南亞熱帶海島周邊海域富營養(yǎng)化評價及原因分析

孫元敏，陳彬，馬志遠，俞煒煒

（國家海洋局第三海洋研究所，福建 廈門 361005）

南亞熱帶海島周邊海域富營養(yǎng)化評價及原因分析

孫元敏，陳彬，馬志遠，俞煒煒

（國家海洋局第三海洋研究所，福建 廈門 361005）

根據(jù)南亞熱帶海島生態(tài)特征及其地理分布，選取九個具有代表性的海島，采用反映營養(yǎng)鹽限制特征的海水富營養(yǎng)化評價模式，評價了南亞熱帶海島海水富營養(yǎng)化水平；通過與歷史資料對比，分析了富營養(yǎng)化水平的變化趨勢。結(jié)果表明，南亞熱帶海島海域浮游植物生長普遍受磷含量的限制，其中紫泥島、內(nèi)伶仃島、桂山島、廈門島和特呈島海域處于磷限制潛在性富營養(yǎng)水平，南澳島和上川島處于磷限制中度營養(yǎng)水平，而湄洲島和潿洲島則尚處于貧營養(yǎng)水平；南亞熱帶海島海域富營養(yǎng)化水平總體呈上升趨勢。南亞熱帶海島海域富營養(yǎng)化水平上升主要是由流域污染、城市污水和海水養(yǎng)殖污染等原因造成的。

富營養(yǎng)化；南亞熱帶海島；評價；磷限制

Abstract:Eutrophication status in the adjacent sea areas of nine typical subtropical islands along southern Chinese coast was assessed with a model which accounts for nutrient limitation.Change tendency of eutrophication level was analyzed based on comparison of nutrient data investigated during 1989-1992 and 2005-2007.The results showed that the growth of phytoplankton was usually phosphorus-limited in the sea areas of these subtropical islands.The sea areas of five islands were at the stage of phosphorus-limited potential eutrophication,and among them two were at the stage of phosphorus-limited slightly eutrophication,while the other two were at oligotrophic levels.The eutrophication state become much more serious in nearly 20 years for most island sea areas,which primarily resulted from the discharge of nutrients and pollutants from drainage basin,municipal wastewater and mariculture pollution.

Keywords:eutrophication; south subtropical islands; assessment; phosphorus limitation

南亞熱帶海島包括福建省26 °N以南的島嶼和廣東省、廣西壯族自治區(qū)的全部島嶼。大陸岸線總長約8 200 km，面積大于500 m2的島嶼2 288個，島嶼岸線總長4 576 km，島嶼總面積約2 729 km2[1]。隨著海岸帶、海島工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，人口數(shù)量急劇增多，大量工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水排入海島附近海域，導(dǎo)致海島海域有機物污染和富營養(yǎng)化問題突出，赤潮時有發(fā)生[2-5]，對海島生態(tài)系統(tǒng)和海洋經(jīng)濟造成巨大影響。本文通過對中國南亞熱帶典型海島海域的富營養(yǎng)化現(xiàn)狀評價及與歷史資料的對比，討論了這些海域的富營養(yǎng)化變化趨勢，在此基礎(chǔ)上分析探究了富營養(yǎng)化問題產(chǎn)生的原因，以期為南亞熱帶海島生態(tài)系統(tǒng)管理和海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 研究區(qū)域和研究方法

1.1 研究對象的選取

由于南亞熱帶海島眾多，本研究采取以點帶面的方法，根據(jù)南亞熱帶海島生態(tài)特征及其地理分布，由北至南依次選取湄洲島、廈門島、紫泥島、南澳島、內(nèi)伶仃島、桂山島、上川島、特呈島和潿洲島等9個海島作為南亞熱帶典型海島進行評價與分析。這些海島基本涵蓋了南亞熱帶海島的主要特征，具有較好的代表性。南亞熱帶典型海島概況及位置分布分別見表1和圖1。

