廣西北部灣海域水質(zhì)污染調(diào)查與分析*

陶曉娉，吳 淼**，劉 熊，雷 富，何喜林

(1.南寧師范大學(xué)北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西南寧 530001；2.防城港市海域使用動態(tài)監(jiān)管中心，廣西防城港 538001；3.廣西科學(xué)院廣西北部灣海洋研究中心，廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點實驗室，廣西南寧 530007)

廣西北部灣海域位于北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，夏季高溫，擁有數(shù)條入海河流，由西至東分布有珍珠灣、欽州灣、廉州灣、鐵山港等港灣以及典型珊瑚生態(tài)保護區(qū)潿洲島，海洋生物資源十分豐富，牡蠣及各種魚類養(yǎng)殖業(yè)和海洋旅游業(yè)發(fā)達[1]。作為我國西部沿海沿江沿邊區(qū)域，廣西的區(qū)位優(yōu)勢突出，從2008年《廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)發(fā)展規(guī)劃》至2020年《廣西加快發(fā)展向海經(jīng)濟推動海洋強區(qū)建設(shè)三年行動計劃(2020-2022年)》發(fā)布，廣西北部灣經(jīng)濟區(qū)發(fā)展了眾多臨海產(chǎn)業(yè)群，海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，由此產(chǎn)生的海洋環(huán)境問題有加重趨勢[2-5]。

海域水質(zhì)污染調(diào)查與分析是海域污染防控、海洋生態(tài)保護修復(fù)與補償工作的基礎(chǔ)，常運用于海洋環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)保護成效評價工作中。單因子污染指數(shù)評價法、有機污染指數(shù)法以及綜合污染指數(shù)法是較為成熟的水質(zhì)評價方法，常用于對水體和沉積物污染狀況評價。目前對廣西北部灣多個季節(jié)、多個海域的水質(zhì)評價研究仍不多[6-9]。本研究根據(jù)2021年8月(夏季)以及2022年1月(冬季)廣西珍珠灣、欽州灣、廉州灣、鐵山港和潿洲島表層海水的數(shù)據(jù)，進行水質(zhì)污染分析和評價，旨在為廣西北部灣海洋污染防控治理、完善海洋生態(tài)治理體系和海洋生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

圖1 研究區(qū)域站位Fig.1 Sampling stations in the study area

1.2 數(shù)據(jù)處理與評價方法

運用《近岸海域環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 第十部分 評價及報告》[14]中的單因子污染指數(shù)評價法、《海灣生態(tài)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》[15]中的有機污染指數(shù)法和1974年關(guān)伯仁[16]提出的綜合污染指數(shù)法分別對水質(zhì)進行評價。當(dāng)單因子污染指數(shù)(污染物i的污染指數(shù)，Pi)≤1時，表示該站位未受該因素污染，當(dāng)單因子污染指數(shù)>1時，表示該站位受該因素污染，值越大污染越重。有機污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法評價分級標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 水質(zhì)評價等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification standard of water quality evaluation

2 結(jié)果與分析

2.1 pH值

夏季pH值為7.38-8.09，均值7.79，單因子污染指數(shù)PpH為0.17-2.19，均值1.04，27個站位中共12個超標(biāo)，超標(biāo)站位分布情況為欽州灣6-10號站位，廉州灣2號站位和鐵山港16-21號站位(圖2)，其中欽州灣6號站位超標(biāo)值(2.19)最大，8號站位次之(2.11)。冬季pH值為7.79-8.21，均值7.99，單因子污染指數(shù)PpH為0.00-1.03，均值0.49，22個站位中超標(biāo)站位共3個，超標(biāo)站位均分布于鐵山港，且單因子污染指數(shù)均為1.03，僅超過污染標(biāo)準(zhǔn)0.03(圖2)。夏季PpH超標(biāo)站位個數(shù)、PpH超標(biāo)值明顯高于冬季，夏季PpH超標(biāo)站位涉及海域比冬季分布范圍廣。

