大鵬灣近岸海域水質狀況與富營養化水平

黨二莎，龍超，張楠

1.廣州南科海洋工程中心 2.中國科學院南海海洋研究所，中國科學院熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室 3.中國科學院大學

富營養化是指水體隨著營養物質濃度的增加而導致營養狀況發生變化的過程[1]。近年來，我國近岸海水富營養現象較為嚴重，沿岸各海域均有不同程度的富營養化現象，一方面導致赤潮頻發，影響沿海漁業生產，另一方面引發赤潮的某些藻類能夠產生毒素，毒素在貝類和魚類體內積累會對人體健康產生影響。《2018年中國海洋生態環境狀況公報》[2]顯示，2018年我國管轄海域呈富營養化狀態的海域面積達56 680 km2，其中輕度、中度和重度富營養化海域面積分別為24 590、17 910和14 180 km2。現階段，國內外關于海水水質和富營養化評價的研究較多，常用的方法包括單因子評價法[3]、綜合評價法[4]、GIS空間插值法[5]、模糊評價法等[6]，研究成果主要集中在水質類別、水質污染程度及污染因子來源分析等方面，但針對富營養化程度和環境影響因子相關性方面的研究較少。

大鵬灣具有優越的地理位置和豐富的旅游資源，被稱為“黃金海岸”，具有重要的研究價值。目前，針對大鵬灣海水富營養化已開展的研究側重于污染因子時空分布[7]、環境容量計算[8]、赤潮成因分析[9]等方面，而鮮見對富營養化成因探討的研究。筆者以連續5年的實際調查數據為基礎，分析和評價了大鵬灣海域水質污染狀況及富營養化水平，探討了富營養化水平與環境因子鹽度之間的相關性，以期為相關管理部門制定海域水污染策略提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

大鵬灣位于深圳市東南部，毗鄰香港，東臨大亞灣，瀕臨南海，水域面積近400 km2，是一個半封閉的海灣。灣內漁業資源豐富，東部的南澳淺海養殖區是深圳重點海水增養殖區，面積達106 km2，西北部的鹽田港是四大國際中轉深水港之一。大鵬灣海域旅游業發達，有梅沙濱海等多個旅游度假區。隨著周邊地區經濟快速發展和人口的增長，大量工業、農業、第三產業和城鎮生活污水通過河流和地面徑流排放入海，加之海域內仍存在養殖現象，導致大鵬灣不僅接收了大量陸源污染物輸入，還遭受養殖帶來的內源污染釋放，使海水環境質量逐漸惡化[10]。

1.2 采樣站位布設及樣品采集

在大鵬灣近岸海域共布設12個(D1～D12)采樣站位(圖1)，2012—2016年連續5年分別于3月、5月、8月、11月進行海水水質監測。采用Niskin采水器現場采集水樣，水深小于10 m時，采集表層水樣；水深大于10 m時，采集表層、底層水樣進行混合。所有樣品均按照GBT 12763.1—2007《海洋調查規范 第1部分:總則》的方法進行采集、處理、保存、運輸和分析[11]。

注：D1—沙頭角灣；D2—鹽田商港；D3、D5—梅沙灣；D4、D6—大鵬灣中；D7—沙魚涌近岸；D8—金沙灣；D9—大鵬灣口1；D10—南澳灣；D11—公灣；D12—大鵬灣口2。圖1 大鵬灣近岸海域采樣站位示意Fig.1 Sampling locations in Dapeng Bay coastal area

1.3 監測指標及方法

1.4 水質評價

1.4.1單因子污染指數法

Qi=Ci/Si

(1)

式中：Qi為某監測站位指標i的污染指數；Ci為某監測站位指標i的實測值，mg/L；Si為指標i的水質標準值，mg/L。根據《廣東省海洋環境功能區劃(2011—2020)》[13]，大鵬灣海域主要為海洋功能區中的旅游休閑區和農漁業區，故執行GB 3097—1997《海水水質標準》中的第二類海水水質標準[14]。單因子污染指數法分級標準見表1。

表1 單因子污染指數法分級標準

1.4.2有機污染指數法

采用有機污染指數法對大鵬灣近岸海域水質污染情況進行評價，其計算公式[6]為：

(2)

式中:Q為有機污染指數；CCOD、CDIN、CDIP、CDO分別為CODMn與DIN、DIP、DO濃度的實測值；SCOD、SDIN、SDIP、SDO對應GB 3097—1997中第二類海水水質標準值，分別為3.0、0.3、0.03、5.0 mg/L。有機污染指數法污染水平等級劃分見表2。

表2 海水有機污染指數分級標準[6]

1.5 富營養化水平評價

1.5.1富營養化指數法

海水富營養化指數(E)參照鄒景忠等[15]提出的方法，其計算公式為：

E=CCOD×CDIN×CDIP×106/4 500

(3)

