平潭竹嶼口海域監(jiān)測(cè)因子時(shí)空分布和相關(guān)性水平初探

林小華

（平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)海洋與漁業(yè)技術(shù)中心，福建 平潭 350400）

平潭是福建的第一大島，全國(guó)第五大島。平潭地處閩中漁場(chǎng)中心，是全國(guó)重點(diǎn)漁業(yè)區(qū)之一，蘊(yùn)存著豐富的水產(chǎn)資源，繁衍著眾多魚、蝦、蟹、貝、藻類。平潭屬南亞熱帶海洋性濕潤(rùn)型氣候，冬暖夏涼，霜雪罕見(jiàn)，季風(fēng)明顯[1]。竹嶼口位于平潭島的西面海域，與海壇海峽相連。為了解平潭竹嶼口海域環(huán)境現(xiàn)狀，平潭縣水產(chǎn)技術(shù)推廣站于2012年至2014年對(duì)平潭竹嶼口海域的環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，筆者分析了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)該海域的監(jiān)測(cè)因子時(shí)空分布和相關(guān)性水平進(jìn)行了初步研究。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

平潭竹嶼口海域環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查包括海水水質(zhì)和沉積物。海水水質(zhì)項(xiàng)目主要包括鹽度（S）、pH、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）、亞硝酸鹽氮（NO2--N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）、無(wú)機(jī)氮（IN）、活性磷酸鹽（PO43--P）和石油類（Oil）11個(gè)項(xiàng)目，沉積物項(xiàng)目包括有機(jī)碳、石油類和硫化物3個(gè)項(xiàng)目。

1.2 監(jiān)測(cè)站位和時(shí)間

調(diào)查站位見(jiàn)圖1，共6個(gè)站位，1#～6#由竹嶼口內(nèi)向竹嶼口外依次排列，1#～5#在竹嶼口內(nèi)，6#靠近竹嶼口外。水質(zhì)調(diào)查在2012年至2014年的5月和8月進(jìn)行，沉積物調(diào)查在2012年至2014年的8月進(jìn)行。

1.3 監(jiān)測(cè)方法

海水水質(zhì)樣品和沉積物樣品的采集、貯存、運(yùn)輸、預(yù)處理和分析方法按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行[2]。海水水質(zhì)中pH、溶解氧、化學(xué)需氧量、生化需氧量、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮、活性磷酸鹽和石油類分別采用pH計(jì)法、碘量法、堿性高錳酸鉀法、五日培養(yǎng)法、萘乙二胺分光光度法、鋅-鎘還原法、次溴酸鹽氧化法、磷鉬藍(lán)分光光度法和紫外分光光度法；沉積物中有機(jī)碳、石油類和硫化物分別采用重鉻酸鉀氧化-還原容量法、紫外分光光度法和亞甲基藍(lán)分光光度法。

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與方法

平潭竹嶼口海域功能區(qū)類型為港口區(qū)，海水執(zhí)行GB 3097—1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》第四類標(biāo)準(zhǔn)[3]；沉積物執(zhí)行GB 18668—2002《海洋沉積物質(zhì)量》第3類標(biāo)準(zhǔn)[4]。監(jiān)測(cè)因子的評(píng)價(jià)采用單因子評(píng)價(jià)模式，以單因子污染指數(shù)1.0作為該因子是否對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染的基本分界線，大于1.0表明監(jiān)測(cè)水域水質(zhì)已受該因子污染，不滿足海洋功能區(qū)要求。超標(biāo)率的公式為：超標(biāo)率（%）＝超標(biāo)樣品數(shù)/樣品總數(shù)×100%。

圖1 平潭竹嶼口海域調(diào)查站位

1.5 相關(guān)性分析方法

該文采用線性回歸作為判別各監(jiān)測(cè)因子之間相關(guān)性及相關(guān)性水平的分析方法。線性回歸是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中回歸分析，來(lái)確定兩種或兩種以上變量間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)分析方法，其表達(dá)形式為y=bx+a，若b＞0，表示x與y正相關(guān)，若b＜0，表示x與y負(fù)相關(guān)；x與y的相關(guān)系數(shù)用r表示，表示二者之間的相關(guān)性程度。[5]

