2020年春季和秋季萊州灣近岸海域營養鹽空間分布特征研究

關鍵詞：萊州灣;無機氮;活性磷酸鹽;空間分布;影響因素

0 引言

營養鹽是海洋浮游植物生長和繁殖所必需的成分，營養鹽濃度、形態和結構的變化會引起初級生產力的變化，進而產生相應的生態環境效應，影響整個海洋生物資源;同時，營養鹽也是海水富營養化的重要指標[1-3]。萊州灣是中國九大海灣之一，位于山東半島北部、渤海南部，三面環陸，沿岸既有黃河、小清河等多條河流注入，又有港口、企業、養殖區等多種陸源輸入[4-6]，為其帶來豐富營養物質的同時，也帶來無機氮要素超標、水質惡化等生態環境問題。本研究分析萊州灣海域營養鹽的分布特征、水質等級、富營養化狀況及環境因子相關性等，闡明研究期間萊州灣海域的水質狀況，初步明確主要超標海域，并追溯超標參數的可能來源，為萊州灣海域的生態環境保護和管理決策制定提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 調查時間與站位

本研究于2020年5月（春季）和10月（秋季）在萊州灣海域進行2個航次的水質調查，共布設站位270個（圖1）。

1.2 調查項目與分析方法

樣品采集依據《海洋調查規范》（GB/T12763-2007）和《海洋監測規范》（GB17378-2007），樣品分析依據《海洋監測規范》（GB17378-2007）和《海洋監測技術規程》（HY/T147.1-2013）。具體監測指標及分析方法如表1所示。

1.3 水質評價方法

1.3.1 單因子指數法

海水質量評價采用單因子指數法，計算公式為：

式中：Pi 表示第i 種污染物的質量指數;Ci 表示第i 種污染物的實測值;Si 表示第i 種污染物的評價標準值。

海水質量評價標準采用《海水水質標準》（GB3097-1997）。當Pi ≤1.0 時，海水符合標準;當Pigt;1.0時，海水超過標準。

1.3.2 富營養化指數法

海水富營養化評價采用富營養化指數法，計算公式為：

式中：E 表示富營養化指數;CCOD、CDIN、C無機磷分別表示化學需氧量、無機氮、無機磷的實測值。

當E ≥1時為富營養化。其中，1≤E ≤3為輕度富營養化，39為重度富營養化。

1.3.3 數據統計分析

數據處理采用SPSS18.0軟件。進行相關性分析時，以plt;0.05和plt;0.01表示具有統計學意義。

2 結果與討論

2.1 無機氮（DIN）的空間分布特征

萊州灣海域春季DIN 的濃度范圍為0.115～1.830mg/L，平均值為0.304 mg/L，基本呈現近岸高、遠岸低的平面分布特征;受黃河、小清河、白浪河、虞河等陸源輸入的影響，西部海域的DIN 濃度高于東部海域，高值區主要位于小清河河口附近[1]（圖2（a））。秋季DIN 的濃度范圍為0.009～2.070mg/L，平均值為0.234 mg/L，高值區位于黃河河口附近，同時自小清河河口至北膠萊河河口沿岸，DIN 濃度由近岸向灣內逐漸降低（圖2（b））。

研究表明，萊州灣海域DIN 空間分布的主要影響因素為陸源污染物排放及入海河流輸入，以小清河、黃河最為顯著[7-12]，此外還受潮流、對流擴散等水動力因素的影響。對萊州灣物質運輸規律的研究表明，物質主要在西岸沿岸運輸，灣內物質多從灣口中部向外緩慢運輸，擴散能力弱;其中，由于灣中部較弱的水交換能力和特征地形的存在，清水溝流路岬角外側和萊州淺灘附近存在渦旋結構的運輸屏障，物質會在此處聚集[12-13]。這與本研究調查航次中DIN 濃度的空間分布特征相吻合。

萊州灣海域亞硝酸鹽（NO2-N）、硝酸鹽（NO3-N）、銨鹽（NH4-N）在春季水體中的占比分別為5.82%、65.57%、28.61%，在秋季水體中的占比分別為6.58%、76.84%、16.58%。可見，NO3-N是萊州灣海域DIN 的主要存在形式，NH4-N次之，NO2-N 占比最低。初步推斷NO3-N、NO2-N 和NH4-N 的相互轉化過程已達到熱力學平衡[14-15]。

2.2 活性磷酸鹽（DIP）的空間分布特征

萊州灣海域春季DIP的濃度范圍為未檢出～0.009mg/L，平均值為0.002mg/L;秋季DIP的濃度范圍為0.0004～0.0129 mg/L，平均值為0.0032mg/L。受我國“控磷”“限磷”等磷負荷消減政策的影響，近年來萊州灣海域的DIP濃度一直處于較低水平[16-17]。

春季DIP濃度東部高于西部，相對高值區位于萊州灣東部刁龍嘴以西近岸海域（圖3（a））;以往調查顯示，該海域存在港口、企業、工業等陸源輸入，且受水動力影響同時存在逆時針環流，導致DIP在此停留時間較長，凈遷移距離短，難以擴散[18]，支持本研究調查結果。秋季DIP濃度灣外高于灣內，小清河河口至濰河等陸源徑流輸入海域附近濃度低于其他海域（圖3（b）），與DIN 濃度分布相反，再次證實陸源徑流磷輸入減少的現狀。

