中國主要河口海灣富營養化特征及差異分析

李俊龍,鄭丙輝,張鈴松,金小偉,胡序朋,劉 方,邵君波(.中國環境監測總站,國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室,北京 0002；2.中國環境科學研究院,環境基準與風險評估國家重點實驗室,北京0002；.浙江省舟山海洋生態環境監測站,浙江 舟山 6000)

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中國主要河口海灣富營養化特征及差異分析

李俊龍1,2,鄭丙輝2*,張鈴松1,2,金小偉1,胡序朋3,劉 方1,邵君波3(1.中國環境監測總站,國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室,北京 100012；2.中國環境科學研究院,環境基準與風險評估國家重點實驗室,北京100012；3.浙江省舟山海洋生態環境監測站,浙江 舟山 316000)

摘要：針對我國65個沿海河口海灣,基于自然地理數據及2007～2012年水質監測數據,采用箱須圖法、聚類分析、相關性分析和主成分分析等方法,探討河口海灣間富營養化特征、差異性及主要原因.結果表明,大型河口海灣的富營養化狀態指標值相對較高,但河口海灣間富營養化響應指標值存在一定差異.DIN、P O43--P和COD是河口海灣富營養化特征的第1主成分,DO和Chl-a是第2主成分,鹽度、水深、潮差和面積等是第3主成分,河口海灣水體Chl-a濃度與TN入海量(P<0.01)、DIN(P<0.01)、PO43--P(P<0.05)、流量(P<0.01)、溫度(P<0.05)呈顯著性正相關,同時與潮差(P<0.05)和鹽度(P<0.01)和DO(P<0.01)呈顯著性負相關.表明營養鹽入海量增多是引起河口海灣一系列富營養化癥狀的主要因素,但河口海灣自然屬性會調節其富營養化狀態,造成系統間響應特征的差異.潮差小于2.5m的河口海灣,其營養鹽轉化效率明顯高于潮差大于2.5m的河口海灣.說明河口海灣潮差可通過改變水體滯留時間、垂直混合和光照條件等,調節浮游植物生物量對營養鹽的敏感性.此外,與外海的水體交換,海洋生物的捕食,及其他形態營養鹽的供給等作用,也會影響河口海灣水體Chl-a的水平.人類活動帶來的營養鹽輸入,以及河口海灣特有的自然屬性,共同決定了其富營養化特征的差異和程度.

關鍵詞：河口海灣；富營養化；差異分析；敏感性

? 責任作者, 研究員, zhengbh@craes.org.cn

近20年來,我國營養鹽入海通量持續升高,沿岸海域特別是河口海灣富營養化程度比較嚴重,其導致一系列的生態系統異常響應,包括赤潮頻發、底層水體缺氧、沉水植物消亡、營養鹽的循環與利用效率加快等.整個河口海灣生態系統,也會伴隨著富營養化的發展,呈現生物多樣性下降、生物群落結構趨于單一和生態系統趨于不穩定等現象[1].河口海灣富營養化的產生,通常與水體營養鹽濃度的升高有關[2-3],同時葉綠素a(Chl-a)、水生植物(包括高等水生植物和浮游植物)的初級生產力等生物學或生態學指標,可直接反映富營養化程度[4-6].但即使在相同營養鹽負荷條件下,由于河口海灣地理、水文和環境等獨特屬性,不同河口海灣間的初級生產力響應指標(生物量和Chl-a濃度)也存在明顯差異,生態系統甚至會出現優勢種群的變化[7].已有研究發現,美國Chesapeake灣的浮游植物似乎比Delaware灣和Hudson河口能夠吸收更多的營養鹽負荷[8].無論在冬季還是夏季,排入大量氮肥的法國Brest灣和Morlaix灣的Chl-a濃度都沒有明顯變化[9].在我國,盡管長江口具有較高的營養鹽濃度,但是由于表層水體透明度較差等因素影響,導致其浮游植物生長受到抑制,生物量達不到與營養鹽相應的水平,反而在營養鹽濃度較低的外海區經常暴發大規模赤潮[10].近些年,秦皇島北戴河毗鄰海域營養鹽濃度并不異常,卻連續暴發微藻赤潮.造成這些現象異化的原因,主要是河口海灣間營養鹽的利用效率存在差異,通常與河口海灣的流量、水深、面積、溫度和渾濁度等地理和環境因素有關[11].如在煙臺四十里灣發現,大量降水和高溫成為浮游植物快速生長的觸發條件[12].美國Maine灣西南部海域的潮汐作用增強了水體混合,使海灣內營養鹽和浮游植物濃度升高[13].這些河口海灣劇烈變化的化學和生態特征,使人們認識河口海灣的富營養化問題更加困難,其中浮游植物生物量、生長的控制和調節因素始終是研究的焦點.

