廟島群島海域理化環境及水質狀況研究

關鍵詞：廟島群島;理化參數;營養狀況;有機污染

中圖分類號：X55;P7 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2024）03-0052-09

0 前言

廟島群島又稱長島，由多個島嶼組成，具有完整的生態系統，整個群島呈南北縱列于渤海海峽之中，處于渤海和黃海交匯之界，海流受交換流影響，且生物資源豐富。隨著經濟發展，廟島群島海域受海水養殖、港口航運及人為海洋活動影響[1]，海水環境和海洋生態承受較大壓力，海島海域環境研究逐漸引起重視[2-3]。石洪華等[4]結合浮游植物分布特征對廟島群島南部海域進行水質狀況評估，發現該海域水體營養鹽組成呈現磷限制。徐艷東等[5]對廟島群島南部海域營養鹽含量和結構特征的研究指出，該海域氮磷比失衡狀況較嚴重，具有潛在富營養化風險。為進一步了解廟島群島海域的水質狀況、營養水平和有機污染狀況，因此對其海域在不同月份進行生態環境調查，分析不同理化參數的平面分布特征，主要包括水溫、pH、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、溶解無機氮（DIN）、活性磷酸鹽（PO₄-P）、總氮（TN）、總磷（TP）和石油類等，評價該海域水質的營養水平和有機污染狀況，為掌握海域的環境質量狀況提供基礎數據資料，對海洋生態環境的保護和開發具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 采樣時間與站位設置

本研究在2018年8月、2018年10月、2019年3月和2019年6月對廟島群島開展4個航次的海洋生態環境調查工作，共布設站位99個（表1）。

1.2 調查項目

依據《海洋監測規范》（GB17378-2007）和《海洋調查規范》（GB12763-2007）要求，采集深度0.5m處海水作為表層水樣，對相應指標進行測定。本研究各項理化參數的分析方法及檢測標準如表2所示。

1.3 數據處理與分析

1.3.1 海水水質評價

采用《海水水質標準》（GB3097-1997）[8]（表3），根據廟島群島海域2018—2019 年DO、COD、DIN、PO₄-P、石油類的含量，評估海域水質狀況。

2 結果與分析

2.1 理化參數

2.1.1 水溫

海水溫度是海洋狀況中重要的水文因子，掌握海域水溫的時空變化對研究海域理化環境具有重要作用。圖1為不同月份廟島群島海域水溫平面分布圖。調查結果表明，海域水溫變化范圍為（8.0～28.0）℃，平均值為（16.8±5.69）℃。2018年8月均值為（24.2±0.93）℃，10月均值為（19.2±1.88）℃;2019年3 月均值為（9.5±2.16）℃，6 月均值為（17.6±0.73）℃。

2.1.2 pH

海水pH 的變化范圍為7.5～8.2，二氧化碳的溶解量是pH 變化的主要因素。調查海域的pH 變化范圍為7.80～8.27，平均值為8.13±0.074，符合第一類海水水質標準要求。其中，2018年8月均值為8.18±0.091，10月均值為8.09±0.067;2019年3月均值為8.20±0.034，6月均值為8.12±0.040。pH 平面分布分析結果顯示（圖2），2018年8月在砣磯島南部海域pH 值明顯降低，10月各個島嶼周圍海域的pH 值整體下降幅度較大，個別站位升高;2019年3月整體海域pH 值明顯回升至高值，6月竹山島以北海域pH 值降低。調查海域pH 值隨季節變化明顯，同時易受降雨影響。

2.1.3 溶解氧

海水中的溶解氧（DO）與大氣分壓、海水的溫度、鹽度等有關，其含量變化與海洋生物活動有一定的關系，可以通過海水表層溶解氧變化判斷海洋生物的活動。調查海域DO的含量變化范圍為（5.57～12.05）mg/L，平均值為（8.62±1.46）mg/L。其中，2018年8月均值為（8.18±0.64）mg/L，10月均值為（7.11±0.33）mg/L;2019年3月均值為（10.42±0.38）mg/L，6月均值為（8.75±0.89）mg/L。不同月份廟島群島海域DO平面分布分析結果顯示（圖3），DO隨季節變化明顯，2018年8—10月海域DO含量整體偏低;2019年3月含量明顯升高，近岸南部海域隨季節變化溫度降低，DO 含量逐步升高，符合氧氣在低溫水中溶解度更大[11]這一規律。調查站位符合第二類水質標準（gt;5 mg/L）占比為1.3%，符合第一類水質標準（gt;6 mg/L）占比為98.7%。本研究與賈琳[12]在威海近岸海域調查的DO 分布特征一致。

