福建省近岸海域環(huán)境因子分布特征及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

劉麗華, 賀 琦, 蘭景權(quán), 田永強(qiáng), 張江龍, 張亞爽, 許文鋒

福建省近岸海域環(huán)境因子分布特征及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

劉麗華, 賀 琦, 蘭景權(quán), 田永強(qiáng), 張江龍, 張亞爽, 許文鋒

(福建省廈門環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 廈門 361102)

本研究于2019年春、夏、秋季對(duì)福建省閩西南近岸海域海水營(yíng)養(yǎng)鹽和葉綠素等環(huán)境因子進(jìn)行調(diào)查采樣, 分析其時(shí)空分布特征, 同時(shí)應(yīng)用有機(jī)污染指數(shù)法和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法2種評(píng)價(jià)方法對(duì)該海域海水富營(yíng)養(yǎng)化水平進(jìn)行評(píng)價(jià)對(duì)比, 采用主成分分析法探討環(huán)境因子對(duì)該海域富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的影響。結(jié)果顯示, 有機(jī)污染指數(shù)和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的時(shí)空分布特征基本一致, 季節(jié)上表現(xiàn)為春季>秋季>夏季; 空間上呈各河入?？谙蜻h(yuǎn)岸海域逐漸降低的趨勢(shì), 內(nèi)灣附近海域污染最嚴(yán)重; 調(diào)查海域海水富營(yíng)養(yǎng)化的主要影響因子是總氮和無(wú)機(jī)氮, 且與鹽度、pH和溶解氧呈顯著的負(fù)相關(guān), 說(shuō)明陸源徑流對(duì)該海域海水的富營(yíng)養(yǎng)化水平起著重要的調(diào)控作用。

近岸海域; 富營(yíng)養(yǎng)化; 評(píng)價(jià); 主成分分析

近岸海域的初級(jí)生產(chǎn)在全球物質(zhì)循環(huán)中占有顯著的地位。海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽是海洋生物生長(zhǎng)所必需的, 它們?cè)诳刂坪Ｑ蟪跫?jí)生產(chǎn)力和海洋植物的生長(zhǎng)等方面起著重要的作用[1]。初級(jí)生產(chǎn)受活性磷酸鹽(DIP)、可溶性無(wú)機(jī)氮(DIN)和可溶性硅酸鹽(DSi)含量及比例的影響, 且和碳循環(huán)緊密相關(guān)[2-5]。營(yíng)養(yǎng)鹽含量過(guò)高, 會(huì)造成海水富營(yíng)養(yǎng)化、赤潮等問(wèn)題, 已成為威脅沿海生態(tài)平衡的主要因素之一, 影響海水質(zhì)量和海域的使用, 造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失; 而營(yíng)養(yǎng)鹽含量過(guò)低, 又會(huì)限制海洋植物的生長(zhǎng)[6-7]。近年來(lái), 海域富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題一直成為人們的研究熱點(diǎn), 尤其在城市化水平高、人口密集、生活污水與工農(nóng)業(yè)廢水排放量大以及過(guò)度水產(chǎn)養(yǎng)殖的近岸海域, 富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)重[8-9]。

福建海域地處我國(guó)東南沿海, 臺(tái)灣海峽西岸, 北起福鼎市沙埕港, 與浙江海域相接, 南至詔安灣, 與廣東海域相連。福建海域十分遼闊, 沿岸0～20 m深的海域面積達(dá)8 959.6 km2, 大陸岸線總長(zhǎng)3 324 km, 直線長(zhǎng)度535 km, 岸線曲折率為1∶5.7, 居全國(guó)首位。隨著海西經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加快, 濱海旅游、臨海工業(yè)、近海養(yǎng)殖、港口建設(shè)等海洋開(kāi)發(fā)活動(dòng)獲得了空前的發(fā)展, 給近岸海域的環(huán)境質(zhì)量帶來(lái)了不利的影響, 大量污染物通過(guò)地表徑流等途徑直接或間接排入大海, 水體N、P含量與日俱增, 部分海灣富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重[10-11], 赤潮時(shí)有發(fā)生。近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空分布特征和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)不僅直接影響海洋生物生產(chǎn)力和生物多樣性的變動(dòng), 而且能夠直接反映海域受人類影響的富營(yíng)養(yǎng)化程度[5], 是評(píng)價(jià)海域環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。目前, 對(duì)福建省近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽和物理因子分布及變化特征的研究多是針對(duì)海域內(nèi)局部海灣或多為較早的歷史資料, 對(duì)整個(gè)福建省近岸海域的研究相對(duì)較少, 特別是應(yīng)用因子分析法研究其環(huán)境影響因素的報(bào)道較為缺乏。