2 結(jié)果與分析

2.1 海水水質(zhì)結(jié)果評(píng)價(jià)

2012—2014年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。平潭竹嶼口海域功能區(qū)類型為港口區(qū)，執(zhí)行《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》第四類標(biāo)準(zhǔn)。

2012—2014年，海水中pH值范圍為7.93～8.30，平均值為8.17；化學(xué)需氧量的含量范圍為0.17 mg/L～3.10 mg/L，平均值為 0.87 mg/L；生化需氧量的含量范圍為0.32 mg/L～4.32 mg/L，平均值為1.44 mg/L；無(wú)機(jī)氮的含量范圍為0.008 mg/L～0.659 mg/L，平均值為0.217 mg/L；活性磷酸鹽的含量范圍為0.004 mg/L～0.438 mg/L，平均值為 0.059 mg/L；石油類的含量范圍為0.007 mg/L～0.026 mg/L，平均值為0.013 mg/L。所有站次的水質(zhì)pH、化學(xué)需氧量、生化需氧量和石油類均符合《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》第四類標(biāo)準(zhǔn)，符合海洋功能區(qū)要求；無(wú)機(jī)氮有8.3%站次劣于《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》第四類標(biāo)準(zhǔn)，活性磷酸鹽有33.3%站次劣于《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》第四類標(biāo)準(zhǔn)，不符合海洋功能區(qū)要求。平潭竹嶼口海域海水中主要污染物是活性磷酸鹽和無(wú)機(jī)氮。

表1 平潭竹嶼口海水水質(zhì)（月平均值）監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.2 海水水質(zhì)結(jié)果分析

2.2.1 時(shí)間分布 根據(jù)表1的監(jiān)測(cè)結(jié)果制作了各監(jiān)測(cè)因子2012—2014年的時(shí)間分布圖，見(jiàn)圖2。結(jié)果表明，各監(jiān)測(cè)因子含量月平均值變化趨勢(shì)均不明顯。pH和石油類的含量變化趨勢(shì)較一致，沒(méi)有明顯的特征，最高值均出現(xiàn)在2013年5月。而化學(xué)需氧量、生化需氧量、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽的含量時(shí)間分布中有個(gè)共同點(diǎn)，都是在2014年5月含量達(dá)到最大值；化學(xué)需氧量的含量最小值出現(xiàn)在2012年5月，生化需氧量的含量最小值出現(xiàn)在2012年8月，無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽的含量最小值均出現(xiàn)在2013年8月；而無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽在8月的含量值小于5月，其他監(jiān)測(cè)因子該特征不明顯。

圖2 海水水質(zhì)各監(jiān)測(cè)因子2012—2014年時(shí)間分布

2.2.2 空間分布 1#～6#監(jiān)測(cè)站位從竹嶼口內(nèi)至竹嶼口外按順序分布，根據(jù)表2的監(jiān)測(cè)結(jié)果制作了各監(jiān)測(cè)參數(shù)空間分布圖，見(jiàn)圖3。結(jié)果表明，從竹嶼口內(nèi)至竹嶼口外，pH呈上升趨勢(shì)，石油類含量變化不明顯，化學(xué)需氧量、生化需氧量、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽含量呈較明顯的下降趨勢(shì)，活性磷酸鹽變化趨勢(shì)尤為明顯。

2.2.3 線性相關(guān)分析 根據(jù)表2和表3的監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)鹽度與pH值、石油類、化學(xué)需氧量、生化需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮以及氨氮進(jìn)行一元回歸，得出鹽度與各監(jiān)測(cè)因子之間的線性相關(guān)情況（圖4）。從回歸方程來(lái)看，可知鹽度與pH值呈正相關(guān)，與其他監(jiān)測(cè)因子呈負(fù)相關(guān)；通過(guò)計(jì)算，得出相關(guān)系數(shù)r，r值分別為0.8741、0.7949、0.9617、0.8631、0.9059、0.9860、0.9799、0.9884 以 及0.7035。查相關(guān)系數(shù)的臨界值表，當(dāng)n=6，f=n-2=6-2=4；α=0.05 時(shí)，r0.05=0.811；α=0.01 時(shí)，r0.01=0.917；α=0.001時(shí)，r0.001=0.974。其中：n為參加擬合站點(diǎn)數(shù)，f為自由度，α為具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義性水平（雙側(cè)）。

