钦州湾近岸海域水质状况及富营养化分析

杨 斌，鲁栋梁，钟秋平，张志清，李尚平

1．中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，山东青岛266100

2．钦州学院北部湾海洋保护与开发利用广西高校重点建设实验室，广西钦州535099

钦州湾位于北部湾最北部，有钦江、茅岭江、大风江、金鼓江和鹿环耳江等多条江河直接汇入，这些河流携带着大量的营养物质进入海湾，使得该湾沿岸海域营养盐非常丰富［1-2］。营养盐的生物地球化学循环对浮游植物的生长与繁殖至关重要，但营养盐过剩也会导致水体环境的污染。近年来的监测结果显示，钦州湾水质主要污染因子为无机氮和磷酸盐以及COD［3-5］。河流输入营养盐通量的增加，将导致海湾营养盐浓度和结构的变化，大大增加了钦州湾发生赤潮的生态风险［6］。例如，2011年4月，钦州湾近岸海域就曾发生过两次夜光藻赤潮现象，且间隔不到一周的时间。此外，化学需氧有机物也可以为浮游植物的生长提供碳源，直接促进其繁殖，因此COD与赤潮之间存在着密不可分的联系［7］。随着北部湾经济区的快速发展，钦州湾受沿岸工农业排污排废、增养殖业、港口码头航运等人类频繁活动的影响日益加剧，有机污染物的排放也日趋显著，赤潮发生的潜在威胁依然存在，但有关COD对钦州湾富营养化贡献方面的研究尚未见报道。该研究通过实际现场采样调查，对该湾近岸海域基本的水环境参数和营养盐含量进行分析监测，评价其污染状况和富营养化状态，并探讨COD对海水富营养化的贡献率。这对于了解和掌握近期钦州湾的水环境质量、研究赤潮灾害和环境污染控制以及有效防治钦州湾富营养化、有害赤潮的再次发生等海洋环境问题具有重要的指导意义。

1 材料与方法

于2012年5月对钦州湾沿岸海域(21.60 ～21.74°N，108.59 ～108.76°E)进行了现场调查，共设置了10个观测站，调查海区的站位如图1所示。每个站位使用Niskin采水器采集表层海水。

图1 钦州湾海区调查站位图

现场采样站位的水温、盐度、pH和溶解氧(DO)参数应用YSI6920多功能水质分析仪(美国)现场测定。营养盐水样先用0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤，再用0.3%CHCl3固定并冷藏保存，待返回实验室后均用UNICO2000分光光度计(美国)按照《海洋监测规范》(GB 17378—2007)［8］中的要求进行测定，主要包括:亚硝酸盐(NO2－-N)、硝酸盐(NO3－-N)、铵盐(NH4+-N)、活性磷酸盐(PO-P)、活性硅酸盐(SiO-Si)。其中，溶解无机氮(DIN)为NO2－-N、NO3－-N、NH4+-N三者之和，溶解无机磷(DIP)即为PO-P浓度。化学需氧量(COD)水样采集后加入2～3滴浓H2SO4固定并冷藏保存，在实验室应用碱性高锰酸钾法测定。

2 结果与讨论

2.1 水质特征分析

钦州湾近岸水域温度、盐度、pH、DO的平均值及范围分别为31.17(29.79～35.71)℃、17.88(4.73 ～30.26)、7.89(7.34 ～8.66)、6.69(4.69～8.44)mg/L。该湾近岸海域温度呈现典型的亚热带海水特征，适宜的盐度和pH值，含量丰富的溶解氧，为亚热带各种海洋生物生长与繁殖提供了良好的环境［9-10］。作为海洋初级生产力基础的营养盐，DIN、DIP、溶解活性SiO-Si平均含量(范围)分别为0.15(0.08～0.22)mg/L、0.005 9(0.003 4 ～0.011 7)mg/L、0.71(0.14 ～1.38)mg/L。相比营养盐吸收动力学研究提出的浮游植物生长所需的最低浓度阈值(DIN=1 μmol/L，DIP=0.1μmol/L，SiO-Si=2 μmol/L)［11-12］，N、Si均显得过剩，而 P 则略高于浮游植物最低阈值，据此N、P、Si均不是营养盐限制因子。用近海海水进行的生物培养实验结果发现［13-14］，当 N∶P(原子比)＞30 时，浮游植物生长将受到P的限制。该次调查海域的N、P平均比值为57.47，而DIN和溶解活性SiO2－3-Si浓度均高出浮游植物生长阈值的10倍以上，浮游植物生长过程中可能要首先耗尽PO3－4-P。因此，推断近期钦州湾沿岸水域PO3－4P可能成为浮游植物生长的潜在限制因子。作为表征水体中有机物含量的有效指标 COD平均浓度(范围)为2.41(0.93～6.03)mg/L，其中有4个站位超出中国近岸海域一类海水水质标准［15］。

2.2 水体有机污染状况分析

目前普遍认为，由于受地表径流带来的污染面源、工业和生活污水排放及海水养殖排污导致近年来近岸海域富营养化日趋严重［16］，赤潮现象频繁发生，而N、P营养盐和耗氧有机物的大量输入则是水体富营养化的先决条件［17］。本文采用孙耀等［18］提出的污染评价公式并对照有机污染评价分级表(表1)对钦州湾近岸水质污染状况有个总体了解。

