三門(mén)灣海域環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)及其年際變化

梁靜香，周永東，王忠明，徐開(kāi)達(dá)，張亞洲，王好學(xué)

（浙江海洋大學(xué)海洋與漁業(yè)研究所，浙江省海洋水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部重點(diǎn)漁場(chǎng)漁業(yè)資源科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江舟山 316021）

三門(mén)灣居中國(guó)海岸線(xiàn)中心區(qū)位，位于浙東沿海（28°57′-29°22′N(xiāo)，121°25′-121°58′E)，海岸線(xiàn)曲折，總長(zhǎng)304 m，海域總面積達(dá)775 km2，海灣的開(kāi)敞度為0.072，屬半封閉海灣[1]。三門(mén)灣為強(qiáng)潮海灣，平均潮差4.25 m，最大潮差可達(dá)7.75 m，潮流屬于往復(fù)流，一般落潮流速大于漲潮流速，最大漲潮流速達(dá)2 m·s-1，三門(mén)灣三面環(huán)陸，30 多條溪流注入海灣，為三門(mén)灣帶來(lái)了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，大量的浮游生物為各種海洋魚(yú)類(lèi)提供充足的餌料[2]。該海域由于島嶼眾多，海洋地質(zhì)地貌較為復(fù)雜，淺海資源和灘涂資源較多，是浙江省重要的魚(yú)、蝦、貝、藻等養(yǎng)殖基地和生態(tài)濕地，是浙江省沿海社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要依托，也是水產(chǎn)養(yǎng)殖資源最豐富的三大港灣之一[3]。

近年來(lái)在三門(mén)灣海域開(kāi)展了多次調(diào)查，都包含了對(duì)海域水質(zhì)和底質(zhì)狀況的調(diào)查和評(píng)價(jià)的內(nèi)容[4-10]。因其優(yōu)越的地理位置，適宜的氣候，有利于各類(lèi)生物棲息繁衍，三門(mén)灣成為浙江省重點(diǎn)海水養(yǎng)殖基地，但是隨著陸海人為活動(dòng)產(chǎn)生的大量污染物進(jìn)入三門(mén)灣，同時(shí)由于海灣內(nèi)水交換能力較弱，造成近岸海域水質(zhì)惡化，海洋生態(tài)環(huán)境退化和生產(chǎn)力下降，進(jìn)而影響到三門(mén)灣社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步健康發(fā)展，給海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)較大壓力，因此對(duì)其水域環(huán)境的再次調(diào)查研究很有必要。本文根據(jù)2015 年和2016 年的調(diào)查數(shù)據(jù)，并結(jié)合以往的調(diào)查資料，對(duì)三門(mén)灣海域水質(zhì)及底質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在了解近年來(lái)三門(mén)灣海域環(huán)境變化的趨勢(shì)及其與水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的關(guān)系，為三門(mén)灣環(huán)境保護(hù)合理規(guī)劃布局和對(duì)其養(yǎng)殖容量進(jìn)行估算提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 采樣及樣品處理

于2015 年11 月、2016 年2 月、5 月和8 月在浙江三門(mén)灣海域共設(shè)置8 個(gè)水質(zhì)和沉積物的調(diào)查站位（圖1）。水樣用有機(jī)玻璃采水器采集，沉積物采用Van Veen 采泥器采集。水質(zhì)測(cè)定項(xiàng)目有pH、DO、COD、DIP、DIN 和重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、As）。沉積物測(cè)定項(xiàng)目主要是重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As）。樣品的采集、貯存與運(yùn)輸和處理及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的分析測(cè)定均按照《海洋調(diào)查規(guī)范 第4 部分 海水化學(xué)要素調(diào)查》（GB/T 12763.4-2007）[11]和《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB 17378-2007）[12]的要求進(jìn)行。

圖1 三門(mén)灣調(diào)查站點(diǎn)示意圖Fig.1 Diagram of sampling sites in the Sanmen bay

1.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

三門(mén)灣海域主要為漁業(yè)區(qū)，因此選用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3097-1997）[13]，二類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)價(jià)；海洋沉積物質(zhì)量按《海洋沉積物質(zhì)量》（GB 18668-2002）[14]一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)

水質(zhì)評(píng)價(jià)采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法[15]，評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)值若大于1，則表明該因子超過(guò)了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定值，已不能滿(mǎn)足海洋功能區(qū)劃分的使用要求。

1.3.2 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

由于N、P 等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量的流入水體，當(dāng)其含量超過(guò)該水域的環(huán)境容量時(shí)，水體無(wú)法達(dá)到自然凈化，易出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化[16]。本文根據(jù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)E 值大小表示該海域的富營(yíng)養(yǎng)化水平[17]，當(dāng)E>1 時(shí)，說(shuō)明水體已達(dá)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。

