近岸海域水質(zhì)污染因子空間特征和來(lái)源研究
——以浙南瑞安市近岸海域?yàn)槔?/h1>
2023-06-07 11:17:10張哲宣厲子龍葉虹金芳芳魏澤慧何娜張明志陳燕婷
浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(理學(xué)版) 2023年3期
張哲宣，厲子龍*，葉虹，金芳芳，魏澤慧，何娜，張明志，陳燕婷
（1.浙江大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021；2.溫州市生態(tài)環(huán)境局 瑞安分局，浙江 溫州 325200）
近岸海域是距大陸岸線較近的一部分海洋，同時(shí)受大陸和海洋的強(qiáng)烈影響?！吨腥A人民共和國(guó)領(lǐng)海及毗連區(qū)法》規(guī)定，近岸海域?yàn)轭I(lǐng)海外部界限向陸與各沿海省級(jí)行政區(qū)范圍海岸、海島相連的區(qū)域。從環(huán)境保護(hù)的視角看，近岸海域受人類(lèi)活動(dòng)影響最大。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，人類(lèi)生產(chǎn)、生活活動(dòng)（農(nóng)業(yè)、工業(yè)、礦業(yè)）產(chǎn)生的廢料、污染物隨水循環(huán)、大氣循環(huán)等過(guò)程大量匯入海洋，改變海洋原本的生態(tài)環(huán)境，而近岸海域受這一影響最嚴(yán)重［1］。人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的以氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽為代表的各類(lèi)污染物，最終排入近岸海域，海水中過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)鹽導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，一旦超出海水自?xún)裟芰Φ拈撝担瑒t可能導(dǎo)致赤潮等生態(tài)災(zāi)害的發(fā)生。除營(yíng)養(yǎng)鹽外，還有一些污染物，如重金屬、放射性核素等，無(wú)法被生物降解，隨各類(lèi)物理、化學(xué)及生物過(guò)程，在海水、沉積物及生物體之間遷移，有些甚至通過(guò)食物鏈富集，危害海洋生物乃至人類(lèi)健康。海洋生態(tài)保護(hù)與海洋資源開(kāi)發(fā)的矛盾日益突出［2］。
過(guò)去對(duì)海水污染的研究大多集中在水質(zhì)趨勢(shì)分析、水體富營(yíng)養(yǎng)狀況趨勢(shì)分析、污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等［3-5］，存在一定的片面性和局限性。而采用多元統(tǒng)計(jì)分析可提取大量環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵信息，避免單因素污染評(píng)價(jià)的片面性和人為確定特定污染物權(quán)重的主觀性，這類(lèi)方法分析過(guò)程嚴(yán)謹(jǐn)、數(shù)據(jù)覆蓋較全、分析結(jié)果簡(jiǎn)要，可達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維、抽象化的目的［6-7］。
多元統(tǒng)計(jì)分析已廣泛用于海洋環(huán)境調(diào)查研究［8-9］。劉綠葉等［10］采用聚類(lèi)分析法對(duì)呂四漁場(chǎng)周邊海域的水質(zhì)進(jìn)行了初步分析研究；曾淦寧等［11］和FATAEI 等［12］采用多元聚類(lèi)分析等方法對(duì)杭州灣水質(zhì)進(jìn)行綜合分析，證實(shí)了多元統(tǒng)計(jì)方法能更好地評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況和生物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；袁連新等［13］則系統(tǒng)對(duì)比了多種聚類(lèi)方法在水質(zhì)分析中的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)。近年來(lái)，更多研究不再局限于海域水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，而是希望通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析探究海域污染現(xiàn)狀及成因，或是預(yù)測(cè)潛在的生物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)［6］；PARK 等［7］采用多種多元統(tǒng)計(jì)方法分析Nakdong 河口海水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，避免了單因素評(píng)價(jià)的片面性；王秋璐等［14］用多時(shí)間多站位的水質(zhì)參數(shù)構(gòu)建矩陣模型，對(duì)福建省各海灣的水質(zhì)變化情況進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)了潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；梁志宏等［15］采用主成分分析等方法對(duì)深圳灣水質(zhì)污染特征和污染源進(jìn)行分析，并利用空間聚類(lèi)方法進(jìn)行進(jìn)一步分級(jí)探討，將受不同污染源影響的深圳灣海域分為兩部分。
浙江海域位于我國(guó)東海陸架的中西部，是東海的重要組成部分，承載了浙江省及鄰近省市的航運(yùn)、旅游、漁業(yè)、工業(yè)等多方面用海需求，已成為我國(guó)最重要的海洋經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密集型區(qū)域之一，海洋環(huán)境承載能力已接近或達(dá)到飽和［16］。浙江省近岸海域赤潮發(fā)生率很高，根據(jù)歷年《浙江省海洋環(huán)境公報(bào)》及《浙江省海洋災(zāi)害公報(bào)》所發(fā)布的赤潮數(shù)據(jù)（圖1），2010—2018 年，9 a 間浙江近岸共發(fā)生赤潮184 次，年均超20 次，且每年5 月赤潮發(fā)生最頻繁。
蔣國(guó)昌［17］對(duì)浙南海域的富營(yíng)養(yǎng)化狀況和赤潮發(fā)生的控制因素進(jìn)行了研究，推測(cè)浙南海域赤潮發(fā)生的主導(dǎo)因素可能是氮、硅、磷元素含量較高的工業(yè)污水和生活污水。
李家芳［18］對(duì)浙江省海岸帶進(jìn)行了基于自然環(huán)境的綜合分區(qū)，認(rèn)為浙南近岸海域具有以下特點(diǎn)：受甌江、飛云江、鰲江徑流影響；海域營(yíng)養(yǎng)鹽豐富，生物量不大；近岸懸沙冬季向南運(yùn)動(dòng)，夏季向北運(yùn)動(dòng)；海水溫鹽環(huán)境由陸地徑流和冷暖海流交替主導(dǎo)。
對(duì)2007—2016 年溫州市近海赤潮發(fā)生情況的統(tǒng)計(jì)顯示，東海原甲藻是引發(fā)赤潮最多的藻類(lèi)［19］；東海原甲藻赤潮多發(fā)生在海島周邊的淺水海域，正常情況下，這些區(qū)域的氮磷比在16～567，而在東海原甲藻赤潮發(fā)生時(shí)，氮磷比的極大值達(dá)300～600［20］。
2015 年，金矛［21］對(duì)甌江口海域水質(zhì)和富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)化學(xué)需氧量（COD）變化對(duì)區(qū)域富營(yíng)養(yǎng)狀況影響較小。本文將對(duì)區(qū)域富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步討論。
姚東平等［22］對(duì)2011，2012，2016 年飛云江口的水質(zhì)狀況和變化趨勢(shì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，水質(zhì)中超標(biāo)的主要為無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽，重金屬元素超一類(lèi)指標(biāo)的為銅、鉛、鋅、鉻，對(duì)污染狀況的成因僅簡(jiǎn)單歸納為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市化進(jìn)程和流動(dòng)人口的增加。本文在此基礎(chǔ)上，（1）分析最新的海水污染特征；（2）對(duì)具體污染源做進(jìn)一步討論。
查閱發(fā)現(xiàn)，幾乎未見(jiàn)對(duì)近年浙南海域海水污染情況做進(jìn)一步調(diào)查研究的報(bào)道，2020 年是“十三五”收官之年，也是海洋生態(tài)文明建設(shè)承上啟下之年。本研究以浙南海域——瑞安市近岸海域?yàn)檠芯繀^(qū)域（圖2），結(jié)合水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)分級(jí)、海水富營(yíng)養(yǎng)狀況分析、聚類(lèi)分析、主成分分析及空間異質(zhì)性分析等方法，對(duì)研究海域海水的污染特征和污染來(lái)源進(jìn)行深入探究，得到的相關(guān)結(jié)論，可為瑞安市近岸海域污染治理、生態(tài)災(zāi)害防控提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)區(qū)域海洋生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。
圖2 研究區(qū)位置和采樣站位布設(shè)示意Fig.2 Study area and sampling stations
1 材料和方法
1.1 區(qū)域地理及海洋環(huán)境概況
瑞安市是溫州市代管縣級(jí)市，位于浙江省南部沿海地區(qū)；地勢(shì)西高東低：西部為中、低丘陵地，中部為丘陵與河谷沖積平原，是主要經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)區(qū)，東部為飛云江沖積與沿海淤積共同作用形成的平原，地勢(shì)平坦、河網(wǎng)密布；多年平均降雨量1 570 mm，年均氣溫18.1 ℃，常住人口約152 萬(wàn)［23］。
瑞安市近岸海域位于浙南海岸的溫州灣區(qū)域，北部為洞頭群島，南部為南麂列島國(guó)家級(jí)海洋自然保護(hù)區(qū)，東部為東海，覆蓋包括銅盤(pán)島省級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)在內(nèi)的7 個(gè)海洋功能區(qū)，總面積約1 440 km2，該海域海洋生物、漁業(yè)資源豐富，具有很高的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
近年來(lái)，瑞安市大力發(fā)展海水養(yǎng)殖業(yè)，以魚(yú)類(lèi)為主的網(wǎng)箱養(yǎng)殖尤為突出，同時(shí)瑞安市東部的丁山三期區(qū)域?qū)嵤┝舜笠?guī)模圍填、灘涂改造和鹽堿地墾荒工程建設(shè)。不僅如此，瑞安市最大的入海河流——飛云江，近年來(lái)其入海水量也有所減少，主要原因是中上游蓄水和水利工程建設(shè)［24］。伴隨地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人工岸線的增長(zhǎng)，瑞安市近岸海域的環(huán)境壓力逐漸增大，通過(guò)河流排入海洋的污染物只增不減［23］，而飛云江入海水量卻逐年減少，嚴(yán)重危及瑞安市近岸海域生態(tài)健康。根據(jù)2016—2020 年的《瑞安市海洋環(huán)境公報(bào)》，目前瑞安市近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化情況仍較廣泛，水質(zhì)情況不容樂(lè)觀。
