海南省三亞市三亞灣珊瑚礁區環境特征*

姚旭瑩，林鐘揚，章偉艷，李元超，倪建宇

(1.國家海洋局第二海洋研究所 杭州 310012； 2. 浙江省地質調查院 杭州 311203；3.海南省海洋與漁業科學院 海口 570125)

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海南省三亞市三亞灣珊瑚礁區環境特征*

姚旭瑩1，林鐘揚2，章偉艷1，李元超3，倪建宇1

(1.國家海洋局第二海洋研究所 杭州 310012； 2. 浙江省地質調查院 杭州 311203；3.海南省海洋與漁業科學院 海口 570125)

2011年春季和冬季對三亞灣水體和沉積物的現場調查表明，三亞灣水體中營養鹽的含量存在顯著的季節變化，春季水體中的氮、磷等營養元素顯著低于冬季的；而三亞河輸入的陸源營養元素對三亞灣的影響顯著。總氮總磷的分析結果表明，水體中有機營養元素的含量較高，由于浮游植物也可以利用有機氮和磷來進行初級生產，因此，水體中有機質的污染應引起重視。歷年來海水中無機氮、磷的監測結果表明，三亞灣水體中氮的輸入有逐年增加的趨勢，而磷的污染有逐漸降低的趨勢。水體中N/P比值也由2004年的6∶1，增加到2011年的60～123∶1；說明整個生態系統已由早期的氮限制轉變為磷限制。沉積物重金屬元素的分析結果顯示，三亞灣除了三亞河口附近的Cd元素超標外，大部分海區的沉積物依然屬于國家一類沉積物，處于清潔環境下。而水體水溫的長期監測結果表明，三亞灣水體水溫的變化波動有增大的趨勢，且水體的酸化現象也和全球的變化一致，說明三亞灣水體也受到全球氣候變化的影響，但總體上三亞灣珊瑚礁周圍環境狀況較為穩定，可滿足珊瑚礁的生長要求。

三亞灣；營養鹽；沉積物化學；珊瑚礁

海南省三亞市是我國近岸海域珊瑚礁的主要分布區之一，位于三亞市南的三亞灣，是我國典型的熱帶開闊型淺水海灣，也是我國珊瑚礁發育較好的海灣，著名的鹿回頭珊瑚礁位于三亞灣內，其東側的三亞河為其主要的入海河流。近年來，由于三亞市經濟的迅速發展，人為活動的加劇，特別是旅游業的迅猛發展，生活污水的排放與日俱增，近岸海域生態環境受到了前所未有的壓力，三亞灣的珊瑚礁群也由于人類活動的干擾和海洋污染，逐年退化。因此，了解該海域的環境特征，對評估珊瑚礁的現狀和恢復具有重要的意義。

三亞灣近岸水體的環境特征一直以來得到了學者們的關注，在環境現狀評價和環境生態等方面開展了大量的工作[1-6]。依據2011年的春季和冬季對三亞灣水體環境和沉積物化學的現場調查工作，并結合2013年6月至2014年11月在鹿回頭珊瑚礁區采用Hobo公司水溫儀獲得的長時間序列水溫數據，對三亞灣珊瑚礁區的環境現狀進行評價，以期為該海區珊瑚礁的保護提供基礎資料。

1 樣品采集

2011年春季和冬季對三亞灣的水體和沉積物開展了現場采樣工作，采用顛倒式采水器采集海水樣品，采用蚌式挖泥器采集海底表層沉積物，具體的采樣站位見圖1。同時，采用便攜式pH計和鹽度計現場測定海水的pH值和鹽度。海水樣品經0.45 μm醋酸纖維濾膜過濾后，分析其氮、磷和硅等營養元素的含量，沉積物樣品冷凍干燥后粉碎至小于200目，采用ICP-MS分析其鎘(Cd)、鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉛(Pb)和鋅(Zn)的含量。

圖1 2011年春季三亞灣采樣站位

2 樣品分析

海水中硝酸鹽、銨鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽的測定，依據《海水化學要素觀測》(GB/T 12763.4-2007)進行分析；海水中總氮和總磷的測定則采用Valderrama(1981)的過硫酸鉀氧化法進行，氧化劑由過硫酸鉀、硼酸和氫氧化鈉組成。分析過程：在裝有50 mL海水樣品的玻璃瓶中，加入7 mL氧化劑，旋緊瓶蓋，混勻后放入醫用高壓消毒鍋內，保持溫度在110～120℃，壓力為1.2～1.3 kg/cm2下消解30 min；冷卻至室溫后，將樣品定量轉移到25 mL比色管中，并依據《海水化學要素觀測》在7230G型分光光度計上分別測定水樣中的硝酸鹽和磷酸鹽。采用甘氨酸和甘油磷酸鈉按一定比例配成的混合溶液，對該方法的氧化率和分析精度進行了檢驗，經試驗，氧化效率可達93%以上，相對標準偏差磷為±8%，氮小于4.5%。

