大亞灣溶解氧分布特征及環(huán)境影響因子研究

孟雪嬌，歐陽通，徐漢文

（1.國家海洋局汕尾海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東　汕尾516600；2.廈門大學(xué)　環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，福建　廈門　361000）

大亞灣溶解氧分布特征及環(huán)境影響因子研究

孟雪嬌1，歐陽通2，徐漢文1

（1.國家海洋局汕尾海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣東汕尾516600；2.廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院，福建廈門361000）

基于2004-2010年間大亞灣海域的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了溶解氧的水平分布特征、年際變化規(guī)律及主要環(huán)境影響因子。分析結(jié)果表明，表層溶解氧水平分布均勻，底層濃度梯度明顯，城鎮(zhèn)入?？诤痛髞啚澈穗娬靖浇芙庋鹾枯^低；表層溶解氧逐年變化不大，底層的年際變化較為顯著，大亞灣中央位置溶解氧的年際變化幅度較大；經(jīng)與各環(huán)境因子進行相關(guān)性分析得知無機氮是影響溶解氧變化的主要環(huán)境因子，二者呈負相關(guān)。

大亞灣；溶解氧；分布特征；影響因子

大亞灣海域是多種名貴魚類的產(chǎn)卵、繁殖、索餌和育肥場所，又是廣東主要經(jīng)濟水產(chǎn)種類的密集分布區(qū)和捕撈區(qū)［1］。海洋溶解氧水平不僅是衡量水體自凈能力的一個重要指標，也反映了海洋生物的生長狀況和海水的環(huán)境質(zhì)量［2-3］，其含量的高低對海洋漁業(yè)有著重大影響［4-6］。眾多學(xué)者對大亞灣海區(qū)的溫躍層、水動力、生物等方面研究也較多［7-10］，或者對東海、黃海、珠江口、長江口等海域溶解氧的分布特征研究較多［11-17］，而針對大亞灣海區(qū)溶解氧的變化特征及影響因子的研究相對較少。本文以2004-2010年間對大亞灣海域進行的海洋監(jiān)測為依據(jù)，分析了溶解氧含量的分布特征，并探討其與多個主要環(huán)境因子之間的相關(guān)性，為大亞灣海域管理及海洋開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1　數(shù)據(jù)來源與調(diào)查方法

本文數(shù)據(jù)時間跨度為2004-2010年之間，來源于每年8月份開展的多個航次外業(yè)調(diào)查及實驗室分析結(jié)果。調(diào)查站位共27個（見圖1），采用有機玻璃采水器進行表、底（離底0.5 m）層海水水樣的采集，并測定溶解氧、溫度、鹽度、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、無機磷及葉綠素a等要素；溶解氧樣品采集后立即用自動加液器依次注入氯化錳溶液和堿性碘化鉀溶液進行固定，充分搖勻，待沉淀完全后立即帶回實驗室，用碘量滴定法進行測定，無法立即分析的樣品放于冰箱內(nèi)冷藏保存，采集12 h內(nèi)完成水樣的測定分析工作。采樣方法和測定方法嚴格按照《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB/T 12763-2007）和《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378-2007）進行。

