養(yǎng)殖區(qū)水樣監(jiān)測與分析

吳杭緯經(jīng) 趙晟 劉妹琴

[摘要]利用東極青浜島養(yǎng)殖區(qū)域2010年、2012年的4月、8月、11月，2015年的4月、7月、11月和2016年的4月、8月、10月水樣數(shù)據(jù)分析了這幾年溫度、ph、鹽度、溶解氧、氨氮、總磷、磷酸鹽和硝酸鹽～氮的變化特征。比較每年的表層與底層數(shù)據(jù)。結果表明，2010～2016年表層溫度在14.1～27.1℃之間；表層鹽度在26～33℃之間；表層溶解氧在7.09～11.60之間；表層氨氮在0.001～0.620之間；表層總磷在0.006～0.294之間；表層磷酸鹽在0.003～0.039之間；表層硝酸鹽～氮在0.018～1.209之間。溫度、ph和溶解氧無較大變化，而鹽度基本呈上升趨勢，氨氮、總磷、磷酸鹽和硝酸鹽～氮每年的變化較大，與水中的有機物和養(yǎng)殖區(qū)變化有關。

[關鍵詞]養(yǎng)殖區(qū)；表層；底層；平均值；變化特征

[中圖分類號]X824 [文獻標識碼]A

1 材料與方法

1.1 地點和采樣層次

根據(jù)項目要求，在東極島青浜島的養(yǎng)殖區(qū)域采取水樣。采用2010年、2012年的4月、8月、11月，2015年的4月、7月、11月和2016年的4月、8月、10月的水樣對該片水域進行分析。所采用的數(shù)據(jù)有溫度、ph、鹽度、溶解氧、總磷、氨氮、磷酸鹽和硝酸鹽-氮。

采樣層次：表層0.5m，底層5m。

1.2 樣品處理和分析方法

溫度，ph，鹽度和溶解氧均在現(xiàn)場勘測。氨氮，磷酸鹽和硝酸鹽～氮均是利用專業(yè)儀器smartchem進行測定，總磷是通過制定標準曲線和分光光度計測定。

2 結果與討論

2.1 溫度

從圖中可以看出，整體溫度呈上升趨勢，但總體還算平穩(wěn)表層和底層最大值與最小值差了3℃左右。底層溫度都比表層溫度低，說明隨著深度增加溫度隨之下降?？傮w溫度上升應該是和全球變暖有關，整個地球的溫度每年都在上升這無疑影響到了海水溫度。

2.2 pH

從圖中可以看出，ph變化與溫度大致相同，都很平穩(wěn)。海水酸堿度的測量標準有海水pH。海水一般是由于弱酸性的陰離子發(fā)生的水解作用從而呈弱堿性。海水的pH變化一般，維持在8左右；海水pH值還會因為季節(jié)和區(qū)域的不同而產(chǎn)生差異：夏天，由于強烈的光合作用和增加溫度，導致上層海水中的氫離子濃度下降和二氧化碳含量減少，于是pH值上升，就是堿性大大增強，冬天時候相反，pH值會下降。溶解氧高的海域中，pH值也高；反之，pH值低。底層ph普遍比表層的低。說明表層二氧化碳少，底層更多。

2.3 鹽度

從圖中可以看出，整體鹽度呈上升趨勢，表層和底層的鹽度幾乎相同，說明深度對于海水鹽度無影響。而近幾年鹽度上升比較多，應該是與全球的洋流和河川徑流有關系，海洋活動頻繁一定程度影響了鹽度的變化。

2.4 溶解氧

溶解氧也是權衡水體環(huán)境品質(zhì)的重要標準，它能間接反映出水體中的凈化水平和生物的成長情況。溶解氧在水體中是來源于浮游植物的光合作用和一部分大氣中氧的溶解；而消耗的途徑主要包括有機物質(zhì)的降解和水生生物的呼吸作用。水體中溶解氧的含量低于5 mg /L時，就會對水生生物的生活發(fā)生負面影響，低于2 mg /L時會招致魚類窒息而死亡，大多數(shù)藻類也無法存活。

