秋季三亞西島海域營(yíng)養(yǎng)鹽狀況分析與評(píng)價(jià)*

鄭忠陸 韓 玉 王昭允 石曉然 李 霞 雒煥新 宋一陽

(海南熱帶海洋學(xué)院海洋科學(xué)技術(shù)學(xué)院,崖州灣創(chuàng)新研究院,海南 三亞 572022)

營(yíng)養(yǎng)鹽是海水中生物生長(zhǎng)繁殖所需的生源要素,對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)、水生生物及漁業(yè)生產(chǎn)具有重要作用[1-2]。營(yíng)養(yǎng)鹽作為海洋中初級(jí)生產(chǎn)力和食物鏈的基礎(chǔ),其含量、結(jié)構(gòu)的變化影響著水中浮游植物群落和食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)[3]。近岸海域的營(yíng)養(yǎng)鹽主要來源于河流輸入、大氣沉降、有機(jī)物降解以及外海輸入等,水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)種植等人為活動(dòng)對(duì)近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽分布具有重要影響[4-5]。隨著沿海城市的快速發(fā)展,人類對(duì)海洋資源的開發(fā)利用增加,近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽明顯增多,導(dǎo)致海水富營(yíng)養(yǎng)化、赤潮等問題頻繁出現(xiàn),進(jìn)而導(dǎo)致海域溶解氧(DO)降低、生境退化、生物多樣性減少以及有毒有害藻類大量繁殖,對(duì)海域生態(tài)環(huán)境造成極大破壞[6-8]。

三亞西島是海南沿海第二大島嶼,面積2.8 km2,島上有豐富的熱帶海島自然資源及歷史悠久的漁村文化,是國(guó)家4A級(jí)景區(qū),節(jié)假日客流量多時(shí)高達(dá)數(shù)萬人[9],附近海域環(huán)境已經(jīng)遭到不同程度的破壞,然而島內(nèi)生活垃圾、污水處理設(shè)施還不完善[10],因此三亞西島的環(huán)境承載力和環(huán)境保護(hù)研究已經(jīng)成為重要課題。但由于西島海域?qū)儆谏汉鹘竾?guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū),開展調(diào)查審批嚴(yán)格,因此該海域調(diào)查研究報(bào)道甚少。本研究于2021年秋季在三亞西島海域開展了以營(yíng)養(yǎng)鹽為主的水質(zhì)調(diào)查,并對(duì)海水污染狀況進(jìn)行評(píng)估,對(duì)了解西島海域水質(zhì)、推進(jìn)海南生態(tài)環(huán)境發(fā)展具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 采樣站位與時(shí)間

2021年10月,對(duì)三亞西島周邊海域進(jìn)行調(diào)查,共布設(shè)了14個(gè)采樣站位(見圖1),采集了表層、底層水樣(有部分樣品缺失)。

圖1 西島海域采樣站位分布Fig.1 Sampling station distribution in the sea area of West Island

1.2 樣品采集與測(cè)定

樣品采集按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第3部分:樣品采集、貯存與運(yùn)輸》(GB 17378.3—2007)的相關(guān)要求執(zhí)行。懸浮顆粒物(SPM)、化學(xué)需氧量(COD)和營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定參照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第4部分:海水分析》(GB 17378.4—2007),SPM用重量法,COD用堿性高錳酸鉀法,氨氮用水楊酸鈉法,硝酸鹽氮用隔柱還原法,亞硝酸鹽氮用鹽酸萘乙二胺法,活性磷酸鹽(DIP)用磷鉬藍(lán)法,硅酸鹽用硅鉬藍(lán)法,溶解無機(jī)氮(DIN)為氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮之和。溫度、鹽度、DO、pH用多參數(shù)水質(zhì)分析儀(WTW Multi36308)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

1.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

1.3.1 單因子污染指數(shù)法

采用單因子污染指數(shù)法[11]進(jìn)行污染評(píng)價(jià),計(jì)算公式如下:

(1)

式中:Ii為污染因子i的單因子污染指數(shù);Ci為污染因子i的實(shí)測(cè)值,mg/L;Si為污染因子i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值,mg/L。當(dāng)Ii>1時(shí),說明該污染因子已超標(biāo),本研究以《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)中第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

