江蘇啟東鄰近海域氮磷營養鹽分布特征、組成及營養水平評價*

周超凡 袁廣旺 彭 模 張 鵬

(1.江蘇省環境監測中心，江蘇 南京 210019；2.江蘇省海洋環境監測預報中心，江蘇 南京210019；3.廣東海洋大學化學與環境學院，廣東 湛江 524088)

海水中的營養鹽是浮游生物生存的物質基礎[1-2]。近年來，隨著我國沿海省市經濟社會的快速發展，人類的生產、生活活動會導致大量的陸源污染物排入近海[3-4],[5]2542,[6]。過量的營養鹽尤其是無機營養鹽的排放[7]，對近岸海域水質有著顯著的影響，進而引發一系列海洋生態環境問題[8-10]。營養鹽的含量以及結構特征直接影響浮游植物的構成，通常認為海水中N/P(摩爾比，下同)越接近Redfield比值(N/P=16)，越適宜浮游植物的生長[11]。近岸海域營養鹽的分布、構成不僅與浮游植物的生長消亡、季節變化有關系，而且和陸源徑流、水團運動等水文狀況息息相關[12]。江蘇啟東位于長江入海口北側、蘇北淺灘南端，三面環水，海岸線長，灘涂資源豐富，是重要的貝類、紫菜養殖區。啟東鄰近海域長期受到人類活動的影響，通呂河、蒿枝港河、協興河等市內入海河流攜帶了大量的營養鹽入海。

有學者對啟東相關海域進行了調查研究，發現該海域由于人類生產生活的影響，水質、生物生態、沉積物存在一定程度的污染[13-15]。但近年來，卻少見對啟東鄰近海域營養鹽濃度、組成和營養水平評價的報道。為豐富江蘇鄰近海域調查資料，科學評價啟東鄰近海域營養水平，本研究分析了啟東鄰近海域氮磷營養鹽濃度和組成季節分布特征，以期為相關部門科學調控啟東鄰近海域營養水平、為江蘇近海水質改善提供技術支撐。

1 研究方法

1.1 監測站位及項目

按照《海洋監測規范 第3部分：樣品采集、貯存與運輸》(GB 17378.3—2007)、《近岸海域環境監測規范》(HJ 442—2008)等規范的要求于2019年春季(4月)、秋季(10月)開展調查。24個水質監測站位見圖1，監測項目有水溫、鹽度、DO、COD、溶解無機氮(DIN)、溶解無機磷(DIP)等。水深超過10 m采集表層和底層水樣，不超過10 m采集表層水樣。用于測定DIN、DIP的水樣現場用0.45 μm濾膜過濾并冷凍。

注：春季2、3、6、12號和秋季1～3、5～10、12～17號站位水深超過10 m，其余站位僅采集表層水樣。

1.2 分析方法

DO、鹽度、水溫參數使用YSI水質多參數測定儀現場測定。COD按照GB 17378.4—2007采用堿性高錳酸鉀法測定，營養鹽按照《海洋監測技術規程第1部分：海水》(HY/T 147.1—2013)采用流動分析法測定，COD采用GBW(E)082139，DIP采用GSB 07-3167-2014，DIN采用GSB 07-3166-2014(硝酸鹽氮)、GSB 07-3165-2014(亞硝酸鹽氮)、GSB 07-3164-2014(氨氮)標準樣品進行質量控制，各個分析要素誤差均在1倍的不確定度之內，回收率為96%～104%。

1.3 營養水平評價方法

應用富營養化指數評價調查海域營養水平[16]，計算公式見式(1)。

E=(CCOD×CDIN×CDIP/4 500)×106

(1)

式中：E為富營養化指數；CCOD、CDIN、CDIP分別為COD、DIN、DIP的質量濃度，mg/L。E<1，表示水體未富營養化；E≥1，表示水體富營養化；1≤E≤3表示水體輕度富營養化；39表示水體重度富營養化。

