渤海湾水体富营养化与有机污染状况初步评价

阚文静，张秋丰，胡延忠，石海明，薄文杰

（国家海洋局天津海洋环境监测中心站，天津 300450）

渤海湾水体富营养化与有机污染状况初步评价

阚文静，张秋丰，胡延忠，石海明，薄文杰

（国家海洋局天津海洋环境监测中心站，天津 300450）

根据 2008年渤海湾的生态调查资料，探讨了该海域的富营养化状态。阐述了渤海湾营养盐变化特征，并对盐度、pH值、溶解氧 (DO)、叶绿素-a、PO4-P、NO2-N、NO3-N、NH4-N等进行了分析讨论，且对海域进行了富营养化评价及有机污染评价。结果显示：与Redfied提出营养结构的N/P比值相比较，渤海湾的营养结构符合P限制，根据营养状态指数评价模式和有机污染评价指数计算结果，2008年渤海湾水体属富营养化状态，已属于轻度有机污染。

渤海湾；营养盐；富营养化、有机污染

当大量富含N、P的工业废水和城市生活污水排入海湾、河口沿岸水域，在适宜的光照、温度等物理条件下，藻类和浮游生物出现迅速繁殖，导致初级生产力急剧增加和水体溶解氧含量下降，造成水质恶化、生物群落结构的异常变化，甚至引起水生物和鱼类衰亡，并大大妨碍了人类对水资源的利用时，即可认为水域呈现富营养化状态[1]。

渤海湾位于渤海西部，北起河北省乐亭县大清河口，南到山东省利津县新黄河口，沿岸有海河、大沽排污河、独流减河、北排河等数条河流入海，为陆地环抱的浅海盆。随着地区工农业、养殖业及港口的发展，渤海湾海域的生态环境发生了较大的变化，污染问题日趋严重，海水富营养化程度不断加重[2]。本文根据2008年5月、8月份在渤海湾海域的生态调查资料，研究了这些营养要素间的相互关系和变化趋势，对该海域的营养水平进行了分析评价，为保护和合理开发渤海湾提供了科学的依据。

1 调查与分析

1.1 调查海区

2008年5月、8月对渤海湾海域进行的综合调查具体采样站位见图1。自南向北设置东西向5个断面，共计24个站位，基本上覆盖了渤海湾海域。

1.2 采样及分析方法

依照《海洋调查规范》用开－闭式采水器每个站位采集表层（水面以下0.5 m处）水样500 mL。水质监测项目包括水温、盐度、pH 值、溶解氧 (DO)、叶绿素-a、活性磷酸盐 (PO4-P)、亚硝酸盐 (NO2-N)、硝酸盐 (NO3-N)、氨氮 (NH4-N) 和活性硅酸盐 (SiO3-Si)。溶解无机氮 (DIN) 为NO2-N、NO3-N和NH4-N之和。水温在现场测定，其他监测项目样品的保存和测定均按照《海洋监测规范》(GB17378.4-2007）进行。

2 结果与讨论

2.1 主要化学要素分析

2.1.1 常规化学要素 渤海湾海域水质各环境要素的监测结果见表1。从表1可以看出，渤海湾海域的pH值、盐度、DO、叶绿素-a的含量丰水期（8月）明显低于枯水期（5月）。天津位于中纬度欧亚大陆的东部太平洋西岸，主要受季风环流支配，属于大陆性气候，5月水温上升到适于浮游植物生长的温度，浮游植物开始大量繁殖，吸收海水中的二氧化碳而放出氧气，因而pH值和DO以及叶绿素-a的含量均较高。在8月，由于受降水量大的影响海水的盐度略有降低。

图1 采样站位示意图Fig. 1 Distribution of investigation stations

表1 各常规化学参数变化范围及平均值Tab. 1 Seasonal variations and average values of chemical parameters

2.1.2营养盐 海水中的氮、磷营养盐是海洋浮游植物生长繁殖所必需的营养要素，渤海湾海域5月、8月氮、磷营养盐变化见图2。由图2可见，除NH4-N外其它营养盐的变化趋势极为相似，8月份丰水期的值较高于5月份的枯水期。这主要是因为在5月份的枯水期，海水表层在适宜的温度和光照下，藻类等浮游植物开始大量繁殖，营养盐大量消耗，含量较低；而在8月份的丰水期由于表层水温上升，藻类生长受到抑制，致使8月份的营养盐含量高于5月份。

