海南省三亚市三亚湾珊瑚礁区环境特征*

姚旭莹，林钟扬，章伟艳，李元超，倪建宇

(1.国家海洋局第二海洋研究所 杭州 310012； 2. 浙江省地质调查院 杭州 311203；3.海南省海洋与渔业科学院 海口 570125)



海南省三亚市三亚湾珊瑚礁区环境特征*

姚旭莹1，林钟扬2，章伟艳1，李元超3，倪建宇1

(1.国家海洋局第二海洋研究所 杭州 310012； 2. 浙江省地质调查院 杭州 311203；3.海南省海洋与渔业科学院 海口 570125)

2011年春季和冬季对三亚湾水体和沉积物的现场调查表明，三亚湾水体中营养盐的含量存在显著的季节变化，春季水体中的氮、磷等营养元素显著低于冬季的；而三亚河输入的陆源营养元素对三亚湾的影响显著。总氮总磷的分析结果表明，水体中有机营养元素的含量较高，由于浮游植物也可以利用有机氮和磷来进行初级生产，因此，水体中有机质的污染应引起重视。历年来海水中无机氮、磷的监测结果表明，三亚湾水体中氮的输入有逐年增加的趋势，而磷的污染有逐渐降低的趋势。水体中N/P比值也由2004年的6∶1，增加到2011年的60～123∶1；说明整个生态系统已由早期的氮限制转变为磷限制。沉积物重金属元素的分析结果显示，三亚湾除了三亚河口附近的Cd元素超标外，大部分海区的沉积物依然属于国家一类沉积物，处于清洁环境下。而水体水温的长期监测结果表明，三亚湾水体水温的变化波动有增大的趋势，且水体的酸化现象也和全球的变化一致，说明三亚湾水体也受到全球气候变化的影响，但总体上三亚湾珊瑚礁周围环境状况较为稳定，可满足珊瑚礁的生长要求。

三亚湾；营养盐；沉积物化学；珊瑚礁

海南省三亚市是我国近岸海域珊瑚礁的主要分布区之一，位于三亚市南的三亚湾，是我国典型的热带开阔型浅水海湾，也是我国珊瑚礁发育较好的海湾，著名的鹿回头珊瑚礁位于三亚湾内，其东侧的三亚河为其主要的入海河流。近年来，由于三亚市经济的迅速发展，人为活动的加剧，特别是旅游业的迅猛发展，生活污水的排放与日俱增，近岸海域生态环境受到了前所未有的压力，三亚湾的珊瑚礁群也由于人类活动的干扰和海洋污染，逐年退化。因此，了解该海域的环境特征，对评估珊瑚礁的现状和恢复具有重要的意义。

三亚湾近岸水体的环境特征一直以来得到了学者们的关注，在环境现状评价和环境生态等方面开展了大量的工作[1-6]。依据2011年的春季和冬季对三亚湾水体环境和沉积物化学的现场调查工作，并结合2013年6月至2014年11月在鹿回头珊瑚礁区采用Hobo公司水温仪获得的长时间序列水温数据，对三亚湾珊瑚礁区的环境现状进行评价，以期为该海区珊瑚礁的保护提供基础资料。

1 样品采集

2011年春季和冬季对三亚湾的水体和沉积物开展了现场采样工作，采用颠倒式采水器采集海水样品，采用蚌式挖泥器采集海底表层沉积物，具体的采样站位见图1。同时，采用便携式pH计和盐度计现场测定海水的pH值和盐度。海水样品经0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤后，分析其氮、磷和硅等营养元素的含量，沉积物样品冷冻干燥后粉碎至小于200目，采用ICP-MS分析其镉(Cd)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)的含量。