除飛云江外，瑞安市范圍內(nèi)還有東環(huán)河、大典下河等小型入海河流，這些小型河流通過(guò)一系列溪閘的控制將河水匯入飛云江或直接排入海。此外，在飛云江的兩岸有面積較大的農(nóng)田和眾多的工業(yè)污水排口，在入海口兩岸還有瑞安市江北污水處理廠和江南污水處理廠2 家大型生活污水集中處理企業(yè)的排水口。研究區(qū)內(nèi)有圍海養(yǎng)殖、海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖以及開(kāi)放式養(yǎng)殖等養(yǎng)殖基地。上述這些均在源源不斷地向瑞安市近岸海域輸送各類(lèi)污染物，海域生態(tài)環(huán)境面臨巨大壓力。
1.2 樣品采集與檢測(cè)
在站位布設(shè)過(guò)程中，考察了陸地、海島多處潛在污染源，包括各類(lèi)排污企業(yè)、污水處理廠、農(nóng)田（排海、排河溝渠）、海水養(yǎng)殖區(qū)域等。
在瑞安市近岸海域共設(shè)計(jì)了16 個(gè)海水采樣站位（圖2），并在2020 年5 月開(kāi)展了一個(gè)航次的表層海水采集，采樣期間無(wú)赤潮發(fā)生，天氣晴間多云，海風(fēng)為1～3 級(jí)，采樣深度均為0.5 m。海水采樣使用的為2 500 mL 的卡蓋式采水器，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、保存、預(yù)處理及轉(zhuǎn)運(yùn)均按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB 17378.3—2007）進(jìn)行。
對(duì)鹽度（S）、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、無(wú)機(jī)氮（DIN）、活性磷酸鹽（DIP）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、砷（As）、鋅（Zn）、銅（Cu）共12 項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。其中無(wú)機(jī)氮包括硝酸鹽氮（NO3-N）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）以及氨氮（NH4-N）3 種形態(tài)，因此其值為此3 項(xiàng)測(cè)試結(jié)果的和。對(duì)鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量、活性磷酸鹽、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮和重金屬（鉻、銅、鋅、砷、鎘、汞、鉛）分別采用鹽度計(jì)法、溶解氧計(jì)法、堿性高錳酸鉀法、磷鉬藍(lán)分光光度法、鎘柱還原法、萘乙二胺分光光度法、次溴酸鹽氧化法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法進(jìn)行測(cè)定。
除進(jìn)行海水采樣和測(cè)試外，還對(duì)瑞安全市入海、入江污染源情況進(jìn)行了實(shí)地走訪調(diào)查。
1.3 研究方法
1.3.1 水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)分級(jí)
目前，我國(guó)近岸海域水質(zhì)評(píng)價(jià)的主要方法仍為將各指標(biāo)分別對(duì)標(biāo)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3097—1997）進(jìn)行達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)，并且以最劣一等指標(biāo)對(duì)應(yīng)的類(lèi)別作為評(píng)價(jià)水體的水質(zhì)類(lèi)別。本文也通過(guò)將各水質(zhì)指標(biāo)對(duì)標(biāo)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較和分析，得到在現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下瑞安市近岸海域海水質(zhì)量等級(jí)，并作為多元統(tǒng)計(jì)方法與傳統(tǒng)水質(zhì)評(píng)價(jià)方法相對(duì)比的參照。
1.3.2 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)
根據(jù)已有研究，目前浙江近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮問(wèn)題仍較嚴(yán)重，不容樂(lè)觀［17］。本文通過(guò)營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法和氮磷比法2 種評(píng)價(jià)方法分析瑞安市近岸海域2020 年5 月的海水富營(yíng)養(yǎng)化情況，并對(duì)此時(shí)的富營(yíng)養(yǎng)化及赤潮風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法，由我國(guó)學(xué)者鄒景忠于1983 年首次提出，海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)E 的計(jì)算公式為
其中，DIN，DIP 及COD 的單位均為mg·L-1；E 越大，富營(yíng)養(yǎng)化程度越嚴(yán)重［25］。
氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及氮磷比均會(huì)影響浮游植物的生長(zhǎng)，因此水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度及赤潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)均與氮、磷密切相關(guān)［26］。
1.3.3 聚類(lèi)分析
聚類(lèi)分析是指將有相似特征的對(duì)象集合，變?yōu)橛上嗨茖?duì)象組成的多個(gè)群類(lèi)的分析方法，能降低數(shù)據(jù)矩陣的復(fù)雜性。聚類(lèi)后，同類(lèi)對(duì)象具有高度相似性，不同類(lèi)對(duì)象具有高度相異性，從而可直觀體現(xiàn)多個(gè)變量及不同種類(lèi)之間的相互關(guān)系［13］。本研究采用SPSS 24.0 軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析，根據(jù)污染特征對(duì)瑞安市近岸海域先進(jìn)行分區(qū)，再分區(qū)描述和評(píng)價(jià)污染狀況。
1.3.4 主成分分析（PCA）
主成分分析是一種統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)分析方法，將數(shù)量眾多的變量通過(guò)正交變換簡(jiǎn)化為幾個(gè)線性不相關(guān)的綜合變量，轉(zhuǎn)換后的綜合變量稱(chēng)為主成分，用少數(shù)主成分反映所有原始變量的大部分信息［27］。因主成分互不相關(guān)，變量數(shù)較少，更適合做分析和討論，在環(huán)境污染研究及防治方面有廣泛應(yīng)用。本研究用SPSS 24.0 軟件進(jìn)行主成分分析，用軟件計(jì)算原始變量的相關(guān)性矩陣，依據(jù)變量矩陣KMO 值大于0.5和Bartlett 球形檢驗(yàn)顯著性Sig 值小于0.05 的條件，判斷是否適合主成分分析。適合主成分分析的按照累計(jì)方差貢獻(xiàn)量大于80%的原則提取主成分。
1.3.5 空間異質(zhì)性分析
為直觀反映瑞安市近岸海域海水環(huán)境質(zhì)量的空間異質(zhì)性規(guī)律，利用ArcGIS 10.8 軟件對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)、聚類(lèi)分析、主成分分析方法所得結(jié)果進(jìn)行空間插值分析，并輸出空間柵格圖。
2 結(jié)果和討論
2.1 水質(zhì)參數(shù)特征
16 個(gè)站位的各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)特征如表1 所示，從表1 單一指標(biāo)所屬類(lèi)別中發(fā)現(xiàn)，多項(xiàng)指標(biāo)均有不同程度超標(biāo)（對(duì)標(biāo)一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)）。其中，無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽為劣四類(lèi)，此外，還有部分重金屬元素（汞、鉛為三類(lèi)，銅、鋅為二類(lèi)）超標(biāo)。
表1 瑞安市近岸海域水質(zhì)參數(shù)特征及跨區(qū)域?qū)Ρ萒able 1 Contents of water quality parameters in Ruian nearshore area and interregional comparison
本研究所測(cè)得的瑞安市近岸海域海水無(wú)機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.207～0.726 mg·L-1，平均值為0.372 mg·L-1，最大值出現(xiàn)在站位1，位于飛云江近口段海域；在3種形態(tài)的無(wú)機(jī)氮中，硝酸鹽氮是瑞安市近岸海域中無(wú)機(jī)氮的主要存在形式，占無(wú)機(jī)氮的50.23%～90.69%。測(cè)得活性磷酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.015～0.059 mg·L-1，平均值為0.034 mg·L-1，最大值出現(xiàn)在站位2，位于飛云江河口段海域。此外，汞和鉛超標(biāo)，汞最大值出現(xiàn)在站位1，位于飛云江近口段海域，鉛最大值出現(xiàn)在站位10，位于北龍島西部海域。
與2016 年相比，本次所采樣品的無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所降低，反映了在“十三五”期間采取的氮磷減排措施取得了一定成效［16，22］，但鉻和銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所升高。如表1 所示，對(duì)比杭州灣新區(qū)近岸海域（位于杭州灣南岸）［28］及福建寧德市近岸海域［29］，瑞安市近岸海域水質(zhì)較杭州灣新區(qū)好，較寧德差。寧德市為福建省地級(jí)市，北部與溫州市相接，位于瑞安市南部，瑞安市近岸海域與杭州灣新區(qū)近岸海域的營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯較寧德高，這是因?yàn)轱w云江、錢(qián)塘江等大型入海河流充當(dāng)了陸源污染物輸入近岸海域的良好載體［30］。上述觀點(diǎn)可在《2020年中國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》中得到印證（圖3）。從全國(guó)水質(zhì)分布圖中不難看出，黃河口、長(zhǎng)江口、杭州灣、珠三角等海域均存在較大面積的四類(lèi)、劣四類(lèi)水質(zhì)海域。
