海南省三亞市三亞灣珊瑚礁區(qū)環(huán)境特征*

姚旭瑩，林鐘揚，章偉艷，李元超，倪建宇

(1.國家海洋局第二海洋研究所 杭州 310012； 2. 浙江省地質調(diào)查院 杭州 311203；3.海南省海洋與漁業(yè)科學院 ?？?570125)

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海南省三亞市三亞灣珊瑚礁區(qū)環(huán)境特征*

姚旭瑩1，林鐘揚2，章偉艷1，李元超3，倪建宇1

(1.國家海洋局第二海洋研究所 杭州 310012； 2. 浙江省地質調(diào)查院 杭州 311203；3.海南省海洋與漁業(yè)科學院 ?？?570125)

2011年春季和冬季對三亞灣水體和沉積物的現(xiàn)場調(diào)查表明，三亞灣水體中營養(yǎng)鹽的含量存在顯著的季節(jié)變化，春季水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素顯著低于冬季的；而三亞河輸入的陸源營養(yǎng)元素對三亞灣的影響顯著。總氮總磷的分析結果表明，水體中有機營養(yǎng)元素的含量較高，由于浮游植物也可以利用有機氮和磷來進行初級生產(chǎn)，因此，水體中有機質的污染應引起重視。歷年來海水中無機氮、磷的監(jiān)測結果表明，三亞灣水體中氮的輸入有逐年增加的趨勢，而磷的污染有逐漸降低的趨勢。水體中N/P比值也由2004年的6∶1，增加到2011年的60～123∶1；說明整個生態(tài)系統(tǒng)已由早期的氮限制轉變?yōu)榱紫拗啤３练e物重金屬元素的分析結果顯示，三亞灣除了三亞河口附近的Cd元素超標外，大部分海區(qū)的沉積物依然屬于國家一類沉積物，處于清潔環(huán)境下。而水體水溫的長期監(jiān)測結果表明，三亞灣水體水溫的變化波動有增大的趨勢，且水體的酸化現(xiàn)象也和全球的變化一致，說明三亞灣水體也受到全球氣候變化的影響，但總體上三亞灣珊瑚礁周圍環(huán)境狀況較為穩(wěn)定，可滿足珊瑚礁的生長要求。

三亞灣；營養(yǎng)鹽；沉積物化學；珊瑚礁

海南省三亞市是我國近岸海域珊瑚礁的主要分布區(qū)之一，位于三亞市南的三亞灣，是我國典型的熱帶開闊型淺水海灣，也是我國珊瑚礁發(fā)育較好的海灣，著名的鹿回頭珊瑚礁位于三亞灣內(nèi)，其東側的三亞河為其主要的入海河流。近年來，由于三亞市經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人為活動的加劇，特別是旅游業(yè)的迅猛發(fā)展，生活污水的排放與日俱增，近岸海域生態(tài)環(huán)境受到了前所未有的壓力，三亞灣的珊瑚礁群也由于人類活動的干擾和海洋污染，逐年退化。因此，了解該海域的環(huán)境特征，對評估珊瑚礁的現(xiàn)狀和恢復具有重要的意義。

三亞灣近岸水體的環(huán)境特征一直以來得到了學者們的關注，在環(huán)境現(xiàn)狀評價和環(huán)境生態(tài)等方面開展了大量的工作[1-6]。依據(jù)2011年的春季和冬季對三亞灣水體環(huán)境和沉積物化學的現(xiàn)場調(diào)查工作，并結合2013年6月至2014年11月在鹿回頭珊瑚礁區(qū)采用Hobo公司水溫儀獲得的長時間序列水溫數(shù)據(jù)，對三亞灣珊瑚礁區(qū)的環(huán)境現(xiàn)狀進行評價，以期為該海區(qū)珊瑚礁的保護提供基礎資料。

1 樣品采集

2011年春季和冬季對三亞灣的水體和沉積物開展了現(xiàn)場采樣工作，采用顛倒式采水器采集海水樣品，采用蚌式挖泥器采集海底表層沉積物，具體的采樣站位見圖1。同時，采用便攜式pH計和鹽度計現(xiàn)場測定海水的pH值和鹽度。海水樣品經(jīng)0.45 μm醋酸纖維濾膜過濾后，分析其氮、磷和硅等營養(yǎng)元素的含量，沉積物樣品冷凍干燥后粉碎至小于200目，采用ICP-MS分析其鎘(Cd)、鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉛(Pb)和鋅(Zn)的含量。

