北戴河近岸海域富營養(yǎng)化狀況的評價研究

李 莉， 陳武軍， 張永豐， 陳 燕, 李欣陽　(國家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，河北秦皇島 066002)

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北戴河近岸海域富營養(yǎng)化狀況的評價研究

李 莉， 陳武軍*， 張永豐， 陳 燕, 李欣陽(國家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，河北秦皇島 066002)

海水中營養(yǎng)鹽是海洋浮游植物生長與繁殖不可缺少的化學(xué)元素，是海洋生物地球化學(xué)循環(huán)中物質(zhì)循環(huán)中物質(zhì)流的基礎(chǔ)。近年來由于受地表徑流、工農(nóng)業(yè)污水排放及海水養(yǎng)殖排污等影響，海水富營養(yǎng)化已成為我國近岸海域普遍存在的環(huán)境問題，并且富營養(yǎng)化程度和范圍有逐漸加重和擴(kuò)大的趨勢[1]。由此引發(fā)的水質(zhì)下降與赤潮頻發(fā)，給海洋生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重的破壞和巨大損失。近年來，國內(nèi)外學(xué)者對河口及近岸海域富營養(yǎng)狀況的監(jiān)測與評價工作進(jìn)行了廣泛研究[2-5]。筆者運(yùn)用富營養(yǎng)指數(shù)法、潛在性富營養(yǎng)化程度評價法和小球藻培養(yǎng)法對北戴河近岸海域富營養(yǎng)狀況進(jìn)行評價，旨在能夠更好了解北戴河近岸海域富營養(yǎng)現(xiàn)狀，為更好地加強(qiáng)該海域環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)利用提供基礎(chǔ)資料，并對河口及近岸海域富營養(yǎng)化評價新方法進(jìn)行探索。

1材料與方法

1.1調(diào)查站位及調(diào)查項目2012年5~10月對北戴河近岸海域進(jìn)行表層水樣采集。調(diào)查區(qū)共設(shè)6個站位(圖1)，分析項目包括化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH4-N)、亞硝酸鹽(NO2-N)、硝酸鹽(NO3-N)、磷酸鹽(PO4-P)。具體操作按《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB17378.4-2007)[6]第四部分：海水分析處理。

1.2富營養(yǎng)化評價方法目前國際上關(guān)于富營養(yǎng)化的評價尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[7]。富營養(yǎng)化的評價方法有富營養(yǎng)狀態(tài)(E)指數(shù)[8-12]、潛在性富營養(yǎng)化程度評價法[13]、Shennan指數(shù)法[14]和浮游植物群落結(jié)構(gòu)指數(shù)[15]。筆者采用目前國內(nèi)外常用的富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和潛在性富營養(yǎng)化程度評價法分析海域海水富營養(yǎng)狀況。富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計算公式如下：E=COD*DIN*DIP*106/4 500。其中COD、DIN、DIP分別表示海水中的化學(xué)耗氧量、無機(jī)氮和無機(jī)磷(單位為 mg/L)。當(dāng)E≥1時，水體為富營養(yǎng)化類型，E值越大，富營養(yǎng)化程度越嚴(yán)重。

1.3小球藻培養(yǎng)海洋小球藻藻種取自暨南大學(xué)。在1 000 ml的三角瓶中，將小球藻在f/2培養(yǎng)液中盡心培養(yǎng)，達(dá)到指數(shù)生長期后，分別接種到經(jīng)0.45 μm濾膜過濾的水質(zhì)樣品中，每個水質(zhì)樣品設(shè)3個平行樣。溫度為25 ℃，光照強(qiáng)度為4 500 lx，光暗比為12 h∶12 h，每天定時搖動2次，培養(yǎng)7 d。每天定時取樣，以血球計數(shù)板法測定小球藻的細(xì)胞個數(shù)，同時計算藻體生長速率。計算公式如下[16]：K=2.303(lgN-lgN0)/t；T=0.693/K。其中，K為比生長常數(shù)；N0為起始細(xì)胞密度；N為經(jīng)過t時間的細(xì)胞密度；T為平均世代(d)；t為生長時間(d)。

2結(jié)果與分析

2.1COD、DIN和DIP的變化特征COD值是評價水體質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，因為它反映了水中受還原物質(zhì)污染的程度，也就是說反映了水樣中可氧化的有機(jī)質(zhì)氧化時所需要的氧量，因此COD值可作為有機(jī)物相對含量的指標(biāo)，其測值的高低直接反映了水體質(zhì)量的好壞[17]。由表1可知，調(diào)查海域水體COD值的變化范圍介于1.12～2.84 mg/L之間，各月份的COD值平均值在1.37～2.54 mg/L之間。8和9月水體COD值滿足二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(<3 mg/L)，其他月份的COD值滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(<2 mg/L)。8和9月水體COD值較大，這可能是由于充沛的降雨將大量有機(jī)物沖刷入海，同時夏季正是養(yǎng)殖的高峰期，使得COD值達(dá)到了全年的最大值。

