浙江近岸典型港灣的營養(yǎng)鹽行為特征

蔡小霞，潘建明，于培松，劉小涯，孫維萍

（國家海洋局第二海洋研究所 海洋生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012）

長期以來，由于工農(nóng)業(yè)廢水排放和未經(jīng)處理污水的輸入，再加上近年來圍墾灘涂和水產(chǎn)養(yǎng)殖的迅速發(fā)展，浙江近岸港灣水域普遍面臨著水質(zhì)惡化和富營養(yǎng)化問題（谷穎等，2002；徐國鋒等，2009；李鐵軍等，2011）。過量的營養(yǎng)鹽，尤其是氮和磷的輸入，造成了水體交換不暢的港灣的富營養(yǎng)化，制約了經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和威脅了人類的健康和生存（Goldberg，1995；周名江等，2001；Kennish，2001）。過往研究（張麗旭等，2010）分析了22年來長時(shí)間序列象山港海域的CODMn、DIN和PO43-年平均濃度來反映海域水化學(xué)狀況，而有學(xué)者（楊丹等，2011）利用高分辯率的多化學(xué)指標(biāo)來指示三門灣富營養(yǎng)化沉積演變歷史，結(jié)果均表明浙江省養(yǎng)殖港灣DIN和PO43-濃度逐漸升高的趨勢，并且未來氮磷比值將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖1 象山港、三門灣及樂清灣采樣站位圖

象山港位于浙東沿海，是浙江省3個(gè)主要水產(chǎn)養(yǎng)殖基地之一，水域面積為563 km2，水深一般在10～20 m之間，屬于半封閉的強(qiáng)潮淺水半日潮海灣，注入灣內(nèi)淡水的年均徑流量約為13×109m3，其中60%集中在6至9月份（董禮先等，1999）。由于象山港的地形和水動(dòng)力特點(diǎn)，進(jìn)入港灣的陸源污染物質(zhì)可能長期滯留灣內(nèi)，對(duì)狹灣內(nèi)的生態(tài)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成威脅（Gao et al，1990）。三門灣則緊挨著象山灣，與樂清灣同為浙江省重點(diǎn)海水增養(yǎng)殖基地（余方平等，2006）。三門灣低潮時(shí)海域面積約為390 km2，平均水深約9 m，注入灣內(nèi)的徑流較小，年均降水量達(dá)1 400 mm，灣頂?shù)某辈钶^高，汊面廣，納潮量大，潮汐性質(zhì)屬正規(guī)半日潮。樂清灣原為潮流通暢海灣，1977年灣底東部漩門港堵口筑壩后，形成了一面出海的半封閉海灣，屬于強(qiáng)潮半日潮海灣，由于灣內(nèi)無徑流量較大的河流且有大片的灘涂存在，使其具有較大的潮差（李伯根等，1992）。

近10多年來，已有較多研究針對(duì)浙江省港灣營養(yǎng)鹽的濃度分布和富營養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行了充分的討論（張麗旭等，2005；姚煒民等；2007；李鐵軍等，2011），但對(duì)不同港灣營養(yǎng)鹽的變化規(guī)律和行為特征及其之間的差異還鮮見報(bào)道。因此，本研究對(duì)象山港、三門灣和樂清灣的一些水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了分析，討論了營養(yǎng)鹽的保守和非保守行為，以揭示不同港灣的營養(yǎng)鹽的來源和生物地球化學(xué)過程。

1 材料與方法

于2009年4月和2010年3月、4月分別采集了樂清灣、三門灣及象山港同時(shí)期的水樣，樣品各43、53和39個(gè)，采樣站位如圖1所示。象山港和樂清灣的海水樣品采樣層次為表層（水深＜3 m）；表層和底層（水深＞3 m），三門灣的海水樣品則只采集表層水樣。調(diào)查過程中的樣品采集、貯存、運(yùn)輸、預(yù)處理及分析測定過程均按《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB/T 12763.11-2007）中的要求進(jìn)行。