表2 平潭竹嶼口各站位海水水質(zhì)（平均值）監(jiān)測(cè)結(jié)果及相關(guān)系數(shù)值（1）

圖3 海水水質(zhì)各監(jiān)測(cè)因子2012—2014年空間分布

表3 平潭竹嶼口各站位海水水質(zhì)（平均值）監(jiān)測(cè)結(jié)果及相關(guān)系數(shù)值（2）

圖4 海水中鹽度與其他監(jiān)測(cè)因子線性相關(guān)情況

石油類和氨氮與鹽度的相關(guān)系數(shù)均小于r0.05，表明在0.05水平（雙側(cè)）上線性關(guān)系不具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；pH和生化需氧量與鹽度的相關(guān)系數(shù)均大于r0.05，小于r0.01，表明在0.05水平（雙側(cè)）上有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的線性關(guān)系；化學(xué)需氧量和無(wú)機(jī)氮與鹽度的相關(guān)系數(shù)均大于r0.01，小于r0.001，表明在0.01水平（雙側(cè)）上有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的線性關(guān)系；活性磷酸鹽、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮與鹽度的相關(guān)系數(shù)均大于r0.001，表明在0.001水平（雙側(cè)）上有非常具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的線性關(guān)系。與鹽度線性相關(guān)程度：活性磷酸鹽＞硝酸鹽氮＞亞硝酸鹽氮＞化學(xué)需氧量＞無(wú)機(jī)氮＞pH＞生化需氧量＞石油類＞氨氮，石油類和氨氮與鹽度線性相關(guān)不具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，活性磷酸鹽與鹽度相關(guān)最具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明活性磷酸鹽受陸源排污的影響可能性最大，而氨氮與石油類受陸源排污的影響可能性最小。

2.3 沉積物監(jiān)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)

2012—2014年的沉積物監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。平潭竹嶼口海域功能區(qū)類型為港口區(qū)，執(zhí)行《海洋沉積物質(zhì)量》第三類標(biāo)準(zhǔn)。

2012—2014年，沉積物有機(jī)碳含量范圍為0.25×10-2～2.64×10-2，平均值為 1.61×10-2；石油類含量范圍為 18.3×10-6～293×10-6，平均值為 88.6×10-6；硫化物含量范圍為＜0.3×10-6～119×10-6，平均值為30.1×10-6。所有站次的沉積物有機(jī)碳、石油類和硫化物均符合《海洋沉積物質(zhì)量》第三類標(biāo)準(zhǔn)，均符合海洋功能區(qū)要求。

表4 平潭竹嶼口沉積物（月平均值）監(jiān)測(cè)結(jié)果

2.4 沉積物監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

2.4.1 空間分布 1#～6#監(jiān)測(cè)站位從竹嶼口內(nèi)至竹嶼口外按順序分布，根據(jù)表5的監(jiān)測(cè)結(jié)果制作了各監(jiān)測(cè)因子空間分布圖，見(jiàn)圖5。結(jié)果表明，沉積物中有機(jī)碳、石油類和硫化物含量空間分布呈較明顯的特征，即從竹嶼口內(nèi)至竹嶼口外呈下降趨勢(shì)。有機(jī)碳含量變化趨勢(shì)較明顯，最大值是1#，最小值為6#；石油類和硫化物在竹嶼口內(nèi)的站位之間差異較明顯，越往竹嶼口外，站位之間的差異越不明顯。

