青堆子灣池塘養殖區及鄰近海域無機營養鹽時空變化與富營養化風險

楊曉龍,齊愛民,王麗麗,宗虎民,李 強

(1.大連海洋大學水產與生命學院，遼寧大連 116023;2.國家海洋環境監測中心，遼寧大連 116023)

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青堆子灣池塘養殖區及鄰近海域無機營養鹽時空變化與富營養化風險

楊曉龍1,2,齊愛民1,2,王麗麗2*,宗虎民2,李 強1

(1.大連海洋大學水產與生命學院，遼寧大連 116023;2.國家海洋環境監測中心，遼寧大連 116023)

[目的]研究青堆子灣池塘養殖區及鄰近海域無機營養鹽時空變化，評價其富營養化風險狀況。[方法]根據2011年10月至2012年12月4個季節對青堆子灣池塘養殖區和鄰近海域表層海水的無機營養鹽調查，采用一種分類等級的海水富營養化評估模式，對該海域的營養化等級進行了評估。[結果]青堆子灣池塘養殖區和鄰近海域營養鹽含量呈顯著的季節性變化，平面呈由養殖區向外海濃度逐漸降低的分布格局，受陸源污水排放和養殖活動影響；青堆子灣海域水質為中度營養等級，春夏季受氮限制，冬季受磷限制，可能面臨赤潮暴發的危險，應加強陸源污水排放管理。[結論]青堆子灣池塘養殖區及鄰近海域表層水體整體呈中度富營養化等級。

富營養化；青堆子灣；池塘養殖區；鄰近海域；無機營養鹽

營養鹽作為海洋中初級生產者生長繁殖的關鍵環境因子，對于維持海洋生態系統的能量和物質循環起到至關重要的作用[1]。但是營養鹽過剩會造成水體污染，有害藻類繁殖過快，導致赤潮暴發等生態災害頻繁發生。黃海屬于陸架海域，具有較高的生產力[2]。青堆子灣位于黃海北部，有湖里河、地窨河及英那河等多條河流匯入，同時從陸域攜帶大量的無機營養鹽及有機污染物入灣[3]。近年來，青堆子灣沿岸的水產養殖業，尤其是海參池塘養殖迅猛發展，養殖過程中投放的飼料、藥品及水產生物遺留的殘餌、糞便等隨養殖海水排入灣內，也會導致灣內海水水質受到污染[4]，水體富營養化程度較嚴重。目前關于青堆子灣水體營養化程度和來源的研究報道較少。吳金浩等[5]于2008～2009年對青堆子灣近海海域的水體富營養化程度進行了分析，發現不同季節導致水體富營養化的控制因子不同，但對于關鍵富營養化因子——無機氮磷的來源及養殖池塘對海域富營養化的可能貢獻鮮見報道。筆者根據2011～2012年對青堆子灣海域及沿海養殖池塘的現場調查資料，分析了該海域和養殖池塘的營養鹽時空分布及變化規律，并分析了該海域的營養鹽結構特征，最后對青堆子灣海水的富營養化程度進行了評估，旨在為評估青堆子灣的環境質量、控制赤潮暴發、保護和進一步開發海洋資源等提供數據支撐。

1　材料與方法

1.1樣品采集在青堆子灣養殖池塘和鄰近海域布設9個斷面，共31個站位。其中，在池塘養殖區內設置5個斷面，共15個監測站位(C1～C15)，在鄰近海域設置4個斷面，共16個監測站位(H1～H16)(圖1)。調查取樣時間分別為春季(2012年5月)、夏季(2012年8月)、秋季(2011年10月)和冬季(2012年12月)。

采用多參數水質監測儀YSI對表層海水(0.5 m)的溫度、鹽度和pH等環境參數進行現場監測并記錄。用2 500 mL有機玻璃采水器采集表層0.5 m海水，水樣經0.45 μm醋酸纖維濾膜現場減壓過濾后低溫保存至聚乙烯采樣瓶中，運至實驗室以待營養鹽分析。

1.2測定項目與方法根據《海洋調查規范》(GB 17378—2007)對海水樣品營養鹽含量進行分析測定。采用奈乙二胺分光光度法測定亞硝酸氮(NO2-N)含量；采用鋅鎘還原法測定硝酸氮(NO3-N)含量；采用次溴酸鈉氧化法測定銨氮(NH4-N)含量；采用磷鉬藍分光光度法測定無機磷(PO4-P)含量；總溶解無機氮為前三者總和。

圖1　青堆子灣采樣站位分布Fig.1　Distribution of sampling sites in Qingduizi Bay

1.3數據統計運用ArcGIS 10.2繪制站位圖，采用克里金插值法繪制營養鹽分布圖。運用SPSS 19.0軟件和Microsoft Office Excel 2010對試驗數據進行統計分析和圖形繪制。