溶解无机氮以NO3-N为主，5、8月份各占DIN的比例分别为81.2%和81.8%。各无机氮在水体中的转化过程为：NH3⇌NH4OH⇌⇌，在氧充足的情况下，当达到热力学平衡时，水体中的无机氮以 NO3-N为主要形态。因此，从渤海湾各无机氮的比例来看，该水体中的氮已达热力学平衡[3]。浮游植物对 NO3-N的摄取受到 NH4-N的控制，浮游植物生长首先利用NH4-N，当NH4-N含量减少到一定浓度不能满足生长时，则吸收NO3-N，可以说浮游植物起着控制同一海域NO3-N和NH4-N含量变化作用[3]。经调查数据分析，NH4-N在5、8月份各占DIN的比例分别为9.57%和2.10%，渤海湾水体中的NH4-N含量变化和NO3-N的含量变化趋势相反。

图2 渤海湾营养盐变化Fig. 2 Seasonal variations of nutrients in Bohai Bay

2.1.3 营养结构分析 水域N/P的比值是水域现存氮、磷营养状态的具体反映。Redfield认为一般海水中正常的N/P值为16∶1，浮游植物也大约以16∶1的比例从海水中摄取氮、磷，高于或低于这个比例都可能引起浮游植物的生长受到某一相对含量元素的限制[4、5]。从表2的数据中可以看出2008年渤海湾海域N/P比值远远超过16∶1，说明2008年PO4-P为渤海湾海域浮游植物生长的限值因子。根据郭卫东等[6]提出的以潜在性富营养化概念为基础的分类分级营养化评价模式可知渤海湾海域5月份属于磷限值潜在富营养水平，级别为ⅥP，而8月份属于磷中等限值潜在富营养水平，级别为ⅤP。

表2 渤海湾营养类型评价Tab. 2 Assessment of nutrient type in Bohai Bay

2.2 渤海湾富营养化与有机污染状况评价

2.2.1 水体营养程度评价 目前国际上关于富营养化的评价尚无统一的标准。一些学者利用营养盐、有机污染物等参数作为评价海域营养指标，提出了营养状态指数法。本文根据营养状态指数来讨论渤海湾海水的营养状况。其计算公式如下：

E = COD(mg/L) × DIN(mg/L) × DIP(mg/L) × 106/1 500，当营养指数大于1时，即为富营养化，E值越大，富营养化程度越高[7]。

经计算我们可以发现渤海湾海域的平均E值（参考数据见表3）变化范围为0.6 ～ 89，92%的E值大于1，说明渤海湾海域海水的营养状态为富营养化，且程度较高，从图 3中可见该海域表现出离岸越近富营养化程度越高的趋势。这与沿岸排污口大量排污入海，污染严重有关，致使海水富营养化程度不断加重。2.2.2 有机污染程度评价 海水有机污染评价指数法综合考虑了海水的有机污染和无机污染指标，利用COD，DIN，DIP，DO四个水质指标对海水质量状况进行评价，能反映水质的整体状况[3]。A＝CODi/CODs+DINi/ DINs+DIPi/ DIPs－DOi/ DOs，式中：CODi，DINi，DIPi，DOi分别为实测值； CODs，DINs，DIPs，DOs分别为相应要素一类海水水质标准，其值依次为3.0，0.30，0.015和5.0（单位均为mg/L）。有机污染评价分级标准为：A＜0，有机污染程度为0级，表明水质良好；0＜A＜1，有机污染程度为1级，表明水质较好；1＜A＜2，有机污染程度为2级，表明水质开始受污染；2＜A＜3，有机污染程度为3级，表明水质轻度污染；3＜A＜4，有机污染程度为4级，表明水质中度污染；A＞4，有机污染程度为5级，表明水质严重污染[8]。