國內部分學者已對不同區域湖泊和水庫的富營養化效應及驅動要素差異性進行了探索[14-16],然而對于全國大尺度河口海灣富營養化區域差異,相關研究資料還較少.我國約有200多個河口海灣,其環境條件多樣,具有獨特的循環、復雜地形、大尺度水平和垂直梯度,以及河海邊界迥異的時空動力學等特性[17].隨著近些年資源破壞和環境污染,這些河口海灣中的很多已處于富營養化狀態.在入海營養鹽負荷持續高壓的背景下,河口海灣赤潮、綠潮等環境問題早已超越局部和“點源”的范圍,大時空尺度的富營養化問題越來越受到關注.因此,以我國大尺度空間范圍的河口海灣為對象,研究自然和人為因素對其富營養化特別是Chl-a的影響方向與作用強度,比較其富營養化特征及差異性,有助于認識我國河口海灣的富營養化特征.

1 材料與方法

1.1 資料來源

結合全國環境監測系統的入海河流監測現狀,將流入同一河口海灣的多個河流斷面通量進行歸并.進一步剔除入海徑流量極小、監測數據和物理特征資料不完整的部分河口海灣,最終確定65個河口海灣作為研究對象,見表1.河口海灣水質、入海河流水質監測數據來自全國沿海74個環境監測站101個入海口斷面、260個沿岸點位2007～2012年的監測結果,見表2.入海河流徑流量主要引用各地水文站結果,部分為環境監測站同步實測結果.采樣、分析和評價時均采用國家標準[18-19].海灣的深度、面積等數據引自《中國海灣志》[17],其他部分河口范圍和面積根據下述方法確定:河長400km以上的大徑流入海河口,根據淡鹽水混合及環流特征,通過Kriging插值生成鹽度等值線,以鹽度30‰確定海陸分界線;河長400km以下的小徑流入海河口,根據幾何形態法和地貌沉積法[20]確定海陸分界線.河口面積以國家測繪局認定的標準化1:10萬電子地圖為底圖,WGS_1984_ARC_System_Zone_01為坐標系統,在ArcMap10.0中劃定河口范圍,通過Calculate Geometry計算獲得.

表1　主要河口海灣名錄Table 1 List of main estuaries in China

1.2 數據處理和分析

(1)箱須圖法(Box and Whisker Plot)

箱須圖利用數據中的5個統計量:最小值、第25 百分位數、中位數、第75 百分位數與最大值,來反映一組或多組連續型定量數據的集中和離散趨勢.其能客觀地反映水質指標變化情況和分布結構,并進行多批數據的比較和分析[21].使用Origin 8.0統計軟件對各河口海灣2007～ 2012年的水質數據進行箱須圖分析.

(2)聚類分析、相關性分析和主成分分析

聚類分析通過建立模糊相似矩陣,運用相似系數法進行標定.性質越接近的樣本,相似系數越接近于1或-1;彼此無關的樣本相似系數則接近于0[22].相關性分析通過計算河口海灣的Chl-a、面積、水深、潮差、流量、溫度、鹽度、溶解氧(DO)、溶解態無機氮(DIN)、懸浮物、活性磷酸鹽(PO43--P)和化學需氧量(COD)所對應的偏相關系數并作顯著性檢驗,觀察Chl-a與其他指標之間的關系.主成分分析法是在盡可能保留原有信息量的前提下,用較少的維度去描述原來的數據信息,通過降維以構建少數幾組起主導作用、互不相關的主成分,從而避免由于指標數據間錯綜復雜的相關性而導致分析困難的問題.文中均采用SPSS17.0軟件對原始數據進行聚類分析、相關性分析和主成分分析[23].

