养殖区水样监测与分析

吴杭纬经 赵晟 刘妹琴

[摘要]利用东极青浜岛养殖区域2010年、2012年的4月、8月、11月，2015年的4月、7月、11月和2016年的4月、8月、10月水样数据分析了这几年温度、ph、盐度、溶解氧、氨氮、总磷、磷酸盐和硝酸盐～氮的变化特征。比较每年的表层与底层数据。结果表明，2010～2016年表层温度在14.1～27.1℃之间；表层盐度在26～33℃之间；表层溶解氧在7.09～11.60之间；表层氨氮在0.001～0.620之间；表层总磷在0.006～0.294之间；表层磷酸盐在0.003～0.039之间；表层硝酸盐～氮在0.018～1.209之间。温度、ph和溶解氧无较大变化，而盐度基本呈上升趋势，氨氮、总磷、磷酸盐和硝酸盐～氮每年的变化较大，与水中的有机物和养殖区变化有关。

[关键词]养殖区；表层；底层；平均值；变化特征

[中图分类号]X824 [文献标识码]A

1 材料与方法

1.1 地点和采样层次

根据项目要求，在东极岛青浜岛的养殖区域采取水样。采用2010年、2012年的4月、8月、11月，2015年的4月、7月、11月和2016年的4月、8月、10月的水样对该片水域进行分析。所采用的数据有温度、ph、盐度、溶解氧、总磷、氨氮、磷酸盐和硝酸盐-氮。

采样层次：表层0.5m，底层5m。

1.2 样品处理和分析方法

温度，ph，盐度和溶解氧均在现场勘测。氨氮，磷酸盐和硝酸盐～氮均是利用专业仪器smartchem进行测定，总磷是通过制定标准曲线和分光光度计测定。

2 结果与讨论

2.1 温度

从图中可以看出，整体温度呈上升趋势，但总体还算平稳表层和底层最大值与最小值差了3℃左右。底层温度都比表层温度低，说明随着深度增加温度随之下降。总体温度上升应该是和全球变暖有关，整个地球的温度每年都在上升这无疑影响到了海水温度。

2.2 pH

从图中可以看出，ph变化与温度大致相同，都很平稳。海水酸碱度的测量标准有海水pH。海水一般是由于弱酸性的阴离子发生的水解作用从而呈弱碱性。海水的pH变化一般，维持在8左右；海水pH值还会因为季节和区域的不同而产生差异：夏天，由于强烈的光合作用和增加温度，导致上层海水中的氢离子浓度下降和二氧化碳含量减少，于是pH值上升，就是碱性大大增强，冬天时候相反，pH值会下降。溶解氧高的海域中，pH值也高；反之，pH值低。底层ph普遍比表层的低。说明表层二氧化碳少，底层更多。

2.3 盐度

从图中可以看出，整体盐度呈上升趋势，表层和底层的盐度几乎相同，说明深度对于海水盐度无影响。而近几年盐度上升比较多，应该是与全球的洋流和河川径流有关系，海洋活动频繁一定程度影响了盐度的变化。

2.4 溶解氧

溶解氧也是权衡水体环境品质的重要标准，它能间接反映出水体中的净化水平和生物的成长情况。溶解氧在水体中是来源于浮游植物的光合作用和一部分大气中氧的溶解；而消耗的途径主要包括有机物质的降解和水生生物的呼吸作用。水体中溶解氧的含量低于5 mg /L时，就会对水生生物的生活发生负面影响，低于2 mg /L时会招致鱼类窒息而死亡，大多数藻类也无法存活。

2010年表层溶解氧平均值为8.78，底层为8.18；2012年表层为8.17，底层为8.18；2015年表层为9.20，底层为9.27；2016年表层为8.29，底层为8.21。从一整年的平均值来看，表层和底层的溶解氧与深度并无相关性，但从图7可知表层溶解氧比底层高。

从图7中可以看出，每年4月的溶解氧均较高，而8月的均较低。说明溶解氧呈季节相关性，春季溶解氧比夏季高的多。可能的原因是夏季表层的水温较高，水体中的垂直混合产生的作用与春季比较较弱，因为层化作用形成的密度跃层也会招致表底层氧气的替换受影响，因此夏季更容易形成低氧区。浮游植物繁衍的时节是春季，尤其是在表层，适宜的光照条件和温度让浮游植物进行光合作用产生更多的氧气，局部溶解于水体，而一部分逸散至大气，招致表层水体溶解氧在春季时到达最高峰。翻阅材料与文献经过对溶解氧与pH、温度相关剖析发现，水体中溶解氧含量的变动是两种因素共同的影响。①水温可以影响水体中溶解氧的含量，氧跃层的构成受到温跃层的影响； ②在春季浮游植物大量繁殖，在水体真光层中光合作用强烈，同时又造成这层溶解氧含量增多，而耗费二氧化碳的同时又使得水体中pH值增加。

