三沙灣海水增養殖區表層溶解氧變化特征及有機污染評價

鄭欽華

三沙灣海水增養殖區表層溶解氧變化特征及有機污染評價

鄭欽華

（寧德市海洋與漁業環境監測站，福建 寧德 352100）

研究三沙灣海水增養殖區溶解氧的動態變化及有機污染狀況。利用2014年三沙灣水質的監測結果，分析調查區表層溶解氧變化特征，以及與水溫、無機氮、活性磷酸鹽之間的相關性，采用單因子指數法和有機污染指數法分別對調查區溶解氧和有機污染進行評價。調查區內共布設9個水質監測站位，于2014年1、5、8、9、10月分別采集調查區的表層水樣。調查區溶解氧質量濃度在4.44 ~ 8.60 mg/L之間，平均值為6.29 mg/L，除8月有2站次和9月有5站次的測值處于三類海水水質標準外，其余均處于一、二類海水水質標準水平；溶解氧季節變化明顯呈冬季＞春季＞秋季＞夏季的變化規律，平面分布總體呈西北部高，東南部低的變化特征；結合歷史資料分析長期變化趨勢，溶解氧總體呈現下降趨勢，尤其在2000年下降幅度較為明顯，這跟三沙灣沿岸帶的經濟發展對環境影響有關；溶解氧與水溫之間呈現極為顯著（＝-0.946 4）的負相關關系，與無機氮和硝酸鹽氮之間均呈現極為顯著(＝0.827 5，＝0.821 3) 的正相關關系，與活性磷酸鹽之間呈現顯著(＝0.541 3)的正相關關系，說明水溫是影響溶解氧變化的首要因子，無機氮和硝酸鹽氮以及活性磷酸鹽也是影響溶解氧變化的重要因子；從單因子指數來看，在整個調查期間溶解氧污染指數大于1.0的達到15.6%，說明該站點水質已受該因子污染；從有機污染指數來看，調查區水質狀況處在開始受到污染狀態。

海水增養殖區；溶解氧；變化特征；有機污染評價；三沙灣

三沙灣位于福建省東北部，寧德市東部一個半封閉型海灣，不僅是閩東沿海的重要海灣，而且還是海水魚、蝦、貝、藻養殖的重要基地，據統計[1]，2012年僅海水魚網箱養殖產量達5.9×104t，灣內水產養殖產量在閩東海洋經濟中占據十分重要的地位。灣的西北側有賽江、霍童溪、七都溪等十多條中小河溪注入，同時也帶來大量有機質和無機鹽，海區水質肥沃，餌料豐富。水域年平均水溫20.3 ℃，鹽度27，年平均初級生產力2 392.48 t/a，浮游植物25.3萬t/a[2]，水產養殖條件優越。

近幾年三沙灣沿岸帶經濟快速發展，工業、農業、生活污水排海量增加，尤其是氮、磷、有機物等物質排放，導致灣內海域氮磷含量升高，溶解氧含量下降，海洋環境惡化必將對海產生物造成影響，從而威脅水產養殖業進一步發展，灣內養殖環境狀況備受關注。已有學者[3-5]對三沙灣進行生態環境方面的研究，但目前尚未見有關三沙灣海水增養殖區溶解氧及有機污染方面的文獻報道。本研究針對三沙灣水產養殖實際情況，在三沙灣海水增養殖區開展溶解氧及有機污染調查研究，旨在了解和掌握養殖區溶解氧的動態變化及有機污染狀況，為灣內水產養殖水環境保護和開發提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 站位布設與采樣時間

選擇三沙灣海水增養殖區作為調查研究對象，該調查區海水網箱養殖主要以大黃魚（）為主。根據調查區生境特征，以及水產養殖實際狀況，在調查區內共布設9個水質監測站位（圖1）。其中S1和S2位于白馬河，S3和S4位于盧門港海區，S5位于東吾洋的三洲海區，S6位于三都澳的黃灣海區，S7位于東吾洋口的七星海區，S8位于三都澳的秋竹海區，S9位于東沖口的雞公山與斗帽島海區。于2014年的1月（冬季）、5月（春季）、8月（夏季）、9月（秋初）、10月（秋中）分別采集調查區的表層水樣。