表2　65個河口海灣主要指標范圍Table 2 Statistics parameters of main indicator in estuaries

(3)富營養化指數計算

富營養化指數EI最早在日本使用,后由我國學者研究渤海灣富營養化問題時進行了修訂[24]:

式中:DIP代表PO43--P,當EI≥1表示水體處于富營養化狀態,EI值越大表示富營養化程度越嚴重.

2 結果與分析

2.1 基于地理特性的河口海灣聚類分析

以65個河口海灣為對象,將面積、水深、潮差、流量、溫度和鹽度等6個指標作為變量,利用R聚類進行變量的降維處理,可以得到聚類分析樹形圖,見圖1.取標尺為20,則所有河口海灣可分為兩類,其中遼東灣、渤海灣、萊州灣和長江口作為第1類,從規模和水體物理特性上代表了我國大型河口海灣的特點;第2類在標尺為10的尺度上可再細分,杭州灣和珠江口作為一類,從規模和水體物理特性上代表了中型河口海灣的特點,其他河口海灣則代表了我國小型河口海灣的特點.為便于分析和比較,可將杭州灣和珠江口也納入大型河口海灣范疇.經統計,6個大型河口海灣平均面積約為其他小型河口海灣的50倍,平均水深超出約6m,平均潮差高出約3.4m,平均流量是小型河口海灣的43倍,平均水溫約低0.4 ℃,平均鹽度約低7.4 ‰,說明大型與小型河口海灣的地理和物理特征總體上存在較大差異.

圖1　河口海灣聚類分析Fig.1 The clustering analysis of estuaries

2.2 河口海灣富營養化狀態指標比較

圖2的EI指數顯示,大型河口海灣中,渤海灣、長江口、杭州灣和珠江口富營養化水平較高,EI指數遠大于1.0;小型河口海灣中,欽州灣、閩江口、膠州灣、溫州灣、北排河口、大遼河口、福清灣、海河口、遼河口和泉州灣等EI指數>1.0,富營養化水平明顯高于其他河口海灣.圖3中,河口海灣的DIN濃度超標最多,有21個超出《海水水質標準》25]Ⅱ類標準(0.450mg/L);PO43--P濃度超標其次,有10個超出《海水水質標準》Ⅱ類標準(0.030mg/L); OD濃度超標最少,所有河口海灣均達到《海水水質標準》Ⅱ類標準(3.0mg/L).相比較而言,大型河口海灣富營養化狀態指標總體高于小型河口海灣,DIN、PO43--P和COD平均濃度分別高了184.0％,80.1％ 和34.9％.其中,長江口、杭州灣和珠江口DIN濃度明顯較高,平均濃度分別達到1.713,0.776和 0.905mg/L;杭州灣PO43--P濃度最高,平均濃度達到0.050mg/L.小型河口海灣中,海河口DIN濃度最高,平均濃度達到0.884mg/L;福清灣PO43--P濃度最高,平均濃度達到0.035mg/L.

圖2　2007～2012年65個河口海灣富營養化指數的變化Fig.2 The variation characteristics of eutrophication index in the estuaries from 2007 to 2012　橫坐標對應表1中河口海灣序號;水平線代表EI=1.0,超過1.0即為富營養化;垂直線左側為大型河口海灣,右側為小型河口海灣

圖3　2007～2012年65個河口海灣富營養化狀態指標DIN、PO43--P、COD的變化Fig.3 The variation characteristics of DIN, PO43--P and COD in the estuaries from 2007 to 2012　水平線代表海水水質標準Ⅱ類濃度;垂直線含義同上