2　結果與分析

2.1無機氮(TIN)含量分布特征從圖2可以看出，海域表層海水不同季度的DIN濃度范圍分別為：春季100.1～841.7 μg/L(平均值406.0 μg/L)，夏季25.1～381.3 μg/L(平均值239.1 μg/L)，秋季26.5～141.2 μg/L(平均值83.1 μg/L)，冬季253.9～1 242.2 μg/L(平均值541.7 μg/L)。可見，無機氮濃度在青堆子灣表現出明顯的季節性變化，從大到小依次為冬季、春季、夏季、秋季。

冬季TIN平均含量高于第四類海水水質標準，污染程度較大，高值主要出現在池塘養殖區，TIN含量從養殖區向外海逐漸降低，表明TIN主要來源于養殖區水產養殖過程中排放的廢水等，這是由于未經處理的廢水中含有高濃度的殘餌、糞便、農藥等，導致鄰近海域無機氮含量升高。冬季調查水域降溫，造成底層海水和表層海水交換，形成上升流，上升流促進底層營養鹽向表層轉移，導致海域表層海水在冬季的TIN含量最高。春季海區的TIN含量符合第四類海水水質標準，高值主要出現在養殖區和河口區，這是由于春冬交替之際是養殖活動最為頻繁的時期，而入海河流的水流量也逐漸增大，河水入海過程攜帶大量污染物對青堆子灣的無機氮含量升高也起到了較大的推動作用。夏季和秋季由于受到暖水團和季風影響，表層海水TIN含量分布較為均勻且含量較低，夏季海區的TIN含量接近第二類海水水質標準，秋季TIN含量最低，達到第一類海水水質標準。原因可能是由于夏秋季節海域的浮游植物繁殖旺盛，大量消耗營養鹽，導致水體TIN含量普遍較低，這與長江口鄰近海域的TIN分布模式相似[6]。青堆子灣3條入海徑流(湖里河、地窨河以及英那河)在夏秋季節表現出不同的TIN含量變化。夏秋季節是入海徑流的主汛期，夏季表現為地窨河的TIN含量最高，且接近地窨河口的養殖區及鄰近海域TIN含量普遍較高，因此夏季青堆子灣海域的TIN主要來源于地窨河徑流的攜帶；秋季表現為湖里河和英那河的TIN含量較高，2條徑流河口區的TIN含量顯著高于其他區域，這表明湖里河和英那河是調查海域TIN含量的主要來源。

圖2　青堆子灣養殖區和鄰近海域TIN的時空分布Fig.2　Spatial and temporal distributions of TIN in aquaculture area and adjacent sea area in Qingduizi Bay

2.2無機磷(TIP)含量分布特征從圖3可以看出，與TIN含量時空變化相比，TIP表現出相異的季節性變化，主要表現為：春季7.67～73.30 μg/L(平均值32.11 μg/L)，夏季13.43～89.14 μg/L(平均值46.62 μg/L)，秋季2.24～8.67 μg/L(平均值4.52 μg/L)，冬季8.95～167.71 μg/L(平均值29.62 μg/L)。各季節的TIP含量從大到小依次為夏季、春季、冬季、秋季。

夏季養殖區和鄰近海域的TIP平均含量最高，超過第三類海水水質標準的規定濃度，污染較嚴重。高值主要出現在湖里河口區，TIP含量從河口向外海逐漸降低，表明TIP主要來源于湖里河等地表徑流，同時受到東西流向的環流影響，TIP濃度在調查海域出現了東低西高的分布局面。春季海區的TIP含量符合第三類海水水質標準，高值出現在英那河口區，由于春冬交替之際地表徑流的水流量逐漸增大，河水入海過程攜帶大量污染物是青堆子灣TIP含量升高的關鍵因素。秋季表層海水TIP含量分布較為均勻且含量最低，符合第一類海水水質標準。TIP分布走向呈鈍水舌形態由東向西逐漸升高，該分布模式仍受東西流向的環流影響。冬季養殖區和鄰近海域的TIP含量接近第二類海水水質標準，與秋季的TIP濃度分布完全相反，表現出東高西低的分布模式。由于秋冬季節地表徑流水流量減少，對調查海域TIP濃度的貢獻不大，TIP主要來源是養殖區廢水和殘餌等排放。

圖3　青堆子灣養殖區和鄰近海域TIP的時空分布Fig.3　Spatial and temporal distributions of TIP in aquaculture area and adjacent sea area in Qingduizi Bay

2.3營養鹽結構Redfield研究發現，大洋深層的N/P值約為16，與浮游植物體內元素成分的N/P值相似，因此該值(Redfield比值)是評價海域營養結構的重要指標，作為海域估算缺乏氮或磷元素的依據。從圖4可以看出，調查海域春夏季節的N/P值低于Redfield比值，而秋冬季節的N/P值略高于Redfield比值。青堆子灣海域的N/P值在夏季達到最低(5.13)，表明水體中TIN相對缺乏，而TIP含量相對過盛，該時期影響浮游植物生長的主要限制條件為TIN供給不足。秋冬季節的N/P值差異不大(18.39和18.29)，且接近Redfield比值，該時期無機磷含量稍微過盛，根據胡明輝等[7]的研究結果，海水N/P值小于8時，浮游植物的生長為TIN限制，N/P值大于30時，浮游植物的生長為TIP限制。由此可見，春季和秋冬季節的海水無機營養鹽不會對浮游植物的生長造成較大影響。