2.3 營養鹽單因子指數評價

依據《海水水質標準》（GB3097-1997）進行評價。萊州灣海域春季DIN 的單因子指數范圍為0.38～6.10，平均值為1.01，35.7%的調查站位超過第二類海水水質標準;秋季DIN 的單因子指數范圍為0.03～6.90，平均值為0.78，30.7%的調查站位超過第二類海水水質標準。春季DIP的單因子指數范圍為0～0.61，平均值為0.15，調查站位全部符合第一類海水水質標準;秋季DIP的單因子指數范圍為0.02～0.86，平均值為0.21，調查站位全部符合第一類海水水質標準。

春季DIN 超過第二類海水水質標準的調查站位主要分布于萊州灣近岸海域（圖4（a）），黃河及小清河陸源徑流輸入是影響萊州灣西部海域水質的重要因素之一，萊州灣東部近岸海域部分站位超過第二類海水水質標準，可能與此處分布的港口、工業、企業等陸源輸入有關。秋季DIN 超過第二類海水水質標準的調查站位主要集中于黃河河口、小清河河口至北膠萊河河口沿線近岸及萊州灣中部海域（圖4（b）），受陸源徑流輸入影響明顯。從2個航次的調查結果來看，萊州灣東部海域的水質好于西部海域和中部海域，這與前人對2015年以來萊州灣海洋生態環境狀況的研究結果一致[12]。

2.4 富營養化狀況評價

萊州灣海域春季富營養化指數的變化范圍為0.013～1.690，平均值為0.221;98.6%的調查站位未達到富營養化狀態，1.4%的調查站位為輕度富營養化狀態（圖5（a））。秋季富營養化指數的變化范圍為0.007～2.320，平均值為0.237;98.2%的調查站位未達到富營養化狀態，1.8%的調查站位為輕度富營養化狀態（圖5（b））。

萊州灣海域的富營養化指數，春季的高值區位于小清河河口附近（圖6（a）），秋季的高值區位于黃河河口附近（圖6（b））。對比萊州灣海域DIN 和富營養化指數的空間分布狀況，輕度富營養化區域與DIN 高值區的分布位置一致，表明DIN 是萊州灣海域水體環境的主要影響因素之一[19-20]。

2.5 營養鹽與環境因子的關系

萊州灣海域春、秋季營養鹽與環境因子的相關性分析如表2和表3所示。

春季和秋季，DIN 與鹽度均呈極顯著負相關關系，結合萊州灣海域DIN 濃度近岸高、遠岸低的空間分布特征，表明陸源徑流輸入是萊州灣近岸海域營養鹽的重要來源，也是影響萊州灣海域DIN 空間分布的主要因素[6，15];DIN 與石油類均呈極顯著正相關關系，表明DIN 與石油類或有相同的來源[21];DIN 與水溫均呈極顯著正相關關系，這是由于萊州灣近岸海域河流眾多，黃河、小清河、彌河等大量陸源高溫徑流的輸入提升該區域的表層水溫及DIN濃度，同時降低其鹽度[7，22]。秋季DIN 與溶解氧呈極顯著負相關關系，可能是由于浮游植物吸收DIN進行光合作用并釋放氧氣，引起水體中DIN 濃度降低和溶解氧濃度升高[23-24]。

春季DIP與水溫呈極顯著正相關關系，結合春季萊州灣東部近岸海域的DIP濃度明顯高于其他海域的現象，推斷陸源輸入是影響春季萊州灣東部海域DIP濃度的重要因素。秋季DIP與鹽度、無機氮均呈極顯著負相關關系，且與水溫和石油類均呈顯著負相關關系，證實受磷負荷消減政策的影響，磷酸鹽陸源輸入普遍減少[19，24]。

整體來說，萊州灣海域的營養鹽分布受多種環境因子的影響，主要包括3個方面。①黃河、小清河等徑流及近岸港口、工業、企業等陸源輸入;② 潮流、擴散等水動力因素;③浮游植物光合作用對營養鹽的吸收利用。

3 結論

萊州灣海域春季DIN 的濃度范圍為0.115～1.830mg/L，且呈近岸高于遠岸的分布趨勢，高值區位于小清河河口附近，受DIN 影響，35.7%的調查站位超過第二類海水水質標準;秋季DIN 的濃度范圍為0.009～2.070mg/L，高值區位于黃河河口附近，受DIN 影響，30.7%的調查站位超過第二類海水水質標準。春季和秋季DIP的濃度范圍分別為未檢出～0.009mg/L、0.0004～0.0129mg/L，均符合第一類海水水質標準。

萊州灣海域春季和秋季富營養化指數的變化范圍分別為0.013～1.690、0.007～2.320。春季有1.4%的調查站位處于輕度富營養化狀態，位于小清河河口附近;秋季有1.8%的調查站位處于輕度富營養化狀態，位于黃河河口附近;其他調查站位均未達到富營養化水平。

萊州灣海域的營養鹽分布受多種環境因子的影響，主要包括黃河、小清河等徑流及近岸港口、工業、企業等陸源輸入的影響，潮流、擴散等水動力因素的影響，以及浮游植物光合作用對營養鹽吸收利用的影響。