2.3 河口海灣富營養化響應指標比較

由圖4可見,大型河口海灣Chl-a濃度水平明顯高于小型,前者平均濃度高出后者123.0％;而DO濃度水平大型河口海灣略低于小型,前者平均濃度低于后者2.0％.這與河口海灣狀態指標DIN、PO43--P和COD反映的富營養化水平相一致,河口海灣營養鹽濃度水平越高,將引起浮游植物生物量增多,其生物碎屑沉降后,進一步降解導致底層水體溶解氧濃度降低.同時注意到,雖然長江口、杭州灣的Chl-a平均濃度分別達到10.870, 13.388μg/ L;DO平均濃度分別達到7.465, 7.860mg/L,但是與其EI指數所反映的富營養化水平并不匹配.反而是EI指數較低的渤海灣和珠江口Chl-a濃度相對更高,分別為18.283, 17.600μg/L;DO濃度更低,分別為7.598, 6.061mg/L.這種現象也存在于其他河口海灣,例如膠州灣和乳山灣的EI指數在小型河口海灣中并非最高,但Chl-a平均濃度分別達到26.257, 16.363μg/L;DO平均濃度分別為8.302, 7.948mg/L.同時,部分河口海灣懸浮物含量與Chl-a等指標的變化呈現相反趨勢,如杭州灣、大遼河口和遼河口Chl-a濃度較低,其懸浮物含量明顯高于其他河口海灣,分別達到692.2,305.8, 515.1mg/L,說明懸浮物對浮游植物吸收利用營養鹽起到一定程度的抑制作用.

圖4　2007～2012年65個河口海灣富營養化響應指標Chl-a、DO和懸浮物(SS)的變化Fig.4 The variation characteristics of Chl-a, DO and suspended substance (SS) in the estuaries from 2007 to 2012　(a)中水平線代表Chl-a濃度為5 μg/L; (b)中水平線代表海水水質標準Ⅱ類濃度;垂直線含義同上

3 討論

3.1 影響河口海灣富營養化程度的主要因素

2007～2012年水質監測數據顯示,我國河口海灣的營養物質水平和富營養化程度表現出較明顯的多樣性.這一方面受沿岸開發強度、污染源輸入規模、管理模式等人為因素的影響;另一方面可能與河口海灣自身的地貌形態、水動力條件、水交換周期等自然因素有關[26].河口海灣是流域物質的歸宿,流域人類活動導致的生態環境變化通常在河口海灣表現出來.比較發現,我國大型河口海灣DIN,PO43--P和COD等富營養化狀態指標明顯高于小型,主要因為前者對流域污染物的受納量遠高于后者.近些年,我國環渤海、長江三角洲和珠江三角洲等地區經濟社會發展迅速,入海流域成為陸源污染物排海的主要通道.根據2007～2012年各污染物入海量年均值的統計,排入大型河口海灣的TN、總磷(TP)和高錳酸鹽指數(CODMn)入海量,分別達到2.13×106,2.08× 105,2.5×106t/a,占到65個河口海灣入海總量的84.2％、90.8％和76.0％,見圖5.人類活動產生的大量營養鹽通過流域進入海域,為河口海灣水體浮游植物生長提供了豐富的物質基礎,從而成為富營養化程度加重的根源.

圖5　2007～2012年65個河口海灣入海斷面TN、TP和CODMn排海量的年均值Fig.5 The annual average value of TN, TP and CODMnin the 65estuaries from 2007 to 2012 The vertical line represents as before　垂直線含義同上

表3　河口海灣各指標主成分貢獻率Table 3 The principal component contribution rate of each indicator

