福建省近岸海域水體氮磷時空分布特征

陳奇亮

(福建省福州環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 福州 350007)

近年來隨著城市建設(shè)快速發(fā)展、人口急劇增長，入海陸域排污量不斷增加[1]。其次，長江附近大量的農(nóng)業(yè)種植所造成的面源污染也對東海、黃海營養(yǎng)鹽的大幅增加做出了貢獻(xiàn)[2-3]。與此同時，福建省周邊海域海水養(yǎng)殖所造成的排污量同樣不容忽視。生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2017中國近岸海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》顯示九個重要海灣中位于福建省近岸海域的閩江口區(qū)域水質(zhì)較差，其水質(zhì)的富營養(yǎng)化已引起省市政府、環(huán)保部門和社會媒體的高度關(guān)注。

海水水質(zhì)富營養(yǎng)化被定義為因水體營養(yǎng)鹽富集而致使海水中藻類加速生長、干擾海洋中高等植物系統(tǒng)平衡穩(wěn)定、影響水體水質(zhì)的現(xiàn)象[4]。近年來，關(guān)于近岸海域高營養(yǎng)物質(zhì)的排放所造成的海水富營養(yǎng)化已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)[5]。李瀟等[6]采用單項(xiàng)指數(shù)法以及富營養(yǎng)化指數(shù)法分析評價(jià)了杭州灣表層海水中營養(yǎng)鹽的污染現(xiàn)狀。石敏[7]采用分指數(shù)的平均值和最大值的平方和的尼羅梅法[8]對近岸海域環(huán)境功能區(qū)的海水水質(zhì)進(jìn)行了綜合評價(jià)。隋琪等[9]通過對冬、春季渤海海域的調(diào)查，采用潛在性富營養(yǎng)化評價(jià)模式對渤海總體富營養(yǎng)化水平進(jìn)行了評價(jià)。為了加強(qiáng)近岸海域的污染防治，福建省人民政府印發(fā)《福建省水污染防治行動計(jì)劃工作方案》，研究建立重點(diǎn)海域排污總量控制制度，編制實(shí)施近岸海域污染防治方案；開展主要河口環(huán)境綜合整治，其中重點(diǎn)開展閩江口、九龍江口等河口的綜合治理和整治修復(fù)[10]。

筆者選取無機(jī)氮和活性磷酸鹽作為研究區(qū)域水質(zhì)營養(yǎng)化的主要代表因子，采用單因子評價(jià)方法[4]，分析了福建省近岸海域無機(jī)氮和磷酸鹽的時空分布規(guī)律。通過對其成因的研究，提出相關(guān)治理措施，為東海海域的生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究材料

1.1 研究區(qū)域

東海作為我國四大近海之一，位于我國大陸的東面，西北與黃海相接，東北以韓國濟(jì)州島東端至日本九州野姆崎角的連線與朝鮮海峽溝通，南經(jīng)臺灣海峽與南海相連。其海岸線北起江蘇省啟東角，南至福建省詔安鐵爐港[11]。鄰近福建省的東海海域大陸海岸線長約5 700 km，總面積約77×104km2，包括寧德市、福州市、莆田市、泉州市、廈門市和漳州市，閩江、九龍江、鰲江等入海河流，福建省東海近岸海域共有91個監(jiān)測站位(圖1)。

1.2 研究方法

采用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)對近岸海域環(huán)境功能區(qū)海水水質(zhì)進(jìn)行評價(jià)。2015年豐水期、平水期、枯水期近岸海域監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于福建省環(huán)保廳官網(wǎng)[12]。海域水質(zhì)評價(jià)方法主要采用單因子評價(jià)方法[13]，將無機(jī)氮和活性磷酸鹽濃度值與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對比，給出各評價(jià)因子的超標(biāo)倍數(shù)，其計(jì)算方法如下：

其中，Ii為單指數(shù)，Ci為污染物的實(shí)測濃度，Csi為環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。若Ii>1，表明該水質(zhì)參數(shù)超過了規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)不能滿足使用要求。

其中，B為超標(biāo)倍數(shù)，Ci為污染物的實(shí)測濃度，Csi為環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。利用計(jì)算所得數(shù)據(jù)繪制無機(jī)氮、活性磷酸鹽時空分布圖。

2 海域水質(zhì)營養(yǎng)化時空變化

2.1 無機(jī)氮時空變化

基于2015—2017年水質(zhì)監(jiān)測信息，各監(jiān)測站位無機(jī)氮和活性磷酸鹽三年濃度平均值、超標(biāo)倍數(shù)、最大值以及最小值見表1，各地市無機(jī)氮和活性磷酸鹽超標(biāo)率見表2，各監(jiān)測站位水質(zhì)類別見圖2。由表1可見，東海南部海域過去三年無機(jī)氮的平均濃度值為0.298 5 mg/L，達(dá)到海水II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其中共有30個監(jiān)測站位超標(biāo)，超標(biāo)倍數(shù)最高的為廈門市的F89監(jiān)測站位，超標(biāo)倍數(shù)為2.06。由表2和圖2可見，各監(jiān)測站位中，廈門市及寧德市附近海域水質(zhì)超標(biāo)率較高，水質(zhì)較差，其中廈門市2015至2017年無機(jī)氮超標(biāo)率高達(dá)58.54%，6個監(jiān)測站位的水質(zhì)類別為Ⅳ類，寧德市無機(jī)氮超標(biāo)率為55.34%，4個監(jiān)測站位的水質(zhì)類別為Ⅳ類。

