唐山祥云灣海洋牧場水質的變化規律與評價

葉敏 崔晨 張秀文 趙祺 張云嶺 齊遵利

摘 要：為了解祥云灣人工礁區的水質情況，2019—2020年對祥云灣海洋牧場海水環境條件進行調查，結果顯示：海水鹽度變化不大，平均為30.91‰，礁區透明度低于對照區。溶解氧含量在9月最高，變化范圍為810～8.81 mg/L。COD含量在3月最高，9月最低，濃度變化范圍為0.83～1.48 mg/L。活性磷酸鹽含量變化范圍為0.01～0.02 mg/L，礁區的DIN含量比對照區高。海域環境處于磷中等限制潛在性富營養水平。

關鍵詞：祥云灣;營養鹽;富營養化;評價

渤海是唯一深入中國大陸的接近封閉性的淺海，主要由渤海灣、遼東灣、萊州灣/中央海盆地以及渤海海峽組成，幾乎被整個大陸所環繞[1]。由于上世紀過強力度的捕撈和環境的污染，嚴重損害了海洋生物的棲息環境，海洋生態環境的修復成為了許多科學工作者的研究目標[2]。海洋牧場（marine ranching）的出現，引發了大量海洋工作者的興趣，研究表明，海洋牧場在生物資源量、生物種類恢復方面有著不可替代的地位[3]。

祥云灣海洋牧場位于河北省唐山京唐港南部海域，海水營養鹽是牧場區浮游生物生長的基本要素[4]。為了解人工魚礁區的水質情況，對祥云灣海洋牧場海域進行水環境調查、評價，探索海水營養鹽的變化規律，為祥云灣海洋牧場的健康發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 采樣站位與時間

本研究地點為祥云灣海洋牧場人工魚礁區，礁區內設6個站位，分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6，對照區設3個站位，分別為L7、L8、L9（如圖1）。站位坐標分別為39°8.994'N 118° 58.695'E、39°9.081'N 118°59.094'E、39°9.174'N 118°59.489'E、39°8.941'N 118°58.867'E、39° 8.999'N 118°59122'E、39°9.050'N 118°59.365'E、39°7.170'N 118°58.382'E、39°7.584'N 118°59.623'E、39°8.052'N 119°0.684'E。

調查時間在2019年9月、2019年12月、2020年3月、2020年6月。

圖1 海洋牧場礁區調查站位圖

1.2 測定方法

按照《海洋監測規范》（GB 17378-2007）[5]進行海水測定樣品的采集、檢測。其中，DIN為三氮之和。采集表層和底層的水樣進行水質分析，氨氮、硝態氮、亞硝態氮、活性磷酸鹽、化學需氧量分別用次溴酸鈉氧化法、鎘柱還原法、萘乙二胺分光光度法、磷鉬藍分光光度法、堿性高錳酸鉀法，水溫、水深現場測定，鹽度用鹽度計測定帶回實驗室的水樣。

1.3 評價方法

1.3.1 潛在富營養化評價 目前，國內常用的富營養化評價方法是郭衛東等[6]提出的潛在性富營養化評價公式，劃分規則見表1。

1.3.2 N/P值 研究表明， N/P>20時，P不足，磷會限制藻類的生長;N/P<13時，N不足，氮則會成為限制藻類成長的影響因素[7]。

1.3.3 單因素指數法 單因素評價的公式為：Pi=Ci/C0

式中，Pi為單因素指數，Ci為環境因子的實測值，P0為環境因子的標準值，標準值參考《人工魚礁資源養護效果評價技術規范》（SC/T 9417-2015）[8]。

1.3.4 數據分析 用SPSS19.0軟件進行數據分析，利用單因素方差（One-way ANOVA）、Pearson雙因子對海水水質進行相關性分析，P<0.05為顯著水平，P<0.01為極顯著水平。

2 水環境檢測結果與評價

2.1 溫度、鹽度、pH值、透明度的分布

礁區內、外海水pH值、鹽度變化范圍不大，上下浮動較小，pH值在8.0左右，保持在弱堿狀態，鹽度在30‰左右。表層與底層的水溫相差不大，在0～2 ℃范圍內變化。海水平均透明度，礁區內12月稍高，其他季節差別不大，礁區內外的透明度差別不明顯，最高為1.40 m，最低為053 m（表2）。