樣品經(jīng)預(yù)潔凈的醋酸纖維膜（φ 47 mm，孔徑0.45 μm）過濾后冷藏保存（0.4℃），在短時(shí)間內(nèi)《海洋調(diào)查規(guī)范—海水化學(xué)要素觀測》進(jìn)行水樣分析，其中硝酸鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽分別使用7230 G分光光度計(jì)（上海精科）采用鋅鎘還原-重氮偶氮法、磷鉬藍(lán)法和硅鉬黃法測定。pH使用奧立龍離子計(jì)868型測定，DO和COD按《海洋調(diào)查規(guī)范—海水化學(xué)要素觀測》分別使用碘量法和堿性高錳酸鉀法測定。葉綠素a的分析使用0.7 μm Whatman GF/F玻璃纖維濾膜過濾，而后用90%丙酮萃取，在-20℃冰箱中萃取24 h后，萃取液采用唐納熒光計(jì)測定。數(shù)據(jù)分析使用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 16.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性和顯著性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 典型港灣水質(zhì)參數(shù)的分布

象山港、三門灣和樂清灣的水質(zhì)監(jiān)測資料（呂華慶等，2009；余方平 等，2006；李鐵軍等，2011；金永平等，2005）圴表明，3個(gè)港灣內(nèi)水質(zhì)參數(shù)DO、pH及COD基本均符合I類或II類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而無機(jī)氮和無機(jī)磷是主要的污染物，通常能夠達(dá)到IV類或劣IV類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，與本研究的調(diào)查結(jié)果較為相似（表1）。表1所示，象山港具有3個(gè)港灣中最高濃度的PO43-和NO2-，分別為1.87和1.22 μmol/dm3，與2002年4月相比（張麗旭等，2005）PO43-和NO2-的平均濃度均有明顯的增高，分別增加了82%和12%，而NO3-濃度則有所降低。三門灣水體具有最高的NO3-濃度，PO43-和 NO2-分別高達(dá) 61.0 和 1.49 μmol/dm3，與2005年4月相比（王奎等，2007）NO3-濃度增加了71%，而PO43-的平均濃度增加了107%，與環(huán)三門灣經(jīng)濟(jì)體的快速發(fā)展可能造成的污染相符。樂清灣的PO43-和NO3-的平均濃度分別為1.38和44.4 μmol/dm3，與 2003年 5月（高生泉 等，2005）相比，NO3-濃度增加了54%而PO43-則基本沒有明顯變化。可見，3個(gè)港灣中PO43-、NO2-和NO3-的濃度均有一定的增加。水體的SiO32-則來自于天然硅酸鹽和鋁硅酸鹽礦物的風(fēng)化，人為來源影響不大，其在3個(gè)港灣中的濃度分布沒有明顯的區(qū)別，三門灣的SiO32-濃度與2005年4月相比（王奎等，2007）則略有提高。此外，調(diào)查發(fā)現(xiàn)三門灣具有最高的NO3-/PO43-比值，高達(dá)43.0，其次是樂清灣（32.4）和象山港（27.5），依據(jù) Redfield比值（N ∶P=16 ∶1）（Redfield et al，1963）均表現(xiàn)為硝酸鹽相對(duì)于磷酸鹽的過剩，營養(yǎng)鹽濃度和氮磷比均反映水體富營養(yǎng)化特征明顯，影響了海洋環(huán)境的生態(tài)平衡。

2.2 營養(yǎng)鹽的保守和非保守行為

在港灣水體，淡水與海水的相互混合會(huì)形成一個(gè)較強(qiáng)的鹽度梯度，同時(shí)由于高懸浮物和低透光度的限制使得營養(yǎng)鹽在咸淡水混合過程受生物過程的影響較小，在主要來源于淡水端的情況下，營養(yǎng)鹽可能呈保守或準(zhǔn)保守行為（Head，1985）。判斷營養(yǎng)鹽的行為特征最常用的是混合圖法（Liss，1976）和反應(yīng)物法（Head，1985）。“反應(yīng)物法”是指對(duì)于單一的淡水源，以鹽度為保守性指標(biāo)，營養(yǎng)鹽在咸淡水混合過程的遷移和轉(zhuǎn)化或保守和非保守行為可以通過兩者的相關(guān)關(guān)系來判斷，相關(guān)性顯著，則可認(rèn)為該成分行為為保守或準(zhǔn)保守；若兩者沒有相關(guān)性，則認(rèn)為該成分行為不保守，即受生物地球化學(xué)過程影響具有遷移和轉(zhuǎn)化等過程，也可能具有其他的海水端來源。

表1 浙江省典型港灣水質(zhì)參數(shù)的濃度分布

2.3 典型港灣和的來源和轉(zhuǎn)移

圖2 不同港灣的營養(yǎng)鹽濃度（μmol/dm3）與鹽度之間的相關(guān)關(guān)系

圖3 象山港（XS）、三門灣（SM）和樂清灣（YQ）的（左）及（右）比值隨鹽度的變化

3 結(jié)論

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