2.2 DIN

夏季DIN為0.03-0.43 mg/L，均值0.17 mg/L，單因子污染指數(shù)PDIN為0.14-2.13，均值0.87，27個站位中超標(biāo)站位共12個，超標(biāo)站位為欽州灣6-9號站位、廉州灣12-13號站位和鐵山港16-21號站位(圖2)，其中欽州灣6號站位超標(biāo)值(2.13)最大，鐵山港16號站位(2.02)次之。冬季DIN為0.03-0.35 mg/L，均值0.16 mg/L，單因子污染指數(shù)PDIN為0.17-1.75，均值0.80，22個站位中超標(biāo)站位共9個，超標(biāo)站位為欽州灣6-8號站位，廉州灣31-32號站位和鐵山港16-19號站位(圖2)，其中欽州灣6號站位超標(biāo)值(1.75)最大。夏季PDIN超標(biāo)站位個數(shù)、PDIN超標(biāo)值明顯高于冬季，夏季PDIN超標(biāo)站位所在海灣與冬季相同，具體超標(biāo)站位有所不同。

2.3 DIP

夏季DIP為0.007-0.037 mg/L，均值0.019 mg/L，單因子污染指數(shù)PDIP為0.47-2.46，均值1.25，27個站位中超標(biāo)站位共15個，超標(biāo)站位為欽州灣6-10號站位，廉州灣11-13號和15號站位，鐵山港16-21號站位(圖2)，其中超標(biāo)程度最大站位為欽州灣7號站位(2.46)，6號站位(2.06)次之。冬季DIP為0.004-0.037 mg/L，均值0.021 mg/L，單因子污染指數(shù)PDIP為0.24-2.49，均值1.37，22個站位中超標(biāo)站位共12個，超標(biāo)站位為欽州灣站位6-10號，廉州灣32號站位，鐵山港16-20號站位和潿洲島站位22號(圖2)，其中欽州灣6號站位PDIP超標(biāo)程度最大(2.49)。夏季PDIP超標(biāo)站位個數(shù)多于冬季，但夏季PDIP超標(biāo)站位分布海域比冬季范圍小，且冬季22號站位PDIP是潿洲島海域的唯一超標(biāo)因子。

2.4 COD

夏季COD為0.34-1.47 mg/L，均值0.99 mg/L，單因子污染指數(shù)PCOD為0.17-0.74，均值0.50，27個站位均未超標(biāo)(圖2)。冬季COD為0.45-1.83 mg/L，均值0.99 mg/L，單因子污染指數(shù)PCOD為0.23-0.92，均值0.49，22個站位亦均未超標(biāo)(圖2)。夏和冬兩季PCOD最高值均出現(xiàn)在鐵山港16號站位。

2.5 DO

夏季DO為3.62-7.83 mg/L，均值5.40 mg/L，單因子污染指數(shù)PDO為0.38-4.58，均值2.14，27個站位中共17個超標(biāo)，超標(biāo)站位分布情況為珍珠灣2-4號站位、欽州灣6-10號站位、廉州灣11和13-14站位和鐵山港16-21號站位(圖2)，其中超標(biāo)最高值位于欽州灣8號站位(4.58)。冬季DO為6.58-8.19 mg/L，均值7.42 mg/L，單因子污染指數(shù)PDO為0.32-0.84，均值0.62，22個站位均未超標(biāo)(圖2)，但最高值同時出現(xiàn)在鐵山港18號(0.84)和20號(0.84)站位。夏季PDO超標(biāo)站位個數(shù)、PDO超標(biāo)值明顯高于冬季，夏季PDO超標(biāo)站位涉及海域除潿洲島外均有分布。

Stations 11-15 on the x-axis correspond to stations 11-15 in summer and stations 28-32 in winter,respectively

2.6 有機污染

夏季A值為-0.05-4.24，均值1.71，珍珠灣未受有機污染，欽州灣存在重度污染、中度污染、輕度污染和開始受到污染站位，廉州灣出現(xiàn)輕度污染和開始受到污染站位，鐵山港同時受中度污染和輕度污染，潿洲島未受有機污染(表2)。冬季A值為-0.35-3.53，均值1.43，欽州灣存在中度污染、輕度污染和開始受到污染站位，廉州灣僅出現(xiàn)輕度污染和開始受到污染站位，鐵山港同時受中度污染和輕度污染，潿洲島未受有機污染(表2)。夏季水質(zhì)受有機污染站位個數(shù)和污染程度高于冬季。