2010年表層溶解氧平均值為8.78，底層為8.18；2012年表層為8.17，底層為8.18；2015年表層為9.20，底層為9.27；2016年表層為8.29，底層為8.21。從一整年的平均值來看，表層和底層的溶解氧與深度并無相關性，但從圖7可知表層溶解氧比底層高。

從圖7中可以看出，每年4月的溶解氧均較高，而8月的均較低。說明溶解氧呈季節(jié)相關性，春季溶解氧比夏季高的多?？赡艿脑蚴窍募颈韺拥乃疁剌^高，水體中的垂直混合產(chǎn)生的作用與春季比較較弱，因為層化作用形成的密度躍層也會招致表底層氧氣的替換受影響，因此夏季更容易形成低氧區(qū)。浮游植物繁衍的時節(jié)是春季，尤其是在表層，適宜的光照條件和溫度讓浮游植物進行光合作用產(chǎn)生更多的氧氣，局部溶解于水體，而一部分逸散至大氣，招致表層水體溶解氧在春季時到達最高峰。翻閱材料與文獻經(jīng)過對溶解氧與pH、溫度相關剖析發(fā)現(xiàn)，水體中溶解氧含量的變動是兩種因素共同的影響。①水溫可以影響水體中溶解氧的含量，氧躍層的構成受到溫躍層的影響； ②在春季浮游植物大量繁殖，在水體真光層中光合作用強烈，同時又造成這層溶解氧含量增多，而耗費二氧化碳的同時又使得水體中pH值增加。

2.5 氨氮

氨氮在我國環(huán)境水體中普遍存在，是水體中的重要的養(yǎng)分元素之一，適量濃度可為藻類的生長提供營養(yǎng)源，過量可導致水體富營養(yǎng)化；同時不正當也會導致水質(zhì)的惡化、生態(tài)系統(tǒng)的失衡和魚類等水生動物有致命的毒害作用，對人體也有不同程度的危害。氨氮有兩種可互相轉(zhuǎn)化的存在形式，一種是非離子氨，一種是銨離子。氮也是生態(tài)系統(tǒng)的主要生源元素之一，在食物鏈傳遞進程中會實現(xiàn)無機物至有機物的不停的循環(huán)，也是影響環(huán)氣象變動和全球碳循的重要環(huán)節(jié)。在海灣水域中，其散布的變動在化學方面與水體中氧化、復原反應和浮游生物的生物的分泌排泄物、成長繁衍和死亡生物碎屑的氧化分解再生等要素親密相干，在物理方面與沿海城市地面徑流、污水排放和大氣等的人海通量，以及海洋中上升流、潮流和渦動擴散等作用有關。而這些現(xiàn)象，則直接影響生態(tài)環(huán)境品質(zhì)和生物的資源。

2010年表層氨氮的平均值為0.023，底層為0.038；2012年表層為0.015，底層為0.121；2015年表層為0.065，底層為0.078；2016年表層為0.400，底層為0.377。

從圖中可以看出這幾年氨氮的變化明顯，有跳躍式的增長。圖8明顯看出底層氨氮比表層氨氮普遍都要高。根據(jù)查閱文獻得知，底層氨氮普遍偏高的原因可能是：底層的溶解氧相比于表層更少，因此浮游生物類以及藻類更少，更難吸收氨氮；在海水養(yǎng)殖區(qū)，類似于大黃魚和厚殼貽貝在底層排放的排放物比較多；可能海洋的深層污染比表層嚴重，因為更難去清理；很多有機物在富集了表層的氨氮以后會下沉至底層。從三副圖中明顯可以看出，2016年氨氮的濃度是以往的3～10倍，這是一個很大幅度的跳躍式增長，通過查閱相關資料找到造成該現(xiàn)象可能的原因是：2016年養(yǎng)殖數(shù)量猛增，導致一些排放物和污染物增多；養(yǎng)殖量增多以后，投放的飼料無疑增多，這也是氨氮增加的原因；由于一片區(qū)域一直進行養(yǎng)殖，可能造成該片區(qū)域海洋資源貧瘠化，導致生物無法存活，造成大量污染。由圖可知，冬季氨氮的含量是整年中最高的。

