廣西北部灣近岸海域營養鹽與富營養化狀態研究*

溫玉娟，徐軼肖，黎慧玲，雷 富，謝歡達，吳 淼**

(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.南寧師范大學，廣西地表過程與智能模擬重點實驗室，廣西南寧 530001；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)

氮和磷等營養鹽是海洋環境中維持海洋生物體生命活動的必需元素，也是水體富營養化、赤潮暴發等環境問題的物質基礎[1]。廣西北部灣海域是我國南海大陸架西北部的一個天然半封閉淺海灣，隨著該區社會與經濟的迅速發展，工農業生產和生活污水攜帶大量營養物質流入海洋，主要營養鹽濃度整體上呈明顯的年際上升趨勢。經統計，1980-2010年，廣西北部灣溶解態無機氮(DIN)均值增長了17.9倍[2]。以《海水水質標準》(GB 3097-1997)[3]為評價依據，1990-2000年北部灣近岸海域溶解態磷酸鹽(DIP)優于一類海水水質標準；2000-2007年有所上升，但總體變化不大；而2008年后，大部分灣內灣口的DIP最高值已處于二、三類海水水質標準，甚至劣于四類海水水質標準[4]。近年北部灣赤潮災害明顯加重，2021年暴發了高達6 400 km2的超大規模夜光藻(Noctilucascintillans)赤潮[5,6]，赤潮生物由最近十年的球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)演變為夜光藻，有害赤潮種類增加[7]，嚴重威脅北部灣海洋生態環境和經濟可持續發展，急需就該地區主要海域的營養鹽狀況進行研究。

北部灣有多條河流匯入，水產資源豐富。珍珠灣、欽州灣、廉州灣和鐵山港是北部灣沿岸分布的4個主要海水養殖區，以生蠔、蝦、金鯧魚養殖為主[8,9]。欽州灣號稱“大蠔之鄉”，是我國重要的蠔苗繁育基地，提供了全國70%的蠔苗[10]；鐵山港則是重要的金鯧魚養殖基地，金鯧魚產品連續3年出口到歐洲，連續17年出口到美國[11]。潿洲島位于北部灣中部，是北部灣最大的島嶼，擁有典型的珊瑚礁生態系統，是北部灣最重要的生態景觀和資源之一，具有較高的初級生產力、重要的環境功能與社會效益[12]。營養鹽狀況對上述海域的海洋環境質量、海洋生態環境保護和海洋產業可持續發展研究具有重要意義。目前對北部灣營養鹽研究報道較多，但多只關注某一具體海域[13-15]，同時針對北部灣多個海域多個季節的營養鹽研究工作仍不多。因此，本研究于2021年8月(夏季)和2022年1月(冬季)在北部灣主要養殖水域和潿洲島周圍布設站位，分析表層海水營養鹽濃度、結構和限制情況，評價水體富營養化狀況，擬為北部灣海水養殖、赤潮災害管理和海洋生態保護提供基礎環境數據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與測定

圖1 北部灣近岸海域調查站位Fig.1 Sampling stations in nearshore seawaters of Beibu Gulf

1.2 評價方法

1.2.1 營養鹽限制因素評價

1.2.2 富營養化指數法

20世紀80年代鄒景忠等[20]將富營養化指數法用于渤海灣富營養化研究，后來被學者廣泛用于水體富營養化評價，計算公式如下：

1.3 數據處理

實驗數據由Excel 2010進行初步整理。使用Arcmap 10.2繪制研究區域采樣圖；運用Origin 2019b軟件繪制營養鹽濃度和分布圖，同時繪制營養鹽歷史趨勢圖并進行線性擬合分析。

2 結果與分析

2.1 海域溫鹽狀況

夏季表層海水溫度為30.0-33.1℃，平均值為(31.3±0.8)℃(n=27)，最高值出現在廉州灣11號站位，最低值出現在潿洲島22-25，27號站位。冬季表層海水溫度為13.5-19.6℃，平均值為(16.7±1.8)℃(n=22)，最高值出現在欽州灣6號站位，最低值出現在潿洲島26號站位。夏季鹽度為21.2-34.0，平均值為28.0±3.3 (n=27)，最高值出現在潿洲島23，26號站位，最低值出現在欽州灣6號站位；冬季鹽度為22.4-32.8，平均值為30.2±2.5 (n=22),最高值出現在潿洲島24號站位，最低值出現在欽州灣6號站位。

2.2 營養鹽濃度

表1 北部灣近岸表層水體營養鹽濃度(mg/L)Table 1 Nutrient concentrations in nearshore surface waters in Beibu Gulf (mg/L)

表2 北部灣近岸海域營養鹽濃度均值(mg/L)Table 2 Average value of nutrient concentrations in nearshore seawaters of Beibu Gulf (mg/L)

