2020年春季和秋季萊州灣近岸海域營養(yǎng)鹽空間分布特征研究

關(guān)鍵詞：萊州灣;無機氮;活性磷酸鹽;空間分布;影響因素

0 引言

營養(yǎng)鹽是海洋浮游植物生長和繁殖所必需的成分，營養(yǎng)鹽濃度、形態(tài)和結(jié)構(gòu)的變化會引起初級生產(chǎn)力的變化，進而產(chǎn)生相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，影響整個海洋生物資源;同時，營養(yǎng)鹽也是海水富營養(yǎng)化的重要指標[1-3]。萊州灣是中國九大海灣之一，位于山東半島北部、渤海南部，三面環(huán)陸，沿岸既有黃河、小清河等多條河流注入，又有港口、企業(yè)、養(yǎng)殖區(qū)等多種陸源輸入[4-6]，為其帶來豐富營養(yǎng)物質(zhì)的同時，也帶來無機氮要素超標、水質(zhì)惡化等生態(tài)環(huán)境問題。本研究分析萊州灣海域營養(yǎng)鹽的分布特征、水質(zhì)等級、富營養(yǎng)化狀況及環(huán)境因子相關(guān)性等，闡明研究期間萊州灣海域的水質(zhì)狀況，初步明確主要超標海域，并追溯超標參數(shù)的可能來源，為萊州灣海域的生態(tài)環(huán)境保護和管理決策制定提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查時間與站位

本研究于2020年5月（春季）和10月（秋季）在萊州灣海域進行2個航次的水質(zhì)調(diào)查，共布設(shè)站位270個（圖1）。

1.2 調(diào)查項目與分析方法

樣品采集依據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB/T12763-2007）和《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB17378-2007），樣品分析依據(jù)《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB17378-2007）和《海洋監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》（HY/T147.1-2013）。具體監(jiān)測指標及分析方法如表1所示。

1.3 水質(zhì)評價方法

1.3.1 單因子指數(shù)法

海水質(zhì)量評價采用單因子指數(shù)法，計算公式為：

式中：Pi 表示第i 種污染物的質(zhì)量指數(shù);Ci 表示第i 種污染物的實測值;Si 表示第i 種污染物的評價標準值。

海水質(zhì)量評價標準采用《海水水質(zhì)標準》（GB3097-1997）。當Pi ≤1.0 時，海水符合標準;當Pigt;1.0時，海水超過標準。

1.3.2 富營養(yǎng)化指數(shù)法

海水富營養(yǎng)化評價采用富營養(yǎng)化指數(shù)法，計算公式為：

式中：E 表示富營養(yǎng)化指數(shù);CCOD、CDIN、C無機磷分別表示化學(xué)需氧量、無機氮、無機磷的實測值。

當E ≥1時為富營養(yǎng)化。其中，1≤E ≤3為輕度富營養(yǎng)化，39為重度富營養(yǎng)化。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)處理采用SPSS18.0軟件。進行相關(guān)性分析時，以plt;0.05和plt;0.01表示具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果與討論

2.1 無機氮（DIN）的空間分布特征

萊州灣海域春季DIN 的濃度范圍為0.115～1.830mg/L，平均值為0.304 mg/L，基本呈現(xiàn)近岸高、遠岸低的平面分布特征;受黃河、小清河、白浪河、虞河等陸源輸入的影響，西部海域的DIN 濃度高于東部海域，高值區(qū)主要位于小清河河口附近[1]（圖2（a））。秋季DIN 的濃度范圍為0.009～2.070mg/L，平均值為0.234 mg/L，高值區(qū)位于黃河河口附近，同時自小清河河口至北膠萊河河口沿岸，DIN 濃度由近岸向灣內(nèi)逐漸降低（圖2（b））。