3 結果與討論

3.1 三亞灣的水體營養狀況

海水中的氮、磷、硅等元素被統稱為無機營養鹽，是光合作用過程中浮游植物攝取的主要養分和構成植物的重要組成部分，也是植物新陳代謝的重要能源。而珊瑚礁水體的富營養化也主要是由大量陸地來源的富含這些營養物質的水體輸入造成的，因此水體中上述營養物質的分布特征對評價珊瑚礁的生存環境是十分重要的。

3.1.1 無機氮

水體中溶解無機氮(DIN)主要由硝酸鹽、銨鹽和亞硝酸鹽構成。DIN是浮游植物生長的必要元素之一，海水水體中氮的多寡能促進或限制海洋生態系統中物質能量的轉化，也反映了有機物被利用的程度和海洋生物新陳代謝的活動規律。

三亞灣海域的銨鹽含量在春季為0.29～2.74 μmol/L，平均值為1.39 μmol/L；冬季為0.06～4.66 μmol/L，平均值為1.47 μmol/L，季節變化不顯著。平面分布上，春季水體中銨鹽濃度的高值出現在三亞河口和西島附近；冬季除了三亞河口外，銨鹽的高值區主要分布在沿岸海區(圖2)。

圖2 水體中銨鹽的平面分布

亞硝酸鹽的含量在春季為0.07～0.56 μmol/L，平均值為0.15 μmol/L；冬季為0.00～0.57 μmol/L，平均值為0.04 μmol/L，冬季水體中亞硝酸鹽的含量顯著低于春季的。平面分布上亞硝酸鹽的高值主要出現在三亞河口地區(圖3)。

圖3 水體中亞硝酸鹽的平面分布

硝酸鹽的含量春季為0.42～3.76 μmol/L，平均值為1.48 μmol/L；冬季為1.32～36.38 μmol/L，平均值為8.35 μmol/L，冬季水體中硝酸鹽的含量顯著高于春季的。平面分布上，高值區域主要集中在三亞河口(圖4)。

圖4 水體中硝酸鹽的平面分布

3.1.2 磷酸鹽

磷也是水體中浮游生物所必需的營養元素之一。分析結果顯示，三亞灣海區水體中的磷酸鹽的含量春季為0.04～0.08 μmol/L，平均值為0.05 μmol/L；冬季為0.01～0.61 μmol/L，平均值為0.08 μmol/L，冬季的含量要高于春季的。空間分布上，其高值區分布在三亞河口地區(圖5)，反映了陸地徑流輸入的影響，有報道指出，三亞河口磷酸鹽的含量可達2.05 μmol/L[5]。

圖5 水體中磷酸鹽的平面分布

3.1.3 硅酸鹽

水體中的硅酸鹽主要來自通過徑流輸入的陸源風化產物，是硅質浮游生物所必需的營養元素。分析結果表明，三亞灣海區水體中硅酸鹽的含量春季為4.11～9.27 μmol/L，平均值為5.41 μmol/L，冬季為0.21～25.71 μmol/L，平均值為5.43 μmol/L。盡管從平均值上來看季節變化不明顯，但冬季水體中硅酸鹽含量的變化范圍顯著大于春季的。空間分布上，硅酸鹽的高值分布在河口地區，反映三亞河對三亞灣水體中硅酸鹽含量的影響(圖6)。

圖6 水體中硅酸鹽的平面分布

3.1.4 總氮(TN)和總磷(TP)

海水中的氮和磷除了以無機形態存在外，還可以有機的和顆粒的形式存在，通常測定的硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽和磷酸鹽等無機組分只占生物群落可利用的氮和磷的一部分，從細菌到魚類等許多水生生物都可利用有機氮和磷作為其營養來源，在近年來的研究中受到了普遍的關注[5]。

分析數據表明，三亞灣海區水體中總磷的含量，春季為0.08～0.38 μmol/L，平均值為0.14 μmol/L，冬季為0.04～1.86 μmol/L，平均值為0.22 μmol/L，顯著高于無機磷的含量，且冬季的含量顯著高于春季的，存在著顯著的季節變化。空間分布上，高值區冬季主要分布在三亞河口區，春季較為擴散(圖7)。

