三門灣海域環(huán)境質量現(xiàn)狀評價及其年際變化

梁靜香，周永東，王忠明，徐開達，張亞洲，王好學

（浙江海洋大學海洋與漁業(yè)研究所，浙江省海洋水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重點漁場漁業(yè)資源科學觀測實驗站，浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術研究重點實驗室，浙江舟山 316021）

三門灣居中國海岸線中心區(qū)位，位于浙東沿海（28°57′-29°22′N，121°25′-121°58′E)，海岸線曲折，總長304 m，海域總面積達775 km2，海灣的開敞度為0.072，屬半封閉海灣[1]。三門灣為強潮海灣，平均潮差4.25 m，最大潮差可達7.75 m，潮流屬于往復流，一般落潮流速大于漲潮流速，最大漲潮流速達2 m·s-1，三門灣三面環(huán)陸，30 多條溪流注入海灣，為三門灣帶來了豐富的營養(yǎng)物質，大量的浮游生物為各種海洋魚類提供充足的餌料[2]。該海域由于島嶼眾多，海洋地質地貌較為復雜，淺海資源和灘涂資源較多，是浙江省重要的魚、蝦、貝、藻等養(yǎng)殖基地和生態(tài)濕地，是浙江省沿海社會經(jīng)濟發(fā)展的重要依托，也是水產(chǎn)養(yǎng)殖資源最豐富的三大港灣之一[3]。

近年來在三門灣海域開展了多次調(diào)查，都包含了對海域水質和底質狀況的調(diào)查和評價的內(nèi)容[4-10]。因其優(yōu)越的地理位置，適宜的氣候，有利于各類生物棲息繁衍，三門灣成為浙江省重點海水養(yǎng)殖基地，但是隨著陸海人為活動產(chǎn)生的大量污染物進入三門灣，同時由于海灣內(nèi)水交換能力較弱，造成近岸海域水質惡化，海洋生態(tài)環(huán)境退化和生產(chǎn)力下降，進而影響到三門灣社會經(jīng)濟的進一步健康發(fā)展，給海洋生態(tài)環(huán)境保護帶來較大壓力，因此對其水域環(huán)境的再次調(diào)查研究很有必要。本文根據(jù)2015 年和2016 年的調(diào)查數(shù)據(jù)，并結合以往的調(diào)查資料，對三門灣海域水質及底質狀況進行評價，旨在了解近年來三門灣海域環(huán)境變化的趨勢及其與水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的關系，為三門灣環(huán)境保護合理規(guī)劃布局和對其養(yǎng)殖容量進行估算提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 采樣及樣品處理

于2015 年11 月、2016 年2 月、5 月和8 月在浙江三門灣海域共設置8 個水質和沉積物的調(diào)查站位（圖1）。水樣用有機玻璃采水器采集，沉積物采用Van Veen 采泥器采集。水質測定項目有pH、DO、COD、DIP、DIN 和重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、As）。沉積物測定項目主要是重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As）。樣品的采集、貯存與運輸和處理及實驗室內(nèi)的分析測定均按照《海洋調(diào)查規(guī)范 第4 部分 海水化學要素調(diào)查》（GB/T 12763.4-2007）[11]和《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378-2007）[12]的要求進行。

圖1 三門灣調(diào)查站點示意圖Fig.1 Diagram of sampling sites in the Sanmen bay

1.2 評價標準

三門灣海域主要為漁業(yè)區(qū)，因此選用《海水水質標準》（GB 3097-1997）[13]，二類海水水質標準對水質現(xiàn)狀進行評價；海洋沉積物質量按《海洋沉積物質量》（GB 18668-2002）[14]一類標準執(zhí)行。

1.3 評價方法

1.3.1 水質評價

水質評價采用單因子標準指數(shù)法[15]，評價因子的標準指數(shù)值若大于1，則表明該因子超過了評價標準中的規(guī)定值，已不能滿足海洋功能區(qū)劃分的使用要求。

