大嶝海區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化狀況研究

謝丹丹， 謝曉君， 林旭吟， 林祥日， 陳 昕, 趙梅英

(1.廈門海洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建 廈門 361100；2.洛陽船舶材料研究所廈門分部，福建 廈門 361006)

福建是中國(guó)的海洋資源大省，區(qū)位條件優(yōu)越；海岸線總長(zhǎng)3 752公里，居全國(guó)第二位，資源優(yōu)勢(shì)突出；近海生物種類有3 000多種，且數(shù)量大、分布廣，為發(fā)展海洋裝備、海洋生物醫(yī)藥、海洋新能源等現(xiàn)代海洋產(chǎn)業(yè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。廈門地處福建東南沿海，海岸線蜿蜒曲折，全長(zhǎng)234 km；廈門海域內(nèi)海洋生物資源種類近2 000種，初級(jí)生產(chǎn)力高、生物量大，豐富的海洋資源為廈門海洋生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了重要的資源保障。

大嶝島位于廈門市翔安區(qū)東南海面，與大金門島距離僅1 800米，面積13.2平方公里，下轄9個(gè)社區(qū)，近2萬人，擁有東南沿海最純凈海域，素有“天然氧吧”的美稱；是國(guó)家白鷺自然保護(hù)區(qū)，也是白海豚、文昌魚等國(guó)家珍稀保護(hù)動(dòng)物的棲息地。大嶝島與小嶝島、角嶼島合稱“英雄三島”，是曾經(jīng)的“前沿陣地”，但如今已經(jīng)是旅游勝地。根據(jù)廈門市環(huán)境功能規(guī)劃，大嶝海區(qū)屬于廈門南部海域的外港區(qū)域，承擔(dān)的主導(dǎo)功能為新鮮海水供應(yīng)、旅游、浴場(chǎng)、航運(yùn)等，兼顧污水承納功能，近期及遠(yuǎn)期均執(zhí)行二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[1]。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增長(zhǎng)和廈門新機(jī)場(chǎng)在大嶝的建設(shè)，有大量的污水和建設(shè)工程廢水排入大嶝海區(qū)，使得大嶝海區(qū)的營(yíng)養(yǎng)鹽含量增加，富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸加重，有引發(fā)赤潮的風(fēng)險(xiǎn)[2-4]。

本文分析了大嶝海區(qū)2017年夏季的海水和沉積物的相關(guān)指標(biāo)，研究其富營(yíng)養(yǎng)化狀況，以期為海洋生物技術(shù)和海洋產(chǎn)業(yè)技術(shù)提供前期研究。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

722N分光光度計(jì)(上海奧譜勒儀器有限公司);UV-2000(上海分析儀器有限公司)；FA1004電子分析天平(上海良平儀器儀表有限公司)；SHA-C數(shù)顯水浴恒溫振蕩器(江蘇城西曉陽電子儀器廠)；PHS-3C計(jì)(上海分析儀器有限公司)；容量瓶、移液管、吸量管、比色管等玻璃儀器在使用前均按照標(biāo)準(zhǔn)方法校正。

硫酸銨、亞硝酸鈉、硝酸鉀、磷酸二氫鉀、磺胺、鹽酸萘乙二胺、亞硝酰鐵氰化鈉、苯酚、氯化鎘、鉬酸銨、過硫酸鉀、高錳酸鉀、重鉻酸鉀等(均為分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)。試驗(yàn)用水為蒸餾水。

1.2 采樣方法

在大嶝近岸海區(qū)布設(shè)了嶝崎、雙滬、陽塘、東埕、龍?zhí)锏缺O(jiān)測(cè)站位，按照近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范(HJ 442-2008)的要求，采集海面下約20 cm處水樣，并在同一地點(diǎn)采集沉積物。按近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范(HJ 442-2008)和海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范(GB 17378-2007)進(jìn)行水樣的預(yù)處理和沉積物的預(yù)處理。

1.3 分析測(cè)定方法

水樣理化指標(biāo)均采用海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范(GB 17378-2007)、海洋調(diào)查規(guī)范(GB 12763-2007)和海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(GB 3097-1997)中規(guī)定的方法，沉積物指標(biāo)采用海洋沉積物質(zhì)量(GB 18668-2002)中規(guī)定的方法，如表1所示。

