欽州灣近岸海域水質狀況及富營養化分析

楊 斌，魯棟梁，鐘秋平，張志清，李尚平

1．中國海洋大學海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室，山東青島266100

2．欽州學院北部灣海洋保護與開發利用廣西高校重點建設實驗室，廣西欽州535099

欽州灣位于北部灣最北部，有欽江、茅嶺江、大風江、金鼓江和鹿環耳江等多條江河直接匯入，這些河流攜帶著大量的營養物質進入海灣，使得該灣沿岸海域營養鹽非常豐富［1-2］。營養鹽的生物地球化學循環對浮游植物的生長與繁殖至關重要，但營養鹽過剩也會導致水體環境的污染。近年來的監測結果顯示，欽州灣水質主要污染因子為無機氮和磷酸鹽以及COD［3-5］。河流輸入營養鹽通量的增加，將導致海灣營養鹽濃度和結構的變化，大大增加了欽州灣發生赤潮的生態風險［6］。例如，2011年4月，欽州灣近岸海域就曾發生過兩次夜光藻赤潮現象，且間隔不到一周的時間。此外，化學需氧有機物也可以為浮游植物的生長提供碳源，直接促進其繁殖，因此COD與赤潮之間存在著密不可分的聯系［7］。隨著北部灣經濟區的快速發展，欽州灣受沿岸工農業排污排廢、增養殖業、港口碼頭航運等人類頻繁活動的影響日益加劇，有機污染物的排放也日趨顯著，赤潮發生的潛在威脅依然存在，但有關COD對欽州灣富營養化貢獻方面的研究尚未見報道。該研究通過實際現場采樣調查，對該灣近岸海域基本的水環境參數和營養鹽含量進行分析監測，評價其污染狀況和富營養化狀態，并探討COD對海水富營養化的貢獻率。這對于了解和掌握近期欽州灣的水環境質量、研究赤潮災害和環境污染控制以及有效防治欽州灣富營養化、有害赤潮的再次發生等海洋環境問題具有重要的指導意義。

1 材料與方法

于2012年5月對欽州灣沿岸海域(21.60 ～21.74°N，108.59 ～108.76°E)進行了現場調查，共設置了10個觀測站，調查海區的站位如圖1所示。每個站位使用Niskin采水器采集表層海水。

圖1 欽州灣海區調查站位圖

現場采樣站位的水溫、鹽度、pH和溶解氧(DO)參數應用YSI6920多功能水質分析儀(美國)現場測定。營養鹽水樣先用0.45 μm醋酸纖維濾膜過濾，再用0.3%CHCl3固定并冷藏保存，待返回實驗室后均用UNICO2000分光光度計(美國)按照《海洋監測規范》(GB 17378—2007)［8］中的要求進行測定，主要包括:亞硝酸鹽(NO2－-N)、硝酸鹽(NO3－-N)、銨鹽(NH4+-N)、活性磷酸鹽(PO-P)、活性硅酸鹽(SiO-Si)。其中，溶解無機氮(DIN)為NO2－-N、NO3－-N、NH4+-N三者之和，溶解無機磷(DIP)即為PO-P濃度。化學需氧量(COD)水樣采集后加入2～3滴濃H2SO4固定并冷藏保存，在實驗室應用堿性高錳酸鉀法測定。

2 結果與討論

2.1 水質特征分析

欽州灣近岸水域溫度、鹽度、pH、DO的平均值及范圍分別為31.17(29.79～35.71)℃、17.88(4.73 ～30.26)、7.89(7.34 ～8.66)、6.69(4.69～8.44)mg/L。該灣近岸海域溫度呈現典型的亞熱帶海水特征，適宜的鹽度和pH值，含量豐富的溶解氧，為亞熱帶各種海洋生物生長與繁殖提供了良好的環境［9-10］。作為海洋初級生產力基礎的營養鹽，DIN、DIP、溶解活性SiO-Si平均含量(范圍)分別為0.15(0.08～0.22)mg/L、0.005 9(0.003 4 ～0.011 7)mg/L、0.71(0.14 ～1.38)mg/L。相比營養鹽吸收動力學研究提出的浮游植物生長所需的最低濃度閾值(DIN=1 μmol/L，DIP=0.1μmol/L，SiO-Si=2 μmol/L)［11-12］，N、Si均顯得過剩，而 P 則略高于浮游植物最低閾值，據此N、P、Si均不是營養鹽限制因子。用近海海水進行的生物培養實驗結果發現［13-14］，當 N∶P(原子比)＞30 時，浮游植物生長將受到P的限制。該次調查海域的N、P平均比值為57.47，而DIN和溶解活性SiO2－3-Si濃度均高出浮游植物生長閾值的10倍以上，浮游植物生長過程中可能要首先耗盡PO3－4-P。因此，推斷近期欽州灣沿岸水域PO3－4P可能成為浮游植物生長的潛在限制因子。作為表征水體中有機物含量的有效指標 COD平均濃度(范圍)為2.41(0.93～6.03)mg/L，其中有4個站位超出中國近岸海域一類海水水質標準［15］。

