唐山祥云灣海洋牧場(chǎng)水質(zhì)的變化規(guī)律與評(píng)價(jià)

葉敏 崔晨 張秀文 趙祺 張?jiān)茙X 齊遵利

摘 要：為了解祥云灣人工礁區(qū)的水質(zhì)情況，2019—2020年對(duì)祥云灣海洋牧場(chǎng)海水環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果顯示：海水鹽度變化不大，平均為30.91‰，礁區(qū)透明度低于對(duì)照區(qū)。溶解氧含量在9月最高，變化范圍為810～8.81 mg/L。COD含量在3月最高，9月最低，濃度變化范圍為0.83～1.48 mg/L?；钚粤姿猁}含量變化范圍為0.01～0.02 mg/L，礁區(qū)的DIN含量比對(duì)照區(qū)高。海域環(huán)境處于磷中等限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)水平。

關(guān)鍵詞：祥云灣;營(yíng)養(yǎng)鹽;富營(yíng)養(yǎng)化;評(píng)價(jià)

渤海是唯一深入中國(guó)大陸的接近封閉性的淺海，主要由渤海灣、遼東灣、萊州灣/中央海盆地以及渤海海峽組成，幾乎被整個(gè)大陸所環(huán)繞[1]。由于上世紀(jì)過(guò)強(qiáng)力度的捕撈和環(huán)境的污染，嚴(yán)重?fù)p害了海洋生物的棲息環(huán)境，海洋生態(tài)環(huán)境的修復(fù)成為了許多科學(xué)工作者的研究目標(biāo)[2]。海洋牧場(chǎng)（marine ranching）的出現(xiàn)，引發(fā)了大量海洋工作者的興趣，研究表明，海洋牧場(chǎng)在生物資源量、生物種類恢復(fù)方面有著不可替代的地位[3]。

祥云灣海洋牧場(chǎng)位于河北省唐山京唐港南部海域，海水營(yíng)養(yǎng)鹽是牧場(chǎng)區(qū)浮游生物生長(zhǎng)的基本要素[4]。為了解人工魚(yú)礁區(qū)的水質(zhì)情況，對(duì)祥云灣海洋牧場(chǎng)海域進(jìn)行水環(huán)境調(diào)查、評(píng)價(jià)，探索海水營(yíng)養(yǎng)鹽的變化規(guī)律，為祥云灣海洋牧場(chǎng)的健康發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣站位與時(shí)間

本研究地點(diǎn)為祥云灣海洋牧場(chǎng)人工魚(yú)礁區(qū)，礁區(qū)內(nèi)設(shè)6個(gè)站位，分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6，對(duì)照區(qū)設(shè)3個(gè)站位，分別為L(zhǎng)7、L8、L9（如圖1）。站位坐標(biāo)分別為39°8.994'N 118° 58.695'E、39°9.081'N 118°59.094'E、39°9.174'N 118°59.489'E、39°8.941'N 118°58.867'E、39° 8.999'N 118°59122'E、39°9.050'N 118°59.365'E、39°7.170'N 118°58.382'E、39°7.584'N 118°59.623'E、39°8.052'N 119°0.684'E。

調(diào)查時(shí)間在2019年9月、2019年12月、2020年3月、2020年6月。

圖1 海洋牧場(chǎng)礁區(qū)調(diào)查站位圖

1.2 測(cè)定方法

按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB 17378-2007）[5]進(jìn)行海水測(cè)定樣品的采集、檢測(cè)。其中，DIN為三氮之和。采集表層和底層的水樣進(jìn)行水質(zhì)分析，氨氮、硝態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、活性磷酸鹽、化學(xué)需氧量分別用次溴酸鈉氧化法、鎘柱還原法、萘乙二胺分光光度法、磷鉬藍(lán)分光光度法、堿性高錳酸鉀法，水溫、水深現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，鹽度用鹽度計(jì)測(cè)定帶回實(shí)驗(yàn)室的水樣。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 潛在富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià) 目前，國(guó)內(nèi)常用的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法是郭衛(wèi)東等[6]提出的潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)公式，劃分規(guī)則見(jiàn)表1。