本研究通過(guò)對(duì)2019年福建省閩西南近岸海域的水環(huán)境進(jìn)行調(diào)查, 分析了福建省閩西南近岸海域水質(zhì)環(huán)境因子現(xiàn)狀及富營(yíng)養(yǎng)化程度, 探討其營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空分布特點(diǎn), 并在此基礎(chǔ)上應(yīng)用主成分分析法對(duì)其環(huán)境影響因素進(jìn)行分析, 得出影響海水富營(yíng)養(yǎng)化的主要影響因子, 為控制調(diào)查海域富營(yíng)養(yǎng)化, 水環(huán)境保護(hù)與管理及對(duì)策研究提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查時(shí)間和區(qū)域

調(diào)查區(qū)域設(shè)在福建省閩西南近岸海域(117°2192′～ 119°2197′E, 23°5722′～24°5900′N), 共設(shè)置107個(gè)調(diào)查站位(圖1)。根據(jù)《2019年全國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作實(shí)施方案》的統(tǒng)一部署, 分別于2019年4月(春季)、2019年8月(夏季)以及 2019年10月(秋季)三個(gè)季度進(jìn)行采樣調(diào)查。每期采樣118個(gè), 采集3期, 共354個(gè)樣品。樣品采集、儲(chǔ)存與運(yùn)輸?shù)劝凑铡逗Ｑ蟊O(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17378—2007)和《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763—2007)等要求進(jìn)行。對(duì)各站位進(jìn)行分層取樣, 在水深小于10 m取表層水樣, 在大于10 m且小于25 m取表層和與底層水樣, 在水深大于25 m取表層、10 m層與底層水樣。調(diào)查結(jié)果均采用水柱平均值, 計(jì)算方法按照下列公式(1)與(2)進(jìn)行。

1.2 調(diào)查因子

水質(zhì)因子調(diào)查: 本次調(diào)查的海水水質(zhì)因子分別為水溫()、pH、總懸浮顆粒物(TSP)、鹽度()、溶解氧(DO)、總磷(TP)、總氮(TN)、溶解磷酸鹽(DIP)、溶解無(wú)機(jī)氮(DIN)、化學(xué)需氧量 (CODMn)、葉綠素(Chl-)等11個(gè)因子, 其中DIN為NH4+-N、NO2–-N、NO3–-N之和。分析方法依據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17378-2007)進(jìn)行。

1.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)采用有機(jī)污染指數(shù)()和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)()相結(jié)合的方法[12-14]。

圖1 采樣點(diǎn)分布圖

有機(jī)污染指數(shù)法[15-17]是根據(jù)DIN、DIP、COD以及DO等指標(biāo)污染指數(shù)之和判斷水質(zhì)污染情況[15-17]的一種評(píng)價(jià)方法。

其中,為有機(jī)污染指數(shù);COD、DIN、DIP、DO分別為化學(xué)需氧量、溶解無(wú)機(jī)氮、溶解磷酸鹽、溶解氧的實(shí)測(cè)濃度;COD、DIN、DIP、DO為調(diào)查海域相應(yīng)功能區(qū)執(zhí)行國(guó)家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)有機(jī)污染指數(shù)等級(jí)劃分如表1所示。本研究調(diào)查海域所采用的國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)按照《2019年全國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作實(shí)施方案》中要求的功能區(qū)類型執(zhí)行。

