海港水域海洋環(huán)境質(zhì)量變化趨勢(shì)分析

顧聞，高清軍，賀敬怡，徐靜，姬洪亮，武可新

（水路交通環(huán)境保護(hù)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室天科院環(huán)境科技發(fā)展（天津）有限公司，天津 300456）

0 引言

伴隨我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，港口建設(shè)日新月異，目前世界十大港口中中國已占據(jù)七席，同時(shí)，隨著美麗中國藍(lán)色海灣建設(shè)目標(biāo)的積極推進(jìn)，對(duì)港口海洋環(huán)境保護(hù)治理的要求也越來越高[1]。由于港口建設(shè)會(huì)不可避免的對(duì)海洋環(huán)境造成影響，如何在建設(shè)港口滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的同時(shí)，降低對(duì)海洋環(huán)境的影響并保護(hù)和管理好港口海洋環(huán)境已成當(dāng)務(wù)之急[2-3]。因此，加強(qiáng)海港水域海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)和發(fā)展趨勢(shì)分析，已成為海港水域海洋環(huán)境保護(hù)的必要措施[4]。

本文以某海港水域?yàn)槔?，通過對(duì)基本水質(zhì)和生態(tài)現(xiàn)狀因素的研究與分析，進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量趨勢(shì)性分析，探究新時(shí)期海港海洋環(huán)境保護(hù)途徑，為實(shí)現(xiàn)港口經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 海洋環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 海洋水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)2020 年國家海洋局海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，調(diào)查海域39 個(gè)站點(diǎn)海水中pH、石油類、汞、銅、鎘、鉻均能滿足相應(yīng)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求[5-6]?；瘜W(xué)需氧量2 個(gè)站位超出海水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)率5.13%，為最大超標(biāo)倍數(shù)0.10 倍。無機(jī)氮在6 個(gè)站位中超標(biāo)，超標(biāo)率15.38%，為最大超標(biāo)倍數(shù)0.13 倍。活性磷酸鹽在2 個(gè)站位中超標(biāo)，超標(biāo)率5.13%，為最大超標(biāo)倍數(shù)0.49 倍。重金屬鋅在12 個(gè)站位中超標(biāo)，超標(biāo)率30.77%。超標(biāo)站位均執(zhí)行海水水質(zhì)一類標(biāo)準(zhǔn)，主要污染因子為無機(jī)氮和重金屬鋅。以上因子中氰化物、揮發(fā)酚、重金屬鎳等所有特征污染物因子均未檢出。

1.2 海洋生態(tài)現(xiàn)狀調(diào)查

2019 年調(diào)查海域20 個(gè)站位的葉綠素a 含量分析及統(tǒng)計(jì)結(jié)果：10 月調(diào)查海域葉綠素a 含量在0.833～2.43 μg/L 之間，平均值為 1.44 μg/L。共鑒定浮游植物18 屬25 種，群落細(xì)胞豐度的平均值為38.8×104個(gè)/m3，群落多樣性、均勻度和豐富度指數(shù)均在合理范圍內(nèi)波動(dòng)。本次監(jiān)測(cè)共獲得浮游動(dòng)物20 種，浮游幼蟲7 類，合計(jì)種類27 個(gè)，群落優(yōu)勢(shì)種是強(qiáng)壯箭蟲和中華哲水蚤，優(yōu)勢(shì)度分別為0.50 和0.18，群落個(gè)體密度平均值為127.3 個(gè)/m3，生物量平均值為53.6 mg/m3，群落多樣性、均勻度和豐富度指數(shù)顯示群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2 海洋環(huán)境變化趨勢(shì)分析

2.1 海洋水質(zhì)變化趨勢(shì)分析

2.1.1 化學(xué)需氧量（COD）變化趨勢(shì)

由圖1 可知2012—2020 年春季，調(diào)查海域COD 含量大體相當(dāng)，COD 含量均滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，調(diào)查海域秋季COD 含量變化均在一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。僅在2018 年9 月取樣調(diào)查航次出現(xiàn)超一類標(biāo)準(zhǔn)，其他各調(diào)查航次均能滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。但值得警惕的是，該區(qū)域COD 呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，表明該區(qū)域海水仍存在一定程度的污染，且在逐年加劇。

圖1 COD 含量變化趨勢(shì)Fig.1 Variation trend of COD content

2.1.2 無機(jī)氮變化趨勢(shì)

