湛江灣及其附近海域近5年海水中氮、磷變化趨勢(shì)研究

袁旗+許振勇+彭華強(qiáng)+陸建明+黃履才+梁曉軍+莫怡玉+梁巧玲

摘要：根據(jù)2011～2015年湛江灣海水質(zhì)量調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)該海域中的無(wú)機(jī)氮、氨-氮、硝酸鹽-氮、亞硝酸鹽-氮以及活性磷酸鹽的濃度變化進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：活性磷酸鹽呈明顯上升趨勢(shì)，2015年較2011年平均濃度增加了1倍；2015年無(wú)機(jī)氮的年平均濃度比2011年略有增加，增加的主要因素為亞硝酸鹽和氨氮，而硝酸鹽的濃度低于2011年。根據(jù)近5年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，湛江灣海水中無(wú)機(jī)氮年平均濃度最高為2013年，活性磷酸鹽年最高濃度為2015年。N、P的原子比值可以表征水體接收營(yíng)養(yǎng)鹽輸入負(fù)荷的結(jié)構(gòu)特征，2011～2015年間湛江灣海水中N/P比值范圍在4.02～9.88之間。2011年CDIN/CPO4-P的比值范圍為4.19～14.62之間；2012年為2.26～19.46之間；2013年為6.31～31.78之間；2014年為3.15～26.12之間；2015年為2.04～13.17之間；五年間站位1#、11#、12#、13#、14#的N/P比值范圍在11.10～14.24之間，接近浮游生物的生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)，具有赤潮暴發(fā)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)用DIN 和PO4-P 值結(jié)合潛在性富營(yíng)養(yǎng)化分類(lèi)分級(jí)模式對(duì)湛江灣海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)湛江灣海域在時(shí)間上處于氮中等限制潛在富營(yíng)養(yǎng)（ⅤN）。

關(guān)鍵詞：湛江灣；環(huán)境調(diào)查；營(yíng)養(yǎng)鹽；變化趨勢(shì)

中圖分類(lèi)號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2016）24-0041-05

1 引言

湛江灣位于雷州半島北部的湛江市社會(huì)經(jīng)濟(jì)、文化中心，包括湛江人引以自豪的深水良港——湛江港。近年來(lái)，湛江市委、市政府大力實(shí)施“工業(yè)立市、以港興市、生態(tài)建市”戰(zhàn)略，經(jīng)濟(jì)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，城市建設(shè)日新月異，湛江正逐步成為充滿(mǎn)生機(jī)活力的現(xiàn)代化新興港口工業(yè)城市。然而，隨著湛江市海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，人類(lèi)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)引發(fā)的生態(tài)環(huán)境惡化現(xiàn)象越來(lái)越凸現(xiàn)。由于多年來(lái)海域開(kāi)發(fā)利用缺乏系統(tǒng)研究，向海洋排污沒(méi)有實(shí)施科學(xué)管理，導(dǎo)致海域污染日趨嚴(yán)重。

海水中的氮、磷含量是海洋浮游植物生長(zhǎng)繁殖所必須的，它們?cè)诳刂坪Ｑ笾参锏纳L(zhǎng)和海洋初級(jí)生產(chǎn)力等方面起著相當(dāng)重要的作用。而氮、磷的含量分布規(guī)律具有明顯的時(shí)間性和地區(qū)性，直接反映了海區(qū)的生物生命、活動(dòng)規(guī)律和水文條件的綜合影響。因此，根據(jù)近5年的監(jiān)測(cè)資料研究氮、磷間的相互關(guān)系和變化趨勢(shì)，有助于認(rèn)識(shí)湛江灣環(huán)境惡化的機(jī)制并預(yù)測(cè)發(fā)展趨勢(shì)，為湛江灣生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與修復(fù)提供依據(jù)，對(duì)科學(xué)地制定臨港工業(yè)規(guī)劃及控制環(huán)境質(zhì)量是十分必要的。

2 材料與方法

2.1 調(diào)查時(shí)間與站位

2011～2015年，湛江市海洋與漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測(cè)站在湛江灣布設(shè)了14個(gè)調(diào)查站位，并對(duì)其進(jìn)行多次環(huán)境調(diào)查，調(diào)查站位如圖1所示。

2.2 樣品采集與分析方法

調(diào)查水樣的采集、儲(chǔ)存和分析方法均依據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》進(jìn)行，調(diào)查項(xiàng)目主要有無(wú)機(jī)氮（DIN）、氨氮（NH4-N）、硝酸鹽-氮（NO3-N）、亞硝酸鹽-氮（NO2-N）和活性磷酸鹽（PO4-P），其中氨氮、硝酸鹽-氮和亞硝酸鹽-氮均采用氣相分子吸收光譜法測(cè)定，活性磷酸鹽采用磷鉬藍(lán)紫外分光光度法測(cè)定，無(wú)機(jī)氮為氨-氮、硝酸鹽-氮與亞硝酸鹽-氮的總和。

3 結(jié)果與分析

3.1 調(diào)查結(jié)果

根據(jù)各站位（表、底層）調(diào)查監(jiān)測(cè)（3月、5月、8月、10月、11月）的PO4-P和DIN（NH4-N、NO3-N、NO2-N）含量計(jì)算出各年平均濃度如表1和圖2所示。

3.2 營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化趨勢(shì)

由湛江灣近5年來(lái)的調(diào)查監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出2011～2015年湛江灣水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)鹽狀況發(fā)生了明顯的變化，各海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度年際變化趨勢(shì)如表2和圖3、4所示。

