北戴河近岸海域富營養化狀況的評價研究

李 莉， 陳武軍， 張永豐， 陳 燕, 李欣陽　(國家海洋局秦皇島海洋環境監測中心站，河北秦皇島 066002)

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北戴河近岸海域富營養化狀況的評價研究

李 莉， 陳武軍*， 張永豐， 陳 燕, 李欣陽(國家海洋局秦皇島海洋環境監測中心站，河北秦皇島 066002)

海水中營養鹽是海洋浮游植物生長與繁殖不可缺少的化學元素，是海洋生物地球化學循環中物質循環中物質流的基礎。近年來由于受地表徑流、工農業污水排放及海水養殖排污等影響，海水富營養化已成為我國近岸海域普遍存在的環境問題，并且富營養化程度和范圍有逐漸加重和擴大的趨勢[1]。由此引發的水質下降與赤潮頻發，給海洋生態環境和經濟發展造成了嚴重的破壞和巨大損失。近年來，國內外學者對河口及近岸海域富營養狀況的監測與評價工作進行了廣泛研究[2-5]。筆者運用富營養指數法、潛在性富營養化程度評價法和小球藻培養法對北戴河近岸海域富營養狀況進行評價，旨在能夠更好了解北戴河近岸海域富營養現狀，為更好地加強該海域環境保護和可持續利用提供基礎資料，并對河口及近岸海域富營養化評價新方法進行探索。

1材料與方法

1.1調查站位及調查項目2012年5~10月對北戴河近岸海域進行表層水樣采集。調查區共設6個站位(圖1)，分析項目包括化學需氧量(COD)、氨氮(NH4-N)、亞硝酸鹽(NO2-N)、硝酸鹽(NO3-N)、磷酸鹽(PO4-P)。具體操作按《海洋監測規范》(GB17378.4-2007)[6]第四部分：海水分析處理。

1.2富營養化評價方法目前國際上關于富營養化的評價尚無統一的標準[7]。富營養化的評價方法有富營養狀態(E)指數[8-12]、潛在性富營養化程度評價法[13]、Shennan指數法[14]和浮游植物群落結構指數[15]。筆者采用目前國內外常用的富營養狀態指數和潛在性富營養化程度評價法分析海域海水富營養狀況。富營養狀態指數計算公式如下：E=COD*DIN*DIP*106/4 500。其中COD、DIN、DIP分別表示海水中的化學耗氧量、無機氮和無機磷(單位為 mg/L)。當E≥1時，水體為富營養化類型，E值越大，富營養化程度越嚴重。

1.3小球藻培養海洋小球藻藻種取自暨南大學。在1 000 ml的三角瓶中，將小球藻在f/2培養液中盡心培養，達到指數生長期后，分別接種到經0.45 μm濾膜過濾的水質樣品中，每個水質樣品設3個平行樣。溫度為25 ℃，光照強度為4 500 lx，光暗比為12 h∶12 h，每天定時搖動2次，培養7 d。每天定時取樣，以血球計數板法測定小球藻的細胞個數，同時計算藻體生長速率。計算公式如下[16]：K=2.303(lgN-lgN0)/t；T=0.693/K。其中，K為比生長常數；N0為起始細胞密度；N為經過t時間的細胞密度；T為平均世代(d)；t為生長時間(d)。

2結果與分析

2.1COD、DIN和DIP的變化特征COD值是評價水體質量的重要標準，因為它反映了水中受還原物質污染的程度，也就是說反映了水樣中可氧化的有機質氧化時所需要的氧量，因此COD值可作為有機物相對含量的指標，其測值的高低直接反映了水體質量的好壞[17]。由表1可知，調查海域水體COD值的變化范圍介于1.12～2.84 mg/L之間，各月份的COD值平均值在1.37～2.54 mg/L之間。8和9月水體COD值滿足二類海水水質標準(<3 mg/L)，其他月份的COD值滿足一類海水水質標準(<2 mg/L)。8和9月水體COD值較大，這可能是由于充沛的降雨將大量有機物沖刷入海，同時夏季正是養殖的高峰期，使得COD值達到了全年的最大值。