調(diào)查海域水體DIN含量的變化范圍介于0.056 3~0.672 mg/L之間，各月份的水體DIN含量平均值在0.068 2～0.549 mg/L之間。8和9月水體DIN含量平均值均超過海水四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0.5 mg/L)。10月水體DIN含量平均值符合海水二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0.3 mg/L)，其他月份水體DIN含量平均值均符合海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0.2 mg/L)。調(diào)查海域DIN以NO3-N為主，平均含量為0.138 mg/L，約占DIN的55.0%；其次是NH4-N，約占DIN的35.0%；含量最少的是DIN的中間產(chǎn)物NO2-N，占DIN的10.0%。

調(diào)查海域水體DIP含量的變化范圍介于0.003 12~0.051 9 mg/L之間，各月份的水體DIP含量均值在0.003 76～0.017 7之間。除8月6號站海水DIN含量超過海水水質(zhì)四類標(biāo)準(zhǔn)(0.045 mg/L)，其他各月份各站位海水DIP含量均符合海水水質(zhì)一類標(biāo)準(zhǔn)(0.015 mg/L)。

表1　5~10月COD、DIN、DIP值　mg/L

2.2北戴河近岸海域富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)水質(zhì)營養(yǎng)水平評價分級標(biāo)準(zhǔn)見表2。調(diào)查期間，北戴河近岸海域營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的變化范圍在0.084 9~20.500 0之間，不同月份6個站位的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值變化范圍在0.112～5.720之間。從表3可知，調(diào)查海域豐水期富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)明顯高于枯水期和平水期。除8和9月之外，其他月份營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值均<1，這表明除8和9月外，其他月份調(diào)查海域海水水質(zhì)較好，尚未達(dá)到富營養(yǎng)化水平。8和9月營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值均>1，表明8和9月北戴河近岸海域海水富營養(yǎng)化，尤其8月的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值>3，已處于高富營養(yǎng)化。

表3　各月不同站位富營養(yǎng)化指數(shù)

2.3北戴河近岸海域潛在性富營養(yǎng)化程度評價我國近海主要河口、海灣水體中N/P比幾乎都偏離Redfield值，這種偏離程度還隨季節(jié)不同而發(fā)生變化?？紤]到我國近岸海域普遍具有營養(yǎng)鹽比例不平衡，致使浮游植物生長受制于某一相對不足營養(yǎng)鹽的特性，筆者選用郭衛(wèi)東等以潛在性富營養(yǎng)化的概念為基礎(chǔ)，參照我國海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以及有關(guān)試驗結(jié)果，提出的分類分級的潛在性營養(yǎng)化評價模式[13]。分類分級潛在營養(yǎng)化評價模式的營養(yǎng)級劃分原則見表4。利用2012年5~10月北戴河鄰近海域6個監(jiān)測站點(diǎn)表層海水N、P營養(yǎng)鹽含量監(jiān)測結(jié)果的平均值，對北戴河近岸海域不同月份表層海水的潛在性富營養(yǎng)化程度進(jìn)行評價，評價結(jié)果見表5。

在赤潮多發(fā)期(5～10月)，5～7月的海水水質(zhì)平均狀況屬于貧營養(yǎng)；8和9月的營養(yǎng)程度達(dá)到最高水平，處于磷限制潛在性富營養(yǎng)化水平，接近富營養(yǎng)化水平；10月的海水水質(zhì)平均狀況屬于磷限制中等營養(yǎng)。這表明，5～7月北戴河近岸海域營養(yǎng)水平很低，水質(zhì)質(zhì)量較好。8和9月由于降雨和徑流的影響，致使DIN水平升高，但由于P的限制，總體上尚處于潛在性富營養(yǎng)化階段。從總體上來看，北戴河近岸海域營養(yǎng)化程度呈現(xiàn)明顯的時間變化。

