天津近岸海域營養鹽變化特征及富營養化概況分析

尹翠玲，張秋豐，闞文靜，張亞楠

（國家海洋局天津海洋環境監測中心站，天津 300450）

天津近岸海域營養鹽變化特征及富營養化概況分析

尹翠玲，張秋豐，闞文靜，張亞楠

（國家海洋局天津海洋環境監測中心站，天津 300450）

根據2004—2012年在渤海灣進行的連續監測結果，分析、探討了渤海灣近年來營養鹽的變化特征及富營養化概況.結果表明：近年來，渤海灣海水中DIN含量升高，DIP含量有所降低，與1978—1980年相比，DIN增加1.18倍，DIP降低62.1%；從空間分布上看，北塘和漢沽斷面的營養鹽含量高于其他斷面；從時間分布上看，枯水期的營養鹽含量低于豐水期；從無機氮的結構特征上看，NO3-N占無機氮含量的40.4%～81.5%，三態無機氮之間基本處于熱力學平衡狀態；從N/P比值、Si/N比值和Si/P比值上看，近年來渤海灣N/P比值升高，該海域已由原來的高磷低氮轉換為低磷高氮的狀態；富營養化評價結果是，2008—2012年渤海灣近岸海域NQI指數變化范圍為3.24～4.28，平均值為3.71，全部處于富營養化狀態.

渤海灣；營養鹽；變化特征；富營養化

1 調查范圍及分析方法

2004—2007年調查的范圍在38°37′04″N～39°06′57″N，117°39′00″E～118°02′00″E，共布設30個站位.由于圍填海的原因，2008—2009年的調查站位進行了稍微變動，調查的范圍在38°37′3.72″N～39°06′57″N，117°39′00″E～118°01′59″E，共布設24個站位.2010—2012年調查的范圍在38°39′25″N～39°05′48″N，117°46′00″E～118°04′00″E，共布設20個站位.2008—2012年各站位的布設見圖1.

監測時間段為2004—2012年的豐水期和枯水期.監測項目主要包括硝酸鹽氮（NO3-N）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）、氨氮（NH4-N）、活性磷酸鹽（DIP，以P計）、硅酸鹽（SiO3-Si）、葉綠素a（chl-a）和化學需氧量（COD）.用卡蓋氏有機玻璃采樣器采集海水樣品，經T6新世紀紫外分光光度計測定，按GB 17378.4—2007《海洋監測規范》的方法進行分析.其中：NO3-N用鋅-鎘還原比色法，NO2-N用鹽酸奈乙二胺比色法，NH4-N用次溴酸鹽氧化法，DIP用磷鉬藍分光光度法，SiO3-Si用硅鉬黃分光光度法，葉綠素a用紫外分光光度法，COD用堿性高錳酸鉀法.

圖1 2008—2012年渤海灣營養鹽調查站位Fig. 1Sampling stations in Bohai Bay from 2008 to 2012

2 結果與討論

2.1 營養鹽污染現狀

2.1.1 營養鹽年平均含量

近年來渤海灣海水中營養鹽的枯水期（5月份）和豐水期（8月份）的含量見表1.DIN在枯水期的變化范圍為301～741，μg/L，平均值為503，μg/L，在豐水期的變化范圍為352～1，004，μg/L，平均值為650，μg/L. 近年DIN大體呈先升高后降低的趨勢，與2004年相比，2012年的枯水期和豐水期DIN含量均有所升高，分別比2004年升高21.5%和84.7%.DIP在枯水期的變化范圍為4.31～50.7，μg/L，平均值為17.4，μg/L，在豐水期的變化范圍為8.88～41.2，μg/L，平均值為21.5，μg/L.近年DIP大體呈先降低后升高的趨勢，與2004年相比，2012年的枯水期DIP降低65.7%，豐水期DIP升高38.7%.硅酸鹽在枯水期的變化范圍為222～550，μg/L，平均值為364，μg/L，在豐水期的變化范圍為538～908，μg/L，平均值為765，μg/L.近年硅酸鹽在枯水期和豐水期大體均呈先升高后降低的趨勢，與2005年相比，2009年的枯水期硅酸鹽增加64.0%，豐水期降低10.5%.總體來看，近年來渤海灣海水中DIN含量升高，DIP含量有所降低.與1978—1980年渤海灣的營養鹽調查數據相比［2］，近年DIN增加了1.18倍，DIP降低了62.1%. DIP的下降可能與近年來含磷洗滌產品的禁用有關.DIN升高可能與近年來渤海灣沿岸工業、城市生活污水排放大量增加有關.

