及相關(guān)環(huán)境要素的調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)、潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式、灰色聚類分析方法研究環(huán)境要素特征和評(píng)估海水富營(yíng)養(yǎng)化狀況，為掌握該海域海水富營(yíng)養(yǎng)化形成機(jī)理和控制營(yíng)養(yǎng)鹽的總量、指導(dǎo)海水營(yíng)養(yǎng)鹽監(jiān)測(cè)方案優(yōu)化和指標(biāo)篩選提供技術(shù)支撐，對(duì)保護(hù)及修復(fù)脆弱的萊州灣海洋生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

1 材料和方法

1.1 采樣站位、樣品采集和分析方法

山東省海洋資源與環(huán)境研究院在萊州灣布設(shè)20個(gè)站位，2013年萊州灣水質(zhì)采樣站位見(jiàn)圖1。

圖1 2013年萊州灣水質(zhì)采樣站位

2013年5月(春季)、8月(夏季)開(kāi)展了兩個(gè)航次的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，指標(biāo)主要為溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、硝酸鹽氮(NO3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、氨氮(NH3-N)、活性磷酸鹽(PO4-P)、葉綠素a(Chl-a)等。Chl-a只采集表層水樣，其他指標(biāo)在采樣水深大于10 m時(shí)采集表、底層水樣。樣品采集、貯存和運(yùn)輸按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第3部分：樣品采集、貯存和運(yùn)輸[10]的方法進(jìn)行。海水分析樣品的制備、消化和分析均按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB 17378.4—2007)第4部分海水分析[11]的方法進(jìn)行。采樣過(guò)程中同時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)空白樣和

現(xiàn)場(chǎng)平行樣，實(shí)驗(yàn)室分析采用平行樣、加標(biāo)回收樣、質(zhì)控樣分析等進(jìn)行質(zhì)量控制，以保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。

1.2 數(shù)據(jù)分析和評(píng)價(jià)方法

1.2.1 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL、SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和顯著性分析。取表、底層樣品的平均濃度代表該站位的實(shí)測(cè)濃度。各營(yíng)養(yǎng)鹽濃度季節(jié)間均值差異的顯著性檢驗(yàn)采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)方法，P<0.05表示差異顯著[12]。富營(yíng)養(yǎng)化空間分布圖的繪制采用Surfer 8.0軟件。

1.2.2 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)是目前國(guó)內(nèi)最常用的一種富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法，其計(jì)算公式[13]為：

(1)

式中：E為富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)，CCOD、CDIN、CDIP分別為COD、無(wú)機(jī)氮(DIN)、無(wú)機(jī)磷(DIP)的濃度，單位均為mg/L，其中DIP采用PO4-P計(jì)算。當(dāng)E≥1時(shí)，表明水體呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化，E值越大，富營(yíng)養(yǎng)化程度越嚴(yán)重。

1.2.3 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式

REDFIELD[14]研究表明，浮游植物吸收氮磷摩爾比通常為16∶1(即Redfield值)，浮游植物一般都按Redfield值來(lái)攝取營(yíng)養(yǎng)鹽，必然導(dǎo)致有一部分氮(對(duì)磷限制水體而言)或磷(對(duì)氮限制水體而言)相對(duì)過(guò)剩。郭衛(wèi)東等[15]認(rèn)為水體只有得到適量的氮(對(duì)磷限制水體而言)或磷(對(duì)氮限制水體而言)的補(bǔ)充，讓氮磷比(N/P)的值接近Redfield值，才能使這部分氮或磷對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的貢獻(xiàn)體現(xiàn)出來(lái)，這種現(xiàn)象被稱為潛在性富營(yíng)養(yǎng)化。郭衛(wèi)東等以此概念為基礎(chǔ)，提出了潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式，具體劃分原則和富營(yíng)養(yǎng)化分級(jí)見(jiàn)表1。

表1 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式營(yíng)養(yǎng)級(jí)的劃分原則

