南亚热带海岛周边海域富营养化评价及原因分析

孙元敏，陈彬，马志远，俞炜炜

（国家海洋局第三海洋研究所，福建 厦门 361005）

南亚热带海岛周边海域富营养化评价及原因分析

孙元敏，陈彬，马志远，俞炜炜

（国家海洋局第三海洋研究所，福建 厦门 361005）

根据南亚热带海岛生态特征及其地理分布，选取九个具有代表性的海岛，采用反映营养盐限制特征的海水富营养化评价模式，评价了南亚热带海岛海水富营养化水平；通过与历史资料对比，分析了富营养化水平的变化趋势。结果表明，南亚热带海岛海域浮游植物生长普遍受磷含量的限制，其中紫泥岛、内伶仃岛、桂山岛、厦门岛和特呈岛海域处于磷限制潜在性富营养水平，南澳岛和上川岛处于磷限制中度营养水平，而湄洲岛和涠洲岛则尚处于贫营养水平；南亚热带海岛海域富营养化水平总体呈上升趋势。南亚热带海岛海域富营养化水平上升主要是由流域污染、城市污水和海水养殖污染等原因造成的。

富营养化；南亚热带海岛；评价；磷限制

Abstract:Eutrophication status in the adjacent sea areas of nine typical subtropical islands along southern Chinese coast was assessed with a model which accounts for nutrient limitation.Change tendency of eutrophication level was analyzed based on comparison of nutrient data investigated during 1989-1992 and 2005-2007.The results showed that the growth of phytoplankton was usually phosphorus-limited in the sea areas of these subtropical islands.The sea areas of five islands were at the stage of phosphorus-limited potential eutrophication,and among them two were at the stage of phosphorus-limited slightly eutrophication,while the other two were at oligotrophic levels.The eutrophication state become much more serious in nearly 20 years for most island sea areas,which primarily resulted from the discharge of nutrients and pollutants from drainage basin,municipal wastewater and mariculture pollution.

Keywords:eutrophication; south subtropical islands; assessment; phosphorus limitation

南亚热带海岛包括福建省26 °N以南的岛屿和广东省、广西壮族自治区的全部岛屿。大陆岸线总长约8 200 km，面积大于500 m2的岛屿2 288个，岛屿岸线总长4 576 km，岛屿总面积约2 729 km2[1]。随着海岸带、海岛工农业的快速发展，人口数量急剧增多，大量工农业废水和生活污水排入海岛附近海域，导致海岛海域有机物污染和富营养化问题突出，赤潮时有发生[2-5]，对海岛生态系统和海洋经济造成巨大影响。本文通过对中国南亚热带典型海岛海域的富营养化现状评价及与历史资料的对比，讨论了这些海域的富营养化变化趋势，在此基础上分析探究了富营养化问题产生的原因，以期为南亚热带海岛生态系统管理和海洋经济可持续发展提供依据。

1 研究区域和研究方法

1.1 研究对象的选取

由于南亚热带海岛众多，本研究采取以点带面的方法，根据南亚热带海岛生态特征及其地理分布，由北至南依次选取湄洲岛、厦门岛、紫泥岛、南澳岛、内伶仃岛、桂山岛、上川岛、特呈岛和涠洲岛等9个海岛作为南亚热带典型海岛进行评价与分析。这些海岛基本涵盖了南亚热带海岛的主要特征，具有较好的代表性。南亚热带典型海岛概况及位置分布分别见表1和图1。

表1 南亚热带典型海岛概况Tab.1 General situation of typical south subtropical islands

图1 南亚热带典型海岛分布示意图Fig.1 Location of typical south subtropical islands

1.2 海域富营养化程度评价方法

迄今为止，用于评价海区富营养化程度的方法有数十种，但国际上尚无统一的富营养化评价标准及方法。较早运用的方法有单因子法、营养指数法等，近年来国内又有许多学者运用模糊数学法对中国一些海域进行了富营养化分析[6-11]。这些方法虽然有其合理性的一面，但未揭示出营养盐限制对富营养化的影响。郭卫东等[12]以潜在性富营养化的概念为基础，提出了营养盐限制与潜在性富营养化评价模式，该方法不仅评价了海水富营养化状态，还揭示了氮、磷在海水富营养化过程中的潜在性限制作用。营养级的划分标准见表 2。本文运用该评价模式，对南亚热带海岛海域的营养化程度进行评价。

表2 营养级的划分标准[12]Tab.2 Classification standard of nutritive levels

1.3 数据来源

湄洲岛、南澳岛、特呈岛海域水质现状数据来源于中国近海海洋综合调查与评价专项（908 专项）2005－2007年春季和秋季调查资料，内伶仃岛、桂山岛和上川岛水质现状数据来源于“珠江口及毗邻海域碧海行动计划”2006－2007年春季和秋季调查资料，厦门岛、紫泥岛和涠洲岛海域水质现状数据分别来源于当地 2006－2007年春季和秋季常规监测资料[13,14]，各样品的采集和测定均按照《海洋监测规范》（1998）[15]中规定的方法进行；各海岛海域水质历史数据来源于全国海岛资源综合调查资料（1989－1992）[16-19]。

