連云港近海海洋環(huán)境營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)時(shí)空變化研究

王以斌,邵 帥,馬永星,劉 軍,冉祥濱,張愛(ài)軍,周德山,郭佩芳,臧家業(yè)

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連云港近海海洋環(huán)境營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)時(shí)空變化研究

王以斌1,2,邵 帥3,馬永星2,劉 軍2,冉祥濱2,張愛(ài)軍2,周德山3,郭佩芳1*,臧家業(yè)2

(1.中國(guó)海洋大學(xué)海洋與大氣學(xué)院,山東青島266100；2.國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061；3.連云港市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心,江蘇連云港 222000)

依據(jù)2009年5月~2010年1月在連云港附近海域進(jìn)行的4個(gè)航次海洋環(huán)境綜合調(diào)查結(jié)果,對(duì)該海域的海洋環(huán)境因子、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平、有機(jī)污染狀況的空間分布、季節(jié)間變化及相關(guān)性進(jìn)行了研究,結(jié)合歷史資料探討了近年間主要污染因子的變化趨勢(shì)與海洋環(huán)境現(xiàn)狀.結(jié)果表明:該海區(qū)春夏季海洋環(huán)境質(zhì)量狀況較好,秋冬季的污染程度有所加強(qiáng),石油類是秋冬季節(jié)主要的污染因子.評(píng)價(jià)顯示春、夏季呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化和有機(jī)污染的狀態(tài),且二者季節(jié)變化和空間分布有一定共性.相關(guān)性分析顯示葉綠素a與營(yíng)養(yǎng)鹽和化學(xué)耗氧量呈現(xiàn)顯著正相關(guān),但與溶解氧呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.01),表明浮游生物生長(zhǎng)與環(huán)境要素含量之間的關(guān)聯(lián)性. 數(shù)據(jù)顯示日益增強(qiáng)的人類活動(dòng)對(duì)近海海洋環(huán)境的顯著影響,相關(guān)結(jié)果可為連云港海域的海洋資源開(kāi)發(fā)利用和環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持,同時(shí)為海洋管理部門開(kāi)展以生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的海洋資源管理提供科學(xué)依據(jù).

連云港海域；海洋環(huán)境；生態(tài)環(huán)境調(diào)查；營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；環(huán)境現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

近年來(lái),隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,海洋開(kāi)發(fā)利用活動(dòng)幅度和強(qiáng)度不斷加大.近岸海域海洋污染和海洋資源浪費(fèi)問(wèn)題日益突出和嚴(yán)重[1],中國(guó)近海的海洋生態(tài)環(huán)境遭到嚴(yán)重威脅和破壞[2],海岸帶生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)脆弱不堪[3],這些都逐漸成為制約海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制性因素.國(guó)家層面已清晰的意識(shí)到海域開(kāi)發(fā)利用中的突出問(wèn)題,提出構(gòu)建基于生態(tài)系統(tǒng)的海洋管理機(jī)制[4].21世紀(jì)以來(lái),連云港的港口建設(shè)、臨海工業(yè)、沿海旅游、近海養(yǎng)殖等海洋開(kāi)發(fā)活動(dòng)跟隨國(guó)家整體海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展步伐,獲得了前所未有的發(fā)展[5].2005年10月位于連云港高公島鄉(xiāng)的田灣核電站正式進(jìn)入帶核運(yùn)行狀態(tài),2009年以來(lái)后續(xù)機(jī)組工程也在按計(jì)劃建設(shè)中,同時(shí)連云港港區(qū)、徐圩港區(qū)及連云港跨海大橋等海洋工程的建設(shè)也使得該海域的海洋資源和環(huán)境受到影響.連云港眾多海洋工程已從多方面影響和改變了周邊的海洋生態(tài)環(huán)境[5],為明確海洋環(huán)境所處的狀態(tài),降低和減少海洋工程的不利影響,有必要對(duì)連云港周邊海域的海洋生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行科學(xué)的研究和評(píng)價(jià).

本文基于2009年5月~2010年1月在連云港田灣核電站附近海域進(jìn)行的春、夏、秋、冬季4個(gè)航次的綜合性海洋生態(tài)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù),分析了主要海洋環(huán)境因子的平面分布特征和季節(jié)間的變化趨勢(shì),闡述和評(píng)價(jià)了該海域的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平和有機(jī)污染狀況,探討了主要參數(shù)之間的相關(guān)性,結(jié)合歷史文獻(xiàn)資料研究了連云港近岸海域的海洋環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及變化趨勢(shì).本研究可為該海域的資源開(kāi)發(fā)利用和環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持,為連云港海洋管理部門開(kāi)展以生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的海洋資源管理提供科學(xué)依據(jù).