注：“—”表示該營(yíng)養(yǎng)級(jí)的判定不受該指標(biāo)限制。

1.2.4 灰色聚類分析

灰色聚類分析應(yīng)用灰色系統(tǒng)理論的思想和方法，根據(jù)關(guān)聯(lián)矩陣或灰數(shù)的白化權(quán)函數(shù)將一些調(diào)查指標(biāo)或監(jiān)測(cè)對(duì)象聚集成若干個(gè)可定義的類別，既能反映系統(tǒng)的灰色性，又能體現(xiàn)各指標(biāo)的綜合作用[16]，可較客觀呈現(xiàn)海水富營(yíng)養(yǎng)化狀況，已被運(yùn)用到水體富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)價(jià)中[17-22]。本文選取DO、COD、Chl-a、DIN、PO4-P 5個(gè)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)海水富營(yíng)養(yǎng)化的聚類指標(biāo)，采用均值法對(duì)這5個(gè)指標(biāo)實(shí)測(cè)值和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的灰類值進(jìn)行數(shù)據(jù)的無(wú)量綱處理，白化函數(shù)、聚類權(quán)和聚類系數(shù)的確定及構(gòu)造聚類向量判定各聚類對(duì)象等級(jí)的方法和公式，參見(jiàn)文獻(xiàn)[22]。5個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和富營(yíng)養(yǎng)化的等級(jí)劃分主要參照《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)[23]和已有研究中對(duì)膠州灣富營(yíng)養(yǎng)化程度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及方法[17，22]，灰色聚類分析的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)如表2所示。最后依據(jù)最大隸屬度原則，即調(diào)查站位的富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)為其最大聚類系數(shù)所對(duì)應(yīng)的灰類。

表2 灰色聚類分析的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和等級(jí)

2 結(jié)果和討論

2.1 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)計(jì)算結(jié)果與分析

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)計(jì)算結(jié)果和空間分布狀況(圖2)分析表明，該海域E值區(qū)間為0.18～3.10，平均值為1.13。春季E值范圍為0.43～3.00，有13個(gè)站位(占65%)E>1，主要分布于萊州灣西側(cè)和南側(cè)海域，其中最大值出現(xiàn)在萊州灣西南側(cè)的P18站位；夏季E值區(qū)間為0.18～3.10，4個(gè)站位(占20%)的E>1，主要位于萊州灣西北側(cè)海域，其中最大值出現(xiàn)在黃河口外側(cè)的P2站位；春夏季對(duì)比結(jié)果表明，春季富營(yíng)養(yǎng)化的范圍大于夏季。

圖2 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的空間分布

根據(jù)式(1)可知，E值的大小受COD、DIN、PO4-P濃度高低的影響。調(diào)查結(jié)果表明，COD春季的濃度范圍為1.59～1.98 mg/L，平均值為1.72 mg/L；夏季的濃度范圍為0.770～1.77 mg/L，平均值為1.30 mg/L；DIN春季的濃度范圍為0.220～0.612 mg/L，平均值為0.404 mg/L；夏季的濃度范圍為0.207～0.624 mg/L，平均值為0.360 mg/L。PO4-P春季濃度范圍為0.005 02～0.012 4 mg/L，平均值為0.008 96 mg/L；夏季的濃度范圍為0.003 77～0.014 6 mg/L，平均值為0.007 35 mg/L。與標(biāo)準(zhǔn)GB 3097—1997[23]對(duì)比結(jié)果表明，PO4-P、COD春夏季各站位均符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。DIN春季劣于二類的站位比例達(dá)四分之三, 一半站位為四類和劣四類(符合二、三、四類及劣四類的站位比例分別為25%、25%、20%、30%)；夏季劣于二類的站位比例也達(dá)七成, 三成站位達(dá)四類、劣四類(符合二、三、四類及劣四類標(biāo)準(zhǔn)的站位比例分別為30%、40%、20%、10%)?？梢?jiàn)，DIN是調(diào)查海域的主要污染要素。春季劣四類區(qū)域分布在萊州灣西南部和黃河口鄰近海域，夏季分布在黃河口鄰近海域。60%的站位PO4-P濃度春季高于夏季，75%的站位DIN濃度春季略高于夏季，95%的站位COD濃度春季高于夏季。配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果表明，PO4-P、COD濃度春季和夏季存在顯著差異，而DIN春季和夏季不存在顯著差異。究其原因，一方面是夏季水溫較春季高，浮游植物生長(zhǎng)旺盛，氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被大量消耗[24]。調(diào)查結(jié)果顯示，春季和夏季Chl-a的平均濃度分別為1.31、4.37 mg/m3；另外，可能與降雨有關(guān)，2013年山東省平均降雨量5月(104.3 mm)較歷年同期偏多122.9%[25]，而8月(80.1 mm)則較歷年同期偏少47.6%[26]。此外，大氣的氮沉降也是海洋中氮的重要來(lái)源[27]。