2 结果与讨论

2.1 南亚热带海岛海域营养现状

南亚热带典型海岛海域富营养化状况见表 3。由表可知，各海岛海域无机氮浓度现状平均值范围在0.05～1.70 mg/L，其中紫泥岛、内伶仃岛和厦门岛海域无机氮含量劣于国家四类海水水质标准（GB 3097－1997，下同），桂山岛海域无机氮含量符合四类水质标准，特呈岛海域无机氮含量符合三类水质标准，南澳岛和上川岛海域无机氮含量符合二类水质标准，涠洲岛和湄洲岛海域无机氮含量符合一类水质标准。

各海岛海域活性磷酸盐浓度现状平均值范围在 0.004 ～ 0.039 mg/L，厦门岛、紫泥岛和内伶仃岛海域活性磷酸盐含量符合国家四类海水水质标准，特呈岛海域活性磷酸盐含量符合二类水质标准，其余各岛海域均符合一类水质标准。从 N、P 的空间分布来看，大体上，海岛离岸愈远，其海域 N、P 浓度愈低。此外，河口区海岛海域的 N、P 远高于其他海岛。

各海岛海域 N/P 的现状值普遍较高，在 25.1～ 127.3 之间，除了涠洲岛和湄洲岛海域的 N/P值接近 30 外，其余各岛海域均大于 30。根据用近海海水进行的生物培养实验发现，当 N/P ＞ 30时，浮游植物生长受磷含量的限制[20]。这表明南亚热带海岛海域浮游植物生长普遍受磷含量的限制，这与中国主要河口、海湾水体普遍受磷限制的特征相一致[12,21]。

从海水营养级来看，紫泥岛、内伶仃岛和桂山岛海域处于磷限制潜在性富营养水平，厦门岛和特呈岛海域处于磷中等限制潜在性富营养水平；而南澳岛和上川岛海域处于磷限制中度营养水平，湄洲岛和涠洲岛海域处于贫营养水平，水质尚好。

表3 各海岛海域富营养化状况Tab.3 Eutrophication assessment of the sea areas of south subtropical islands

2.2 南亚热带海岛海域营养状况变化趋势

南亚热带典型海岛海域无机氮、活性磷酸盐的年平均浓度和N/P年平均值的变化趋势示于表3和图2。与1989－1992年全国海岛资源综合调查时相比，2005－2007年南亚热带海岛海域无机氮、活性磷酸盐浓度的年平均值普遍呈增长趋势。

各海岛海域无机氮含量均呈现不同程度的上升，尤其是特呈岛和内伶仃岛分别上升了 16 倍和4.32 倍。厦门岛、南澳岛、内伶仃岛、桂山岛、上川岛和特呈岛海域无机氮含量从全国海岛资源综合调查时符合国家一类水质标准降低到劣于一类水质标准，其中，厦门岛和内伶仃岛甚至达到劣四类水质；紫泥岛则从四类水质标准降低到劣于四类水质标准。

各海岛海域活性磷酸盐含量总体呈上升趋势，除了涠洲岛、上川岛和桂山岛有所下降外，其余各岛均有所上升。其中，厦门岛、内伶仃岛和紫泥岛从全国海岛资源综合调查时的符合国家一类水质标准降低到符合三类水质标准。值得注意的是，上川岛从符合二类水质标准上升到符合一类水质标准，海水水质转好。

随着无机氮与活性磷酸盐平均浓度的变化，N/P 比值也发生了较大的改变，除了湄洲岛、厦门岛和紫泥岛基本不变外，其余各岛均有不同程度的增长。

图2-a 南亚热带海岛海域无机氮变化趋势图Fig.2-a Change trend of DIN in the sea areas of south subtropical islands

图2-b 南亚热带海岛海域活性磷酸盐变化趋势图Fig.2-b Change trend of PO4-P in the sea areas of south subtropical islands

图2-c 南亚热带海岛海域 N/P 值变化趋势图Fig.2-c Change trend of N/P in the sea areas of south subtropical islands

南亚热带海岛海域富营养化水平总体呈上升趋势。与全国海岛资源综合调查时相比（表3），涠洲岛和湄洲岛海域保持原来的贫营养化水平，紫泥岛海域仍处于磷限制潜在性富营养化水平，其余各岛海域富营养化程度均呈上升趋势：南澳岛和上川岛海域从贫营养水平上升到磷限制中度营养水平，特呈岛和厦门岛海域从贫营养水平上升到磷中等限制潜在性富营养水平，桂山岛和内伶仃岛海域从贫营养水平上升到磷限制潜在性富营养水平。

2.3 富营养化原因分析

通过上述评价结果可以看出，南亚热带海岛海域富营养化区域主要集中在河口区附近。如将磷限制潜在性富营养水平与磷中等限制潜在性富营养水平均归纳为磷限制的潜在性富营养水平，这些富营养化的海岛海域均表现为磷限制的潜在性富营养化水平。出现上述现象主要与流域污染、城市污水和海水养殖污染等因素有关。