2.1.4 化學需氧量

化學需氧量（COD）可以反映水體中被還原性物質污染的程度，也是一種有機物含量的綜合指標。調查海域的COD 含量變化范圍為0.23～1.78mg/L，平均值為（0.85±0.29）mg/L。其中，2018年8月均值為（0.65±0.40）mg/L，10月均值為（0.92±0.23）mg/L;2019年3月均值為（1.08±0.15）mg/L，6月均值為（0.71±0.20）mg/L，均符合第一類海水水質標準（2 mg/L）。如圖4 所示，2018年8月和10月南部近岸海域COD 值出現高值;2019年3月調查海域整體COD值升高，隨著溫度升高，6月海域中COD值降低。主要是由于夏季和秋季降雨量增加，近岸陸源污染物流入海域，同時在夏季和秋季底層漁業生物群落呈現較高的生物多樣性[13]，近岸養殖區污染增多導致含量升高。

與附近海域相比，調查海域的COD值低于2019年渤海海域COD季度均值（1.23 ～1.37mg/L）[14]，以及2013年春季萊州灣海域表層COD值（1.45mg/L）[15]，表明廟島群島海域水質狀況良好，受污染程度小。

2.1.5 溶解無機氮

溶解無機氮（DIN）是3種溶解態無機氮濃度（NO₂-N，NO₃-N，NH₄-N）之和，海域中DIN 會因浮游植物、養殖動物生長以及其他外源污染的影響引起含量變化。調查海域DIN 含量變化范圍為0.0115～0.243 mg/L，平均值為（0.0706±0.0545）mg/L。2018 年8 月均值為（0.105±0.0720）mg/L，10月均值為（0.101±0.0480）mg/L;2019年3月均值為（0.0427±0.0164）mg/L，6月均值為（0.0369±0.0186）mg/L，基本符合第一類海水水質標準（0.2mg/L）。不同月份DIN 平面分布分析結果顯示（圖5），海域DIN 含量隨季節變化明顯，2018年8月和10月廟島群島海域DIN 含量明顯高于2019年3月和6月，并且在夏季達到變化高峰。主要是由于夏季和秋季海域中浮游動植物和養殖生物生長代謝較快，同時東部海域受渤海環流對DIN 含量影響[16]，使得污染物含量上升，導致DIN含量升高;2018年10月海域DIN 含量高的原因為近岸海域受降雨河流輸入影響引起濃度升高，而離岸海域為開闊海域，海水交換使得DIN濃度降低。

與其他研究相比，該海域DIN 含量低于2017—2019年煙臺四十里灣海域養馬島養殖區DIN 均值（0.128 mg/L、0.141 mg/L、0.115 mg/L）[17]，以及2014年廟島群島南部海域DIN含量（0.195mg/L）[5]，可能是由于該海域水體交換能力強，受入海河流及養殖業影響小。

2.1.6 活性磷酸鹽

活性磷酸鹽（PO₄-P）是海洋生物重要的營養鹽類，是浮游植物生長繁殖的營養元素，海域中PO4-P含量會受浮游植物、大型海藻生長以及其他外源污染的影響引起變化。調查海域PO₄-P含量變化范圍為未檢出至0.0657 mg/L，平均值為（0.00501±0.00337）mg/L。2018年8月均值為（0.00568±0.00440）mg/L，10月均值為（0.00805±0.00478）mg/L;2019 年3 月均值為（0.00458±0.00221）mg/L，6月均值為（0.00381±0.00188）mg/L，基本符合第二類海水水質標準（0.030mg/L）。PO₄-P含量時空分布特征明顯（圖6），2018年8月和10月PO₄-P含量高于2019年3月和6月，并且在秋季達到變化高峰。高值主要集中在夏季和秋季廟島群島各個島嶼附近，可能是受海水養殖夏季和秋季降雨多，陸源污染物輸入，氣溫條件適宜，引起水中營養鹽的變化明顯。這種現象與劉麗華[18]提出的陸源徑流對該海域海水的富營養化水平起著重要的調控作用相一致。

與其他研究相比，廟島群島海域PO₄-P含量低于2017—2019年煙臺四十里灣海域養馬島養殖區均值（0.0079mg/L、0.0086mg/L、0.0184mg/L）[17]，以及2018 年春季和夏季萊州灣PO₄-P 含量（0.148μmol/L、0.216μmol/L）[19]，可能是由于較其他海域陸源污染輸入少造成的。廟島群島海域夏季和秋季航次的PO₄-P高于2014年廟島群島南部海域PO₄-P含量（0.0044mg/L）[5]。

