春秋季大豐港海域富營養化評價及趨勢分析*

張曉昱，花衛華，袁廣旺，毛成責，崔彩霞

(江蘇省海涂研究中心 南京 210036)

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春秋季大豐港海域富營養化評價及趨勢分析*

張曉昱，花衛華，袁廣旺，毛成責，崔彩霞

(江蘇省海涂研究中心 南京 210036)

文章以2013年4月底和11月中旬對鹽城大豐港周邊海域開展的海域水質現狀調查結果為依據，分析討論了該海域富營養化指數和營養狀態質量指數的分布現狀。結果顯示：春秋兩季富營養化指數范圍分別為3.34～13.70、1.66～15.96，平均值為7.70和6.35；春秋兩季營養狀態質量指數范圍分別為3.35～9.80、2.93～6.03，平均值為4.69和4.09；富營養化指數與營養狀態質量指數分布總體呈現由西向東遞減，王港河河口附近有高值區，說明大豐港海域營養鹽主要還是受陸源污染影響；兩種評價方法顯示大豐海域的富營養化程度的趨勢基本一致，即大豐港海域富營養化程度較高，水質狀況較差；利用N∶P摩爾比值進行潛在性富營養化評價中發現，大豐港海域水體中無機氮水平較高，活性磷酸鹽的含量相對不足，大豐港周邊海域屬磷限制潛在性富營養水平。

大豐港；營養鹽；富營養化；潛在性富營養化

大豐港位于江蘇省1 040 km海岸線中部(33°16′N，120°46′E)，國家一類口岸，也是江蘇沿海重點建設的三大海港之一。大豐港借助海岸線東側小陰沙及瓢兒沙等干出沙丘作為天然屏障，依靠岸線和沙洲之間的天然潮汐通道“西洋深槽”建設深水碼頭，該處水深穩定，15 m等深線寬3～4 km，長55 km，并與外海深水貫通，港口常年不凍[1]。

本研究以2013年春秋季大豐港周邊海域調查數據為依據，計算了該海域水質富營養化指數及營養狀態質量指數，比較了這兩種在我國廣泛應用的富營養化評價方法，并采用潛在性富營養化評價法進行營養結構分析，討論該海域潛在性富營養限制環境因子，為大豐近岸海域的環境管理、環境容量估算提供科學依據。

1 數據資料與評價方法

1.1 樣品采集與檢測分析

調查海域共布設26個水質調查站位，分別于2013年4月底和2013年11月中旬采集表層海水樣品，漲潮和落潮各一次。調查站位分布具體見圖1。調查的環境因子包括：活性磷酸鹽、無機氮(硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和氨氮的總和)、化學需氧量和葉綠素。樣品的采集、貯存、運輸、前處理及其檢測分析均按照《海洋調查規范》[2]和《海洋監測規范》[3]中相關要求操作。

圖1 采樣站位分布

1.2 評價方法

1.2.1 富營養化指數

海水富營養化狀況采用目前常用的富營養化指數(eutrophication index)法[4]進行分析評價，計算公式如下：

PEI=CCOD·CDIP·CDIN×106/4 500

式中：PEI為富營養化狀態指數；CCOD、CDIP、CDIN分別為海水化學需氧量、活性磷酸鹽和無機氮的檢測含量，單位均為mg/L。評價標準為PEI≥1時，表明水體呈現富營養化水平，PEI值越大，富營養化程度越嚴重。

1.2.2 營養狀態質量指數法

營養狀態質量指數(NQI)法是當前海洋環境調查規范中推薦使用的海域富營養化評價方法[5]，計算公式如下

式中：分子全部是海水COD(化學需氧量)、DIN(無機氮)、DIP(活性磷酸鹽)和Chla(葉綠素a)的檢測濃度(mg/L， Chla為μg/L)；分母全部是COD、DIN、DIP和Chla的標準濃度。標準濃度的設定根據(陳鳴淵等[6]，2007)研究，將COD、DIN、DIP和Chla的標準值設為3.0 mg/L，0.3 mg/L，0.03 mg/L，5μg/L。最終的營養化水平分級：PNQI>3，為富營養化水平；PNQI為2～3，為中度營養化水平；PNQI<2，為貧營養化水平。

1.2.3 潛在性富營養化評價法

本研究采用N∶P比值(氮磷摩爾比)的潛在性富營養化劃分法，對調查海域營養結構及潛在性富營養限制環境因子進行分析評價。

Redfield等[7]和Brzezinski[8]研究顯示，浮游植物在光合作用中對氮、磷營養鹽的吸收是按16∶1的恒定摩爾比進行的，當氮磷摩爾比值小于16，則浮游植物生長受氮限制；反之則受磷限制。