調查海域水體DIN含量的變化范圍介于0.056 3~0.672 mg/L之間，各月份的水體DIN含量平均值在0.068 2～0.549 mg/L之間。8和9月水體DIN含量平均值均超過海水四類水質標準(0.5 mg/L)。10月水體DIN含量平均值符合海水二類水質標準(0.3 mg/L)，其他月份水體DIN含量平均值均符合海水一類水質標準(0.2 mg/L)。調查海域DIN以NO3-N為主，平均含量為0.138 mg/L，約占DIN的55.0%；其次是NH4-N，約占DIN的35.0%；含量最少的是DIN的中間產物NO2-N，占DIN的10.0%。

調查海域水體DIP含量的變化范圍介于0.003 12~0.051 9 mg/L之間，各月份的水體DIP含量均值在0.003 76～0.017 7之間。除8月6號站海水DIN含量超過海水水質四類標準(0.045 mg/L)，其他各月份各站位海水DIP含量均符合海水水質一類標準(0.015 mg/L)。

表1　5~10月COD、DIN、DIP值　mg/L

2.2北戴河近岸海域富營養狀態指數水質營養水平評價分級標準見表2。調查期間，北戴河近岸海域營養狀態指數的變化范圍在0.084 9~20.500 0之間，不同月份6個站位的營養狀態指數均值變化范圍在0.112～5.720之間。從表3可知，調查海域豐水期富營養狀態指數明顯高于枯水期和平水期。除8和9月之外，其他月份營養狀態指數均值均<1，這表明除8和9月外，其他月份調查海域海水水質較好，尚未達到富營養化水平。8和9月營養狀態指數均值均>1，表明8和9月北戴河近岸海域海水富營養化，尤其8月的營養狀態指數均值>3，已處于高富營養化。

表3　各月不同站位富營養化指數

2.3北戴河近岸海域潛在性富營養化程度評價我國近海主要河口、海灣水體中N/P比幾乎都偏離Redfield值，這種偏離程度還隨季節不同而發生變化。考慮到我國近岸海域普遍具有營養鹽比例不平衡，致使浮游植物生長受制于某一相對不足營養鹽的特性，筆者選用郭衛東等以潛在性富營養化的概念為基礎，參照我國海水水質標準以及有關試驗結果，提出的分類分級的潛在性營養化評價模式[13]。分類分級潛在營養化評價模式的營養級劃分原則見表4。利用2012年5~10月北戴河鄰近海域6個監測站點表層海水N、P營養鹽含量監測結果的平均值，對北戴河近岸海域不同月份表層海水的潛在性富營養化程度進行評價，評價結果見表5。

在赤潮多發期(5～10月)，5～7月的海水水質平均狀況屬于貧營養；8和9月的營養程度達到最高水平，處于磷限制潛在性富營養化水平，接近富營養化水平；10月的海水水質平均狀況屬于磷限制中等營養。這表明，5～7月北戴河近岸海域營養水平很低，水質質量較好。8和9月由于降雨和徑流的影響，致使DIN水平升高，但由于P的限制，總體上尚處于潛在性富營養化階段。從總體上來看，北戴河近岸海域營養化程度呈現明顯的時間變化。

2.4小球藻培養法對調查海域營養水平的分析海水中的DIN和DIP等營養物質是海洋浮游植物生長、繁殖所必需的成分，它們在控制浮游植物的生長中起著重要作用。筆者用各月份各站位的天然海水對小球藻進行室內培養，并計算小球藻的比生長常數。通過比較小球藻的生長速率，對北戴河海域海水富營養化程度進行評價。不同月份6個站位海水培養小球藻的比生長常數均值變化范圍介于0.090 7～0.208 0之間。從圖2可知，8月小球藻的比生長常數最大，9月次之，7月最小。

表4　潛在性富營養化評價模式營養級的劃分原則

表5　調查海域潛在性富營養化評價結果

應用SPSS13.0軟件對北戴河近岸海域營養狀態指數和小球藻比生長常數進行相關性分析，其Spearman相關系數R=0.813，顯著性水平α<0.01。北戴河近岸海域營養狀態指數和小球藻比生長常數總體上成正相關關系，即營養狀態指數高的區域海水培養小球藻的比生長常數相對也高。這表明小球藻生長狀況能夠在一定程度上反映北戴河近岸海域富營養化狀況。