1.3.2 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法

采用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)[12],計(jì)算公式如下:

(2)

式中:E為富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù);CCOD為COD質(zhì)量濃度,mg/L;CDIN為DIN質(zhì)量濃度,mg/L;CDIP為DIP質(zhì)量濃度,mg/L。E<1為貧營(yíng)養(yǎng);1≤E<2為輕度富營(yíng)養(yǎng);2≤E<5為中度富營(yíng)養(yǎng);5≤E<15為重度富營(yíng)養(yǎng);E≥15為嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)。

1.3.3 有機(jī)污染評(píng)價(jià)方法

采用有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)有機(jī)污染狀況[13],計(jì)算公式如下:

(3)

式中:A為有機(jī)污染指數(shù);CDO為DO質(zhì)量濃度,mg/L;SCOD、SDIN、SDIP、SDO分別為GB 3097—1997中COD、DIN、DIP、DO第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),mg/L,依次為2、0.20、0.015、6 mg/L。A≤0為良好;04為嚴(yán)重污染。

2 結(jié)果與討論

2.1 常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)分布特征

西島海域水體中溫度、鹽度、pH、SPM、DO和COD的分布見表1。秋季受臺(tái)風(fēng)影響,水體擾動(dòng)性大,溫度、鹽度、pH在水平及垂直方向上差異一般較小[14]。表層水體DO東部由近岸向外海逐漸降低,西部相對(duì)偏低,但差異不大;底層水體DO西部與東部海域更加接近。東部海域水生植物生長(zhǎng)較為旺盛,光合作用釋放O2,導(dǎo)致水體中DO較高[15]。SPM總體表層高于底層,14號(hào)站位表層特別高,可能是受三亞灣近岸污染隨潮汐涌入的影響[16]111。COD表層最高值出現(xiàn)在西部1號(hào)站位,底層除2號(hào)站位較小外,其余站位COD相差不大。

表1 常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)分布1)Table 1 Distribution of common water parameters

2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)分布特征

西島海域水體中營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)的分布見表2。表層和底層水體中DIN相差不大,硝酸鹽氮平均分別占DIN的77%、74%,氨氮分別占21%、23%,但西島海域DIN含量遠(yuǎn)高于周邊的三亞河河口海域[17]55和三亞紅沙灣海域[18]585。在水平分布上,西島海域的表層和底層水體中DIN均表現(xiàn)為西部略高于東部,高值出現(xiàn)在近岸的2、3、4號(hào)站位,可能受島內(nèi)居民及游客的污水排放影響[16]111,[19]。DIN的單因子污染指數(shù)結(jié)果顯示,表層單因子污染指數(shù)為0.57～0.95,說明表層DIN均符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);底層單因子污染指數(shù)為0.59～1.00,有1個(gè)站位剛剛超過第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

西島海域表層和底層水體中DIP也相差不大,含量也是遠(yuǎn)高于三亞河河口海域[17]55和三亞紅沙灣海域[18]585。在水平分布上,DIP濃度分布也表現(xiàn)出西部高于東部。西島海域水體中氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量均表現(xiàn)為西部海域較高,還因?yàn)槲鞑亢Ｓ虼嬖诖罅筐B(yǎng)殖區(qū),殘留的魚餌及水生動(dòng)物的排泄物等都會(huì)造成水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量相對(duì)較高[20]。DIP的單因子污染指數(shù)結(jié)果顯示,表層單因子污染指數(shù)為0.80～1.47,有42.86%的站位超出第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);底層單因子污染指數(shù)為0.74～2.83,有33.33%的站位超出第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

西島海域表層和底層硅酸鹽相差不大,在水平分布上,西部水體硅酸鹽濃度整體變化不大,東部表現(xiàn)出從近岸向外海逐漸升高的趨勢(shì),高值區(qū)出現(xiàn)在靠近三亞灣附近的海域。10月三亞盛行東北季風(fēng),三亞灣海域的一部分硅酸鹽在季風(fēng)影響下隨洋流向西島東部海域聚集,造成該海域硅酸鹽含量較高[21-22]。