2.6 總磷

海洋資源儲量巨大，是海洋經(jīng)濟發(fā)展的物質(zhì)基礎，是人類社會可繼續(xù)開展的策略資源基地。近年來，我國把海洋資源開發(fā)作為國家開展策略的重要內(nèi)容，不斷向深度和廣度擴展的海洋開發(fā)利用創(chuàng)造了我國新的經(jīng)濟增長點。然而，沿海區(qū)域經(jīng)濟和海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展造成環(huán)境污染持續(xù)加劇，給近海環(huán)境帶來了龐大的壓力和影響，海域生態(tài)結構失衡、生物多樣性下降、典型生境損失嚴重、生態(tài)環(huán)境質(zhì)量日趨惡化、生態(tài)異?，F(xiàn)象頻發(fā)，已經(jīng)影響到自然生態(tài)系統(tǒng)和人類社會經(jīng)濟系統(tǒng)，沿海地域社會和經(jīng)濟可繼續(xù)開展面臨嚴厲挑戰(zhàn)。磷類物質(zhì)的過量存在，導致水藻和細菌大量繁殖，使魚類和其余生物因缺氧而大批死亡，造成巨大的經(jīng)濟損失?？偭鬃鳛闄嗪夂Ｑ笏|(zhì)的重要標準，已經(jīng)成為研究海洋生態(tài)環(huán)境、開展海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖以及評估近岸海洋污染的重要參數(shù)。海水中總磷包括存在于海水中的溶解無機磷（DIP）、溶解有機磷（DOP）、顆粒有機磷（POP）和膠體有機磷（COP）以及活性有機磷（LOP）的總和。

2010年表層總磷平均值為0.046，底層為0.044；2012年表層平均值為0.042，底層為0.041；2015年表層平均值為0.019，底層為0.020；2016年表層為0.029，底層為0.022。

從圖10中可以清晰的看出2010年，2012年和2016年總磷都在一個正常的范圍內(nèi)波動，可以說這三年總磷都是呈線性相關性。而相比于其它幾年，2015年養(yǎng)殖區(qū)總磷的含量高出了6倍。表層和底層總磷含量隨著季節(jié)有規(guī)律的波動，說明與溫度和ph有關。每年春夏季節(jié)時，表層總磷含量比底層總磷含量低，秋冬季節(jié)時表層總磷含量又比底層總磷含量高。大概每年的10～11月時，表層和底層的總磷含量都是全年最高的。