式中:A为污染指数，分子项为实测值，分母项为相应的国家Ⅰ类海水水质标准［19］，计算出污染指数范围为0.2～3.7，平均值为1.2。对照表1整体来看，近期钦州湾近岸水域污染程度达到2级，属于开始受到污染。但从不同站位来看，QZW08、QZW09站分别出现中度污染、轻度污染，QZW02、QZW10均表现出开始受到污染的现象。

表1 有机污染评价分级表

COD也是反映水体有机物污染程度的重要综合性指标之一［20］。根据COD污染评价单因子污染指数法计算公式［21］:

式中:Pi、Ci、Si分别为 COD 的评价指标、实测值、评价标准值，当Pi＞1时，则表明水质已经受到污染，Pi越大，水质受污染程度越严重;当Pi≤1时，表明水质尚未受到污染。采用中国近岸海域二类海水水质标准作为评价标准值［15］，计算得出钦州湾近岸COD平均污染指数及范围为0.80(0.31～2.01)。总体来说，调查期间该湾水质尚未受到化学耗氧有机物的污染，但局部水域已受到不同程度的污染，超标率达30%，主要出现在三娘湾旅游码头(QZW02站位)、钦州港港口附近区域(QZW08～QZW09站位)，其中QZW08站受污染程度最大，而调查区域的其他站位均未出现超标现象，COD污染指数相对较低(图2)。由此可见，COD是影响近期钦州湾沿岸海域受污染的重要因素，而陆源污染物的大量输入以及港口码头人为活动频繁造成有机污染物的大量排放是导致该湾水质出现不同程度污染的主要原因。

图2 钦州湾近岸海域COD污染指数

2.3 水体富营养化状态分析

为了综合调查研究海域富营养化程度，根据COD和营养盐调查数据，应用富营养状态指数(E)［15］来综合评价钦州湾近岸水域的富营养化状态，其计算公式如下:

式中:CCOD、CDIN、CDIP分别为化学需氧量、溶解无机氮、无机磷的浓度，单位均为mg/L。当E≥1时，表示海域水体开始呈现富营养化状态，富营养化程度随E的增大而逐渐加重。调查计算结果显示，E为0.11～1.77，平均值为0.51。对照表2中近岸海域水质富营养化状况等级可见，近期整个钦州湾近岸水域尚未达到富营养化。但从区域分布来看，位于三娘湾旅游码头的 QZW02站(E=1.05)和钦州港附近的QZW08站位(E=1.77)富营养化指数介于1.0～2.0之间，表明这两个站位区域水体已出现轻度富营养化状况，而沿岸人为活动的影响和工业废污水的排放是造成局部出现富营养化的主要原因［3］。因此，加强对钦州港区排污、排废的水质监控，以及对三娘湾旅游码头污染物的排放采取必要措施，减少人为污染，控制陆源污染物的入海量，是防止钦州湾近岸海域日后污染加重及富营养化再次发生的关键所在。

表2 近岸水质富营养等级划分指标

2.4 COD对富营养化的贡献

通过富营养状态指数(E)公式直接计算COD的贡献率相对比较困难，故将公式(3)进行变形后取以10为底的对数，得公式为

结果表明，COD对富营养化的贡献ECOD(%)平均值为72.46%(67.36% ～83.96%)。

相比其他海域，该海域COD对富营养化的贡献高于长江口邻近海域［22］(平均贡献率46.53%)和渤海海区［23］(平均贡献率 25%)，低于东海赤潮高发区［24］(平均贡献率82%)，表明调查期间钦州湾近海域COD对富营养化的贡献处于中上等水平，这进一步证明了COD是影响该海湾近岸海区富营养化的关键因素。此外，由图3可见，当E＜1时，ECOD(%)随着 E的增加呈现逐渐下降的趋势，这与李磊等［22］对长江口邻近海域COD与富营养化的贡献关系研究的结果相一致。但当E超过1时，ECOD(%)随E的增大却有上升的趋势，且ECOD(%)均能维持在65%以上，这表明富营养化加重时来自营养盐的贡献并未显得突出，来自COD的贡献尤为重要。因此，政府在加强对该海湾N、P营养盐和有机污染物排放时，特别要重视控制COD的入海通量，以防止钦州湾水质再次污染加重及富营养化的发生。

图3 钦州湾近岸海域COD对富营养化指数的贡献

3 结论

1)研究水域的4项基本环境参数(温度、盐度、pH、DO)均有利于亚热带各种海洋生物的生长繁殖;作为浮游植物生长的基本生源要素，N、Si均显得过剩，而P表现出低磷特征，以致近期PO-P可能成为浮游植物生长的潜在限制因子。而作为反映受还原物质污染程度高低的COD，部分站位超过中国近岸海域一类海水水质标准。

2)污染指数平均值为1.2(0.2～3.7)，近期整个钦州湾近岸水域污染程度达到2级，属于开始受到污染。COD污染评价单因子污染指数平均值为0.80(0.31～2.01)，该湾水质局部区域已受到化学耗氧有机物不同程度的污染，超标率达30%。

3)富营养化指数平均值为0.51(0.11～1.77)，整个钦州湾近岸水域尚未达到富营养化，但局部区域水体已出现富营养化状况，沿岸人为活动的影响和工业废污水的排放是造成局部出现富营养化的主要原因。

4)COD对富营养化的贡献ECOD(%)平均值为72.46%(67.36% ～83.96%)。与其他研究海域相比，本研究海域COD对富营养化的贡献处于中上等水平，COD是影响钦州湾海域富营养化的重要因素。

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