2.4小球藻培養(yǎng)法對調(diào)查海域營養(yǎng)水平的分析海水中的DIN和DIP等營養(yǎng)物質(zhì)是海洋浮游植物生長、繁殖所必需的成分，它們在控制浮游植物的生長中起著重要作用。筆者用各月份各站位的天然海水對小球藻進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)，并計算小球藻的比生長常數(shù)。通過比較小球藻的生長速率，對北戴河海域海水富營養(yǎng)化程度進(jìn)行評價。不同月份6個站位海水培養(yǎng)小球藻的比生長常數(shù)均值變化范圍介于0.090 7～0.208 0之間。從圖2可知，8月小球藻的比生長常數(shù)最大，9月次之，7月最小。

表4　潛在性富營養(yǎng)化評價模式營養(yǎng)級的劃分原則

表5　調(diào)查海域潛在性富營養(yǎng)化評價結(jié)果

應(yīng)用SPSS13.0軟件對北戴河近岸海域營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長常數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，其Spearman相關(guān)系數(shù)R=0.813，顯著性水平α<0.01。北戴河近岸海域營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長常數(shù)總體上成正相關(guān)關(guān)系，即營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)高的區(qū)域海水培養(yǎng)小球藻的比生長常數(shù)相對也高。這表明小球藻生長狀況能夠在一定程度上反映北戴河近岸海域富營養(yǎng)化狀況。

3結(jié)論與討論

(1)在赤潮多發(fā)期(5～10月)，8和9月北戴河近岸海域海水COD、DIN和DIP含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他3個月份。8和9月海水DIN含量均值超過海水水質(zhì)四類標(biāo)準(zhǔn)，COD含量均值超過海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)。8月DIP含量均值超過海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)。

(2)富營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)結(jié)果表明，8和9月北戴河近岸海域海水處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，尤其8月的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值>3，已處于高富營養(yǎng)化。其他月份調(diào)查海域海水水質(zhì)較好，尚未達(dá)到富營養(yǎng)化水平。

(3)潛在性富營養(yǎng)化評價結(jié)果表明，5～7月北戴河近岸海域營養(yǎng)水平很低，水質(zhì)質(zhì)量較好。8和9月由于降雨和徑流的影響，致使DIN水平升高，但由于P的限制，總體上尚處于潛在性富營養(yǎng)化階段。

(4)通過對北戴河近岸海域營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長常數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，北戴河近岸海域營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長常數(shù)總體上成正相關(guān)關(guān)系，表明小球藻培養(yǎng)法能夠在一定程度上反映北戴河近岸海域富營養(yǎng)化狀況。

參考文獻(xiàn)

[1] 李磊，夏培艷，唐峰華，等.舟山附近海域富營養(yǎng)化的時空分布及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J].生態(tài)學(xué)雜志, 2011,30(4):771-777.

[2] 王保棟，孫霞，韋欽勝，等.我國近岸海域富營養(yǎng)化評價新方法及應(yīng)用[J].海洋學(xué)報, 2012, 34(4):61-66.

[3] 周斌，王悠，王進(jìn)河，等.山東半島南部近岸海域富營養(yǎng)化狀況的多元評價研究[J].海洋學(xué)報, 2010, 32(2):128-138.

[4] 吳迪，王菊英，馬德毅，等.基于PSR框架的典型河口富營養(yǎng)化綜合評價方法研究[J].海洋技術(shù),2010,29(3):29-33.

[5] BRICKER S B，F(xiàn)ERREIRA J G，SIMAS T.An integrated methodology for assessment of estuarine trophic status[J].Ecol Model，2003, 169:39-60.

[6] 國家質(zhì)量監(jiān)督局.海洋監(jiān)測規(guī)范(第4部分)：海水分析：GB17378.4-2007[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007.

[7] 鄒景忠，董麗萍，秦保平.渤海灣富營養(yǎng)化問題的探討[J].海洋環(huán)境科學(xué), 1983,2(2):41-53.

[8] 彭昆侖，賈后磊.湛江港外海水富營養(yǎng)化水平與浮游植物多樣性[J].海洋通報, 2007,26(2):113-116.

[9] 辛福言，陳碧娟，曲克明，等.乳山灣表層海水COD與氮、磷營養(yǎng)的分布及其營養(yǎng)狀況[J].海洋水產(chǎn)研究, 2004,25(5):52-56.

[10] 劉雪芹.舟山近岸海域富營養(yǎng)化[J].海洋湖沼通報, 2005(2):55-60.

[11] 程海鷗，馬啟敏，楊鋒.湛江灣海水富營養(yǎng)化水平和浮游植物多樣性[J].海洋湖沼通報, 2009(8):121-126.

[12] 吳迪，王菊英，馬德毅，等.基于PSR框架的典型河口富營養(yǎng)化綜合評價方法研究[J].海洋技術(shù),2010,29(3):29-33.