表1 潛在性富營養化營養級分類

2 結果與分析

2.1 氮、磷營養鹽等要素含量對比評價分析

無機氮：調查結果顯示，大豐港周邊海域春季無機氮含量范圍在0.645～0.996 mg/L之間，平均值為0.789 mg/L；秋季無機氮含量范圍在0.509～1.225 mg/L之間，平均值為0.736 mg/L。無機氮春、秋兩季劣于四類海水水質標準。大豐港海域主要的入海徑流是王港河，近幾年大量工業污水、農業和居民生活廢水通過王港河直接排入該海域，這是導致大豐港海域無機氮含量處于高水平的主要原因之一。

活性磷酸鹽：調查結果顯示，大豐港周邊海域春季活性磷酸鹽含量范圍在0.020～0.026 mg/L之間，平均值為0.022 mg/L；秋季活性磷酸鹽含量范圍在0.015～0.029 mg/L之間，平均值為0.022 mg/L。活性磷酸鹽春、秋兩季含量基本保持穩定，符合二、三類海水水質標準。我國磷污染在近些年得到了較好的控制，主要是歸結于含磷農業化肥施用的減少和無磷洗滌劑的使用。

化學需氧量：調查結果顯示，大豐港周邊海域春季化學需氧量含量范圍在0.87～2.85 mg/L之間，平均值為1.95 mg/L；秋季化學需氧量含量范圍在0.69～3.10 mg/L之間，平均值為1.67 mg/L。春季化學需氧量較秋季含量稍高，兩季均符合一類海水水質標準。大豐港附近水深條件好，加之“西洋深槽”水動力交換能力強，因此化學需氧量含量相對較低。

葉綠素：調查結果顯示，大豐港周邊海域春季葉綠素含量范圍在3.768～12.908 μg/L之間，平均值為8.752 μg/L；秋季葉綠素含量范圍在0.206～4.629 μg/L之間，平均值為1.781 μg/L。葉綠素春季和秋季含量相差較大，主要是浮游植物受季節影響明顯，春季浮游植物隨氣溫上升開始生長，水體中葉綠素含量隨之上升，秋季則反之。

2.2 富營養化指數的平面分布

大豐港周邊海域表層海水富營養化指數的平面分布見圖2，富營養化指數分布總體呈現由西向東遞減。在春季漲潮和秋季漲潮可以看出大豐港碼頭南側王港河對該海域富營養化影響較大，河口附近有高值區，說明大豐港海域營養鹽主要還是受陸源污染影響。從表2中可以看出，大豐港周邊海域表層海水富營養化指數均大于1，變化范圍從1.66～15.96。大豐港周邊海域海水富營養化現象嚴重，雖然最大值15.96在秋季，但從均值看來無論是漲潮還是落潮，春季富營養化指數都比秋季高。

表2 大豐港周邊海域表層海水富營養化指數

圖2 富營養化指數(EI)的平面分布

2.3 營養狀態質量指數的平面分布

大豐港周邊海域表層海水營養狀態質量指數的平面分布見圖3，營養狀態質量指數分布總體呈現由西向東遞減。與富營養化指數分布圖一致，在春季漲潮可以看出大豐港碼頭南側王港河對該海域富營養化影響較大，河口附近有高值區，說明大豐港海域營養鹽主要還是受陸源污染影響。用表3中計算結果對照營養化水平分級可知，大豐港周邊海域表層海水營養狀態質量指數除1個站位略小于3，其他均大于3，變化范圍從2.93～9.80。指數結果顯示大豐港周邊海域海水為富營養化水平，最大值在春季，達到了9.80。從均值上看，無論是漲潮還是落潮，春季營養狀態質量指數都比秋季高。

圖3 營養狀態質量指數(NQI)的平面分布

季節落潮時均值漲潮時均值范圍總均值春季4.524.863.35～9.804.69秋季4.034.152.93～6.034.09

2.4 富營養化指數與營養狀態質量指數結果比較

從富營養化指數與營養狀態質量指數的平面分布圖比較發現，兩種評價方法反映的季節與漲落潮趨勢基本一致，但比較兩種評價方法的計算結果可以發現，富營養化指數法與營養狀態質量指數法在對于春季漲潮和落潮的評價中存在一定差異。前者計算結果顯示落潮時比漲潮時均值高一些，但后者結果卻相反。在對于秋季漲潮時與落潮時的評價和春秋兩季均值的評價結果中，兩種方法計算的結果趨勢是一致的。從這種綜合比較可知，采用不同的富營養化評價方法，可能導致最終的結果存在一定的差異性。這種差異主要來源于評價要素選擇的數量與類別存在差異。當評價要素較少時，其計算結果就會存在一定的局限性。因此增加評價過程中的評價要素，并結合評價區域的背景值，將更有利于準確反應評價海域的真實情況。對于大豐港周邊海域的富營養化評價結果來說，雖然兩種方法在結果上存在細微的差異，但是最終的結果都反映該海域富營養化現象嚴重，應當引起當地主管部門的重視。近些年，大豐沿海地區為了加快經濟的發展，引進了一些污染重、耗能高的企業。臨近大豐港的王港排污區排污口是江蘇省重點監測入海排污口，《2013年江蘇省海洋環境質量公報》顯示，王港排污區排污口全年4次監測均超標排放[10]。為了追求地區農業的高產，每年施用了大量的農藥和化肥，從而加劇了農業面源的污染程度。同時由于魚、蝦等養殖廢水基本是未經處理就直接排入海洋，造成大量餌料和排泄物聚集在淺海。多方因素極易引起大豐港周邊海域的富營養化，造成環境質量惡化。