3結論與討論

(1)在赤潮多發期(5～10月)，8和9月北戴河近岸海域海水COD、DIN和DIP含量遠遠高于其他3個月份。8和9月海水DIN含量均值超過海水水質四類標準，COD含量均值超過海水水質二類標準。8月DIP含量均值超過海水水質二類標準。

(2)富營養狀態指數結果表明，8和9月北戴河近岸海域海水處于富營養化狀態，尤其8月的營養狀態指數均值>3，已處于高富營養化。其他月份調查海域海水水質較好，尚未達到富營養化水平。

(3)潛在性富營養化評價結果表明，5～7月北戴河近岸海域營養水平很低，水質質量較好。8和9月由于降雨和徑流的影響，致使DIN水平升高，但由于P的限制，總體上尚處于潛在性富營養化階段。

(4)通過對北戴河近岸海域營養狀態指數和小球藻比生長常數進行相關性分析，北戴河近岸海域營養狀態指數和小球藻比生長常數總體上成正相關關系，表明小球藻培養法能夠在一定程度上反映北戴河近岸海域富營養化狀況。

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摘要根據2012年5~10月北戴河近岸海域水質監測資料，分析了該海域幾個重要化學指標變化特征，并應用富營養指數法、潛在性富營養化程度評價法和小球藻培養法對北戴河近岸海域富營養狀況進行評價，同時對3種方法結果進行比較分析。營養指數法計算結果顯示，8和9月北戴河近岸海域海水處于富營養化狀態，尤其8月的營養狀態指數(E)均值>3，已處于高富營養化。其他月份調查海域海水水質較好，尚未達到富營養化水平。潛在性富營養化法計算結果：5～7月北戴河近岸海域營養水平很低，水質質量較好。8和9月由于降雨和徑流的影響，致使無機氮水平升高，但由于磷的限制，總體上尚處于潛在性富營養化階段。通過對營養狀態指數和小球藻比生長常數進行相關性分析，北戴河近岸海域營養狀態指數和小球藻比生長常數總體上成正相關關系，表明小球藻培養法能夠在一定程度上反映北戴河近岸海域富營養化狀況。

關鍵詞富營養化；近岸海域；富營養指數法；潛在性富營養化程度評價法；小球藻培養法；北戴河

Eutrophication Assessment Research for Beidaihe Coastal Waters

LI Li, CHEN Wu-jun*, ZHANG Yong-feng et al(Marine Environment Monitoring Central Station of Qinghuangdao, SOA, Qinghuangdao, Hebei 066002)

AbstractBased on the survey data of Beidaihe coastal waters from May to October 2012, the characteristics of several important chemical factors were analyzed.By using eutrophication index, potential eutrophication assessment method and chlorella culture method, the eutrophication level of the sea area was assessed.Meanwhile, the assessment results of using the three assessment method were compared.The results based on eutrophication index showed that the Beidaihe coastal sea had a higher eutrophication level in August and September.Especially the average of eutrophication index (E) was greater than 3 in August.It had high eutrophication level.The other month had not reached the eutrophication level.The results based on potential eutrophication assessment method showed that the nutrition level of Beidaihe coastal waters were low from May to July.Because of rainfall and runoff, the level of inorganic nitrogen had increased in August and September.Because of the limitation of phosphorus, the nutrient status of Beidaihe coastal waters was still potential eutrophication.The nutrient state index had a positive correlation with the growth of chlorella by analyzing the relation of the nutrient state index and the growth of chlorella.It showed that the chlorella culture method could reflect the nutrient status of Beidaihe coastal waters.

Key wordsEutrophication; Coastal water; Eutrophication index; Potential eutrophication assessment method; Chlorella culture method; Beidaihe

收稿日期2015-10-23

通訊作者

作者簡介李莉(1983-)，女，河北唐山人，工程師，碩士，從事海洋環境監測與評價研究。*，高級工程師，碩士，從事海洋生態學研究。

基金項目國家海洋局北海分局2012年海洋科技項目(2012B11)；國家海洋局公益性行業科研專項經費項目(201305003)。

中圖分類號S 181.3

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2015)32-111-04