當E大于1時，表明水體呈富營養化，E越高，富營養程度越嚴重，詳細等級劃分見表3。

表3 海水富營養化水平分級標準[15]

1.5.2潛在性富營養化評價

參照郭衛東等[16]提出的以氮、磷營養鹽作為評價參數的富營養化評價模式進行潛在性富營養化評價。郭衛東等[16]認為，水體只有得到適量的磷(對磷限制水體而言)或氮(對氮限制水體而言)的補充，使氮磷比(N/P)接近Redfield值(C∶N∶P平均約為106∶16∶1)，這部分過剩的營養鹽才會導致海水富營養化水平提高，但實際上它們并不能被浮游植物所利用，未對實質性的富營養化作貢獻，這種現象稱為潛在性富營養化。潛在性富營養化評價法劃分標準見表4。

表4 潛在性富營養化劃分標準[16]

2 結果與分析

2.1 海域水質污染程度評價

2.1.1單因子污染指數

采用單因子污染指數法計算得到2012—2016年大鵬灣近岸海域各水質指標的年均單因子污染指數變化范圍和平均值，并對超標站位數和超標率進行統計，結果如表5所示。由表5可知，2012—2016年大鵬灣近岸海域水質狀況整體良好，各評價因子的年均單因子污染指數均低于1，滿足GB 3097—1997中第二類海水水質標準。2012—2016年各站位的DO濃度和CODMn均未超標，部分年份受到了石油類、DIN和DIP污染，尤其以石油類污染最為嚴重。石油類年度超標率2012年最高(41.7%)，其次為2013年(16.7%)，2015年和2016年均有1個站位超標，超標率為8.3%；DIP在2013年和2016年均有1個站位超標，超標率為8.3%，其他年份各站位均未超標；DIN僅2016年有1個站位超標，超標率為8.3%，其他年份各站位均未超標。可見，大鵬灣近岸海域主要受石油類、DIN、DIP的污染，其中2012年石油類污染嚴重。海水中石油類主要來源于過往船只排放的污油，根據2012—2016年《深圳市海洋環境質量公報》[17]，2012年深圳市鹽田港的巴拿馬貨輪發生2次單氰胺泄露事件，導致海水受到石油類的污染。DIN和DIP超標可能是受陸源污染和海域養殖污染的影響。

表5 2012—2016年大鵬灣近岸海域水質單因子污染指數

2.1.2有機污染指數

大鵬灣近岸海域10個采樣站位的有機污染指數見表6。由表6結合表2可以看出，大鵬灣近岸海域各年份絕大多數采樣站位有機污染處于清潔水平，少數采樣站位部分年份處于輕度污染和中度污染。從年平均值來看，有機污染指數表現為2013年最高，其次是2015年，2016年、2014年和2012年較低，但均處于清潔水平。從區域差異來看，沙頭角灣(D1)有機污染較嚴重，其中2015年最為嚴重，達到中度污染；其次是2016年，處于輕度污染；再次是2014年，處于較清潔水平；2012年和2013年處于清潔水平。沙頭角灣污染原因主要是深圳陸源污染排放以及特殊自然條件的限制所致，該灣口屬于半封閉水域，水動力條件差，水交換弱，排放物易富集[10]。2015年和2016年水質污染較嚴重的原因是鹽田污水處理廠尾水的排放，其排放標準閾值與第三類海水水質標準有一定的差距，污水處理廠尾水排放入海，海水對其稀釋作用緩慢，導致排放口附近海水水質超標[18]。此外，2013年大鵬灣中(D4、D6)區域的水體處于較清潔狀態，這可能是因為大鵬灣海域靠近吐露港，極易受港口生產活動的影響，2013年受港口船只活動和海風影響，污染因子向灣內流動，引起區域海水受到輕微污染。

表6 2012—2016年大鵬灣近岸海域有機污染指數

2.2 海域富營養化水平評價

2.2.1富營養化指數

大鵬灣近岸海域富營養化指數評價結果見表7。由表7結合表3可知，2012年大鵬灣近岸海域各采樣站位均處于低貧營養狀態，未呈現富營養化；2013年南澳灣(D10)處于高富營養狀態，其他采樣站位均表現為低貧營養；2014年沙頭角灣(D1)處于富營養狀態，其他采樣站位均表現為低貧營養；2015年和2016年的沙頭角灣口(D1)處于高富營養狀態，其他采樣站位均表現為低貧營養。從富營養化指數年均值來看，2012—2016年大鵬灣近岸海域富營養化呈現遞增趨勢。周毅頻等[19]于2000—2010年對大鵬灣海域DIN和DIP進行調查，結果表明DIN濃度年際變化趨勢平穩，DIP濃度年際變化呈較明顯的下降趨勢，而N/P的年際變化呈較明顯上升趨勢，且高N/P區域分布于南澳養殖場和沙頭角灣附近水域，與本研究的結果基本一致。沙頭角灣(D1)富營養化程度較高的原因在于其地理位置特殊，易受淡水污染物輸入的影響，DIN的輸入量遠大于DIP；另外，灣口浮游植物大量攝取磷酸鹽，也會導致磷酸鹽的濃度大大降低，使N/P偏離Redfield值。2013年南澳灣(D10)富營養化程度較高的原因可能與當年其附近養殖場餌料投放有關。