圖1　調(diào)查站位分布圖

2　結(jié)果與分析

2.1溶解氧時空分布特征

2.1.1水平分布特征根據(jù)調(diào)查周期中最后一年夏季（2010年8月）的監(jiān)測結(jié)果，所得大亞灣溶解氧水平分布特征見圖2。

圖2　大亞灣溶解氧含量水平分布圖

由圖可見，大亞灣表層溶解氧整體上分布較為均勻，霞涌鎮(zhèn)入?？诟浇―S18號站）和核電站南部（DS2號站）溶解氧值相對較低，澳頭灣內(nèi)（DS11號站）溶解氧含量最高；底層海水溶解氧值出現(xiàn)了明顯的梯度分布趨勢，溶解氧值隨著離岸距離的增加而降低，溶解氧高值區(qū)位于北部海域近岸區(qū)，低值區(qū)出現(xiàn)在核電站東面海域，且一直延伸至灣口，最低值出現(xiàn)在核電站東北向（DS5號站），僅為1.48 mg/L。根據(jù)Gray 2002年研究，4 mg/L為造成非脊椎動物及非鮭鱒魚類易急性死亡的極限值［16］，由此可見，此片海域已極不適宜生物存活。通過對比底層溶解氧和葉綠素a的監(jiān)測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)二者的變化趨勢極為相似，因此推斷，由于底層近岸區(qū)域浮游植物的大量生長，其光合作用釋放出了的大量氧氣，提高了近岸海水溶解氧的含量，使近岸溶解氧明顯高于大亞灣灣口的濃度值。

2.1.2年際變化規(guī)律選取2004-2010年間DS2（大亞灣核電廠附近）、DS16（大亞灣中央位置）、DS20（平海發(fā)電廠附近）三個典型站位以及各站年平均濃度作圖（見圖3），對溶解氧的年際變化規(guī)律進行對比分析。

圖3　大亞灣溶解氧含量年際變化圖

由圖可見，2004-2010年間，各典型站表層水溶解氧的濃度年際變化不大，均保持在一定水平內(nèi)上下浮動，且與年平均濃度差別不大。位于大亞灣核電廠附近的DS2號站變化幅度最大，2010年的溶解氧濃度值降幅接近3 mg/L；底層溶解氧的年際變化幅度明顯強于表層，可見表底層水交換強度不大。在所有監(jiān)測年份中，2006年溶解氧值降至最低，經(jīng)2007年逐漸回升后于2008年達到最高值，而后又降低。在所有選取的站點中，位于大亞灣中央位置的DS16號站為溶解氧年際變化幅度最大的站點（高低值之差達4.5 mg/L），表明即使在水交換相對暢通的中央位置，底層溶解氧的年際變化依然很大，由此判斷大亞灣海域與外海的水交換弱，不利于對灣內(nèi)的耗氧狀況進行及時補充。

2.2影響溶解氧變化的環(huán)境因子

采用統(tǒng)計分析軟件SPSS10.0，將調(diào)查結(jié)果通過逐步回歸法進行多元線性回歸分析，研究溶解氧與環(huán)境因子的關(guān)系，初步判斷影響溶解氧變化的環(huán)境因子。作為變量的海水環(huán)境因子包括：表、底層的溶解氧、鹽度、溫度、溶解態(tài)無機氮（IN）、無機磷（IP）、葉綠素a的濃度、溫度差及鹽度差；溶解氧、溫、鹽的表底層間濃度差以△表示，如△DO=DOsurf-DObott，△S，△T以此類推。無機氮的總含量由亞硝酸鹽（NO-2）、硝酸鹽（NO-3）、氨氮（NH+4）的含量加和表示，即IN=NO-2+NO-3+NH+4。

2.2.1表、底層溶解氧與環(huán)境因子的關(guān)系對表、底層溶解氧及各環(huán)境因子進行雙變量相關(guān)分析，結(jié)果見表1。

表1　溶解氧與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)

可見，表層溶解氧僅與無機氮呈顯著負相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為-0.422），通過了0.05的顯著性檢驗。將無機氮分為亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮對溶解氧進行多元回歸，僅亞硝酸鹽進入回歸方程（y=6.602-100.915x亞硝酸），影響率為31.0%。底層溶解氧與水溫呈正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.630）、與鹽度呈負相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為-0.607）、與無機氮呈負相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為-0.607），均通過了0.01的顯著性檢驗。通過在控制其余環(huán)境因子不變的前提下，進行偏變量統(tǒng)計分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溶解氧與水溫的相關(guān)系數(shù)從0.630銳降至0.278，未滿足0.01的顯著性檢驗。綜合考慮水溫與鹽度的顯著相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)為-0.602），經(jīng)分析可得溶解氧與水溫的相關(guān)性為間接相關(guān)，是通過鹽度這個中間因素而建立了表面聯(lián)系，因此不予考慮。

