近15a来三门湾海域氮、磷营养盐分布与富营养化状况的变化分析

施晓来

（国家海洋局 第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）

0 引言

三门湾居全国岸线之中心，是浙江省三大半封闭性港湾之一，地理范围位于28°57′～29°22′N，121°25′～121°58′E，处于浙江省海岸中段，为浙东的门户，湾内长约40km，宽约10km，湾内平均水深约9m。

海洋中的水源要素是多年来人们研究海洋的基本项目，其中氮、磷是海洋初级生产力的关键因素之一。对于海洋浮游植物的生长繁殖来说，氮、磷是必需的营养元素，也是引起水体富营养化的重要因素，它们在不同时期和不同海域分别作为浮游植物生长的营养盐限制因子［1］。目前关于三门湾海域氮、磷营养盐的资料与文献报道主要有20世纪90年代初在三门湾进行的浙江省海岸带调查资料及近期的“908”等专项调查报告，都是基于三门湾的外海海域，并且多以现状描述为主。本文根据1997年8月中旬和2011年10月中旬在三门湾附近海域开展的水质现状调查数据，在基本接近的海域及季节中分析了15a来该区域水体环境中氮、磷营养盐的现状分布特征及其变化情况，重点突出了三门湾近岸海域的环境质量状况，特别是近15a来的环境变化；并从营养结构角度展开了对该海域的潜在性富营养化限制因素的初步探讨；对当前该海域日趋严重的富营养化现状从养殖污染、入湾河流和沿岸排污等3个方面进行了原因解析，为该海域预防赤潮等自然灾害的发生和生态环境保护提供科学依据。

1 数据处理与评价方法

1.1 样品采集与处理

1997年8月中旬三门湾现场调查站位和2011年10月中旬现场调查站位如图1所示，1997年设置了8个站位，2011年设置了9个水质环境调查站位，基本覆盖了三门湾海域，资料在时间与空间上均具有很强的可比较性。调查因子为：COD、活性磷酸盐、无机氮（包括 NO3－N、NO2－N、NH3－N）等。调查过程中的样品采集、贮存、运输和预处理及其分析测定均按《海洋调查规范》［2－3］和《海洋监测规范》［4－5］中的相应要求进行，样品采集均采表层样。

图1 采样站位分布图Fig.1 Location of sampling stations

1.2 评价方法

海水富营养化状况采用目前常用的富营养化指数（E）进行评价［6］，其计算公式如下：

E＝ρ（COD）×ρ（DIP）×ρ（DIN）×106／4 500 （1）式中：ρ（COD）、ρ（DIP）和ρ（DIN）分别为海水COD、活性磷酸盐和无机氮的实测含量，单位均为mg／dm3；E为富营养化状态指数，评价标准为当E≥1时，表明水体呈现富营养化水平，E值越大，水体富营养化程度越严重。

营养结构及潜在性富营养限制环境因子评价方法采用CN／Cp的潜在性富营养化划分法，根据REDFIELD et al［7］和 BRZEZINSKI et al［8］研究表明，浮游植物在光合作用中对氮、磷营养盐的吸收是按16∶1的恒定摩尔比进行的，当CN／Cp大于16，则海洋浮游植物生长受磷限制，反之则受氮限制。本文中采用的原始数据是质量浓度，在进行潜在性富营养限制环境因子评价时均相应地除以氮、磷的分子量进行摩尔比转换计算分析。

2 结果与讨论

2.1 氮、磷含量分布特征及对比分析

无机氮：无机氮的含量是硝酸盐、亚硝酸盐与铵盐含量的加和，1997年现场检测的结果显示，其含量范围在0.166～0.454mg／dm3之间，平均值为0.311mg／dm3；2011年调查海域无机氮范围在0.530～0.803mg／dm3之间，平均值为0.682mg／dm3（表1和图2）。可以看出近15a来，无机氮的平均含量增加为原来的2.19倍，但整体分布趋势基本保持一致，均为由湾底向湾口呈下降趋势。

近年来，三门湾内新建多个大型养殖场，其中包括了280hm2的三门湾滩涂养殖区，养殖品种为贝类；187hm2的蛇蟠岛北侧滩涂养殖区，养殖品种主要为青蟹、小白虾和缢蛏；另外还有宁海小合塘滩涂养殖区等等。随着养殖规模的不断扩大，投饵量及鱼类排泄物不断增多。在使用人工配合饵料养殖生产中，饲料中添加的营养物质大部分会流失到养殖水体中，以饲料中氮的含量100%计，双壳贝类流失到水体中的氮占总投入氮的75%，鲍鱼和虾类流失到水体中的氮分别为投入氮的60%～75%和77%～94%［9］，这是直接导致三门湾内无机氮增加的主要原因之一。

表1 三门湾表层氮、磷营养盐含量Tab.1 Nitrogen and phosphorus concentrations of surface seawaters in Sanmen Bay mg／dm3

活性磷酸盐：1997年现场检测结果显示，PO4－P含量为0.007～0.033mg／dm3，平均值为0.020mg／dm3，2011年10月调查海域PO4－P含量为0.042～0.053mg／dm3，平均值为0.048mg／dm3（表1和图3）。可以看出近15a来，活性磷酸盐的平均含量增加为原来的2.4倍。海水中磷的来源主要是海域周边居民生活污水的排放、农业施肥的径流携带和海水养殖自身产生的营养物质。近几年随着国家对农业化肥施用的控制和不含磷洗涤剂的使用，磷污染得到了较好的控制，但从三门湾海域现状监测数据来看，磷含量在多年间仍然出现出大幅度提高的状况。