表1 水質(zhì)有機(jī)污染指數(shù)等級(jí)劃分

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)計(jì)算公式如下:

=COD×DIN×DIP×106/4 500, (4)

式中,COD、DIN、DIP分別為溶解無(wú)機(jī)氮、化學(xué)需氧量、溶解磷酸鹽的濃度, 單位為mg/L。水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)等級(jí)劃分如表2所示。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用Excel 2017; 主成分分析采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件, 首先對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理, 再運(yùn)用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降維分析[18-20], 同時(shí)采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)多重比較分析。

表2 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)等級(jí)劃分

2 結(jié)果與分析

2.1 福建省閩西南近岸海域水質(zhì)現(xiàn)狀

2.1.1 各環(huán)境因子季節(jié)性變化

各環(huán)境因子的季節(jié)性變化情況如表3所示。溶解氧濃度的季節(jié)變化較顯著, 春秋季較高且波動(dòng)大, 夏季較低。pH值、鹽度和化學(xué)需氧量濃度季節(jié)變化不大, pH值3個(gè)季節(jié)的均值都在7.86～7.91間; 化學(xué)需氧量春秋季一致, 夏季略低, 但夏季波動(dòng)較大。營(yíng)養(yǎng)鹽的季節(jié)波動(dòng)較大, 總氮、溶解磷酸鹽、總磷和溶解無(wú)機(jī)氮的最高值與最低值之比分別為91.6 mg·L–1, 209 mg·L–1, 41.5 mg·L–1和492.5 mg·L–1。由于南方秋季溫度仍然較高, 在25 ℃左右很適合浮游植物生產(chǎn), 因此秋季葉綠素濃度較高, 隨著溫度下降, 浮游植物生長(zhǎng)下降, 春季的葉綠素逐漸下降, 至夏季溫度上升, 浮游植物生長(zhǎng)加快使其葉綠素有所回升達(dá)到最大值13 μg·L–1, 各站位葉綠素濃度在夏季波動(dòng)最大。

2.1.2 各環(huán)境因子空間分布變化

各評(píng)價(jià)因子空間分布趨勢(shì)如圖2—圖4所示。pH值和懸浮物空間分布基本呈明顯的由近岸向離岸海域遞增趨勢(shì)。溶解氧春季呈與岸線垂直的塊狀分布, 總體水平分布較為均一。溶解無(wú)機(jī)氮在春夏秋季分布趨勢(shì)較為相似, 都是在灣內(nèi)濃度較高, 春季在九龍江入?？诔霈F(xiàn)高值中心, 夏季在漳江、九龍江和晉江入?？诔尸F(xiàn)多中心斑塊狀分布, 秋季高值中心轉(zhuǎn)移至?xí)x江入?？?。化學(xué)需氧量在春季從北向南逐漸遞減, 呈多中心分布, 最高值中心出現(xiàn)在泉州海域范圍內(nèi), 夏季則呈由近岸向離岸海域遞減再遞增的趨勢(shì), 在晉江入?？诔霈F(xiàn)高值中心, 而秋季高值中心轉(zhuǎn)移到古雷半島附近海域。溶解磷酸鹽三季分布趨勢(shì)基本相似, 均在詔安灣近岸海域有高值中心。總磷與總氮的空間變化趨勢(shì)較為類似, 總氮在各個(gè)港灣都呈現(xiàn)較高的濃度值, 在夏秋尤為明顯, 總磷三季均在詔安灣近岸海域出現(xiàn)高值中心, 與活性磷酸鹽分布趨勢(shì)相似。春季Chl-含量高值區(qū)位于廈門海域中部和泉州近岸海域, 夏季和秋季Chl-含量分布相類似, 均表現(xiàn)為近岸高、離岸低的分布趨勢(shì)。