1 材料和方法

1.1 調(diào)查研究海域

研究范圍為連云港市田灣核電站附近,以核電排水口為中心,半徑30km,總面積約950km2的海域內(nèi)(119°27′~119°47′E,34°32′~34°57′N),共布置25個(gè)調(diào)查站位(圖1),在2009年5月~2010年1月間進(jìn)行了4個(gè)季節(jié)航次的海洋調(diào)查.圖中A0站位于田灣核電排水口位置附近, A32站位于取水明渠位置附近.

圖1 調(diào)查站位示意

1.2 調(diào)查要素及分析方法

海水水質(zhì)調(diào)查要素包括水溫、鹽度、水深、pH值、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、硝酸鹽(NO3--N)、亞硝酸鹽(NO2--N)、銨鹽(NH4+-N)、活性磷酸鹽(DIP)、硅酸鹽、懸浮物、葉綠素a(Chl-a)、石油類等.樣品的采集、處理及分析均參照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T12763-2007)[6]和《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17378-2007)[7]進(jìn)行.對(duì)主要的水質(zhì)參數(shù)DO、COD、BOD5、無(wú)機(jī)氮、DIP、油類和Chl-a進(jìn)行平面分布特征分析和時(shí)空變化研究.海水溶解無(wú)機(jī)氮(DIN)即NO2--N、NO3--N和NH4+-N“三氮”之和.

按照《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)[8]中的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)海水的pH值、石油類、COD、DO、DIN、DIP等參數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià),以分析該海域的主要污染因子,評(píng)價(jià)方法采用單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法[9].

1.3 水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平評(píng)價(jià)

使用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法()[10-11]和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法(NQI)[12]評(píng)價(jià)該海域的富營(yíng)養(yǎng)化程度和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平.

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法計(jì)算公式為:

=COD×DIP×DIN×106/4500 (1)

式中:為富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù);COD為水體化學(xué)需氧量,mg/L;DIN為無(wú)機(jī)氮質(zhì)量濃度,mg/L;DIP為活性磷酸鹽質(zhì)量濃度,mg/L.31時(shí)該海域即為富營(yíng)養(yǎng)化.1￡￡3為輕度富營(yíng)養(yǎng)化,3<￡9為中度富營(yíng)養(yǎng)化,>9為重度富營(yíng)養(yǎng)化.

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法公式為:

NQI=COD/′COD+DIN/′DIN+DIP/′DIP+

Chl-a/Chl-a′ (2)

式中:COD、DIN、DIP、Chl-a分別為海水CODMn、DIN、DIP、Chl-a的實(shí)測(cè)濃度;′COD、′DIN、′DIP、Chl-a′分別為3.0mg/L、0.3mg/L、0.03mg/L和5mg/m3.NQI￡2時(shí),營(yíng)養(yǎng)等級(jí)為Ⅰ級(jí),為貧營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài);23時(shí),營(yíng)養(yǎng)等級(jí)為Ⅲ級(jí),為富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài).

1.4 有機(jī)污染狀況評(píng)價(jià)

采用有機(jī)污染綜合指數(shù)法[13]評(píng)價(jià)該海域的有機(jī)污染狀況,公式如下:

=COD/CODs+N/Ns+P/Ps-DO/DOs(3)

式中:為有機(jī)污染指數(shù);COD、N、P、DO分別為COD、DIN、DIP和DO的實(shí)測(cè)值;CODs、Ns、Ps、DOs為相應(yīng)的一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值,分別為2.0mg/L、0.2mg/L、0.015mg/L和6.0mg/L.當(dāng)<0,良好;0<<1,較好;1<<2,開(kāi)始受污染;2<<3,輕度污染;3<<4,中度污染;4<<5,嚴(yán)重污染.

2 結(jié)果分析與討論

2.1 環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查結(jié)果

2009年5月~2010年1月調(diào)查的主要水質(zhì)因子結(jié)果范圍見(jiàn)表1.