图1 2011年春季三亚湾采样站位

2 样品分析

海水中硝酸盐、铵盐、亚硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐的测定，依据《海水化学要素观测》(GB/T 12763.4-2007)进行分析；海水中总氮和总磷的测定则采用Valderrama(1981)的过硫酸钾氧化法进行，氧化剂由过硫酸钾、硼酸和氢氧化钠组成。分析过程：在装有50 mL海水样品的玻璃瓶中，加入7 mL氧化剂，旋紧瓶盖，混匀后放入医用高压消毒锅内，保持温度在110～120℃，压力为1.2～1.3 kg/cm2下消解30 min；冷却至室温后，将样品定量转移到25 mL比色管中，并依据《海水化学要素观测》在7230G型分光光度计上分别测定水样中的硝酸盐和磷酸盐。采用甘氨酸和甘油磷酸钠按一定比例配成的混合溶液，对该方法的氧化率和分析精度进行了检验，经试验，氧化效率可达93%以上，相对标准偏差磷为±8%，氮小于4.5%。

3 结果与讨论

3.1 三亚湾的水体营养状况

海水中的氮、磷、硅等元素被统称为无机营养盐，是光合作用过程中浮游植物摄取的主要养分和构成植物的重要组成部分，也是植物新陈代谢的重要能源。而珊瑚礁水体的富营养化也主要是由大量陆地来源的富含这些营养物质的水体输入造成的，因此水体中上述营养物质的分布特征对评价珊瑚礁的生存环境是十分重要的。

3.1.1 无机氮

水体中溶解无机氮(DIN)主要由硝酸盐、铵盐和亚硝酸盐构成。DIN是浮游植物生长的必要元素之一，海水水体中氮的多寡能促进或限制海洋生态系统中物质能量的转化，也反映了有机物被利用的程度和海洋生物新陈代谢的活动规律。

三亚湾海域的铵盐含量在春季为0.29～2.74 μmol/L，平均值为1.39 μmol/L；冬季为0.06～4.66 μmol/L，平均值为1.47 μmol/L，季节变化不显著。平面分布上，春季水体中铵盐浓度的高值出现在三亚河口和西岛附近；冬季除了三亚河口外，铵盐的高值区主要分布在沿岸海区(图2)。

图2 水体中铵盐的平面分布

亚硝酸盐的含量在春季为0.07～0.56 μmol/L，平均值为0.15 μmol/L；冬季为0.00～0.57 μmol/L，平均值为0.04 μmol/L，冬季水体中亚硝酸盐的含量显著低于春季的。平面分布上亚硝酸盐的高值主要出现在三亚河口地区(图3)。

图3 水体中亚硝酸盐的平面分布

硝酸盐的含量春季为0.42～3.76 μmol/L，平均值为1.48 μmol/L；冬季为1.32～36.38 μmol/L，平均值为8.35 μmol/L，冬季水体中硝酸盐的含量显著高于春季的。平面分布上，高值区域主要集中在三亚河口(图4)。

图4 水体中硝酸盐的平面分布

3.1.2 磷酸盐

磷也是水体中浮游生物所必需的营养元素之一。分析结果显示，三亚湾海区水体中的磷酸盐的含量春季为0.04～0.08 μmol/L，平均值为0.05 μmol/L；冬季为0.01～0.61 μmol/L，平均值为0.08 μmol/L，冬季的含量要高于春季的。空间分布上，其高值区分布在三亚河口地区(图5)，反映了陆地径流输入的影响，有报道指出，三亚河口磷酸盐的含量可达2.05 μmol/L[5]。

图5 水体中磷酸盐的平面分布

3.1.3 硅酸盐

水体中的硅酸盐主要来自通过径流输入的陆源风化产物，是硅质浮游生物所必需的营养元素。分析结果表明，三亚湾海区水体中硅酸盐的含量春季为4.11～9.27 μmol/L，平均值为5.41 μmol/L，冬季为0.21～25.71 μmol/L，平均值为5.43 μmol/L。尽管从平均值上来看季节变化不明显，但冬季水体中硅酸盐含量的变化范围显著大于春季的。空间分布上，硅酸盐的高值分布在河口地区，反映三亚河对三亚湾水体中硅酸盐含量的影响(图6)。