人為因素和自然因素通常協同作用,進而影響河口海灣的富營養化進程.除污染物入海量外,河口海灣的自然屬性也是影響其生態狀況的重要因素,并能很大程度上調節部分河口海灣的富營養化特征,造成系統間的差異.河口海灣富營養化指標間具有較強的相關性,Bartlett球度檢驗相伴概率為0,小于顯著性水平0.05.表4主成分分析顯示,前3個主成分累計貢獻率達65.709％,能夠代表河口海灣富營養化相關指標的大部分信息.圖5主成分旋轉因子載荷表明,在第1主成分中,DIN、PO43--P和COD值較大;在第2主成分中,DO和Chl-a值較大;而第3主成分中,鹽度、水深、潮差和面積的值較大.3個主成分相互獨立,揭示了不同的富營養化影響因素:第1主成分的貢獻率為34.653％,是河口海灣富營養化的主導影響因素,代表了水體營養鹽水平;第2主成分的貢獻率為18.847％,是河口海灣富營養化的重要影響因素,代表了藻類的生長狀況及對水質的間接影響;第3主成分的貢獻率達到12.209％,是河口海灣富營養化的較重要影響因素,代表了河口海灣物理屬性對富營養化過程的作用.總之,人為因素是造成河口海灣富營養化的主因,但也不能忽視自然因素對河口海灣富營養化過程的影響.

圖6　河口海灣各指標旋轉因子載荷Fig.6 The load chart of each indicator in the estuary

3.2 影響河口海灣水體Chl-a濃度的主要因素

表4中,Chl-a濃度與面積、水深、潮差、流量、溫度、鹽度、DO、DIN、懸浮物、PO43--P、COD等指標進行相關性分析發現,Chl-a與部分指標間存在較強的相關性,其中與流量(P<0.01)、溫度(P<0.05)、DIN(P<0.01)、PO43--P(P<0.05) 和TN入海量(P<0.01)呈顯著性正相關,而與潮差(P<0.05)、鹽度(P<0.01)和DO(P<0.01)呈顯著性負相關.這反映了Chl-a濃度主要與河口海灣水體的物理和化學等影響因素有關,營養鹽尤其是氮入海量的增多是河口海灣浮游植物生物量顯著升高的根源.在富營養化過程中,營養鹽輸入量的增加能夠造成一系列復雜的響應特征.首先是引發浮游植物的過度生長,甚至可能暴發有毒和有害赤潮等嚴重的環境問題.隨后,藻類死亡碎屑和有機物會大量向水體底層轉移,從而增加底棲動植物的食物和養分.同時,由于沉降到底層的有機物分解以及底棲動物的繁殖和生長,也會消耗大量的DO.當河口海灣區域垂直對流弱和水交換不良時,底層水體DO的消耗量會超過供應量,從而造成DO濃度的降低.Chl-a與鹽度呈顯著性負相關,主要是因為Chl-a與鹽度的空間分布特征密切相關.河口海灣水體Chl-a隨水體鹽度分布狀況相反,通常是近岸濃度高而遠岸濃度低,因此近岸浮游植物生物量一般也高于遠岸海域.

表4　河口海灣Chl-a與物理屬性、環境因子的相關系數矩陣Table 4 The correlation coefficient matrix of Chl-a, physical attributes and environmental factors