調(diào)查海域無機(jī)氮含量變化趨勢(shì)見圖2，由圖可知2012—2020 年春季調(diào)查，海域無機(jī)氮含量均值總體呈現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)。無機(jī)氮均值最高值出現(xiàn)在2012 年5 月（0.295 mg/L），超一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)但滿足二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。其余調(diào)查時(shí)間無機(jī)氮含量均滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2011—2019 年秋季調(diào)查，海域無機(jī)氮含量均值總體呈現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)。無機(jī)氮含量均值最大值出現(xiàn)在2011 年10 月（0.382 mg/L），滿足三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，2013 年、2015 年、2018 年和2019 年無機(jī)氮含量均值滿足二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。分析結(jié)果表明：無機(jī)氮是該海域主要污染物之一，尤其2011 年10 月部分站位無機(jī)氮含量超出四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，這是造成海域赤潮發(fā)生的主要影響因素[7]。

圖2 無機(jī)氮含量變化趨勢(shì)Fig.2 Variation trend of inorganic nitrogen content

2.1.3 活性磷酸鹽變化趨勢(shì)

調(diào)查海域活性磷酸鹽含量變化趨勢(shì)如圖3 所示，由圖可知2012—2020 年春季調(diào)查海域活性磷酸鹽含量均值總體呈現(xiàn)為先降低再升高的趨勢(shì)。活性磷酸鹽均值最高值出現(xiàn)在2012 年5 月（0.03 mg/L），超一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)但滿足二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求；2014 年、2017 年、2018 年和 2020 年春季活性磷酸鹽含量均滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。2011—2019 年調(diào)查海域秋季活性磷酸鹽含量均值變化趨勢(shì)總體呈現(xiàn)為逐漸升高的趨勢(shì)。活性磷酸鹽含量均值最大值出現(xiàn)在2019 年10 月（0.013 6 mg/L），各航次活性磷酸鹽含量均滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。分析結(jié)果顯示：活性磷酸鹽同樣也是該海域主要污染物之一，其中2012年5 月部分站位活性磷酸鹽含量超出三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖3 活性磷酸鹽含量變化趨勢(shì)Fig.3 Variation trend of active phosphate content

2.1.4 石油類變化趨勢(shì)

調(diào)查海域石油類含量變化趨勢(shì)見圖4，由圖可知2012—2020 年春季調(diào)查海域石油類含量均值總體呈現(xiàn)為逐漸降低的趨勢(shì)。均值最高值出現(xiàn)在2012 年5 月（0.039 mg/L），石油類含量均滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。2013—2019 年秋季調(diào)查海域石油類含量大體相當(dāng)，無明顯波動(dòng)，4 個(gè)調(diào)查航次石油類含量均滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖4 石油類含量變化趨勢(shì)Fig.4 Variation trend of petroleum content

2.1.5 鋅（Zn）含量變化趨勢(shì)

調(diào)查海域鋅含量變化趨勢(shì)如圖5 所示，由圖可知2012—2020 年調(diào)查海域春季鋅含量均值總體呈現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，2012 年5 月、2018年5 月和2020 年5 月鋅含量滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，2014 年和2017 年鋅含量升高，最大值（39.8 μg/L）出現(xiàn)在 2017 年 4 月，但能滿足二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

圖5 鋅含量變化趨勢(shì)Fig.5 Variation trend of zinc content

2011—2019 年秋季調(diào)查海域鋅含量均值總體呈現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，鋅含量均值最大值（25.2 μg/L）出現(xiàn)在2013 年11 月，超出了一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但能滿足二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求；其他調(diào)查航次鋅含量均值滿足一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.2 海洋生態(tài)變化趨勢(shì)分析

2.2.1 浮游植物變化趨勢(shì)

調(diào)查海域浮游植物多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)如圖6 所示，由圖可知近年來浮游植物種類整體呈上升趨勢(shì)。調(diào)查取樣分析顯示硅藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次是甲藻。星臍圓篩藻作為優(yōu)勢(shì)種在4 個(gè)航次中有出現(xiàn)，其次是剛毛根管藻在3 個(gè)航次中出現(xiàn)，夜光藻、輻射圓篩藻、丹麥細(xì)柱藻在2 個(gè)航次中出現(xiàn)。

春季浮游植物的生境質(zhì)量為“差”水平；夏季浮游植物生境質(zhì)量為“差—一般”水平；秋季浮游植物生境質(zhì)量為“一般”水平[8]?？傮w而言，調(diào)查海域的生物多樣性指數(shù)秋季＞夏季＞春季。