表1 水質(zhì)和沉積物質(zhì)量分析方法

1.3.3 活性磷酸鹽測(cè)定 磷鉬藍(lán)分光光度法：在酸性介質(zhì)中，活性磷酸鹽與鉬酸銨反應(yīng)生成磷鉬黃，用抗壞血酸還原為磷鉬藍(lán)后于882 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光值。

1.3.4 COD測(cè)定 堿性高錳酸鉀法：在堿性加熱條件下，用已知并且是過量的高錳酸鉀氧化海水中的需氧物質(zhì)；然后在硫酸酸性條件下，用碘化鉀還原過量的高錳酸鉀和二氧化錳，所生成的游離碘用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。

1.3.5 沉積物中有機(jī)碳的測(cè)定 重鉻酸鉀氧化-還原容量法：在濃硫酸介質(zhì)中，加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀，在加熱條件下將樣品中的有機(jī)碳氧化成二氧化碳，剩余的重鉻酸鉀用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴，按重鉻酸鉀的消耗量，計(jì)算樣品中有機(jī)碳的含量。

1.4 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法

評(píng)價(jià)海水富營(yíng)養(yǎng)化的方法主要有指數(shù)法(綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和內(nèi)梅羅指數(shù)法)[5]、單因素評(píng)價(jià)法、化學(xué)參數(shù)法、模糊數(shù)法等[6-8]。本文采用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法,當(dāng)E>1時(shí)，即認(rèn)為水體處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 大嶝海區(qū)水質(zhì)狀況

2.1.1 無機(jī)氮含量 測(cè)定結(jié)果如表2所示，大嶝海區(qū)的無機(jī)氮含量很高，遠(yuǎn)超海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的第二類海水的無機(jī)氮限值0.2 mg/L，比第四類海水的無機(jī)氮限值0.5 mg/L也高了3.4倍。

在大嶝海區(qū)無機(jī)氮的組成中，硝酸鹽氮占了一半以上。在溶氧充足的水體，氨氮→亞硝酸氮→硝酸鹽氮，無機(jī)氮的組成以氮的最高價(jià)態(tài)硝酸鹽為主，說明該海區(qū)的無機(jī)氮的轉(zhuǎn)換已經(jīng)基本達(dá)到了熱力學(xué)平衡。

表2 無機(jī)氮測(cè)定結(jié)果

2.1.3 CODMn含量 大嶝海區(qū)CODMn含量為0.72～0.84 mg/L，海水的有機(jī)物含量達(dá)到一類海水的標(biāo)準(zhǔn)，有機(jī)物含量較低。

2.1.4 其他指標(biāo) 溶解氧在6.39～6.46 mg/L之間，符合一類海水的標(biāo)準(zhǔn)，溶氧充足；pH值8.0左右，正常；鹽度為30‰～33‰，比正常海水略低，提示有低鹽度的淡水匯入。

2.2 大嶝海區(qū)沉積物狀況

大嶝海區(qū)近岸沉積物多為灰黑色、泥質(zhì)、有不同程度的腥臭味，分布有許多貝殼及少量生活垃圾(表3)。檢測(cè)結(jié)果參照GB 18668-2002標(biāo)準(zhǔn)限值。

表3 大嶝海區(qū)近岸沉積物質(zhì)量

該海區(qū)的沉積物中有機(jī)物含量不高，但石油類含量很高，可能是由于該海區(qū)往來船舶較多、油污泄露所致。

2.3 大嶝海區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)分析

水生植物生長(zhǎng)過程中需要氮來合成蛋白質(zhì)，需要磷來組成DNA、RNA和傳輸能量，這兩種物質(zhì)也是水生和陸地生態(tài)系統(tǒng)中主要的限制性營(yíng)養(yǎng)鹽。故N/P值是表征水體營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的主要指標(biāo)。Redfield的研究結(jié)果表明，一般大洋深層水的N/P值與浮游植物體內(nèi)元素組成的N/P值大致相同，為16左右[10]。N/P值大于16，表明水體營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)為“磷限制”；N/P值小于16，則表明水體營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)為“氮限制”。大嶝海區(qū)的N/P值為20，表明該海區(qū)的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)為磷限制。該結(jié)果與林輝等[2]、歐陽玉蓉等[9]、蔣榮根等[11]的結(jié)果基本相同。

