廣西北部灣海域水質污染調查與分析*

陶曉娉，吳 淼**，劉 熊，雷 富，何喜林

(1.南寧師范大學北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西南寧 530001；2.防城港市海域使用動態監管中心，廣西防城港 538001；3.廣西科學院廣西北部灣海洋研究中心，廣西近海海洋環境科學重點實驗室，廣西南寧 530007)

廣西北部灣海域位于北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性季風氣候，夏季高溫，擁有數條入海河流，由西至東分布有珍珠灣、欽州灣、廉州灣、鐵山港等港灣以及典型珊瑚生態保護區潿洲島，海洋生物資源十分豐富，牡蠣及各種魚類養殖業和海洋旅游業發達[1]。作為我國西部沿海沿江沿邊區域，廣西的區位優勢突出，從2008年《廣西北部灣經濟區發展規劃》至2020年《廣西加快發展向海經濟推動海洋強區建設三年行動計劃(2020-2022年)》發布，廣西北部灣經濟區發展了眾多臨海產業群，海洋產業發展迅速，由此產生的海洋環境問題有加重趨勢[2-5]。

海域水質污染調查與分析是海域污染防控、海洋生態保護修復與補償工作的基礎，常運用于海洋環境質量和生態保護成效評價工作中。單因子污染指數評價法、有機污染指數法以及綜合污染指數法是較為成熟的水質評價方法，常用于對水體和沉積物污染狀況評價。目前對廣西北部灣多個季節、多個海域的水質評價研究仍不多[6-9]。本研究根據2021年8月(夏季)以及2022年1月(冬季)廣西珍珠灣、欽州灣、廉州灣、鐵山港和潿洲島表層海水的數據，進行水質污染分析和評價，旨在為廣西北部灣海洋污染防控治理、完善海洋生態治理體系和海洋生態環境可持續發展提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

圖1 研究區域站位Fig.1 Sampling stations in the study area

1.2 數據處理與評價方法

運用《近岸海域環境監測技術規范 第十部分 評價及報告》[14]中的單因子污染指數評價法、《海灣生態監測技術規程》[15]中的有機污染指數法和1974年關伯仁[16]提出的綜合污染指數法分別對水質進行評價。當單因子污染指數(污染物i的污染指數，Pi)≤1時，表示該站位未受該因素污染，當單因子污染指數>1時，表示該站位受該因素污染，值越大污染越重。有機污染指數法和綜合污染指數法評價分級標準見表1。

表1 水質評價等級劃分標準Table 1 Classification standard of water quality evaluation

2 結果與分析

2.1 pH值

夏季pH值為7.38-8.09，均值7.79，單因子污染指數PpH為0.17-2.19，均值1.04，27個站位中共12個超標，超標站位分布情況為欽州灣6-10號站位，廉州灣2號站位和鐵山港16-21號站位(圖2)，其中欽州灣6號站位超標值(2.19)最大，8號站位次之(2.11)。冬季pH值為7.79-8.21，均值7.99，單因子污染指數PpH為0.00-1.03，均值0.49，22個站位中超標站位共3個，超標站位均分布于鐵山港，且單因子污染指數均為1.03，僅超過污染標準0.03(圖2)。夏季PpH超標站位個數、PpH超標值明顯高于冬季，夏季PpH超標站位涉及海域比冬季分布范圍廣。

2.2 DIN

夏季DIN為0.03-0.43 mg/L，均值0.17 mg/L，單因子污染指數PDIN為0.14-2.13，均值0.87，27個站位中超標站位共12個，超標站位為欽州灣6-9號站位、廉州灣12-13號站位和鐵山港16-21號站位(圖2)，其中欽州灣6號站位超標值(2.13)最大，鐵山港16號站位(2.02)次之。冬季DIN為0.03-0.35 mg/L，均值0.16 mg/L，單因子污染指數PDIN為0.17-1.75，均值0.80，22個站位中超標站位共9個，超標站位為欽州灣6-8號站位，廉州灣31-32號站位和鐵山港16-19號站位(圖2)，其中欽州灣6號站位超標值(1.75)最大。夏季PDIN超標站位個數、PDIN超標值明顯高于冬季，夏季PDIN超標站位所在海灣與冬季相同，具體超標站位有所不同。