2.2 水體有機污染狀況分析

目前普遍認為，由于受地表徑流帶來的污染面源、工業和生活污水排放及海水養殖排污導致近年來近岸海域富營養化日趨嚴重［16］，赤潮現象頻繁發生，而N、P營養鹽和耗氧有機物的大量輸入則是水體富營養化的先決條件［17］。本文采用孫耀等［18］提出的污染評價公式并對照有機污染評價分級表(表1)對欽州灣近岸水質污染狀況有個總體了解。

式中:A為污染指數，分子項為實測值，分母項為相應的國家Ⅰ類海水水質標準［19］，計算出污染指數范圍為0.2～3.7，平均值為1.2。對照表1整體來看，近期欽州灣近岸水域污染程度達到2級，屬于開始受到污染。但從不同站位來看，QZW08、QZW09站分別出現中度污染、輕度污染，QZW02、QZW10均表現出開始受到污染的現象。

表1 有機污染評價分級表

COD也是反映水體有機物污染程度的重要綜合性指標之一［20］。根據COD污染評價單因子污染指數法計算公式［21］:

式中:Pi、Ci、Si分別為 COD 的評價指標、實測值、評價標準值，當Pi＞1時，則表明水質已經受到污染，Pi越大，水質受污染程度越嚴重;當Pi≤1時，表明水質尚未受到污染。采用中國近岸海域二類海水水質標準作為評價標準值［15］，計算得出欽州灣近岸COD平均污染指數及范圍為0.80(0.31～2.01)。總體來說，調查期間該灣水質尚未受到化學耗氧有機物的污染，但局部水域已受到不同程度的污染，超標率達30%，主要出現在三娘灣旅游碼頭(QZW02站位)、欽州港港口附近區域(QZW08～QZW09站位)，其中QZW08站受污染程度最大，而調查區域的其他站位均未出現超標現象，COD污染指數相對較低(圖2)。由此可見，COD是影響近期欽州灣沿岸海域受污染的重要因素，而陸源污染物的大量輸入以及港口碼頭人為活動頻繁造成有機污染物的大量排放是導致該灣水質出現不同程度污染的主要原因。

圖2 欽州灣近岸海域COD污染指數

2.3 水體富營養化狀態分析

為了綜合調查研究海域富營養化程度，根據COD和營養鹽調查數據，應用富營養狀態指數(E)［15］來綜合評價欽州灣近岸水域的富營養化狀態，其計算公式如下:

式中:CCOD、CDIN、CDIP分別為化學需氧量、溶解無機氮、無機磷的濃度，單位均為mg/L。當E≥1時，表示海域水體開始呈現富營養化狀態，富營養化程度隨E的增大而逐漸加重。調查計算結果顯示，E為0.11～1.77，平均值為0.51。對照表2中近岸海域水質富營養化狀況等級可見，近期整個欽州灣近岸水域尚未達到富營養化。但從區域分布來看，位于三娘灣旅游碼頭的 QZW02站(E=1.05)和欽州港附近的QZW08站位(E=1.77)富營養化指數介于1.0～2.0之間，表明這兩個站位區域水體已出現輕度富營養化狀況，而沿岸人為活動的影響和工業廢污水的排放是造成局部出現富營養化的主要原因［3］。因此，加強對欽州港區排污、排廢的水質監控，以及對三娘灣旅游碼頭污染物的排放采取必要措施，減少人為污染，控制陸源污染物的入海量，是防止欽州灣近岸海域日后污染加重及富營養化再次發生的關鍵所在。

表2 近岸水質富營養等級劃分指標

2.4 COD對富營養化的貢獻

通過富營養狀態指數(E)公式直接計算COD的貢獻率相對比較困難，故將公式(3)進行變形后取以10為底的對數，得公式為

結果表明，COD對富營養化的貢獻ECOD(%)平均值為72.46%(67.36% ～83.96%)。

相比其他海域，該海域COD對富營養化的貢獻高于長江口鄰近海域［22］(平均貢獻率46.53%)和渤海海區［23］(平均貢獻率 25%)，低于東海赤潮高發區［24］(平均貢獻率82%)，表明調查期間欽州灣近海域COD對富營養化的貢獻處于中上等水平，這進一步證明了COD是影響該海灣近岸海區富營養化的關鍵因素。此外，由圖3可見，當E＜1時，ECOD(%)隨著 E的增加呈現逐漸下降的趨勢，這與李磊等［22］對長江口鄰近海域COD與富營養化的貢獻關系研究的結果相一致。但當E超過1時，ECOD(%)隨E的增大卻有上升的趨勢，且ECOD(%)均能維持在65%以上，這表明富營養化加重時來自營養鹽的貢獻并未顯得突出，來自COD的貢獻尤為重要。因此，政府在加強對該海灣N、P營養鹽和有機污染物排放時，特別要重視控制COD的入海通量，以防止欽州灣水質再次污染加重及富營養化的發生。