Chl-a濃度與河口海灣潮差呈顯著負相關,表明潮差是影響浮游植物生物量的重要因素.當營養鹽入海量一定時,河口海灣水體滯留時間越長,浮游植物生長對營養鹽的轉化利用效率越高[27].采用潮差等于2.5m對河口海灣進行分類發現,盡管其Chl-a和營養鹽都呈顯著性正相關,且與COD和懸浮物不存在顯著性關系,但是河口海灣間的富營養化特征存在一定差異,見圖7.當潮差<2.5m時,Chl-a與DIN、PO43--P的線性關系分別為y = 3.89 + 9.57x (R = 0.774,P<0.01)和y = 2.40+ 324.5x(R = 0.638, P<0.01);當潮差>2.5m時,Chl-a 與DIN、PO43--P的線性關系分別為y = 3.20 + 3.67x (R = 0.586, P<0.01)和y = 2.85 + 92.6x (R = 0.480, P<0.01).前者比后者表現出更強的敏感性,其營養鹽利用效率更高.這與潮汐作用對浮游植物生長過程影響有關.潮汐產生的機械能是水體垂直混合改變光照條件的重要驅動力,而很多河口海灣水體的垂直混合時間只有5h[28],明顯少于浮游植物的裂殖時間及細胞生理調節時間,光照條件的波動比細胞生理調整速度更快[29].潮差較大的河口海灣,垂直混合作用時間較短,其浮游植物細胞主要反映了光照波動狀態,并反饋影響了浮游植物的生物量和物種組成.當潮差變小時,水體透明度變大,能提高原光限制性浮游植物的營養鹽利用效率,使Chl-a濃度持續升高[30].此外,水柱分層作用對水底邊界層的完整性也很重要[31].大潮期時,潮差較大的河口海灣混合過程愈發增強,減少了藻類在透光層的滯留時間,導致光合作用及Chl-a濃度降低.因此,伴隨潮汐混合的增強及分層作用的減弱,潮差較大的河口海灣浮游植物生物量往往出現減少的現象.另外,潮汐作用還可通過影響懸浮泥沙的輸運和累積,調整水柱中的光可利用性,對浮游植物動力學產生影響.通常,潮汐驅動的再懸浮作用被認為是控制河口海灣懸浮顆粒物變化的主要機制[32].半日周期漲、落潮流的泥沙侵蝕和輸運作用,對于潮差較大河口海灣是相當重要的,其最大渾濁帶是一個長期的發展過程.相比而言,潮差較小河口海灣的最大渾濁帶則主要與河流汛期情況有關,其泥沙負荷往往比大型河口海灣系統低一個量級[33].因此,在長江口和杭州灣等渾濁區,盡管水體可利用營養鹽濃度達到一定水平,但由于泥沙引起大時空尺度水體渾濁,限制了水體的真光層,所以阻礙了藻類生物量達到其最大潛力值. 4

圖7　不同潮差河口海灣Chl-a與DIN、PO43--P、COD和SS的關系Fig.7 The relationship between Chl-a, DIN, PO43--P and SS in different estuaries

3.3 影響河口海灣水體Chl-a濃度的其他因素

近海中的平流、對流以及上升流,能使河口海灣與外海水體產生強烈的交換作用,從而引起營養鹽和Chl-a濃度明顯變化.臺灣暖流的Chl-a濃度相對較低,其次表層的營養鹽不能在夏季真光層被浮游植物吸收利用,經過強烈的垂直混合后,這些被保存的營養鹽可能作為長江口的重要補充[34].

部分河口海灣的Chl-a濃度還與海洋生物的捕食作用息息相關,尤其是萊州灣、長江口和杭州灣等潮差較大的河口海灣,潮間帶往往會成為Chl-a的匯和氨氮的源.當漲潮時,由于這些河口海灣底棲生物的捕食作用,水體Chl-a在此過程中產生了虧損,造成Chl-a濃度降低;而當退潮時,由于沉積物生物地球化學作用在此過程中釋放了氨氮,造成水體氨氮濃度升高[35-37].由此可見,潮間帶浮游植物生物量和營養鹽吸收效率越高,越有利于營養鹽保存和在沉積物中的積累,一定程度上能削弱河口海灣的富營養化.

另外,某些河口海灣其他形態的營養物質也會明顯影響Chl-a濃度.從河口海灣向外海輸運過程中,DIN通過生物地球化學過程轉化為DON的速率,遠大于DON轉化為DIN的速率[38].例如,我國珠江口外海以有機氮為主,其比例甚至能占到總氮的80％[39].這種現象在世界其他河口海灣也較常見,部分河口海灣有機態營養鹽成分占多數,浮游植物的生長似乎更依賴于循環性營養鹽[40],同時也發現部分河口海灣的Chl-a與DSi之間顯著性正相關,TN相比DIN能更好的解釋Chl-a濃度的變化[41-42].

影響河口海灣富營養化特征尤其是營養鹽轉化效率的原因是復雜的,要準確解釋這種差異性,必須綜合考慮各種影響因素的協同作用.同時,對于河口海灣富營養化程度的評價,其指標選擇、閾值類型及時空代表性非常重要.為構建科學、合理的河口海灣富營養化評價方法,有必要在傳統富營養化指數法的基礎上,進一步考慮營養鹽轉化效率差異的影響.