圖1 2011年春季三亞灣采樣站位

2 樣品分析

海水中硝酸鹽、銨鹽、亞硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽的測定，依據(jù)《海水化學要素觀測》(GB/T 12763.4-2007)進行分析；海水中總氮和總磷的測定則采用Valderrama(1981)的過硫酸鉀氧化法進行，氧化劑由過硫酸鉀、硼酸和氫氧化鈉組成。分析過程：在裝有50 mL海水樣品的玻璃瓶中，加入7 mL氧化劑，旋緊瓶蓋，混勻后放入醫(yī)用高壓消毒鍋內(nèi)，保持溫度在110～120℃，壓力為1.2～1.3 kg/cm2下消解30 min；冷卻至室溫后，將樣品定量轉移到25 mL比色管中，并依據(jù)《海水化學要素觀測》在7230G型分光光度計上分別測定水樣中的硝酸鹽和磷酸鹽。采用甘氨酸和甘油磷酸鈉按一定比例配成的混合溶液，對該方法的氧化率和分析精度進行了檢驗，經(jīng)試驗，氧化效率可達93%以上，相對標準偏差磷為±8%，氮小于4.5%。

3 結果與討論

3.1 三亞灣的水體營養(yǎng)狀況

海水中的氮、磷、硅等元素被統(tǒng)稱為無機營養(yǎng)鹽，是光合作用過程中浮游植物攝取的主要養(yǎng)分和構成植物的重要組成部分，也是植物新陳代謝的重要能源。而珊瑚礁水體的富營養(yǎng)化也主要是由大量陸地來源的富含這些營養(yǎng)物質的水體輸入造成的，因此水體中上述營養(yǎng)物質的分布特征對評價珊瑚礁的生存環(huán)境是十分重要的。

3.1.1 無機氮

水體中溶解無機氮(DIN)主要由硝酸鹽、銨鹽和亞硝酸鹽構成。DIN是浮游植物生長的必要元素之一，海水水體中氮的多寡能促進或限制海洋生態(tài)系統(tǒng)中物質能量的轉化，也反映了有機物被利用的程度和海洋生物新陳代謝的活動規(guī)律。

三亞灣海域的銨鹽含量在春季為0.29～2.74 μmol/L，平均值為1.39 μmol/L；冬季為0.06～4.66 μmol/L，平均值為1.47 μmol/L，季節(jié)變化不顯著。平面分布上，春季水體中銨鹽濃度的高值出現(xiàn)在三亞河口和西島附近；冬季除了三亞河口外，銨鹽的高值區(qū)主要分布在沿岸海區(qū)(圖2)。

圖2 水體中銨鹽的平面分布

亞硝酸鹽的含量在春季為0.07～0.56 μmol/L，平均值為0.15 μmol/L；冬季為0.00～0.57 μmol/L，平均值為0.04 μmol/L，冬季水體中亞硝酸鹽的含量顯著低于春季的。平面分布上亞硝酸鹽的高值主要出現(xiàn)在三亞河口地區(qū)(圖3)。

圖3 水體中亞硝酸鹽的平面分布

硝酸鹽的含量春季為0.42～3.76 μmol/L，平均值為1.48 μmol/L；冬季為1.32～36.38 μmol/L，平均值為8.35 μmol/L，冬季水體中硝酸鹽的含量顯著高于春季的。平面分布上，高值區(qū)域主要集中在三亞河口(圖4)。

圖4 水體中硝酸鹽的平面分布

3.1.2 磷酸鹽

磷也是水體中浮游生物所必需的營養(yǎng)元素之一。分析結果顯示，三亞灣海區(qū)水體中的磷酸鹽的含量春季為0.04～0.08 μmol/L，平均值為0.05 μmol/L；冬季為0.01～0.61 μmol/L，平均值為0.08 μmol/L，冬季的含量要高于春季的?？臻g分布上，其高值區(qū)分布在三亞河口地區(qū)(圖5)，反映了陸地徑流輸入的影響，有報道指出，三亞河口磷酸鹽的含量可達2.05 μmol/L[5]。

圖5 水體中磷酸鹽的平面分布

3.1.3 硅酸鹽

水體中的硅酸鹽主要來自通過徑流輸入的陸源風化產(chǎn)物，是硅質浮游生物所必需的營養(yǎng)元素。分析結果表明，三亞灣海區(qū)水體中硅酸鹽的含量春季為4.11～9.27 μmol/L，平均值為5.41 μmol/L，冬季為0.21～25.71 μmol/L，平均值為5.43 μmol/L。盡管從平均值上來看季節(jié)變化不明顯，但冬季水體中硅酸鹽含量的變化范圍顯著大于春季的?？臻g分布上，硅酸鹽的高值分布在河口地區(qū)，反映三亞河對三亞灣水體中硅酸鹽含量的影響(圖6)。