1.3.2 富營養(yǎng)化評價

由于N、P 等營養(yǎng)物質大量的流入水體，當其含量超過該水域的環(huán)境容量時，水體無法達到自然凈化，易出現(xiàn)富營養(yǎng)化[16]。本文根據(jù)營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)E 值大小表示該海域的富營養(yǎng)化水平[17]，當E>1 時，說明水體已達富營養(yǎng)化狀態(tài)。

1.3.3 沉積物重金屬污染的潛在生態(tài)危害評價

水體中重金屬含量很少，易受各種因素影響，且難降解，最終進入沉積物中。由于累積作用，沉積物中重金屬含量比相應水體中的含量要高，出現(xiàn)一定分布規(guī)律[18]。本文采用HAKANSON[19]提出的沉積物評價方法，對三門灣海域沉積物重金屬污染的潛在生態(tài)危害進行評價。

2 結果

2.1 水質評價

三門灣海域水質現(xiàn)狀監(jiān)測結果見表1，水質評價結果見表2。

表1 三門灣海域水質監(jiān)測結果Tab.1 Monitoring results of water quality of the Sanmen bay

表2 三門灣海域水質評價標準指數(shù)Tab.2 Standard indices of water quality assessment of the Sanmen bay

秋、冬、春DIN 測值100%超出二類水質標準，夏季43.75%超出二類水質標準。秋季DIN 只有6.25%符合三類水質標準，62.5%符合四類水質標準，31.5%劣于四類水，冬季100%屬于劣四類水質，春季68.75%屬于四類，31.25%屬于劣四類水質，夏季56.25%屬于二類水質，12.5%屬于三類水質，18.7%屬于四類水質，12.5%劣于四類水質。

秋季DIP 測值81.25%超出二類水質標準，冬季25%超出二類水質標準，春、夏季均符合二類水質標準。秋季DIP 測值18.75%屬二類、三類水質，75%屬四類水質6.25%劣于四類水質。冬季75%屬二類、三類水質，25%屬于四類水質。春季100%屬于二類、三類水質，夏季DIP 測值50%屬一類水質，37.5%屬二、三類水質，12.5%屬四類水質。

秋季和冬季pH 均超標100%，其余均達到了相應功能區(qū)的海水水質標準要求。秋季COD 測值18.75%屬三類水質，6.25%屬四類水質；冬季6.25%屬于三類水質。DO 全年監(jiān)測值達到相應功能區(qū)的海水水質標準要求，重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、As）全年監(jiān)測值均達到相應功能區(qū)的海水水質標準要求。

2.2 沉積物現(xiàn)狀及評價

監(jiān)測海區(qū)中重金屬含量變化幅度不是很大，評價因子均符合海洋沉積物質量標準的一類標準，見表3、表4。

表3 三門灣海域沉積物重金屬含量監(jiān)測結果Tab.3 Monitoring results of heavy metals in sediments of the Sanmen bay

表4 三門灣海域沉積物評價標準指數(shù)Tab.4 Standard indices of sediment quality assessment of the Sanmen bay

3 綜合分析

3.1 水質富營養(yǎng)化程度分析

三門灣水域各季節(jié)平均營養(yǎng)狀態(tài)在1.46～8.48，呈富營養(yǎng)化狀態(tài)。季節(jié)變化從高到低為冬季>秋季>春季>夏季，見表5。

表5 三門灣監(jiān)測海域各季節(jié)富營養(yǎng)化指數(shù)Tab.5 Seasonal eutrophication indices of the Sanmen bay

3.2 沉積物重金屬富集特征及潛在生態(tài)危害分析

重金屬各因子富集系數(shù)見表6。三門灣海域沉積物種重金屬元素的各季節(jié)平均富集程度（），除春季的Pb 和Zn 以及夏季的Pb 富集系數(shù)大于1 外，其他重金屬因子的富集程度均小于1，且各個季節(jié)的污染程度均小于8（表7），表明水體主要受Pb 和Zn 的污染。秋季由大到小依次為Pb>Cu>As>Zn>Cd>Hg；冬季為Pb>As>Cu>Zn>Cd>Hg；春季為Zn>Pb>Cu>As>Cd=Hg；夏季為Pb>As>Zn>Cu>Cd>Hg。