2.2 三门湾海域水质富营养化状况及组成评价

富营养化是水体“衰老”的一种表现，随着有机物质和营养盐的不断输入，当其含量超过环境自净能力时，水体就出现富营养化。一般认为，造成海区富营养化的主要营养物质是氮和磷［10］。表2对15 a前后的E值范围及均值进行了统计计算，从表中我们可以明显看出15a间E值增加了2倍多，三门湾水体营养程度由轻度富营养化逐步上升为重度富营养化。显然，三门湾大量的海水养殖与陆源输送的丰富营养盐成分，在给浮游植物繁殖生长提供充裕营养条件的同时，也给生态环境的良性发展带来潜在隐患。

图2 1997年和2011年无机氮分布特征对比（单位：mg／dm3）Fig.2 Comparison of the distribution of inorganic nitrogen between 1997and 2011（Unit：mg／dm3）

图3 1997年和2011年磷酸盐分布特征对比（单位：mg／dm3）Fig.3 Comparison of the distribution of phosphorus between 1997and 2011（Unit：mg／dm3）

表2 三门湾表层海水富营养化指数Tab.2 Nutritive index of surface seawater in Sanmen Bay

表3对15a前后的CN／CP进行了计算统计，由表可知，三门湾水体15a来CN／CP均远远大于16，该海域为磷限制。

这种磷限制性潜在富营养化海域，一旦活性磷酸盐得到补充，潜在性的无机氮将得以释放，该海域就可能出现较为严重的富营养化状况，存在着爆发赤潮的潜在危险。

表3 三门湾表层海水氮、磷摩尔比Tab.3 The molar ratios of nitrogen and phosphorus in surface seawaters in Sanmen Bay

2.3 三门湾海域水质富营养化原因探讨

三门湾海域富营养化的原因主要有3个方面：一是养殖污染。三门县经济基础薄弱，发展起步较晚，现有人口42.6万，三门湾海域现以养殖区为主，围塘养殖和滩涂养殖较多。据2011年的统计数据显示，三门湾海域养殖面积为1.384万hm2，产量为16.54万t 产值14.6亿元，其中围塘养殖面积5 667hm2，年投饵量5 312千克；1997年三门湾围塘养殖面积为1 490hm2，15a间围塘养殖面积增加了近3倍，目前主要养殖生物种类有虾、蟹、鱼、贝、藻五大类，共30多个品种，如青蟹、白蟹、小白虾、南美白对虾等①三门县统计局.2011年三门县统计年鉴.2012.。网箱养殖区沉积物氮、磷释放实验结果表明，夏季网箱养殖区沉积物氮、磷释放速率分别达34.36mg／（m2·d）和0.58mg／（m2·d）［11］。在三门湾沿岸大面积围塘养殖过程中，特别是贝类和虾混养池塘，养殖户为有利贝类生长，在养殖前往往把一些无用的臭鱼烂虾、小鱼小虾倒入池塘，以增加池塘养分。因此，过剩的肥水饵料、生物代谢产物将通过水体交换排入沿岸海域，分解后向水体提供大量有机物和营养盐类，从而进一步加剧了水体生态环境的恶化，这是造成近15a来该海湾氮、磷含量大幅提高的主要原因。

二是入湾河流。三门县位于浙东沿海三门湾畔，大陆海岸线总长167km，海域约481.7km2，入湾大小溪流30余条，多为短小的山溪性溪流，这在15a间没有特别大的变化。但入湾河流往往会携带沿岸工业废水、农田肥源流失及生活污水，因雨水与污水合流排放，且缺乏净化能力，水质较差，大多属于Ⅳ～V类地表水，污染物以有机物为主，并富含氮和磷。因此河流输送也是导致三门湾水域富营养化的重要原因之一。

三是沿湾排污。三门湾海域现有海底管线、临港工业（蛇蟠水道南侧的船舶修造基地）、三门核电站等海洋开发区域，没有大、中型工业污染企业。但近年来沿岸高能耗、高污染的小型企业数量不断增多，规模也日益扩大，废水排放量急剧增加，又未经过严格的集中污水处理，这是导致三门湾水域富营养化的又一重要原因。

综上所述，三门湾海域养殖规模的大幅增加是直接导致氮、磷营养盐含量大幅提高的主要原因，因此当前需要适度控制海水养殖规模，调整水产养殖结构，合理搭配养殖品种，提高海水养殖科学水平；同时，应加强对三门湾周边小型企业的排污控制，进一步提高集中处理能力。这些措施可有效地保护三门湾海域的生态环境，防止富营养化程度进一步加重。

3 结论与建议

由对比分析可知，近15a间，三门湾海域的无机氮和活性磷酸盐含量均成倍增长；大量的海水养殖直接导致氮、磷营养盐含量的大幅提高；水体营养程度由轻度富营养化逐步上升为重度富营养化；从营养结构来看，活性磷酸盐仍为当前该海域限制性富营养化因子。

因此，为防止三门湾海域富营养化程度进一步加重，应在充分考虑三门湾各海域的环境容量、控制海水养殖规模的同时进行水产养殖结构调整，合理搭配养殖品种，适当增加植物性的养殖品种（如：海带、紫菜和江篱等），通过藻类吸收海水中过量的营养盐，将水体中的营养物质转移出去；同时，必须加强对三门湾周边小型企业的排污控制，进一步提高集中处理能力，从而追求社会经济效益和生态环境效益的协调、可持续发展。

（References）：

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GB／T 12763.4—2007海洋调查规范 第4部分：海水化学要素观测 ［S］.2008.

［4］GB 17378.4—1991The specification for marine monitoring Part 4：Seawater analysis［S］.1991.

GB 17378.4—1991海洋监测规范 第4部分：海水分析［S］.1991.

［5］GB 17378.4—2007The specification for marine monitoring Part 4：Seawater analysis［S］.2008.

GB 17378.4—2007海洋监测规范 第4部分：海水分析［S］.2008.

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