表2 廣西北部灣海域有機污染評價和綜合污染評價結(jié)果Table 2 Results of organic pollution evaluation and comprehensive pollution evaluation in Beibu Gulf of Guangxi

2.7 綜合污染

夏季P值為0.35-2.30，均值1.16，珍珠灣存在輕度污染站位，欽州灣同時受到中度污染和輕度污染，廉州灣和鐵山港僅存在輕度污染站位，潿洲島未受綜合污染(表2)。冬季P值為0.31-1.25，均值0.76，僅欽州灣和鐵山港存在輕度污染站位，廉州灣和潿洲島未受綜合污染，處于清潔狀態(tài)(表2)。受綜合污染站位個數(shù)和污染程度在夏季高于冬季，在灣內(nèi)高于灣外。

3 討論

3.1 單因子污染評價

本研究發(fā)現(xiàn)夏和冬兩季DIN、DIP和COD濃度差異小，但夏季pH和DO明顯低于冬季。DO濃度受溫度、pH和鹽度等因素綜合影響，高溫條件下海氣交換加強，夏季表層水體DO含量低于冬季；受水中光合作用生物的影響，pH值與DO濃度呈正相關(guān)，夏季pH也出現(xiàn)低值[17]。對比前人夏和冬兩季的數(shù)據(jù)(表3)，近年廣西北部灣海域表層海水夏和冬兩季pH、DIN、DIP濃度波動較小，但隨年際變化DIP仍稍有遞增，表3內(nèi)DIP年際變化趨勢與楊靜等[19]研究中DIP濃度上升趨勢相一致，但磷污染程度有所減弱；夏季北部灣COD入海通量占比大[20]，但COD濃度逐年遞減且本研究夏季COD明顯低于前人研究，分析原因與2021年夏季南方雨季偏晚、強度弱有關(guān)[21]；夏季DO濃度隨年際波動大，有明顯遞減的趨勢，分析是近年北部灣海域夏季富營養(yǎng)化程度加重，水體中浮游植物、細菌等微生物活動劇烈，耗氧量增多所致[22,23]。

表3 廣西北部灣海域近年夏和冬兩季環(huán)境因子對比Table 3 Comparison of environmental factors between summer and winter in Beibu Gulf of Guangxi in recent years

本研究中，廣西北部灣海域夏季主要超標(biāo)因子有pH、DIN、DIP和DO，冬季為pH、DIN、DIP，整個海域主要污染物為DIN、DIP，這與《2017年廣西壯族自治區(qū)海洋環(huán)境質(zhì)量公報》[24]關(guān)于海水中主要污染物含有DIN和DIP的闡述相一致。夏季超標(biāo)單因子個數(shù)、各單因子超標(biāo)站位個數(shù)明顯多于冬季，超標(biāo)海域主要分布于欽州灣、鐵山港和廉州灣，以欽州灣和鐵山港最為嚴(yán)重，珍珠灣僅1個站位的pH值超標(biāo)、3個站位的DO超標(biāo)，而潿洲島整體符合一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，僅在冬季有1個站位的DIP略微超標(biāo)，可見，廣西北部灣海域近岸海灣單因子污染超標(biāo)站位數(shù)多于遠岸島嶼潿洲島。單因子超標(biāo)站位分布海域及季節(jié)差異與前人研究基本相同，夏和冬兩季超標(biāo)率遠高于前人研究[7-9,25,26]，但潿洲島海域僅冬季出現(xiàn)1個DIP超標(biāo)站位，這與該島2013年、2016年DO超標(biāo)，2017年DIN和DO同時超標(biāo)不同[27]，可見近年潿洲島海域單因子污染存在動態(tài)變化，但廣西北部灣整體海域單因子超標(biāo)狀況趨于惡化。