1.3.2 N/P值 研究表明， N/P>20時(shí)，P不足，磷會(huì)限制藻類的生長(zhǎng);N/P<13時(shí)，N不足，氮?jiǎng)t會(huì)成為限制藻類成長(zhǎng)的影響因素[7]。

1.3.3 單因素指數(shù)法 單因素評(píng)價(jià)的公式為：Pi=Ci/C0

式中，Pi為單因素指數(shù)，Ci為環(huán)境因子的實(shí)測(cè)值，P0為環(huán)境因子的標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)值參考《人工魚(yú)礁資源養(yǎng)護(hù)效果評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》（SC/T 9417-2015）[8]。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析 用SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用單因素方差（One-way ANOVA）、Pearson雙因子對(duì)海水水質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，P<0.05為顯著水平，P<0.01為極顯著水平。

2 水環(huán)境檢測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)

2.1 溫度、鹽度、pH值、透明度的分布

礁區(qū)內(nèi)、外海水pH值、鹽度變化范圍不大，上下浮動(dòng)較小，pH值在8.0左右，保持在弱堿狀態(tài)，鹽度在30‰左右。表層與底層的水溫相差不大，在0～2 ℃范圍內(nèi)變化。海水平均透明度，礁區(qū)內(nèi)12月稍高，其他季節(jié)差別不大，礁區(qū)內(nèi)外的透明度差別不明顯，最高為1.40 m，最低為053 m（表2）。

通過(guò)單因素方差分析，礁區(qū)內(nèi)四個(gè)月份的pH值、透明度存在顯著差異（P<0.05），礁區(qū)內(nèi)12月、6月顯著高于9月、3月（P<0.05）。

2.2 溶解氧與化學(xué)需氧量的分布

同時(shí)期礁區(qū)內(nèi)外溶解氧濃度相比，礁區(qū)9月、6月分別高于對(duì)照區(qū)，12月、4月溶解氧濃度低于對(duì)照區(qū)，溶解氧濃度變化范圍為8.00～871 mg/L（圖2）。礁區(qū)的COD含量在9月最低，為0.83 mg/L;3月最高，為1.48 mg/L，對(duì)照區(qū)變化趨勢(shì)與礁區(qū)相似，COD含量比對(duì)照區(qū)較低（圖3）。

通過(guò)單因素方差分析得知礁區(qū)9月、3月、6月的溶解氧含量顯著高于12月（P<0.05），礁區(qū)DO的含量與對(duì)照區(qū)相比差異不顯著（P>0.05）。礁區(qū)內(nèi)海水COD含量存在季節(jié)性差異，9月海水COD含量極顯著低于12月、3月、6月（P<001）。通過(guò)單因素方差分析得知礁區(qū)9月、3月、6月的溶解氧含量顯著高于12月（P<0.05），礁區(qū)DO的含量與對(duì)照區(qū)相比差異不顯著（P>0.05）。礁區(qū)內(nèi)海水COD含量存在季節(jié)性差異，9月海水COD含量極顯著低于12月、3月、6月（P<0.01）。

2.3 營(yíng)養(yǎng)鹽的分布

礁區(qū)與對(duì)照區(qū)活性磷酸鹽含量在12月最高，其次是9月，6月含量最低。礁區(qū)、對(duì)照區(qū)DIN含量、硝態(tài)氮變化趨勢(shì)相同，均為9月最高，12月次之，6月最低。DIN、硝態(tài)氮的變化范圍分別為008～0.2 mg/L，0.05～0.11 mg/L。同年對(duì)比，人工魚(yú)礁區(qū)的DIN比對(duì)照區(qū)都高。礁區(qū)內(nèi)外氨氮、亞硝態(tài)氮含量差別不大，含量最高的為9月，9月氨氮含量的變化范圍為0.03～0.07 mg/L（圖4）。

