平潭竹嶼口海域監測因子時空分布和相關性水平初探

林小華

（平潭綜合實驗區海洋與漁業技術中心，福建 平潭 350400）

平潭是福建的第一大島，全國第五大島。平潭地處閩中漁場中心，是全國重點漁業區之一，蘊存著豐富的水產資源，繁衍著眾多魚、蝦、蟹、貝、藻類。平潭屬南亞熱帶海洋性濕潤型氣候，冬暖夏涼，霜雪罕見，季風明顯[1]。竹嶼口位于平潭島的西面海域，與海壇海峽相連。為了解平潭竹嶼口海域環境現狀，平潭縣水產技術推廣站于2012年至2014年對平潭竹嶼口海域的環境現狀進行監測，筆者分析了監測數據，對該海域的監測因子時空分布和相關性水平進行了初步研究。

1 材料與方法

1.1 監測內容

平潭竹嶼口海域環境現狀調查包括海水水質和沉積物。海水水質項目主要包括鹽度（S）、pH、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）、亞硝酸鹽氮（NO2--N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）、無機氮（IN）、活性磷酸鹽（PO43--P）和石油類（Oil）11個項目，沉積物項目包括有機碳、石油類和硫化物3個項目。

1.2 監測站位和時間

調查站位見圖1，共6個站位，1#～6#由竹嶼口內向竹嶼口外依次排列，1#～5#在竹嶼口內，6#靠近竹嶼口外。水質調查在2012年至2014年的5月和8月進行，沉積物調查在2012年至2014年的8月進行。

1.3 監測方法

海水水質樣品和沉積物樣品的采集、貯存、運輸、預處理和分析方法按相關標準執行[2]。海水水質中pH、溶解氧、化學需氧量、生化需氧量、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮、活性磷酸鹽和石油類分別采用pH計法、碘量法、堿性高錳酸鉀法、五日培養法、萘乙二胺分光光度法、鋅-鎘還原法、次溴酸鹽氧化法、磷鉬藍分光光度法和紫外分光光度法；沉積物中有機碳、石油類和硫化物分別采用重鉻酸鉀氧化-還原容量法、紫外分光光度法和亞甲基藍分光光度法。

1.4 評價標準與方法

平潭竹嶼口海域功能區類型為港口區，海水執行GB 3097—1997《海水水質標準》第四類標準[3]；沉積物執行GB 18668—2002《海洋沉積物質量》第3類標準[4]。監測因子的評價采用單因子評價模式，以單因子污染指數1.0作為該因子是否對環境產生污染的基本分界線，大于1.0表明監測水域水質已受該因子污染，不滿足海洋功能區要求。超標率的公式為：超標率（%）＝超標樣品數/樣品總數×100%。

圖1 平潭竹嶼口海域調查站位

1.5 相關性分析方法

該文采用線性回歸作為判別各監測因子之間相關性及相關性水平的分析方法。線性回歸是利用數理統計中回歸分析，來確定兩種或兩種以上變量間相互依賴的定量關系的一種統計分析方法，其表達形式為y=bx+a，若b＞0，表示x與y正相關，若b＜0，表示x與y負相關；x與y的相關系數用r表示，表示二者之間的相關性程度。[5]

2 結果與分析

2.1 海水水質結果評價

2012—2014年的水質監測結果見表1。平潭竹嶼口海域功能區類型為港口區，執行《海水水質標準》第四類標準。

2012—2014年，海水中pH值范圍為7.93～8.30，平均值為8.17；化學需氧量的含量范圍為0.17 mg/L～3.10 mg/L，平均值為 0.87 mg/L；生化需氧量的含量范圍為0.32 mg/L～4.32 mg/L，平均值為1.44 mg/L；無機氮的含量范圍為0.008 mg/L～0.659 mg/L，平均值為0.217 mg/L；活性磷酸鹽的含量范圍為0.004 mg/L～0.438 mg/L，平均值為 0.059 mg/L；石油類的含量范圍為0.007 mg/L～0.026 mg/L，平均值為0.013 mg/L。所有站次的水質pH、化學需氧量、生化需氧量和石油類均符合《海水水質標準》第四類標準，符合海洋功能區要求；無機氮有8.3%站次劣于《海水水質標準》第四類標準，活性磷酸鹽有33.3%站次劣于《海水水質標準》第四類標準，不符合海洋功能區要求。平潭竹嶼口海域海水中主要污染物是活性磷酸鹽和無機氮。