為進一步考察水溫、鹽度及無機氮對溶解氧濃度的影響度，使用多元回歸模型進行分析，以步進法作為回歸方式，最后只有無機氮、鹽度進入回歸模型，所得回歸方程yDO=31.048-22.025xIN-0.765x鹽度。若將無機氮分為亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮對溶解氧進行多元回歸，則氨氮被剔除，所得回歸方程yDO= 23.158-24.942x硝酸鹽-0.522x鹽度-120.983x亞硝酸鹽，三個因子對溶解氧的影響率為82.0%。

2.2.2表底層溶解氧濃度差與鹽度差、溫度差、無機氮差的關(guān)系經(jīng)過雙變量及偏變量的綜合分析發(fā)現(xiàn)，△DO與△T呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為0.651），與△IN呈現(xiàn)顯著負相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為-0.596），均通過了0.01顯著性檢驗。采用步進法進行多元回歸模型分析，發(fā)現(xiàn)兩個因子均進入模型分析所得的回歸方程（y=-0.283+0.301x△T-13.717x△IN），影響率為54.4%。

根據(jù)以上線性回歸相關(guān)性分析可初步判斷，影響大亞灣海水溶解氧變化的主要環(huán)境因子為無機氮的含量，呈現(xiàn)負相關(guān)。理論上，由于海水中無機氮含量逐漸增大，營養(yǎng)鹽的硝化作用會進一步加強，進而引起海水中溶解氧的消耗，與相關(guān)性分析得出的兩者之間呈現(xiàn)負相關(guān)性結(jié)論一致。

3　結(jié)論

本文以2004-2010年間大亞灣海域海洋環(huán)境監(jiān)測的數(shù)據(jù)為依托，分析了大亞灣溶解氧的水平分布特征及年際變化規(guī)律，并對影響溶解氧的主要環(huán)境因子進行了探討。分析結(jié)果表明：

（1）表層溶解氧水平分布均勻，底層出現(xiàn)明顯的濃度梯度，最低值（1.48 mg/L）出現(xiàn)在大亞灣核電站東北向。表層溶解氧逐年變化不大，基本保持在一定范圍內(nèi)上下浮動，底層溶解氧年際變化明顯增強，2006年溶解氧濃度最低（3.25 mg/L），2008年溶解氧值升為最高（6.80 mg/L），大亞灣中央位置溶解氧年際變化幅度最大（高低值之差約4.5 mg/L），可推斷出大亞灣海域與外海的水交換弱，不足以及時彌補底層溶解氧耗氧現(xiàn)狀。

（2）無機氮、鹽度、溫度對溶解氧變化均有一定影響。其中，無機氮是影響溶解氧的主要環(huán)境因子，二者呈現(xiàn)負相關(guān)（相關(guān)系數(shù)為-0.607），可見沿岸含氮廢水的排入將在很大程度上影響海水中溶解氧含量的變化。

致謝：感謝大亞灣項目多個航次調(diào)查期間所有外業(yè)調(diào)查及實驗室分析人員。

［1］徐恭昭，等.大亞灣環(huán)境與資源［M］.合肥：安徽科學(xué)技術(shù)出版社，1989：23-42.

［2］胡修棉，李祥輝.古海洋溶解氧與缺氧和富氧問題研究［J］.海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì)，1999，3（19）:39-47.

［3］Neal C，Alan House W，Helen P.The Water Qualityofthe River Dun and the Kennet and Avon Canal［J］.Journal ofHydrology，2006，330:155-170.

［4］Whitmore MC，Warren C，et al.Avoilance Reactions ofSalmonid and Centrarchid Fishes toLowOxygen Concentrations［J］.Trans Amer Fish Soc，1960，89:17-26.

［5］Solid J，Al E.Hypoxia Induces Adaptive and Reversible Gross Morphological Change in Crucian Carp Gills［J］.J Exp Biol，2003，206: 3667-3673.

［6］Cech J J，Corcker C E.PhysiologyofSturgeon:Effects ofHypoxia and Hypercapnia［J］.Journal ofApplied Ichthyology，2002，18（4-6）: 320-324.