4 結論

4.1 流域人類活動帶來的營養鹽入海是造成河口海灣富營養化的主要因素,而河口海灣的自然屬性也會很大程度上調節其富營養化狀態.在河口海灣富營養化特征的3個主成分中,DIN、PO43--P和COD是最主要的,其次是DO和Chl-a,然后是鹽度、水深、潮差和面積等.

4.2 營養鹽入海量增多是造成河口海灣一系列富營養化癥狀的共性原因,但河口海灣間富營養化的響應特征存在差異.影響河口海灣水體Chl-a濃度的主要因素,除了與TN入海量(P< 0.01)、DIN (P<0.01)、PO43--P(P<0.05)、流量(P<0.01)、溫度(P<0.05)呈顯著性正相關外,同時還與潮差(P<0.05)和鹽度(P<0.01)和DO(P<0.01)呈顯著性負相關.潮差小于2.5m的河口海灣,其營養鹽轉化效率明顯高于潮差大于2.5m的河口海灣.說明河口海灣潮差可通過改變水體滯留時間、垂直混合和光照條件等,調節浮游植物生物量對營養鹽的敏感性.

4.3 此外,河口海灣與外海的水體交換,海洋生物的捕食,及其他形態營養鹽的供給等作用,也會影響河口海灣富營養化特征特別是水體Chl-a的濃度.要準確評價河口海灣的富營養化程度,應在傳統富營養化指數法的基礎上,綜合考慮各種影響因素的差異和協同作用.

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Eutrophication characteristics and variation analysis of estuaries in China.

LI Jun-long1,2, ZHENG Bing-hui2*, ZHANG Ling-song1,2, JIN Xiao-wei1, HU Xu-peng3, LIU Fang1, SHAO Jun-bo3(1.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Center, Beijing 100012, China；2.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China；3.Zhoushan Marine Ecological Environmental Monitoring Station, Zhoushan 316000, China). China Environmental Science, 2016,36(2)：506～516

Abstract：Eutrophication characteristics and variations were analyzed using four main statistical methods of box-plot analysis, cluster analysis, correlation analysis and principal component analysis, which were conducted based on natural geographic data and water quality monitoring data of 65 estuaries from 2007 to 2012 years in China. The results showed there was significant difference in eutrophication response indicators between the large-scale estuaries and small-scale estuaries. The eutrophication states of large-scale estuaries were more serious. It was also showed DIN, PO43--P and COD were the first principal component of eutrophication characteristics, followed as DO and Chl-a for second, and Depth, Tidal and Area for third. In addition, there was significant positive correlation between the Chl-a and TN input (P<0.01), DIN (P<0.01), PO43--P (P<0.05), inflow (P<0.01) and temperature (P<0.05), while there was significant negative correlation between chlorophyll a and tidal (P<0.05), salinity (P<0.01) and DO (P<0.01) in estuaries. It indicated the increase in nutrient input was the main factor which resulted in eutrophication symptoms. However, eutrophication state would be adjusted by typological factors and lead to different response characteristics among estuaries. The nutrient conversion efficiencies of estuarine tidal below 2.5m were higher than the ones above 2.5m. It is implied the eutrophication susceptibility to nutrient load could be regulated by changing water residence time, vertical mixing and light conditions. Furthermore, the Chl-a concentration were also influenced by water exchange with offshore area,book=507,ebook=190biological predation and other nutrient forms supply in estuary. The differences and extent of eutrophication among estuaries were determined synthetically by nutrient inputs from human activities, as well as natural attributes of the estuary.

Key words：estuary；eutrophication；variation analysis；susceptibility

作者簡介：李俊龍(1982-)男,山東平度人,工程師,博士,主要從事水環境科學研究.發表論文20余篇.

基金項目：國家環境保護公益性行業科研專項項目(201309008)

收稿日期：2015-07-10

中圖分類號：X524

文獻標識碼：A

文章編號：1000-6923(2015)02-0506-11