2.2 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式計(jì)算結(jié)果與分析

潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式計(jì)算結(jié)果和富營(yíng)養(yǎng)化程度分布狀況(圖3)分析表明，春季和夏季各站位的營(yíng)養(yǎng)級(jí)均只包括磷限制中度營(yíng)養(yǎng)(ⅣP)、磷限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)(ⅥP)兩類，未出現(xiàn)其他7類營(yíng)養(yǎng)級(jí)別，這說(shuō)明磷限制為萊州灣營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的主要特征。其中，夏季磷限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)站位的比例略高于春季。春季的ⅣP、ⅥP站位比例分別為30%、70%，夏季的ⅣP、ⅥP站位比例分別為25%、75%。從分布上看，春夏季磷限制區(qū)域主要位于灣中部和東部。

圖3 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式結(jié)果站位分布圖

潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式主要包括DIN、PO4-P濃度和N/P。調(diào)查結(jié)果表明，該海域春季的N/P的范圍為48.36～150.39，平均值為100.76，夏季N/P的范圍為48.05～205.26，平均值為117.84，兩個(gè)季節(jié)N/P的最小值均遠(yuǎn)大于Redfield值，其中N/P>100的站位比例分別為50%(春)和65%(夏)，因此該海域的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)為磷限制，夏季氮磷比失衡狀況比春季嚴(yán)重，各站位的N/P均大于30，依據(jù)潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式的營(yíng)養(yǎng)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，均呈現(xiàn)為磷限制，這時(shí)其等級(jí)只與DIN濃度和N/P有關(guān)。出現(xiàn)磷限制現(xiàn)象的主要原因，可能是化肥用量劇增但比例不當(dāng)，地表水把未被利用的過(guò)量氮肥匯入河水，而磷酸鹽從河流徑流的補(bǔ)充有限，致使入海徑流氮磷比很高[15]，高氮磷比河水的注入必然會(huì)使河口及其鄰近海域水體中N/P升高。另外，也與大氣氮沉降[27]和水交換周期長(zhǎng)有關(guān)。氮濃度過(guò)高和氮磷比失衡會(huì)引起浮游植物種群結(jié)構(gòu)的改變或富營(yíng)養(yǎng)化，甚至引發(fā)赤潮[28]。萊州灣2001年的浮游植物多樣性物種組成和多樣性指數(shù)較1989年均發(fā)生了很大變化[4]，1990—2010年期間，該海域共發(fā)生赤潮11次[3]。因此，應(yīng)加強(qiáng)富營(yíng)養(yǎng)化海域監(jiān)測(cè)，特別關(guān)注營(yíng)養(yǎng)鹽失衡嚴(yán)重區(qū)域，采取措施減少氮的排放并加大氮移除力度，改善營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)，避免富營(yíng)養(yǎng)化和營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)失衡程度的加劇。