圖3 2020 年我國(guó)管轄海域水質(zhì)狀況分布圖Fig.3 Sea water quality distribution map of China sea in 2020
瑞安市近岸海域多個(gè)水質(zhì)指標(biāo)均有不同程度超標(biāo)（對(duì)標(biāo)一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)），其中無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽超標(biāo)最嚴(yán)重，且數(shù)據(jù)離散性較大，若要研究污染物空間異質(zhì)特征及其污染源，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
2.2 海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)
根據(jù)2010—2018 年間的統(tǒng)計(jì)，5 月為赤潮多發(fā)時(shí)段。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于赤潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的研究也聚焦于營(yíng)養(yǎng)鹽限制性［26］。多年來(lái)浙南海域發(fā)生赤潮次數(shù)最多的藻類(lèi)為東海原甲藻，其對(duì)水深、水文和氮磷比較為敏感［20］。因此，本文用傳統(tǒng)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)，營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（E）和溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮磷比（N/P）分別評(píng)價(jià)研究海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況。
在ArcGIS 中，采用克里金法分別對(duì)各站位營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法和氮磷比法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行空間插值，得到空間柵格圖。如圖4（a）所示，用營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法計(jì)算得到飛云江近口段和河口段呈重度富營(yíng)養(yǎng)化（E＞9），且沿江口向外富營(yíng)養(yǎng)化狀況逐漸減輕，呈現(xiàn)受陸源輸入控制的特征。
圖4 瑞安市近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮風(fēng)險(xiǎn)空間圖解Fig.4 Spatial diagram of eutrophication and red tide risk in Ruian nearshore area
而用氮磷比法計(jì)算（圖4（b）），溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮磷比（N/P）呈截然不同的空間異質(zhì)性，N/P 最高值出現(xiàn)在北麂養(yǎng)殖區(qū)周邊海域，最低值出現(xiàn)在河口和外部海域的過(guò)渡海域（大北列島周邊），此現(xiàn)象體現(xiàn)了河口及附近海域氮和磷的行為差異［16］。N/P 與赤潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)有較強(qiáng)相關(guān)性［31］，且海島沿岸淺水海域易發(fā)東海原甲藻赤潮［20］，以此結(jié)果進(jìn)一步推測(cè)，北麂列島周邊為瑞安市近海海域發(fā)生赤潮風(fēng)險(xiǎn)最大的區(qū)域，這也與近年來(lái)《瑞安市海洋環(huán)境公報(bào)》中所報(bào)道的赤潮發(fā)生規(guī)律基本一致。
2.3 污染特征分區(qū)
根據(jù)12 項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)16 個(gè)站位進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析，通過(guò)分析得到不同海水污染特征的多個(gè)群類(lèi)，群類(lèi)內(nèi)的點(diǎn)位具有相似性，不同群類(lèi)間的點(diǎn)位具有相異性。在SPSS 24.0 中輸出譜系樹(shù)狀圖（圖5），縱坐標(biāo)為參與聚類(lèi)的站位個(gè)案，站位編號(hào)為1～16，橫坐標(biāo)為聚類(lèi)重新標(biāo)定的距離。
圖5 瑞安市近岸海域16 個(gè)站位系統(tǒng)聚類(lèi)樹(shù)狀圖Fig.5 Tree procedure of cluster analysis of sampling stations of Ruian nearshore area
如圖5 所示，在橫坐標(biāo)距離標(biāo)尺上以10 個(gè)距離值劃出垂直線，該線與譜系樹(shù)相交的交點(diǎn)數(shù)即為距離為10 時(shí)的分類(lèi)類(lèi)別數(shù)，共可分4 類(lèi)，見(jiàn)圖6。
圖6 瑞安市近岸海域聚類(lèi)分區(qū)Fig.6 Zoning plan of Ruian nearshore area
第1 類(lèi)包括站位1（飛云江近口段），第2 類(lèi)包括站位2 和3（飛云江河口段），第3 類(lèi)包括站位5 和11（飛云江河口外側(cè)到大北列島周邊），第4 類(lèi)包括站位1，4，6～10，12～16。由此可見(jiàn)，瑞安市近岸海域海水污染存在明顯的空間差異，主要為河口和遠(yuǎn)岸的差異及南北差異，并且站位1（近口段）與其他站位差異顯著。因此將研究海域劃分為4 個(gè)區(qū)域（如圖6 所示）。A 區(qū)域：飛云江近口段，水體主要受飛云江上游來(lái)水支配（5 月為飛云江豐水期［32］），鹽度低，營(yíng)養(yǎng)鹽和部分重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于較高水平；B 區(qū)域：飛云江河口段，水體既受飛云江上游來(lái)水影響，也受外部海水影響，屬于過(guò)渡區(qū)域；C 區(qū)域：飛云江河口外側(cè)至大北列島周邊海域，水體來(lái)源較為復(fù)雜，包含飛云江河水、東西向小型入海河流水、外部海水；D 區(qū)域：外部海域，包含北部和東部海域，水體受外部海水控制為主，所占面積最大。
2.4 污染源分析
將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 24 軟件，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算和分析。用Pearson 進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性分析，結(jié)果如表2 所示?？芍?，許多變量間均存在較強(qiáng)的相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)＞0.5）。在KMO-Bartlett 球形檢驗(yàn)中，KMO 值為0.56，Bartlett 球形檢驗(yàn)顯著性Sig值為0.000。綜上可知，研究變量之間存在相關(guān)性，可進(jìn)行主成分分析。
表2 瑞安市近岸海域各水質(zhì)參數(shù)相關(guān)性系數(shù)矩陣Table 2 Correlation coefficient matrix of each water quality parameters in Ruian nearshore area
各水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)矩陣如表2 所示，其中，鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量、活性磷酸鹽和無(wú)機(jī)氮兩兩之間均顯著相關(guān)。鹽度代表特定站位海水與淡水的比例，在很大程度上也代表了站位的空間信息，說(shuō)明瑞安市近岸海域海水中營(yíng)養(yǎng)鹽和化學(xué)需氧量具有明顯的空間異質(zhì)性。化學(xué)需氧量、活性磷酸鹽及無(wú)機(jī)氮之間良好的相關(guān)性也是部分海域呈現(xiàn)較為嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化的例證［16］。
水體中的重金屬銅、鋅和汞均與溶解氧存在顯著相關(guān)性，這三者兩兩間也存在較為顯著的相關(guān)性；鎘與鋅、汞存在顯著相關(guān)性，可能與二者有近似的來(lái)源。鉻、砷和鉛與其他水質(zhì)參數(shù)均不存在顯著相關(guān)性。
用SPSS 24.0 對(duì)12 項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行主成分分析，共提取4 個(gè)主成分，方差貢獻(xiàn)率分別為40.85%，18.74%，14.57%和8.32%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為82.48%，因此可以代表原始數(shù)據(jù)的大部分信息。主成分與原始變量的荷載矩陣如表3 所示。本次研究所涉及的水質(zhì)參數(shù)，因質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低水質(zhì)越好，故各主成分的得分越低水質(zhì)越好。
表3 主成分載荷矩陣Table 3 Main factors load matrix
F1（第1 主成分）貢獻(xiàn)率最大，為40.85%，涉及的水質(zhì)參數(shù)有鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽和銅，其中鹽度和溶解氧與F1 呈負(fù)相關(guān)，其他均與F1 呈正相關(guān)。在上述水質(zhì)參數(shù)中，溶解氧在F1 中的載荷值最高，為-0.944；其次為鹽度和無(wú)機(jī)氮。在相關(guān)性分析中，已知鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量、活性磷酸鹽和無(wú)機(jī)氮兩兩之間均存在顯著相關(guān)性，因此F1 主要表征營(yíng)養(yǎng)鹽污染和鹽度信息。如圖7（a）所示，F(xiàn)1 在空間上呈現(xiàn)由飛云江近口段向外部海域逐漸降低的趨勢(shì)，高值區(qū)位于飛云江近口段，且總體呈擴(kuò)散狀分布。綜上，F(xiàn)1 主要反映營(yíng)養(yǎng)鹽和化學(xué)需氧量的污染情況，且在空間上體現(xiàn)了飛云江及周邊地區(qū)陸源污染物的輸入，這也與前人的研究結(jié)論相符［18］。
圖7 主成分得分及綜合得分空間分布圖Fig.7 Spatial distribution of main factors score and comprehensive score
