膠州灣海域營養(yǎng)狀況研究

董兆選, 婁安剛, 崔文連

（1. 中國海洋大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 青島 266100; 2. 青島市環(huán)境監(jiān)測中心站, 山東 青島 266003）

膠州灣海域營養(yǎng)狀況研究

董兆選1, 婁安剛1, 崔文連2

（1. 中國海洋大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 青島 266100; 2. 青島市環(huán)境監(jiān)測中心站, 山東 青島 266003）

根據(jù) 2000～2009年膠州灣海水監(jiān)測資料, 選用單項指標(biāo)分析和富營養(yǎng)化指數(shù)法, 對膠州灣海域以及主要河口區(qū)營養(yǎng)水平進(jìn)行評價。結(jié)果表明, 膠州灣水質(zhì)較差, 無機(jī)氮嚴(yán)重超標(biāo), N/P值為62.7, 呈現(xiàn)高N低P狀況, 整個海域呈中度-重度富營養(yǎng)狀態(tài)。主要河口海域無機(jī)氮（IN）嚴(yán)重超標(biāo), 富營養(yǎng)化程度高, 其中墨水河口為嚴(yán)重富營養(yǎng), 樓山河口為重度富營養(yǎng)。

膠州灣; 富營養(yǎng)化; 評價

膠州灣是與黃海相通的典型的半封閉海灣, 水域面積353. 92 km2, 岸線長度220.02 km[1]。近年來,受徑流輸入、工農(nóng)業(yè)廢水和城市生活污水排放的影響, 河口區(qū)無機(jī)氮含量嚴(yán)重超標(biāo), 局部海域富營養(yǎng)化程度較高, 赤潮爆發(fā)頻次增加[2～5], 給經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人類健康帶來損害。為摸清膠州灣海域營養(yǎng)狀況,為青島市繼續(xù)深入實施“環(huán)灣保護(hù)、擁灣發(fā)展”戰(zhàn)略提供理論依據(jù), 本研究根據(jù)青島市環(huán)境監(jiān)測中心站2000～2009年的監(jiān)測資料, 對膠州灣海域以及主要河口區(qū)營養(yǎng)狀況作單項指標(biāo)分析和富營養(yǎng)化評價,同時對污染源狀況作分析探討。

1 調(diào)查區(qū)域與方法

膠州灣共布設(shè)點位 14個（圖 1）, 每年 5、8、10月每月監(jiān)測 1次, 進(jìn)行海水化學(xué)因子和海洋生物同步現(xiàn)場采樣, 樣品的采集、固定、保存和分析均按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[6]進(jìn)行, 2000～2009年共取得監(jiān)測數(shù)據(jù) 11 760個, 本次富營養(yǎng)化評價采用的無機(jī)氮（IN）、無機(jī)磷（IP）、COD三個項目數(shù)據(jù)共1 260個。

目前, 國內(nèi)外對海水富營養(yǎng)化尚未有統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)或模型。常見的有單項指標(biāo)評價、綜合指數(shù)評價、模糊數(shù)學(xué)綜合評價、潛在富營養(yǎng)化評價[7～10],最為常用的是單項指標(biāo)評價和富營養(yǎng)化指數(shù)評價（E）。為了與國內(nèi)外近岸海域富營養(yǎng)化狀況更有可比性, 本研究采用較為普遍的單項指標(biāo)分析和富營養(yǎng)化指數(shù)評價法。

圖1 膠州灣監(jiān)測站位圖Fig. 1 Monitoring Sites in Jiaozhou Bay

2 結(jié)果與討論

2.1 單項指標(biāo)參數(shù)變化

膠州灣海域IN、IP、COD三項指標(biāo)年際變化見表1。由表1可知, 膠州灣海域COD年均值范圍為1.18～1.54 mg/L, 年際變化不大, 2000～2009年年均值和 10年均值均低于《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB3097-1997）[11]一類標(biāo)準(zhǔn)。IN含量較高, 除2007年和2009年IN含量符合四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 其他年份年均值和10年均值均高于四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。IP含量較低,年均值均低于二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 其中 2001年、2003年、2004年和2005年IP年均值低于一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2000～2009年膠州灣海域受IN污染嚴(yán)重,呈現(xiàn)高N低P狀況, 3項指標(biāo)水平分布自東部河口區(qū)和北部養(yǎng)殖區(qū)兩個高含量區(qū)向灣中心和灣口呈逐步遞減之勢。

表1 膠州灣海域3項指標(biāo)年際變化（mg/L）Tab. 1 Yearly variations of three parameters in Jiaozhou Bay （mg/L）