3.2 有機污染評價

在4個海灣中，珍珠灣在2008年8月所有監(jiān)測站位水質(zhì)開始受到有機污染和輕度有機污染，珍珠灣口在2016年5月開始受到有機污染[9,28]；欽州灣有機污染程度于1990-1998年降低，1999-2010年又趨于嚴(yán)重，在2016年3月出現(xiàn)嚴(yán)重有機污染[9,29]；廉州灣在1996-2000年已存在不同程度有機污染，總體水質(zhì)達到中度有機污染，在2016年10月出現(xiàn)中度有機污染[9,30]；鐵山港在20世紀(jì)末還未受有機污染，而后作為廣西沿海重要工業(yè)區(qū)，其水質(zhì)污染程度加重，港口海域在2016年已開始受到有機污染，鐵山港整體海域在2020年都已受有機污染[8,31,32]；潿洲島水體基本未受到有機污染，偶有報道開始受到有機污染和輕度有機污染情況[7,31,33]。

就廣西北部灣海域整體而言，在2006年和2011年夏季良好水質(zhì)分別占93.4%和96.4%，重度有機污染分別占2.1%和1.2%，受污染站位在廉州灣海域，夏和冬兩季重度有機污染均出現(xiàn)在大風(fēng)江口[34]；2015年夏和冬兩季受有機污染站位分別占5.2%和6.9%，欽州灣內(nèi)和大風(fēng)江口在夏季開始受到有機污染，欽州灣內(nèi)在冬季有輕度污染，而開始受到有機污染站位在欽州灣和廉州灣灣內(nèi)[8]；在2016年夏，受有機污染比例占全海域的34%，未出現(xiàn)重度有機污染，中度有機污染在防城港、廉州灣和鐵山港灣內(nèi)，防城港灣內(nèi)、欽州灣灣內(nèi)及灣口亦出現(xiàn)輕度有機污染，而大風(fēng)江口、廉州灣和鐵山港港口開始受到有機污染[9]。

本次廣西北部灣海域水體有機污染研究顯示夏和冬兩季水質(zhì)良好站位分別占3.7%和22.7%，均位于潿洲島海域；重度有機污染出現(xiàn)在夏季欽州灣灣內(nèi)，占比3.7%，夏和冬兩季中度有機污染分別占18.5%和13.6%，位于欽州灣和鐵山港灣內(nèi)，開始受到有機污染和輕度有機污染海域在欽州灣、廉州灣和鐵山港均有分布。時間上，廣西北部灣海域夏季有機污染程度高于冬季，且有機污染隨年際變化呈惡化趨勢，這與前人關(guān)于北部灣海域有機污染物濃度隨歷史推進增加，且將隨未來經(jīng)濟開發(fā)繼續(xù)增加的推測相一致[35]；空間分布上，近岸海灣有機污染程度高于離岸潿洲島海域，且廣西北部灣海灣有機污染程度存在明顯的由灣內(nèi)向灣外降低的趨勢，分析其原因主要受陸源輸入、近岸養(yǎng)殖排放以及水體交換能力等因素影響。

3.3 綜合污染評價

本研究發(fā)現(xiàn)廣西北部灣海域未出現(xiàn)嚴(yán)重污染水域，中度污染站位在夏季欽州灣出現(xiàn)，占全部站位的11.1%，其中綜合污染指數(shù)最高值(2.30，中度污染)位于欽州灣內(nèi)6號站位，冬季水質(zhì)未達到中度污染；夏季處于輕度污染水平站位占所有站位的40.7%，除潿洲島外其他海域均有分布；冬季輕度污染站位占31.8%，主要分布于鐵山港，欽州灣也有分布，其余站位均處于清潔水平?？梢?，綜合污染程度在時間上夏季高于冬季；空間上，夏季欽州灣高于鐵山港高于珍珠灣和廉州灣高于潿洲島，冬季鐵山港高于欽州灣高于珍珠灣、廉州灣和潿洲島。這與2010年水質(zhì)綜合污染研究中，污染程度在夏季高于冬季，欽州灣灣內(nèi)夏季水質(zhì)污染較為嚴(yán)重的結(jié)論相一致，所不同的是前人研究中污染主要集中在河流入?？冢治霾町惖脑蚺c本研究站位距河流入?？谳^遠、2021年夏季雨季偏晚和強度較弱有關(guān)[21,36]。