圖1 調查站位的分布

1.2 樣品采集與分析

調查內容有水文要素的水溫、鹽度，和化學要素的溶解氧（DO）、化學需氧量(COD)、無機氮（DIN,亞硝酸鹽NO2--N +硝酸鹽NO3--N +氨氮NH3-N之和）、活性磷酸鹽(PO43--P)等。樣品的采集，其中水溫、鹽度采用HQ40D型便攜多參數儀進行現場測定；采用2.5 L有機玻璃采水器，用現場水樣淌洗采水器2次后放入50 cm水層處取水，分別采集溶解氧（在整個裝取操作過程中不得出現氣泡，并避免陽光強烈照射）、COD、營養鹽（現場立即用已處理待用的0.45 μm孔徑的醋酸纖維濾膜過濾后分裝）樣品，所有樣品的采集、裝取、貯存與運輸按文獻[6]執行。DO、COD、NO2--N、NO3--N、NH3-N、PO43--P樣品的測定分別采用經典的Winkler碘量滴定法、堿性高錳酸鉀法、重氮-偶氮法、鋅-鎘還原法、次溴酸鈉氧化法、抗壞血酸還原的磷鉬藍法。樣品具體分析按照文獻[7]步驟操作。

1.3 評價標準與評價方法

1.3.1 評價標準 三沙灣海水增養殖區按海域功能區劃歸屬養殖功能區，故采用《海水水質標準》[8]（GB 3097-1997）第二類作為評價標準對水質狀況進行評價。

1.3.2 評價方法 （1）采用單因子指數法對調查區DO進行現狀評價分析，DO污染指數按如下公式[9]計算：

漁業水域水質要素的單因子評價，采用單因子評價模式，當單因子污染指數＞1.0時，表明調查水域水質已受該因子污染。

（2）采用有機污染指數法對調查區水質進行有機污染評價，按如下公式[10]計算：

表1 海水水質標準

有機污染評價分級標準詳見表2。

表 2 有機污染評價分級標準[10]

2 結果與討論

2.1 調查區DO變化特征

2.1.1 調查區DO含量水平 調查區監測結果如表3所示，三沙灣海水增養殖區表層DO質量濃度在4.44 ~ 8.60 mg/L之間，平均值為6.29 mg/L。在45站次的監測中有7站次的測值在4.44 ~ 4.99 mg/L之間，略低于我國海水水質標準[8]（GB 3097-1997）中規定的水產養殖區應符合第二類（DO＞5 mg/L）標準要求，處于三類海水水質標準水平，其余均處于第一類和第二類海水水質標準水平。

表3 調查區DO含量的監測結果

2.1.2 調查區DO含量的時間變化 調查區DO含量的時間變化如圖2所示，三沙灣海水增養殖區表層DO質量濃度的最高值位于冬季1月份，為8.07 mg/L，爾后下降至春季5月份處于次之值，隨后快速下降至夏季的8月份處于5.36 mg/L水平，然后繼續下降至秋初9月份達最低值，為4.93 mg/L，之后逐漸呈回升態勢，至秋中10月份處于5.89 mg/L。監測結果表明，調查區DO含量的時間變化與水溫監測結果（圖3）呈相反變化規律，DO的季節變化主要與水溫、不同季節海產生物活動等影響密切。

圖2 DO含量的時間變化

圖3 水溫的時間變化

2.1.3 調查區DO含量的平面分布特征 由圖4可見，調查區冬季DO質量濃度變化范圍為7.75 ~ 8.60 mg/L，平均值為8.07 mg/L，冬季DO平面分布呈現S3＞S2＞S7＞S6＞S4＞S8＞S1＞S9＞S5的變化趨勢；春季DO質量濃度變化范圍為6.78 ~ 7.44 mg/L，平均值為7.18 mg/L，春季DO平面分布呈現S2＞S3＞S7＞S6＞S4＞S1＞S9＞S5＞S8的變化趨勢；夏季DO質量濃度變化范圍為4.75 ~ 6.32 mg/L，平均值為5.36 mg/L，夏季DO平面分布呈現S6＞S2＞S3＞S4＞S8＞S1＞S7＞S9＞S5的變化趨勢；秋季DO質量濃度變化范圍為4.44 ~ 6.14 mg/L，平均值為5.41 mg/L，秋季DO平面分布呈現S4＞S2＞S3=S6＞S1＞S5＞S9＞S7＞S8的變化趨勢。從各站位平均值來看，調查區DO質量濃度變化范圍為6.03 ~ 6.53 mg/L，平均值為6.29 mg/L，DO平面分布呈現S6＞S3=S2＞S4＞S7＞S1＞S8＞S9＞S5的變化趨勢。綜上所述，調查區DO平面分布主要受灣頂多條溪河徑流注入與灣口外海水在潮汐作用下進入灣內的影響，總體呈西北部高于東南部，即由灣頂向灣口遞減的變化趨勢。