［7］殷建平，等.大亞灣溫躍層形成及其對有關(guān)環(huán)境要素的影響［M］.2006，25（4）:1-8.

［8］韓舞鷹，李克美.大亞灣海水混合交換特征［J］.海水科學(xué).1991，2:63-67.

［9］Pan J P，Wang Z D.Annual Research Reports of Marine Biology Research Station at Daya Bay［J］.Chinese Academy of Sciences，II.Science Press，1998：190.

［10］Tang D L，Kester D R，Wang Z，et al.AVHRR Satellite Remote Sensing and Shipboard Measurements ofthe Thermal Plume from the Daya Bay，Nuclear Power Station［J］.China.Remote SensingofEnvironment，2003，84:506-515.

［11］胡小猛，陳美君.黃東海表層海水溶解氧時空變化規(guī)律研究［J］.地理與地理信息科學(xué)，2004，20（6）:40-43.

［12］楊慶霄，董婭婕，蔣岳文.黃海和東海海域溶解氧的分布特征［J］.海洋環(huán)境科學(xué)，2001，20（3）:9-13.

［13］張瑩瑩，張經(jīng).長江口溶解氧的分布特征及影響因素研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2007，28（8）:1649-1654.

［14］Younjoo J Lee，Kamazima MMLwiza.Characteristics of Bottom Dissolved Oxygen in Long Island Sound，New York［J］.Estuarine，Coastal and ShelfScience，2008，76:187-200.

［15］翟惟東，趙化德，鄭楠，等.2011年夏季渤海西北部、北部近岸海域的底層耗氧與酸化［J］.科學(xué)通報，2012，57（9）:753-758.

［16］Nikolay P Nezlin，Krista Kamer，Jim Hyde.Dissolved Oxygen Dynamics in a Eutrophic Estuary，Upper Newport Bay，California［J］.Estuarine，Coastal and ShelfScience，2009，82（1）:139-151.

［17］石曉勇，王修林，陸茸，等.東海赤潮高發(fā)區(qū)春季溶解氧和pH分布特征及影響因素探討［J］.海洋與沼澤，2005，36（5）: 404-412.

［18］Gray S J，Wu R S S，et al.Effects of Hypoxia and Organic Enrichment on the Coastal Marine Environment［J］.Mar Ecol Prog Ser，2002，238:249-279.

Study on the Distribution Characteristics of Dissolved Oxygen and Its Environmental Impact Factors in the Daya Bay，Guangdong Province，China

MENG Xue-jiao1，OUYANG Tong2，XU Han-wen1
1.Shanwei Marine Environmental Monitoring Center Station，State Oceanic Administration，Shanwei 516600，Guangdong Province，China；
2.College of the Environment and Ecology，Xiamen University，Xiamen 361000，F(xiàn)ujian Province，China

On the basis of the monitoring data obtained in the Daya Bay from 2004 to 2010，this paper analyzes the horizontal and temporal distribution，inter-annual change and major impact factors of dissolved oxygen（DO）.It is discovered that the distribution of DO in the surface layer is relatively even，while DO in the bottom layer has obvious concentration gradient.The level of DO is relatively low near the town estuary and the Daya Bay Nuclear Power Plant.The inter-annual change of DO is small in the surface layer，but obvious in the bottom layer，with the maximum value appearing in the central water of the Daya Bay.Furthermore，it is proved that DO and inorganic nitrogen show a great negative correlation through correlation analysis on various environmental impact factors.

Daya Bay；dissolved oxygen；distribution characteristics；impact factor

X834；P714+.4

A

1003-2029（2016）03-0098-04

10.3969/j.issn.1003-2029.2016.03.019

2015-09-18

國家海洋局南海分局海洋科學(xué)技術(shù)局長基金資助項目（1365）；國家海洋局汕尾海洋環(huán)境監(jiān)測中心站創(chuàng)新基金資助項目（2012）

孟雪嬌（1984-），女，碩士，工程師，主要從事海洋環(huán)境監(jiān)測、海洋污染等研究。E-mail:xueming1187@163.com