表1 平潭竹嶼口海水水質（月平均值）監測結果

2.2 海水水質結果分析

2.2.1 時間分布 根據表1的監測結果制作了各監測因子2012—2014年的時間分布圖，見圖2。結果表明，各監測因子含量月平均值變化趨勢均不明顯。pH和石油類的含量變化趨勢較一致，沒有明顯的特征，最高值均出現在2013年5月。而化學需氧量、生化需氧量、無機氮和活性磷酸鹽的含量時間分布中有個共同點，都是在2014年5月含量達到最大值；化學需氧量的含量最小值出現在2012年5月，生化需氧量的含量最小值出現在2012年8月，無機氮和活性磷酸鹽的含量最小值均出現在2013年8月；而無機氮和活性磷酸鹽在8月的含量值小于5月，其他監測因子該特征不明顯。

圖2 海水水質各監測因子2012—2014年時間分布

2.2.2 空間分布 1#～6#監測站位從竹嶼口內至竹嶼口外按順序分布，根據表2的監測結果制作了各監測參數空間分布圖，見圖3。結果表明，從竹嶼口內至竹嶼口外，pH呈上升趨勢，石油類含量變化不明顯，化學需氧量、生化需氧量、無機氮和活性磷酸鹽含量呈較明顯的下降趨勢，活性磷酸鹽變化趨勢尤為明顯。

2.2.3 線性相關分析 根據表2和表3的監測結果，對鹽度與pH值、石油類、化學需氧量、生化需氧量、無機氮、活性磷酸鹽、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮以及氨氮進行一元回歸，得出鹽度與各監測因子之間的線性相關情況（圖4）。從回歸方程來看，可知鹽度與pH值呈正相關，與其他監測因子呈負相關；通過計算，得出相關系數r，r值分別為0.8741、0.7949、0.9617、0.8631、0.9059、0.9860、0.9799、0.9884 以 及0.7035。查相關系數的臨界值表，當n=6，f=n-2=6-2=4；α=0.05 時，r0.05=0.811；α=0.01 時，r0.01=0.917；α=0.001時，r0.001=0.974。其中：n為參加擬合站點數，f為自由度，α為具統計學意義性水平（雙側）。

表2 平潭竹嶼口各站位海水水質（平均值）監測結果及相關系數值（1）

圖3 海水水質各監測因子2012—2014年空間分布

表3 平潭竹嶼口各站位海水水質（平均值）監測結果及相關系數值（2）

圖4 海水中鹽度與其他監測因子線性相關情況

石油類和氨氮與鹽度的相關系數均小于r0.05，表明在0.05水平（雙側）上線性關系不具統計學意義；pH和生化需氧量與鹽度的相關系數均大于r0.05，小于r0.01，表明在0.05水平（雙側）上有統計學意義的線性關系；化學需氧量和無機氮與鹽度的相關系數均大于r0.01，小于r0.001，表明在0.01水平（雙側）上有統計學意義的線性關系；活性磷酸鹽、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮與鹽度的相關系數均大于r0.001，表明在0.001水平（雙側）上有非常具有統計學意義的線性關系。與鹽度線性相關程度：活性磷酸鹽＞硝酸鹽氮＞亞硝酸鹽氮＞化學需氧量＞無機氮＞pH＞生化需氧量＞石油類＞氨氮，石油類和氨氮與鹽度線性相關不具統計學意義，活性磷酸鹽與鹽度相關最具統計學意義，表明活性磷酸鹽受陸源排污的影響可能性最大，而氨氮與石油類受陸源排污的影響可能性最小。

2.3 沉積物監測結果評價

2012—2014年的沉積物監測結果見表4。平潭竹嶼口海域功能區類型為港口區，執行《海洋沉積物質量》第三類標準。

2012—2014年，沉積物有機碳含量范圍為0.25×10-2～2.64×10-2，平均值為 1.61×10-2；石油類含量范圍為 18.3×10-6～293×10-6，平均值為 88.6×10-6；硫化物含量范圍為＜0.3×10-6～119×10-6，平均值為30.1×10-6。所有站次的沉積物有機碳、石油類和硫化物均符合《海洋沉積物質量》第三類標準，均符合海洋功能區要求。