2 結果與討論

2.1 DIN、DIP平面分布

2.1.1 DIN平面分布

調查海域水質要素數據統計見表1，氮磷營養鹽與環境因子的相關性分析見表2。DIN平面分布見圖2。春季表層DIN表現出南部高、北部低的趨勢，與COD、DO分布趨勢基本一致。春季表層DIN質量濃度為0.231～0.459 mg/L，平均質量濃度為0.354 mg/L。春季底層DIN質量濃度為0.257～0.493 mg/L，平均質量濃度為0.337 mg/L。表層DIN最高濃度出現在18號站位，底層DIN最高濃度出現在6號站位，均位于監測范圍的最南部。春季隨著氣溫逐漸升高，陸地徑流水溫變高，使得水溫呈現一定的近岸高、離岸低的分布趨勢。鹽度整體呈現南部低、北部高的趨勢，南部12個站位平均鹽度為27.78，北部12個站位平均鹽度為29.89。春季表層DIN與鹽度極顯著負相關，進一步說明了陸源徑流影響顯著。有研究表明，春季研究海域DIN含量可能受到長江沖淡水的影響[17-19]。研究區潮流特征主要受正規半日潮影響，在長江口海域存在一股沿啟東岸線向北至呂四港海域轉向東的余流[20]，對營養鹽的分布特征有著重要影響。相關性分析顯示，春季表層DIN與DO極顯著正相關，這是因為春季陸源徑流尤其是長江徑流排放了豐富的營養鹽，促進了浮游植物的生長，光合作用增強，使水體DO也有一定的增加。

圖2 調查海域DIN平面分布

表1 水質要素統計分析1)

表2 相關性分析結果1)

秋季表層DIN表現出近岸高、離岸低的趨勢，與COD、DO分布趨勢基本一致。DIN質量濃度為0.098～0.432 mg/L，平均質量濃度為0.224 mg/L，最高濃度出現在20號站位，位于協興河河口附近。秋季陸源徑流水溫變低，表層水溫、鹽度呈現向外海遞增且與DIN相反的分布趨勢。秋季表層DIN與鹽度表現為極顯著負相關，從鹽度季節性變化來看，春季平均鹽度明顯低于秋季，由于秋季長江由豐水期轉為枯水期，長江徑流影響減弱[21]27，啟東內陸源徑流影響相對增強，這說明了研究海域秋季表層DIN的平面分布受啟東內陸源徑流影響較大。秋季底層DIN質量濃度為0.124～0.209 mg/L，平均質量濃度為0.175 mg/L。表層平均濃度要比底層平均濃度高28.0%，主要是因為近岸站位表層DIN濃度普遍較高(近岸6個站位表層DIN平均質量濃度為0.356 mg/L)。底層DIN最高點出現在10號站位，底層DIN的分布較為復雜，總體上中部高、周邊低。

從時間分布來講，春季站位DIN平均質量濃度為0.355 mg/L，秋季站位DIN平均質量濃度為0.226 mg/L，春季比秋季平均濃度高57.1%。

2.1.2 DIP平面分布

DIP平面分布見圖3。春季表層DIP平面分布總體上也呈現出南部高于北部的趨勢，DIP同DIN顯著相關，說明研究海域氮磷營養鹽可能有相同的來源和歸宿，可能也受長江沖淡水的影響較大。春季表層DIP質量濃度為未檢出～0.012 mg/L，平均質量濃度為0.005 mg/L，底層DIP質量濃度為未檢出～0.004 mg/L，平均質量濃度為0.002 mg/L。春季表層DIP分布還有一定的近岸高、離岸低的特征，說明同樣存在著啟東陸源徑流影響的可能。此外，研究海域發達的水產養殖業也是影響海域水質的重要原因[22]。

圖3 調查海域DIP平面分布

秋季表層DIP濃度分布與表層DIN分布總體相似，即近岸高、離岸低，DIP同DIN均與鹽度極顯著負相關。秋季表層DIP質量濃度為0.007～0.022 mg/L，平均質量濃度為0.011 mg/L。最高濃度出現在20號站位，位于協興河河口附近，可能同樣受到啟東陸源徑流的影響。

秋季底層DIP的平面分布表現出離岸高、近岸低的趨勢，與表層DIP呈現相反的趨勢，與底層鹽度、COD、水溫分布趨勢一致，與DO分布趨勢相反。底層DIP質量濃度為0.008～0.015 mg/L，平均質量濃度為0.011 mg/L。最高濃度出現在3號站位，位于研究海域最外部。底層DIP與鹽度、水溫表現為正相關，與DO負相關，這說明底層DIP可能有不同于表層(陸源徑流)的來源補充，較暖的底層高鹽外海水團可能是其來源之一，也有可能是秋季浮游植物的繁殖消亡過程，使得有機質耗氧而分解產生了DIP，還可能與海底顆粒態無機磷釋放DIP相關[23]。