图6 水体中硅酸盐的平面分布

3.1.4 总氮(TN)和总磷(TP)

海水中的氮和磷除了以无机形态存在外，还可以有机的和颗粒的形式存在，通常测定的硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐和磷酸盐等无机组分只占生物群落可利用的氮和磷的一部分，从细菌到鱼类等许多水生生物都可利用有机氮和磷作为其营养来源，在近年来的研究中受到了普遍的关注[5]。

分析数据表明，三亚湾海区水体中总磷的含量，春季为0.08～0.38 μmol/L，平均值为0.14 μmol/L，冬季为0.04～1.86 μmol/L，平均值为0.22 μmol/L，显著高于无机磷的含量，且冬季的含量显著高于春季的，存在着显著的季节变化。空间分布上，高值区冬季主要分布在三亚河口区，春季较为扩散(图7)。

图7 水体中总磷的平面分布

而三亚湾水体中总氮的含量，春季为12.0～32.3 μmol/L，平均值为22.9 μmol/L，冬季为26.2～72.1 μmol/L，平均值为48.3 μmol/L，显著高于无机氮的含量，说明水体中存在着可观的有机氮，且冬季水体中总氮的含量最高可达春季的6倍。空间分布上，总氮的高值也分布在三亚河口等人类活动频繁的区域(图8)。

图8 水体中总氮的平面分布

3.1.5 氮磷及N/P比值的时空变化

近年来随着三亚地区社会经济的发展，大量的生活和工业废水携带大量的营养物质被输入到周边的海湾，三亚湾也不可避免地受到这些活动的影响。从历年的监测结果来看(图9)，自2004年以来，三亚湾水体中磷的含量逐年降低，而氮的含量在近年来有着显著的增加。近岸水体中营养物质主要来自入海径流的输入，三亚河作为汇入三亚湾的最大河流，其输入的陆源性营养物质对三亚湾水体的营养状态影响较大，各营养物质也主要在三亚河口附近出现高值，反映了三亚河的影响。已有报道指出，2007—2012年三亚河口DIN的平均浓度为17.1 μmol/L，无机磷的平均浓度为0.42 μmol/L[7]，都显著高于我们所测定的三亚湾海域的平均值。而氮、磷的不同年际变化特征反映了三亚湾营养物质输入组成的变化，氮的污染逐年加重。

图9 历年来三亚湾水体中无机氮和磷的分布特征(2011年以前的数据来自文献6)

由于氮和磷是水体中浮游生物初级生产所必需的营养元素，水体中N/P比值可用来反映浮游生物受限制的因素[8]。Justic等[8]指出，当水体中N∶P<10，Si∶N>1则受到氮限制；若Si∶P<3，Si∶N<1则受硅的限制；若N∶P>20～30则受到溶解无机磷的限制。计算结果显示，三亚湾水体中N/P比值已由2004年的6∶1增加到2011年的60～123∶1；说明整个生态系统已经由早期的氮限制转变为磷限制，这将对三亚湾的生物群落造成极大的影响。

3.1.6 沉积化学特征

进入水体的各类物质最终都会沉降到水底，被海底的沉积物保存下来，而当遇到沉积环境变化时，这些保存在沉积物中的物质，又会被释放出来，因此，沉积物不仅记录了沉积海区的环境变化，同时也是污染物再次释放的一个潜在来源。研究表明水体中高浓度的Cu和Zn等重金属对于珊瑚具有毒害作用[9-10]，而沉积物中这些重金属元素的含量从一个侧面反映了水体中的含量。我们分析了三亚湾海区表层沉积物中镉(Cd)、钴(Co)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)等元素的分布特征。分析结果表明，三亚湾沉积物中Cd的含量为0.014～0.133 μg/g，平均值为0.043±0.03 μg/g；Co的含量为1.06～10.5 μg/g，平均值为5.07±3.4 μg/g；Cr的含量为5.22～61.5 μg/g，平均值为29.0±20.6 μg/g；Cu的含量为1.76～23.3 μg/g，平均值为8.47±6.4 μg/g；Ni的含量为1.98～23.8 μg/g，平均值为11.4±7.7 μg/g；Pb的含量为9.36～43.8 μg/g，平均值为21.7±9.4 μg/g；Zn的含量为9.03～121 μg/g，平均值为44.7±34.4 μg/g。和海洋沉积物一类标准(GB18668-2002)中建议的值相比，三亚湾除了三亚河口附近的Cd元素超标外，大部分海区的沉积物依然属于国家一类沉积物，处于清洁环境下。各元素的高值区主要分布在三亚河口，说明河流输入的影响显著。