表1 南亞熱帶典型海島概況Tab.1 General situation of typical south subtropical islands

圖1 南亞熱帶典型海島分布示意圖Fig.1 Location of typical south subtropical islands

1.2 海域富營養(yǎng)化程度評價方法

迄今為止，用于評價海區(qū)富營養(yǎng)化程度的方法有數(shù)十種，但國際上尚無統(tǒng)一的富營養(yǎng)化評價標(biāo)準(zhǔn)及方法。較早運用的方法有單因子法、營養(yǎng)指數(shù)法等，近年來國內(nèi)又有許多學(xué)者運用模糊數(shù)學(xué)法對中國一些海域進行了富營養(yǎng)化分析[6-11]。這些方法雖然有其合理性的一面，但未揭示出營養(yǎng)鹽限制對富營養(yǎng)化的影響。郭衛(wèi)東等[12]以潛在性富營養(yǎng)化的概念為基礎(chǔ)，提出了營養(yǎng)鹽限制與潛在性富營養(yǎng)化評價模式，該方法不僅評價了海水富營養(yǎng)化狀態(tài)，還揭示了氮、磷在海水富營養(yǎng)化過程中的潛在性限制作用。營養(yǎng)級的劃分標(biāo)準(zhǔn)見表 2。本文運用該評價模式，對南亞熱帶海島海域的營養(yǎng)化程度進行評價。

表2 營養(yǎng)級的劃分標(biāo)準(zhǔn)[12]Tab.2 Classification standard of nutritive levels

1.3 數(shù)據(jù)來源

湄洲島、南澳島、特呈島海域水質(zhì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源于中國近海海洋綜合調(diào)查與評價專項（908 專項）2005－2007年春季和秋季調(diào)查資料，內(nèi)伶仃島、桂山島和上川島水質(zhì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來源于“珠江口及毗鄰海域碧海行動計劃”2006－2007年春季和秋季調(diào)查資料，廈門島、紫泥島和潿洲島海域水質(zhì)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)分別來源于當(dāng)?shù)?2006－2007年春季和秋季常規(guī)監(jiān)測資料[13,14]，各樣品的采集和測定均按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》（1998）[15]中規(guī)定的方法進行；各海島海域水質(zhì)歷史數(shù)據(jù)來源于全國海島資源綜合調(diào)查資料（1989－1992）[16-19]。

2 結(jié)果與討論

2.1 南亞熱帶海島海域營養(yǎng)現(xiàn)狀

南亞熱帶典型海島海域富營養(yǎng)化狀況見表 3。由表可知，各海島海域無機氮濃度現(xiàn)狀平均值范圍在0.05～1.70 mg/L，其中紫泥島、內(nèi)伶仃島和廈門島海域無機氮含量劣于國家四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB 3097－1997，下同），桂山島海域無機氮含量符合四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，特呈島海域無機氮含量符合三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，南澳島和上川島海域無機氮含量符合二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，潿洲島和湄洲島海域無機氮含量符合一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

各海島海域活性磷酸鹽濃度現(xiàn)狀平均值范圍在 0.004 ～ 0.039 mg/L，廈門島、紫泥島和內(nèi)伶仃島海域活性磷酸鹽含量符合國家四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，特呈島海域活性磷酸鹽含量符合二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其余各島海域均符合一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從 N、P 的空間分布來看，大體上，海島離岸愈遠，其海域 N、P 濃度愈低。此外，河口區(qū)海島海域的 N、P 遠高于其他海島。

各海島海域 N/P 的現(xiàn)狀值普遍較高，在 25.1～ 127.3 之間，除了潿洲島和湄洲島海域的 N/P值接近 30 外，其余各島海域均大于 30。根據(jù)用近海海水進行的生物培養(yǎng)實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng) N/P ＞ 30時，浮游植物生長受磷含量的限制[20]。這表明南亞熱帶海島海域浮游植物生長普遍受磷含量的限制，這與中國主要河口、海灣水體普遍受磷限制的特征相一致[12,21]。

從海水營養(yǎng)級來看，紫泥島、內(nèi)伶仃島和桂山島海域處于磷限制潛在性富營養(yǎng)水平，廈門島和特呈島海域處于磷中等限制潛在性富營養(yǎng)水平；而南澳島和上川島海域處于磷限制中度營養(yǎng)水平，湄洲島和潿洲島海域處于貧營養(yǎng)水平，水質(zhì)尚好。

表3 各海島海域富營養(yǎng)化狀況Tab.3 Eutrophication assessment of the sea areas of south subtropical islands

2.2 南亞熱帶海島海域營養(yǎng)狀況變化趨勢

南亞熱帶典型海島海域無機氮、活性磷酸鹽的年平均濃度和N/P年平均值的變化趨勢示于表3和圖2。與1989－1992年全國海島資源綜合調(diào)查時相比，2005－2007年南亞熱帶海島海域無機氮、活性磷酸鹽濃度的年平均值普遍呈增長趨勢。