圖6 水體中硅酸鹽的平面分布

3.1.4 總氮(TN)和總磷(TP)

海水中的氮和磷除了以無機形態(tài)存在外，還可以有機的和顆粒的形式存在，通常測定的硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽和磷酸鹽等無機組分只占生物群落可利用的氮和磷的一部分，從細菌到魚類等許多水生生物都可利用有機氮和磷作為其營養(yǎng)來源，在近年來的研究中受到了普遍的關注[5]。

分析數(shù)據(jù)表明，三亞灣海區(qū)水體中總磷的含量，春季為0.08～0.38 μmol/L，平均值為0.14 μmol/L，冬季為0.04～1.86 μmol/L，平均值為0.22 μmol/L，顯著高于無機磷的含量，且冬季的含量顯著高于春季的，存在著顯著的季節(jié)變化。空間分布上，高值區(qū)冬季主要分布在三亞河口區(qū)，春季較為擴散(圖7)。

圖7 水體中總磷的平面分布

而三亞灣水體中總氮的含量，春季為12.0～32.3 μmol/L，平均值為22.9 μmol/L，冬季為26.2～72.1 μmol/L，平均值為48.3 μmol/L，顯著高于無機氮的含量，說明水體中存在著可觀的有機氮，且冬季水體中總氮的含量最高可達春季的6倍。空間分布上，總氮的高值也分布在三亞河口等人類活動頻繁的區(qū)域(圖8)。

圖8 水體中總氮的平面分布

3.1.5 氮磷及N/P比值的時空變化

近年來隨著三亞地區(qū)社會經(jīng)濟的發(fā)展，大量的生活和工業(yè)廢水攜帶大量的營養(yǎng)物質被輸入到周邊的海灣，三亞灣也不可避免地受到這些活動的影響。從歷年的監(jiān)測結果來看(圖9)，自2004年以來，三亞灣水體中磷的含量逐年降低，而氮的含量在近年來有著顯著的增加。近岸水體中營養(yǎng)物質主要來自入海徑流的輸入，三亞河作為匯入三亞灣的最大河流，其輸入的陸源性營養(yǎng)物質對三亞灣水體的營養(yǎng)狀態(tài)影響較大，各營養(yǎng)物質也主要在三亞河口附近出現(xiàn)高值，反映了三亞河的影響。已有報道指出，2007—2012年三亞河口DIN的平均濃度為17.1 μmol/L，無機磷的平均濃度為0.42 μmol/L[7]，都顯著高于我們所測定的三亞灣海域的平均值。而氮、磷的不同年際變化特征反映了三亞灣營養(yǎng)物質輸入組成的變化，氮的污染逐年加重。

圖9 歷年來三亞灣水體中無機氮和磷的分布特征(2011年以前的數(shù)據(jù)來自文獻6)

由于氮和磷是水體中浮游生物初級生產(chǎn)所必需的營養(yǎng)元素，水體中N/P比值可用來反映浮游生物受限制的因素[8]。Justic等[8]指出，當水體中N∶P<10，Si∶N>1則受到氮限制；若Si∶P<3，Si∶N<1則受硅的限制；若N∶P>20～30則受到溶解無機磷的限制。計算結果顯示，三亞灣水體中N/P比值已由2004年的6∶1增加到2011年的60～123∶1；說明整個生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)由早期的氮限制轉變?yōu)榱紫拗?，這將對三亞灣的生物群落造成極大的影響。