圖6 浮游植物生物多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)Fig.6 Variation trend of phytoplankton biodiversity index

2.2.2 浮游動(dòng)物變化趨勢(shì)

調(diào)查海域浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)如圖7 所示，由圖可知春季3 個(gè)航次的浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)呈逐漸下降的趨勢(shì)，浮游動(dòng)物的生境質(zhì)量由2012 年的“一般”水平下降為2017 年的“差”水平；夏季5 個(gè)航次浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)呈現(xiàn)為下降的趨勢(shì)，除2017 年以外，其他航次均值介于2~3 之間，生境質(zhì)量為“一般”水平；秋季4 個(gè)航次浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)整體呈現(xiàn)為先下降后升高的趨勢(shì)，2011 年秋季介于2~3 之間，生境質(zhì)量為“一般”水平，2013 年、2015 年和2019 年秋季浮游動(dòng)物生境質(zhì)量為“差”水平。

圖7 浮游動(dòng)物生物多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)Fig.7 Variation trend of zooplankton biodiversity index

總體而言，調(diào)查海域的浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)夏季略高于春季和秋季。各航次浮游動(dòng)物種類組成以橈足類和腔腸動(dòng)物為主。強(qiáng)壯箭蟲、小擬哲水蚤在多個(gè)航次出現(xiàn)，其他優(yōu)勢(shì)種偶見于各航次。

2.2.3 底棲動(dòng)物變化趨勢(shì)

調(diào)查海域底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)如圖8 所示，由圖可知春季各航次生物多樣性指數(shù)均值呈現(xiàn)為逐漸升高的趨勢(shì)；夏季各航次生物多樣性指數(shù)均值呈現(xiàn)為先降低后升高再降低的趨勢(shì)，生物多樣性指數(shù)均值最高值2017 年，均值最低值出現(xiàn)在2012 年；秋季底棲動(dòng)物生物多樣性指數(shù)呈現(xiàn)為逐漸升高的趨勢(shì)。調(diào)查取樣分析顯示，底棲動(dòng)物以環(huán)節(jié)動(dòng)物、軟體動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物為主。不倒翁蟲作為優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)航次較多（6 個(gè)航次），其次是日本倍棘蛇尾和彩虹明櫻蛤（3 個(gè)航次），其他優(yōu)勢(shì)種偶見于各航次。

圖8 底棲動(dòng)物生物多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)Fig.8 Variation trend of biodiversity index of zoobenthos

3 結(jié)論與建議

該海域水體無機(jī)氮和活性磷酸鹽污染較為嚴(yán)重，表現(xiàn)為水體富營養(yǎng)化，有引起水體微生物、浮游生物和藻類大量繁殖、海洋生態(tài)平衡破壞等風(fēng)險(xiǎn)，需要引起海洋環(huán)境水體保護(hù)的重視；有機(jī)物含量正常，COD 濃度基本滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，暫不屬于主要污染物質(zhì)；石油類、銅等含量基本符合一類水體水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)要求；海域中金屬鋅的濃度呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，且其濃度僅能滿足二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從海洋生態(tài)環(huán)境來看，形勢(shì)不容樂觀，生物生存環(huán)境維持“一般”條件，生物多樣性指數(shù)增長(zhǎng)緩慢，海洋生物生存環(huán)境仍需改善，環(huán)境污染壓力尚未得到有效緩解。

針對(duì)該港海洋環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀與趨勢(shì)性分析結(jié)果，提出以下海洋環(huán)境保護(hù)建議：該港海洋環(huán)境中無機(jī)氮與活性磷酸鹽超標(biāo)，建議加強(qiáng)該港海洋環(huán)境周圍污水排放管理，嚴(yán)格控制排放量和排放標(biāo)準(zhǔn)，所有入海量（包括新建港口設(shè)施）都應(yīng)滿足排放標(biāo)準(zhǔn)與要求；制定相關(guān)政策對(duì)外來船只的壓載水排放進(jìn)行監(jiān)管，保護(hù)當(dāng)?shù)睾Ｑ笊鷳B(tài)；對(duì)該港海洋環(huán)境進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)監(jiān)控，方便及時(shí)調(diào)整治理措施，做到因地制宜，有針對(duì)有目標(biāo)的監(jiān)督監(jiān)控更能起到緩解污染的作用；開展污染治理跟蹤檢測(cè)，對(duì)處理方法和手段的有效性及時(shí)反饋，為持續(xù)改善海洋環(huán)境治理工作提供技術(shù)支持。