根據本單位對天津市入海排污口的監測數據可知：2005年北塘口、大沽排污河口、海河河口、子牙新河河口和獨流減河河口的氨氮年入海排放量分別為1，960、905、1，338.8、744.5、25.6噸，COD年入海排放量分別為135、52.7、38.5、35.7、2.64萬噸，活性磷酸鹽年入海排放量分別為389.8、76.6、24.86、105.1、0.756噸，懸浮物年入海排放量分別為14.4、2.35、2.2、1.03、0.542萬噸，2005年天津市5個主要入海排污口的主要污染物排海量為285.6萬噸.據歷史資料統計［16-17］：2009年［16］通過天津市主要排污口排放入海的污水總量約為17.9億噸，其中，氨氮約0.437萬噸；2011年［17］天津市境內83個入河排污口排放量為9.36億立方米［17］，其中薊運河為5，781.4萬立方米，永定新河為2，532.22萬立方米.從2005、2009和2011年的排污量變化上看，近年來天津市的污水排放量呈增加趨勢，大量的污水為渤海灣天津近岸海域帶來了大量的營養鹽.

表1 2004—2012年渤海灣枯水期和豐水期營養鹽變化Tab. 1 Nutrient changes in the dry season and wet season from 2004 to 2012 in Bohai Bay

2.1.2 營養鹽分布差異

近年渤海灣天津近岸海域的營養鹽監測主要分為5個斷面，從北到南依次是漢沽斷面、北塘斷面、塘沽斷面、大港斷面和岐口斷面.圖2分析了各個斷面的營養鹽分布情況.

圖2 各個斷面營養鹽平均含量Fig. 2 Nutrients' sectional distribution in the coastal waters of Bohai Bay

圖2結果表明：DIN在各個斷面的分布情況為HG＞BT＞TG＞DG＞QK，DIP在各個斷面的分布情況為BT＞HG＞TG＞QK＞DG，SiO3-Si在各個斷面的分布情況為BT＞HG＞DG＞QK＞TG.綜合來看，北塘和漢沽斷面的營養鹽含量較高.分析可能原因是由于漢沽存在增養殖區，貝類、魚類的養殖造成北塘和漢沽周圍海域的營養鹽含量升高.歷史資料顯示［18］，1990年8—9月天津塘沽至河北黃驊沿海發生大規模赤潮的一個重要成因是由大量蝦池排放水造成的.另外，在北塘和漢沽存在潮白新河、薊運河和永定新河3條主要的入海河流（圖3），根據調查數據（本研究單位“入海江河污染物調查”），2012年此3條河流中氨氮最高達7.99，mg/L，總氮最高達2.33，mg/L，總磷最高達5.35，mg/L.

圖3 天津近岸主要入海河流Fig. 3 The major rivers into coastal waters in Tianjin

表1分析了近年渤海灣枯水期和豐水期營養鹽的變化，結果表明，枯水期的DIN、DIP和SiO3-Si的平均含量均明顯低于豐水期，因為天津屬于溫帶季風氣候，8月份的降水量要明顯高于5月份，這也充分說明渤海灣天津近岸海域的營養鹽輸入與徑流量呈正相關，因為在豐水期，大量降水導致許多河口排洪放閘，大量營養物質的輸入導致豐水期營養鹽含量急劇升高，此結論與歷史研究結果相符［7］.