3.1.6 沉積化學特征

進入水體的各類物質最終都會沉降到水底，被海底的沉積物保存下來，而當遇到沉積環(huán)境變化時，這些保存在沉積物中的物質，又會被釋放出來，因此，沉積物不僅記錄了沉積海區(qū)的環(huán)境變化，同時也是污染物再次釋放的一個潛在來源。研究表明水體中高濃度的Cu和Zn等重金屬對于珊瑚具有毒害作用[9-10]，而沉積物中這些重金屬元素的含量從一個側面反映了水體中的含量。我們分析了三亞灣海區(qū)表層沉積物中鎘(Cd)、鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鉛(Pb)和鋅(Zn)等元素的分布特征。分析結果表明，三亞灣沉積物中Cd的含量為0.014～0.133 μg/g，平均值為0.043±0.03 μg/g；Co的含量為1.06～10.5 μg/g，平均值為5.07±3.4 μg/g；Cr的含量為5.22～61.5 μg/g，平均值為29.0±20.6 μg/g；Cu的含量為1.76～23.3 μg/g，平均值為8.47±6.4 μg/g；Ni的含量為1.98～23.8 μg/g，平均值為11.4±7.7 μg/g；Pb的含量為9.36～43.8 μg/g，平均值為21.7±9.4 μg/g；Zn的含量為9.03～121 μg/g，平均值為44.7±34.4 μg/g。和海洋沉積物一類標準(GB18668-2002)中建議的值相比，三亞灣除了三亞河口附近的Cd元素超標外，大部分海區(qū)的沉積物依然屬于國家一類沉積物，處于清潔環(huán)境下。各元素的高值區(qū)主要分布在三亞河口，說明河流輸入的影響顯著。

3.1.7 三亞灣水體物理環(huán)境特征

由于珊瑚礁的健康生長受海水溫度、水體營養(yǎng)狀況等環(huán)境因素的影響顯著，因此，為了評價環(huán)境因素對珊瑚礁生態(tài)系的影響，2013年在三亞灣的鹿回頭海區(qū)布放了海水溫度監(jiān)測探頭，以期獲得調(diào)查海區(qū)長時間序列的水溫記錄。

鹿回頭珊瑚區(qū)2013年6月至今，從水體溫度的監(jiān)測記錄來看，鹿回頭海區(qū)水體溫度在21～32℃之間變化，低溫時期主要集中在1-3月的旱季期間，但在夏季水溫也有低于24℃的時期。從全年來看，夏季平均水溫在29℃左右，冬季平均水溫在22℃左右。年度變化來看，2014年度夏季的水溫變化波動較大，且最高溫度要比2013年夏季高1℃左右。

此外，現(xiàn)場測定的海水pH值和鹽度表明，三亞灣水體的鹽度為24.6～33.1，低鹽水體局限于三亞河口地區(qū)，由于三亞河入海徑流量較小，對三亞灣總的影響不大。三亞灣水體的pH值為8.11～8.20，平均8.18。工業(yè)革命以來，人類化石燃料的燃燒釋放了大量的二氧化碳到大氣中，而這其中的一部分為海水所吸收，因此除了導致海水升溫外，由于二氧化碳的溶解作用導致海水酸化，pH值降低。楊頂田等[11]對三亞灣海水pH值的監(jiān)測結果顯示，三亞灣水體的pH值已經(jīng)由2001年8.3的最高值降低到2010年的8.1左右，我們測定的結果說明近年來水體pH值維持在8.1～8.2之間，和全球的幅度相當，Hoegh-Guldberg等[12]指出，全球海水的pH值已降低了0.1個pH單位。由于大多數(shù)珊瑚生長海域的pH約為8.0～8.3，從目前來看，三亞灣水體的pH值對珊瑚的生長影響不大。

4 結論

2011年春季和冬季對三亞灣水體和沉積物的現(xiàn)場調(diào)查表明，三亞灣水體中營養(yǎng)鹽的含量存在顯著的季節(jié)變化，春季水體中的氮、磷等營養(yǎng)元素顯著低于冬季的；而三亞河輸入的陸源營養(yǎng)元素對三亞灣的影響顯著?？偟偭椎姆治鼋Y果表明，水體中有機營養(yǎng)元素的含量較高，由于浮游植物也可以利用有機氮和磷來進行初級生產(chǎn)，因此，水體中有機質的污染應引起重視。歷年來海水中無機氮、磷的監(jiān)測結果表明，三亞灣水體中氮的輸入有逐年增加的趨勢，而磷的污染有逐漸降低的趨勢。水體中N/P比值也由2004年的6∶1，增加到2011年的60～123∶1；說明整個生態(tài)系統(tǒng)已由早期的氮限制轉變?yōu)榱紫拗啤?/p>

沉積物重金屬元素的分析結果顯示，三亞灣除了三亞河口附近的Cd元素超標外，大部分海區(qū)的沉積物依然屬于國家一類沉積物，處于清潔環(huán)境下。而水體水溫的長期監(jiān)測結果表明，三亞灣水體水溫的變化波動有增大的趨勢，且水體的酸化現(xiàn)象也和全球的變化一致，說明三亞灣水體也受到全球氣候變化的影響。

綜合水體和沉積物的環(huán)境特征，總體上三亞灣珊瑚礁周圍環(huán)境狀況較為穩(wěn)定，可滿足珊瑚礁的生長要求。

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A

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