1.3.3 沉積物重金屬污染的潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)

水體中重金屬含量很少，易受各種因素影響，且難降解，最終進(jìn)入沉積物中。由于累積作用，沉積物中重金屬含量比相應(yīng)水體中的含量要高，出現(xiàn)一定分布規(guī)律[18]。本文采用HAKANSON[19]提出的沉積物評(píng)價(jià)方法，對(duì)三門(mén)灣海域沉積物重金屬污染的潛在生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果

2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)

三門(mén)灣海域水質(zhì)現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 三門(mén)灣海域水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.1 Monitoring results of water quality of the Sanmen bay

表2 三門(mén)灣海域水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)Tab.2 Standard indices of water quality assessment of the Sanmen bay

秋、冬、春DIN 測(cè)值100%超出二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，夏季43.75%超出二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。秋季DIN 只有6.25%符合三類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，62.5%符合四類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，31.5%劣于四類(lèi)水，冬季100%屬于劣四類(lèi)水質(zhì)，春季68.75%屬于四類(lèi)，31.25%屬于劣四類(lèi)水質(zhì)，夏季56.25%屬于二類(lèi)水質(zhì)，12.5%屬于三類(lèi)水質(zhì)，18.7%屬于四類(lèi)水質(zhì)，12.5%劣于四類(lèi)水質(zhì)。

秋季DIP 測(cè)值81.25%超出二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，冬季25%超出二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，春、夏季均符合二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。秋季DIP 測(cè)值18.75%屬二類(lèi)、三類(lèi)水質(zhì)，75%屬四類(lèi)水質(zhì)6.25%劣于四類(lèi)水質(zhì)。冬季75%屬二類(lèi)、三類(lèi)水質(zhì)，25%屬于四類(lèi)水質(zhì)。春季100%屬于二類(lèi)、三類(lèi)水質(zhì)，夏季DIP 測(cè)值50%屬一類(lèi)水質(zhì)，37.5%屬二、三類(lèi)水質(zhì)，12.5%屬四類(lèi)水質(zhì)。

秋季和冬季pH 均超標(biāo)100%，其余均達(dá)到了相應(yīng)功能區(qū)的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。秋季COD 測(cè)值18.75%屬三類(lèi)水質(zhì)，6.25%屬四類(lèi)水質(zhì)；冬季6.25%屬于三類(lèi)水質(zhì)。DO 全年監(jiān)測(cè)值達(dá)到相應(yīng)功能區(qū)的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，重金屬（Cu、Pb、Zn、Cd、As）全年監(jiān)測(cè)值均達(dá)到相應(yīng)功能區(qū)的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2 沉積物現(xiàn)狀及評(píng)價(jià)

監(jiān)測(cè)海區(qū)中重金屬含量變化幅度不是很大，評(píng)價(jià)因子均符合海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表3、表4。

表3 三門(mén)灣海域沉積物重金屬含量監(jiān)測(cè)結(jié)果Tab.3 Monitoring results of heavy metals in sediments of the Sanmen bay

表4 三門(mén)灣海域沉積物評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)Tab.4 Standard indices of sediment quality assessment of the Sanmen bay

3 綜合分析

3.1 水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化程度分析

三門(mén)灣水域各季節(jié)平均營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)在1.46～8.48，呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。季節(jié)變化從高到低為冬季>秋季>春季>夏季，見(jiàn)表5。

表5 三門(mén)灣監(jiān)測(cè)海域各季節(jié)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)Tab.5 Seasonal eutrophication indices of the Sanmen bay

3.2 沉積物重金屬富集特征及潛在生態(tài)危害分析

重金屬各因子富集系數(shù)見(jiàn)表6。三門(mén)灣海域沉積物種重金屬元素的各季節(jié)平均富集程度（），除春季的Pb 和Zn 以及夏季的Pb 富集系數(shù)大于1 外，其他重金屬因子的富集程度均小于1，且各個(gè)季節(jié)的污染程度均小于8（表7），表明水體主要受Pb 和Zn 的污染。秋季由大到小依次為Pb>Cu>As>Zn>Cd>Hg；冬季為Pb>As>Cu>Zn>Cd>Hg；春季為Zn>Pb>Cu>As>Cd=Hg；夏季為Pb>As>Zn>Cu>Cd>Hg。

表7 三門(mén)灣沉積物重金屬污染程度（Cd）和潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）Tab.7 The pollution index(Cd) and ecological risk index(RI) of heavy metals in sediments of the Sanmen bay