經(jīng)單因素方差分析， 9月海水中活性磷酸鹽的含量顯著高于3月、6月（P<0.05）;12月顯著高于9月、3月、6月（P<0.05）。各季節(jié)DIN的含量?jī)蓛芍g均具有顯著性（P<0.05）。9月氨氮極顯著高于其他月份（P<0.01），12月、3月氨氮極顯著低于其他兩個(gè)月份（P<0.01）。4月份、6月硝態(tài)氮含量極顯著低于其他兩個(gè)月份（P<001）。9月亞硝態(tài)氮含量極顯著高于其他季節(jié)（P<0.01）。

2.4 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)

如表3所示，9月、12月和3月，礁區(qū)及對(duì)照區(qū)的無(wú)機(jī)氮、活性磷、溶解氧、化學(xué)需氧量、pH值都在海水二類水的范圍內(nèi)。pH值常年呈弱堿性，比較穩(wěn)定（表3）。

2.5 潛在性富營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)

9月、12月、3月和6月，礁區(qū)及對(duì)照區(qū)的整體水質(zhì)水平處于磷中等限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài);投礁之前，海區(qū)的水質(zhì)狀態(tài)處于磷限制中度富營(yíng)養(yǎng)，水質(zhì)由中度富營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)闈撛谛愿粻I(yíng)養(yǎng)，礁區(qū)整體處于磷中等限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)（表4）。

未投放人工魚(yú)礁之前，海水中N/P比為3200，投礁之后，礁區(qū)與對(duì)照區(qū)除了12月外，整體上都高于投礁之前的N/P比，是投礁之前的1倍多。海水N/P比整體呈現(xiàn)礁區(qū)>對(duì)照區(qū)的趨勢(shì)，這種變化在3月、6月表現(xiàn)更為明顯。

3 分析與討論

海水溫度、鹽度是影響水生生物分布的重要因素，海水透明度有從渤海灣中央向沿岸地區(qū)逐漸減小的趨勢(shì)[9]。礁區(qū)水溫9月、12月、3月、6月的平均溫度分別為23.46、7.98、10.67、21.32 ℃，上下層水溫的變化范圍為0～2 ℃，上下水溫的變化主要與水深有關(guān)。鹽度的季節(jié)變化與海洋牧場(chǎng)生態(tài)環(huán)境的變化、海洋現(xiàn)象的發(fā)生相關(guān)[10]。礁區(qū)平均鹽度為30.91‰，主要是由于礁區(qū)處于祥云灣的灣口，容易受到渤海中部冷水輸入的影響，該結(jié)果與張海波等在2018年做的調(diào)查基本吻合[11]。祥云灣海洋牧場(chǎng)人工魚(yú)礁區(qū)海水透明度在同時(shí)期內(nèi)低于對(duì)照區(qū)，可能是由于人工魚(yú)礁區(qū)位于祥云灣灣口，離岸邊較近，營(yíng)養(yǎng)鹽豐富、懸浮物含量高的原因。

海水DO是海洋環(huán)境中重要的生源要素，在海洋生物的光合作用、呼吸作用、硝化反應(yīng)中不可或缺[12]。海水溶解氧的變化范圍為8.00～8.71 mg/L，海水中溶解氧含量呈現(xiàn)9月最高，12月最低的變化趨勢(shì)，可能是與利奇馬臺(tái)風(fēng)剛過(guò)，導(dǎo)致溶解氧濃度增加有關(guān)[13]。

COD可以間接反映海水有機(jī)污染的污染程度，其值越高，表明海水水體的有機(jī)污染就越嚴(yán)重[8]。礁區(qū)內(nèi)3月COD含量最高，達(dá)到1.48 mg/L;含量最低為9月，為0.83 mg/L，主要是因?yàn)?月，渤海地表徑流增加，使得海水中有機(jī)物、耗氧物質(zhì)都有所增加，9月渤海海域臺(tái)風(fēng)剛過(guò)，水體流動(dòng)性好，降解作用更好[14]。COD各月份含量均小于2 mg/L，處于海水一類水標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，低于海水發(fā)生赤潮的COD的臨界值[15]。

