灌河鄰近海域秋季氮磷營養(yǎng)鹽分布及富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)

周超凡,袁廣旺?,彭 模,魏愛泓,毛成責(zé)

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,江蘇 南京 210019;2.江蘇省海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心,江蘇 南京 210019)

0 前言

營養(yǎng)鹽是海洋生物生存的生源要素[1],其分布、構(gòu)成與浮游生物的生長消亡、季節(jié)變化以及陸源徑流、水團(tuán)運(yùn)動(dòng)等因素密切相關(guān)[2]。 然而,隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,過量的營養(yǎng)鹽排放入海,引發(fā)了富營養(yǎng)化等海洋生態(tài)環(huán)境問題[3]。 《2019 年中國海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示,我國近岸海域主要超標(biāo)因子為無機(jī)氮和活性磷酸鹽[4]。 自2009 年國家通過《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》以來,江蘇沿海地區(qū)得到快速發(fā)展[5],隨之而來的近岸海域生態(tài)環(huán)境問題也日益凸顯,其中富營養(yǎng)化是最嚴(yán)重的問題之一[6-7]。 河口及鄰近海域是人類活動(dòng)集中開發(fā)的區(qū)域,也是河海水混合、水動(dòng)力狀況復(fù)雜的區(qū)域,吸引了眾多學(xué)者研究[8-9]。 灌河古稱北潮河,由燕尾港入黃海,屬于黃海水系河流,是蘇北地區(qū)唯一沒有在干流設(shè)立涵閘的河流。 《2016 年江蘇省海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》顯示,灌河水質(zhì)為劣V 類,主要超標(biāo)因子為COD、總磷、氨氮[10]。 本研究對(duì)了解2016 年秋季灌河鄰近海域氮磷營養(yǎng)鹽分布特征,科學(xué)評(píng)價(jià)其富營養(yǎng)化水平,為相關(guān)管理部門提供數(shù)據(jù)支撐具有一定意義。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)站位與指標(biāo)

于2016 年11 月開展調(diào)查,共布設(shè)20 個(gè)水質(zhì)站位(見圖1)。 按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB 17378—2007)、《近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》(HJ 442—2008)等標(biāo)準(zhǔn)的要求開展表層海水化學(xué)需氧量(CODMn)、硝酸鹽氮(NO3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、氨氮(NH4-N)、活性磷酸鹽(DIP)等指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。

圖1 監(jiān)測(cè)站位示意

1.2 分析方法與質(zhì)量控制

COD 按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB 17378.4—2007)堿性高錳酸鉀法分析,營養(yǎng)鹽項(xiàng)目按照《海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》(HY/T 147.1—2013)流動(dòng)分析法開展實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分析。 COD,DIP,NO3-NN,O2-N,NH4-N 等標(biāo)準(zhǔn)樣品回收率在93.8%~102%之間。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

使用ArcGIS 10.5 軟件繪制站位及氮磷營養(yǎng)鹽分布圖,OriginPro 2016 繪制富營養(yǎng)化等示意圖,用Excel 軟件處理各監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù),本文結(jié)果為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1.4 富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法

本文應(yīng)用富營養(yǎng)化綜合指數(shù)方法計(jì)算調(diào)查海域富營養(yǎng)化指數(shù)(E)[11],計(jì)算公式如下:

式中,COD,DIN,DIP分別為COD,DIN,DIP 的質(zhì)量濃度,單位均為mg/L。 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為:E≥1 表示水體富營養(yǎng)化;19 表示水體重度富營養(yǎng)化。

2 結(jié)果與討論

2.1 秋季灌河鄰近海域氮磷營養(yǎng)鹽平面分布

調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1 所示。 秋季DIN 質(zhì)量濃度范圍為0.389~2.78 mg·L-1,平均質(zhì)量濃度為(0.985±0.689)mg·L-1。 對(duì)照《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)二類無機(jī)氮評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果顯示,監(jiān)測(cè)站位均處于超標(biāo)水平,平均超標(biāo)1.28 倍。 變異系數(shù)反映了營養(yǎng)鹽分布的差異程度,小于15%為小變異,15%~36%之間則為中等變異,大于36%則為高度變異[12]。變異系數(shù)為70%,空間分布差異大。高值區(qū)主要位于航道線的東南側(cè),在蘇北沿岸流的影響下[13],陸源污染物隨著余流往東南海域遷移。 平面分布上呈現(xiàn)西部低、東部高的特征,最大值出現(xiàn)在16 號(hào)站位,最小值在領(lǐng)?；€處海域的20 號(hào)站位(見圖2)。