表7 2012—2016年大鵬灣近岸海域富營養化指數

2.2.2潛在性富營養化水平

大鵬灣近岸海域潛在性富營養化評價結果如表8所示。

表8 2012—2016年大鵬灣近岸海域潛在性富營養化評價結果

由表8可知，2012—2016年大鵬灣近岸海域的營養級主要集中在Ⅰ級(貧營養)，各年份處于Ⅰ級狀態的采樣站位比例均超過75.1%，說明海域整體富營養化水平較低，這與富營養化指數法的評價結果相吻合。同時，2013年處于磷限制中度營養和氮限制潛在性富營養狀態的比例分別為8.3%和8.3%，主要位于南澳灣和大鵬灣口等受人類活動和養殖排放影響較明顯的區域；2016年處于磷限制潛在性富營養狀態的比例為8.3%，主要位于沙頭角灣(D1)等易受水動力條件影響的區域。磷限制潛在性富營養或中度富營養說明水體中氮濃度大大超過了磷濃度，N/P不平衡，一般來說，沿岸和較封閉水域易發生磷限制潛在性富營養，沙頭角灣靠近陸域，易受陸域水體的影響，使氮、磷濃度不平衡。

2.3 富營養化指數與鹽度關系

海域的富營養化狀況與水體環境因子之間存在相關關系。水體環境因子影響營養鹽的水平和賦存狀態，而營養鹽水平和狀態的改變一定程度上會改變水體的理化性質，進而影響水體中其他物質的形態分布[20]。為探討富營養化水平的影響因素，對2012—2016年大鵬灣近岸海域水體鹽度與富營養化指數進行了線性回歸，結果如圖2所示。

圖2 2012—2016年大鵬灣海域富營養化指數和水體鹽度的關系Fig.2 Relationship between eutrophication index and salinity of Dapeng Bay coastal area in 2012-2016

由圖2可知，2012—2016年大鵬灣近岸海域富營養化指數與鹽度均呈負相關，表明該海域營養鹽主要由沿岸入海河流輸入，營養鹽分布受入海徑流量及外海海流的混合過程影響，這與相關學者提出的營養鹽和鹽度呈顯著負相關，咸淡水的混合作用對營養鹽的空間分布有顯著影響的研究結果一致[21-22]。

從年際變化來看，2012年和2015年鹽度與富營養化指數的負相關性較強，2013年、2014年、2016年鹽度與富營養化指數的負相關性較弱。該結果表明各年份引起海域富營養化的主要因子可能存在差異。夏斌等[23]于2007年8月對萊州灣及附近水域的調查結果表明，富營養化指數與鹽度的相關性不十分顯著，相關系數(R)為0.39(P>0.05，n=16)；張亮等[24]于2011年8月對萊州灣海域的調查結果表明，富營養化與鹽度呈顯著負相關，引起富營養化的主要因子是DIP，且DIP并非主要來自河流輸入，而是以有機物的分解礦化再生為主，該結果與本研究結果相似。根據有機污染指數和富營養化水平的研究結果可知，不同年份受污染的主要區域雖存在差異，但主要分布在沙頭角灣、大鵬灣口、南澳灣區域，而這3個區域接受外來污染的途徑不盡相同，如沙頭角灣易受陸源污染輸入的影響，大鵬灣口易受溢油事件的影響，南澳灣主要受養殖污染和陸源輸入的影響，也即不同區域接收外來污染的途徑不同，引起富營養化的主要因子可能不同。另外，不同年份采樣期間降水量的差異，也有可能引起富營養化指數和鹽度間相關性存在顯著差異。

3 結論

(1)大鵬灣近岸海域水質狀況良好，2012—2016年絕大多數采樣站位滿足GB 3097—1997第二類海水水質標準，僅沙頭角灣受到污染。海域水質年際變化呈現波動狀態，無明顯規律。

(2)大鵬灣近岸海域富營養化評價結果整體表現為低營養，2012—2016年富營養化水平呈上升趨勢，空間分布上僅沙頭角灣和南澳灣分別表現為富營養和高富營養狀態，潛在性富營養化水平主要集中在Ⅰ級(貧營養)。

(3)大鵬灣近岸海域富營養化指數與鹽度呈負相關，2012年和2015年鹽度與富營養化指數的負相關性較強，2013年、2014年、2016年鹽度與富營養化指數的負相關性較弱。不同外來污染源使引起海域富營養化的主要因子不同，由此導致不同年份富營養化指數和鹽度之間相關性存在顯著差異。