表3 各因子季節(jié)變化趨勢(shì)

注: 采用Duncan多重比較分析, 顯著水平0.05, 同行中無(wú)相同英文字母的數(shù)值間差異顯著, 凡有一個(gè)相同字母的數(shù)值間差異不顯著

圖2 pH、溫度、鹽度和總懸浮顆粒物的空間分布

圖3 溶解氧、溶解無(wú)機(jī)氮和總氮的空間分布

2.2 有機(jī)污染指數(shù)和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的時(shí)空分布

2.2.1 有機(jī)污染指數(shù)值的時(shí)空分布特征

經(jīng)計(jì)算, 調(diào)查海域有機(jī)污染指數(shù)春季范圍為–1.86～ 7.95, 平均值為0.82; 夏季范圍為–2.06～13.62, 平均值為0.81; 秋季范圍為–1.74～7.99, 平均值為0.82。根據(jù)有機(jī)污染指數(shù)的劃分原則, 所有調(diào)查點(diǎn)位的有機(jī)污染指數(shù)均低于1, 表現(xiàn)為較好。由圖5可知, 有機(jī)污染指數(shù)時(shí)空分別特征較為相似, 整體呈現(xiàn)灣內(nèi)向?yàn)惩膺f減的趨勢(shì), 且在詔安灣附近有機(jī)污染指數(shù)明顯較高(深綠色區(qū)域), 達(dá)到嚴(yán)重污染等級(jí)(>4), 表明該區(qū)域水體的污染程度十分嚴(yán)重, 且其春季在內(nèi)灣出現(xiàn)較多的高值中心,

2.2.2 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)值的時(shí)空分布特征

經(jīng)分析, 研究海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)春季范圍為0.01～ 27.61, 平均值為1.13, 夏季范圍為0.00～62.57, 平均值為0.73; 秋季范圍為0.00～53.95, 平均值為0.99。對(duì)照營(yíng)養(yǎng)狀況指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn), 調(diào)查海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)春季>秋季>夏季, 但均處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。由圖5可知, 春季廈門灣內(nèi)和晉江灣內(nèi)富營(yíng)養(yǎng)化程度較高, 夏季高值中心轉(zhuǎn)移至漳州灣和詔安灣內(nèi); 秋季分布較勻一, 沒(méi)有明顯的高值中心; 空間分布特征呈現(xiàn)內(nèi)灣高, 遠(yuǎn)岸低的變化趨勢(shì)。

圖4 化學(xué)需氧量、溶解磷酸鹽、總磷、葉綠素a的空間分布

圖5 有機(jī)污染指數(shù)Q和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E時(shí)空分布

圖5表明, 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)和有機(jī)污染指數(shù)空間分布特征相類似, 均是內(nèi)灣附近海域污染最嚴(yán)重, 其變化趨勢(shì)呈各河入海口向?yàn)惩庵饾u降低。離岸越遠(yuǎn), 陸源輸入營(yíng)養(yǎng)鹽越少, 海洋植物生長(zhǎng)受到限制, 光合作用減弱, 溶解氧含氧量也隨之降低, 反之則相反, 與實(shí)際情況較符合。

2.3 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的季節(jié)變化特征及影響因素分析

本調(diào)查應(yīng)用主成分分析法分析了各季節(jié)pＨ、水溫、鹽度、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、溶解磷酸鹽(DIP)、溶解無(wú)機(jī)氮(DIN)、總氮、總磷、懸浮物和葉綠素等環(huán)境因子對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的影響。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)統(tǒng)計(jì)量均大于0.6,巴特利球體檢驗(yàn)概率為0.000, 表明可以采用主成分分析法對(duì)調(diào)查海域水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化成因進(jìn)行降維分析。