圖3 欽州灣近岸海域COD對富營養化指數的貢獻

3 結論

1)研究水域的4項基本環境參數(溫度、鹽度、pH、DO)均有利于亞熱帶各種海洋生物的生長繁殖;作為浮游植物生長的基本生源要素，N、Si均顯得過剩，而P表現出低磷特征，以致近期PO-P可能成為浮游植物生長的潛在限制因子。而作為反映受還原物質污染程度高低的COD，部分站位超過中國近岸海域一類海水水質標準。

2)污染指數平均值為1.2(0.2～3.7)，近期整個欽州灣近岸水域污染程度達到2級，屬于開始受到污染。COD污染評價單因子污染指數平均值為0.80(0.31～2.01)，該灣水質局部區域已受到化學耗氧有機物不同程度的污染，超標率達30%。

3)富營養化指數平均值為0.51(0.11～1.77)，整個欽州灣近岸水域尚未達到富營養化，但局部區域水體已出現富營養化狀況，沿岸人為活動的影響和工業廢污水的排放是造成局部出現富營養化的主要原因。

4)COD對富營養化的貢獻ECOD(%)平均值為72.46%(67.36% ～83.96%)。與其他研究海域相比，本研究海域COD對富營養化的貢獻處于中上等水平，COD是影響欽州灣海域富營養化的重要因素。

［1］楊斌，鐘秋平，張晨曉，等．欽州灣春季水質營養狀況分析與評價［J］．中國環境監測，2013，29(5):103-106．

［2］韋蔓新，賴廷和，何本茂．欽州灣豐、枯水期營養狀況變化趨勢及其影響因素［J］．熱帶海洋學報，2003，22(3):16-21．

［3］楊斌，方懷義，鐘秋平，等．欽州灣夏季營養鹽的分布特征及富營養化評價［J］．海洋通報，2012，31(6):640-645．

［4］廣西北海海洋環境監測中心站．廣西近岸海域2006—2010年環境質量報告［R］．2011．

［5］楊斌，鐘秋平，魯棟梁，等．欽州灣海域COD時空分布及對富營養化貢獻分析［J］．海洋科學，2014，38(3):20-25．

［6］藍文陸．彭小燕．茅尾海富營養化程度評價及其對浮游植物生物量的影響［J］．廣西科學院學報，2011，27(2):109-112．

［7］王顥，石曉勇，張傳松，等．2004年春季東海赤潮高發區COD分布及其與赤潮關系的初步研究［J］．海洋科學，2008，32(12):82-86．

［8］國家海洋局．GB 17378.4—2007 海洋監測規范［S］．北京:中國標準出版社，2007．

［9］韋蔓新，何本茂．北海灣生態環境特征及其營養狀況分析［J］．海洋湖沼通報，2003(4):95-100．

［10］楊斌，張晨曉，鐘秋平，等．欽州灣表層海水溫度鹽度及pH值時空變化［J］．欽州學院學報，2012，27(3):1-5．

［11］Justic D，Rabalais N N，Turner R E，et al．Changes in nutrient structure of river-dominated coastal waters:stoichiometric nutrient balance and its consequences［J］．Estuarine，Coastal and shelf Science，1995，40:339-356．

［12］楊東方，張經，陳豫，等．營養鹽限制的唯一性因子探究［J］．海洋科學，2001，25(12):49-51．

［13］Butler L I．Nutrient balance in the western English Channel［J］．Estuarine and Coastal Marine Science，1979，8(2):195-197．

［14］胡明輝，楊逸萍，徐春林，等．長江口浮游植物生長的磷酸鹽限制［J］．海洋學報，1989，11(4):439-443．

［15］環境保護部．HJ 442—2008 近岸海域環境監測規范［S］．北京:中國環境科學出版社，2009．

［16］張景平，黃小平，江志堅，等．2006—2007年珠江口富營養化水平的季節性變化及其與環境因子的關系［J］．海洋學報，2009，31(3):113-120．

［17］韋蔓新，賴廷和，何本茂．防城灣水質特征及營養狀況趨勢研究［J］．海洋通報，2003，22(1):44-49．

［18］孫耀，陳聚法，張友篪．膠州灣海域營養狀況的化學指標分析［J］．海洋環境科學，1993，12(3/4):25-31．

［19］國家環境保護總局．GB 3097—1997 海水水質標準［S］．北京:中國標準出版社，1998．

［20］楊美蘭，林欽，黃洪輝，等．珠江口水域化學耗氧量 (COD)的分布特征［J］．海洋通報，2005，24(4):22-26．

［21］周愛國，蔡鶴生．地質環境質量評價理論與應用［M］．武漢:中國地質大學出版社，1998．

［22］李磊，王云龍，蔣玫，等．春、夏季長江口鄰近海域COD分布特征、影響因素及對富營養化的貢獻［J］．海洋通報，2012，31(3):329-335．

［23］郭全，王修林，韓秀榮，等．渤海海區COD分布及對海水富營養化貢獻分析［J］．海洋科學，2005，29(9):71-75．

［24］張傳松，王修林，石曉勇，等．東海赤潮高發區COD和石油烴分布特征及其與赤潮發生關系的初步研究［J］．應用生態學報，2003，14(7):1 093-1 096．