大鵬灣近岸海域水質(zhì)狀況與富營(yíng)養(yǎng)化水平

黨二莎，龍超，張楠

1.廣州南科海洋工程中心 2.中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所，中國(guó)科學(xué)院熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 3.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)

富營(yíng)養(yǎng)化是指水體隨著營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度的增加而導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)狀況發(fā)生變化的過(guò)程[1]。近年來(lái)，我國(guó)近岸海水富營(yíng)養(yǎng)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，沿岸各海域均有不同程度的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，一方面導(dǎo)致赤潮頻發(fā)，影響沿海漁業(yè)生產(chǎn)，另一方面引發(fā)赤潮的某些藻類(lèi)能夠產(chǎn)生毒素，毒素在貝類(lèi)和魚(yú)類(lèi)體內(nèi)積累會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生影響?！?018年中國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》[2]顯示，2018年我國(guó)管轄海域呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的海域面積達(dá)56 680 km2，其中輕度、中度和重度富營(yíng)養(yǎng)化海域面積分別為24 590、17 910和14 180 km2。現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外關(guān)于海水水質(zhì)和富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)的研究較多，常用的方法包括單因子評(píng)價(jià)法[3]、綜合評(píng)價(jià)法[4]、GIS空間插值法[5]、模糊評(píng)價(jià)法等[6]，研究成果主要集中在水質(zhì)類(lèi)別、水質(zhì)污染程度及污染因子來(lái)源分析等方面，但針對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化程度和環(huán)境影響因子相關(guān)性方面的研究較少。

大鵬灣具有優(yōu)越的地理位置和豐富的旅游資源，被稱(chēng)為“黃金海岸”，具有重要的研究?jī)r(jià)值。目前，針對(duì)大鵬灣海水富營(yíng)養(yǎng)化已開(kāi)展的研究側(cè)重于污染因子時(shí)空分布[7]、環(huán)境容量計(jì)算[8]、赤潮成因分析[9]等方面，而鮮見(jiàn)對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化成因探討的研究。筆者以連續(xù)5年的實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析和評(píng)價(jià)了大鵬灣海域水質(zhì)污染狀況及富營(yíng)養(yǎng)化水平，探討了富營(yíng)養(yǎng)化水平與環(huán)境因子鹽度之間的相關(guān)性，以期為相關(guān)管理部門(mén)制定海域水污染策略提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

大鵬灣位于深圳市東南部，毗鄰香港，東臨大亞灣，瀕臨南海，水域面積近400 km2，是一個(gè)半封閉的海灣。灣內(nèi)漁業(yè)資源豐富，東部的南澳淺海養(yǎng)殖區(qū)是深圳重點(diǎn)海水增養(yǎng)殖區(qū)，面積達(dá)106 km2，西北部的鹽田港是四大國(guó)際中轉(zhuǎn)深水港之一。大鵬灣海域旅游業(yè)發(fā)達(dá)，有梅沙濱海等多個(gè)旅游度假區(qū)。隨著周邊地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人口的增長(zhǎng)，大量工業(yè)、農(nóng)業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)生活污水通過(guò)河流和地面徑流排放入海，加之海域內(nèi)仍存在養(yǎng)殖現(xiàn)象，導(dǎo)致大鵬灣不僅接收了大量陸源污染物輸入，還遭受養(yǎng)殖帶來(lái)的內(nèi)源污染釋放，使海水環(huán)境質(zhì)量逐漸惡化[10]。

1.2 采樣站位布設(shè)及樣品采集

在大鵬灣近岸海域共布設(shè)12個(gè)(D1～D12)采樣站位(圖1)，2012—2016年連續(xù)5年分別于3月、5月、8月、11月進(jìn)行海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)。采用Niskin采水器現(xiàn)場(chǎng)采集水樣，水深小于10 m時(shí)，采集表層水樣；水深大于10 m時(shí)，采集表層、底層水樣進(jìn)行混合。所有樣品均按照GBT 12763.1—2007《海洋調(diào)查規(guī)范 第1部分:總則》的方法進(jìn)行采集、處理、保存、運(yùn)輸和分析[11]。

注：D1—沙頭角灣；D2—鹽田商港；D3、D5—梅沙灣；D4、D6—大鵬灣中；D7—沙魚(yú)涌近岸；D8—金沙灣；D9—大鵬灣口1；D10—南澳灣；D11—公灣；D12—大鵬灣口2。圖1 大鵬灣近岸海域采樣站位示意Fig.1 Sampling locations in Dapeng Bay coastal area

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)及方法

1.4 水質(zhì)評(píng)價(jià)

1.4.1單因子污染指數(shù)法

Qi=Ci/Si

(1)