2.5 潛在性富營養化評價

大豐港周邊海域表層海水中N∶P比值春季的范圍在66.95～99.23，均值77.60。秋季的范圍在61.67～98.96，均值74.08。兩季的N∶P比值均遠大于16(表4)。參照Redfield等[7]和Brzezinski[8]的16∶1浮游植物吸收氮、磷的恒定摩爾比。可以初步判定當前大豐港周邊海域水體為磷限制，也就是說該海域目前處于無機氮相對過剩的情況，只有當水體中磷酸鹽含量增加，使N∶P比值接近Redfield值時，多余的無機氮才能在富營養化過程中體現出貢獻來。因此，對于大豐臨近海域水體中營養鹽含量的控制，可以通過限活性磷酸鹽的含量來限制浮游植物的生長，降低赤潮、綠潮等自然生態災害的發生頻率。

表4 大豐港周邊海域表層海水氮、磷摩爾比

另一方面，根據郭衛東等[9]提出的潛在性富營養化營養級分類概念對大豐港周邊海域表層海水中N∶P比值進行評價，N∶P比值如表5所示。評價結果表明：大豐港周邊海域春、秋季漲、落潮均屬磷限制潛在性富營養水平。這說明該區域雖然由于工業和農業污水排放及王港河徑流的影響無機氮水平很高，但由于受到磷的限制，總體上還處于潛在性富營養化階段。這與Redfield值在分析結果上保持了一致，并且合理地給出了營養級分類。

表5 大豐港周邊海域表層海水潛在性富營養化評價

3 結論

(1)依據2013年春秋季大豐港周邊海域調查數據，評價了該海域水質質量現狀。無機氮為主要污染源，劣于四類海水水質標準。活性磷酸鹽與化學需氧量分別符合二、三類與一類海水水質標準。

(2)海水富營養化指數與營養狀態質量指數平面分布顯示，王港河對大豐港周邊海域富營養化影響較大，該海域營養鹽主要還是受陸源污染影響。當采用海水富營養化指數法對大豐港周邊海域表層海水進行評價時，其富營養化指數PEI均值為7.03，結果遠大于1；而采用營養狀態質量指數法對該海域進行評價時，該海域營養狀態質量指數PNQI均值為 4.39 ，營養水平總體上屬于Ⅲ級，即富營養化水平。雖然兩種評價方法顯示大豐海域的富營養化及污染程度上有細微差異，但顯示的趨勢大體一致，大豐港海域富營養化程度較高，水質狀況差。

(3)調查數據顯示，大豐港周邊海域春、秋兩季無機氮、活性磷酸鹽的平均濃度分別為0.762 mg/L、0.022 mg/L。在利用N∶P比值進行潛在性富營養化評價中發現，水體中無機氮水平較高，活性磷酸鹽的含量相對不足，大豐港海域屬磷限制潛在性富營養水平。依據林榮根[7]指出的富營養指數法僅適用于沒有藻類生長限制因素(氮或磷)的水域理論，因此選擇營養狀態質量指數法對大豐港海域進行富營養化水平評價更為合理。

工業污水，農業和生活廢水排放、港口活動的日趨加強等綜合因素，導致了大豐港周邊海域富營養化程度的加重，為保護大豐鄰近海域的生態環境，防止富營養化水平的進一步加劇，必須根據大豐海域的環境容量、環境功能確定控制標準。制定相應的氮、磷濃度的排放標準，對排海污染物實施總量控制。

[1] 賈曉暉.江蘇大豐港港口介紹[J].天津航海，2012(2):8-9.

[2] 國家海洋局.GB 12763-2007海洋調查規范(海水化學要素觀測)[S].北京：中國標準出版社出版，2007.

[3] 國家海洋局.GB 17378-2007海洋監測規范(海水分析)[S].北京：中國標準出版社出版，2007.

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海洋公益性行業科研專項經費資助項目“江蘇海涂圍墾關鍵技術研究與應用示范”(2012418005).

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1005-9857(2015)08-0101-06