膠州灣海域主要河口區(qū)COD、IN、IP十年均值見表2。由表2可知, 主要河口區(qū)COD含量較低, 除墨水河口COD含量達(dá)到二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 其他河口 COD均達(dá)到一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 與膠州灣海域COD平均值相當(dāng)。IN含量明顯高于海域平均值, 除海泊河口IN含量達(dá)到四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 其他河口均劣于四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 墨水河口超標(biāo)最嚴(yán)重。IP含量比海域平均值稍高, 除墨水河口 IP含量超過四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 其他河口均達(dá)到二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2000～2009年膠州灣主要河口區(qū)水質(zhì)較差, IN含量明顯高于海域平均值, 墨水河口COD和IN超標(biāo)最嚴(yán)重。

表2 膠州灣主要河口區(qū)3項指標(biāo)10年均值（mg/L）Tab. 2 Ten-year average values of Three parameters in main estuaries（mg/L）

2.2 富營養(yǎng)化評價

2.2.1 單項指標(biāo)分析

單項指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值參考國家《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB3097-1997）一類標(biāo)準(zhǔn)及國內(nèi)外防止赤潮發(fā)生的研究中提出的富營養(yǎng)化閾值[12]。擬定COD 2～3 mg/L,IN 0.2～0.3 mg/L,IP 0.015～0.020 mg/L為單項指標(biāo)分析的富營養(yǎng)化閾值[13,14]。

COD: 膠州灣海域COD年均值以及十年平均值均未達(dá)到富營養(yǎng)化閾值, 表明有機(jī)污染較低。大部分河口區(qū)COD含量均未達(dá)到富營養(yǎng)化閾值, 墨水河口COD呈一定程度的富營養(yǎng)化。

IN: 膠州灣海域IN年均值以及十年平均值均呈高度富營養(yǎng)水平, 河口區(qū)IN富營養(yǎng)水平顯著高于海域平均值。

IP: 膠州灣海域IP年均值除2001年和2003年未達(dá)富營養(yǎng)化閾值, 其余年份以及十年平均值均呈現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化。

主要河口區(qū)十年中3項指標(biāo)的水期變化見表3。COD含量大致為豐水期＞枯水期＞平水期, 墨水河口各水期 COD呈富營養(yǎng)狀態(tài), 其余河口各水期 COD均未達(dá)富營養(yǎng)閾值。IN含量各水期相差不大, 平水期略高, 主要河口各水期 IN均呈富營養(yǎng)狀態(tài), 墨水河口富營養(yǎng)程度最高。IP含量枯水期和平水期略高于豐水期, 除大沽河枯水期和豐水期、海泊河豐水期未達(dá)富營養(yǎng)閾值, 其余河口均呈輕度富營養(yǎng), 樓山河口IP富營養(yǎng)化程度略高。

2.2.2 N/P值

表3 膠州灣主要河口海域3項指標(biāo)水期變化（mg/L）Tab. 3 Water season variations of three parameters in main estuaries（mg/L）

Redfield[15]于 1958年指出, 海水中平均 N/P原子比是16∶1, 即浮游植物生長時N、P以16∶1的比例被消耗, 高于此值為磷限制, 低于此值為氮限制[16]。2000～2009年膠州灣海域 N/P值為 62.7, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于 16:1, 主要河口 N/P值分別為: 墨水河口86.04, 樓山河口 56.8, 大沽河口 102.4, 海泊河口40.3, 李村河口 47.6,河流水期對 N/P值的影響為豐水期略高于枯水期和平水期。膠州灣海域 N/P平均值以及各水期主要河口 N/P值均遠(yuǎn)超過 16:1, 說明本海域N遠(yuǎn)比P豐富, P則相對短缺, P是本海域初級生產(chǎn)力的限制因子。

2.2.3 綜合指標(biāo)評價

采用目前較為普遍的鄒景忠[17]的富營養(yǎng)化指數(shù)E評價法劃分膠州灣海域富營養(yǎng)類型, 當(dāng)E＞ 1時,表明水體呈富營養(yǎng)化,E值越高, 水體富營養(yǎng)化程度越嚴(yán)重, 具體等級劃分見表4。E的計算公式為:E=（COD×DI N×DI P×106） / 4500

表4 水質(zhì)富營養(yǎng)等級劃分指標(biāo)[17]Tab. 4 Criteria for classifying trophic levels

評價結(jié)果表明, 膠州灣海域富營養(yǎng)化指數(shù)E年均值范圍為2～3, 十年平均E值為3, 屬中度富營養(yǎng),主要河口富營養(yǎng)化指數(shù)E以墨水河口最高為 25, 為嚴(yán)重富營養(yǎng), 樓山河口E值為 8, 為重度富營養(yǎng), 大沽河口和李村河口E值為4, 海泊河口E值為2, 為中度富營養(yǎng)。河流水期對E值影響不大, 平水期略高于枯水期和豐水期, 除墨水河口三個水期均為嚴(yán)重富營養(yǎng), 其余河口各水期處于中度-重度富營養(yǎng)化之間。