2.1.4 DO含量歷年趨勢變化分析 根據歷史文獻[11-14,1]資料以及本次調查結果，對調查區DO含量歷年變化趨勢進行分析。1983 ~ 1985年DO質量濃度平均值為7.55 mg/L；1990 ~ 1991年DO質量濃度平均值為7.38 mg/L；2000年DO質量濃度平均值為6.27 mg/L；2007年DO質量濃度平均值為6.14 mg/L；2012年DO質量濃度平均值為5.84 mg/L；2014年DO質量濃度平均值為6.29 mg/L。各年平均值的變化趨勢詳見圖5。從整體變化趨勢上看，從20世紀80年代初至今，三沙灣的DO含量基本呈下降趨勢，尤其在2000年下降幅度較為明顯。這跟三沙灣沿岸帶經濟的快速發展影響有關，如圍墾引起納潮量減少，水體交換能力下降；周邊城市人口密集，生活、農業、工業污水帶來的大量有機物排海量增加；灣內水產養殖業快速發展，在養殖過程中產生的碎屑、代謝物等養殖廢水中含有大量有機物未經處理直接排入海水中，造成調查海區DO含量降低。

圖4 DO含量的平面分布

圖 5 DO含量歷年趨勢變化

2.2 DO影響因素分析

圖 6 DO與水溫的關系

圖7 DO與DIN的關系

圖8 DO與NO3--N的關系

圖9 DO與PO43--P的關系

2.3 調查區DO飽和度

根據現場水溫、鹽度應用Weiss方程計算制得飽和濃度表[16]求得DO飽和度如表4所示。由表4可以看出，調查區DO飽和度在整個調查期間均呈現不飽和狀態（DO飽和度＜100%）。可見，調查區大氣與海水間氧氣交換主要是由大氣溶入海水中，調查區DO飽和度在水溫較低的冬季變化幅度較小，而在水溫較高的夏季變化幅度較大。養殖水體中DO的實際含量，由于大量生物體的存在，很少穩定在平衡的飽和含量，而是不斷在極值之間變化，這與生物影響有關，生物活動越強烈，波動幅度也越大。

表4 DO飽和度計算結果

2.4 調查區DO含量與國內其它海區對比

與國內其它海區相比（表5），本次調查的三沙灣海水增養殖區DO含量比廈門同安灣海域、紅海灣海域、大鵬澳海域、大亞灣海域低，但比東山灣高。從對比分析可以看出，本次調查結果與大鵬澳海域和大亞灣海域比較接近，調查區DO平均含量尚處在海水水質標準第一類水平。

表5 調查區DO含量與國內其它海區對比

2.5 調查區DO與有機污染評價

2.5.1 調查區DO現狀分析 根據公式（1）、（2）計算DO污染指數結果如圖10所示。從調查結果可以看出，調查區DO污染指數在1月份為0.09 ~ 0.27，平均為0.19，水質呈良好狀態；在5月份為0.14 ~ 0.37，平均為0.24，水質仍保持良好態勢；在8月份為0.26 ~ 1.45，平均為0.84，該階段在9站次中出現了2站次大于1.0，分別為S5和S9，超標率為22.2%，表明該站點水質已受該因子污染；在9月份為0.76 ~2.01，平均為1.27，該階段在9站次中出現了5站次大于1.0，分別為S1、S3、S7、S8、S9，超標率為55.6%，表明該站點水質明顯已受該因子污染；在10月份為0.46 ~ 0.82，平均為0.58，水質處于良好狀態。可見調查區DO污染指數高值出現在水溫較高的9月和8月，各月平均值變化趨勢見圖10。

圖10 DO污染指數月變化

2.5.2 調查區有機污染狀況分析 根據監測資料，采用公式（3）計算DO、COD、DIN、PO43--P等4項評價因子的有機污染指數，結果如表6所示。從表6可以看出，調查區1月份在9個站次中有1個站次（S6）的有機污染指數達到4.18＞4，在同批次中數值最大，占比11.1%，按表2評價水質狀況屬于嚴重污染，其余在3 ~ 4和2 ~ 3區間各占44.4%，水質狀況分別屬于中度污染和輕度污染；5月份在9個站次中有2個站次（S8和S9）的有機污染指數＜1，處在0 ~ 1區間內，占比22.2%，水質狀況屬于較好，其余均在1~2區間內，占比77.8%，水質狀況屬于開始受到污染；8月份在9個站次中有4個站次（S4、S7、S8、S9）的有機污染指數＜1，處在0 ~ 1區間內，占比44.4%，水質狀況屬于較好，其余均在1 ~ 2區間內，占比55.6%，水質狀況屬于開始受到污染；9月份在9個站次中有機污染指數變幅在1.20 ~ 1.87之間，均在1 ~ 2區間內，占比100%，水質狀況屬于開始受到污染；10月份在9個站次中有1個站次（S9）的有機污染指數＜2，處在1 ~ 2區間內，占比11.1%，水質狀況屬于開始受到污染，其余均在2 ~ 3區間內，占比88.9%，水質狀況屬于輕度污染。從月均值角度來看，最高值出現在冬季的1月份，水質狀況屬于中度污染，最低值出現在夏季的8月份，水質狀況屬于開始受到污染。綜上所述，調查區水質狀況處在開始受到污染狀態。

