萊州灣東部近岸海域氮、磷污染狀況研究

劉增東，趙光磊，于 濱，周 波，李 斌

（山東省煙臺(tái)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 煙臺(tái)264000）

0 引言

萊州灣是渤海三大海灣（遼東灣、渤海灣和萊州灣）之一，是典型的半封閉型內(nèi)海，山東省最大的海灣。黃河帶來的大量營養(yǎng)物質(zhì)，使萊州灣成為中國北方主要的漁場，尤以對蝦、梭子蟹和萊州蛤聞名于世。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，由于沿岸經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，陸源排污量迅猛增加以及近海養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，萊州灣內(nèi)污染物不斷富集，特別是無機(jī)營養(yǎng)鹽類的不斷富集造成環(huán)境質(zhì)量不斷下降，導(dǎo)致了經(jīng)濟(jì)海洋生物產(chǎn)卵場不斷萎縮，漁業(yè)資源遭到破壞。因此，及時(shí)掌握和了解萊州灣營養(yǎng)狀況，對于今后研究該區(qū)域赤潮災(zāi)害、漁業(yè)養(yǎng)殖和環(huán)境保護(hù)等都具有重要意義[1～4]。鄭丙輝[5]曾利用1985—2003年監(jiān)測數(shù)據(jù)對渤海灣天津近岸海域氮、磷營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了相關(guān)研究，研究發(fā)現(xiàn)地表徑流對該海域氮磷分布有重要影響；曲克明[6]曾利用1997—1998年監(jiān)測數(shù)據(jù)研究了萊州東部海域養(yǎng)殖業(yè)對該海域氮、磷營養(yǎng)的影響。本文通過2016—2020年5、8和10月對萊州灣東部區(qū)域的4個(gè)站位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上研究該海域無機(jī)氮和活性磷酸鹽的時(shí)空分布規(guī)律，重點(diǎn)研究了無機(jī)氮中各組分的占比組成和影響活性磷酸鹽濃度的相關(guān)因素，對于研究萊州灣海域以及渤海灣海域氮、磷污染現(xiàn)狀及歷史演變具有重要意義。

1 材料與方法分析

1.1 調(diào)查時(shí)間和區(qū)域

2016—2020年，每年5月、8月和10月在萊州灣東部海域布設(shè)4個(gè)監(jiān)測站位（圖1），開展海水取樣、檢測以及數(shù)據(jù)分析工作。其中站位1、站位2和站位3為近岸海域站位且鄰近養(yǎng)殖區(qū)域，站位1和站位3還分別鄰近萊州市白沙河和王河；站位4為萊州灣的中心位置，遠(yuǎn)離海岸線作為參考站位。

圖1 監(jiān)測站位圖

1.2 樣品采集與保存

根據(jù)《HJ 442.3-2020 近岸海域環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范 第三部分 近岸海域水質(zhì)監(jiān)測》中表層海水采樣方式，采集0.1～1 m水層水樣，水樣經(jīng)0.45 μm濾膜過濾，儲(chǔ)存于500 mL聚乙烯瓶中，-20℃冷凍保存。

1.3 海水營養(yǎng)狀況評價(jià)

根據(jù)《GB 3097-1997 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的二類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價(jià)，其標(biāo)準(zhǔn)分別為DIN≤0.3 mg/L，DIP≤0.03 mg/L。

2 結(jié)果

2.1 氮污染現(xiàn)狀

海水中溶解無機(jī)氮（DIN）主要由硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮三種營養(yǎng)鹽組成。海水中的氨氮主要來自于含氮有機(jī)物在微生物作用下分解釋放，即來源于氨化作用。氨化作用在好氣及厭氣條件下都可進(jìn)行，只是最終產(chǎn)物有所不同。氨在硝化細(xì)菌的作用下可進(jìn)一步被氧化成NO3-，這一過程稱為硝化。硝化分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段主要由亞硝化單胞菌屬引起，第二階段主要由硝化桿菌屬引起，硝化作用主要受溶解氧、溫度、pH等因素的影響。2016—2020年，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出萊州市西部海域表層海水中的無機(jī)氮濃度在大多數(shù)站位和年度中具有明顯的季節(jié)性變化（見圖2），5月和10月的無機(jī)氮濃度明顯高于8月份，除圖2 D1站2019年8月份水質(zhì)超過《GB 3097-1997 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的二類標(biāo)準(zhǔn)0.45倍，其余各站位在8月份水質(zhì)均優(yōu)于二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。這與由麗萍[7]根據(jù)2018年5月和8月監(jiān)測數(shù)據(jù)研究萊州灣春季和夏季氮污染的結(jié)果一致，春季萊州灣無機(jī)氮明顯高于夏季。該海域春、秋兩季無機(jī)氮明顯高于夏季的主要原因是8月海水表層在適宜的溫度和光照下，藻類等浮游植物大量繁殖，營養(yǎng)鹽大量消耗造成；而春秋兩季溫度較低，浮游植物活性減緩，陸域污染物不斷流入該海域富集造成的。