圖6(a)主成分分析結(jié)果表明, 春季前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)67.785%, 可以代表富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)指標(biāo)的關(guān)鍵信息, 主成分1對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為37.85%; 旋轉(zhuǎn)因子載荷顯示, 在主成分1上溶解無(wú)機(jī)氮、總氮、溶解磷酸鹽、總磷和鹽度的載荷較大, 因子載荷均大于0.6。與富營(yíng)養(yǎng)化同向且距離較近的因子有: 總氮、無(wú)機(jī)氮; 反向因子有: 鹽度和DO。即富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)隨著總氮、無(wú)機(jī)氮變大而增大; 隨著鹽度和DO增大而減小。

圖6(b)主成分分析結(jié)果表明, 夏季前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)79.138%, 可以代表富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)指標(biāo)的關(guān)鍵信息, 主成分1對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為49.72%; 旋轉(zhuǎn)因子載荷顯示, 在主成分1上溶解無(wú)機(jī)氮、總氮、溶解磷酸鹽、總磷和化學(xué)需氧量的載荷較大, 因子載荷均大于0.8。與富營(yíng)養(yǎng)化同向且距離較近的因子有: 溶解磷酸鹽、總磷、總氮、溶解無(wú)機(jī)氮、化學(xué)需氧量和懸浮物; 反向因子有: 鹽度和pH。即富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)隨著溶解磷酸鹽、總磷、總氮、溶解無(wú)機(jī)氮、化學(xué)需氧量和懸浮物增大而升高; 隨著pH和鹽度升高而降低。

圖6 各季節(jié)環(huán)境因子對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)影響因子載荷圖

圖6(c)主成分分析結(jié)果表明, 秋季前4個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)78.331%, 可以代表富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)指標(biāo)的關(guān)鍵信息, 主成分1對(duì)總方差的貢獻(xiàn)率為44.56%; 旋轉(zhuǎn)因子載荷顯示, 在主成分1上溶解無(wú)機(jī)氮、總氮、溶解磷酸鹽和總磷的載荷較大, 因子載荷均大于0.8。與富營(yíng)養(yǎng)化同向且距離較近的因子有: 溶解磷酸鹽、總磷、總氮、溶解無(wú)機(jī)氮、葉綠素和懸浮物; 反向因子有: 鹽度和pH。即富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)隨著溶解磷酸鹽、總磷、總氮、溶解無(wú)機(jī)氮、葉綠素和懸浮物增大而升高; 隨著pH和鹽度升高而降低。

各季節(jié)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)值與各因子Spearman相關(guān)分析表明(表4), 3個(gè)季節(jié)值與溶解無(wú)機(jī)氮、總氮呈極顯著的正相關(guān), 說(shuō)明溶解無(wú)機(jī)氮、總氮含量對(duì)調(diào)查海域的富營(yíng)養(yǎng)化狀況起關(guān)鍵性作用; 與溶解氧、鹽度、pH值呈負(fù)相關(guān), 說(shuō)明陸源入海排污和河口稀釋對(duì)調(diào)查海域富營(yíng)養(yǎng)化影響極大。

3 討論

福建省閩西南近岸海域3個(gè)季節(jié)的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的空間分布均呈從灣內(nèi)向?yàn)惩? 由近岸向離岸逐漸變小的趨勢(shì), 這種分布狀況與潮流和灣內(nèi)自然地形密切相關(guān), 也與陸源的輸入有關(guān)。福建省閩西南近岸海域的主要入海河流有晉江、九龍江、漳江和東溪, 這些流域的生活污水、養(yǎng)殖和工業(yè)廢水、垃圾等大量陸源污染物經(jīng)各入海口進(jìn)入海域后, 隨著海域的潮流運(yùn)動(dòng)不斷稀釋沖淡混合。