2.4.2 線性相關(guān)分析 根據(jù)表5的監(jiān)測(cè)結(jié)果，將有機(jī)碳、石油類與硫化物兩兩進(jìn)行一元回歸，見(jiàn)圖6。從回歸方程來(lái)看，可知三者之間均呈正相關(guān)；通過(guò)計(jì)算，得出相關(guān)系數(shù)r，有機(jī)碳和石油類的r值為0.8263，硫化物和石油類的r值為0.4711，有機(jī)碳和硫化物的r值為0.6837。查相關(guān)系數(shù)的臨界值表，當(dāng)n=5，f=n-2=5-2=3；α=0.05 時(shí)，r0.05=0.878；α=0.01時(shí)，r0.01=0.959；α=0.001 時(shí)，r0.001=0.991。

表5 平潭竹嶼口海域各站位沉積物（平均值）監(jiān)測(cè)結(jié)果及相關(guān)系數(shù)值

圖5 沉積物各監(jiān)測(cè)因子2012—2014年空間分布

其中：n為參加擬合站點(diǎn)數(shù)，f為自由度，α為具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義性水平（雙側(cè)）。

從相關(guān)系數(shù)看，有機(jī)碳和石油類的線性相關(guān)較強(qiáng)，硫化物和石油類的線性相關(guān)較弱；三個(gè)相關(guān)系數(shù)均小于r0.05，表明在0.05水平（雙側(cè)）上線性關(guān)系不具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖6 沉積物中有機(jī)碳、石油類與硫化物兩兩線性相關(guān)情況

3 結(jié)論

平潭竹嶼口海域功能區(qū)類型為港口區(qū)，執(zhí)行《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》第四類標(biāo)準(zhǔn)。按照該海水水質(zhì)類別來(lái)評(píng)判，主要超標(biāo)污染物是活性磷酸鹽和無(wú)機(jī)氮，活性磷酸鹽有33.3%站次劣于《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》第四類標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)機(jī)氮有8.3%站次劣于《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》第四類標(biāo)準(zhǔn)，其他監(jiān)測(cè)參數(shù)均符合該海域功能區(qū)的要求。在時(shí)間分布上，各監(jiān)測(cè)參數(shù)含量月平均值變化趨勢(shì)均不明顯。pH和石油類的含量變化趨勢(shì)沒(méi)有明顯的特征；而化學(xué)需氧量、生化需氧量、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽的含量時(shí)間分布中有個(gè)共同點(diǎn)，都是在2014年5月含量達(dá)到最大值。在空間分布上，從竹嶼口內(nèi)至竹嶼口外，pH呈上升趨勢(shì)，石油類含量變化不明顯，化學(xué)需氧量、生化需氧量、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽含量呈較明顯的下降趨勢(shì)，活性磷酸鹽變化趨勢(shì)尤為明顯。

平潭竹嶼口海域沉積物質(zhì)量較好，所有站次的沉積物有機(jī)碳、石油類和硫化物均符合《海洋沉積物質(zhì)量》第三類標(biāo)準(zhǔn)，均符合海洋功能區(qū)要求。在空間分布上，沉積物中有機(jī)碳、石油類和硫化物含量空間分布呈較明顯的特征，即從竹嶼口內(nèi)至竹嶼口外呈下降趨勢(shì)。

海水中鹽度與pH值呈正相關(guān)，與其他監(jiān)測(cè)因子呈負(fù)相關(guān)；與鹽度線性相關(guān)程度是活性磷酸鹽＞硝酸鹽氮＞亞硝酸鹽氮＞化學(xué)需氧量＞無(wú)機(jī)氮＞pH＞生化需氧量＞石油類＞氨氮，石油類和氨氮與鹽度線性相關(guān)不具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，活性磷酸鹽與鹽度相關(guān)最具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，表明活性磷酸鹽受陸源排污的影響可能性最大，氨氮和石油類最小。沉積物中有機(jī)碳、石油類和硫化物三者之間均呈正相關(guān)，有機(jī)碳和石油類的線性相關(guān)較強(qiáng)，硫化物和石油類的線性相關(guān)較弱；3個(gè)線性相關(guān)系數(shù)均小于r0.05，表明在0.05水平（雙側(cè)）上線性關(guān)系不具統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。