圖4　青堆子灣養殖區及鄰近海域N/P值的季節變化Fig.4　Seasonal variation of N/P in aquaculture area and adjacent sea area in Qingduizi Bay

2.4營養等級目前，國內外有多種對海水富營養化等級的評價方法，如單項指標法、綜合指數評價和模糊數學綜合評價[8-10]，這些方法各有評價優勢，但尚難以從根本上揭示營養鹽限制對富營養化的影響。筆者采用郭衛東等[11]提出的富營養化評價方法，對青堆子灣養殖區和試驗區的水質富營養化等級進行評價(表1)。

評價結果表明，春季和夏季養殖區的N/P值大多為4～8，活性磷酸鹽濃度為0.030～0.045 mg/L，水質為氮限制中度營養(ⅣN級)；而青堆子灣海域春季的水質條件符合Ⅱ級營養型，即中度營養化程度，夏季該海域為氮中等限制潛在性富營養等級(ⅤN級)。秋季養殖區和鄰近海域的表層海水屬于貧營養級(Ⅰ 級)，營養鹽濃度含量較低。冬季養殖區及鄰近海域的表層海水水質屬于磷中等限制潛在性富營養(ⅤP級)。

上述結果表明，青堆子灣調查海域的表層海水水質大部分屬于中度營養等級，其中，春、夏季節屬于氮限制性營養等級，冬季轉變為磷限制性營養等級，應及時限制陸源工業、生活污水和養殖污水排放，防止造成水域富營養化而發生赤潮。

表1　營養級劃分標準

3　結論

(1)青堆子灣池塘養殖區和鄰近海域表層水體整體處于中度富營養化等級，氮磷營養鹽含量季節性變化明顯，表現為無機氮濃度冬季最高，秋季最低，而無機磷濃度夏季最高，秋季最低。營養鹽含量的季節變化受陸源污水排放和浮游植物的影響和制約。

(2)營養鹽呈現從養殖區向外海逐漸降低的平面分布特征，陸源污染和水產養殖活動對青堆子灣海域的營養鹽含量貢獻較大。

(3)夏季海域的N/P值遠低于Redfield比值，說明青堆子灣海域無機氮相對缺乏，而無機磷過盛，浮游生物生長繁殖受到無機氮的制約。

(4)除秋季外，青堆子灣表層海水水質屬于中度營養級，春夏季節是氮限制性營養等級，冬季是磷限制性營養等級，亟需加強近岸排污管理，防止赤潮暴發。

[1]廖秀麗，陳丕茂，馬勝偉，等.大亞灣楊梅坑海域投礁前后浮游植物群落結構及其與環境因子的關系[J].南方水產科學,2013,9(5):109-119.

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Temporal and Spatial Variation of the Inorganic Nutrients and the Risk Assessment of Eutrophication in Pond Aquaculture Area and Its Adjacent Sea Area of Qingduizi Bay

YANG Xiao-long1,2,QI Ai-min1,2,WANG Li-li2*et al

(1.College of Aquaculture and Life Science,Dalian Ocean University,Dalian,Liaoning 110623;2.National Marine Environmental Monitoring Center,Dalian,Liaoning 110623)

[Objective]The aim was to study temporal and spatial variation of the inorganic nutrients in pond aquaculture area and its adjacent sea area of Qingduizi Bay,and evaluate its risk of eutrophication.[Method]Based on the investigation carried out in pond aquaculture area and its adjacent sea area of Qingduizi Bay from October 2011 to December 2012,a new classified model of eutrophication assessment was applied to evaluate eutrophication levels in the study area.[Result]The average concentration of nutrient showed a significant seasonal variation.The spatial variations showed decreasing tendencies from the aquaculture area towards the outer sea.The temporal and spatial variations were affected by terrigenous sewage and aquaculture activities.The superficial seawater in Qingduizi Bay is at medium eutrophication level with nitrogen limitation during spring and summer and phosphorus limitation in winter.According to the assessment result,Qingduizi Bay is exposed to the danger of red tide.It is necessary to reinforce the management of pollutants discharged from "land sources".[Conclusion]The superficial seawater in pond aquaculture area and its adjacent sea area of Qingduizi Bay is at medium eutrophication level.

Eutrophication;Qingduizi Bay;Pond culture area;Adjacent sea area;Inorganic nutrients

海洋公益行業性科研專項(201105006)。

楊曉龍(1988- )，男，河北張家口人，博士研究生，研究方向：海洋生態學。*通訊作者，碩士，從事海洋生態學研究。

2016-07-17

S 949

A

0517-6611(2016)25-083-04