研究表明，萊州灣海域DIN 空間分布的主要影響因素為陸源污染物排放及入海河流輸入，以小清河、黃河最為顯著[7-12]，此外還受潮流、對流擴散等水動力因素的影響。對萊州灣物質(zhì)運輸規(guī)律的研究表明，物質(zhì)主要在西岸沿岸運輸，灣內(nèi)物質(zhì)多從灣口中部向外緩慢運輸，擴散能力弱;其中，由于灣中部較弱的水交換能力和特征地形的存在，清水溝流路岬角外側(cè)和萊州淺灘附近存在渦旋結(jié)構(gòu)的運輸屏障，物質(zhì)會在此處聚集[12-13]。這與本研究調(diào)查航次中DIN 濃度的空間分布特征相吻合。

萊州灣海域亞硝酸鹽（NO2-N）、硝酸鹽（NO3-N）、銨鹽（NH4-N）在春季水體中的占比分別為5.82%、65.57%、28.61%，在秋季水體中的占比分別為6.58%、76.84%、16.58%?？梢?，NO3-N是萊州灣海域DIN 的主要存在形式，NH4-N次之，NO2-N 占比最低。初步推斷NO3-N、NO2-N 和NH4-N 的相互轉(zhuǎn)化過程已達到熱力學(xué)平衡[14-15]。

2.2 活性磷酸鹽（DIP）的空間分布特征

萊州灣海域春季DIP的濃度范圍為未檢出～0.009mg/L，平均值為0.002mg/L;秋季DIP的濃度范圍為0.0004～0.0129 mg/L，平均值為0.0032mg/L。受我國“控磷”“限磷”等磷負荷消減政策的影響，近年來萊州灣海域的DIP濃度一直處于較低水平[16-17]。

春季DIP濃度東部高于西部，相對高值區(qū)位于萊州灣東部刁龍嘴以西近岸海域（圖3（a））;以往調(diào)查顯示，該海域存在港口、企業(yè)、工業(yè)等陸源輸入，且受水動力影響同時存在逆時針環(huán)流，導(dǎo)致DIP在此停留時間較長，凈遷移距離短，難以擴散[18]，支持本研究調(diào)查結(jié)果。秋季DIP濃度灣外高于灣內(nèi)，小清河河口至濰河等陸源徑流輸入海域附近濃度低于其他海域（圖3（b）），與DIN 濃度分布相反，再次證實陸源徑流磷輸入減少的現(xiàn)狀。

2.3 營養(yǎng)鹽單因子指數(shù)評價

依據(jù)《海水水質(zhì)標準》（GB3097-1997）進行評價。萊州灣海域春季DIN 的單因子指數(shù)范圍為0.38～6.10，平均值為1.01，35.7%的調(diào)查站位超過第二類海水水質(zhì)標準;秋季DIN 的單因子指數(shù)范圍為0.03～6.90，平均值為0.78，30.7%的調(diào)查站位超過第二類海水水質(zhì)標準。春季DIP的單因子指數(shù)范圍為0～0.61，平均值為0.15，調(diào)查站位全部符合第一類海水水質(zhì)標準;秋季DIP的單因子指數(shù)范圍為0.02～0.86，平均值為0.21，調(diào)查站位全部符合第一類海水水質(zhì)標準。

春季DIN 超過第二類海水水質(zhì)標準的調(diào)查站位主要分布于萊州灣近岸海域（圖4（a）），黃河及小清河陸源徑流輸入是影響萊州灣西部海域水質(zhì)的重要因素之一，萊州灣東部近岸海域部分站位超過第二類海水水質(zhì)標準，可能與此處分布的港口、工業(yè)、企業(yè)等陸源輸入有關(guān)。秋季DIN 超過第二類海水水質(zhì)標準的調(diào)查站位主要集中于黃河河口、小清河河口至北膠萊河河口沿線近岸及萊州灣中部海域（圖4（b）），受陸源徑流輸入影響明顯。從2個航次的調(diào)查結(jié)果來看，萊州灣東部海域的水質(zhì)好于西部海域和中部海域，這與前人對2015年以來萊州灣海洋生態(tài)環(huán)境狀況的研究結(jié)果一致[12]。