圖2 秋季無機(jī)氮、活性磷酸鹽平面分布

表1 水質(zhì)要素監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)分析

秋季DIP 質(zhì)量濃度范圍為0.021~0.087 mg·L-1,平均質(zhì)量濃度為(0.040±0.022)mg·L-1。 超標(biāo)站位個(gè)數(shù)占比40%,平均超標(biāo)0.13 倍。 最大值出現(xiàn)在16 號(hào)站位,最小值在8 號(hào)站位。 平面分布上,DIP與DIN 具有相似的分布特征,表明二者可能具有同一來源。 研究區(qū)域氮磷營養(yǎng)鹽濃度范圍與宋偉華等[14]的研究基本一致。 氮磷營養(yǎng)鹽評(píng)價(jià)結(jié)果與楊華等[15]的研究一致,多處站位為Ⅳ類及劣Ⅳ類水質(zhì)。

2.2 秋季灌河鄰近海域氮磷營養(yǎng)鹽組成

秋季DIN 中,NO3-N 平均占比78.1%,是DIN的主要組成成分,NH4-N 平均占比為17.4%,NO2-N占比最小(見表1)。 營養(yǎng)鹽的含量以及結(jié)構(gòu)特征直接影響浮游植物的構(gòu)成,氮磷比是海水中營養(yǎng)鹽含量結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo),研究表明,浮游植物體內(nèi)氮磷比在正常值范圍12~22[16]時(shí)最有利于浮游植物生長。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),氮磷比大于30 時(shí)浮游植物生長受磷限制,氮磷比小于8 時(shí)浮游植物生長受氮限制[17]。 秋季氮磷比平均為52.3±9.7,各站位變異系數(shù)為19%,表明研究海域秋季氮磷比分布相對(duì)均衡。 與春季[18]該海域氮磷比比值165 對(duì)比來看,秋季磷限制程度較低,可能秋季浮游植物的生長受到影響,對(duì)氮磷的吸收速率降低;另一方面,浮游生物的繁殖消亡過程,使得有機(jī)質(zhì)耗氧而分解產(chǎn)生了DIP,一定程度上緩解了磷限制程度。

2.3 秋季灌河鄰近海域富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)

調(diào)查海域秋季富營養(yǎng)化指數(shù)平均為21.5±26.0,范圍為1.49~93.4,如圖3 所示。 站位富營養(yǎng)化占比100%,區(qū)域富營養(yǎng)化水平高,其中輕度、中度、重度富營養(yǎng)化占比依次為5%,45%,50%,變異系數(shù)121%,說明區(qū)域富營養(yǎng)化分布不均衡。 15 號(hào)、16 號(hào)站位富營養(yǎng)化指數(shù)最高,主要分布在航道線海域,說明灌河徑流污染排放對(duì)其影響較大。 春季富營養(yǎng)化站位占比45%,秋季富營養(yǎng)化范圍比春季大。

圖3 調(diào)查海域富營養(yǎng)化指數(shù)

3 結(jié)論

(1)對(duì)照《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)二類評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果顯示,秋季監(jiān)測(cè)站位DIN 均處于超標(biāo)水平,DIP 超標(biāo)站位個(gè)數(shù)占比40%。 平面分布上,DIP與DIN 均呈現(xiàn)西部低、東部高的特征,表明二者可能具有同一來源。

(2)DIN 中,NO3-N 平均占比78.1%,是秋季DIN 的主要組成成分,氮磷比平均為52.3±9.7。

(3)調(diào)查海域秋季富營養(yǎng)化水平較高,且分布不均衡,航道線海域站位富營養(yǎng)化程度較重,可能受灌河徑流排放的影響。