春季的Pb 和Zn 以及夏季的Pb 的危害系數(shù)值大于其輕微生態(tài)危害的劃分標(biāo)準(zhǔn)值，其他重金屬均小于其輕微生態(tài)危害的劃分標(biāo)準(zhǔn)值，且各項(xiàng)重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)均小于40，表明三門(mén)灣海域沉積物環(huán)境中重金屬的潛在生態(tài)危害大部分非常輕微，屬于輕微生態(tài)危害范疇，對(duì)三門(mén)灣生態(tài)環(huán)境造成的潛在影響春季主要為Pb、Zn，夏季為Pb（表6）。

表6 沉積物中重金屬的參照值、毒性系數(shù)、富集系數(shù)和生態(tài)危害系數(shù)Tab.6 Reference values,toxic coefficients,accumulation coefficients,and potential ecological risk indices of heavy metals in sediments of the Sanmen bay

從總體潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)看，三門(mén)灣海域沉積物中重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)RI 均遠(yuǎn)小于150，為低潛在風(fēng)險(xiǎn)（表8）。

4 討論

4.1 水質(zhì)環(huán)境的變化及富營(yíng)養(yǎng)化成因探討

4.1.1 季節(jié)變化

本次調(diào)查秋、冬季富營(yíng)養(yǎng)化程度比春、夏季高，見(jiàn)圖2。4 個(gè)季節(jié)的DIN 和DIP 含量變化不大，而富營(yíng)養(yǎng)化程度在秋、冬季含量較高的原因可能是COD 值影響，見(jiàn)圖3。高生泉等[5]2002-2003 年在三門(mén)灣做的調(diào)查顯示，秋、冬季富營(yíng) 養(yǎng)化程度比夏季高，其認(rèn)為可能由于外海流影響，秋、冬季高營(yíng)養(yǎng)鹽的江浙沿岸流的南下對(duì)三門(mén)灣灣口區(qū)海域提供了豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

圖2 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的季節(jié)變化Fig.2 The seasonal changes of the eutrophication index

4.1.2 年際變化

本次調(diào)查結(jié)果與1997 年以來(lái)三門(mén)灣多次水化學(xué)調(diào)查資料[5-9,20]比較，由圖3 可見(jiàn)，三門(mén)灣水域DIN 的變化趨勢(shì)是春、夏、秋先增后降，冬季時(shí)先降后升；從變化趨勢(shì)圖上看，2009 年之后除冬季外DIN、DIP 有所下降，但秋季相較2012 年有所增加。結(jié)果表明，富營(yíng)養(yǎng)化狀況有所減輕。

圖3 三門(mén)灣DIN 和DIP 平均含量變化Fig.3 The DIN and DIP average content changes of the Sanmen bay

但三門(mén)灣水域各季節(jié)平均營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（E 值）在1.46～8.48，仍呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。水體中豐富的營(yíng)養(yǎng)鹽是赤潮發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)[21]，三門(mén)灣是一個(gè)半封閉海灣，海域受到灣內(nèi)沿岸陸地徑流的影響，使灣內(nèi)大部分水域具有低鹽、高營(yíng)養(yǎng)鹽的特征[20]。三門(mén)灣流域面積約3 160 km2[22]，入灣河流攜帶沿岸工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)肥源流失及生活污水，這是導(dǎo)致三門(mén)灣水域富營(yíng)養(yǎng)化的重要原因之一。

海水養(yǎng)殖自身污染是導(dǎo)致三門(mén)灣水域富營(yíng)養(yǎng)化的另一重要原因。2002 年三門(mén)灣海水養(yǎng)殖產(chǎn)量為24.2×104t[4]，2018 年三門(mén)灣海水養(yǎng)殖產(chǎn)量達(dá)27.7×104t，由于海水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，大量的殘餌和魚(yú)類(lèi)排泄物的分解增加了水體中的氮磷含量[23]。海水富營(yíng)養(yǎng)化成因較為復(fù)雜，為更全面掌握其具體成因，后續(xù)還需進(jìn)行綜合調(diào)查分析。

4.2 沉積物重金屬含量的變化

本次沉積物調(diào)查結(jié)果與1997 年以來(lái)三門(mén)灣多次底質(zhì)調(diào)查資料[6,8-9]比較（圖4），Cu、Pb 和As 含量變化不大，Zn 和Hg 的變化趨勢(shì)為先升后降，Cd 變化趨勢(shì)為下降。本次研究春季的Pb 和Zn 以及夏季的Pb 富集系數(shù)均大于1 以及其危害系數(shù)值大于其輕微生態(tài)危害的劃分標(biāo)準(zhǔn)值。