式中：Qi為某監(jiān)測(cè)站位指標(biāo)i的污染指數(shù)；Ci為某監(jiān)測(cè)站位指標(biāo)i的實(shí)測(cè)值，mg/L；Si為指標(biāo)i的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。根據(jù)《廣東省海洋環(huán)境功能區(qū)劃(2011—2020)》[13]，大鵬灣海域主要為海洋功能區(qū)中的旅游休閑區(qū)和農(nóng)漁業(yè)區(qū)，故執(zhí)行GB 3097—1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中的第二類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[14]。單因子污染指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 單因子污染指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.4.2有機(jī)污染指數(shù)法

采用有機(jī)污染指數(shù)法對(duì)大鵬灣近岸海域水質(zhì)污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，其計(jì)算公式[6]為：

(2)

式中:Q為有機(jī)污染指數(shù)；CCOD、CDIN、CDIP、CDO分別為CODMn與DIN、DIP、DO濃度的實(shí)測(cè)值；SCOD、SDIN、SDIP、SDO對(duì)應(yīng)GB 3097—1997中第二類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，分別為3.0、0.3、0.03、5.0 mg/L。有機(jī)污染指數(shù)法污染水平等級(jí)劃分見(jiàn)表2。

表2 海水有機(jī)污染指數(shù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[6]

1.5 富營(yíng)養(yǎng)化水平評(píng)價(jià)

1.5.1富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法

海水富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)(E)參照鄒景忠等[15]提出的方法，其計(jì)算公式為：

E=CCOD×CDIN×CDIP×106/4 500

(3)

當(dāng)E大于1時(shí)，表明水體呈富營(yíng)養(yǎng)化，E越高，富營(yíng)養(yǎng)程度越嚴(yán)重，詳細(xì)等級(jí)劃分見(jiàn)表3。

表3 海水富營(yíng)養(yǎng)化水平分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[15]

1.5.2潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

參照郭衛(wèi)東等[16]提出的以氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽作為評(píng)價(jià)參數(shù)的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式進(jìn)行潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)。郭衛(wèi)東等[16]認(rèn)為，水體只有得到適量的磷(對(duì)磷限制水體而言)或氮(對(duì)氮限制水體而言)的補(bǔ)充，使氮磷比(N/P)接近Redfield值(C∶N∶P平均約為106∶16∶1)，這部分過(guò)剩的營(yíng)養(yǎng)鹽才會(huì)導(dǎo)致海水富營(yíng)養(yǎng)化水平提高，但實(shí)際上它們并不能被浮游植物所利用，未對(duì)實(shí)質(zhì)性的富營(yíng)養(yǎng)化作貢獻(xiàn)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為潛在性富營(yíng)養(yǎng)化。潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)法劃分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表4。

表4 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化劃分標(biāo)準(zhǔn)[16]

2 結(jié)果與分析

2.1 海域水質(zhì)污染程度評(píng)價(jià)

2.1.1單因子污染指數(shù)

采用單因子污染指數(shù)法計(jì)算得到2012—2016年大鵬灣近岸海域各水質(zhì)指標(biāo)的年均單因子污染指數(shù)變化范圍和平均值，并對(duì)超標(biāo)站位數(shù)和超標(biāo)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表5所示。由表5可知，2012—2016年大鵬灣近岸海域水質(zhì)狀況整體良好，各評(píng)價(jià)因子的年均單因子污染指數(shù)均低于1，滿(mǎn)足GB 3097—1997中第二類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2012—2016年各站位的DO濃度和CODMn均未超標(biāo)，部分年份受到了石油類(lèi)、DIN和DIP污染，尤其以石油類(lèi)污染最為嚴(yán)重。石油類(lèi)年度超標(biāo)率2012年最高(41.7%)，其次為2013年(16.7%)，2015年和2016年均有1個(gè)站位超標(biāo)，超標(biāo)率為8.3%；DIP在2013年和2016年均有1個(gè)站位超標(biāo)，超標(biāo)率為8.3%，其他年份各站位均未超標(biāo)；DIN僅2016年有1個(gè)站位超標(biāo)，超標(biāo)率為8.3%，其他年份各站位均未超標(biāo)?？梢?jiàn)，大鵬灣近岸海域主要受石油類(lèi)、DIN、DIP的污染，其中2012年石油類(lèi)污染嚴(yán)重。海水中石油類(lèi)主要來(lái)源于過(guò)往船只排放的污油，根據(jù)2012—2016年《深圳市海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》[17]，2012年深圳市鹽田港的巴拿馬貨輪發(fā)生2次單氰胺泄露事件，導(dǎo)致海水受到石油類(lèi)的污染。DIN和DIP超標(biāo)可能是受陸源污染和海域養(yǎng)殖污染的影響。

表5 2012—2016年大鵬灣近岸海域水質(zhì)單因子污染指數(shù)