2.1.3 無機氮結構特征

在氮循環中，有機氮→NH4-N→NO2-N→NO3-N，當達到熱力學平衡時，N最終轉化為NO3-N.表2分析了近10年來NO2-N、NO3-N和NH4-N分別占DIN的比例，其中，NO3-N是無機氮的主要存在形式，NO3-N/DIN比值在40.4%～81.5%范圍，平均值為68.00%，這一結果與以前的研究結果相符［15］.與1982—1998年的平均比例相比［4］，NO2-N在無機氮中所占的比例有所升高，增加了1.17倍；NO3-N所占比例無明顯變化，僅增加了2.51%；NH4-N所占比例則明顯下降，下降了41.9%.亞硝酸鹽比例的增加，反映了陸源徑流對無機氮含量的影響，同時也說明目前農業化肥使用主要是以氮肥為主，過量的氮肥隨著農田排灌或雨水沖刷而大量流失［4］.NH4-N比例的下降，則說明NH4-N已被大部分轉化為NO3-N，三態無機氮之間基本處于熱力學平衡狀態.

表2 2004—2012年渤海灣無機氮的結構特征Tab. 2 Inorganic nitrogen structural features of Bohai Bay from 2004 to 2012

2.1.4 營養鹽比例變化

氮元素和磷元素是浮游植物細胞原生質的重要組成部分，浮游植物對其的吸收通常是按照一定比例進行的，偏高或偏低都會對浮游植物的生長起到一定的限制作用［19-20］.研究表明，適合硅藻生長的n（C）∶n（Si）∶n（N）∶n（P）比例為106∶16∶16∶1［21］，浮游植物的細胞大小和群落組成也會受到營養鹽比例的影響［22-23］.近年來渤海灣海水中的N/P比值（n（N）/n（P））、Si/N比值（n（Si）/n（N））和Si/P比值（n（Si）/n（P））見圖4（該結果為根據5月份與8月份平均值計算得到）.

N/P比值在25.6～131，平均值為78.6；Si/N比值在0.38～0.62，平均值為0.49；Si/P比值在22～74，平均值為49.3個比值基本呈現先升高后降低的趨勢，其中，Si/N比值和Si/P比值均在2008年達到最高值，N/P比值在2009年達到最高值，這一監測結果與渤海灣營養鹽的年平均含量結果相符.

與適合硅藻生長的C∶Si∶N∶P比例相比［19］，N/P比值升高，且已遠遠超出適合浮游植物生長的Redfield比值（16∶1）；從Si/P比值來看，由于活性磷酸鹽的含量相對較低，導致Si/P的比值在近幾年均大于16∶1，Si/N比值小于1，因此，近年來渤海灣的無機氮含量升高，無機磷含量降低，浮游植物生長繁殖的主要限制因子為活性磷酸鹽，這與以前的研究結果相符［3］.而從Si/N的比值來看，營養鹽硅也受到輕微限制，這與“雖然目前硅藻在渤海的浮游植物群落中仍然處于優勢地位，但甲藻也在逐漸興起”的結論相符［24］.

比較渤海灣歷年來的營養鹽比例變化［4］，1982年N/P比值為1.3，Si/N比值為25.5，Si/P比值為34.4；1992年N/P比值為19.6，Si/N比值為2.1，Si/P比值為41.0；1998年N/P比值為24.8，Si/N比值為2.7，Si/P比值為56.2；近年渤海灣N/P比值升高，該海域已由原來的高磷低氮轉換為低磷高氮的狀態，分析原因，一是可能與含磷洗滌用品的禁用有關，二是可能與天津近岸工業、城市生活污水排放大量增加有關，具體原因還有待進一步深入研究.

圖4 2004—2012年渤海灣營養鹽比值變化Fig. 4Nutrient ratio changes of Bohai Bay from 2004to 2012

2.2 富營養化分析

在一定條件下，海水中的氮、磷等營養鹽的供給和消耗會達到一個動態平衡，而當營養鹽的供給大于消耗時，海水就會出現富營養化［4］.目前，國內外對富營養化的評價標準不統一，有的學者從DO、BOD和葉綠素角度去分析海區的富營養化狀況［25-29］，還有學者主要從COD和富營養化指數進行分析［2］.綜合各方面考慮，本文引用目前國內比較常用的一種方法進行富營養化評價，該方法根據歐盟OSPAR的“綜合指數法”［30-31］中的營養狀態質量指數法（NQI指數法）［32-35］進行了富營養化評價，計算公式為

式中：COD、ρ（DIN）、ρ（PO4-Ps）、ρ（chl-a）代表實測值；COD′、ρ′（DIN）、ρ′（PO4-Ps）、ρ′（chl-a）分別為各自的營養狀況分析標準，COD′=3.0，mg/L，ρ′（DIN）= 0.3，mg/L，ρ′（PO4-Ps）=0.03，mg/L，ρ′（chl-a）= 5，mg/m3.NQI＞3時為富營養化狀態，2＜NQI＜3時為中等營養狀態，NQI＜2時為貧營養狀態.