2.5 氨氮

氨氮在我国环境水体中普遍存在，是水体中的重要的养分元素之一，适量浓度可为藻类的生长提供营养源，过量可导致水体富营养化；同时不正当也会导致水质的恶化、生态系统的失衡和鱼类等水生动物有致命的毒害作用，对人体也有不同程度的危害。氨氮有两种可互相转化的存在形式，一种是非离子氨，一种是铵离子。氮也是生态系统的主要生源元素之一，在食物链传递进程中会实现无机物至有机物的不停的循环，也是影响环气象变动和全球碳循的重要环节。在海湾水域中，其散布的变动在化学方面与水体中氧化、复原反应和浮游生物的生物的分泌排泄物、成长繁衍和死亡生物碎屑的氧化分解再生等要素亲密相干，在物理方面与沿海城市地面径流、污水排放和大气等的人海通量，以及海洋中上升流、潮流和涡动扩散等作用有关。而这些现象，则直接影响生态环境品质和生物的资源。

2010年表层氨氮的平均值为0.023，底层为0.038；2012年表层为0.015，底层為0.121；2015年表层为0.065，底层为0.078；2016年表层为0.400，底层为0.377。

从图中可以看出这几年氨氮的变化明显，有跳跃式的增长。图8明显看出底层氨氮比表层氨氮普遍都要高。根据查阅文献得知，底层氨氮普遍偏高的原因可能是：底层的溶解氧相比于表层更少，因此浮游生物类以及藻类更少，更难吸收氨氮；在海水养殖区，类似于大黄鱼和厚壳贻贝在底层排放的排放物比较多；可能海洋的深层污染比表层严重，因为更难去清理；很多有机物在富集了表层的氨氮以后会下沉至底层。从三副图中明显可以看出，2016年氨氮的浓度是以往的3～10倍，这是一个很大幅度的跳跃式增长，通过查阅相关资料找到造成该现象可能的原因是：2016年养殖数量猛增，导致一些排放物和污染物增多；养殖量增多以后，投放的饲料无疑增多，这也是氨氮增加的原因；由于一片区域一直进行养殖，可能造成该片区域海洋资源贫瘠化，导致生物无法存活，造成大量污染。由图可知，冬季氨氮的含量是整年中最高的。

2.6 总磷

海洋資源储量巨大，是海洋经济发展的物质基础，是人类社会可继续开展的策略资源基地。近年来，我国把海洋资源开发作为国家开展策略的重要内容，不断向深度和广度扩展的海洋开发利用创造了我国新的经济增长点。然而，沿海区域经济和海洋经济的快速发展造成环境污染持续加剧，给近海环境带来了庞大的压力和影响，海域生态结构失衡、生物多样性下降、典型生境损失严重、生态环境质量日趋恶化、生态异常现象频发，已经影响到自然生态系统和人类社会经济系统，沿海地域社会和经济可继续开展面临严厉挑战。磷类物质的过量存在，导致水藻和细菌大量繁殖，使鱼类和其余生物因缺氧而大批死亡，造成巨大的经济损失。总磷作为权衡海洋水质的重要标准，已经成为研究海洋生态环境、开展海洋水产养殖以及评估近岸海洋污染的重要参数。海水中总磷包括存在于海水中的溶解无机磷（DIP）、溶解有机磷（DOP）、颗粒有机磷（POP）和胶体有机磷（COP）以及活性有机磷（LOP）的总和。

2010年表层总磷平均值为0.046，底层为0.044；2012年表层平均值为0.042，底层为0.041；2015年表层平均值为0.019，底层为0.020；2016年表层为0.029，底层为0.022。

从图10中可以清晰的看出2010年，2012年和2016年总磷都在一个正常的范围内波动，可以说这三年总磷都是呈线性相关性。而相比于其它几年，2015年养殖区总磷的含量高出了6倍。表层和底层总磷含量随着季节有规律的波动，说明与温度和ph有关。每年春夏季节时，表层总磷含量比底层总磷含量低，秋冬季节时表层总磷含量又比底层总磷含量高。大概每年的10～11月时，表层和底层的总磷含量都是全年最高的。