福建省閩西南近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的季節(jié)變化特點(diǎn)為春季>秋季>夏季, 與有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果一致。進(jìn)一步分析得到?jīng)Q定富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)大小的關(guān)鍵指標(biāo)是溶解磷酸鹽、溶解無(wú)機(jī)氮和化學(xué)需氧量, 由表1數(shù)據(jù)來(lái)看, 春季調(diào)查海域化學(xué)需氧量和溶解無(wú)機(jī)氮具有較高的值, 主要是由于溫度降低, 海洋生物活動(dòng)能力下降, 同時(shí)南方春季多雨, 將工農(nóng)業(yè)中的面源和點(diǎn)源污染物隨著雨水沖刷進(jìn)入海域, 造成溶解無(wú)機(jī)氮和化學(xué)需氧量的含量較高, 使得對(duì)春季富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的影響變得尤為明顯[21], 另外夏季溶解無(wú)機(jī)氮含量降低, 葉綠素含量升高, 表明調(diào)查海域由于夏季水溫升高、光照增強(qiáng), 海洋植物迅速繁殖, 消耗大量的營(yíng)養(yǎng)鹽, 導(dǎo)致夏季溶解無(wú)機(jī)氮含量低于春秋兩季?；瘜W(xué)需氧量作為主要陸源排海污染物之一, 大都是自來(lái)處理率低、排量大的工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水, 其共同性質(zhì)是混濁度大, 含有大量溶解性的有機(jī)質(zhì)和懸浮物, 當(dāng)污水排放量大時(shí), 影響尤為明顯[22], 從秋季載荷圖中也可以看出富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)與懸浮物存在明顯相關(guān)性, 秋季為枯水期, 降雨量減少, 廢水量所占比例增大, 使得秋季COD含量上升, 同時(shí)TSP中有機(jī)質(zhì)的存在也使得COD濃度較高, 因此秋季富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)值比夏季高。

表4 3個(gè)季節(jié)E值與各環(huán)境因子相關(guān)分析

注: **在0.01水平上顯著相關(guān)

主成分分析表明福建省閩西南近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化水平與鹽度和pH值呈顯著的負(fù)相關(guān), 可能的主要原因是陸源徑流對(duì)海水有明顯的稀釋作用[23], 導(dǎo)致了鹽度與富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)呈負(fù)相關(guān)[24]; pH在水體中主要受游離二氧化碳(CO2)和碳酸根離子(CO32–) 含量的調(diào)控, 而水體中二氧化碳的增減又是水中生物呼吸作用、有機(jī)質(zhì)的氧化作用和植物光合作用的相對(duì)強(qiáng)弱決定的[23, 25], 因此在富營(yíng)養(yǎng)化水體中, CO2含量增減主要受生物變化的調(diào)控。另外海水中的pH比淡水高, 富營(yíng)養(yǎng)化水平與pH呈顯著的負(fù)相關(guān)說(shuō)明海水中高濃度的COD、氮和磷可能來(lái)自陸源徑流的淡水, 此現(xiàn)象與李亞麗等[23]研究一致, 進(jìn)一步說(shuō)明福建省近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化水平主要受陸源徑流調(diào)控。

另外, 主成分分析也發(fā)現(xiàn)福建省閩西南近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化水平與DO呈顯著的負(fù)相關(guān), 海水中的DO主要來(lái)源于大氣的輸送和海洋植物的光合作用。對(duì)于近岸海域海水中DO的變化, 除受溫度、鹽度、生物因素和海水運(yùn)動(dòng)影響外, 由于降雨、河水的流入引起流速的變化使大量的氧氣溶解在水里, 從而影響海水中DO的變化。根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值表明, 本研究DO含量由小到大順序依次是夏季(6.09)<秋季(6.60)<春季(7.17), 與夏季最小而冬季相對(duì)較大自然規(guī)律相一致, 此現(xiàn)象與李亞麗等[23]研究一致。因而, 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)與溶解氧之間的互作關(guān)系值得下一步繼續(xù)研究。