表6 調查區有機污染指數計算結果

3 結論

（1）調查區DO質量濃度為4.44 ~ 8.60 mg/L之間，平均值為6.29 mg/L，除8月有2站次和9月有5站次的測值處于三類海水水質標準外，其余均處于一、二類海水水質標準水平。

（2）調查區DO季節變化明顯呈冬季＞春季＞秋季＞夏季的變化規律，平面分布總體呈西北部高，東南部低的變化特征；結合歷史資料分析歷年變化趨勢，DO總體呈現下降的變化趨勢，尤其在2000年下降幅度較為明顯，這跟三沙灣沿岸帶的經濟發展對環境影響有關。

（3）DO與水溫呈現出極為顯著（= -0.946 4）的負相關關系，與DIN和NO3--N之間均呈現出極為顯著(= 0.827 5，= 0.821 3)的正相關關系，與PO43--P之間呈現出顯著(=0.541 3)的正相關關系，說明水溫是影響DO變化的首要因子，DIN和NO3--N以及PO43--P也是影響DO變化的重要因子。

（4）從單因子指數來看，在整個調查期間DO污染指數大于1.0的達到15.6%，說明該站點水質已受該因子污染；從有機污染指數來看，調查區水質狀況處在開始受到污染狀態。應引起重視，防止污染進一步加重。建議嚴格控制三沙灣沿岸帶陸源污染物直接排放入海，尤其是氮磷營養物質、有機物的排放；加強城鎮污水處理工程建設；規范海上水產養殖布局，科學管理，對養殖過程中產生的污染物應妥善處理；適當開展海藻類品種養殖，能有效改善水生態環境。

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Variation Characteristics of Surface Dissolved Oxygen and Assessment of Organic Pollution in Mariculture Zone of Sansha Bay

ZHENG Qin-hua

（352100,）

The dynamic changes of dissolved oxygen and organic pollution in the mariculture zone of Sansha Bay were studied.Based on the monitoring data of the water quality in 2014, the paper analyzed the variation characteristics of surface dissolved oxygen content in the mariculture zone of Sansha Bay and the correlation with water temperature, inorganic nitrogen and active phosphate. The dissolved oxygen and organic pollution were evaluated by single factor index method and organic pollution index method respectively.The dissolved oxygen content in the investigated area was between 4.44 and 8.60mg/L, with an average value of 6.29 mg/L. The measured values of the two stations in August and the five stations in September accorded with category III of Sea Water Quality Standard while those of the other stations accorded with category I and II. There was obvious seasonal variation of DO, and its variation trend was as follows: winter>spring>autumn>summer. The horizontal distribution was generally high in the northwest and low in the southeast; Based on the analysis of historical data, the change of dissolved oxygen over the years showed a decreasing trend, especially in 2000, which may be related to the impact of economic development of Sansha Bay coastal zone on the environment; Dissolved oxygen had extremely significant negative correlation with water temperature(= -0.946 4), highly significant positive correlation with inorganic nitrogen(= 0.827) and nitrate nitrogen (= 0.821), and significant positive correlation with active phosphate(= 0.541). It indicated that water temperature is the primary factor affecting the change of dissolved oxygen, and inorganic nitrogen, nitrate nitrogen and active phosphate are also important factors. Using single factor index method, the dissolved oxygen pollution index was more than 1.0 and reached 15.6% during the whole investigation period which suggested that the water quality of the site was polluted by this factor. The calculating results of the organic pollution index showed that the water quality in the survey area was beginning to be polluted.

mariculture zone; dissolved oxygen; variation characteristics; assessment of organic pollution; Sansha Bay

P734.4

A

1673-9159（2019）06-0054-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2019.06.008

2019-07-24

國家海洋局資助項目（閩海漁[2014]108號）

鄭欽華（1977－），男，碩士，高級工程師，研究方向為海洋與漁業資源環境監測及評價。E-mail:xiaozheng8316@sina.com

鄭欽華. 三沙灣海水增養殖區表層溶解氧變化特征及有機污染評價[J].廣東海洋大學學報，2019，39（6）：54-61.

（責任編輯：劉嶺）