查阅文献得知，造成2015年总磷含量突增可能由于前些年的人类活动干预较少，总磷的分布主要是受天然因素的影响，例如pH值、有机质和氧化还原电位等；但是由于时间的推移，人类活动逐渐地增强，尤其是这几年，东极岛周边旅游业的兴起，排污量逐渐增大，总磷的含量大量增多，天然因素的总磷可以忽略不计，大量排污的地点已经成为影响海水中磷分布的主要因素。海水中总磷另一大部分是来源于沉积物，查阅文献和资料得知一般沉积物中总磷占70%左右，而pH值是影响海水沉积物中总磷吸附量的关键性要素。pH值的高低都可促进海水沉积物中的总磷向上层水体的释放。曾有实验和研究表明，在pH值>2的强酸性环境中，海水沉积物中总磷的吸附量较低，但随着pH值增大，总磷吸附量呈上升的趋势，且在接近中性的条件下，总磷吸附量达到最大值；在pH>7的碱性环境中，海水沉积物中总磷的吸附量随pH值增加而减少。这主要是由于pH值较低时，水中氢离子浓度大，容易与水中的负电的磷结合，造成海水沉积物对总磷的吸附量大幅度减少；当pH值较高时，水中氢氧根离子较多，它会与水中的磷竞争海水沉积物表面的吸附点，因此海水沉积物对磷的吸附量也会减少；只有当pH值接近中性时，带正电荷的海水沉积物表面才有能力与浓度不大的氢离子竞争捕获水中的磷，且此时氢氧根离子浓度也不是太大，磷能够与氢氧根竞争吸附在沉积物表面，因此磷的吸附量会增大。另有研究表明有机质可以促进颗粒物对磷的吸附和沉降。有机质的合成所发生的小分子物质可增加磷的吸附量，糖类能加强磷的吸附能值，而氨基酸能够增加磷的最大吸附量，有机质本身及其降解产物能以不一样的方式促成沉积物对磷的吸附能力。在东极青浜岛网箱养鱼也会导致养殖区的磷含量增加。

除了ph影响总磷含量，研究表明温度变动对沉积物中总磷释放会法生必然的影响，因为温度升高加速了沉积物中微生物的活动， 使有机磷转化为无机态磷酸盐而得到释放。盐度变动对沉积物中磷释放同样发生必然影响，盐度的变化体现在溶液中离子活度的变化， 随着盐度的升高， 溶液中被吸附离子的活度减小，沉积物中磷释放量增大。

2.7 磷酸盐

磷酸盐是总磷中的其中一个指标，也是最重要的一个部分，磷元素基本以溶解态和颗粒态的方式存在于海洋中，其中活性磷酸盐在海洋光合作用中起到关键性的作用，磷的运用也影响到海洋、大气的碳循环进程。海洋中磷酸盐的源汇进程主要有人类排放、大陆风化作用、海洋堆积等。有研究表明，在世界海洋中的磷酸盐限制状况比之前以为的更加广泛。

2010年表层磷酸盐的平均值为0.018，底层为0.016；2012年表层为0.026，底层为0.029；2015年表层为0.013，底层为0.017；2016年表层为0.009，底层为0.010。

由图12可知，高浓度磷酸盐出现在2012.11，通过比较得知每年的11月是整年中磷酸盐浓度最高的月份，而每年的8月份是整年中磷酸盐浓度最低的月份。关于表层磷酸盐浓度和底层磷酸盐浓度，大约在夏季的时候底层浓度高于表层浓度。查阅文献得知，磷酸盐会有显著的季节性循环过程，而且磷酸盐季节性循环有单双峰两种不同的形态。这是因为海水环境中磷酸盐的再生速度比氮（主要是铵盐）快，磷酸盐在参加浮游植物成长进程中被耗费后能够很快的再生，海域氮磷比值的也不同程度地影响到浮游植物生长对磷酸盐的吸收。说明磷酸盐浓度受到了温度的影响。8月份磷酸盐浓度最低是由于夏季海流的输送作用。夏季，由于外海低温、高盐和高营养盐水的入侵以及跃层的阻隔，招致底层海水磷酸盐含量高于表层。

2.8 硝酸盐-氮

海水中的氮以各种状态存在，硝酸盐则是海洋中生物可利用氮的主要方式之一，它影响着海洋生物的生产力和很多有机物的循环。作为主要因子，硝酸盐也同时调控着大气二氧化碳水平和海洋生物泵的运行效率。不一样的海洋环境，海水硝酸盐的15N/14N 比值能够反映海洋中氮的主要迁移进程，包含很多植物对氮的反硝化作用 、硝化作用、同化吸收和不同氮源水团的混合等。

2010年表层硝酸盐～氮的平均值为0.357，底层为0.243；2012年表层为0.390，底层为0.380；2015年表层为0.037，底层为0.036；2016年表层为0.692，底层为0.373。