2.3 灰色聚類分析計(jì)算結(jié)果與分析

基于灰色聚類的評(píng)價(jià)結(jié)果(表3)和富營(yíng)養(yǎng)化程度分布狀況(圖4)表明，春季有1個(gè)站位(P17，位于小清河口鄰近海域)Ⅲ級(jí)灰類的聚類系數(shù)最大，聚類結(jié)果為Ⅲ級(jí)，表明這個(gè)區(qū)域水體污染較重，為富營(yíng)養(yǎng)水平。其余19個(gè)站位Ⅱ級(jí)灰類的聚類系數(shù)最大，聚類結(jié)果為Ⅱ級(jí)，表明這些區(qū)域水體受到一定的污染，為中度富營(yíng)養(yǎng)水平，其中P2、P12、P18、P19 4個(gè)站位雖處于中度富營(yíng)養(yǎng)水平，但這些站位的Ⅲ級(jí)灰類的聚類系數(shù)卻較大，均大于0.400，與Ⅱ級(jí)的灰類的聚類系數(shù)相差很小，表明這些區(qū)域具有潛在的富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加以關(guān)注。夏季有5個(gè)站位(P1、P2、P12、P16、P20，主要位于黃河口和小清河口鄰近海域及萊州灣東南部)Ⅲ級(jí)灰類的聚類系數(shù)最大，聚類結(jié)果為Ⅲ級(jí)，表明這個(gè)區(qū)域水體污染較重，為富營(yíng)養(yǎng)水平；1個(gè)站位(P9)Ⅰ級(jí)灰類的聚類系數(shù)最大，聚類結(jié)果為Ⅰ級(jí)，表明這個(gè)區(qū)域海水質(zhì)量較好，為貧營(yíng)養(yǎng)水平；其余14個(gè)站位Ⅱ級(jí)灰類的聚類系數(shù)最大，聚類結(jié)果為Ⅱ級(jí)，表明這些區(qū)域水體受到一定的污染，為中度富營(yíng)養(yǎng)水平，其中P4、P13、P18 3個(gè)站位雖處于中度富營(yíng)養(yǎng)水平，但這些站位的Ⅲ級(jí)灰類的聚類系數(shù)也較大，均大于0.300，與Ⅱ級(jí)的灰類的聚類系數(shù)相差較小，表明這些區(qū)域具有潛在的富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加以關(guān)注。

表3 灰色聚類和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

圖4 灰色聚類分析結(jié)果站位分布圖

灰色聚類分析選取了DO、COD、Chl-a、DIN、PO4-P作為評(píng)價(jià)富營(yíng)養(yǎng)化的聚類指標(biāo)，聚類結(jié)果受這5個(gè)指標(biāo)影響。調(diào)查結(jié)果表明，DO春季的濃度范圍為8.88～10.16 mg/L，平均值為9.16 mg/L；夏季的濃度范圍為5.20～7.41 mg/L，平均值為6.54 mg/L。Chl-a春季的濃度范圍為0.764～2.13 mg/m3，平均值為1.31 mg/m3；夏季的濃度范圍為0.460～9.11 mg/m3，平均值為4.37 mg/m3。所有站位的DO春季均高于夏季，85%的站位Chl-a春季低于夏季，配對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果表明，DO、Chl-a濃度春季和夏季存在顯著差異。這主要是由于夏季水溫較春季高，浮游植物生長(zhǎng)旺盛有關(guān)。5個(gè)指標(biāo)與灰色聚類分析的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比結(jié)果表明，各站位PO4-P濃度均低于Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，因此其聚類權(quán)重較低；DO、COD的監(jiān)測(cè)值低于Ⅰ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)或介于Ⅰ～Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)，其聚類權(quán)重次之；Chl-a、DIN的監(jiān)測(cè)數(shù)值較大且變動(dòng)范圍大，故其聚類權(quán)重高，是影響聚類結(jié)果的主要指標(biāo)。由于DIN春夏季濃度不存在顯著差異，大部分站位的Chl-a濃度夏季高于春季，因此夏季富營(yíng)養(yǎng)級(jí)站位數(shù)多于春季。