2.3 DIP

夏季DIP為0.007-0.037 mg/L，均值0.019 mg/L，單因子污染指數PDIP為0.47-2.46，均值1.25，27個站位中超標站位共15個，超標站位為欽州灣6-10號站位，廉州灣11-13號和15號站位，鐵山港16-21號站位(圖2)，其中超標程度最大站位為欽州灣7號站位(2.46)，6號站位(2.06)次之。冬季DIP為0.004-0.037 mg/L，均值0.021 mg/L，單因子污染指數PDIP為0.24-2.49，均值1.37，22個站位中超標站位共12個，超標站位為欽州灣站位6-10號，廉州灣32號站位，鐵山港16-20號站位和潿洲島站位22號(圖2)，其中欽州灣6號站位PDIP超標程度最大(2.49)。夏季PDIP超標站位個數多于冬季，但夏季PDIP超標站位分布海域比冬季范圍小，且冬季22號站位PDIP是潿洲島海域的唯一超標因子。

2.4 COD

夏季COD為0.34-1.47 mg/L，均值0.99 mg/L，單因子污染指數PCOD為0.17-0.74，均值0.50，27個站位均未超標(圖2)。冬季COD為0.45-1.83 mg/L，均值0.99 mg/L，單因子污染指數PCOD為0.23-0.92，均值0.49，22個站位亦均未超標(圖2)。夏和冬兩季PCOD最高值均出現在鐵山港16號站位。

2.5 DO

夏季DO為3.62-7.83 mg/L，均值5.40 mg/L，單因子污染指數PDO為0.38-4.58，均值2.14，27個站位中共17個超標，超標站位分布情況為珍珠灣2-4號站位、欽州灣6-10號站位、廉州灣11和13-14站位和鐵山港16-21號站位(圖2)，其中超標最高值位于欽州灣8號站位(4.58)。冬季DO為6.58-8.19 mg/L，均值7.42 mg/L，單因子污染指數PDO為0.32-0.84，均值0.62，22個站位均未超標(圖2)，但最高值同時出現在鐵山港18號(0.84)和20號(0.84)站位。夏季PDO超標站位個數、PDO超標值明顯高于冬季，夏季PDO超標站位涉及海域除潿洲島外均有分布。

Stations 11-15 on the x-axis correspond to stations 11-15 in summer and stations 28-32 in winter,respectively

2.6 有機污染

夏季A值為-0.05-4.24，均值1.71，珍珠灣未受有機污染，欽州灣存在重度污染、中度污染、輕度污染和開始受到污染站位，廉州灣出現輕度污染和開始受到污染站位，鐵山港同時受中度污染和輕度污染，潿洲島未受有機污染(表2)。冬季A值為-0.35-3.53，均值1.43，欽州灣存在中度污染、輕度污染和開始受到污染站位，廉州灣僅出現輕度污染和開始受到污染站位，鐵山港同時受中度污染和輕度污染，潿洲島未受有機污染(表2)。夏季水質受有機污染站位個數和污染程度高于冬季。

表2 廣西北部灣海域有機污染評價和綜合污染評價結果Table 2 Results of organic pollution evaluation and comprehensive pollution evaluation in Beibu Gulf of Guangxi

2.7 綜合污染

夏季P值為0.35-2.30，均值1.16，珍珠灣存在輕度污染站位，欽州灣同時受到中度污染和輕度污染，廉州灣和鐵山港僅存在輕度污染站位，潿洲島未受綜合污染(表2)。冬季P值為0.31-1.25，均值0.76，僅欽州灣和鐵山港存在輕度污染站位，廉州灣和潿洲島未受綜合污染，處于清潔狀態(表2)。受綜合污染站位個數和污染程度在夏季高于冬季，在灣內高于灣外。

3 討論

3.1 單因子污染評價

本研究發現夏和冬兩季DIN、DIP和COD濃度差異小，但夏季pH和DO明顯低于冬季。DO濃度受溫度、pH和鹽度等因素綜合影響，高溫條件下海氣交換加強，夏季表層水體DO含量低于冬季；受水中光合作用生物的影響，pH值與DO濃度呈正相關，夏季pH也出現低值[17]。對比前人夏和冬兩季的數據(表3)，近年廣西北部灣海域表層海水夏和冬兩季pH、DIN、DIP濃度波動較小，但隨年際變化DIP仍稍有遞增，表3內DIP年際變化趨勢與楊靜等[19]研究中DIP濃度上升趨勢相一致，但磷污染程度有所減弱；夏季北部灣COD入海通量占比大[20]，但COD濃度逐年遞減且本研究夏季COD明顯低于前人研究，分析原因與2021年夏季南方雨季偏晚、強度弱有關[21]；夏季DO濃度隨年際波動大，有明顯遞減的趨勢，分析是近年北部灣海域夏季富營養化程度加重，水體中浮游植物、細菌等微生物活動劇烈，耗氧量增多所致[22,23]。