表4 平潭竹嶼口沉積物（月平均值）監測結果

2.4 沉積物監測結果分析

2.4.1 空間分布 1#～6#監測站位從竹嶼口內至竹嶼口外按順序分布，根據表5的監測結果制作了各監測因子空間分布圖，見圖5。結果表明，沉積物中有機碳、石油類和硫化物含量空間分布呈較明顯的特征，即從竹嶼口內至竹嶼口外呈下降趨勢。有機碳含量變化趨勢較明顯，最大值是1#，最小值為6#；石油類和硫化物在竹嶼口內的站位之間差異較明顯，越往竹嶼口外，站位之間的差異越不明顯。

2.4.2 線性相關分析 根據表5的監測結果，將有機碳、石油類與硫化物兩兩進行一元回歸，見圖6。從回歸方程來看，可知三者之間均呈正相關；通過計算，得出相關系數r，有機碳和石油類的r值為0.8263，硫化物和石油類的r值為0.4711，有機碳和硫化物的r值為0.6837。查相關系數的臨界值表，當n=5，f=n-2=5-2=3；α=0.05 時，r0.05=0.878；α=0.01時，r0.01=0.959；α=0.001 時，r0.001=0.991。

表5 平潭竹嶼口海域各站位沉積物（平均值）監測結果及相關系數值

圖5 沉積物各監測因子2012—2014年空間分布

其中：n為參加擬合站點數，f為自由度，α為具統計學意義性水平（雙側）。

從相關系數看，有機碳和石油類的線性相關較強，硫化物和石油類的線性相關較弱；三個相關系數均小于r0.05，表明在0.05水平（雙側）上線性關系不具統計學意義。

圖6 沉積物中有機碳、石油類與硫化物兩兩線性相關情況

3 結論

平潭竹嶼口海域功能區類型為港口區，執行《海水水質標準》第四類標準。按照該海水水質類別來評判，主要超標污染物是活性磷酸鹽和無機氮，活性磷酸鹽有33.3%站次劣于《海水水質標準》第四類標準，無機氮有8.3%站次劣于《海水水質標準》第四類標準，其他監測參數均符合該海域功能區的要求。在時間分布上，各監測參數含量月平均值變化趨勢均不明顯。pH和石油類的含量變化趨勢沒有明顯的特征；而化學需氧量、生化需氧量、無機氮和活性磷酸鹽的含量時間分布中有個共同點，都是在2014年5月含量達到最大值。在空間分布上，從竹嶼口內至竹嶼口外，pH呈上升趨勢，石油類含量變化不明顯，化學需氧量、生化需氧量、無機氮和活性磷酸鹽含量呈較明顯的下降趨勢，活性磷酸鹽變化趨勢尤為明顯。

平潭竹嶼口海域沉積物質量較好，所有站次的沉積物有機碳、石油類和硫化物均符合《海洋沉積物質量》第三類標準，均符合海洋功能區要求。在空間分布上，沉積物中有機碳、石油類和硫化物含量空間分布呈較明顯的特征，即從竹嶼口內至竹嶼口外呈下降趨勢。

海水中鹽度與pH值呈正相關，與其他監測因子呈負相關；與鹽度線性相關程度是活性磷酸鹽＞硝酸鹽氮＞亞硝酸鹽氮＞化學需氧量＞無機氮＞pH＞生化需氧量＞石油類＞氨氮，石油類和氨氮與鹽度線性相關不具統計學意義，活性磷酸鹽與鹽度相關最具統計學意義，表明活性磷酸鹽受陸源排污的影響可能性最大，氨氮和石油類最小。沉積物中有機碳、石油類和硫化物三者之間均呈正相關，有機碳和石油類的線性相關較強，硫化物和石油類的線性相關較弱；3個線性相關系數均小于r0.05，表明在0.05水平（雙側）上線性關系不具統計學意義。