渤海灣水體富營養化與有機污染狀況初步評價

闞文靜，張秋豐，胡延忠，石海明，薄文杰

（國家海洋局天津海洋環境監測中心站，天津 300450）

渤海灣水體富營養化與有機污染狀況初步評價

闞文靜，張秋豐，胡延忠，石海明，薄文杰

（國家海洋局天津海洋環境監測中心站，天津 300450）

根據 2008年渤海灣的生態調查資料，探討了該海域的富營養化狀態。闡述了渤海灣營養鹽變化特征，并對鹽度、pH值、溶解氧 (DO)、葉綠素-a、PO4-P、NO2-N、NO3-N、NH4-N等進行了分析討論，且對海域進行了富營養化評價及有機污染評價。結果顯示：與Redfied提出營養結構的N/P比值相比較，渤海灣的營養結構符合P限制，根據營養狀態指數評價模式和有機污染評價指數計算結果，2008年渤海灣水體屬富營養化狀態，已屬于輕度有機污染。

渤海灣；營養鹽；富營養化、有機污染

當大量富含N、P的工業廢水和城市生活污水排入海灣、河口沿岸水域，在適宜的光照、溫度等物理條件下，藻類和浮游生物出現迅速繁殖，導致初級生產力急劇增加和水體溶解氧含量下降，造成水質惡化、生物群落結構的異常變化，甚至引起水生物和魚類衰亡，并大大妨礙了人類對水資源的利用時，即可認為水域呈現富營養化狀態[1]。

渤海灣位于渤海西部，北起河北省樂亭縣大清河口，南到山東省利津縣新黃河口，沿岸有海河、大沽排污河、獨流減河、北排河等數條河流入海，為陸地環抱的淺海盆。隨著地區工農業、養殖業及港口的發展，渤海灣海域的生態環境發生了較大的變化，污染問題日趨嚴重，海水富營養化程度不斷加重[2]。本文根據2008年5月、8月份在渤海灣海域的生態調查資料，研究了這些營養要素間的相互關系和變化趨勢，對該海域的營養水平進行了分析評價，為保護和合理開發渤海灣提供了科學的依據。

1 調查與分析

1.1 調查海區

2008年5月、8月對渤海灣海域進行的綜合調查具體采樣站位見圖1。自南向北設置東西向5個斷面，共計24個站位，基本上覆蓋了渤海灣海域。

1.2 采樣及分析方法

依照《海洋調查規范》用開－閉式采水器每個站位采集表層（水面以下0.5 m處）水樣500 mL。水質監測項目包括水溫、鹽度、pH 值、溶解氧 (DO)、葉綠素-a、活性磷酸鹽 (PO4-P)、亞硝酸鹽 (NO2-N)、硝酸鹽 (NO3-N)、氨氮 (NH4-N) 和活性硅酸鹽 (SiO3-Si)。溶解無機氮 (DIN) 為NO2-N、NO3-N和NH4-N之和。水溫在現場測定，其他監測項目樣品的保存和測定均按照《海洋監測規范》(GB17378.4-2007）進行。

2 結果與討論

2.1 主要化學要素分析

2.1.1 常規化學要素 渤海灣海域水質各環境要素的監測結果見表1。從表1可以看出，渤海灣海域的pH值、鹽度、DO、葉綠素-a的含量豐水期（8月）明顯低于枯水期（5月）。天津位于中緯度歐亞大陸的東部太平洋西岸，主要受季風環流支配，屬于大陸性氣候，5月水溫上升到適于浮游植物生長的溫度，浮游植物開始大量繁殖，吸收海水中的二氧化碳而放出氧氣，因而pH值和DO以及葉綠素-a的含量均較高。在8月，由于受降水量大的影響海水的鹽度略有降低。

圖1 采樣站位示意圖Fig. 1 Distribution of investigation stations

表1 各常規化學參數變化范圍及平均值Tab. 1 Seasonal variations and average values of chemical parameters