表3 廣西北部灣海域近年夏和冬兩季環境因子對比Table 3 Comparison of environmental factors between summer and winter in Beibu Gulf of Guangxi in recent years

本研究中，廣西北部灣海域夏季主要超標因子有pH、DIN、DIP和DO，冬季為pH、DIN、DIP，整個海域主要污染物為DIN、DIP，這與《2017年廣西壯族自治區海洋環境質量公報》[24]關于海水中主要污染物含有DIN和DIP的闡述相一致。夏季超標單因子個數、各單因子超標站位個數明顯多于冬季，超標海域主要分布于欽州灣、鐵山港和廉州灣，以欽州灣和鐵山港最為嚴重，珍珠灣僅1個站位的pH值超標、3個站位的DO超標，而潿洲島整體符合一類水質標準，僅在冬季有1個站位的DIP略微超標，可見，廣西北部灣海域近岸海灣單因子污染超標站位數多于遠岸島嶼潿洲島。單因子超標站位分布海域及季節差異與前人研究基本相同，夏和冬兩季超標率遠高于前人研究[7-9,25,26]，但潿洲島海域僅冬季出現1個DIP超標站位，這與該島2013年、2016年DO超標，2017年DIN和DO同時超標不同[27]，可見近年潿洲島海域單因子污染存在動態變化，但廣西北部灣整體海域單因子超標狀況趨于惡化。

3.2 有機污染評價

在4個海灣中，珍珠灣在2008年8月所有監測站位水質開始受到有機污染和輕度有機污染，珍珠灣口在2016年5月開始受到有機污染[9,28]；欽州灣有機污染程度于1990-1998年降低，1999-2010年又趨于嚴重，在2016年3月出現嚴重有機污染[9,29]；廉州灣在1996-2000年已存在不同程度有機污染，總體水質達到中度有機污染，在2016年10月出現中度有機污染[9,30]；鐵山港在20世紀末還未受有機污染，而后作為廣西沿海重要工業區，其水質污染程度加重，港口海域在2016年已開始受到有機污染，鐵山港整體海域在2020年都已受有機污染[8,31,32]；潿洲島水體基本未受到有機污染，偶有報道開始受到有機污染和輕度有機污染情況[7,31,33]。

就廣西北部灣海域整體而言，在2006年和2011年夏季良好水質分別占93.4%和96.4%，重度有機污染分別占2.1%和1.2%，受污染站位在廉州灣海域，夏和冬兩季重度有機污染均出現在大風江口[34]；2015年夏和冬兩季受有機污染站位分別占5.2%和6.9%，欽州灣內和大風江口在夏季開始受到有機污染，欽州灣內在冬季有輕度污染，而開始受到有機污染站位在欽州灣和廉州灣灣內[8]；在2016年夏，受有機污染比例占全海域的34%，未出現重度有機污染，中度有機污染在防城港、廉州灣和鐵山港灣內，防城港灣內、欽州灣灣內及灣口亦出現輕度有機污染，而大風江口、廉州灣和鐵山港港口開始受到有機污染[9]。

本次廣西北部灣海域水體有機污染研究顯示夏和冬兩季水質良好站位分別占3.7%和22.7%，均位于潿洲島海域；重度有機污染出現在夏季欽州灣灣內，占比3.7%，夏和冬兩季中度有機污染分別占18.5%和13.6%，位于欽州灣和鐵山港灣內，開始受到有機污染和輕度有機污染海域在欽州灣、廉州灣和鐵山港均有分布。時間上，廣西北部灣海域夏季有機污染程度高于冬季，且有機污染隨年際變化呈惡化趨勢，這與前人關于北部灣海域有機污染物濃度隨歷史推進增加，且將隨未來經濟開發繼續增加的推測相一致[35]；空間分布上，近岸海灣有機污染程度高于離岸潿洲島海域，且廣西北部灣海灣有機污染程度存在明顯的由灣內向灣外降低的趨勢，分析其原因主要受陸源輸入、近岸養殖排放以及水體交換能力等因素影響。