表1 連云港近海主要水質(zhì)因子調(diào)查結(jié)果范圍

2.1.1 鹽度 鹽度的季節(jié)變化規(guī)律為春季平均值(31.28±0.29)‰,到夏季減少到(27.63±1.81)‰,秋季又增加到(30.49±0.43)‰,再到冬季的(31.33± 0.35)‰;總體上鹽度具有顯著的季節(jié)性差異(<0.01),春季和冬季之間不存在顯著性差異(>0.1).鹽度的分布與變化主要取決于海區(qū)的鹽量平衡狀況,蒸發(fā)與降水之差值、環(huán)流的強(qiáng)弱、水團(tuán)的消長(zhǎng)以及江河入海徑流量的多少等都會(huì)影響鹽度的分布與變化.調(diào)查海區(qū)位于黃海南部,入海的大河少,鹽度狀況主要取決于黃海暖流高鹽水的消長(zhǎng).夏季是降水集中、雨量最多、河流入海徑流量最大的季節(jié),因此鹽度為全年最低;冬季天氣干燥,降水及河川徑流量小,加之黃海暖流的高鹽水體北上增強(qiáng),使海水表層鹽度達(dá)全年最高.

2.1.2 水溫 溫度的變化受季節(jié)變化影響最大(圖2).春季表層水溫的平均值為(17.12±0.68)℃,夏季為(26.29±1.69)℃,秋季為(10.32±0.87)℃,冬季為(4.48±2.86)℃.總體上調(diào)查海區(qū)溫度具有顯著的季節(jié)性差異(<0.01),水溫變化為夏>春>秋>冬.核電排水口附近海域溫度在夏季和秋季與其他區(qū)域相比沒(méi)有顯著性差異(>0.1),但在春季和秋季均相對(duì)較高,其中春季高出其他區(qū)域3.6℃,升溫幅度為14%,冬季高出其他區(qū)域4.5℃,升溫幅度為105%.春季隨著太陽(yáng)輻射逐漸增強(qiáng),表層水溫逐漸升高,到夏季水溫達(dá)到最高,此時(shí)氣溫高于水溫,沿岸水溫高于外海水溫,同時(shí)可能由于受到溫排水的影響,水溫最高值出現(xiàn)在排水口附近及近岸.秋季水溫逐漸下降,表層水溫由近岸向外海逐漸遞增的可能原因是沿岸降溫比外海要快.冬季由于受黃海暖流的影響,海區(qū)東部水溫稍高,而排水口附近水溫較高可能是受到了核電廠溫排水的影響.

圖2 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水水溫分布(℃)

2.1.3 DO 調(diào)查海區(qū)DO含量受水溫控制,季節(jié)變化明顯,冬季水溫最低,DO含量為全年最高,平均(10.74±0.49)mg/L,屬于富氧狀態(tài);夏季水溫最高,故DO含量最低,均值為(7.59±0.92)mg/L;春季和秋季的均值分別為(7.95±0.78)和(8.91± 0.34)mg/L.本調(diào)查的結(jié)果和變化規(guī)律符合北溫帶海水DO含量冬季高、夏季低的變化特征,也與本海區(qū)在其他年份監(jiān)測(cè)的結(jié)果和規(guī)律相一致[14].從平面分布看(圖3),春季DO的高值區(qū)位于連島以北的海域,在核電排水口附近形成<7.0mg/L的低值區(qū),其他三個(gè)季節(jié)排水口區(qū)域也有相對(duì)的低值區(qū);夏秋季的高值區(qū)位于東南側(cè)的近岸海域,冬季的高值區(qū)位于調(diào)查海域的中部連云港港的航道區(qū)域.由于調(diào)查海區(qū)水深較淺,排水口附近及南側(cè)近岸海域的平均水深在低潮時(shí)僅有2.0m,劇烈的潮汐活動(dòng)很容易將底層低DO或還原狀態(tài)的水體抬升至表層,形成短暫的低氧現(xiàn)象,同時(shí)海-氣界面快速的復(fù)氧能力,又使得DO短時(shí)間內(nèi)達(dá)到飽和,上述因素的綜合作用使得該海域的DO的波動(dòng)較大.有研究[15]顯示:DO是受溫度、鹽度、生物量等多種環(huán)境因素制約的,隨著水溫、鹽度的升高,DO含量降低,然而造成低氧的更關(guān)鍵的原因則是水體富營(yíng)養(yǎng)化.

圖3 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水DO分布(mg/L)

2.1.4 COD 春季表層海水COD含量均值為(2.46±0.58)mg/L;夏季均值為(1.64±0.38)mg/L;秋季均值為(1.15±0.26)mg/L;冬季均值為(0.60± 0.60)mg/L.從圖4可以看出,春季COD含量的水平分布趨勢(shì)較明顯,海區(qū)的南部和中部近岸區(qū)COD含量低,而北部含量高;夏季海區(qū)東南部表層COD含量高,西北部低,同時(shí)最低值出現(xiàn)在連云港港區(qū)及田灣核電取排水口附近海域,該區(qū)域?qū)?yīng)著相對(duì)較低的DO濃度,表明COD的降解要快于其他鄰近海域;秋季COD含量自排水口附近向外海逐漸降低;冬季COD含量的水平分布較均勻,只在海區(qū)東南部的近岸很小的海域COD含量稍高.