飛云江中下游兩岸是人居密集的區(qū)域，幾乎所有人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的廢水最終都匯入飛云江，這些廢水有些經(jīng)過(guò)集中處理后排入，在對(duì)有關(guān)鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，仍存在大量未經(jīng)處理的生活污水直接排入飛云江的現(xiàn)象。此外，飛云江下游流域有很多農(nóng)田，化肥的使用使農(nóng)業(yè)尾水中含有極高濃度的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物，這部分廢水未經(jīng)處理通過(guò)一系列小型河流、溪閘排入飛云江。根據(jù)2020 年發(fā)布的《第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)》，農(nóng)業(yè)源排放氮和磷的量分別占排放總量的46.5%和67.2%；根據(jù)2020 年《溫州市海洋生態(tài)環(huán)境公報(bào)》中有關(guān)江河入海污染物總量統(tǒng)計(jì)，2020 年飛云江共排放86.67×105kg 氮、2.70×105kg 磷至近岸海域；而根據(jù)2016—2020 年的《瑞安市海洋環(huán)境公報(bào)》，瑞安市2 個(gè)最大的污水處理廠（江北污水處理廠和江南污水處理廠）年均排放總氮約8.00×105kg，總磷約0.10×105kg，占比相對(duì)較少。因此，推斷飛云江攜帶入海的總氮、總磷絕大部分來(lái)自農(nóng)業(yè)而非生活和工業(yè)污水。綜上，筆者認(rèn)為，F(xiàn)1 的空間分布規(guī)律是飛云江干流入海水和外部海水在瑞安市近岸海域相互作用的結(jié)果，代表了瑞安市近岸海域海水環(huán)境狀況很大程度受河流輸入的陸源物質(zhì)控制，且農(nóng)業(yè)面源污染是瑞安市近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽和化學(xué)需氧量的主要來(lái)源。
F2（第2 主成分）貢獻(xiàn)率為18.74%，代表重金屬鋅、鎘和汞，三者均與F2 呈正相關(guān)。如圖7（b）所示，F(xiàn)2 呈飛云江近口段高、河口段低、河口外高的特點(diǎn)。進(jìn)而推測(cè)，F(xiàn)2 中的污染源可能不止一個(gè)。高值區(qū)位于飛云江近口段、銅盤(pán)島保護(hù)區(qū)和北龍養(yǎng)殖區(qū)一帶。形成河口段低值區(qū)的原因是“最大渾濁帶”的細(xì)顆粒物對(duì)重金屬的吸附作用，在這一區(qū)域，懸浮顆粒是水體中重金屬的主要載體［33-35］。瑞安海域?qū)購(gòu)?qiáng)潮流區(qū)，在冬、春季節(jié)沿海盛行北向風(fēng)，江浙沿岸流臨岸強(qiáng)勁而下，長(zhǎng)江口外的泥沙幾經(jīng)往返，沿海岸線順流南下，大量泥沙在溫州海域沉積，成為溫州海域的豐富沙源［36］。因此，飛云江漲落潮時(shí)含沙量較大，通常在河口段形成相對(duì)的高含沙區(qū)，即最大渾濁帶，飛云江最大渾濁帶的懸沙濃度超過(guò)2 g·L-1［32］。
據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，瑞安市有電鍍企業(yè)200 多家，零件加工企業(yè)100 多家，根據(jù)2020 年的實(shí)地調(diào)查，其中部分企業(yè)對(duì)污水進(jìn)行了針對(duì)性集中處理，但仍有部分企業(yè)直接將未處理污水排入海或江中，未經(jīng)處理的電鍍污水中含有很高的鎘、鋅、鉻等重金屬［37］，因此在飛云江近口段，F(xiàn)2 可能來(lái)自電鍍和零件加工企業(yè)。在外部海域，F(xiàn)2 可能來(lái)源于漁船航道造成的污染。大北列島海域漁船密度較大［38］，根據(jù)前人對(duì)浙江省海域表層沉積物重金屬的地球化學(xué)分區(qū)研究，船舶集中區(qū)和臨岸港口區(qū)均存在鋅、汞等元素的富集［39］。
F3（第3 主成分）貢獻(xiàn)率為14.57%，涉及的水質(zhì)參數(shù)有砷。如圖7（c）所示，高值區(qū)位于丁山圍涂工程的東部海域和北麂養(yǎng)殖區(qū)東部。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，丁山二期和丁山三期圍涂的西側(cè)有近2 000 km2的農(nóng)田，這些農(nóng)田的農(nóng)業(yè)尾水基本通過(guò)溪閘向東排入研究海域，農(nóng)業(yè)尾水中普遍含有農(nóng)藥，因此這部分海域砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高［40］。北麂列島屬于人口密度較大的島群，其周邊形成砷高值區(qū)的原因可能是島上存在一定量含砷煤炭的使用［41］。研究海域海水中砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)符合第一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，且砷與其他水質(zhì)參數(shù)均不存在顯著相關(guān)性，因此不存在對(duì)瑞安市近岸海域水環(huán)境影響較大的污染源。
F4（第4 主成分）貢獻(xiàn)率為8.32%，涉及水質(zhì)參數(shù)有鉻和鉛。如圖7（d）所示，高值區(qū)分布相對(duì)散亂，主要集中在北龍養(yǎng)殖區(qū)周邊，F(xiàn)4 也呈河口周邊低的特征，符合最大渾濁帶對(duì)重金屬元素的吸附規(guī)律。根據(jù)已有研究，環(huán)境中鉛的主要來(lái)源包括交通、工業(yè)、土壤母質(zhì)等［41］，在無(wú)鉛汽油普及之前，汽油燃燒產(chǎn)生的廢煙是鉛的主要來(lái)源之一。使用無(wú)鉛汽油后，大氣中鉛的濃度顯著下降，但船舶使用中軸承摩擦、傳動(dòng)組件摩擦均會(huì)釋放鉛［42］。北龍養(yǎng)殖區(qū)周邊漁船密度較大［38］，鉛污染相對(duì)較嚴(yán)重。對(duì)于鉻，研究海域海水中鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)符合第一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，且鉻與其他水質(zhì)參數(shù)均不存在顯著相關(guān)性，因此不存在對(duì)瑞安市近岸海域海水環(huán)境影響較大的污染源。
根據(jù)4 個(gè)主成分的得分與權(quán)重，計(jì)算主成分綜合得分，綜合得分越低，水質(zhì)越好。綜合得分空間分布如圖7（e）所示，瑞安市近岸海域污染程度東低西高，高值區(qū)集中在飛云江近口段、河口段以及北部臨岸區(qū)域，這一特征與調(diào)查站位聚類(lèi)分析所指示的分區(qū)特征基本一致，水體污染來(lái)源較為復(fù)雜。除農(nóng)業(yè)面源、電鍍企業(yè)、海島和漁船化石燃料使用外，在一定程度上，區(qū)域水動(dòng)力環(huán)境也影響瑞安市近岸海域海水污染的空間特征，例如飛云江河口最大渾濁帶的形成等。
根據(jù)瑞安市近岸海域海水污染特征分區(qū)所涵蓋站位的因子得分情況，繪制各區(qū)域主成分得分特征圖（圖8）。
圖8 各區(qū)域主成分特征圖解Fig.8 Features diagrams of main factors in each region
A 區(qū)域：飛云江近口段，F(xiàn)1、F2 得分較高。此區(qū)域受人為影響最劇烈，且位于飛云江感潮河段的上界附近，水動(dòng)力條件較弱，擴(kuò)散和輸送作用相對(duì)較弱，故污染程度最嚴(yán)重。
B 區(qū)域：飛云江河口段，此區(qū)域西北側(cè)與A 區(qū)域相鄰，東南側(cè)連接河口外部海域，受A 區(qū)域的影響強(qiáng)烈，F(xiàn)1 得分較高，但受河口濁度大的影響，F(xiàn)2 得分很低，污染程度中等。
C 區(qū)域：飛云江河口外側(cè)到大北列島周邊海域，F(xiàn)2 得分較高，大北列島周邊是主航道區(qū)，船舶是主要的污染來(lái)源，但污染程度不嚴(yán)重。此區(qū)域小型海島較多，總體受外部海水潮汐作用控制，污染程度較低。
D 區(qū)域：外部海域，各主成分得分均不高，污染程度低。
3 結(jié)論
3.1研究結(jié)果顯示，瑞安市近岸海域水質(zhì)總體良好，在所有水質(zhì)參數(shù)中，鉻、砷、鎘達(dá)到一類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；溶解氧、化學(xué)需氧量、銅、鋅、汞達(dá)到二類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；鉛達(dá)到三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽在部分區(qū)域存在比較明顯的超標(biāo)現(xiàn)象，其中有12.50%的站位無(wú)機(jī)氮超過(guò)四類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，有31.25%的站位活性磷酸鹽超過(guò)四類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
3.2用2 種方法對(duì)研究海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。由營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法得到的富營(yíng)養(yǎng)化最嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)轱w云江近口段和河口段，向外富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸降低；根據(jù)氮磷比的空間分布，推測(cè)北麂列島周邊是瑞安市近岸海域赤潮風(fēng)險(xiǎn)最大的海域。
3.3根據(jù)聚類(lèi)分析，將16 個(gè)站位分為4 個(gè)類(lèi)別，進(jìn)而將研究海域劃分為4 個(gè)區(qū)域。A 區(qū)域：飛云江近口段，臨近感潮河段的上界，水體主要受飛云江上游來(lái)水支配，鹽度低，營(yíng)養(yǎng)鹽和部分重金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于較高水平，污染程度較高；B 區(qū)域：飛云江河口段，水體既受飛云江上游來(lái)水影響，也受外部海水影響，同時(shí)水體濁度很大，水體污染特征受多方面因素影響，屬于連接過(guò)渡區(qū)域，污染程度中等；C 區(qū)域：飛云江河口外側(cè)到大北列島周邊海域，小型海島較多，水體來(lái)源也較為復(fù)雜，漁船是主要污染源，總體污染程度較低；D 區(qū)域：外部海域，包含北部和東部海域，水體以外部海水控制為主，污染程度較低，所占面積最大。
3.4通過(guò)對(duì)瑞安市近岸海域16 個(gè)站位各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行主成分分析發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)鹽、化學(xué)需氧量為主要的水質(zhì)污染因子，主要來(lái)源為農(nóng)業(yè)面源污染（通過(guò)河流、溪閘輸入）；重金屬污染受多方面因素影響，主要來(lái)源為電鍍及零件加工企業(yè)、船舶等。
綜上可知，瑞安市近岸海域海水中污染物的主要來(lái)源為農(nóng)業(yè)面源污染、工業(yè)、船舶等。
猜你喜歡