2.1.2營養鹽 海水中的氮、磷營養鹽是海洋浮游植物生長繁殖所必需的營養要素，渤海灣海域5月、8月氮、磷營養鹽變化見圖2。由圖2可見，除NH4-N外其它營養鹽的變化趨勢極為相似，8月份豐水期的值較高于5月份的枯水期。這主要是因為在5月份的枯水期，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，營養鹽大量消耗，含量較低；而在8月份的豐水期由于表層水溫上升，藻類生長受到抑制，致使8月份的營養鹽含量高于5月份。

溶解無機氮以NO3-N為主，5、8月份各占DIN的比例分別為81.2%和81.8%。各無機氮在水體中的轉化過程為：NH3?NH4OH??，在氧充足的情況下，當達到熱力學平衡時，水體中的無機氮以 NO3-N為主要形態。因此，從渤海灣各無機氮的比例來看，該水體中的氮已達熱力學平衡[3]。浮游植物對 NO3-N的攝取受到 NH4-N的控制，浮游植物生長首先利用NH4-N，當NH4-N含量減少到一定濃度不能滿足生長時，則吸收NO3-N，可以說浮游植物起著控制同一海域NO3-N和NH4-N含量變化作用[3]。經調查數據分析，NH4-N在5、8月份各占DIN的比例分別為9.57%和2.10%，渤海灣水體中的NH4-N含量變化和NO3-N的含量變化趨勢相反。

圖2 渤海灣營養鹽變化Fig. 2 Seasonal variations of nutrients in Bohai Bay

2.1.3 營養結構分析 水域N/P的比值是水域現存氮、磷營養狀態的具體反映。Redfield認為一般海水中正常的N/P值為16∶1，浮游植物也大約以16∶1的比例從海水中攝取氮、磷，高于或低于這個比例都可能引起浮游植物的生長受到某一相對含量元素的限制[4、5]。從表2的數據中可以看出2008年渤海灣海域N/P比值遠遠超過16∶1，說明2008年PO4-P為渤海灣海域浮游植物生長的限值因子。根據郭衛東等[6]提出的以潛在性富營養化概念為基礎的分類分級營養化評價模式可知渤海灣海域5月份屬于磷限值潛在富營養水平，級別為ⅥP，而8月份屬于磷中等限值潛在富營養水平，級別為ⅤP。

表2 渤海灣營養類型評價Tab. 2 Assessment of nutrient type in Bohai Bay

2.2 渤海灣富營養化與有機污染狀況評價

2.2.1 水體營養程度評價 目前國際上關于富營養化的評價尚無統一的標準。一些學者利用營養鹽、有機污染物等參數作為評價海域營養指標，提出了營養狀態指數法。本文根據營養狀態指數來討論渤海灣海水的營養狀況。其計算公式如下：

E = COD(mg/L) × DIN(mg/L) × DIP(mg/L) × 106/1 500，當營養指數大于1時，即為富營養化，E值越大，富營養化程度越高[7]。

經計算我們可以發現渤海灣海域的平均E值（參考數據見表3）變化范圍為0.6 ～ 89，92%的E值大于1，說明渤海灣海域海水的營養狀態為富營養化，且程度較高，從圖 3中可見該海域表現出離岸越近富營養化程度越高的趨勢。這與沿岸排污口大量排污入海，污染嚴重有關，致使海水富營養化程度不斷加重。2.2.2 有機污染程度評價 海水有機污染評價指數法綜合考慮了海水的有機污染和無機污染指標，利用COD，DIN，DIP，DO四個水質指標對海水質量狀況進行評價，能反映水質的整體狀況[3]。A＝CODi/CODs+DINi/ DINs+DIPi/ DIPs－DOi/ DOs，式中：CODi，DINi，DIPi，DOi分別為實測值； CODs，DINs，DIPs，DOs分別為相應要素一類海水水質標準，其值依次為3.0，0.30，0.015和5.0（單位均為mg/L）。有機污染評價分級標準為：A＜0，有機污染程度為0級，表明水質良好；0＜A＜1，有機污染程度為1級，表明水質較好；1＜A＜2，有機污染程度為2級，表明水質開始受污染；2＜A＜3，有機污染程度為3級，表明水質輕度污染；3＜A＜4，有機污染程度為4級，表明水質中度污染；A＞4，有機污染程度為5級，表明水質嚴重污染[8]。

