萊州灣東部近岸海域氮、磷污染狀況研究

劉增東，趙光磊，于 濱，周 波，李 斌

（山東省煙臺生態環境監測中心，山東 煙臺264000）

0 引言

萊州灣是渤海三大海灣（遼東灣、渤海灣和萊州灣）之一，是典型的半封閉型內海，山東省最大的海灣。黃河帶來的大量營養物質，使萊州灣成為中國北方主要的漁場，尤以對蝦、梭子蟹和萊州蛤聞名于世。進入20世紀90年代，由于沿岸經濟的快速發展，陸源排污量迅猛增加以及近海養殖業快速發展，萊州灣內污染物不斷富集，特別是無機營養鹽類的不斷富集造成環境質量不斷下降，導致了經濟海洋生物產卵場不斷萎縮，漁業資源遭到破壞。因此，及時掌握和了解萊州灣營養狀況，對于今后研究該區域赤潮災害、漁業養殖和環境保護等都具有重要意義[1～4]。鄭丙輝[5]曾利用1985—2003年監測數據對渤海灣天津近岸海域氮、磷營養鹽結構變化進行了相關研究，研究發現地表徑流對該海域氮磷分布有重要影響；曲克明[6]曾利用1997—1998年監測數據研究了萊州東部海域養殖業對該海域氮、磷營養的影響。本文通過2016—2020年5、8和10月對萊州灣東部區域的4個站位進行連續監測，在數據分析的基礎上研究該海域無機氮和活性磷酸鹽的時空分布規律，重點研究了無機氮中各組分的占比組成和影響活性磷酸鹽濃度的相關因素，對于研究萊州灣海域以及渤海灣海域氮、磷污染現狀及歷史演變具有重要意義。

1 材料與方法分析

1.1 調查時間和區域

2016—2020年，每年5月、8月和10月在萊州灣東部海域布設4個監測站位（圖1），開展海水取樣、檢測以及數據分析工作。其中站位1、站位2和站位3為近岸海域站位且鄰近養殖區域，站位1和站位3還分別鄰近萊州市白沙河和王河；站位4為萊州灣的中心位置，遠離海岸線作為參考站位。

圖1 監測站位圖

1.2 樣品采集與保存

根據《HJ 442.3-2020 近岸海域環境監測技術規范 第三部分 近岸海域水質監測》中表層海水采樣方式，采集0.1～1 m水層水樣，水樣經0.45 μm濾膜過濾，儲存于500 mL聚乙烯瓶中，-20℃冷凍保存。

1.3 海水營養狀況評價

根據《GB 3097-1997 海水水質標準》的二類標準進行評價，其標準分別為DIN≤0.3 mg/L，DIP≤0.03 mg/L。

2 結果

2.1 氮污染現狀

海水中溶解無機氮（DIN）主要由硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮三種營養鹽組成。海水中的氨氮主要來自于含氮有機物在微生物作用下分解釋放，即來源于氨化作用。氨化作用在好氣及厭氣條件下都可進行，只是最終產物有所不同。氨在硝化細菌的作用下可進一步被氧化成NO3-，這一過程稱為硝化。硝化分兩個階段進行，第一階段主要由亞硝化單胞菌屬引起，第二階段主要由硝化桿菌屬引起，硝化作用主要受溶解氧、溫度、pH等因素的影響。2016—2020年，根據監測數據可以看出萊州市西部海域表層海水中的無機氮濃度在大多數站位和年度中具有明顯的季節性變化（見圖2），5月和10月的無機氮濃度明顯高于8月份，除圖2 D1站2019年8月份水質超過《GB 3097-1997 海水水質標準》的二類標準0.45倍，其余各站位在8月份水質均優于二類水質標準。這與由麗萍[7]根據2018年5月和8月監測數據研究萊州灣春季和夏季氮污染的結果一致，春季萊州灣無機氮明顯高于夏季。該海域春、秋兩季無機氮明顯高于夏季的主要原因是8月海水表層在適宜的溫度和光照下，藻類等浮游植物大量繁殖，營養鹽大量消耗造成；而春秋兩季溫度較低，浮游植物活性減緩，陸域污染物不斷流入該海域富集造成的。