水質(zhì)抽檢豈容造假環(huán)境(2023年5期)2023-06-30 01:20:01 一月冬棚養(yǎng)蝦常見(jiàn)水質(zhì)渾濁，要如何解決?這9大原因及處理方法你要知曉當(dāng)代水產(chǎn)(2019年1期)2019-05-16 02:42:04 堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)當(dāng)代陜西(2019年7期)2019-04-25 00:22:18 堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)領(lǐng)導(dǎo)決策信息(2018年26期)2018-10-12 02:18:26 關(guān)于四色猜想中國(guó)科技博覽(2016年2期)2016-04-25 20:32:39 分區(qū)域小學(xué)生導(dǎo)刊(2016年34期)2016-04-11 00:49:44 基于嚴(yán)重區(qū)域的多PCC點(diǎn)暫降頻次估計(jì)電測(cè)與儀表(2015年5期)2015-04-09 11:30:52 對(duì)抗塵污染，遠(yuǎn)離“霾”伏都市麗人(2015年5期)2015-03-20 13:33:49 水質(zhì)總磷測(cè)定存在的問(wèn)題初探河南科技(2014年23期)2014-02-27 14:19:07 水質(zhì)總氮測(cè)定方法改進(jìn)探究河南科技(2014年18期)2014-02-27 14:14:54
張哲宣，厲子龍*，葉虹，金芳芳，魏澤慧，何娜，張明志，陳燕婷
（1.浙江大學(xué) 海洋學(xué)院，浙江 舟山 316021；2.溫州市生態(tài)環(huán)境局 瑞安分局，浙江 溫州 325200）
近岸海域是距大陸岸線較近的一部分海洋，同時(shí)受大陸和海洋的強(qiáng)烈影響?！吨腥A人民共和國(guó)領(lǐng)海及毗連區(qū)法》規(guī)定，近岸海域?yàn)轭I(lǐng)海外部界限向陸與各沿海省級(jí)行政區(qū)范圍海岸、海島相連的區(qū)域。從環(huán)境保護(hù)的視角看，近岸海域受人類(lèi)活動(dòng)影響最大。
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，人類(lèi)生產(chǎn)、生活活動(dòng)（農(nóng)業(yè)、工業(yè)、礦業(yè)）產(chǎn)生的廢料、污染物隨水循環(huán)、大氣循環(huán)等過(guò)程大量匯入海洋，改變海洋原本的生態(tài)環(huán)境，而近岸海域受這一影響最嚴(yán)重［1］。人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的以氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽為代表的各類(lèi)污染物，最終排入近岸海域，海水中過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)鹽導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，一旦超出海水自?xún)裟芰Φ拈撝担瑒t可能導(dǎo)致赤潮等生態(tài)災(zāi)害的發(fā)生。除營(yíng)養(yǎng)鹽外，還有一些污染物，如重金屬、放射性核素等，無(wú)法被生物降解，隨各類(lèi)物理、化學(xué)及生物過(guò)程，在海水、沉積物及生物體之間遷移，有些甚至通過(guò)食物鏈富集，危害海洋生物乃至人類(lèi)健康。海洋生態(tài)保護(hù)與海洋資源開(kāi)發(fā)的矛盾日益突出［2］。
過(guò)去對(duì)海水污染的研究大多集中在水質(zhì)趨勢(shì)分析、水體富營(yíng)養(yǎng)狀況趨勢(shì)分析、污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等［3-5］，存在一定的片面性和局限性。而采用多元統(tǒng)計(jì)分析可提取大量環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵信息，避免單因素污染評(píng)價(jià)的片面性和人為確定特定污染物權(quán)重的主觀性，這類(lèi)方法分析過(guò)程嚴(yán)謹(jǐn)、數(shù)據(jù)覆蓋較全、分析結(jié)果簡(jiǎn)要，可達(dá)到對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維、抽象化的目的［6-7］。
多元統(tǒng)計(jì)分析已廣泛用于海洋環(huán)境調(diào)查研究［8-9］。劉綠葉等［10］采用聚類(lèi)分析法對(duì)呂四漁場(chǎng)周邊海域的水質(zhì)進(jìn)行了初步分析研究；曾淦寧等［11］和FATAEI 等［12］采用多元聚類(lèi)分析等方法對(duì)杭州灣水質(zhì)進(jìn)行綜合分析，證實(shí)了多元統(tǒng)計(jì)方法能更好地評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況和生物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；袁連新等［13］則系統(tǒng)對(duì)比了多種聚類(lèi)方法在水質(zhì)分析中的優(yōu)勢(shì)及劣勢(shì)。近年來(lái)，更多研究不再局限于海域水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，而是希望通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析探究海域污染現(xiàn)狀及成因，或是預(yù)測(cè)潛在的生物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)［6］；PARK 等［7］采用多種多元統(tǒng)計(jì)方法分析Nakdong 河口海水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，避免了單因素評(píng)價(jià)的片面性；王秋璐等［14］用多時(shí)間多站位的水質(zhì)參數(shù)構(gòu)建矩陣模型，對(duì)福建省各海灣的水質(zhì)變化情況進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)了潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；梁志宏等［15］采用主成分分析等方法對(duì)深圳灣水質(zhì)污染特征和污染源進(jìn)行分析，并利用空間聚類(lèi)方法進(jìn)行進(jìn)一步分級(jí)探討，將受不同污染源影響的深圳灣海域分為兩部分。
浙江海域位于我國(guó)東海陸架的中西部，是東海的重要組成部分，承載了浙江省及鄰近省市的航運(yùn)、旅游、漁業(yè)、工業(yè)等多方面用海需求，已成為我國(guó)最重要的海洋經(jīng)濟(jì)活動(dòng)密集型區(qū)域之一，海洋環(huán)境承載能力已接近或達(dá)到飽和［16］。浙江省近岸海域赤潮發(fā)生率很高，根據(jù)歷年《浙江省海洋環(huán)境公報(bào)》及《浙江省海洋災(zāi)害公報(bào)》所發(fā)布的赤潮數(shù)據(jù)（圖1），2010—2018 年，9 a 間浙江近岸共發(fā)生赤潮184 次，年均超20 次，且每年5 月赤潮發(fā)生最頻繁。
蔣國(guó)昌［17］對(duì)浙南海域的富營(yíng)養(yǎng)化狀況和赤潮發(fā)生的控制因素進(jìn)行了研究，推測(cè)浙南海域赤潮發(fā)生的主導(dǎo)因素可能是氮、硅、磷元素含量較高的工業(yè)污水和生活污水。
李家芳［18］對(duì)浙江省海岸帶進(jìn)行了基于自然環(huán)境的綜合分區(qū)，認(rèn)為浙南近岸海域具有以下特點(diǎn)：受甌江、飛云江、鰲江徑流影響；海域營(yíng)養(yǎng)鹽豐富，生物量不大；近岸懸沙冬季向南運(yùn)動(dòng)，夏季向北運(yùn)動(dòng)；海水溫鹽環(huán)境由陸地徑流和冷暖海流交替主導(dǎo)。
對(duì)2007—2016 年溫州市近海赤潮發(fā)生情況的統(tǒng)計(jì)顯示，東海原甲藻是引發(fā)赤潮最多的藻類(lèi)［19］；東海原甲藻赤潮多發(fā)生在海島周邊的淺水海域，正常情況下，這些區(qū)域的氮磷比在16～567，而在東海原甲藻赤潮發(fā)生時(shí)，氮磷比的極大值達(dá)300～600［20］。
2015 年，金矛［21］對(duì)甌江口海域水質(zhì)和富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行了評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)化學(xué)需氧量（COD）變化對(duì)區(qū)域富營(yíng)養(yǎng)狀況影響較小。本文將對(duì)區(qū)域富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步討論。
姚東平等［22］對(duì)2011，2012，2016 年飛云江口的水質(zhì)狀況和變化趨勢(shì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，水質(zhì)中超標(biāo)的主要為無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽，重金屬元素超一類(lèi)指標(biāo)的為銅、鉛、鋅、鉻，對(duì)污染狀況的成因僅簡(jiǎn)單歸納為農(nóng)業(yè)、工業(yè)、城市化進(jìn)程和流動(dòng)人口的增加。本文在此基礎(chǔ)上，（1）分析最新的海水污染特征；（2）對(duì)具體污染源做進(jìn)一步討論。
查閱發(fā)現(xiàn)，幾乎未見(jiàn)對(duì)近年浙南海域海水污染情況做進(jìn)一步調(diào)查研究的報(bào)道，2020 年是“十三五”收官之年，也是海洋生態(tài)文明建設(shè)承上啟下之年。本研究以浙南海域——瑞安市近岸海域?yàn)檠芯繀^(qū)域（圖2），結(jié)合水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)分級(jí)、海水富營(yíng)養(yǎng)狀況分析、聚類(lèi)分析、主成分分析及空間異質(zhì)性分析等方法，對(duì)研究海域海水的污染特征和污染來(lái)源進(jìn)行深入探究，得到的相關(guān)結(jié)論，可為瑞安市近岸海域污染治理、生態(tài)災(zāi)害防控提供科學(xué)依據(jù)，對(duì)區(qū)域海洋生態(tài)文明建設(shè)具有重要意義。
圖2 研究區(qū)位置和采樣站位布設(shè)示意Fig.2 Study area and sampling stations
1 材料和方法
1.1 區(qū)域地理及海洋環(huán)境概況
瑞安市是溫州市代管縣級(jí)市，位于浙江省南部沿海地區(qū)；地勢(shì)西高東低：西部為中、低丘陵地，中部為丘陵與河谷沖積平原，是主要經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)區(qū)，東部為飛云江沖積與沿海淤積共同作用形成的平原，地勢(shì)平坦、河網(wǎng)密布；多年平均降雨量1 570 mm，年均氣溫18.1 ℃，常住人口約152 萬(wàn)［23］。
瑞安市近岸海域位于浙南海岸的溫州灣區(qū)域，北部為洞頭群島，南部為南麂列島國(guó)家級(jí)海洋自然保護(hù)區(qū)，東部為東海，覆蓋包括銅盤(pán)島省級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)在內(nèi)的7 個(gè)海洋功能區(qū)，總面積約1 440 km2，該海域海洋生物、漁業(yè)資源豐富，具有很高的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