3.3 綜合污染評價

本研究發現廣西北部灣海域未出現嚴重污染水域，中度污染站位在夏季欽州灣出現，占全部站位的11.1%，其中綜合污染指數最高值(2.30，中度污染)位于欽州灣內6號站位，冬季水質未達到中度污染；夏季處于輕度污染水平站位占所有站位的40.7%，除潿洲島外其他海域均有分布；冬季輕度污染站位占31.8%，主要分布于鐵山港，欽州灣也有分布，其余站位均處于清潔水平。可見，綜合污染程度在時間上夏季高于冬季；空間上，夏季欽州灣高于鐵山港高于珍珠灣和廉州灣高于潿洲島，冬季鐵山港高于欽州灣高于珍珠灣、廉州灣和潿洲島。這與2010年水質綜合污染研究中，污染程度在夏季高于冬季，欽州灣灣內夏季水質污染較為嚴重的結論相一致，所不同的是前人研究中污染主要集中在河流入海口，分析差異的原因與本研究站位距河流入海口較遠、2021年夏季雨季偏晚和強度較弱有關[21,36]。

北部灣近岸海域在2014年10月整體表現為輕度污染，其高污染指數區位于欽州灣，最大值達4.32，其次為鐵山港，最后為防城港海域和廉州灣，其污染水域空間分布特征亦與本研究大致相同[37]。2010年3月(春)及9月(秋)，欽州灣水質污染程度評價結果均為輕度污染，春季綜合污染指數最低值為2.14，秋季為1.97，然而秋季指數最高值達7.19，凸顯重度綜合污染[38]，而欽州灣灣內茅尾海在2014年夏季綜合污染指數均值高于春和秋兩季，為4.42，茅尾海整體處于中度污染[39]，直至2017-2018年，茅尾海整體海域已屬輕度污染水質[40]，可見近年欽州灣綜合水質污染有減緩趨勢，分析其原因與近年廣西近岸海域加快推進海洋生態文明建設，強化海洋生態環境監督有關[41,42]。

3.4 不同水質污染評價方法比較

由于評價選取的評價因子、方法與標準的差異[14-16]，本研究3種水質評價結果不盡相同。研究涉及的所有海域均存在單因子污染站位，夏和冬兩季受單因子污染站位分別占70%和59%，受2個或2個以上單因子污染站位分別占56%和36%；有機污染方面，僅欽州灣、廉州灣和鐵山港存在有機污染，夏和冬兩季受有機污染站位分別占52%和59%；綜合污染方面，除潿洲島外其他海域均存在水質綜合污染，夏和冬兩季受綜合污染站位分別占52%和36%。但無論夏季還是冬季，3種評價方法均發現欽州灣和鐵山港為水質污染高發區，且均有水質污染程度灣內高于灣外、近岸海灣高于遠岸島嶼潿洲島的特征。此外，受單因子污染站位并不一定受到有機污染或綜合污染，但受有機污染或綜合污染的站位必然是環境因子超標較多的站位，且單因子污染指數越高，對應有機污染和綜合污染程度很可能越嚴重。前人相關研究中，各方法評價結果間亦存在不同，但海域總體污染程度在各方法之間基本一致，與本研究結論類似[6-9,39,40]。可見，單因子污染評價法、有機污染評價法和綜合污染評價法三者相結合，能全面反映廣西北部灣海域水質污染狀況。

4 結論

除COD外，pH、DIN、DIP和DO均有不同程度超標，超標因子和超標站位個數在夏季高于冬季，超標主要發生在欽州灣和鐵山港，其次為廉州灣和珍珠灣，潿洲島僅在冬季有1個站位的DIP略微超標。廣西北部灣海域近岸海灣單因子污染超標站位數多于遠岸島嶼潿洲島，主要污染物為DIN和DIP。

有機污染指數顯示夏和冬兩季水質良好站位分別占3.7%和22.7%，均位于潿洲島海域；重度污染出現在夏季欽州灣灣內，占比3.7%；夏和冬兩季中度污染在欽州灣和鐵山港灣內，占比分別為18.5%和13.6%；開始受到污染和輕度污染海域在欽州灣、廉州灣和鐵山港均有分布。廣西北部灣海域有機污染程度在夏季高于冬季，存在明顯由灣內向灣外降低的現象，且水質呈逐年惡化趨勢。

水質綜合污染指數顯示未發現嚴重污染水域，僅欽州灣在夏季出現中度污染，夏和冬兩季輕度污染占比分別40.7%和31.8%；夏季除潿洲島外其他海域均受到一定程度的污染，冬季僅欽州灣和鐵山港受到污染。綜合污染程度在夏季高于冬季，在灣內高于灣外；潿洲島水質清潔，欽州灣灣內水質污染尤為嚴重，后者水質雖在近年污染程度有所減緩，但應繼續加強海域生態環境監管及治理。