各海島海域無機氮含量均呈現(xiàn)不同程度的上升，尤其是特呈島和內(nèi)伶仃島分別上升了 16 倍和4.32 倍。廈門島、南澳島、內(nèi)伶仃島、桂山島、上川島和特呈島海域無機氮含量從全國海島資源綜合調(diào)查時符合國家一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)降低到劣于一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中，廈門島和內(nèi)伶仃島甚至達到劣四類水質(zhì)；紫泥島則從四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)降低到劣于四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

各海島海域活性磷酸鹽含量總體呈上升趨勢，除了潿洲島、上川島和桂山島有所下降外，其余各島均有所上升。其中，廈門島、內(nèi)伶仃島和紫泥島從全國海島資源綜合調(diào)查時的符合國家一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)降低到符合三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是，上川島從符合二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)上升到符合一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，海水水質(zhì)轉(zhuǎn)好。

隨著無機氮與活性磷酸鹽平均濃度的變化，N/P 比值也發(fā)生了較大的改變，除了湄洲島、廈門島和紫泥島基本不變外，其余各島均有不同程度的增長。

圖2-a 南亞熱帶海島海域無機氮變化趨勢圖Fig.2-a Change trend of DIN in the sea areas of south subtropical islands

圖2-b 南亞熱帶海島海域活性磷酸鹽變化趨勢圖Fig.2-b Change trend of PO4-P in the sea areas of south subtropical islands

圖2-c 南亞熱帶海島海域 N/P 值變化趨勢圖Fig.2-c Change trend of N/P in the sea areas of south subtropical islands

南亞熱帶海島海域富營養(yǎng)化水平總體呈上升趨勢。與全國海島資源綜合調(diào)查時相比（表3），潿洲島和湄洲島海域保持原來的貧營養(yǎng)化水平，紫泥島海域仍處于磷限制潛在性富營養(yǎng)化水平，其余各島海域富營養(yǎng)化程度均呈上升趨勢：南澳島和上川島海域從貧營養(yǎng)水平上升到磷限制中度營養(yǎng)水平，特呈島和廈門島海域從貧營養(yǎng)水平上升到磷中等限制潛在性富營養(yǎng)水平，桂山島和內(nèi)伶仃島海域從貧營養(yǎng)水平上升到磷限制潛在性富營養(yǎng)水平。

2.3 富營養(yǎng)化原因分析

通過上述評價結(jié)果可以看出，南亞熱帶海島海域富營養(yǎng)化區(qū)域主要集中在河口區(qū)附近。如將磷限制潛在性富營養(yǎng)水平與磷中等限制潛在性富營養(yǎng)水平均歸納為磷限制的潛在性富營養(yǎng)水平，這些富營養(yǎng)化的海島海域均表現(xiàn)為磷限制的潛在性富營養(yǎng)化水平。出現(xiàn)上述現(xiàn)象主要與流域污染、城市污水和海水養(yǎng)殖污染等因素有關(guān)。

2.3.1 流域污染 河口區(qū)海島海域受流域污染影響較大，流域大量的污染物輸入導(dǎo)致河口區(qū)海域富營養(yǎng)化現(xiàn)象嚴重。內(nèi)伶仃島和桂山島處于珠江口海域，珠江流域匯集154個縣市的水系，流域內(nèi)大量點源和面源污染經(jīng)過八大口門進入珠江口海域。2007年，珠江排放入海的污染物總量高達221萬t，其中營養(yǎng)鹽含量達到11.4萬t[22]，富含大量污染物的珠江徑流直接注入珠江口海域，是珠江口海島海域呈現(xiàn)磷限制富營養(yǎng)水平的主要原因之一。紫泥島地處九龍江河口區(qū)，九龍江上游流域匯集8個縣市的水系，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)達，化肥農(nóng)藥使用量大，水土流失嚴重，流域內(nèi)的污染物排放對紫泥島乃至廈門灣海域的富營養(yǎng)化貢獻較大[23]。2007年九龍江入海污染物總量為 26.6萬 t，其中無機氮入海量為1.8萬t，總磷入海量為1 160 t[24]。

流域徑流中無機氮含量很高，導(dǎo)致河口區(qū)海域呈現(xiàn)磷限制特征。這主要是因為流域地表巖石圈及土壤圈中磷豐度偏低，加之化肥用量劇增且比例不當(dāng)，氮肥過量而磷肥不足，地表水把未被利用的過量氮肥帶入河水，入海徑流中N/P值很高，最終導(dǎo)致河口及其附近海域水體中N/P值升高[12]。此外，河口區(qū)硝酸鹽的再生增補[25]及磷酸鹽的“緩沖機制”[26]也是造成河口區(qū)高氮低磷的重要原因。