圖4 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水COD分布(mg/L)

2.1.5 BOD5春季表層海水的BOD5平均值為(0.98±0.61)mg/L;夏季平均值為(0.93±0.40)mg/L;秋季平均值為(2.67±0.56)mg/L,明顯高于其他三個(gè)季節(jié)(<0.01);冬季BOD5的平均值為(1.34± 0.95)mg/L.圖5可見(jiàn):春季BOD5在調(diào)查海域中部靠近連云港港口和田灣核電附近有一個(gè)低值區(qū),這與該區(qū)域普遍較低的有機(jī)質(zhì)含量(以COD表示)有關(guān),同時(shí)在北部和南部區(qū)域分別有一個(gè)均值>1.6mg/L的高值區(qū)域.夏季表層海水在中部海域出現(xiàn)高值區(qū),北部海區(qū)BOD5含量低;秋季整個(gè)調(diào)查海區(qū)表層的BOD5含量都較高,東南部和西北部海區(qū)的平均值>3.1mg/L,較中部海區(qū)的數(shù)值偏高,近岸排水口附近區(qū)域有低值區(qū);冬季整個(gè)海域西南近岸方向形成一個(gè)均值>2.1mg/L的高值區(qū),靠近連云港港口近岸含量較低,同時(shí)在排水口南側(cè)區(qū)域有一個(gè)低值區(qū).

2.1.6 DIN:本次調(diào)查結(jié)果顯示,春季表層海水中DIN的均值為(0.15±0.06)mg/L,NO2--N、NO3--N和NH4+-N所占百分比分別為3.61%、78.5%和17.9%,夏季DIN的均值為0.20±0.08mg/L,組成百分比分別為12.9%、72.0%和15.1%,秋季DIN的均值為0.21±0.06mg/L,組成百分比分別為10.3%、72.2%和17.4%,冬季DIN的均值為0.061±0.02mg/L,組成百分比分別為2.38%、87.2%和10.4%.由此可見(jiàn),DIN主要以NO3--N存在形式為主.從分布和均值來(lái)看,夏季和秋季DIN的含量相對(duì)較高,冬季的含量則明顯偏低,不到夏秋季節(jié)含量的1/3.從四個(gè)季節(jié)的DIN分布來(lái)看(圖6),高值區(qū)主要位于近岸海域,說(shuō)明連云港港口和高公島漁港附近的社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)DIN的含量分布影響較大;同時(shí),秋季在調(diào)查海域的北側(cè)海區(qū)還有一個(gè)高值區(qū)域.

圖5 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水BOD5分布(mg/L)

2.1.7 DIP 表層海水的DIP在夏季的含量為全年最高,平均值為(0.029±0.018)mg/L;春季次之,均值為(0.021±0.016)mg/L,秋季為(0.019±0.005) mg/L,冬季的含量全年最低,均值為(0.005±0.004) mg/L,僅相當(dāng)于夏季含量的1/6,與DIN冬季含量較低的規(guī)律相似.春季和夏季表層海水南部近岸區(qū)域DIP的含量較高(圖7),北部外海區(qū)的含量較低;除去南部近岸的含量較高區(qū)域外,春季和夏季其他區(qū)域的DIP含量與秋、冬季含量相差不大,秋季和冬季表層海水DIP含量的水平分布梯度小于春夏兩季,秋季南部近岸海域和海區(qū)西部含量較高,東部含量較低;冬季DIP含量的水平分布趨勢(shì)不明顯,調(diào)查海域的中部海域含量略高.

圖6 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水DIN分布(mg/L)

圖7 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水DIP分布(mg/L)

2.1.8 油類 調(diào)查海域內(nèi)石油類含量秋季最高,均值為(0.099±0.027)mg/L,其次為冬季,均值為(0.067±0.009)mg/L,再是春季,均值為(0.039± 0.041)mg/L,夏季含量最低,均值為(0.011± 0.002)mg/L.從整個(gè)調(diào)查海區(qū)的分布(圖8)可知:春季調(diào)查海區(qū)西北部油類含量高,東南部含量低,夏季、秋季和冬季在南部近岸處海域的油類含量較高,除此之外,秋季海區(qū)東北部油類的含量也較高.秋冬季在近岸的含量較高區(qū)域或許是與當(dāng)?shù)氐淖喜损B(yǎng)殖有關(guān)系,該區(qū)域正是當(dāng)?shù)刈喜损B(yǎng)殖區(qū),秋冬季是紫菜養(yǎng)殖采收的季節(jié),養(yǎng)殖的船舶密集作業(yè),因此造成海區(qū)的油類含量偏高.