2.4 計(jì)算結(jié)果比較與討論

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)和灰色聚類分析結(jié)果相同之處是均篩選出春季萊州灣西南側(cè)呈富營(yíng)養(yǎng)化、夏季西北側(cè)的黃河口富營(yíng)養(yǎng)化。但依據(jù)海洋富營(yíng)養(yǎng)化是海水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)度增加并導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)質(zhì)增多、低氧區(qū)形成、藻華暴發(fā)一些異常改變的過(guò)程[29]這一定義，富營(yíng)養(yǎng)化應(yīng)包括營(yíng)養(yǎng)鹽的增加且還應(yīng)包括生態(tài)系統(tǒng)的異常改變，因此其評(píng)價(jià)應(yīng)包括相關(guān)的生態(tài)指標(biāo)。但富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)公式不含有生態(tài)指標(biāo)，且當(dāng)COD、PO4-P、DIN中某一指標(biāo)很高或很低時(shí)，會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的偏高或偏低，會(huì)掩蓋其他指標(biāo)的影響，由于萊州灣具有DIN濃度高的特點(diǎn)，故萊州灣的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)計(jì)算結(jié)果會(huì)夸大氮營(yíng)養(yǎng)鹽的作用[18,23]?；翌惥垲惙治鐾ㄟ^(guò)白化數(shù)據(jù)的灰化處理，克服了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)邊界過(guò)于明確對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，既可較好體現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化程度的灰色性和調(diào)查數(shù)據(jù)的不確定性，又可反映單個(gè)指標(biāo)或多個(gè)指標(biāo)對(duì)于污染的貢獻(xiàn)，并可通過(guò)各個(gè)指標(biāo)的聚類系數(shù)反映局部差異，能夠較客觀合理的對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)[18-23]，本研究中基于灰色聚類計(jì)算的富營(yíng)養(yǎng)化結(jié)果不僅確定了富營(yíng)養(yǎng)化站位，還篩選出存在較大潛在富營(yíng)養(yǎng)風(fēng)險(xiǎn)的站位，并且灰色聚類分析較富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)增加了可體現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化的水中氧濃度水平的DO和生態(tài)指標(biāo)Chl-a等參與評(píng)價(jià)，因此灰色聚類分析較富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)得出的結(jié)論更客觀。但這兩種方法均未考慮氮磷比，可能會(huì)忽略氮或磷限制表現(xiàn)出富營(yíng)養(yǎng)化的潛在性，應(yīng)結(jié)合營(yíng)養(yǎng)鹽的氮磷比結(jié)構(gòu)來(lái)確定富營(yíng)養(yǎng)化水平更合理。

潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式考慮了氮磷比，但也和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)一樣缺少體現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)出現(xiàn)時(shí)底層缺氧、浮游植物大量繁殖等現(xiàn)象的指標(biāo)，并且對(duì)萊州灣海域的評(píng)價(jià)結(jié)果為磷限制中度營(yíng)養(yǎng)(ⅣP)和磷限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)(ⅥP)，結(jié)果均屬磷限制類，結(jié)論較粗，不符合海洋管理精細(xì)化的要求，由于萊州灣海域氮高磷低的特性，其評(píng)價(jià)結(jié)果可作為灰色聚類分析的補(bǔ)充。

以上說(shuō)明3種方法各有優(yōu)劣，當(dāng)前富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)估應(yīng)綜合運(yùn)用這些方法，從不同需求獲取有價(jià)值的信息應(yīng)用到海洋管理中。下一步需要研究提出一種計(jì)算結(jié)果更科學(xué)、結(jié)論更便于理解和應(yīng)用的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)估模型，以滿足日常海洋調(diào)查和監(jiān)測(cè)的需要。

3 結(jié)論

1) 春夏季PO4-P、COD各站位均符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，DIN春夏季劣四類的站位比例分別為30%、10%，DIN是調(diào)查海域的主要污染要素，劣四類區(qū)域春季分布在萊州灣西南部和黃河口鄰近海域、夏季分布在黃河口鄰近海域。春夏兩季的N/P平均值分別為100.76、117.84，N/P>100的站位比例分別為50%、65%，因此萊州灣的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)為磷限制，夏季氮磷比失衡狀況較春季更為嚴(yán)重。