圖2 無機(jī)氮時(shí)空分布圖

因在萊州市西部海域表層海水中無機(jī)氮組份中氨氮和硝酸鹽的質(zhì)量占90%以上，因此僅考慮NH3-N和NO3-N隨時(shí)間的變化。由圖3可見，在4個(gè)站位中無機(jī)氮組份中硝酸鹽占主要部分，在D1站和D3僅在2018年5月和2017年10月無機(jī)氮中NO3-N占比＜50%，無機(jī)氮的濃度分別為0.107 mg/L和 0.06 mg/L，在D2站2017年、2018年和2019年連續(xù) 3年的8月無機(jī)氮中NO3-N占比＜50%，無機(jī)氮的濃度分別為0.056 mg/L、0.101 mg/L和0.210 mg/L，均滿足《GB 3097-1997 海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》二類標(biāo)準(zhǔn)。無機(jī)氮中NO3-N占比最大值出現(xiàn)在2018年5月D3站位為98.4%，無機(jī)氮濃度為0.672 mg/L，其次為2018年5月D1站位為97.7%，無機(jī)氮濃度為0.617 mg/L。由此可以看出，萊州市西部海域表層海水中無機(jī)氮中NO3-N占比較高的時(shí)段海水水質(zhì)較差，NH3-N占比高的時(shí)段海水水質(zhì)相對較好。

圖3 無機(jī)氮中NH3-N與NO3-N比例時(shí)空分布圖

2.2 磷污染現(xiàn)狀

磷酸鹽是海洋中主要營養(yǎng)鹽，是浮游植物繁殖和生長必不可少的營養(yǎng)要素之一。海水中的磷酸鹽來源于陸地徑流補(bǔ)充及死亡的海洋生物體經(jīng)氧化分解而再生的無機(jī)磷酸鹽。圖4為4個(gè)站位活性磷酸鹽濃度時(shí)空分布圖。在這5年的監(jiān)測周期中僅D1站位在2018年、2020年8月和D3站2020年 8月、10月，兩個(gè)站位四個(gè)時(shí)段超《GB 3097-1997海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)但都低于三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在這4個(gè)監(jiān)測站位中，3個(gè)監(jiān)測月份中8月活性磷酸鹽濃度總體上最高，5月和10月的濃度值相當(dāng)，最大值出現(xiàn)在2020年8月D3站為0.21 mg/L，2016年3個(gè)監(jiān)測月份和2017年的5月4個(gè)站位活性磷酸鹽監(jiān)測結(jié)果均為未檢出。由圖4可以看出D1和D3中幾乎每年8月份活性磷酸鹽均高于D2，雖然這3個(gè)點(diǎn)位均受養(yǎng)殖區(qū)的影響，但D1和D3還受到白沙河和王河的影響，可以看出地表徑流對該區(qū)域活性磷酸鹽有明顯影響。根據(jù)《2019年山東省水資源公報(bào)》[8]，山東整體降水比2018年偏少三成；根據(jù)山東省煙臺(tái)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心的日常監(jiān)測結(jié)果：白沙河和王河全年斷流，由圖4可見2019年D1和D3站位全年的活性磷酸鹽濃度明顯低于相鄰的兩年，未見2019年在此區(qū)域內(nèi)養(yǎng)殖規(guī)模發(fā)生明顯變化；在萊州灣中心區(qū)域的參照點(diǎn)D4和單純的養(yǎng)殖區(qū)域D2在2019年8月活性磷酸鹽濃度明顯低于相鄰的兩年。近岸海域的活性磷酸鹽波動(dòng)的比較大，特別是距離村莊和河流較近區(qū)域，在萊州灣中心區(qū)域的D4站波動(dòng)相對較少。

圖4 活性磷酸鹽濃度時(shí)空分布圖

3 討論

萊州灣東部海域中無機(jī)氮具有明顯的季節(jié)性變化特征，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果8月濃度值均小于5月和10月的濃度值，這可能與8月海水表層在適宜的溫度和光照下，藻類等浮游植物開始大量繁殖，營養(yǎng)鹽大量消耗，含量降低有關(guān)。該海域中活性磷酸鹽季節(jié)性變化特征不明顯，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果和山東省水資源公報(bào)公布的降水量，可以定性的判斷該海域內(nèi)活性磷酸鹽濃度與地表徑流成正相關(guān)。該區(qū)域海域?qū)儆谒w交換不良的海域，2019年該區(qū)域海水中無機(jī)氮濃度明顯高于相鄰的兩年，是否與該年份降水明顯偏少有關(guān)，需進(jìn)一步研究分析。