表1 2015—2017年福建省近岸海域無機(jī)氮、活性磷酸鹽平均濃度、超標(biāo)倍數(shù)及最大最小值

續(xù)表1

續(xù)表1

續(xù)表1

表2 2015—2017年福建省近岸海域無機(jī)氮、活性磷酸鹽超標(biāo)率

圖3為2015—2017年東海南部海域豐平枯不同水期的無機(jī)氮超標(biāo)倍數(shù)分布圖，從空間分布看，無機(jī)氮濃度由近岸的海灣灣口不斷向外海遞減，廈門灣、羅源灣無機(jī)氮超標(biāo)嚴(yán)重，其主要是受廈門市附近的九龍江及寧德市附近的交溪兩條入海徑流的影響，其次海灣的地形特點(diǎn)也導(dǎo)致污染物易于聚集，難于擴(kuò)散。

從時間分布上來看，相較于豐水期和平水期，枯水期無機(jī)氮濃度明顯較高，其主要原因可能是枯水期徑流量較小，污染物濃度較高，在近岸海域無機(jī)氮積聚較多，無法擴(kuò)散至外海，使得其濃度值升高；其次，由于冬季海水溫度較低，浮游植物繁殖生長率明顯降低，吸收的無機(jī)氮較少[14]。

2.2 磷時空變化

各監(jiān)測站位活性磷酸鹽三年濃度平均值及超標(biāo)倍數(shù)見表1，相較于無機(jī)氮，研究區(qū)域活性磷酸鹽濃度超標(biāo)率明顯較低，所有監(jiān)測站位活性磷酸鹽三年平均值為0.019 3 mg/L，達(dá)到海水II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中共有15個監(jiān)測站位超標(biāo)，超標(biāo)倍數(shù)最高的為莆田市的F26監(jiān)測站位，超標(biāo)倍數(shù)為0.95。各監(jiān)測站位中，廈門市和寧德市附近海域活性磷酸鹽超標(biāo)率較高，水質(zhì)狀況較差，其中廈門市2015至2017年活性磷酸鹽超標(biāo)率為39.02%，寧德市超標(biāo)率為30.77%，同無機(jī)氮的分布規(guī)律相同，外海區(qū)域活性磷酸鹽的濃度明顯低于近岸海域，且受九龍江和交溪的影響，廈門灣和羅源灣的活性磷酸鹽的濃度也相對較高。

圖4反映了2015年至2017年豐平枯不同時期活性磷酸鹽的超標(biāo)倍數(shù)，由圖4可知，活性磷酸鹽的時空分布規(guī)律與無機(jī)氮基本一致，相較于豐水期和平水期，枯水期活性磷酸鹽濃度明顯較高，其原因與無機(jī)氮的時空變化原因相似。

3 海域氮磷污染成因分析

福建省附近東海南部近岸海域總體水質(zhì)能達(dá)到海水二類標(biāo)準(zhǔn)，廈門市、寧德市附近海域無機(jī)氮和活性磷酸鹽濃度較高，這與阮貞江等[15]于2013年得到的結(jié)論一致，其主要是受廈門市、寧德市海灣地形，以及九龍江、交溪等入海徑流所帶來的大量生活污水、工業(yè)點(diǎn)源、農(nóng)業(yè)面源等陸域污染物的影響[16-17]。根據(jù)鄭虹倩等[18]的研究數(shù)據(jù)表明，福建省海水養(yǎng)殖產(chǎn)量由1997年的188.2×104t上升至2011年的316.1×104t，游嵐[19]的研究數(shù)據(jù)也顯示2013年福建省海水養(yǎng)殖產(chǎn)量已達(dá)到354.9×104t，宗虎民等[20]的研究結(jié)果表明2014年全國海水養(yǎng)殖區(qū)氮、磷年產(chǎn)出量分別達(dá)到29.3×104t和9.7×104t，分別占江河總氮、總磷排海量的10.0%和36.1%，因此，不斷擴(kuò)張的海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)是造成東海海域水質(zhì)營養(yǎng)化程度較高的重要因素。其次，羅源灣、廈門灣、湄洲灣等臨港工業(yè)基地的發(fā)展也加大了海洋生態(tài)環(huán)境的壓力[21]。所以，為了防止東海南部海域富營養(yǎng)化程度加重，首先，應(yīng)加強(qiáng)對于沿海城市生活污水、農(nóng)業(yè)面源及水產(chǎn)養(yǎng)殖的管控，禁止直接將污水排放進(jìn)河口水體中，嚴(yán)格控制陸域污染物入河量；其次，嚴(yán)格控制外海區(qū)域的網(wǎng)箱養(yǎng)殖，減少人類活動給東海海域帶來的污染。

4 結(jié)論

福建省近岸海域總體水質(zhì)達(dá)到海水二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，無機(jī)氮和活性磷酸鹽各監(jiān)測站位三年平均濃度分別為0.298 5 mg/L和0.019 3 mg/L。

相較于豐水期和平水期，枯水期無機(jī)氮和活性磷酸鹽濃度明顯較高，主要是由于枯水期徑流量小，各類污染物在近岸海域積聚較多，難以擴(kuò)散。

廈門市、寧德市附近海域無機(jī)氮和活性磷酸鹽濃度較高，主要是受海灣地形以及廈門、寧德附近兩條入海徑流九龍江和交溪的影響。