春季站位DIP平均質量濃度為0.005 mg/L，秋季站位DIP平均質量濃度為0.012 mg/L，秋季比春季平均濃度高140.0%，春季出現較低濃度的磷分布特征，這與王俊杰等[24]的研究一致，一方面長江沖淡水輸運的營養物質組成中含有較多的氮和較少的磷[25]，另一方面春季適宜的水溫條件下，隨著浮游植物的大量生長繁殖而過度消耗水體中的磷，更是加劇了磷相對匱乏的現象[26]。

2.2 氮磷營養鹽組成及季節性變化

春季站位DIN中硝酸鹽氮平均占比為91.0%(質量分數，下同)，氨氮占比為5.9%，亞硝酸鹽氮占比最小。秋季站位DIN中硝酸鹽氮平均占比為77.6%，氨氮占比為13.8%，亞硝酸鹽氮占比最小。硝酸鹽氮是春秋季DIN的主要存在形式，春季硝酸鹽氮占比高于秋季，春季氨氮占比低于秋季。有研究表明春季長江口門內硝酸鹽氮占比高達98.1%，氨氮占比僅為1.5%[21]21。有研究顯示[27]，啟東入海河流中氨氮以及COD是主要超標因子，生活污染和農業面源污染特征顯著。這也從另一方面印證了啟東鄰近海域春秋季氮磷營養鹽分布特征的主要影響因素，即長江沖淡水對調查海域春季氮磷營養鹽分布影響顯著，啟東陸源徑流對秋季氮磷營養鹽分布影響較大。

研究表明，浮游植物體內N/P正常值為12～22，海域中N/P在此范圍最有利于浮游植物生長[5]2544。調查海域N/P見圖4。春季站位N/P平均為288.0，遠遠高于Redfield比值，表明磷是該海域初級生產力的主要限制因素[28-29]。各站位變異系數高達109.4%，越是離岸區域表現越明顯，可能是因為近岸區域有陸源徑流排放營養物質的補充，離岸區域沒有補充來源[30]。由調查數據可知，浮游植物密度春季平均值為1.39×106個/m3，葉綠素a平均質量濃度為3.73 μg/L，豐富度指數為4.57。秋季浮游植物密度平均值為1.16×106個/m3，葉綠素a平均質量濃度為3.22 μg/L，豐富度指數為1.66。春季適宜浮游植物的生長，吸收了大量的氮磷營養鹽，更是加劇了N/P嚴重失調[31-32]。秋季站位N/P平均為42.7，各站位變異系數為27.2%，表明研究海域秋季N/P分布相對均衡。

圖4 調查海域N/P

2.3 營養水平評價

調查海域富營養化指數見圖5。春季站位富營養化指數為0.03～1.12，平均為0.34。秋季站位富營養化指數為0.22～2.41，平均為0.65。春季和秋季富營養化站位(E≥1)占比均為8.3%，春秋季表層富營養化指數呈現近岸站位高、離岸站位低的趨勢，說明近岸區域富營養化風險程度比離岸區域大。總體而言，研究海域營養水平較低。近年來隨著污染防治力度的升級，啟東近岸海域水質有所改善[33]。

圖5 調查海域富營養化指數

從局部分析，春季18號、20號站位E>1，18號位于監測范圍南部，近長江口北支。20號為近岸站位，近協興河口區域。秋季20號、23號站位E>1，23號為近岸站位，鄰近啟東蒿枝港河。可以看出，啟東鄰近海域尤其是部分河口區域仍存在富營養化的狀況，需要引起相關部門的重視。

3 結 論

(1) 平面分布上，啟東鄰近海域春季DIN、DIP分布主要表現出南部高、北部低的趨勢；秋季表層DIN、DIP分布表現出近岸高、離岸低的趨勢，而底層DIP分布與之相反，DIN分布特征不明顯。通過與環境因子相關性分析，進一步驗證了秋季表層、底層DIP可能有不同的來源。季節變化上，啟東鄰近海域春季站位DIN平均濃度要比秋季站位DIN平均濃度高57.1%，而秋季站位DIP平均濃度要比春季站位DIP平均濃度高140.0%。

(2) 啟東春秋季鄰近海域硝酸鹽氮是DIN的主要存在形式。春季研究海域硝酸鹽氮占比高于秋季，而氨氮占比低于秋季，啟東鄰近海域主要受長江沖淡水、啟東陸源徑流的影響，前者在春季影響顯著，后者則在秋季影響相對較大。春季N/P平均為288.0，各站位差異較大，磷是限制初級生產力的因素，秋季N/P平均為42.7，分布較為均衡。

(3) 啟東鄰近海域春秋季營養水平總體較低，但是部分河口區域仍存在富營養化的狀況。