2.4 大嶝海區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化狀況分析

計(jì)算富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)(E)達(dá)12.6，提示該海區(qū)的富營(yíng)養(yǎng)化程度較高。該海區(qū)歷史上曾經(jīng)作為水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，水域中積累了較多的營(yíng)養(yǎng)鹽；周邊污水的排放和碼頭船舶的油污泄露加劇了水體的納污負(fù)擔(dān)；正在建設(shè)的大嶝新機(jī)場(chǎng)，在一定程度上阻斷了水體的交換動(dòng)力。

3 結(jié)論與討論

大嶝海區(qū)水體的溶解氧、COD、pH值等均能達(dá)到一類海水的標(biāo)準(zhǔn)，該區(qū)域處于廈門灣的外圍，是祖國(guó)大陸最靠近臺(tái)灣島的海區(qū)，因?yàn)樗鹘粨Q條件較好，所以總體水環(huán)境質(zhì)量較好。鹽度因受到陸源污水影響而略為降低；沉積物中含有較多的石油類，與船舶油污泄露有關(guān)。

大嶝海區(qū)水體的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的含量很高，分別達(dá)到2.21 mg/L和0.11 mg/L；水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽充足、富營(yíng)養(yǎng)化程度高的時(shí)候，如果微量元素、光照、溶氧等條件也適宜，就很容易引發(fā)赤潮，因此生態(tài)學(xué)家、環(huán)境學(xué)家都非常關(guān)注水體的營(yíng)養(yǎng)鹽含量及富營(yíng)養(yǎng)化狀況；監(jiān)測(cè)水中營(yíng)養(yǎng)鹽含量及富營(yíng)養(yǎng)化狀況也為判斷水體污染物來源、赤潮預(yù)警等提供重要參考依據(jù)。

大嶝海區(qū)的N/P值為20，營(yíng)養(yǎng)鹽的結(jié)構(gòu)為磷限制；許多研究表明，在控制富營(yíng)養(yǎng)化問題時(shí)，大多數(shù)情況下有必要采用兩種營(yíng)養(yǎng)鹽都控制的策略，而不能僅控制磷或僅控制氮。水體中的過量營(yíng)養(yǎng)鹽主要來源：一方面是來自肥料、農(nóng)業(yè)廢棄物、工業(yè)廢水和城市污水等外界污染，另一方面則來自底泥向水體的釋放。

大嶝海區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)達(dá)到12.6，達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化的水平。水體富營(yíng)養(yǎng)化是赤潮發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。大嶝島臨近的陸地為廈門市翔安區(qū)，排入大嶝海區(qū)的污染源主要有翔安區(qū)(含大嶝島)的居民生活污水、工業(yè)廢水和水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水。廈門市政府自2011年以來全面清除海上養(yǎng)殖設(shè)施，至今已經(jīng)基本完成清除工作，廈門市的近岸海域已基本沒有養(yǎng)殖設(shè)施，因此近年來流入大嶝海區(qū)的養(yǎng)殖廢水逐步減少；但是，翔安區(qū)(包括大嶝島)的生活污水和工業(yè)廢水還沒有實(shí)現(xiàn)全截流，未截流的污水就直接流入大嶝海域；加上海區(qū)往來的船舶也不斷有污水、油污泄露，致使大嶝海區(qū)的水質(zhì)無法達(dá)到廈門市環(huán)境功能規(guī)劃的要求；正在建設(shè)的大嶝新機(jī)場(chǎng)，在一定程度上阻斷了水體的交換動(dòng)力。

總之，本研究的結(jié)果表明，大嶝海區(qū)的營(yíng)養(yǎng)鹽含量正在逐年增加，富營(yíng)養(yǎng)化狀況正在加劇。已經(jīng)富營(yíng)養(yǎng)化了的水體，即使切斷外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來源，水體也很難自凈和恢復(fù)到正常狀態(tài)。因此在高度富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生之前，就應(yīng)該全面阻擊入海污染物，使海區(qū)的富營(yíng)養(yǎng)化狀況得到徹底改善。