2.3.2 城市污水 隨著沿岸和海島經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口規(guī)模的不斷擴大，大量工業(yè)廢水和城市生活污水排放到近岸海域，對海島海域環(huán)境造成巨大污染。有關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，僅廣州市每年排入珠江口海域的工業(yè)廢水就約 2.4×108t、生活污水約8.0×108t，還有其它各種廢棄物的排放[21]。城市工業(yè)廢水和生活污水加劇了珠江口海域環(huán)境的惡化，使海水富營養(yǎng)化現(xiàn)象日趨嚴重。1980年至2003年間，珠江口及鄰近海域共記錄發(fā)生赤潮544次，尤其是 1998 年珠江口海域發(fā)生的特大赤潮，造成經(jīng)濟損失達3.5億元[27]。2007年，廈門海域污染物排放量中無機氮和活性磷酸鹽分別為 7 044 t和485.8 t[24]。城市污水排放量與處理能力的不相協(xié)調(diào)，造成廈門海域的污染負荷較大，赤潮等海洋生態(tài)災(zāi)害頻發(fā)。據(jù)統(tǒng)計，自1997年至2003年廈門海域共發(fā)生赤潮16起[2]。

2.3.3 海水養(yǎng)殖污染 海水養(yǎng)殖由于養(yǎng)殖密度高、投餌量大，其輸出的殘餌、代謝廢物等造成附近海域營養(yǎng)鹽負荷增大，加上養(yǎng)殖區(qū)布局不合理，當(dāng)養(yǎng)殖容量超出了海域的環(huán)境容量，就會引發(fā)一系列生態(tài)環(huán)境問題[28]。特呈島是湛江乃至廣東省大型的海水養(yǎng)殖基地，近年來，島區(qū)附近大力發(fā)展海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖，使該海域受N、P污染較為嚴重，加之特呈島所處的湛江港海區(qū)本身是個口小腹大的海灣，灣內(nèi)外海水交換較慢，從而使網(wǎng)箱養(yǎng)殖的殘餌、排泄物等污染物沉積在網(wǎng)箱附近，其分解釋放使該區(qū)水體的無機氮、活性磷酸鹽含量很高[29]。2006年，特呈島附近約95 km2的海域就發(fā)生了赤潮[4]。

3 結(jié) 論

a)南亞熱帶海島的 N、P濃度的空間分布總體上與海島離岸距離有關(guān)，海島離岸愈遠，其海域N、P濃度愈低。此外，河口區(qū)海島的 N、P濃度遠高于其他區(qū)域的海島。

b)紫泥島、內(nèi)伶仃島、桂山島、廈門島和特呈島海域處于磷限制潛在性富營養(yǎng)水平，南澳島和上川島海域處于磷限制中度營養(yǎng)水平，湄洲島和潿洲島海域處于貧營養(yǎng)水平；南亞熱帶海島海域浮游植物生長普遍受磷含量的限制。

c)近二十年來，南亞熱帶海島海域無機氮和活性磷酸鹽年平均濃度總體上呈現(xiàn)增長趨勢，富營養(yǎng)化水平也隨之呈現(xiàn)上升趨勢。

d)南亞熱帶海島海域富營養(yǎng)化水平上升主要是由流域污染、城市污水和海水養(yǎng)殖污染等原因造成的，這表明，南亞熱帶海島海域水質(zhì)主要受流域及沿岸排污的影響，隨著海島開發(fā)利用力度的加大，海島自身產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的影響也正在顯現(xiàn)。

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Assessment and cause analysis of eutrophication in the adjacent sea areas of south subtropical islands

SUN Yuan-min,CHEN Bin,MA Zhi-yuan,YU Wei-wei
(Third Institute of Oceanography,SOA,Xiamen 361005,China)

X52；P734.4+4

A

1001-6932(2010)05-0572-05

2009-11-12；

2010-01-04

國家908專項資助項目(908-02-04-08)；海洋公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費重點項目(200705029)

孫元敏 (1984－)，男，山東威海人，碩士研究生，主要從事海島、海岸帶生態(tài)系統(tǒng)評價研究。電子郵箱：sunymim@163.com

陳彬 (1970－)，男，研究員，電子郵箱：chenbin910@yahoo.com.cn