2.4 富營養(yǎng)化狀況評價

萊州灣海域春季富營養(yǎng)化指數(shù)的變化范圍為0.013～1.690，平均值為0.221;98.6%的調(diào)查站位未達到富營養(yǎng)化狀態(tài)，1.4%的調(diào)查站位為輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)（圖5（a））。秋季富營養(yǎng)化指數(shù)的變化范圍為0.007～2.320，平均值為0.237;98.2%的調(diào)查站位未達到富營養(yǎng)化狀態(tài)，1.8%的調(diào)查站位為輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)（圖5（b））。

萊州灣海域的富營養(yǎng)化指數(shù)，春季的高值區(qū)位于小清河河口附近（圖6（a）），秋季的高值區(qū)位于黃河河口附近（圖6（b））。對比萊州灣海域DIN 和富營養(yǎng)化指數(shù)的空間分布狀況，輕度富營養(yǎng)化區(qū)域與DIN 高值區(qū)的分布位置一致，表明DIN 是萊州灣海域水體環(huán)境的主要影響因素之一[19-20]。

2.5 營養(yǎng)鹽與環(huán)境因子的關(guān)系

萊州灣海域春、秋季營養(yǎng)鹽與環(huán)境因子的相關(guān)性分析如表2和表3所示。

春季和秋季，DIN 與鹽度均呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，結(jié)合萊州灣海域DIN 濃度近岸高、遠岸低的空間分布特征，表明陸源徑流輸入是萊州灣近岸海域營養(yǎng)鹽的重要來源，也是影響萊州灣海域DIN 空間分布的主要因素[6，15];DIN 與石油類均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，表明DIN 與石油類或有相同的來源[21];DIN 與水溫均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，這是由于萊州灣近岸海域河流眾多，黃河、小清河、彌河等大量陸源高溫徑流的輸入提升該區(qū)域的表層水溫及DIN濃度，同時降低其鹽度[7，22]。秋季DIN 與溶解氧呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，可能是由于浮游植物吸收DIN進行光合作用并釋放氧氣，引起水體中DIN 濃度降低和溶解氧濃度升高[23-24]。

春季DIP與水溫呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，結(jié)合春季萊州灣東部近岸海域的DIP濃度明顯高于其他海域的現(xiàn)象，推斷陸源輸入是影響春季萊州灣東部海域DIP濃度的重要因素。秋季DIP與鹽度、無機氮均呈極顯著負相關(guān)關(guān)系，且與水溫和石油類均呈顯著負相關(guān)關(guān)系，證實受磷負荷消減政策的影響，磷酸鹽陸源輸入普遍減少[19，24]。

整體來說，萊州灣海域的營養(yǎng)鹽分布受多種環(huán)境因子的影響，主要包括3個方面。①黃河、小清河等徑流及近岸港口、工業(yè)、企業(yè)等陸源輸入;② 潮流、擴散等水動力因素;③浮游植物光合作用對營養(yǎng)鹽的吸收利用。

3 結(jié)論

萊州灣海域春季DIN 的濃度范圍為0.115～1.830mg/L，且呈近岸高于遠岸的分布趨勢，高值區(qū)位于小清河河口附近，受DIN 影響，35.7%的調(diào)查站位超過第二類海水水質(zhì)標準;秋季DIN 的濃度范圍為0.009～2.070mg/L，高值區(qū)位于黃河河口附近，受DIN 影響，30.7%的調(diào)查站位超過第二類海水水質(zhì)標準。春季和秋季DIP的濃度范圍分別為未檢出～0.009mg/L、0.0004～0.0129mg/L，均符合第一類海水水質(zhì)標準。

萊州灣海域春季和秋季富營養(yǎng)化指數(shù)的變化范圍分別為0.013～1.690、0.007～2.320。春季有1.4%的調(diào)查站位處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，位于小清河河口附近;秋季有1.8%的調(diào)查站位處于輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，位于黃河河口附近;其他調(diào)查站位均未達到富營養(yǎng)化水平。

萊州灣海域的營養(yǎng)鹽分布受多種環(huán)境因子的影響，主要包括黃河、小清河等徑流及近岸港口、工業(yè)、企業(yè)等陸源輸入的影響，潮流、擴散等水動力因素的影響，以及浮游植物光合作用對營養(yǎng)鹽吸收利用的影響。