[13] 郭衛(wèi)東，章小明，楊逸萍，等.中國近岸海域潛在性富營養(yǎng)化程度的評價[J].臺灣海峽, 1998,17(1):64-70.

[14] 李震，劉景泰.大連灣海域水體富營養(yǎng)化狀況分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測, 2000,16(1):38-41.

[15] 李清雪，陶建華.應(yīng)用浮游植物群落結(jié)構(gòu)指數(shù)評價海域富營養(yǎng)化[J].中國環(huán)境科學(xué), 1999, 19(6):548-551.

[16] DROOP M R.Auxotrophy and organic compounds in the nutrition of marine phytoplankton[J].J Gen Microbiol,1957,16:286-293.

[17] 王瓊，黃海平，徐國鋒.岱山海域水質(zhì)狀況及潛在性富營養(yǎng)化程度評價[J].海洋湖沼通報, 2007(4):104-108.

[18] 王春忠，陳曉，鄭建峰.福建興化灣溶解DIN、溶解無機(jī)磷時空變化及營養(yǎng)狀態(tài)[J].生態(tài)科學(xué),2011(6):581-585.

摘要根據(jù)2012年5~10月北戴河近岸海域水質(zhì)監(jiān)測資料，分析了該海域幾個重要化學(xué)指標(biāo)變化特征，并應(yīng)用富營養(yǎng)指數(shù)法、潛在性富營養(yǎng)化程度評價法和小球藻培養(yǎng)法對北戴河近岸海域富營養(yǎng)狀況進(jìn)行評價，同時對3種方法結(jié)果進(jìn)行比較分析。營養(yǎng)指數(shù)法計算結(jié)果顯示，8和9月北戴河近岸海域海水處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，尤其8月的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(E)均值>3，已處于高富營養(yǎng)化。其他月份調(diào)查海域海水水質(zhì)較好，尚未達(dá)到富營養(yǎng)化水平。潛在性富營養(yǎng)化法計算結(jié)果：5～7月北戴河近岸海域營養(yǎng)水平很低，水質(zhì)質(zhì)量較好。8和9月由于降雨和徑流的影響，致使無機(jī)氮水平升高，但由于磷的限制，總體上尚處于潛在性富營養(yǎng)化階段。通過對營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長常數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，北戴河近岸海域營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長常數(shù)總體上成正相關(guān)關(guān)系，表明小球藻培養(yǎng)法能夠在一定程度上反映北戴河近岸海域富營養(yǎng)化狀況。

關(guān)鍵詞富營養(yǎng)化；近岸海域；富營養(yǎng)指數(shù)法；潛在性富營養(yǎng)化程度評價法；小球藻培養(yǎng)法；北戴河

Eutrophication Assessment Research for Beidaihe Coastal Waters

LI Li, CHEN Wu-jun*, ZHANG Yong-feng et al(Marine Environment Monitoring Central Station of Qinghuangdao, SOA, Qinghuangdao, Hebei 066002)

AbstractBased on the survey data of Beidaihe coastal waters from May to October 2012, the characteristics of several important chemical factors were analyzed.By using eutrophication index, potential eutrophication assessment method and chlorella culture method, the eutrophication level of the sea area was assessed.Meanwhile, the assessment results of using the three assessment method were compared.The results based on eutrophication index showed that the Beidaihe coastal sea had a higher eutrophication level in August and September.Especially the average of eutrophication index (E) was greater than 3 in August.It had high eutrophication level.The other month had not reached the eutrophication level.The results based on potential eutrophication assessment method showed that the nutrition level of Beidaihe coastal waters were low from May to July.Because of rainfall and runoff, the level of inorganic nitrogen had increased in August and September.Because of the limitation of phosphorus, the nutrient status of Beidaihe coastal waters was still potential eutrophication.The nutrient state index had a positive correlation with the growth of chlorella by analyzing the relation of the nutrient state index and the growth of chlorella.It showed that the chlorella culture method could reflect the nutrient status of Beidaihe coastal waters.

Key wordsEutrophication; Coastal water; Eutrophication index; Potential eutrophication assessment method; Chlorella culture method; Beidaihe

收稿日期2015-10-23

通訊作者

作者簡介李莉(1983-)，女，河北唐山人，工程師，碩士，從事海洋環(huán)境監(jiān)測與評價研究。*，高級工程師，碩士，從事海洋生態(tài)學(xué)研究。

基金項目國家海洋局北海分局2012年海洋科技項目(2012B11)；國家海洋局公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費(fèi)項目(201305003)。

中圖分類號S 181.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼A

文章編號0517-6611(2015)32-111-04