通過單因素方差分析，礁區內四個月份的pH值、透明度存在顯著差異（P<0.05），礁區內12月、6月顯著高于9月、3月（P<0.05）。

2.2 溶解氧與化學需氧量的分布

同時期礁區內外溶解氧濃度相比，礁區9月、6月分別高于對照區，12月、4月溶解氧濃度低于對照區，溶解氧濃度變化范圍為8.00～871 mg/L（圖2）。礁區的COD含量在9月最低，為0.83 mg/L;3月最高，為1.48 mg/L，對照區變化趨勢與礁區相似，COD含量比對照區較低（圖3）。

通過單因素方差分析得知礁區9月、3月、6月的溶解氧含量顯著高于12月（P<0.05），礁區DO的含量與對照區相比差異不顯著（P>0.05）。礁區內海水COD含量存在季節性差異，9月海水COD含量極顯著低于12月、3月、6月（P<001）。通過單因素方差分析得知礁區9月、3月、6月的溶解氧含量顯著高于12月（P<0.05），礁區DO的含量與對照區相比差異不顯著（P>0.05）。礁區內海水COD含量存在季節性差異，9月海水COD含量極顯著低于12月、3月、6月（P<0.01）。

2.3 營養鹽的分布

礁區與對照區活性磷酸鹽含量在12月最高，其次是9月，6月含量最低。礁區、對照區DIN含量、硝態氮變化趨勢相同，均為9月最高，12月次之，6月最低。DIN、硝態氮的變化范圍分別為008～0.2 mg/L，0.05～0.11 mg/L。同年對比，人工魚礁區的DIN比對照區都高。礁區內外氨氮、亞硝態氮含量差別不大，含量最高的為9月，9月氨氮含量的變化范圍為0.03～0.07 mg/L（圖4）。

經單因素方差分析， 9月海水中活性磷酸鹽的含量顯著高于3月、6月（P<0.05）;12月顯著高于9月、3月、6月（P<0.05）。各季節DIN的含量兩兩之間均具有顯著性（P<0.05）。9月氨氮極顯著高于其他月份（P<0.01），12月、3月氨氮極顯著低于其他兩個月份（P<0.01）。4月份、6月硝態氮含量極顯著低于其他兩個月份（P<001）。9月亞硝態氮含量極顯著高于其他季節（P<0.01）。

2.4 單因子指數評價

如表3所示，9月、12月和3月，礁區及對照區的無機氮、活性磷、溶解氧、化學需氧量、pH值都在海水二類水的范圍內。pH值常年呈弱堿性，比較穩定（表3）。

2.5 潛在性富營養評價

9月、12月、3月和6月，礁區及對照區的整體水質水平處于磷中等限制潛在性富營養狀態;投礁之前，海區的水質狀態處于磷限制中度富營養，水質由中度富營養轉變為潛在性富營養，礁區整體處于磷中等限制潛在性富營養狀態（表4）。

未投放人工魚礁之前，海水中N/P比為3200，投礁之后，礁區與對照區除了12月外，整體上都高于投礁之前的N/P比，是投礁之前的1倍多。海水N/P比整體呈現礁區>對照區的趨勢，這種變化在3月、6月表現更為明顯。

3 分析與討論

海水溫度、鹽度是影響水生生物分布的重要因素，海水透明度有從渤海灣中央向沿岸地區逐漸減小的趨勢[9]。礁區水溫9月、12月、3月、6月的平均溫度分別為23.46、7.98、10.67、21.32 ℃，上下層水溫的變化范圍為0～2 ℃，上下水溫的變化主要與水深有關。鹽度的季節變化與海洋牧場生態環境的變化、海洋現象的發生相關[10]。礁區平均鹽度為30.91‰，主要是由于礁區處于祥云灣的灣口，容易受到渤海中部冷水輸入的影響，該結果與張海波等在2018年做的調查基本吻合[11]。祥云灣海洋牧場人工魚礁區海水透明度在同時期內低于對照區，可能是由于人工魚礁區位于祥云灣灣口，離岸邊較近，營養鹽豐富、懸浮物含量高的原因。