2) 春夏季富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的平均值為1.13，春夏季E>1站位比例分別為65%、20%，E>1區(qū)域春季主要分布在萊州灣西側(cè)和南側(cè)、夏季主要分布在萊州灣西北側(cè)海域，春季富營(yíng)養(yǎng)化的范圍大于夏季?；疑垲惙治鼋Y(jié)果表明，春季Ⅱ、Ⅲ級(jí)的站位比例分別為95%、5%，夏季Ⅱ、Ⅲ級(jí)的站位比例分別為70%、25%，Ⅱ級(jí)中的部分站位Ⅲ級(jí)灰類的聚類系數(shù)較大，具有較大潛在富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。富營(yíng)養(yǎng)級(jí)(Ⅲ級(jí))和潛在富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域春季主要位于萊州灣西部、夏季主要位于萊州灣西北部和萊州灣南部，夏季富營(yíng)養(yǎng)化范圍大于春季。潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式結(jié)果表明，春夏季各站位的營(yíng)養(yǎng)級(jí)均只包括ⅣP、ⅥP兩類，春夏季磷限制區(qū)域主要位于萊州灣中部和東部。

3) 灰色聚類分析較富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)得出的結(jié)論更客觀，潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式的結(jié)果可作為灰色聚類分析的補(bǔ)充，需綜合運(yùn)用這些方法評(píng)估海水富營(yíng)養(yǎng)化，從不同需求獲取有價(jià)值的信息應(yīng)用到海洋管理中。應(yīng)加強(qiáng)富營(yíng)養(yǎng)化海域監(jiān)測(cè)，特別關(guān)注營(yíng)養(yǎng)鹽失衡嚴(yán)重區(qū)域。

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Characteristics of Environment Parameters and Eutrophication Assessment of Seawater in Laizhou Bay in Spring and Summer, 2013

XU Yandong1, 2，WEI Xiao1，LI Jiahui1，WU Xingwei1，MA Yuanqing1，SUN Wei1

1.Shandong Marine Resource and Environment Research Institute, Shandong Provincial Key Laboratory of Restoration for Marine Ecology, Yantai 264006, China 2.College of Environment Science and Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China

Based on field data of environmental parameters of seawater in Laizhou Bay in May (on behalf of spring) and August (on behalf of summer) of 2013, their characteristics were investigated and eutrophication degree of seawater was successively assessed by eutrophication index, potential eutrophication assessment model (PEAM) and grey clustering analysis (GCA). The results revealed that dissolved inorganic nitrogen (DIN) is the principal contamination parameter for water quality of Laizhou Bay. Mean values ofN∶Pratio in spring and summer are 100.76 and 117.84, respectively. By means of potential eutrophication assessment model, we found that there are merely two levels of eutrophication, ⅣPand ⅥP, to which all the sampling sites in spring and summer have attained. Thus, the structure of nutrients is characterized by phosphorus-limitation in Laizhou Bay. As for the eutrophication index,Evalues exceed 1, the guideline, for 65% of all the sampling sites in spring and for 20% of them in summer. The results of grey clustering analysis showed that the proportions of mid-eutrophic (Ⅱ) and eutrophic (Ⅲ) stations are 95% and 5% respectively in spring while are 70% and 25% respectively in summer, and some mid-eutrophic (Ⅱ) ones have comparatively high potential risk of eutrophication.

eutrophication；environment parameters；grey clustering analysis；N/Pratio；Laizhou Bay

2015-05-11;

2015-07-22

國(guó)家海洋公益性行業(yè)專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201105006, 201205001)；山東省科技發(fā)展計(jì)劃(2014GSF117030)

徐艷東(1980-),男,山東蒼山人,在讀博士,副研究員。

X824

A

1002-6002(2016)06- 0063- 07

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.06.10