表7 三門灣沉積物重金屬污染程度（Cd）和潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）Tab.7 The pollution index(Cd) and ecological risk index(RI) of heavy metals in sediments of the Sanmen bay

春季的Pb 和Zn 以及夏季的Pb 的危害系數(shù)值大于其輕微生態(tài)危害的劃分標準值，其他重金屬均小于其輕微生態(tài)危害的劃分標準值，且各項重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)均小于40，表明三門灣海域沉積物環(huán)境中重金屬的潛在生態(tài)危害大部分非常輕微，屬于輕微生態(tài)危害范疇，對三門灣生態(tài)環(huán)境造成的潛在影響春季主要為Pb、Zn，夏季為Pb（表6）。

表6 沉積物中重金屬的參照值、毒性系數(shù)、富集系數(shù)和生態(tài)危害系數(shù)Tab.6 Reference values,toxic coefficients,accumulation coefficients,and potential ecological risk indices of heavy metals in sediments of the Sanmen bay

從總體潛在生態(tài)風險看，三門灣海域沉積物中重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)RI 均遠小于150，為低潛在風險（表8）。

4 討論

4.1 水質環(huán)境的變化及富營養(yǎng)化成因探討

4.1.1 季節(jié)變化

本次調(diào)查秋、冬季富營養(yǎng)化程度比春、夏季高，見圖2。4 個季節(jié)的DIN 和DIP 含量變化不大，而富營養(yǎng)化程度在秋、冬季含量較高的原因可能是COD 值影響，見圖3。高生泉等[5]2002-2003 年在三門灣做的調(diào)查顯示，秋、冬季富營 養(yǎng)化程度比夏季高，其認為可能由于外海流影響，秋、冬季高營養(yǎng)鹽的江浙沿岸流的南下對三門灣灣口區(qū)海域提供了豐富的營養(yǎng)物質。

圖2 富營養(yǎng)化指數(shù)的季節(jié)變化Fig.2 The seasonal changes of the eutrophication index

4.1.2 年際變化

本次調(diào)查結果與1997 年以來三門灣多次水化學調(diào)查資料[5-9,20]比較，由圖3 可見，三門灣水域DIN 的變化趨勢是春、夏、秋先增后降，冬季時先降后升；從變化趨勢圖上看，2009 年之后除冬季外DIN、DIP 有所下降，但秋季相較2012 年有所增加。結果表明，富營養(yǎng)化狀況有所減輕。

圖3 三門灣DIN 和DIP 平均含量變化Fig.3 The DIN and DIP average content changes of the Sanmen bay

但三門灣水域各季節(jié)平均營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（E 值）在1.46～8.48，仍呈富營養(yǎng)化狀態(tài)。水體中豐富的營養(yǎng)鹽是赤潮發(fā)生的物質基礎[21]，三門灣是一個半封閉海灣，海域受到灣內(nèi)沿岸陸地徑流的影響，使灣內(nèi)大部分水域具有低鹽、高營養(yǎng)鹽的特征[20]。三門灣流域面積約3 160 km2[22]，入灣河流攜帶沿岸工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)肥源流失及生活污水，這是導致三門灣水域富營養(yǎng)化的重要原因之一。

海水養(yǎng)殖自身污染是導致三門灣水域富營養(yǎng)化的另一重要原因。2002 年三門灣海水養(yǎng)殖產(chǎn)量為24.2×104t[4]，2018 年三門灣海水養(yǎng)殖產(chǎn)量達27.7×104t，由于海水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，大量的殘餌和魚類排泄物的分解增加了水體中的氮磷含量[23]。海水富營養(yǎng)化成因較為復雜，為更全面掌握其具體成因，后續(xù)還需進行綜合調(diào)查分析。

4.2 沉積物重金屬含量的變化

本次沉積物調(diào)查結果與1997 年以來三門灣多次底質調(diào)查資料[6,8-9]比較（圖4），Cu、Pb 和As 含量變化不大，Zn 和Hg 的變化趨勢為先升后降，Cd 變化趨勢為下降。本次研究春季的Pb 和Zn 以及夏季的Pb 富集系數(shù)均大于1 以及其危害系數(shù)值大于其輕微生態(tài)危害的劃分標準值。