營(yíng)養(yǎng)鹽是海水浮游植物生長(zhǎng)、繁殖必須的物質(zhì)，同時(shí)也是控制海洋初級(jí)生產(chǎn)力的主要因子之一[16]。礁區(qū)DIN含量的變化范圍為0.08～0.20 mg/L，9月含量最高，12月次之，3月最低，可能是由于臺(tái)風(fēng)期間，大量的雨水將陸源有機(jī)物沖入海中，通過(guò)生物生化作用將N、P元素釋放在水中，使得9月DIN的含量最高[17]。9月、12月與3月DIN濃度較高的原因是礁區(qū)水質(zhì)除了受到周圍養(yǎng)殖活動(dòng)影響之外，可能還與近年來(lái)祥云灣旅游發(fā)展迅速，受到其他人為活動(dòng)的影響，使得海水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度升高。

投礁之后，除了12月外，海域N/P增加，是投礁之前的1倍多，從N/P看，礁區(qū)和對(duì)照區(qū)受P限制，其營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)主要以P限制為主，成為浮游生物的主要限制因子，這與歷史數(shù)據(jù)相吻合，DIN含量和N/P比一直處于較高水平[18]。限制潛在富營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)顯示，海區(qū)整體處于磷中等限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)。投礁之前，海水在磷限制中等富營(yíng)養(yǎng)水平，從而可以看出，海洋牧場(chǎng)水體向著富營(yíng)養(yǎng)水平的方向發(fā)展。但是因?yàn)槭艿胶Ｋ辛椎南拗?，海洋牧?chǎng)仍然處于磷中等限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)水平。海水潛在富營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)與富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)的判定結(jié)果相吻合，即我國(guó)近海岸水域普遍處于磷限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)水平[19]。

4 小結(jié)

海水鹽度全面變化不大，平均為30.91‰，海水水溫上下層之間變化范圍為0～2 ℃，礁區(qū)海水透明度低于對(duì)照區(qū)。海水溶解氧含量在9月最高，變化范圍為8.00～8.71 mg/L。海水COD含量在12月最高，9月最低，整體低于國(guó)家一類水標(biāo)準(zhǔn)。硝態(tài)氮含量在海水營(yíng)養(yǎng)鹽含量中占比最高，是構(gòu)成DIN的主要成分，DIN濃度在3月份最低，9月最高。活性磷酸鹽含量12月最高、6月最低，與對(duì)照區(qū)含量差別不大，平均為0.01 mg/L。通過(guò)潛在性富營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)得知，祥云灣海域水質(zhì)整體處于磷中等限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)水平。

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Analysis on the phytoplankton community structure of the ocean ranch in Xiangyun Bay

YE Min1，CUI Chen1，ZHANG Xiuwen1，ZHAO Qi2， ZHANG Yunling2， QI Zunli1

（1.College of Oceanography，Hebei Agricultural University，Qinhuangdao，063003，China;2.Tangshan Ocean Ranch Industrial Co.，Ltd.，Tangshan，063611，China ）

Abstract：In order to understand the water quality of the artificial reef area，the seawater environmental conditions of the Xiangyun Bay Marine Ranch was investigated from 2019 to 2020. The results showed that the salinity of the seawater did not change much， with an average of 30.91‰， and the transparency of the reef area was lower than the control area. The dissolved oxygen content was the highest in September， with a range of 8.10～8.81 mg/L. The COD content was the highest in March and the lowest in September， and the concentration range was 0.83～1.48 mg/L. The range of active phosphate content was 0.01～0.02 mg/L， and the DIN content in the reef area was higher than that in the control area. The marine environment is at a potential eutrophication level with moderate phosphorus restriction.

Key words：Xiangyun Bay; nutrients; eutrophication; evaluation

（收稿日期：2020-12-02;修回日期：2020-12-22）