圖2 無機氮時空分布圖

因在萊州市西部海域表層海水中無機氮組份中氨氮和硝酸鹽的質量占90%以上，因此僅考慮NH3-N和NO3-N隨時間的變化。由圖3可見，在4個站位中無機氮組份中硝酸鹽占主要部分，在D1站和D3僅在2018年5月和2017年10月無機氮中NO3-N占比＜50%，無機氮的濃度分別為0.107 mg/L和 0.06 mg/L，在D2站2017年、2018年和2019年連續 3年的8月無機氮中NO3-N占比＜50%，無機氮的濃度分別為0.056 mg/L、0.101 mg/L和0.210 mg/L，均滿足《GB 3097-1997 海水水質標準》二類標準。無機氮中NO3-N占比最大值出現在2018年5月D3站位為98.4%，無機氮濃度為0.672 mg/L，其次為2018年5月D1站位為97.7%，無機氮濃度為0.617 mg/L。由此可以看出，萊州市西部海域表層海水中無機氮中NO3-N占比較高的時段海水水質較差，NH3-N占比高的時段海水水質相對較好。

圖3 無機氮中NH3-N與NO3-N比例時空分布圖

2.2 磷污染現狀

磷酸鹽是海洋中主要營養鹽，是浮游植物繁殖和生長必不可少的營養要素之一。海水中的磷酸鹽來源于陸地徑流補充及死亡的海洋生物體經氧化分解而再生的無機磷酸鹽。圖4為4個站位活性磷酸鹽濃度時空分布圖。在這5年的監測周期中僅D1站位在2018年、2020年8月和D3站2020年 8月、10月，兩個站位四個時段超《GB 3097-1997海水水質標準》一類海水水質標準但都低于三類水質標準。在這4個監測站位中，3個監測月份中8月活性磷酸鹽濃度總體上最高，5月和10月的濃度值相當，最大值出現在2020年8月D3站為0.21 mg/L，2016年3個監測月份和2017年的5月4個站位活性磷酸鹽監測結果均為未檢出。由圖4可以看出D1和D3中幾乎每年8月份活性磷酸鹽均高于D2，雖然這3個點位均受養殖區的影響，但D1和D3還受到白沙河和王河的影響，可以看出地表徑流對該區域活性磷酸鹽有明顯影響。根據《2019年山東省水資源公報》[8]，山東整體降水比2018年偏少三成；根據山東省煙臺生態環境監測中心的日常監測結果：白沙河和王河全年斷流，由圖4可見2019年D1和D3站位全年的活性磷酸鹽濃度明顯低于相鄰的兩年，未見2019年在此區域內養殖規模發生明顯變化；在萊州灣中心區域的參照點D4和單純的養殖區域D2在2019年8月活性磷酸鹽濃度明顯低于相鄰的兩年。近岸海域的活性磷酸鹽波動的比較大，特別是距離村莊和河流較近區域，在萊州灣中心區域的D4站波動相對較少。

圖4 活性磷酸鹽濃度時空分布圖

3 討論

萊州灣東部海域中無機氮具有明顯的季節性變化特征，根據監測結果8月濃度值均小于5月和10月的濃度值，這可能與8月海水表層在適宜的溫度和光照下，藻類等浮游植物開始大量繁殖，營養鹽大量消耗，含量降低有關。該海域中活性磷酸鹽季節性變化特征不明顯，根據監測結果和山東省水資源公報公布的降水量，可以定性的判斷該海域內活性磷酸鹽濃度與地表徑流成正相關。該區域海域屬于水體交換不良的海域，2019年該區域海水中無機氮濃度明顯高于相鄰的兩年，是否與該年份降水明顯偏少有關，需進一步研究分析。