近年來(lái)，瑞安市大力發(fā)展海水養(yǎng)殖業(yè)，以魚(yú)類(lèi)為主的網(wǎng)箱養(yǎng)殖尤為突出，同時(shí)瑞安市東部的丁山三期區(qū)域?qū)嵤┝舜笠?guī)模圍填、灘涂改造和鹽堿地墾荒工程建設(shè)。不僅如此，瑞安市最大的入海河流——飛云江，近年來(lái)其入海水量也有所減少，主要原因是中上游蓄水和水利工程建設(shè)［24］。伴隨地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人工岸線的增長(zhǎng)，瑞安市近岸海域的環(huán)境壓力逐漸增大，通過(guò)河流排入海洋的污染物只增不減［23］，而飛云江入海水量卻逐年減少，嚴(yán)重危及瑞安市近岸海域生態(tài)健康。根據(jù)2016—2020 年的《瑞安市海洋環(huán)境公報(bào)》，目前瑞安市近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化情況仍較廣泛，水質(zhì)情況不容樂(lè)觀。
除飛云江外，瑞安市范圍內(nèi)還有東環(huán)河、大典下河等小型入海河流，這些小型河流通過(guò)一系列溪閘的控制將河水匯入飛云江或直接排入海。此外，在飛云江的兩岸有面積較大的農(nóng)田和眾多的工業(yè)污水排口，在入海口兩岸還有瑞安市江北污水處理廠和江南污水處理廠2 家大型生活污水集中處理企業(yè)的排水口。研究區(qū)內(nèi)有圍海養(yǎng)殖、海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖以及開(kāi)放式養(yǎng)殖等養(yǎng)殖基地。上述這些均在源源不斷地向瑞安市近岸海域輸送各類(lèi)污染物，海域生態(tài)環(huán)境面臨巨大壓力。
1.2 樣品采集與檢測(cè)
在站位布設(shè)過(guò)程中，考察了陸地、海島多處潛在污染源，包括各類(lèi)排污企業(yè)、污水處理廠、農(nóng)田（排海、排河溝渠）、海水養(yǎng)殖區(qū)域等。
在瑞安市近岸海域共設(shè)計(jì)了16 個(gè)海水采樣站位（圖2），并在2020 年5 月開(kāi)展了一個(gè)航次的表層海水采集，采樣期間無(wú)赤潮發(fā)生，天氣晴間多云，海風(fēng)為1～3 級(jí)，采樣深度均為0.5 m。海水采樣使用的為2 500 mL 的卡蓋式采水器，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、保存、預(yù)處理及轉(zhuǎn)運(yùn)均按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB 17378.3—2007）進(jìn)行。
對(duì)鹽度（S）、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、無(wú)機(jī)氮（DIN）、活性磷酸鹽（DIP）、汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、砷（As）、鋅（Zn）、銅（Cu）共12 項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)定。其中無(wú)機(jī)氮包括硝酸鹽氮（NO3-N）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）以及氨氮（NH4-N）3 種形態(tài)，因此其值為此3 項(xiàng)測(cè)試結(jié)果的和。對(duì)鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量、活性磷酸鹽、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮和重金屬（鉻、銅、鋅、砷、鎘、汞、鉛）分別采用鹽度計(jì)法、溶解氧計(jì)法、堿性高錳酸鉀法、磷鉬藍(lán)分光光度法、鎘柱還原法、萘乙二胺分光光度法、次溴酸鹽氧化法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法進(jìn)行測(cè)定。
除進(jìn)行海水采樣和測(cè)試外，還對(duì)瑞安全市入海、入江污染源情況進(jìn)行了實(shí)地走訪調(diào)查。
1.3 研究方法
1.3.1 水質(zhì)指標(biāo)評(píng)價(jià)分級(jí)
目前，我國(guó)近岸海域水質(zhì)評(píng)價(jià)的主要方法仍為將各指標(biāo)分別對(duì)標(biāo)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3097—1997）進(jìn)行達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)，并且以最劣一等指標(biāo)對(duì)應(yīng)的類(lèi)別作為評(píng)價(jià)水體的水質(zhì)類(lèi)別。本文也通過(guò)將各水質(zhì)指標(biāo)對(duì)標(biāo)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較和分析，得到在現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)下瑞安市近岸海域海水質(zhì)量等級(jí)，并作為多元統(tǒng)計(jì)方法與傳統(tǒng)水質(zhì)評(píng)價(jià)方法相對(duì)比的參照。
1.3.2 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)
根據(jù)已有研究，目前浙江近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮問(wèn)題仍較嚴(yán)重，不容樂(lè)觀［17］。本文通過(guò)營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法和氮磷比法2 種評(píng)價(jià)方法分析瑞安市近岸海域2020 年5 月的海水富營(yíng)養(yǎng)化情況，并對(duì)此時(shí)的富營(yíng)養(yǎng)化及赤潮風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法，由我國(guó)學(xué)者鄒景忠于1983 年首次提出，海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)E 的計(jì)算公式為
其中，DIN，DIP 及COD 的單位均為mg·L-1；E 越大，富營(yíng)養(yǎng)化程度越嚴(yán)重［25］。
氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及氮磷比均會(huì)影響浮游植物的生長(zhǎng)，因此水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度及赤潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)均與氮、磷密切相關(guān)［26］。
1.3.3 聚類(lèi)分析
聚類(lèi)分析是指將有相似特征的對(duì)象集合，變?yōu)橛上嗨茖?duì)象組成的多個(gè)群類(lèi)的分析方法，能降低數(shù)據(jù)矩陣的復(fù)雜性。聚類(lèi)后，同類(lèi)對(duì)象具有高度相似性，不同類(lèi)對(duì)象具有高度相異性，從而可直觀體現(xiàn)多個(gè)變量及不同種類(lèi)之間的相互關(guān)系［13］。本研究采用SPSS 24.0 軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析，根據(jù)污染特征對(duì)瑞安市近岸海域先進(jìn)行分區(qū)，再分區(qū)描述和評(píng)價(jià)污染狀況。
1.3.4 主成分分析（PCA）
主成分分析是一種統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)分析方法，將數(shù)量眾多的變量通過(guò)正交變換簡(jiǎn)化為幾個(gè)線性不相關(guān)的綜合變量，轉(zhuǎn)換后的綜合變量稱(chēng)為主成分，用少數(shù)主成分反映所有原始變量的大部分信息［27］。因主成分互不相關(guān)，變量數(shù)較少，更適合做分析和討論，在環(huán)境污染研究及防治方面有廣泛應(yīng)用。本研究用SPSS 24.0 軟件進(jìn)行主成分分析，用軟件計(jì)算原始變量的相關(guān)性矩陣，依據(jù)變量矩陣KMO 值大于0.5和Bartlett 球形檢驗(yàn)顯著性Sig 值小于0.05 的條件，判斷是否適合主成分分析。適合主成分分析的按照累計(jì)方差貢獻(xiàn)量大于80%的原則提取主成分。
1.3.5 空間異質(zhì)性分析
為直觀反映瑞安市近岸海域海水環(huán)境質(zhì)量的空間異質(zhì)性規(guī)律，利用ArcGIS 10.8 軟件對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)、聚類(lèi)分析、主成分分析方法所得結(jié)果進(jìn)行空間插值分析，并輸出空間柵格圖。
2 結(jié)果和討論
2.1 水質(zhì)參數(shù)特征
16 個(gè)站位的各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)特征如表1 所示，從表1 單一指標(biāo)所屬類(lèi)別中發(fā)現(xiàn)，多項(xiàng)指標(biāo)均有不同程度超標(biāo)（對(duì)標(biāo)一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)）。其中，無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽為劣四類(lèi)，此外，還有部分重金屬元素（汞、鉛為三類(lèi)，銅、鋅為二類(lèi)）超標(biāo)。
表1 瑞安市近岸海域水質(zhì)參數(shù)特征及跨區(qū)域?qū)Ρ萒able 1 Contents of water quality parameters in Ruian nearshore area and interregional comparison
本研究所測(cè)得的瑞安市近岸海域海水無(wú)機(jī)氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.207～0.726 mg·L-1，平均值為0.372 mg·L-1，最大值出現(xiàn)在站位1，位于飛云江近口段海域；在3種形態(tài)的無(wú)機(jī)氮中，硝酸鹽氮是瑞安市近岸海域中無(wú)機(jī)氮的主要存在形式，占無(wú)機(jī)氮的50.23%～90.69%。測(cè)得活性磷酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.015～0.059 mg·L-1，平均值為0.034 mg·L-1，最大值出現(xiàn)在站位2，位于飛云江河口段海域。此外，汞和鉛超標(biāo)，汞最大值出現(xiàn)在站位1，位于飛云江近口段海域，鉛最大值出現(xiàn)在站位10，位于北龍島西部海域。
與2016 年相比，本次所采樣品的無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所降低，反映了在“十三五”期間采取的氮磷減排措施取得了一定成效［16，22］，但鉻和銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有所升高。如表1 所示，對(duì)比杭州灣新區(qū)近岸海域（位于杭州灣南岸）［28］及福建寧德市近岸海域［29］，瑞安市近岸海域水質(zhì)較杭州灣新區(qū)好，較寧德差。寧德市為福建省地級(jí)市，北部與溫州市相接，位于瑞安市南部，瑞安市近岸海域與杭州灣新區(qū)近岸海域的營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯較寧德高，這是因?yàn)轱w云江、錢(qián)塘江等大型入海河流充當(dāng)了陸源污染物輸入近岸海域的良好載體［30］。上述觀點(diǎn)可在《2020年中國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》中得到印證（圖3）。從全國(guó)水質(zhì)分布圖中不難看出，黃河口、長(zhǎng)江口、杭州灣、珠三角等海域均存在較大面積的四類(lèi)、劣四類(lèi)水質(zhì)海域。