查閱文獻得知，造成2015年總磷含量突增可能由于前些年的人類活動干預較少，總磷的分布主要是受天然因素的影響，例如pH值、有機質(zhì)和氧化還原電位等；但是由于時間的推移，人類活動逐漸地增強，尤其是這幾年，東極島周邊旅游業(yè)的興起，排污量逐漸增大，總磷的含量大量增多，天然因素的總磷可以忽略不計，大量排污的地點已經(jīng)成為影響海水中磷分布的主要因素。海水中總磷另一大部分是來源于沉積物，查閱文獻和資料得知一般沉積物中總磷占70%左右，而pH值是影響海水沉積物中總磷吸附量的關鍵性要素。pH值的高低都可促進海水沉積物中的總磷向上層水體的釋放。曾有實驗和研究表明，在pH值>2的強酸性環(huán)境中，海水沉積物中總磷的吸附量較低，但隨著pH值增大，總磷吸附量呈上升的趨勢，且在接近中性的條件下，總磷吸附量達到最大值；在pH>7的堿性環(huán)境中，海水沉積物中總磷的吸附量隨pH值增加而減少。這主要是由于pH值較低時，水中氫離子濃度大，容易與水中的負電的磷結合，造成海水沉積物對總磷的吸附量大幅度減少；當pH值較高時，水中氫氧根離子較多，它會與水中的磷競爭海水沉積物表面的吸附點，因此海水沉積物對磷的吸附量也會減少；只有當pH值接近中性時，帶正電荷的海水沉積物表面才有能力與濃度不大的氫離子競爭捕獲水中的磷，且此時氫氧根離子濃度也不是太大，磷能夠與氫氧根競爭吸附在沉積物表面，因此磷的吸附量會增大。另有研究表明有機質(zhì)可以促進顆粒物對磷的吸附和沉降。有機質(zhì)的合成所發(fā)生的小分子物質(zhì)可增加磷的吸附量，糖類能加強磷的吸附能值，而氨基酸能夠增加磷的最大吸附量，有機質(zhì)本身及其降解產(chǎn)物能以不一樣的方式促成沉積物對磷的吸附能力。在東極青浜島網(wǎng)箱養(yǎng)魚也會導致養(yǎng)殖區(qū)的磷含量增加。

除了ph影響總磷含量，研究表明溫度變動對沉積物中總磷釋放會法生必然的影響，因為溫度升高加速了沉積物中微生物的活動， 使有機磷轉(zhuǎn)化為無機態(tài)磷酸鹽而得到釋放。鹽度變動對沉積物中磷釋放同樣發(fā)生必然影響，鹽度的變化體現(xiàn)在溶液中離子活度的變化， 隨著鹽度的升高， 溶液中被吸附離子的活度減小，沉積物中磷釋放量增大。

2.7 磷酸鹽

磷酸鹽是總磷中的其中一個指標，也是最重要的一個部分，磷元素基本以溶解態(tài)和顆粒態(tài)的方式存在于海洋中，其中活性磷酸鹽在海洋光合作用中起到關鍵性的作用，磷的運用也影響到海洋、大氣的碳循環(huán)進程。海洋中磷酸鹽的源匯進程主要有人類排放、大陸風化作用、海洋堆積等。有研究表明，在世界海洋中的磷酸鹽限制狀況比之前以為的更加廣泛。

2010年表層磷酸鹽的平均值為0.018，底層為0.016；2012年表層為0.026，底層為0.029；2015年表層為0.013，底層為0.017；2016年表層為0.009，底層為0.010。

由圖12可知，高濃度磷酸鹽出現(xiàn)在2012.11，通過比較得知每年的11月是整年中磷酸鹽濃度最高的月份，而每年的8月份是整年中磷酸鹽濃度最低的月份。關于表層磷酸鹽濃度和底層磷酸鹽濃度，大約在夏季的時候底層濃度高于表層濃度。查閱文獻得知，磷酸鹽會有顯著的季節(jié)性循環(huán)過程，而且磷酸鹽季節(jié)性循環(huán)有單雙峰兩種不同的形態(tài)。這是因為海水環(huán)境中磷酸鹽的再生速度比氮（主要是銨鹽）快，磷酸鹽在參加浮游植物成長進程中被耗費后能夠很快的再生，海域氮磷比值的也不同程度地影響到浮游植物生長對磷酸鹽的吸收。說明磷酸鹽濃度受到了溫度的影響。8月份磷酸鹽濃度最低是由于夏季海流的輸送作用。夏季，由于外海低溫、高鹽和高營養(yǎng)鹽水的入侵以及躍層的阻隔，招致底層海水磷酸鹽含量高于表層。

2.8 硝酸鹽-氮

海水中的氮以各種狀態(tài)存在，硝酸鹽則是海洋中生物可利用氮的主要方式之一，它影響著海洋生物的生產(chǎn)力和很多有機物的循環(huán)。作為主要因子，硝酸鹽也同時調(diào)控著大氣二氧化碳水平和海洋生物泵的運行效率。不一樣的海洋環(huán)境，海水硝酸鹽的15N/14N 比值能夠反映海洋中氮的主要遷移進程，包含很多植物對氮的反硝化作用 、硝化作用、同化吸收和不同氮源水團的混合等。