2.1.7 總氮和總磷

調查海域2018年8月和10月DIN 和PO4-P濃度變化明顯，因此對廟島群島海域的總氮（TN）和總磷（TP）含量做進一步采樣分析。

調查海域TN 的含量變化范圍為（0.120～0.881）mg/L，平均值為（0.255±0.148）mg/L。2018年8月均值為（0.261±0.128）mg/L，10月均值為（0.266±0.168）mg/L。8月和10月TN 含量的分布趨勢基本一致，近岸南部海域濃度高，離岸海域濃度逐漸降低（圖7）。

調查海域TP 的含量變化范圍為（0.0004～0.0421）mg/L，平均值為（0.0133±0.00639）mg/L。2018年8 月均值為（0.0120±0.00798）mg/L，10月均值為（0.0147±0.00396）mg/L，最高值和最低值均出現在8月。8月總磷含量南部海域濃度高，10月調查海域北部總磷含量高，隨季節變化呈斑塊狀分布（圖8）。

該海域TN 和TP含量與DIN 和PO4-P分布基本一致。

2.1.8 石油類

石油污染是海洋生態環境遭到破壞的重要因素之一，海上溢油污染對海洋資源和生態環境產生巨大影響。調查海域石油類含量變化范圍為（0.0022～0.0484）mg/L，平均值為（0.0135±0.00755）mg/L。2018年8月均值為（0.0210±0.00750）mg/L，10月均值為（0.0160±0.00766）mg/L;2019年3月均值為（0.0118±0.00451）mg/L，6 月均值為（0.0507±0.00496）mg/L，均符合第一類海水水質標準（0.05mg/L）。如圖9所示，2018 年8 月石油類含量在調查海域的中部較高，存在水質污染風險，可能是養殖區運行頻繁的漁船、港口輪船作業等污水排放造成的。與李斌等[20]調研的夏季萊州灣（0.039mg/L）相比，廟島群島海域石油類含量少，水質受污染程度小。

2.2 水質富營養狀況分析

廟島群島海域2018年8月富營養化指數范圍為0～1.27，均值為0.15;2018年10月指數范圍為0～3.69，均值為0.21;2019 年3 月指數范圍為0.0064～0.22，均值為0.05;2019年6月指數范圍為0.0015～0.14，均值為0.025。2018年8月貧營養化站位占比為97.53%，輕營養化站位占比為2.47%;2018年10月貧營養化站位占比為97.67%，輕營養化站位占比為1.16%，中度富營養化站位占比為1.16%;2019年3月和6月所有站位均為貧營養化。與其他海域相比，該海域貧營養化占比高，發生富營養化的概率較低（圖10）。

2.3 水質有機污染風險分析

利用有機污染評價指數法對廟島群島海域水質進行評價，結果顯示（圖11），2018年8月有機污染指數范圍為-0.68～6.13，均值為0.30;2018年10月指數范圍為-0.50～3.75，均值為0.35;2019年3月指數范圍為-1.09～ -0.11，均值為-0.68;2019年6月指數范圍為-1.23～-0.04，均值為-0.66。2018年8月有機污染程度2級及以上的站位占比為11.11%，2018年10月有機污染程度2級及以上的站位占比為5.75%，2019年3 月和6月所有站位水質質量均為良好。廟島群島海域夏季污染更嚴重，原因主要是夏季降雨增加了河流徑流量，來自陸源的污染物輸入，使得海域污染指數升高。

3 結論

根據2018年8月和10月以及2019年3月和6月對廟島群島海域的調查研究，得出以下結論。

（1）廟島群島海域表層理化參數中，2018 年8月和10月在大欽島周圍有6個監測站位活性磷酸鹽符合四類海水水質標準，其余站位4 個月的DO、COD、DIN、PO4-P和石油類含量均符合第二類海水水質標準。

（2）水質營養狀況分析結果顯示，調查海域監測站位水質富營養化指數基本lt;1，營養狀況為貧營養。其中2018年8月和10月在大竹山島、北城隍島周圍有3個監測站位富營養化指數1.0≤E lt;2.0，營養狀況為輕營養化;在大欽島周圍有1個監測站位富營養化指數2.0≤E lt;5.0，營養狀況為中度富營養化。水質有機污染風險分析結果顯示，調查海域4個月中96%監測站位的水質級別為較好。

（3）海水中營養鹽含量受季節影響明顯，海洋生物活動和水文狀況會導致營養鹽的輸入和消耗，從而引起營養鹽分布狀況的改變。因此，仍需對廟島群島海域開展海域環境調查監測，為全省海洋環境保護和資源利用提供科學支撐。