2.1.2有機(jī)污染指數(shù)

大鵬灣近岸海域10個(gè)采樣站位的有機(jī)污染指數(shù)見(jiàn)表6。由表6結(jié)合表2可以看出，大鵬灣近岸海域各年份絕大多數(shù)采樣站位有機(jī)污染處于清潔水平，少數(shù)采樣站位部分年份處于輕度污染和中度污染。從年平均值來(lái)看，有機(jī)污染指數(shù)表現(xiàn)為2013年最高，其次是2015年，2016年、2014年和2012年較低，但均處于清潔水平。從區(qū)域差異來(lái)看，沙頭角灣(D1)有機(jī)污染較嚴(yán)重，其中2015年最為嚴(yán)重，達(dá)到中度污染；其次是2016年，處于輕度污染；再次是2014年，處于較清潔水平；2012年和2013年處于清潔水平。沙頭角灣污染原因主要是深圳陸源污染排放以及特殊自然條件的限制所致，該灣口屬于半封閉水域，水動(dòng)力條件差，水交換弱，排放物易富集[10]。2015年和2016年水質(zhì)污染較嚴(yán)重的原因是鹽田污水處理廠尾水的排放，其排放標(biāo)準(zhǔn)閾值與第三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)有一定的差距，污水處理廠尾水排放入海，海水對(duì)其稀釋作用緩慢，導(dǎo)致排放口附近海水水質(zhì)超標(biāo)[18]。此外，2013年大鵬灣中(D4、D6)區(qū)域的水體處于較清潔狀態(tài)，這可能是因?yàn)榇簌i灣海域靠近吐露港，極易受港口生產(chǎn)活動(dòng)的影響，2013年受港口船只活動(dòng)和海風(fēng)影響，污染因子向?yàn)硟?nèi)流動(dòng)，引起區(qū)域海水受到輕微污染。

表6 2012—2016年大鵬灣近岸海域有機(jī)污染指數(shù)

2.2 海域富營(yíng)養(yǎng)化水平評(píng)價(jià)

2.2.1富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)

大鵬灣近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表7。由表7結(jié)合表3可知，2012年大鵬灣近岸海域各采樣站位均處于低貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，未呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化；2013年南澳灣(D10)處于高富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，其他采樣站位均表現(xiàn)為低貧營(yíng)養(yǎng)；2014年沙頭角灣(D1)處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，其他采樣站位均表現(xiàn)為低貧營(yíng)養(yǎng)；2015年和2016年的沙頭角灣口(D1)處于高富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，其他采樣站位均表現(xiàn)為低貧營(yíng)養(yǎng)。從富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)年均值來(lái)看，2012—2016年大鵬灣近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。周毅頻等[19]于2000—2010年對(duì)大鵬灣海域DIN和DIP進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果表明DIN濃度年際變化趨勢(shì)平穩(wěn)，DIP濃度年際變化呈較明顯的下降趨勢(shì)，而N/P的年際變化呈較明顯上升趨勢(shì)，且高N/P區(qū)域分布于南澳養(yǎng)殖場(chǎng)和沙頭角灣附近水域，與本研究的結(jié)果基本一致。沙頭角灣(D1)富營(yíng)養(yǎng)化程度較高的原因在于其地理位置特殊，易受淡水污染物輸入的影響，DIN的輸入量遠(yuǎn)大于DIP；另外，灣口浮游植物大量攝取磷酸鹽，也會(huì)導(dǎo)致磷酸鹽的濃度大大降低，使N/P偏離Redfield值。2013年南澳灣(D10)富營(yíng)養(yǎng)化程度較高的原因可能與當(dāng)年其附近養(yǎng)殖場(chǎng)餌料投放有關(guān)。

表7 2012—2016年大鵬灣近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)

2.2.2潛在性富營(yíng)養(yǎng)化水平

大鵬灣近岸海域潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果如表8所示。

表8 2012—2016年大鵬灣近岸海域潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果

由表8可知，2012—2016年大鵬灣近岸海域的營(yíng)養(yǎng)級(jí)主要集中在Ⅰ級(jí)(貧營(yíng)養(yǎng))，各年份處于Ⅰ級(jí)狀態(tài)的采樣站位比例均超過(guò)75.1%，說(shuō)明海域整體富營(yíng)養(yǎng)化水平較低，這與富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果相吻合。同時(shí)，2013年處于磷限制中度營(yíng)養(yǎng)和氮限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的比例分別為8.3%和8.3%，主要位于南澳灣和大鵬灣口等受人類(lèi)活動(dòng)和養(yǎng)殖排放影響較明顯的區(qū)域；2016年處于磷限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的比例為8.3%，主要位于沙頭角灣(D1)等易受水動(dòng)力條件影響的區(qū)域。磷限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)或中度富營(yíng)養(yǎng)說(shuō)明水體中氮濃度大大超過(guò)了磷濃度，N/P不平衡，一般來(lái)說(shuō)，沿岸和較封閉水域易發(fā)生磷限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)，沙頭角灣靠近陸域，易受陸域水體的影響，使氮、磷濃度不平衡。