近年渤海灣的NQI指數變化見圖5.2008—2012年渤海灣近岸海域NQI指數變化范圍為3.24～4.28，平均值為3.71，全部處于富營養化狀態.其中，以2012年NQI指數最高，富營養化程度最高，這一研究結果與“渤海沿岸區域經常處于富營養化狀態”的結論相符［36］.

圖5 2008—2012年渤海灣富營養化指數變化Fig. 5 Eutrophication index changes in Bohai Bay from 2008 to 2012

3 結 論

（1）近年來，渤海灣近岸海域海水中DIN和活性硅酸鹽含量升高，DIP含量有所降低，與1978—1980年相比，DIN增加了1.18倍，DIP降低了62.1%，N/P比值比1982—1998年明顯升高，且已遠遠超出適合浮游植物生長的Redfield比值（16∶1）.

（2）近年來，渤海灣近岸海域海水中的DIN在各個斷面的分布情況為HG＞BT＞TG＞DG＞QK，DIP在各個斷面的分布情況為BT＞HG＞TG＞QK＞DG，SiO3-Si在各個斷面的分布情況為BT＞HG＞DG＞QK＞TG；其中，北塘和漢沽斷面的營養鹽含量較高，分析主要原因是由于漢沽存在增養殖區，再加上在北塘和漢沽存在潮白新河、薊運河和永定新河3條主要的入海河流所致.

（3）時間分布表明，枯水期的DIN、DIP和SiO3-Si含量均明顯低于豐水期，這也充分說明渤海灣天津近岸海域的營養鹽輸入與徑流量呈正相關.

（4）NO3-N是無機氮的主要存在形式，NO3-N/DIN比值變化范圍為40.4%～81.5%，平均值為68.00%，三態無機氮之間基本處于熱力學平衡狀態.

（5）近年來渤海灣無機氮含量升高，無機磷含量降低，活性硅酸鹽含量基本無變化，浮游植物生長繁殖的主要限制因子為活性磷酸鹽；分析原因，可能與含磷洗滌用品的禁用有關，也可能與天津近岸工業、城市生活污水排放大量增加有關，具體原因有待進一步深入研究.

（6）運用NQI指數法進行富營養化評價結果表明，2008—2012年渤海灣近岸海域NQI指數變化范圍為3.24～4.28，平均值為3.71，全部處于富營養化狀態.其中，以2012年的NQI指數最高，富營養化程度最高.

［1］ 天津市統計局，國家統計局天津調查總隊. 2012年天津市統計年鑒［M］. 北京：中國統計出版社，2012：28.

［2］ 鄒景忠，董麗萍，秦保平. 渤海灣富營養化和赤潮問題的初步探討［J］. 海洋環境科學，1983，2（2）：41-55.

［3］ 崔毅，宋云利. 渤海海域營養現狀研究［J］. 海洋水產研究，1996，17（1）：57-62.

［4］ 蔣紅，崔毅，陳碧鵑，等. 渤海近20年來營養鹽變化趨勢研究［J］. 海洋水產研究，2005，26（6）：61-67.

［5］ 沈志良. 渤海灣及其東部水域的水化學要素［J］. 海洋科學集刊，1999，41：51-59.

［6］ 石強，陳江麟，李崇德. 渤海硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮季節循環分析［J］. 海洋通報，2001，20（6）：32-39.

［7］ 于志剛，米鐵柱，謝寶東，等. 二十年來渤海生態環境參數的演化和相互關系［J］. 海洋環境科學，2000，19（1）：15-19.

［8］ 李清雪. 渤海灣浮游生物氮吸收動力學研究［J］. 河北建筑科技學院學報，2001，18（2）：1-4.

［9］ 趙亮，魏皓，馮士笮. 渤海氮磷營養鹽的循環和收支［J］. 環境科學，2002，23（1）：78-81.