3.1.7 三亚湾水体物理环境特征

由于珊瑚礁的健康生长受海水温度、水体营养状况等环境因素的影响显著，因此，为了评价环境因素对珊瑚礁生态系的影响，2013年在三亚湾的鹿回头海区布放了海水温度监测探头，以期获得调查海区长时间序列的水温记录。

鹿回头珊瑚区2013年6月至今，从水体温度的监测记录来看，鹿回头海区水体温度在21～32℃之间变化，低温时期主要集中在1-3月的旱季期间，但在夏季水温也有低于24℃的时期。从全年来看，夏季平均水温在29℃左右，冬季平均水温在22℃左右。年度变化来看，2014年度夏季的水温变化波动较大，且最高温度要比2013年夏季高1℃左右。

此外，现场测定的海水pH值和盐度表明，三亚湾水体的盐度为24.6～33.1，低盐水体局限于三亚河口地区，由于三亚河入海径流量较小，对三亚湾总的影响不大。三亚湾水体的pH值为8.11～8.20，平均8.18。工业革命以来，人类化石燃料的燃烧释放了大量的二氧化碳到大气中，而这其中的一部分为海水所吸收，因此除了导致海水升温外，由于二氧化碳的溶解作用导致海水酸化，pH值降低。杨顶田等[11]对三亚湾海水pH值的监测结果显示，三亚湾水体的pH值已经由2001年8.3的最高值降低到2010年的8.1左右，我们测定的结果说明近年来水体pH值维持在8.1～8.2之间，和全球的幅度相当，Hoegh-Guldberg等[12]指出，全球海水的pH值已降低了0.1个pH单位。由于大多数珊瑚生长海域的pH约为8.0～8.3，从目前来看，三亚湾水体的pH值对珊瑚的生长影响不大。

4 结论

2011年春季和冬季对三亚湾水体和沉积物的现场调查表明，三亚湾水体中营养盐的含量存在显著的季节变化，春季水体中的氮、磷等营养元素显著低于冬季的；而三亚河输入的陆源营养元素对三亚湾的影响显著。总氮总磷的分析结果表明，水体中有机营养元素的含量较高，由于浮游植物也可以利用有机氮和磷来进行初级生产，因此，水体中有机质的污染应引起重视。历年来海水中无机氮、磷的监测结果表明，三亚湾水体中氮的输入有逐年增加的趋势，而磷的污染有逐渐降低的趋势。水体中N/P比值也由2004年的6∶1，增加到2011年的60～123∶1；说明整个生态系统已由早期的氮限制转变为磷限制。

沉积物重金属元素的分析结果显示，三亚湾除了三亚河口附近的Cd元素超标外，大部分海区的沉积物依然属于国家一类沉积物，处于清洁环境下。而水体水温的长期监测结果表明，三亚湾水体水温的变化波动有增大的趋势，且水体的酸化现象也和全球的变化一致，说明三亚湾水体也受到全球气候变化的影响。

综合水体和沉积物的环境特征，总体上三亚湾珊瑚礁周围环境状况较为稳定，可满足珊瑚礁的生长要求。

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国家海洋局海洋公益项目“近岸典型珊瑚礁生态系统修复技术示范研究(201105012)”.

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1005-9857(2015)11-0098-06