2.3 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)與鹽度關(guān)系

海域的富營(yíng)養(yǎng)化狀況與水體環(huán)境因子之間存在相關(guān)關(guān)系。水體環(huán)境因子影響營(yíng)養(yǎng)鹽的水平和賦存狀態(tài)，而營(yíng)養(yǎng)鹽水平和狀態(tài)的改變一定程度上會(huì)改變水體的理化性質(zhì)，進(jìn)而影響水體中其他物質(zhì)的形態(tài)分布[20]。為探討富營(yíng)養(yǎng)化水平的影響因素，對(duì)2012—2016年大鵬灣近岸海域水體鹽度與富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)進(jìn)行了線性回歸，結(jié)果如圖2所示。

圖2 2012—2016年大鵬灣海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)和水體鹽度的關(guān)系Fig.2 Relationship between eutrophication index and salinity of Dapeng Bay coastal area in 2012-2016

由圖2可知，2012—2016年大鵬灣近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)與鹽度均呈負(fù)相關(guān)，表明該海域營(yíng)養(yǎng)鹽主要由沿岸入海河流輸入，營(yíng)養(yǎng)鹽分布受入海徑流量及外海海流的混合過(guò)程影響，這與相關(guān)學(xué)者提出的營(yíng)養(yǎng)鹽和鹽度呈顯著負(fù)相關(guān)，咸淡水的混合作用對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的空間分布有顯著影響的研究結(jié)果一致[21-22]。

從年際變化來(lái)看，2012年和2015年鹽度與富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)，2013年、2014年、2016年鹽度與富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的負(fù)相關(guān)性較弱。該結(jié)果表明各年份引起海域富營(yíng)養(yǎng)化的主要因子可能存在差異。夏斌等[23]于2007年8月對(duì)萊州灣及附近水域的調(diào)查結(jié)果表明，富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)與鹽度的相關(guān)性不十分顯著，相關(guān)系數(shù)(R)為0.39(P>0.05，n=16)；張亮等[24]于2011年8月對(duì)萊州灣海域的調(diào)查結(jié)果表明，富營(yíng)養(yǎng)化與鹽度呈顯著負(fù)相關(guān)，引起富營(yíng)養(yǎng)化的主要因子是DIP，且DIP并非主要來(lái)自河流輸入，而是以有機(jī)物的分解礦化再生為主，該結(jié)果與本研究結(jié)果相似。根據(jù)有機(jī)污染指數(shù)和富營(yíng)養(yǎng)化水平的研究結(jié)果可知，不同年份受污染的主要區(qū)域雖存在差異，但主要分布在沙頭角灣、大鵬灣口、南澳灣區(qū)域，而這3個(gè)區(qū)域接受外來(lái)污染的途徑不盡相同，如沙頭角灣易受陸源污染輸入的影響，大鵬灣口易受溢油事件的影響，南澳灣主要受養(yǎng)殖污染和陸源輸入的影響，也即不同區(qū)域接收外來(lái)污染的途徑不同，引起富營(yíng)養(yǎng)化的主要因子可能不同。另外，不同年份采樣期間降水量的差異，也有可能引起富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)和鹽度間相關(guān)性存在顯著差異。

3 結(jié)論

(1)大鵬灣近岸海域水質(zhì)狀況良好，2012—2016年絕大多數(shù)采樣站位滿(mǎn)足GB 3097—1997第二類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，僅沙頭角灣受到污染。海域水質(zhì)年際變化呈現(xiàn)波動(dòng)狀態(tài)，無(wú)明顯規(guī)律。

(2)大鵬灣近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果整體表現(xiàn)為低營(yíng)養(yǎng)，2012—2016年富營(yíng)養(yǎng)化水平呈上升趨勢(shì)，空間分布上僅沙頭角灣和南澳灣分別表現(xiàn)為富營(yíng)養(yǎng)和高富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，潛在性富營(yíng)養(yǎng)化水平主要集中在Ⅰ級(jí)(貧營(yíng)養(yǎng))。

(3)大鵬灣近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)與鹽度呈負(fù)相關(guān)，2012年和2015年鹽度與富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)，2013年、2014年、2016年鹽度與富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的負(fù)相關(guān)性較弱。不同外來(lái)污染源使引起海域富營(yíng)養(yǎng)化的主要因子不同，由此導(dǎo)致不同年份富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)和鹽度之間相關(guān)性存在顯著差異。