圖8 連云港近海2009年5月~2010年1月表層石油類分布(mg/L)

2.1.9 Chl-a 調(diào)查海域夏季表層海水的Chl-a的含量遠(yuǎn)高于其他季節(jié),平均值為(6.48±2.19) μg/L,春季的平均值為(4.31±0.96)μg/L,秋季和冬季的均值分別為(1.33±0.68)和(1.26±0.34)μg/L.春季調(diào)查海域北部表層海水的Chl-a含量較高,海區(qū)東部向海區(qū)中部延伸一帶海域的含量較低;夏季Chl-a含量的水平分布變化較大,海區(qū)東南部海域的Chl-a含量較低,連島北部海域和核電排水口附近為Chl-a含量的高值區(qū);秋季Chl-a的高值區(qū)出現(xiàn)在北部海域;冬季Chl-a含量的水平分布差異不如其他季節(jié)顯著,田灣核電取排水口附近海域Chl-a含量較高,這可能是由于受到溫排水影響,排水口附近的浮游植物生物量大所引起的,調(diào)查區(qū)域的南部近岸海區(qū)和北部海域Chl-a含量較低.總體而言,在調(diào)查海域的北部區(qū)域,Chl-a濃度相對(duì)較高,這一定程度上是由于該海域離岸相對(duì)較遠(yuǎn)且水深較深,透明度較高,更有利于生物生長(zhǎng)所致.

圖9 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水Chl-a分布(mg/L)

2.2 水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)()和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(NQI)利用不同的方式反映了海域內(nèi)COD、DIN、DIP和Chl-a相互之間的關(guān)聯(lián),利用這2個(gè)評(píng)價(jià)方法對(duì)該海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)的結(jié)果如圖10和圖11所示.顯示:調(diào)查海域春季呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化(31)的區(qū)域主要在近岸海域,在連云港港區(qū)和田灣核電附近海域富營(yíng)養(yǎng)化程度明顯較高,已達(dá)中度富營(yíng)養(yǎng)化(>3),離岸較遠(yuǎn)海域未出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化.夏季除與春季相同的近岸中度富營(yíng)養(yǎng)化區(qū)域外,東南側(cè)海域也呈中度富營(yíng)養(yǎng)化,整體看夏季呈現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化的區(qū)域已約占整個(gè)調(diào)查海域的2/3.秋季在整個(gè)海區(qū)的中部及近岸區(qū)域呈輕度富營(yíng)養(yǎng)化,而離岸區(qū)域未出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化;冬季整個(gè)調(diào)查海域未富營(yíng)養(yǎng)化.

圖10 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水中富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)(E)

圖11 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(NQI)

NQI所顯示的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)趨勢(shì)與類似,春季富營(yíng)養(yǎng)化區(qū)域主要集中在近岸海域,尤其是連云港港區(qū)和田灣核電附近海域(NQI>3),除此之外的大部分調(diào)查海域?yàn)橹械葼I(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)(2

綜上,該海域2009~2010年處于富營(yíng)養(yǎng)化水平臨界狀態(tài)且季節(jié)性富營(yíng)養(yǎng)化非常明顯;夏季大部分海域都處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)且富營(yíng)養(yǎng)化程度較高,春秋季則有一部分海域處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),冬季則基本上是非富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài).李亞麗等[16]對(duì)連云港至鹽城海域進(jìn)行的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)研究顯示2012年該海域已基本處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),其中夏季和秋季的富營(yíng)養(yǎng)化程度更高,主要的富營(yíng)養(yǎng)化區(qū)域位于連云港的南部海域,也與本文顯示的在調(diào)查海域的南部近岸區(qū)域富營(yíng)養(yǎng)化程度更高的結(jié)果相吻合.