圖3 2020 年我國(guó)管轄海域水質(zhì)狀況分布圖Fig.3 Sea water quality distribution map of China sea in 2020
瑞安市近岸海域多個(gè)水質(zhì)指標(biāo)均有不同程度超標(biāo)（對(duì)標(biāo)一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)），其中無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽超標(biāo)最嚴(yán)重，且數(shù)據(jù)離散性較大，若要研究污染物空間異質(zhì)特征及其污染源，需對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
2.2 海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況評(píng)價(jià)
根據(jù)2010—2018 年間的統(tǒng)計(jì)，5 月為赤潮多發(fā)時(shí)段。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于赤潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的研究也聚焦于營(yíng)養(yǎng)鹽限制性［26］。多年來(lái)浙南海域發(fā)生赤潮次數(shù)最多的藻類(lèi)為東海原甲藻，其對(duì)水深、水文和氮磷比較為敏感［20］。因此，本文用傳統(tǒng)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)，營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（E）和溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮磷比（N/P）分別評(píng)價(jià)研究海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況。
在ArcGIS 中，采用克里金法分別對(duì)各站位營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法和氮磷比法的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行空間插值，得到空間柵格圖。如圖4（a）所示，用營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法計(jì)算得到飛云江近口段和河口段呈重度富營(yíng)養(yǎng)化（E＞9），且沿江口向外富營(yíng)養(yǎng)化狀況逐漸減輕，呈現(xiàn)受陸源輸入控制的特征。
圖4 瑞安市近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化和赤潮風(fēng)險(xiǎn)空間圖解Fig.4 Spatial diagram of eutrophication and red tide risk in Ruian nearshore area
而用氮磷比法計(jì)算（圖4（b）），溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮磷比（N/P）呈截然不同的空間異質(zhì)性，N/P 最高值出現(xiàn)在北麂養(yǎng)殖區(qū)周邊海域，最低值出現(xiàn)在河口和外部海域的過(guò)渡海域（大北列島周邊），此現(xiàn)象體現(xiàn)了河口及附近海域氮和磷的行為差異［16］。N/P 與赤潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)有較強(qiáng)相關(guān)性［31］，且海島沿岸淺水海域易發(fā)東海原甲藻赤潮［20］，以此結(jié)果進(jìn)一步推測(cè)，北麂列島周邊為瑞安市近海海域發(fā)生赤潮風(fēng)險(xiǎn)最大的區(qū)域，這也與近年來(lái)《瑞安市海洋環(huán)境公報(bào)》中所報(bào)道的赤潮發(fā)生規(guī)律基本一致。
2.3 污染特征分區(qū)
根據(jù)12 項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，對(duì)16 個(gè)站位進(jìn)行系統(tǒng)聚類(lèi)分析，通過(guò)分析得到不同海水污染特征的多個(gè)群類(lèi)，群類(lèi)內(nèi)的點(diǎn)位具有相似性，不同群類(lèi)間的點(diǎn)位具有相異性。在SPSS 24.0 中輸出譜系樹(shù)狀圖（圖5），縱坐標(biāo)為參與聚類(lèi)的站位個(gè)案，站位編號(hào)為1～16，橫坐標(biāo)為聚類(lèi)重新標(biāo)定的距離。
圖5 瑞安市近岸海域16 個(gè)站位系統(tǒng)聚類(lèi)樹(shù)狀圖Fig.5 Tree procedure of cluster analysis of sampling stations of Ruian nearshore area
如圖5 所示，在橫坐標(biāo)距離標(biāo)尺上以10 個(gè)距離值劃出垂直線，該線與譜系樹(shù)相交的交點(diǎn)數(shù)即為距離為10 時(shí)的分類(lèi)類(lèi)別數(shù)，共可分4 類(lèi)，見(jiàn)圖6。
圖6 瑞安市近岸海域聚類(lèi)分區(qū)Fig.6 Zoning plan of Ruian nearshore area
第1 類(lèi)包括站位1（飛云江近口段），第2 類(lèi)包括站位2 和3（飛云江河口段），第3 類(lèi)包括站位5 和11（飛云江河口外側(cè)到大北列島周邊），第4 類(lèi)包括站位1，4，6～10，12～16。由此可見(jiàn)，瑞安市近岸海域海水污染存在明顯的空間差異，主要為河口和遠(yuǎn)岸的差異及南北差異，并且站位1（近口段）與其他站位差異顯著。因此將研究海域劃分為4 個(gè)區(qū)域（如圖6 所示）。A 區(qū)域：飛云江近口段，水體主要受飛云江上游來(lái)水支配（5 月為飛云江豐水期［32］），鹽度低，營(yíng)養(yǎng)鹽和部分重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于較高水平；B 區(qū)域：飛云江河口段，水體既受飛云江上游來(lái)水影響，也受外部海水影響，屬于過(guò)渡區(qū)域；C 區(qū)域：飛云江河口外側(cè)至大北列島周邊海域，水體來(lái)源較為復(fù)雜，包含飛云江河水、東西向小型入海河流水、外部海水；D 區(qū)域：外部海域，包含北部和東部海域，水體受外部海水控制為主，所占面積最大。
2.4 污染源分析
將數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 24 軟件，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算和分析。用Pearson 進(jìn)行水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性分析，結(jié)果如表2 所示?？芍?，許多變量間均存在較強(qiáng)的相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)＞0.5）。在KMO-Bartlett 球形檢驗(yàn)中，KMO 值為0.56，Bartlett 球形檢驗(yàn)顯著性Sig值為0.000。綜上可知，研究變量之間存在相關(guān)性，可進(jìn)行主成分分析。
表2 瑞安市近岸海域各水質(zhì)參數(shù)相關(guān)性系數(shù)矩陣Table 2 Correlation coefficient matrix of each water quality parameters in Ruian nearshore area
各水質(zhì)參數(shù)的相關(guān)性系數(shù)矩陣如表2 所示，其中，鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量、活性磷酸鹽和無(wú)機(jī)氮兩兩之間均顯著相關(guān)。鹽度代表特定站位海水與淡水的比例，在很大程度上也代表了站位的空間信息，說(shuō)明瑞安市近岸海域海水中營(yíng)養(yǎng)鹽和化學(xué)需氧量具有明顯的空間異質(zhì)性。化學(xué)需氧量、活性磷酸鹽及無(wú)機(jī)氮之間良好的相關(guān)性也是部分海域呈現(xiàn)較為嚴(yán)重的富營(yíng)養(yǎng)化的例證［16］。
水體中的重金屬銅、鋅和汞均與溶解氧存在顯著相關(guān)性，這三者兩兩間也存在較為顯著的相關(guān)性；鎘與鋅、汞存在顯著相關(guān)性，可能與二者有近似的來(lái)源。鉻、砷和鉛與其他水質(zhì)參數(shù)均不存在顯著相關(guān)性。
用SPSS 24.0 對(duì)12 項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行主成分分析，共提取4 個(gè)主成分，方差貢獻(xiàn)率分別為40.85%，18.74%，14.57%和8.32%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為82.48%，因此可以代表原始數(shù)據(jù)的大部分信息。主成分與原始變量的荷載矩陣如表3 所示。本次研究所涉及的水質(zhì)參數(shù)，因質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低水質(zhì)越好，故各主成分的得分越低水質(zhì)越好。
表3 主成分載荷矩陣Table 3 Main factors load matrix
F1（第1 主成分）貢獻(xiàn)率最大，為40.85%，涉及的水質(zhì)參數(shù)有鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽和銅，其中鹽度和溶解氧與F1 呈負(fù)相關(guān)，其他均與F1 呈正相關(guān)。在上述水質(zhì)參數(shù)中，溶解氧在F1 中的載荷值最高，為-0.944；其次為鹽度和無(wú)機(jī)氮。在相關(guān)性分析中，已知鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量、活性磷酸鹽和無(wú)機(jī)氮兩兩之間均存在顯著相關(guān)性，因此F1 主要表征營(yíng)養(yǎng)鹽污染和鹽度信息。如圖7（a）所示，F(xiàn)1 在空間上呈現(xiàn)由飛云江近口段向外部海域逐漸降低的趨勢(shì)，高值區(qū)位于飛云江近口段，且總體呈擴(kuò)散狀分布。綜上，F(xiàn)1 主要反映營(yíng)養(yǎng)鹽和化學(xué)需氧量的污染情況，且在空間上體現(xiàn)了飛云江及周邊地區(qū)陸源污染物的輸入，這也與前人的研究結(jié)論相符［18］。
圖7 主成分得分及綜合得分空間分布圖Fig.7 Spatial distribution of main factors score and comprehensive score