2010年表層硝酸鹽～氮的平均值為0.357，底層為0.243；2012年表層為0.390，底層為0.380；2015年表層為0.037，底層為0.036；2016年表層為0.692，底層為0.373。

由圖13可知，表層硝酸鹽—氮和底層硝酸鹽—氮的變化大致相同，唯獨2010年8月和2016年8月表層硝酸鹽—氮尤為突出。表層硝酸鹽—氮的濃度略高于底層。有研究表明，一般海水中的某些平衡是由于浮游植物吸收利用硝酸鹽轉(zhuǎn)化為自身有機氮。在大洋上層海域有著一直以來未被耗費的硝酸鹽，在生物同化作用運用硝酸鹽程度增多的同時，會逐步增加上層海洋殘留的硝酸鹽以及所產(chǎn)生的顆粒有機物的δ15N值，因此在這些海域，沉降顆粒有機物的δ15N值往往與上層海洋硝酸鹽濃度具備負相關性。生物固氮作用會將新氮轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒有機物，并且從上層海域輸出至中深層海域，在輸入進程中會經(jīng)過再礦化作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。所以，在生物固氮作用明顯的海域，從表層輸出的結合態(tài)氮抵達底層后，會形成底層水體硝酸鹽δ15N 值的降低。這就是表層濃度略高于底層濃度的原因之一。2010年8月，2016年8月的硝酸鹽—氮的突增，跟之前氨氮的突增是相同的，這兩個指標息息相關。意味著這一年可能是各種污染物排放過多，破壞了生物固氮的平衡。

3 結論

（1）幾年內(nèi)溫度的變化與全球氣候變暖呈相關性，逐年走高；ph和鹽度的變化相似，總體升高，受季節(jié)和海洋運動的影響。

（2）溶解氧沒有明顯變化。溶解氧與pH、溫度相關剖析發(fā)現(xiàn)，水體中溶解氧含量的變動是兩種因素共同的影響。①水溫可以影響水體中溶解氧的含量，氧躍層的構成受到溫躍層的影響； ②在春季浮游植物大量繁殖，在水體真光層中光合作用強烈，同時又造成這層溶解氧含量增多，而耗費二氧化碳的同時又使得水體中pH值增加。

（3）氨氮有明顯大增長趨勢，可能是2016年養(yǎng)殖數(shù)量猛增，導致一些排放物和污染物增多；養(yǎng)殖量增多以后，投放的飼料無疑增多，這也是氨氮增加的原因；由于一片區(qū)域一直進行養(yǎng)殖，可能造成該片區(qū)域海洋資源貧瘠化，導致生物無法存活，造成大量污染。由圖可知，冬季氨氮的含量是整年中最高的。

（4）總磷變化趨勢大，與溫度和ph有關。溫度和ph的變化會影響總磷的吸收和釋放。溫度升高增加總磷釋放；在pH>2的強酸性環(huán)境中，沉積物中總磷的吸附量較低，隨著pH值增大，總磷吸附量呈增大趨勢，并在接近中性的條件下，總磷吸附量達到最大值；在pH>7的堿性環(huán)境中，沉積物中總磷的吸附量隨pH值升高而降低。

（5）磷酸鹽有顯著的季節(jié)循環(huán)過程，而且磷酸鹽季節(jié)循環(huán)有單峰兩種不同的形態(tài)。這是因為海水環(huán)境中磷的再生速度快于氮（主要是銨鹽），磷在參加浮游植物成長進程被耗費后能夠很快的再生，海域氮磷比值的不同也影響到浮游植物成長對磷的吸收。

（6）硝酸鹽-氮的變化明顯，與環(huán)境污染息息相關。污染物排放過多會破壞生態(tài)平衡。

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