［10］ 趙騫，田紀偉，趙仕蘭，等. 渤海冬夏季營養鹽和葉綠素a的分布特征［J］. 海洋科學，2004，28（4）：34-39.

［11］ 秦延文，孟偉，鄭丙輝，等. 渤海灣水環境氮、磷營養鹽分布特點［J］. 海洋學報，2005，27（2）：172-176.

［12］ 郭全，王修林，韓秀榮，等. 渤海海區COD分布及對海水富營養化貢獻分析［J］. 海洋科學，2005，29（9）：71-75.

［13］ 闞文靜，張秋豐，胡延忠，等. 渤海灣水體富營養化與有機污染狀況初步評價［J］. 海洋通報，2010，29（2）：172-175.

［14］ 闞文靜，張秋豐，石海明，等. 近年來渤海灣營養鹽變化趨勢研究［J］. 海洋環境科學，2010，29（2）：238-241.

［15］ 石海明，尹翠玲，張秋豐，等. 近年來渤海灣赤潮監控區營養鹽變化及其結構特征分析［J］. 海洋環境科學，2010，29（2）：246-249.

［16］ 天津市海洋局. 2009年天津市入海排污口及其鄰近海域環境監測與評價報告［R］. 天津：天津市海洋局，2009.

［17］ 閆鳳冬. 天津市入河排污口調查及水量平衡分析［J］.現代水務，2012（3）：11-14.

［18］ 張朝賢，鄒淑美. 赤潮的監測和防治簡介［J］. 黃渤海海洋，1991，9（2）：63-68.

［19］ Redfield A C，Ketchumn B H，Richards F A. The influence of organisms on the composition of seawater［M］//Hill M N. The Sea. New York：Interscience，1963：26-77.

［20］ Olausson E. Chemistry and Biogeochemistry of Biogeochemistry of Estuaries［M］. New York：J W&S，1980：147.

［21］ 夏平，陸斗定，朱德弟，等. 浙江近岸海域赤潮發生的趨勢與特點［J］. 海洋學研究，2007，25（2）：47-56.

［22］ Paatsch J，Radach G. Long-term simulation of the eutrophication of the North Sea：Temporal develoment of nutrients，chlorophyll and primary production in comparison to observations［J］. Journal of Sea Research，1997，38（3）：275-310.

［23］ Egge J K. Are diatoms poor competitors at low phospahte concentrations？［J］. Journal of Marine Systems，1998，16（3）：191-198.

［24］ 孫軍，劉東艷，王威，等. 1998年秋季渤海中部及其臨近海域的網采浮游植物群落［J］. 生態學報，2004，24（8）：1644-1656.

［25］ Bach H K，Orhon D，Jensen O K，et al. Environmental model studieds for the Istanbul master plan. Part II：Water quality and eutrophication［J］. Water Science and Technology，1995，32（2）：149-158.

［26］ Orhon D. Evaluation of the impact from the black sea on the pollution of the maramara sea［J］. Water Science and Technology，1995，32（7）：191-198.

［27］ Theodorou A J. An assessment of water quality in a coastal embayment（Phaleron Bay，Greece）［J］. Water Science and Technology，1995，32（7）：25-32.

［28］ Rosenberg R，Cato I，Forlin L，et al. Marine environment quality assessment of the Skagerrak-Kattegat［J］. Journal of Sea Research，1996，35（1/2/3）：1-8.

［29］ Ruley J E，Rusch K A. An assessment of long-term postrestoration water quality trends in a shallow，subtropical，urban hypereutrophic lake［J］. Ecological Engineering，2002，19（4）：265-280.

［30］ Jiang P，Wang J F，Cui Y L，et al. Molecular phylogenetic analysis of attached Ulvaceae species and freefloating Enteronorpha from Qingdao coasts in 2007［J］. Chinese Journal of Oceanology and Limnology，2008，26（3）：276-279.

［31］ 霍元子，田千桃，徐柵楠，等. 滸苔對米氏凱倫藻生長的克生作用［J］. 海洋環境科學，2010，29（4）：496-499.

［32］ Morand P，Briand X. Excessive growth of macroalgae：A symptom of environmental disturbance［J］. Botanica Marina，1996，39：491-516.