海水的環(huán)境要素和富營(yíng)養(yǎng)化與赤潮和滸苔等海洋生物災(zāi)害的發(fā)生有著密切的聯(lián)系[17-18]. 2004~2013年間,連云港海域共發(fā)生大面積的赤潮16次,其中最嚴(yán)重一次達(dá)1000km2[19].同時(shí),連云港所在的蘇北海域是滸苔綠潮的集中爆發(fā)地[17],自2007年以來(lái),每年的5~7月份都會(huì)出現(xiàn)滸苔的集中爆發(fā),范圍遍及從江蘇鹽城到山東威海的整個(gè)黃海中北部海域[20].彭模等[21]通過(guò)相關(guān)性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析了環(huán)境要素與連云港海域赤潮爆發(fā)之間的關(guān)系,確定了與赤潮發(fā)生相關(guān)的主要水質(zhì)因素及其變化趨勢(shì).高嵩等[17]認(rèn)為富營(yíng)養(yǎng)化和適宜的溫、鹽等條件為滸苔綠潮的爆發(fā)提供了有利的環(huán)境條件.

2.3 有機(jī)污染評(píng)價(jià)

有機(jī)污染評(píng)價(jià)結(jié)果(圖12)顯示:春季調(diào)查海域離岸較遠(yuǎn)的海域處于較好的狀態(tài),而近岸海域則處于污染狀態(tài),其中連云港港區(qū)及田灣核電所在海域?yàn)檩p度污染和中度污染水平,調(diào)查海域的南側(cè)海域處于中度污染到嚴(yán)重污染的狀態(tài);夏季主要污染區(qū)域與春季相同,但處于污染狀態(tài)的海域面積更大,在中部和向東一側(cè)海區(qū)也處于輕度到中度污染水平;秋季污染狀況有所減輕,大部分的海域處于開(kāi)始受到污染的水平,其他海域?yàn)檩^好;冬季則整個(gè)海域處于良好和較好的狀態(tài).有機(jī)污染狀態(tài)與富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)有一定的共性,均是在春季和夏季呈現(xiàn)污染和富營(yíng)養(yǎng)化的狀態(tài),秋季和冬季相對(duì)有所減輕.同時(shí)有機(jī)污染的區(qū)域與富營(yíng)養(yǎng)化區(qū)域存在相似性,說(shuō)明二者之間具有內(nèi)在聯(lián)系.

圖12 連云港近岸海域2009年5月~2010年1月表層海水中有機(jī)污染指數(shù)(A)

2.4 海水質(zhì)量評(píng)價(jià)和海區(qū)時(shí)空變化

本調(diào)查海域范圍內(nèi)的用?，F(xiàn)狀非常復(fù)雜,目前既有港口和航道區(qū)、核電的特殊用海區(qū)、清淤傾倒區(qū),同時(shí)還有海水養(yǎng)殖區(qū).首先根據(jù)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的二類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)表層海水的主要水質(zhì)因子進(jìn)行總體評(píng)價(jià),對(duì)海域內(nèi)各個(gè)季節(jié)的主要污染因子進(jìn)行分析.根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果,pH和DO在4個(gè)季節(jié)均沒(méi)有超標(biāo).COD僅在春季有20%的站位超過(guò)二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),其他季節(jié)均滿足二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求.油類在春季有4個(gè)站位超標(biāo),占16%,在夏季未有超標(biāo)現(xiàn)象,而在秋季和冬季幾乎全部超標(biāo),其中秋季全部超標(biāo),冬季僅有1個(gè)站未超標(biāo).從圖8中也可知,秋季油類含量全部超過(guò)0.05mg/L. DIN在春季有2個(gè)站,夏季有4個(gè)站,秋季有1個(gè)站超標(biāo),冬季不超標(biāo).DIP在春季有3個(gè)站,夏季有6個(gè)站超標(biāo),秋冬季未超標(biāo).BOD5在春夏季未超標(biāo),在秋季有8個(gè)站,超標(biāo)率為32%,冬季有2個(gè)站超標(biāo).總體來(lái)看本海區(qū)的水質(zhì)狀況良好,但秋冬季的污染程度較春夏有所增加,石油類是秋冬季節(jié)的主要水質(zhì)污染因子.

由于本海域用海情況的復(fù)雜性,核電的特殊用海區(qū)內(nèi)有大面積海水養(yǎng)殖和一個(gè)航道清淤傾倒區(qū),同時(shí),核電用海區(qū)又被連云港港口用海區(qū)和徐圩港口用海區(qū)包圍.對(duì)不同區(qū)域按照各自區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)的海洋環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)顯示,核電用海為二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),無(wú)變化;港口用海為四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),主要評(píng)價(jià)結(jié)果變化區(qū)域?yàn)檎{(diào)查區(qū)域南側(cè)部分(有6個(gè)調(diào)查站位,A13、A14、A15、A23、A24和A25),即徐圩港區(qū)用海區(qū)域.具體為秋季和冬季的石油類超標(biāo)站位各減少6個(gè),DIP春季和夏季各減少2個(gè)超標(biāo)站位,BOD5秋季減少3個(gè)超標(biāo)站位.