2.3.1 流域污染 河口区海岛海域受流域污染影响较大，流域大量的污染物输入导致河口区海域富营养化现象严重。内伶仃岛和桂山岛处于珠江口海域，珠江流域汇集154个县市的水系，流域内大量点源和面源污染经过八大口门进入珠江口海域。2007年，珠江排放入海的污染物总量高达221万t，其中营养盐含量达到11.4万t[22]，富含大量污染物的珠江径流直接注入珠江口海域，是珠江口海岛海域呈现磷限制富营养水平的主要原因之一。紫泥岛地处九龙江河口区，九龙江上游流域汇集8个县市的水系，流域内农业发达，化肥农药使用量大，水土流失严重，流域内的污染物排放对紫泥岛乃至厦门湾海域的富营养化贡献较大[23]。2007年九龙江入海污染物总量为 26.6万 t，其中无机氮入海量为1.8万t，总磷入海量为1 160 t[24]。

流域径流中无机氮含量很高，导致河口区海域呈现磷限制特征。这主要是因为流域地表岩石圈及土壤圈中磷丰度偏低，加之化肥用量剧增且比例不当，氮肥过量而磷肥不足，地表水把未被利用的过量氮肥带入河水，入海径流中N/P值很高，最终导致河口及其附近海域水体中N/P值升高[12]。此外，河口区硝酸盐的再生增补[25]及磷酸盐的“缓冲机制”[26]也是造成河口区高氮低磷的重要原因。

2.3.2 城市污水 随着沿岸和海岛经济的快速发展，人口规模的不断扩大，大量工业废水和城市生活污水排放到近岸海域，对海岛海域环境造成巨大污染。有关统计数据表明，仅广州市每年排入珠江口海域的工业废水就约 2.4×108t、生活污水约8.0×108t，还有其它各种废弃物的排放[21]。城市工业废水和生活污水加剧了珠江口海域环境的恶化，使海水富营养化现象日趋严重。1980年至2003年间，珠江口及邻近海域共记录发生赤潮544次，尤其是 1998 年珠江口海域发生的特大赤潮，造成经济损失达3.5亿元[27]。2007年，厦门海域污染物排放量中无机氮和活性磷酸盐分别为 7 044 t和485.8 t[24]。城市污水排放量与处理能力的不相协调，造成厦门海域的污染负荷较大，赤潮等海洋生态灾害频发。据统计，自1997年至2003年厦门海域共发生赤潮16起[2]。

2.3.3 海水养殖污染 海水养殖由于养殖密度高、投饵量大，其输出的残饵、代谢废物等造成附近海域营养盐负荷增大，加上养殖区布局不合理，当养殖容量超出了海域的环境容量，就会引发一系列生态环境问题[28]。特呈岛是湛江乃至广东省大型的海水养殖基地，近年来，岛区附近大力发展海水网箱养殖，使该海域受N、P污染较为严重，加之特呈岛所处的湛江港海区本身是个口小腹大的海湾，湾内外海水交换较慢，从而使网箱养殖的残饵、排泄物等污染物沉积在网箱附近，其分解释放使该区水体的无机氮、活性磷酸盐含量很高[29]。2006年，特呈岛附近约95 km2的海域就发生了赤潮[4]。

3 结 论

a)南亚热带海岛的 N、P浓度的空间分布总体上与海岛离岸距离有关，海岛离岸愈远，其海域N、P浓度愈低。此外，河口区海岛的 N、P浓度远高于其他区域的海岛。

b)紫泥岛、内伶仃岛、桂山岛、厦门岛和特呈岛海域处于磷限制潜在性富营养水平，南澳岛和上川岛海域处于磷限制中度营养水平，湄洲岛和涠洲岛海域处于贫营养水平；南亚热带海岛海域浮游植物生长普遍受磷含量的限制。

c)近二十年来，南亚热带海岛海域无机氮和活性磷酸盐年平均浓度总体上呈现增长趋势，富营养化水平也随之呈现上升趋势。

d)南亚热带海岛海域富营养化水平上升主要是由流域污染、城市污水和海水养殖污染等原因造成的，这表明，南亚热带海岛海域水质主要受流域及沿岸排污的影响，随着海岛开发利用力度的加大，海岛自身产业结构的影响也正在显现。

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Assessment and cause analysis of eutrophication in the adjacent sea areas of south subtropical islands

SUN Yuan-min,CHEN Bin,MA Zhi-yuan,YU Wei-wei
(Third Institute of Oceanography,SOA,Xiamen 361005,China)

X52；P734.4+4

A

1001-6932(2010)05-0572-05

2009-11-12；

2010-01-04

国家908专项资助项目(908-02-04-08)；海洋公益性行业科研专项经费重点项目(200705029)

孙元敏 (1984－)，男，山东威海人，硕士研究生，主要从事海岛、海岸带生态系统评价研究。电子邮箱：sunymim@163.com

陈彬 (1970－)，男，研究员，电子邮箱：chenbin910@yahoo.com.cn