3.2.1 活性磷酸鹽

湛江灣海水中活性磷酸鹽2011～2015年平均濃度分別為0.058、0.083、0.059、0.073、0.116（mg/L），雖然2013年略有下降，但總體上仍呈明顯上升趨勢(shì)。其中，湛江灣北部海域磷酸鹽濃度近5年來(lái)上升明顯，2015年該海域的磷酸鹽含量是2011年的6.8倍；湛江灣西部海域的磷酸鹽濃度近5年來(lái)增加了7.5倍；南部海域磷酸鹽含量呈下降趨勢(shì)；東部、南三河出?？诤Ｓ蛄姿猁}濃度基本不變；而大王廟出?？诤Ｓ蛄姿猁}濃度下降了2倍，如圖3所示。

3.2.2 無(wú)機(jī)氮

湛江灣海水中氮2011～2015年平均濃度分別為0.449、0.415、0.627、0.534、0.474 （mg/L）， 2013年達(dá)到最大值后開(kāi)始下降，2015年湛江灣無(wú)機(jī)氮濃度比2011年略高。如圖4所示，湛江灣北部海域無(wú)機(jī)氮濃度近5年來(lái)呈上升趨勢(shì)，2015年該海域的無(wú)機(jī)氮含量是2011年的3.6倍；湛江灣西部海域的無(wú)機(jī)氮濃度近5年來(lái)只有少量升高，2015年濃度是2011年濃度的1.6倍；南部、東部海域無(wú)機(jī)氮含量呈下降趨勢(shì)；南三河出?？诤Ｓ驘o(wú)機(jī)氮濃度增加了1.5倍；而大王廟出?？诤Ｓ驘o(wú)機(jī)氮濃度呈下降趨勢(shì)。

3.3 營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征及富營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)

3.3.1 N/P比值及營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)變化特征

N、P的原子比值可以表征水體接收營(yíng)養(yǎng)鹽輸入負(fù)荷的結(jié)構(gòu)特征，也是影響浮游植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一，N/P（CDIN/CPO4-P）比值通常為16時(shí)較適合浮游植物的生長(zhǎng)繁殖，N/P比值失調(diào)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)具有極大影響。從表3可以看出2011～2015年間湛江灣海水中N/P比值范圍在4.02～9.88之間。湛江灣海域各站位水中DNI、PO4-P平均含量及其比值如表4所示，從時(shí)間尺度上來(lái)看，2011年CDIN/CPO4-P的比值范圍為4.19～14.62之間；2012年為2.26～19.46之間；2013年為6.31～31.78之間；2014年為3.15～26.12之間；2015年為2.04～13.17之間；從空間尺度來(lái)看，各站位五年間CDIN/CPO4-P分別為1#：11.10、2#：5.84、3#：5.08、4#：6.02、5#：5.90、6#：5.81、7#：6.15、8#：7.53、9#：6.06、10#：7.3、11#：13.20、12#：12.23、13#：12.98、14#：14.24，其中站位1#、11#、12#、13#、14#的N/P比值范圍在11.10～14.24之間，接近浮游生物的生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)，具有赤潮暴發(fā)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

3.3.2 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)

雖然N/P 比值可以作為衡量水域富營(yíng)養(yǎng)化程度的主要指標(biāo)，但是浮游植物的生長(zhǎng)繁殖并不完全遵循經(jīng)典的Redfield 比值，并且在N、P 絕對(duì)濃度較為充足時(shí)，N/P 比對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)可能具有顯著影響。根據(jù)我國(guó)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以及有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，郭衛(wèi)東等結(jié)合DIN/DIP 比值提出了潛在性富營(yíng)養(yǎng)化概念并制定了分類(lèi)分級(jí)模式（表5），能較為全面地反映水體富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。

按照本文檢測(cè)PO4-P 的方法可認(rèn)為PO4-P 值近似等于DIP 值，因此應(yīng)用DIN 和PO4-P 值結(jié)合上述評(píng)價(jià)模式對(duì)湛江灣海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行分析（ 表6） ，結(jié)果表明，該海域在時(shí)間上處于氮中等限制潛在富營(yíng)養(yǎng)（ⅤN）；在濃度上，某些站位較2011年相比，氮、磷含量大幅度增長(zhǎng)，存在較為嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，具有出現(xiàn)赤潮等嚴(yán)重海洋生態(tài)問(wèn)題的潛在可能性。

4 結(jié)論

（1）2011～2015年湛江灣海域DIN濃度范圍為0.415～0.627；活性磷酸鹽濃度范圍為0.058～0.116?；钚粤姿猁}呈明顯上升趨勢(shì)，2015年較2011年平均濃度增加了1倍；2015年無(wú)機(jī)氮的年平均濃度比2011年略有增加，主要為亞硝酸鹽和氨氮濃度增加，而硝酸鹽的濃度低于2011年。

（2）時(shí)間上，2011年CDIN/CPO4-P的比值范圍為4.19～14.62之間；2012年為2.26～19.46之間；2013年為6.31～31.78之間；2014年為3.15～26.12之間；2015年為2.04～13.17之間；空間上，站位1#、11#、12#、13#、14#的N/P比值范圍在11.10～14.24之間，較為符合浮游生物的生長(zhǎng)繁殖，具有赤潮暴發(fā)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。

（3）應(yīng)用DIN 和PO4-P 值結(jié)合潛在性富營(yíng)養(yǎng)化分類(lèi)分級(jí)模式對(duì)湛江灣海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行分析，結(jié)果表明：湛江灣海域在時(shí)間上處于氮中等限制潛在富營(yíng)養(yǎng)（ⅤN）；在濃度上，某些站位較2011年相比，氮、磷含量大幅度增長(zhǎng)，存在較為嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，具有出現(xiàn)赤潮等嚴(yán)重海洋生態(tài)問(wèn)題的潛在可能性。

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