圖7 水體中總磷的平面分布

而三亞灣水體中總氮的含量，春季為12.0～32.3 μmol/L，平均值為22.9 μmol/L，冬季為26.2～72.1 μmol/L，平均值為48.3 μmol/L，顯著高于無機氮的含量，說明水體中存在著可觀的有機氮，且冬季水體中總氮的含量最高可達春季的6倍。空間分布上，總氮的高值也分布在三亞河口等人類活動頻繁的區域(圖8)。

圖8 水體中總氮的平面分布

3.1.5 氮磷及N/P比值的時空變化

近年來隨著三亞地區社會經濟的發展，大量的生活和工業廢水攜帶大量的營養物質被輸入到周邊的海灣，三亞灣也不可避免地受到這些活動的影響。從歷年的監測結果來看(圖9)，自2004年以來，三亞灣水體中磷的含量逐年降低，而氮的含量在近年來有著顯著的增加。近岸水體中營養物質主要來自入海徑流的輸入，三亞河作為匯入三亞灣的最大河流，其輸入的陸源性營養物質對三亞灣水體的營養狀態影響較大，各營養物質也主要在三亞河口附近出現高值，反映了三亞河的影響。已有報道指出，2007—2012年三亞河口DIN的平均濃度為17.1 μmol/L，無機磷的平均濃度為0.42 μmol/L[7]，都顯著高于我們所測定的三亞灣海域的平均值。而氮、磷的不同年際變化特征反映了三亞灣營養物質輸入組成的變化，氮的污染逐年加重。

圖9 歷年來三亞灣水體中無機氮和磷的分布特征(2011年以前的數據來自文獻6)

由于氮和磷是水體中浮游生物初級生產所必需的營養元素，水體中N/P比值可用來反映浮游生物受限制的因素[8]。Justic等[8]指出，當水體中N∶P<10，Si∶N>1則受到氮限制；若Si∶P<3，Si∶N<1則受硅的限制；若N∶P>20～30則受到溶解無機磷的限制。計算結果顯示，三亞灣水體中N/P比值已由2004年的6∶1增加到2011年的60～123∶1；說明整個生態系統已經由早期的氮限制轉變為磷限制，這將對三亞灣的生物群落造成極大的影響。

3.1.6 沉積化學特征

進入水體的各類物質最終都會沉降到水底，被海底的沉積物保存下來，而當遇到沉積環境變化時，這些保存在沉積物中的物質，又會被釋放出來，因此，沉積物不僅記錄了沉積海區的環境變化，同時也是污染物再次釋放的一個潛在來源。研究表明水體中高濃度的Cu和Zn等重金屬對于珊瑚具有毒害作用[9-10]，而沉積物中這些重金屬元素的含量從一個側面反映了水體中的含量。我們分析了三亞灣海區表層沉積物中鎘(Cd)、鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉛(Pb)和鋅(Zn)等元素的分布特征。分析結果表明，三亞灣沉積物中Cd的含量為0.014～0.133 μg/g，平均值為0.043±0.03 μg/g；Co的含量為1.06～10.5 μg/g，平均值為5.07±3.4 μg/g；Cr的含量為5.22～61.5 μg/g，平均值為29.0±20.6 μg/g；Cu的含量為1.76～23.3 μg/g，平均值為8.47±6.4 μg/g；Ni的含量為1.98～23.8 μg/g，平均值為11.4±7.7 μg/g；Pb的含量為9.36～43.8 μg/g，平均值為21.7±9.4 μg/g；Zn的含量為9.03～121 μg/g，平均值為44.7±34.4 μg/g。和海洋沉積物一類標準(GB18668-2002)中建議的值相比，三亞灣除了三亞河口附近的Cd元素超標外，大部分海區的沉積物依然屬于國家一類沉積物，處于清潔環境下。各元素的高值區主要分布在三亞河口，說明河流輸入的影響顯著。

3.1.7 三亞灣水體物理環境特征

由于珊瑚礁的健康生長受海水溫度、水體營養狀況等環境因素的影響顯著，因此，為了評價環境因素對珊瑚礁生態系的影響，2013年在三亞灣的鹿回頭海區布放了海水溫度監測探頭，以期獲得調查海區長時間序列的水溫記錄。

鹿回頭珊瑚區2013年6月至今，從水體溫度的監測記錄來看，鹿回頭海區水體溫度在21～32℃之間變化，低溫時期主要集中在1-3月的旱季期間，但在夏季水溫也有低于24℃的時期。從全年來看，夏季平均水溫在29℃左右，冬季平均水溫在22℃左右。年度變化來看，2014年度夏季的水溫變化波動較大，且最高溫度要比2013年夏季高1℃左右。