經計算渤海灣海域生態監控區（參考數據見表3）各站位的平均污染指數為0.3 ～ 6.8，平均值為2.6。從圖4中可以清楚的看出渤海灣海域有機污染指數A值的分布趨勢，經對比發現與E值相似。從評價標準上看出，渤海灣海域的水質已受到污染，且部分水質已經達到了嚴重污染程度，建議有關部門及時采取防治措施，以避免赤潮的發生，減少經濟損失。

表3 DO, COD, DIN, DIP變化范圍及平均值Tab. 1 Seasonal variations and average values of DO, COD, DIN and DIP

圖3 渤海灣E值平面分布圖Fig. 3 Horizontal distributions of E in Bohai Bay

3 結 語

圖4 渤海灣A值平面分布圖Fig. 4 Horizontal distributions of A in Bohai Bay

通過分析2008年5月、8月生態監控區水質監測數據，可得出以下結論：

a) 渤海灣海域的pH、鹽度、DO等各化學參數隨8月份水溫的升高而減小，但氮、磷營養鹽卻與上述化學參數的變化趨勢相反，隨水溫的升高，而使得該海域8月份的營養鹽值高于5月份。

b) 從營養結構看，與Redtield的N/P比值相比較，磷為渤海灣海域浮游植物生長的限制因子，其中，5月份屬于磷限值潛在富營養水平，級別為ⅥP；而8月份屬于磷中等限值潛在富營養水平，級別為ⅤP。

c) 根據營養狀態指數評價和有機污染指數計算評價結果，2008年渤海灣營養水平為富營養，有機污染程度3級，說明渤海灣海域海水水質已被輕度污染。

[1] 紀大偉, 楊建強, 高振會, 等. 萊州灣西部海域枯水期富營養化程度的初步研究 [J]. 海洋通報, 2007, 26(1)： 78-81.

[2] 楊世民, 董樹剛, 李鋒, 等.渤海灣海域生態的研究 [J]. 海洋環境科學, 2007, 26(5)： 442-445.

[3] 蔡真珍, 王憲, 鄭盛華. 湄洲灣水質季節變化特征及評價 [J]. 海洋環境科學, 2008, 27(2)： 161-164.

[4] Smith S V. Phosphorus versus nitrogen limitation in the marine environment [J].Limnol Oceanogr, 1984, 29(6)： 1 149-1 160.

[5] Olausson E. Chemistry and Biogeochemistry of Estuaries [M]. New York： J W & S, 1980.

[6] 郭衛東, 張曉明, 楊逸萍, 等. 中國近海海域潛在性富營養化程度的評價 [J].臺灣海峽, 1998, 17(1)： 64-70.

[7] 林榮根. 海水富營養化水平評價方法淺析 [J]. 海洋環境科學, 1996, 15(2)： 28-31

[8] 蔣岳文. 大連灣海水營養鹽的含量及有機污染狀況分析 [J]. 海洋通報, 1991, 10(1)： 100-103.

Preliminary analysis on the state of organic pollution and eutrophication in Bohai Bay

KAN Wen-jing, ZHANG Qiu-feng, HU Yan-zhong, SHI Hai-ming, BO Wen-jie

(Tianjin Marine Environmental Monitoring Center, SOA, Tianjin 300450, China)

Based on the data of 2008, the nutrients and eutrophication characteristics in Bohai Bay were discussed in detail. Variation features of inorganic nitrogen and phosphate in Bohai Bay were analyzed, so were the parameters such as pH, salinity, DO, COD and chlorophyll a. Combined with the economy developing status of Bohai Bay, the main parameters of water quality, the status of nourishment and organic pollution were assessed. The results indicate that,from the nutrition structure, the inorganic nitrogen is the limit factor for growth of phytoplankton, and compared with Redfield ration of chemical measure for the nutrient salts, it is accorded with the limit condition of phosphate nutrient.According to the amended evaluation mode of eutrophication and the organic pollution index, the water of Bohai Bay was polluted lightly and its quality was eutrophication in 2008.

Bohai Bay; nutrients; eutrophication；organic pollution

X55

A

1001-6932(2010)02-0172-04

2008-11-06；

2009-10-27

闞文靜（1983－），女，本科，主要從事海洋監測工作。電子郵箱：kanwenjing917@163.com