海水DO是海洋環境中重要的生源要素，在海洋生物的光合作用、呼吸作用、硝化反應中不可或缺[12]。海水溶解氧的變化范圍為8.00～8.71 mg/L，海水中溶解氧含量呈現9月最高，12月最低的變化趨勢，可能是與利奇馬臺風剛過，導致溶解氧濃度增加有關[13]。

COD可以間接反映海水有機污染的污染程度，其值越高，表明海水水體的有機污染就越嚴重[8]。礁區內3月COD含量最高，達到1.48 mg/L;含量最低為9月，為0.83 mg/L，主要是因為3月，渤海地表徑流增加，使得海水中有機物、耗氧物質都有所增加，9月渤海海域臺風剛過，水體流動性好，降解作用更好[14]。COD各月份含量均小于2 mg/L，處于海水一類水標準內，低于海水發生赤潮的COD的臨界值[15]。

營養鹽是海水浮游植物生長、繁殖必須的物質，同時也是控制海洋初級生產力的主要因子之一[16]。礁區DIN含量的變化范圍為0.08～0.20 mg/L，9月含量最高，12月次之，3月最低，可能是由于臺風期間，大量的雨水將陸源有機物沖入海中，通過生物生化作用將N、P元素釋放在水中，使得9月DIN的含量最高[17]。9月、12月與3月DIN濃度較高的原因是礁區水質除了受到周圍養殖活動影響之外，可能還與近年來祥云灣旅游發展迅速，受到其他人為活動的影響，使得海水營養鹽濃度升高。

投礁之后，除了12月外，海域N/P增加，是投礁之前的1倍多，從N/P看，礁區和對照區受P限制，其營養鹽結構主要以P限制為主，成為浮游生物的主要限制因子，這與歷史數據相吻合，DIN含量和N/P比一直處于較高水平[18]。限制潛在富營養評價指標顯示，海區整體處于磷中等限制潛在性富營養。投礁之前，海水在磷限制中等富營養水平，從而可以看出，海洋牧場水體向著富營養水平的方向發展。但是因為受到海水中磷的限制，海洋牧場仍然處于磷中等限制潛在性富營養水平。海水潛在富營養評價與富營養指數的判定結果相吻合，即我國近海岸水域普遍處于磷限制潛在性富營養水平[19]。

4 小結

海水鹽度全面變化不大，平均為30.91‰，海水水溫上下層之間變化范圍為0～2 ℃，礁區海水透明度低于對照區。海水溶解氧含量在9月最高，變化范圍為8.00～8.71 mg/L。海水COD含量在12月最高，9月最低，整體低于國家一類水標準。硝態氮含量在海水營養鹽含量中占比最高，是構成DIN的主要成分，DIN濃度在3月份最低，9月最高。活性磷酸鹽含量12月最高、6月最低，與對照區含量差別不大，平均為0.01 mg/L。通過潛在性富營養評價得知，祥云灣海域水質整體處于磷中等限制潛在性富營養水平。

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Analysis on the phytoplankton community structure of the ocean ranch in Xiangyun Bay

YE Min1，CUI Chen1，ZHANG Xiuwen1，ZHAO Qi2， ZHANG Yunling2， QI Zunli1

（1.College of Oceanography，Hebei Agricultural University，Qinhuangdao，063003，China;2.Tangshan Ocean Ranch Industrial Co.，Ltd.，Tangshan，063611，China ）

Abstract：In order to understand the water quality of the artificial reef area，the seawater environmental conditions of the Xiangyun Bay Marine Ranch was investigated from 2019 to 2020. The results showed that the salinity of the seawater did not change much， with an average of 30.91‰， and the transparency of the reef area was lower than the control area. The dissolved oxygen content was the highest in September， with a range of 8.10～8.81 mg/L. The COD content was the highest in March and the lowest in September， and the concentration range was 0.83～1.48 mg/L. The range of active phosphate content was 0.01～0.02 mg/L， and the DIN content in the reef area was higher than that in the control area. The marine environment is at a potential eutrophication level with moderate phosphorus restriction.

Key words：Xiangyun Bay; nutrients; eutrophication; evaluation

（收稿日期：2020-12-02;修回日期：2020-12-22）