北部灣近岸海域在2014年10月整體表現(xiàn)為輕度污染，其高污染指數(shù)區(qū)位于欽州灣，最大值達4.32，其次為鐵山港，最后為防城港海域和廉州灣，其污染水域空間分布特征亦與本研究大致相同[37]。2010年3月(春)及9月(秋)，欽州灣水質(zhì)污染程度評價結(jié)果均為輕度污染，春季綜合污染指數(shù)最低值為2.14，秋季為1.97，然而秋季指數(shù)最高值達7.19，凸顯重度綜合污染[38]，而欽州灣灣內(nèi)茅尾海在2014年夏季綜合污染指數(shù)均值高于春和秋兩季，為4.42，茅尾海整體處于中度污染[39]，直至2017-2018年，茅尾海整體海域已屬輕度污染水質(zhì)[40]，可見近年欽州灣綜合水質(zhì)污染有減緩趨勢，分析其原因與近年廣西近岸海域加快推進海洋生態(tài)文明建設(shè)，強化海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)督有關(guān)[41,42]。

3.4 不同水質(zhì)污染評價方法比較

由于評價選取的評價因子、方法與標(biāo)準(zhǔn)的差異[14-16]，本研究3種水質(zhì)評價結(jié)果不盡相同。研究涉及的所有海域均存在單因子污染站位，夏和冬兩季受單因子污染站位分別占70%和59%，受2個或2個以上單因子污染站位分別占56%和36%；有機污染方面，僅欽州灣、廉州灣和鐵山港存在有機污染，夏和冬兩季受有機污染站位分別占52%和59%；綜合污染方面，除潿洲島外其他海域均存在水質(zhì)綜合污染，夏和冬兩季受綜合污染站位分別占52%和36%。但無論夏季還是冬季，3種評價方法均發(fā)現(xiàn)欽州灣和鐵山港為水質(zhì)污染高發(fā)區(qū)，且均有水質(zhì)污染程度灣內(nèi)高于灣外、近岸海灣高于遠岸島嶼潿洲島的特征。此外，受單因子污染站位并不一定受到有機污染或綜合污染，但受有機污染或綜合污染的站位必然是環(huán)境因子超標(biāo)較多的站位，且單因子污染指數(shù)越高，對應(yīng)有機污染和綜合污染程度很可能越嚴(yán)重。前人相關(guān)研究中，各方法評價結(jié)果間亦存在不同，但海域總體污染程度在各方法之間基本一致，與本研究結(jié)論類似[6-9,39,40]?？梢?，單因子污染評價法、有機污染評價法和綜合污染評價法三者相結(jié)合，能全面反映廣西北部灣海域水質(zhì)污染狀況。

4 結(jié)論

除COD外，pH、DIN、DIP和DO均有不同程度超標(biāo)，超標(biāo)因子和超標(biāo)站位個數(shù)在夏季高于冬季，超標(biāo)主要發(fā)生在欽州灣和鐵山港，其次為廉州灣和珍珠灣，潿洲島僅在冬季有1個站位的DIP略微超標(biāo)。廣西北部灣海域近岸海灣單因子污染超標(biāo)站位數(shù)多于遠岸島嶼潿洲島，主要污染物為DIN和DIP。

有機污染指數(shù)顯示夏和冬兩季水質(zhì)良好站位分別占3.7%和22.7%，均位于潿洲島海域；重度污染出現(xiàn)在夏季欽州灣灣內(nèi)，占比3.7%；夏和冬兩季中度污染在欽州灣和鐵山港灣內(nèi)，占比分別為18.5%和13.6%；開始受到污染和輕度污染海域在欽州灣、廉州灣和鐵山港均有分布。廣西北部灣海域有機污染程度在夏季高于冬季，存在明顯由灣內(nèi)向灣外降低的現(xiàn)象，且水質(zhì)呈逐年惡化趨勢。

水質(zhì)綜合污染指數(shù)顯示未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重污染水域，僅欽州灣在夏季出現(xiàn)中度污染，夏和冬兩季輕度污染占比分別40.7%和31.8%；夏季除潿洲島外其他海域均受到一定程度的污染，冬季僅欽州灣和鐵山港受到污染。綜合污染程度在夏季高于冬季，在灣內(nèi)高于灣外；潿洲島水質(zhì)清潔，欽州灣灣內(nèi)水質(zhì)污染尤為嚴(yán)重，后者水質(zhì)雖在近年污染程度有所減緩，但應(yīng)繼續(xù)加強海域生態(tài)環(huán)境監(jiān)管及治理。