经计算渤海湾海域生态监控区（参考数据见表3）各站位的平均污染指数为0.3 ～ 6.8，平均值为2.6。从图4中可以清楚的看出渤海湾海域有机污染指数A值的分布趋势，经对比发现与E值相似。从评价标准上看出，渤海湾海域的水质已受到污染，且部分水质已经达到了严重污染程度，建议有关部门及时采取防治措施，以避免赤潮的发生，减少经济损失。

表3 DO, COD, DIN, DIP变化范围及平均值Tab. 1 Seasonal variations and average values of DO, COD, DIN and DIP

图3 渤海湾E值平面分布图Fig. 3 Horizontal distributions of E in Bohai Bay

3 结 语

图4 渤海湾A值平面分布图Fig. 4 Horizontal distributions of A in Bohai Bay

通过分析2008年5月、8月生态监控区水质监测数据，可得出以下结论：

a) 渤海湾海域的pH、盐度、DO等各化学参数随8月份水温的升高而减小，但氮、磷营养盐却与上述化学参数的变化趋势相反，随水温的升高，而使得该海域8月份的营养盐值高于5月份。

b) 从营养结构看，与Redtield的N/P比值相比较，磷为渤海湾海域浮游植物生长的限制因子，其中，5月份属于磷限值潜在富营养水平，级别为ⅥP；而8月份属于磷中等限值潜在富营养水平，级别为ⅤP。

c) 根据营养状态指数评价和有机污染指数计算评价结果，2008年渤海湾营养水平为富营养，有机污染程度3级，说明渤海湾海域海水水质已被轻度污染。

[1] 纪大伟, 杨建强, 高振会, 等. 莱州湾西部海域枯水期富营养化程度的初步研究 [J]. 海洋通报, 2007, 26(1)： 78-81.

[2] 杨世民, 董树刚, 李锋, 等.渤海湾海域生态的研究 [J]. 海洋环境科学, 2007, 26(5)： 442-445.

[3] 蔡真珍, 王宪, 郑盛华. 湄洲湾水质季节变化特征及评价 [J]. 海洋环境科学, 2008, 27(2)： 161-164.

[4] Smith S V. Phosphorus versus nitrogen limitation in the marine environment [J].Limnol Oceanogr, 1984, 29(6)： 1 149-1 160.

[5] Olausson E. Chemistry and Biogeochemistry of Estuaries [M]. New York： J W & S, 1980.

[6] 郭卫东, 张晓明, 杨逸萍, 等. 中国近海海域潜在性富营养化程度的评价 [J].台湾海峡, 1998, 17(1)： 64-70.

[7] 林荣根. 海水富营养化水平评价方法浅析 [J]. 海洋环境科学, 1996, 15(2)： 28-31

[8] 蒋岳文. 大连湾海水营养盐的含量及有机污染状况分析 [J]. 海洋通报, 1991, 10(1)： 100-103.

Preliminary analysis on the state of organic pollution and eutrophication in Bohai Bay

KAN Wen-jing, ZHANG Qiu-feng, HU Yan-zhong, SHI Hai-ming, BO Wen-jie

(Tianjin Marine Environmental Monitoring Center, SOA, Tianjin 300450, China)

Based on the data of 2008, the nutrients and eutrophication characteristics in Bohai Bay were discussed in detail. Variation features of inorganic nitrogen and phosphate in Bohai Bay were analyzed, so were the parameters such as pH, salinity, DO, COD and chlorophyll a. Combined with the economy developing status of Bohai Bay, the main parameters of water quality, the status of nourishment and organic pollution were assessed. The results indicate that,from the nutrition structure, the inorganic nitrogen is the limit factor for growth of phytoplankton, and compared with Redfield ration of chemical measure for the nutrient salts, it is accorded with the limit condition of phosphate nutrient.According to the amended evaluation mode of eutrophication and the organic pollution index, the water of Bohai Bay was polluted lightly and its quality was eutrophication in 2008.

Bohai Bay; nutrients; eutrophication；organic pollution

X55

A

1001-6932(2010)02-0172-04

2008-11-06；

2009-10-27

阚文静（1983－），女，本科，主要从事海洋监测工作。电子邮箱：kanwenjing917@163.com