［33］ Liu D Y，Keesing J K，Dong Z J，et al. Recurrence of the world's largest green-tide in 2009 in Yellow Sea，China：Porphyra yezoensis aquaculture rafts confirmed as nursery for macroalgal blooms［J］. Marine Pollution Bulletin，2010，60（9）：1423-1432.

［34］ Sun S，Wang F，Li C L，et al. Emerging challenges：Massive green algae blooms in the Yellow Sea［J/OL］. Nature Precedings. （2008-09-07）［2014-04-17］. http：//precedings. nature. com/documents/2266/version/1.

［35］ Jeong J H，Jin H J，Sohn C H，et al. Algicidal activity of the seaweed Corallina pilulifera against red tide microalgae［J］. Journal of Applied Phycology，2000，12（1）：37-43.

［36］ 徐貴義，孫樹琪. 氨堿廠的廢液對渤海灣的環境污染［J］. 純堿工業，1996（4）：23-29.

責任編輯：常濤

Nutrient Variation and Eutrophication Assessment of Bohai Bay in Tianjin

YIN Cuiling，ZHANG Qiufeng，KAN Wenjing，ZHANG Yanan
（Tianjin Oceanic Environmental Monitoring Central Station，SOA，Tianjin 300450，China）

Variation characteristics of nutrients and eutrophication overview of Bohai Bay in Tianjin were analyzed in accordance with the results of the continuous monitoring carried out from 2004 to 2012 in Bohai Bay. The results showed that the DIN content increased while the DIP content decreased in recent years in Bohai Bay.Compared with the data in 1978and 1980，DIN increased 1.18 times and DIP decreased 62.1%.From the spatial distribution point of view，the nutrient contents in the waters of Beitang and Hangu sections were higher than those in other sections.From temporal distribution point of view，the nutrient contents in the wet period were lower than those in the dry season. The structural characteristics of the inorganic nitrogen show that NO3-N makes up 40.4% to 81.5% of the inorganic nitrogen which was basically in a state of thermodynamic equilibrium. As to the N/P，Si/N and Si/P ratios，N/P ratio increased and the waters changed from the status of high phosphorus low nitrogen to low phosphorus and high nitrogen in recent years in Bohai Bay. The results of eutrophication assessment showed that the NQI index range was from 3.24 to 4.28，with an average of 3.71，and all the waters were in the state of eutrophication from 2008 to 2012 in Bohai Bay.

Bohai Bay；nutrient；change characteristics；eutrophication

P734.4+4 文獻標志碼：A 文章編號：1672-6510（2015）01-0056-06

10.13364/j.issn.1672-6510.20140061

渤海灣為封閉的內灣，是薊運河、潮白新河、永定新河、海河、獨流減河、子牙新河和捷地減河等河流的入海處，灣內餌料豐富，在渤海漁業中占有極其重要的地位.天津市土地總面積為11，916.85，km2，所轄海域面積約3，000，km2，海岸線長153.669，km，潮間帶面積370.32，km2［1］.天津市經濟發展迅速，僅2011年國內生產總值（GDP）就達到11，190.99億元，但隨著經濟的發展，渤海灣的生態環境遭到了嚴重破壞，海水富營養化嚴重，赤潮頻發，尤其是營養鹽的污染日趨嚴重.

目前，關于渤海灣營養鹽及富營養化狀況已有研究［2-15］.研究結果表明，渤海灣天津近岸海域水體中的氮污染比較嚴重，磷為渤海灣浮游植物生長的限制因子［14-15］，海水呈現富營養化狀態［11，13］.但以前的研究往往僅局限于1～3年的調查結果，不能很好地評價渤海灣營養鹽的長期變化趨勢以及富營養化的增長狀況.本文根據2004—2012年的監測資料，闡述了渤海灣無機氮、活性磷酸鹽和硅酸鹽等的變化特征，分析了目前渤海灣的富營養化概況，以期為今后天津市的赤潮防災減災工作提供參考.

2014-04-17；

2014-09-18

國家海洋局北海分局科技處項目（2013B14）

尹翠玲（1980—），女，山東平度人，工程師，yiyi18913@163.com.