2.3 營養鹽限制情況

本研究營養鹽含量均高于絕對限制閾值，故不存在營養鹽絕對限制情況。由圖3可知，營養鹽結構顯示夏季N/P、Si/N和Si/P分別為4.3-35.2，0.5-6.5和12.0-139.9，對應均值為19.6±8.4，2.0±1.3和35.5±24.9 (n=27)；冬季N/P、Si/N和Si/P分別為4.3-36.2，0.8-2.0和8.4-37.1，對應均值為20.4±8.6，1.1±0.3和21.5±9.5(n=22)。夏季，潿洲島22,24-26號站位為潛在N限制，占所有站位的14.8%；欽州灣6,8號站位，廉州灣11,13號站位和鐵山港16,18,19,21號站位均為潛在P限制，占所有站位的29.6%，其余站位不具有營養鹽限制的情況。冬季，欽州灣9號、潿洲島25號站位為潛在N限制，占所有站位的9.1%；廉州灣11,13-15號，鐵山港21號和潿洲島22-24號站位均為潛在P限制，占所有站位的36.4%?？梢姡摹⒍緷撛赑限制比例均高于潛在N限制。空間分布上，夏季潛在N限制發生在潿洲島海域，潛在P限制發生在欽州灣、廉州灣和鐵山港，珍珠灣無營養鹽限制情況；冬季潛在N限制發生在欽州灣和潿洲島，潛在P限制發生在廉州灣、鐵山港和潿洲島。

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

表4 營養鹽限制情況Table 4 Nutrient limitation situation

2.4 富營養化狀況

由圖4可知，夏季富營養化指數E為0.04-3.92，平均值為1.13±1.20 (n=27)，最高值位于欽州灣6號站位(3.92)，達到中度富營養；最低值位于潿洲島26號站位(0.04)，屬于貧營養。其中，欽州灣6-8號、廉州灣13號、鐵山港16，19號站位均達到中度富營養；廉州灣12號、鐵山港17，18，20，21號站位均達到輕度富營養，其余59.3%站位未達到富營養化標準，屬于貧營養。冬季E為0.03-3.68，平均值為1.08±1.09 (n=22)(圖4)，最高值位于欽州灣6號站位(3.68)，達到中度富營養；最低值位于潿洲島23，26號站位(0.03)，屬于貧營養。其中，欽州灣6號、鐵山港16-19號站位均達到中度富營養；欽州灣7，8號、廉州灣15號、鐵山港20號站位均達到輕度富營養，其余59.1%站位未達到富營養化標準?？梢姡珽值均值夏季較冬季略高。空間分布上，鐵山港富營養化程度最高，其次為欽州灣，兩者絕大部分海域均已達到中度富營養，廉州灣30.0%海域達到輕度富營養，珍珠灣、潿洲島海域均屬于貧營養。

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

3 討論

3.1 營養鹽濃度比較

3.2 營養鹽濃度變化趨勢

The straight line indicates the long term trend.For P<0.05,at the 0.05 level,the slope is significantly different from zero,and there is an obvious long-term trend in nutrient concentrations;for P>0.05,at the 0.05 level,the slope is not significantly different from zero,and the long-term change trend of nutrient concentration is not obvious

3.3 營養鹽結構特征

3.4 富營養化狀況分析

北部灣近岸海域富營養化指數E為0.03-3.92，總體上已達到輕度富營養化，富營養化程度為鐵山港>欽州灣>廉州灣>珍珠灣>潿洲島。北部灣為半封閉海灣，富營養化指數從灣內向灣外降低的趨勢與沿岸水團、混合水團等的形成有關。沿岸水團由內陸徑流與海水混合形成，而混合水團由粵西沿岸經瓊州海峽進入北部灣形成，在一定程度上阻擋了沿岸水團富營養化污染物向外輸送[4]。研究表明，2015 年北部灣海域整體處于貧營養化，2016年后各海灣內灣及入海口富營養化明顯[40]。鐵山港是北部灣水產養殖的重要海域，養殖區污水排入對營養鹽的補充作用影響明顯[14]。近年來，鐵山港大力發展深水抗風浪養殖產業，截至2019年，建成核心示范區面積280萬 m3，養殖面積超過35萬m3，已發展成為廣西最大的網箱養殖基地，為廣西較大的海水養殖基地之一[11]。2006年之前，欽州灣富營養化指數E<1.00,但2006-2010年，E值呈逐漸增高的趨勢[46]。楊靜等[4]指出，自2000年后廉州灣和欽州灣是主要的氮污染區，與本研究欽州灣氮污染較嚴重的結果相似。李萍等[9]認為，2013-2016年欽州灣富營養化程度已較嚴重，其次是廉州灣，而珍珠灣水質狀況較好，屬于貧營養。欽州灣海域污染的最主要來源是河流輸入，入海污染物以有機物和營養鹽為主[40]。欽州灣茅尾海受到欽江和茅嶺江大量營養鹽和泥沙的輸入、粗放的圍海養殖的影響，富營養化程度較高[9,49]。本研究潿洲島整體處于貧營養狀態，與韓麗君等[1]、陳繼藝等[37]的研究結果一致。北部灣北部海水受入海徑流、季風驅動和瓊州海峽水體輸送共同作用，夏季海水呈反氣旋渦，冬季呈氣旋式環流，營養鹽濃度與分布隨海流變化而變化，因此，潿洲島海域受海流作用影響明顯[50-53]，這可能是造成其夏、冬季營養鹽分布無明顯特征與富營養程度較低的原因。

4 結論

(2)夏季N/P、Si/N和Si/P均值分別為19.6，2.0和35.5，冬季三者均值分別為20.4，1.1和21.5，夏季和冬季均以潛在P限制為主，未發現潛在Si限制。

(3)富營養化指數E為0.03-3.92，北部灣近岸鐵山港富營養化程度最高，其次為欽州灣，兩者絕大部分海域均已達到中度富營養化，廉州灣30.0%海域達到輕度富營養化，而珍珠灣和潿洲島均屬于貧營養。