田慧娟等[14]和李貴林等[22]對(duì)連云港連島附近海域長(zhǎng)期的(1996~2010)海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,顯示氮、磷污染物是連云港連島附近近岸海域的主要污染物,這也與本調(diào)查結(jié)果顯示的DIN和DIP含量較高區(qū)域分布于近岸海域的結(jié)論一致.1996~2000年連島海洋監(jiān)測(cè)站附近海域DIN的含量均值為0.19mg/L,此后2001~2005年,均值上升到0.24mg/L,已超過(guò)二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),甚至在2003和2005年的峰值超過(guò)了0.40mg/L,超過(guò)三類海水標(biāo)準(zhǔn)[14].本研究在其附近站位(A41)的DIN年均值為0.16mg/L,相比有所降低,但在夏季和秋季的監(jiān)測(cè)值(0.23mg/L)依然與2001~2005年的平均值非常接近的.王敏等[23]對(duì)連島東側(cè)海域2008年和2009年水質(zhì)狀況的研究顯示此海域的主要污染物是COD和DIN,2008年DIN的含量平均值為0.35mg/L,2009年均值為0.13mg/L,李貴林等[22]研究表明2006~2010年DIN年均值在0.17~0.20mg/L之間,2008年含量最高為0.20mg/L,與本次調(diào)查的年平均值非常接近,從季節(jié)間的數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)除冬季較低外,其他季節(jié)的DIN含量仍相對(duì)較高,這說(shuō)明整個(gè)連云港近岸海域的DIN污染狀況一直處于相對(duì)平緩的狀態(tài).從季節(jié)間的數(shù)據(jù)對(duì)比看,各要素在年度內(nèi)的變化仍相當(dāng)明顯,冬季COD、DIN和DIP的含量?jī)H為其他季節(jié)最高值的17%~29%,即便與年均值相比最高也僅有41%(表2).

表2 連云港港近岸海域近年來(lái)海水水質(zhì)主要化學(xué)要素對(duì)比(mg/L)

注:以上數(shù)據(jù)為各水質(zhì)要素的含量平均值.“NA”為文獻(xiàn)中無(wú)相應(yīng)數(shù)據(jù)或無(wú)法根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算.

2.5 環(huán)境因子之間的關(guān)系

采用SPSS 18.0對(duì)4個(gè)航次的環(huán)境因子做相關(guān)性分析,結(jié)果如表3所示.溫度是控制水環(huán)境變化的關(guān)鍵因素,主要表現(xiàn)在控制海水的物理場(chǎng)和生物活性;海水DO主要受溫度的控制,一般近海水體DO主要來(lái)源于海-氣交換[23],溫度的升高降低了DO的飽和度,使得夏季DO濃度普遍較低;Chl-a與溫度的顯著正相關(guān)表明溫度的升高促進(jìn)了水體浮游植物的生長(zhǎng).

鹽度與氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽均呈顯著負(fù)相關(guān),反映了陸源輸入對(duì)近海營(yíng)養(yǎng)鹽分布的影響,這也是營(yíng)養(yǎng)鹽呈近岸高離岸低分布的主要原因.Chl-a與營(yíng)養(yǎng)鹽的顯著正相關(guān)反映了浮游植物的生長(zhǎng)受營(yíng)養(yǎng)鹽的限制;同時(shí)Chl-a與DO的顯著負(fù)相關(guān),進(jìn)一步證實(shí)了海-氣交換是影響水體DO的主要因素,浮游植物光合作用產(chǎn)氧量對(duì)水體DO的補(bǔ)充貢獻(xiàn)相對(duì)有限;另外,Chl-a與COD呈顯著正相關(guān)(<0.01),反映了海源有機(jī)物對(duì)氧消耗的作用,同時(shí)近海較高的富營(yíng)養(yǎng)化水平加劇了有機(jī)污染的風(fēng)險(xiǎn).