4 結(jié)論

1) 福建省閩西南近岸海域的有機(jī)污染指數(shù)季節(jié)變化不明顯(春季0.82、夏季0.81、秋季0.82), 所有調(diào)查點(diǎn)位的有機(jī)污染指數(shù)均低于1, 表現(xiàn)為較好; 空間分布整體呈現(xiàn)灣內(nèi)向?yàn)惩膺f減的趨勢(shì)。富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的季節(jié)變化特征為春季>秋季>夏季, 均處于輕度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài); 空間分布呈從灣內(nèi)向?yàn)惩? 由近岸向離岸逐漸變小的趨勢(shì)。富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)和有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致, 整體海域?qū)儆谳p度富營(yíng)養(yǎng)化水平, 空間分布特征呈現(xiàn)內(nèi)灣高, 遠(yuǎn)岸低的變化趨勢(shì)。

2) 春季的主成分分析結(jié)果表明影響富營(yíng)養(yǎng)化的主要正向因子為總氮、溶解無(wú)機(jī)氮, 反向因子有: 鹽度和DO; 夏季的主成分分析結(jié)果表明影響富營(yíng)養(yǎng)化的主要正向因子為溶解磷酸鹽、總磷、總氮、溶解無(wú)機(jī)氮、化學(xué)需氧量和懸浮物; 反向因子有: 鹽度和pH; 秋季的主成分分析結(jié)果表明影響富營(yíng)養(yǎng)化的主要正向因子為溶解磷酸鹽、總磷、總氮、溶解無(wú)機(jī)氮、葉綠素和懸浮物; 反向因子有: 鹽度和pH。這些分析結(jié)果表明調(diào)查海域富營(yíng)養(yǎng)化水平主要受陸源排污和河口沖淡稀釋所控制。

3) 富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)值與各因子Spearman相關(guān)分析顯示調(diào)查海域海水富營(yíng)養(yǎng)化的主要影響因素為總氮和溶解無(wú)機(jī)氮, 與鹽度、pH和溶解氧呈有顯著的負(fù)相關(guān), 與主成分分析結(jié)果基本一致, 進(jìn)一步表明陸源徑流對(duì)該海域海水的富營(yíng)養(yǎng)化水平起著重要的調(diào)控作用。

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Distribution characteristics of environmental factors and eutrophication assessment in the Fujian coastal areas

LIU Li-hua, HE Qi, LAN Jing-quan, TIAN Yong-qiang, ZHANG Jiang-long,ZHANG Ya-shuang, XU Wen-feng

(Fujian Xiamen Environmental Monitoring Central Station, Xiamen 361102, China)

Spatial and temporal variations of nutrients and chlorophyll a (Chl-) in the coastal waters of Fujian coastal areas were studied based on three seasonal cruises during 2019. Both the organic pollution appraisal index () and the eutrophication index method () were used to evaluate the eutrophication of the seawater. At the same time, the principal component analysis (PCA) was adopted to investigate the effects of environmental factors on eutrophication in the sea area. Results showed that the spatial-temporal distribution ofandwere similar in the study area and showed a greater sequence of spring than that of autumn, which is greater than that of summer in the seasonal variation, decreasing gradually away from the shore. Waters at the inner part of the bay are the most polluted. The principal component analysis indicated that the TN and DIN were the main factors impacting the eutrophication of the seawater. Moreover, the eutrophication of the seawater showed a significant negative relationship with the salinity, pH, and DO, insinuating that the temporal and spatial distribution of the eutrophication index were regulated to a large extent by the runoff．

coastal water; eutrophication; assessment; principal component analysis

Jan. 5, 2021

P734

A

1000-3096(2021)12-0097-11

10.11759/hykx20210105001

2021-01-05;

2021-02-16

福建省環(huán)保科技項(xiàng)目(2021R004)

[Environmental Protection Technology Program of Fujian, No. 2021R004]

劉麗華(1982—), 博士, 女, 高級(jí)工程師, 主要從事近岸海域水環(huán)境研究, E-mail: hellolihua88@163.com; 許文鋒(1972—),通信作者, 教授級(jí)高工, 男, 主要從事海洋水文與工程, 地下水和土壤研究, E-mail: 591287517@qq.com

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)