2.3 指標(biāo)相關(guān)性分析

西島海域表層水體DO與硅酸鹽呈顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.05),pH與SPM呈顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.01);底層水體鹽度與DO呈顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.01),DIN與DIP呈顯著負(fù)相關(guān)性(P<0.05)?？梢哉f明,營(yíng)養(yǎng)鹽的含量及分布受多種因素影響,底層水體中氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的來源更趨于一致。

2.4 營(yíng)養(yǎng)鹽限制狀況探討

營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)是影響海域浮游植物生長(zhǎng)繁殖的重要因素。本研究分別用DIN/DIP、硅酸鹽/DIP、硅酸鹽/DIN(摩爾比)來研究水體營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu),結(jié)果見表3。本研究中營(yíng)養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度均大于浮游植物對(duì)DIN、DIP及硅酸鹽吸收的最低閾值(DIN:0.014 mg/L、DIP:0.003 1 mg/L、硅酸鹽:0.056 mg/L)[23]。根據(jù)JUSTIC等[24]提出的營(yíng)養(yǎng)鹽限制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行潛在限制因子分析,發(fā)現(xiàn)西島海域表層和底層水體中分別僅表層2、6號(hào)站位和底層2、5號(hào)站位受硅酸鹽限制。

表3 秋季西島海域營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)Table 3 Structure of nutrients in waters of West Island in autumn

2.5 富營(yíng)養(yǎng)化與有機(jī)污染評(píng)價(jià)

秋季西島海域表層水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)為0.30～1.25,其中1、2、4、6號(hào)站位屬于輕度富營(yíng)養(yǎng),其余站位皆屬于貧營(yíng)養(yǎng);底層水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)為0.48～1.94,只有5號(hào)站位屬于輕度富營(yíng)養(yǎng),其余站位皆屬于貧營(yíng)養(yǎng)。表層和底層水體的輕度富營(yíng)養(yǎng)站位都出現(xiàn)在西島西部海域,一方面受西部養(yǎng)殖區(qū)殘留的魚餌、肥料以及水生動(dòng)物的排泄物影響,另一方面也受到島內(nèi)生活垃圾及污水排放的影響。

秋季西島海域表層水體有機(jī)污染指數(shù)為1.11～2.80,均大于1,說明都受到了不同程度的有機(jī)污染,其中1、2、4、6號(hào)站位表現(xiàn)為輕度污染,其余站位均為受到污染;底層水體有機(jī)污染指數(shù)為1.52～3.41,4號(hào)站位表現(xiàn)為輕度污染,2、5號(hào)站位表現(xiàn)為中度污染,其余站位表現(xiàn)為受到污染,底層水體較表層有機(jī)污染相對(duì)更嚴(yán)重一些。

三亞西島風(fēng)景秀麗,水闊潮平,能見度高,環(huán)島海域生長(zhǎng)著大量珊瑚及各種熱帶海魚,是一個(gè)巨大的熱帶海洋生態(tài)圈。但通過水質(zhì)調(diào)查及富營(yíng)養(yǎng)化和有機(jī)污染評(píng)估發(fā)現(xiàn),西島海域也開始受到污染。良好的生態(tài)環(huán)境是城市可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ),在加快西島旅游業(yè)發(fā)展的同時(shí),應(yīng)控制島內(nèi)生活垃圾及污水地合理排放,控制附近海域水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模,加強(qiáng)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與治理,實(shí)現(xiàn)人類與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

3 結(jié) 論

1) 三亞西島海域表層和底層水體DIN主要以硝酸鹽氮為主,其次是氨氮?？臻g分布上,表層和底層水體中DIN、DIP均表現(xiàn)為西部高于東部海域,而硅酸鹽在西島東部有出現(xiàn)近岸向外海升高的趨勢(shì)。

2) 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)結(jié)果顯示,表層和底層水體中貧營(yíng)養(yǎng)站位占比分別為69.2%、88.9%,輕度富營(yíng)養(yǎng)站位占比分別為30.8%、11.1%。有機(jī)污染指數(shù)結(jié)果顯示,表層和底層水體中受到污染站位占比分別為69.2%、66.7%,輕度污染站位占比分別為30.8%、11.1%,底層還有22.2%的站位受到中度污染。西島海域水質(zhì)狀況總體良好,但已開始受到污染,應(yīng)引起重視。