飛云江中下游兩岸是人居密集的區(qū)域，幾乎所有人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的廢水最終都匯入飛云江，這些廢水有些經(jīng)過(guò)集中處理后排入，在對(duì)有關(guān)鄉(xiāng)鎮(zhèn)實(shí)地考察發(fā)現(xiàn)，仍存在大量未經(jīng)處理的生活污水直接排入飛云江的現(xiàn)象。此外，飛云江下游流域有很多農(nóng)田，化肥的使用使農(nóng)業(yè)尾水中含有極高濃度的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物，這部分廢水未經(jīng)處理通過(guò)一系列小型河流、溪閘排入飛云江。根據(jù)2020 年發(fā)布的《第二次全國(guó)污染源普查公報(bào)》，農(nóng)業(yè)源排放氮和磷的量分別占排放總量的46.5%和67.2%；根據(jù)2020 年《溫州市海洋生態(tài)環(huán)境公報(bào)》中有關(guān)江河入海污染物總量統(tǒng)計(jì)，2020 年飛云江共排放86.67×105kg 氮、2.70×105kg 磷至近岸海域；而根據(jù)2016—2020 年的《瑞安市海洋環(huán)境公報(bào)》，瑞安市2 個(gè)最大的污水處理廠（江北污水處理廠和江南污水處理廠）年均排放總氮約8.00×105kg，總磷約0.10×105kg，占比相對(duì)較少。因此，推斷飛云江攜帶入海的總氮、總磷絕大部分來(lái)自農(nóng)業(yè)而非生活和工業(yè)污水。綜上，筆者認(rèn)為，F(xiàn)1 的空間分布規(guī)律是飛云江干流入海水和外部海水在瑞安市近岸海域相互作用的結(jié)果，代表了瑞安市近岸海域海水環(huán)境狀況很大程度受河流輸入的陸源物質(zhì)控制，且農(nóng)業(yè)面源污染是瑞安市近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽和化學(xué)需氧量的主要來(lái)源。
F2（第2 主成分）貢獻(xiàn)率為18.74%，代表重金屬鋅、鎘和汞，三者均與F2 呈正相關(guān)。如圖7（b）所示，F(xiàn)2 呈飛云江近口段高、河口段低、河口外高的特點(diǎn)。進(jìn)而推測(cè)，F(xiàn)2 中的污染源可能不止一個(gè)。高值區(qū)位于飛云江近口段、銅盤(pán)島保護(hù)區(qū)和北龍養(yǎng)殖區(qū)一帶。形成河口段低值區(qū)的原因是“最大渾濁帶”的細(xì)顆粒物對(duì)重金屬的吸附作用，在這一區(qū)域，懸浮顆粒是水體中重金屬的主要載體［33-35］。瑞安海域?qū)購(gòu)?qiáng)潮流區(qū)，在冬、春季節(jié)沿海盛行北向風(fēng)，江浙沿岸流臨岸強(qiáng)勁而下，長(zhǎng)江口外的泥沙幾經(jīng)往返，沿海岸線順流南下，大量泥沙在溫州海域沉積，成為溫州海域的豐富沙源［36］。因此，飛云江漲落潮時(shí)含沙量較大，通常在河口段形成相對(duì)的高含沙區(qū)，即最大渾濁帶，飛云江最大渾濁帶的懸沙濃度超過(guò)2 g·L-1［32］。
據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，瑞安市有電鍍企業(yè)200 多家，零件加工企業(yè)100 多家，根據(jù)2020 年的實(shí)地調(diào)查，其中部分企業(yè)對(duì)污水進(jìn)行了針對(duì)性集中處理，但仍有部分企業(yè)直接將未處理污水排入海或江中，未經(jīng)處理的電鍍污水中含有很高的鎘、鋅、鉻等重金屬［37］，因此在飛云江近口段，F(xiàn)2 可能來(lái)自電鍍和零件加工企業(yè)。在外部海域，F(xiàn)2 可能來(lái)源于漁船航道造成的污染。大北列島海域漁船密度較大［38］，根據(jù)前人對(duì)浙江省海域表層沉積物重金屬的地球化學(xué)分區(qū)研究，船舶集中區(qū)和臨岸港口區(qū)均存在鋅、汞等元素的富集［39］。
F3（第3 主成分）貢獻(xiàn)率為14.57%，涉及的水質(zhì)參數(shù)有砷。如圖7（c）所示，高值區(qū)位于丁山圍涂工程的東部海域和北麂養(yǎng)殖區(qū)東部。根據(jù)實(shí)地調(diào)查，丁山二期和丁山三期圍涂的西側(cè)有近2 000 km2的農(nóng)田，這些農(nóng)田的農(nóng)業(yè)尾水基本通過(guò)溪閘向東排入研究海域，農(nóng)業(yè)尾水中普遍含有農(nóng)藥，因此這部分海域砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高［40］。北麂列島屬于人口密度較大的島群，其周邊形成砷高值區(qū)的原因可能是島上存在一定量含砷煤炭的使用［41］。研究海域海水中砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)符合第一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，且砷與其他水質(zhì)參數(shù)均不存在顯著相關(guān)性，因此不存在對(duì)瑞安市近岸海域水環(huán)境影響較大的污染源。
F4（第4 主成分）貢獻(xiàn)率為8.32%，涉及水質(zhì)參數(shù)有鉻和鉛。如圖7（d）所示，高值區(qū)分布相對(duì)散亂，主要集中在北龍養(yǎng)殖區(qū)周邊，F(xiàn)4 也呈河口周邊低的特征，符合最大渾濁帶對(duì)重金屬元素的吸附規(guī)律。根據(jù)已有研究，環(huán)境中鉛的主要來(lái)源包括交通、工業(yè)、土壤母質(zhì)等［41］，在無(wú)鉛汽油普及之前，汽油燃燒產(chǎn)生的廢煙是鉛的主要來(lái)源之一。使用無(wú)鉛汽油后，大氣中鉛的濃度顯著下降，但船舶使用中軸承摩擦、傳動(dòng)組件摩擦均會(huì)釋放鉛［42］。北龍養(yǎng)殖區(qū)周邊漁船密度較大［38］，鉛污染相對(duì)較嚴(yán)重。對(duì)于鉻，研究海域海水中鉻質(zhì)量分?jǐn)?shù)符合第一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，且鉻與其他水質(zhì)參數(shù)均不存在顯著相關(guān)性，因此不存在對(duì)瑞安市近岸海域海水環(huán)境影響較大的污染源。
根據(jù)4 個(gè)主成分的得分與權(quán)重，計(jì)算主成分綜合得分，綜合得分越低，水質(zhì)越好。綜合得分空間分布如圖7（e）所示，瑞安市近岸海域污染程度東低西高，高值區(qū)集中在飛云江近口段、河口段以及北部臨岸區(qū)域，這一特征與調(diào)查站位聚類(lèi)分析所指示的分區(qū)特征基本一致，水體污染來(lái)源較為復(fù)雜。除農(nóng)業(yè)面源、電鍍企業(yè)、海島和漁船化石燃料使用外，在一定程度上，區(qū)域水動(dòng)力環(huán)境也影響瑞安市近岸海域海水污染的空間特征，例如飛云江河口最大渾濁帶的形成等。
根據(jù)瑞安市近岸海域海水污染特征分區(qū)所涵蓋站位的因子得分情況，繪制各區(qū)域主成分得分特征圖（圖8）。
圖8 各區(qū)域主成分特征圖解Fig.8 Features diagrams of main factors in each region
A 區(qū)域：飛云江近口段，F(xiàn)1、F2 得分較高。此區(qū)域受人為影響最劇烈，且位于飛云江感潮河段的上界附近，水動(dòng)力條件較弱，擴(kuò)散和輸送作用相對(duì)較弱，故污染程度最嚴(yán)重。
B 區(qū)域：飛云江河口段，此區(qū)域西北側(cè)與A 區(qū)域相鄰，東南側(cè)連接河口外部海域，受A 區(qū)域的影響強(qiáng)烈，F(xiàn)1 得分較高，但受河口濁度大的影響，F(xiàn)2 得分很低，污染程度中等。
C 區(qū)域：飛云江河口外側(cè)到大北列島周邊海域，F(xiàn)2 得分較高，大北列島周邊是主航道區(qū)，船舶是主要的污染來(lái)源，但污染程度不嚴(yán)重。此區(qū)域小型海島較多，總體受外部海水潮汐作用控制，污染程度較低。
D 區(qū)域：外部海域，各主成分得分均不高，污染程度低。
3 結(jié)論
3.1研究結(jié)果顯示，瑞安市近岸海域水質(zhì)總體良好，在所有水質(zhì)參數(shù)中，鉻、砷、鎘達(dá)到一類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；溶解氧、化學(xué)需氧量、銅、鋅、汞達(dá)到二類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；鉛達(dá)到三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽在部分區(qū)域存在比較明顯的超標(biāo)現(xiàn)象，其中有12.50%的站位無(wú)機(jī)氮超過(guò)四類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，有31.25%的站位活性磷酸鹽超過(guò)四類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
3.2用2 種方法對(duì)研究海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。由營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法得到的富營(yíng)養(yǎng)化最嚴(yán)重的區(qū)域?yàn)轱w云江近口段和河口段，向外富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸降低；根據(jù)氮磷比的空間分布，推測(cè)北麂列島周邊是瑞安市近岸海域赤潮風(fēng)險(xiǎn)最大的海域。
3.3根據(jù)聚類(lèi)分析，將16 個(gè)站位分為4 個(gè)類(lèi)別，進(jìn)而將研究海域劃分為4 個(gè)區(qū)域。A 區(qū)域：飛云江近口段，臨近感潮河段的上界，水體主要受飛云江上游來(lái)水支配，鹽度低，營(yíng)養(yǎng)鹽和部分重金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)處于較高水平，污染程度較高；B 區(qū)域：飛云江河口段，水體既受飛云江上游來(lái)水影響，也受外部海水影響，同時(shí)水體濁度很大，水體污染特征受多方面因素影響，屬于連接過(guò)渡區(qū)域，污染程度中等；C 區(qū)域：飛云江河口外側(cè)到大北列島周邊海域，小型海島較多，水體來(lái)源也較為復(fù)雜，漁船是主要污染源，總體污染程度較低；D 區(qū)域：外部海域，包含北部和東部海域，水體以外部海水控制為主，污染程度較低，所占面積最大。
3.4通過(guò)對(duì)瑞安市近岸海域16 個(gè)站位各項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行主成分分析發(fā)現(xiàn)，營(yíng)養(yǎng)鹽、化學(xué)需氧量為主要的水質(zhì)污染因子，主要來(lái)源為農(nóng)業(yè)面源污染（通過(guò)河流、溪閘輸入）；重金屬污染受多方面因素影響，主要來(lái)源為電鍍及零件加工企業(yè)、船舶等。
綜上可知，瑞安市近岸海域海水中污染物的主要來(lái)源為農(nóng)業(yè)面源污染、工業(yè)、船舶等。
猜你喜歡
環(huán)境(2023年5期)2023-06-30 01:20:01
當(dāng)代水產(chǎn)(2019年1期)2019-05-16 02:42:04
當(dāng)代陜西(2019年7期)2019-04-25 00:22:18
領(lǐng)導(dǎo)決策信息(2018年26期)2018-10-12 02:18:26
中國(guó)科技博覽(2016年2期)2016-04-25 20:32:39
小學(xué)生導(dǎo)刊(2016年34期)2016-04-11 00:49:44
電測(cè)與儀表(2015年5期)2015-04-09 11:30:52
都市麗人(2015年5期)2015-03-20 13:33:49
河南科技(2014年23期)2014-02-27 14:19:07
河南科技(2014年18期)2014-02-27 14:14:54