此外，現場測定的海水pH值和鹽度表明，三亞灣水體的鹽度為24.6～33.1，低鹽水體局限于三亞河口地區，由于三亞河入海徑流量較小，對三亞灣總的影響不大。三亞灣水體的pH值為8.11～8.20，平均8.18。工業革命以來，人類化石燃料的燃燒釋放了大量的二氧化碳到大氣中，而這其中的一部分為海水所吸收，因此除了導致海水升溫外，由于二氧化碳的溶解作用導致海水酸化，pH值降低。楊頂田等[11]對三亞灣海水pH值的監測結果顯示，三亞灣水體的pH值已經由2001年8.3的最高值降低到2010年的8.1左右，我們測定的結果說明近年來水體pH值維持在8.1～8.2之間，和全球的幅度相當，Hoegh-Guldberg等[12]指出，全球海水的pH值已降低了0.1個pH單位。由于大多數珊瑚生長海域的pH約為8.0～8.3，從目前來看，三亞灣水體的pH值對珊瑚的生長影響不大。

4 結論

2011年春季和冬季對三亞灣水體和沉積物的現場調查表明，三亞灣水體中營養鹽的含量存在顯著的季節變化，春季水體中的氮、磷等營養元素顯著低于冬季的；而三亞河輸入的陸源營養元素對三亞灣的影響顯著。總氮總磷的分析結果表明，水體中有機營養元素的含量較高，由于浮游植物也可以利用有機氮和磷來進行初級生產，因此，水體中有機質的污染應引起重視。歷年來海水中無機氮、磷的監測結果表明，三亞灣水體中氮的輸入有逐年增加的趨勢，而磷的污染有逐漸降低的趨勢。水體中N/P比值也由2004年的6∶1，增加到2011年的60～123∶1；說明整個生態系統已由早期的氮限制轉變為磷限制。

沉積物重金屬元素的分析結果顯示，三亞灣除了三亞河口附近的Cd元素超標外，大部分海區的沉積物依然屬于國家一類沉積物，處于清潔環境下。而水體水溫的長期監測結果表明，三亞灣水體水溫的變化波動有增大的趨勢，且水體的酸化現象也和全球的變化一致，說明三亞灣水體也受到全球氣候變化的影響。

綜合水體和沉積物的環境特征，總體上三亞灣珊瑚礁周圍環境狀況較為穩定，可滿足珊瑚礁的生長要求。

[1] 何雪琴，溫偉英，何清溪. 海南三亞灣海域水質狀況評價[J].臺灣海峽，2001，20(2):165-170.

[2] 王漢奎，董俊德，張偲，等. 三亞灣氮磷比值分布及其對浮游植物生長的限制[J].熱帶海洋學報， 2002，21(1):33-39.

[3] 王漢奎，董俊德，張偲，等. 三亞灣沉積物中磷釋放的初步研究[J].熱帶海洋學報， 2003，22(3):1-8.

[4] 董俊德，王漢奎，張偲，等.三亞灣海水溫度季節變化及溶解無機氮的垂直分布特征[J].熱帶海洋學報， 2002，21(1):40-47.

[5] 周偉華，王漢奎，董俊德，等. 三亞灣秋、冬季浮游植物和細菌的生物量分布特征及其環境因子的關系[J]. 生態學報， 2006，26(8):2633-2639.

[6] 李巧香，周永召，李鵬山. 夏季三亞灣近岸海域海水水質狀況分析與評價[J]. 海洋湖沼通報， 2010(3)：100-106.

[7] 車志偉，史云峰，曲江勇，等. 三亞河口葉綠素a含量及其與環境因子的關系[J]. 瓊州學院學報， 2014， 21(2):88-92.

[8] Justic D， Rabalais N N， Turner E R， et al. Changes in nutrient structure of river-dominated coastal waters: Stoichiometric Nutrient Balance and its consequence [J]. Estuarine， Coastal and Shelf Science， 1995， 40: 339-356.

[9] 黃玲英，余克服，施祺，等. 鋅脅迫下兩種鹿角珊瑚蟲黃藻熒光值的變化[J]. 熱帶地理， 2010， 30(4):357-362.

[10] 周潔， 余克服， 李淑，等. 重金屬銅污染對石珊瑚生長影響的實驗研究[J]. 熱帶海洋學報， 2011，30(2):57-66.

[11] 楊頂田，單秀娟，劉素敏，等. 三亞灣近10年pH的時空變化特征及對珊瑚礁石影響分析[J]. 南方水產科學，2013，9(1):1-7.

[12] Hoegh-Guldberg O， Mumby P J， Hooten A J， et al. Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification[J]. Science， 2007，318：1737-1742.

國家海洋局海洋公益項目“近岸典型珊瑚礁生態系統修復技術示范研究(201105012)”.

P74; Q178.5

A

1005-9857(2015)11-0098-06