進(jìn)一步對(duì)核電工程影響區(qū)域(A、A0、A01、A11、A21和A31)與其他區(qū)域進(jìn)行對(duì)比分析,兩類區(qū)域中懸浮顆粒物和DIN均具有顯著性差異(<0.05),其他參數(shù)不存在顯著性差異,表明核電工程等人類活動(dòng)對(duì)近海水體的影響主要體現(xiàn)在泥沙的輸送方面,懸浮顆粒物的增加可能進(jìn)一步導(dǎo)致其所吸附的DIN的釋放,因而間接增加了水體DIN的濃度.

表3 連云港近海主要水質(zhì)因子之間的相關(guān)關(guān)系

注: **表示顯著性水平為0.01;*表示顯著性水平為0.05;=100.

3 結(jié)論

3.1 連云港近海2009年5月~2010年1月的水質(zhì)狀況總體良好,各要素在海區(qū)內(nèi)的空間分布不均,季節(jié)變化明顯.COD、DIN、DIP、BOD5和石油類在不同季節(jié)均有不同程度的超標(biāo)情況,秋冬季的污染程度相對(duì)于春夏季有所增加,石油類是秋冬季節(jié)主要水質(zhì)的污染因子且超標(biāo)率較高.與歷史資料相比DIN污染狀況未有明顯增加.

3.2 調(diào)查期間該海域處于富營(yíng)養(yǎng)化水平臨界狀態(tài)且季節(jié)性富營(yíng)養(yǎng)化非常明顯.有機(jī)污染狀態(tài)與富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)在季節(jié)間的變化和空間分布具有規(guī)律相似性,均是在春季和夏季呈現(xiàn)污染和富營(yíng)養(yǎng)化的狀態(tài),而秋季和冬季則相對(duì)有所減輕.

3.3 相關(guān)性分析顯示Chl-a與營(yíng)養(yǎng)鹽和COD呈現(xiàn)顯著正相關(guān),與溶解氧呈顯著負(fù)相關(guān).調(diào)查海域海洋環(huán)境現(xiàn)狀的時(shí)空變化規(guī)律研究結(jié)論、富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)和有機(jī)污染狀態(tài)的分析和評(píng)價(jià)結(jié)果,以及環(huán)境因子之間的關(guān)聯(lián)分析結(jié)論顯示日益增強(qiáng)的人類活動(dòng)對(duì)近海海洋環(huán)境的顯著影響.

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Nutritional status and temporal spatial variations research in the Lianyungang coastal area.

Wang Yi-bin1,2, Shao Shuai3, Ma Yong-xing2, Liu Jun2, Ran Xiang-bin2, Zhang Ai-jun2, Zhou De-shan3, Guo Pei-fang1*, Zang Jia-ye2

(1.College of Oceanic and Atmospheric Sciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China；2.First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao 266061, China；3.Marine Environmental Monitoring and Forecasting Center of Lianyungang, Lianyungang 222000, China)., 2017,37(10)：3899~3909

Based on the data obtained in the coastal waters of the Lianyungang coastal area in Jiangsu Province from May 2009 to January 2010, the distribution of temperature, salinity, dissolved oxygen, COD, DIN, DIP and petroleum hydrocarbons were analyzed, and the temporal spatial variations of nutrient level and organic pollution situation were evaluated using methods such as water quality standards index, eutrophication index, nutrient quality index and water organic pollution evaluation index. Combined with historical data, and the trend of major pollution elements in this area and expound the present situation of marine environment were discussed. The environment qualityof sea water was better in spring and summer, while the pollution degree increased in autumn and winter in the Lianyungang coastal area. Oils were the main pollutionin autumn and winter. Eutrophication and organic pollution were observed in spring and summer based on eutrophication and organic pollution evaluation indexes. And there were some similarities between the eutrophication and organic pollution spatial distribution in spring and summer. The correlation analysis suggested there was a significant positive correlation between chlorophyll a and nutrient, and between chlorophyll a and COD, while negatively correlation between chlorophylland dissolved oxygen (<0.01), implying the robust correlation between the growth of plankton and the content of environmental elements. This study will provide a basic support for the development and utilization of marine resources and environmental protection in Lianyungang coastal area, and a scientific basis for marine management to carry out ecosystem management based on marine resources.

Lianyungang coastal；marine environment；ecological environment investigation；nutritional status；environmental status evaluation

X55;P76

A

1000-6923(2017)10-3899-11

王以斌(1983-),男,山東淮坊人,助理研究員,博士研究生,主要研究方向?yàn)楹Ｑ笊鷳B(tài)環(huán)境與海洋生物學(xué).發(fā)表論文40余篇.

2017-03-30

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41376093);中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2017Q10)

* 責(zé)任作者, 教授, pfguo@ouc.edu.cn