2.3 富營養(yǎng)化成因探討

膠州灣屬半封閉內(nèi)灣, 與外界水交換能力弱。膠州灣海域富營養(yǎng)化的原因有三方面: 第一是陸源排污。目前, 匯入膠州灣的陸域直排海污染源主要包括8條入海河流、6家污水處理廠和 21家日排放廢水在 100 t （含100 t）以上的直排海企業(yè), 除大沽河外,膠州灣周邊主要河流已基本無自身徑流, 污染物主要來自企業(yè)源、生活源和面源。企業(yè)廢水入海通量為 11 509萬 t/a, 化學(xué)需氧量、氨氮、總磷分別為22 103、2 281、198 t/a; 生活污水入海通量為11 223萬t/a, 化學(xué)需氧量、氨氮、總磷分別為26 288、3 900、371 t/a; 面源化學(xué)需氧量、氨氮、總磷分別為22 103、2 281、198 t/a; 第二是紅島養(yǎng)殖區(qū)魚蝦養(yǎng)殖餌料的過量投放和代謝費(fèi)物的排泄。第三是水體中有機(jī)體的分解,使?fàn)I養(yǎng)鹽獲得再生, 為浮游植物的生長繁殖提供了豐富的營養(yǎng)源。

3 結(jié)論

以上評價結(jié)果表明, 膠州灣水質(zhì)較差, 受 IN污染嚴(yán)重, N/P值為62.7, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于16, 呈現(xiàn)高N低P狀況, 整個海域呈中度—重度富營養(yǎng)狀態(tài)。主要河口海域 IN嚴(yán)重超標(biāo), 富營養(yǎng)化程度較高, 其中墨水河口E值為 25, 為嚴(yán)重富營養(yǎng), 樓山河口為重度富營養(yǎng)。為降低膠州灣富營養(yǎng)化程度, 減少赤潮發(fā)生概率,本文提出以下幾點建議:

（1）開展膠州灣環(huán)境容量研究, 按照環(huán)境容量以及環(huán)境功能區(qū)規(guī)劃排污單元, 合理布局排污點源,對入海污染物實行總量控制, 限定各工礦企業(yè)污染物排放量, 把節(jié)能、降耗、高效、減排、實施污染全過程控制納入生產(chǎn)管理, 建立清潔生產(chǎn)運(yùn)行機(jī)制,從源頭有效控制污染。

（2）建立覆蓋城鄉(xiāng)的污水收集系統(tǒng), 實現(xiàn)雨污分流, 使污水全部納入城市管網(wǎng)進(jìn)污水處理廠, 同時加快污水處理廠的新建、改建和擴(kuò)建工程, 推進(jìn)升級改造, 增加除磷脫氮工藝, 處理標(biāo)準(zhǔn)由《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的二級標(biāo)準(zhǔn)提高到一級 A標(biāo)準(zhǔn), 保證污水能夠得到深度處理, 達(dá)標(biāo)排放。

（3）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu), 逐步解決結(jié)構(gòu)性工業(yè)污染問題。淘汰和禁止引進(jìn)高耗能、高排放、高污染的“三高”產(chǎn)業(yè), 倡導(dǎo)低耗能、低排放、低污染的環(huán)保型產(chǎn)業(yè), 大力發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì), 引進(jìn)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。同時,鼓勵現(xiàn)有企業(yè)科技創(chuàng)新, 改進(jìn)生產(chǎn)工藝, 提高資源利用率和產(chǎn)品附加值, 這是膠州灣環(huán)境改善的根本途徑。

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Received: Dec., 14, 2009

Key words:Jiaozhou Bay; eutrophication; assessment

Abstract:Based on the monitoring result of water quality of Jiaozhou Bay in 2000～2009, the assessment on the nutrient level in Jiaozhou Bay and main estuaries was carried out, by the analysis on single-item and the nutrient status index. The result showed that Jiaozhou Bay water utility was poor, because the water was seriously polluted by inorganic nitrogen. The value of N/P was 62.7, indicating a high-N and low-P condition.The nutrient level of Jiaozhou Bay was of moderate-high eutrophication level. The main estuaries were of relatively high eutrophication level, with exceptional level of IN; and the eutrophication level of Moshui-estuary is the highest, and Loushan-estuary second.

（本文編輯:康亦兼）

Assessment of eutrophication of Jiaozhou Bay

DONG Zhao-xuan1, LOU An-gang1, CUI Wen-lian2
（1. Department of Environmental Science, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. Qingdao Environmental Momitoring Centre, Qingdao 266003, China）

X55

A

1000-3096（2010）12-0036-04

2009-12-14;

2010-06-30

國家科技支撐計劃項目（2006BAC02A19）

董兆選（1984-）, 女, 山東煙臺人, 碩士研究生, 研究方向為環(huán)境管理與規(guī)劃, 電話: 0532-82966392, Email: xiaoxx_310@163.com; 婁安剛,通信作者, 電話: 66781693, Email: aglou@ouc.edu.cn