由图13可知，表层硝酸盐—氮和底层硝酸盐—氮的变化大致相同，唯独2010年8月和2016年8月表层硝酸盐—氮尤为突出。表层硝酸盐—氮的浓度略高于底层。有研究表明，一般海水中的某些平衡是由于浮游植物吸收利用硝酸盐转化为自身有机氮。在大洋上层海域有着一直以来未被耗费的硝酸盐，在生物同化作用运用硝酸盐程度增多的同时，会逐步增加上层海洋残留的硝酸盐以及所产生的颗粒有机物的δ15N值，因此在这些海域，沉降颗粒有机物的δ15N值往往与上层海洋硝酸盐浓度具备负相关性。生物固氮作用会将新氮转变为颗粒有机物，并且从上层海域输出至中深层海域，在输入进程中会经过再矿化作用转化为硝酸盐。所以，在生物固氮作用明显的海域，从表层输出的结合态氮抵达底层后，会形成底层水体硝酸盐δ15N 值的降低。这就是表层浓度略高于底层浓度的原因之一。2010年8月，2016年8月的硝酸盐—氮的突增，跟之前氨氮的突增是相同的，这两个指标息息相关。意味着这一年可能是各种污染物排放过多，破坏了生物固氮的平衡。

3 结论

（1）几年内温度的变化与全球气候变暖呈相关性，逐年走高；ph和盐度的变化相似，总体升高，受季节和海洋运动的影响。

（2）溶解氧没有明显变化。溶解氧与pH、温度相关剖析发现，水体中溶解氧含量的变动是两种因素共同的影响。①水温可以影响水体中溶解氧的含量，氧跃层的构成受到温跃层的影响； ②在春季浮游植物大量繁殖，在水体真光层中光合作用强烈，同时又造成这层溶解氧含量增多，而耗费二氧化碳的同时又使得水体中pH值增加。

（3）氨氮有明显大增长趋势，可能是2016年养殖数量猛增，导致一些排放物和污染物增多；养殖量增多以后，投放的饲料无疑增多，这也是氨氮增加的原因；由于一片区域一直进行养殖，可能造成该片区域海洋资源贫瘠化，导致生物无法存活，造成大量污染。由图可知，冬季氨氮的含量是整年中最高的。

（4）总磷变化趋势大，与温度和ph有关。温度和ph的变化会影响总磷的吸收和释放。温度升高增加总磷释放；在pH>2的强酸性环境中，沉积物中总磷的吸附量较低，随着pH值增大，总磷吸附量呈增大趋势，并在接近中性的条件下，总磷吸附量达到最大值；在pH>7的碱性环境中，沉积物中总磷的吸附量随pH值升高而降低。

（5）磷酸盐有显著的季节循环过程，而且磷酸盐季节循环有单峰两种不同的形态。这是因为海水环境中磷的再生速度快于氮（主要是铵盐），磷在参加浮游植物成长进程被耗费后能够很快的再生，海域氮磷比值的不同也影响到浮游植物成长对磷的吸收。

（6）硝酸盐-氮的变化明显，与环境污染息息相关。污染物排放过多会破坏生态平衡。

[参考文献]

[1] 石强.渤海夏季海水磷酸盐年际时空演变[J].海洋通报，2013（04）：395-402.

[2] 杨丽娜，李正炎，张学庆.大辽河近入海河段水体溶解氧分布特征及低氧成因的初步分析[J].环境科学，2011，32（01）：52-57.

[3] 张乃星.过量氮和磷引起的富营养化对海水无机碳源汇强度的影响[D].北京：中国科学院研究生院（海洋研究所），2008.

[4] 张乃星，宋金明，郭明克，等.过量无机氮造成的富营养化对孔石莼存在下海水无机碳体系的影响[J].环境科学，2009（07）：1906-1913.

[5] 张乃星，宋金明，贺志鹏，等.海水无机碳对过量无机氮输入引起的富营养化响应的模拟研究[J].环境科学，2008（06）：1469-1477.

[6] 杨志，陈敏.海水硝酸盐氮、氧同位素组成研究进展[J].地球科学进展，2012（03）：268-275.

[7] 许苏清，陈立奇.利用卫星数据分析南大洋夏季表层水叶绿素和温盐年际分布特征[J].自然科学进展，2009（07）：760-767.

[8] 王贺，谷洪彪，遲宝明，等.柳江盆地浅层地下水硝酸盐分布特征及影响因素分析[J]. 环境科学，2016（05）：1699-1706.

[9] 李绪录，周毅频.南海中部深水中溶解氧和总无机碳的垂直分布模式及其相互关系[J].海洋与湖沼，1991（02）：162-167.

[10] 殷燕，吴志旭，刘明亮，等.千岛湖溶解氧的动态分布特征及其影响因素分析[J].环境科学，2014（07）：2539-2546.

[11] 王汉奎，董俊德，张偲，等.三亚湾沉积物中磷释放的初步研究[J].热带海洋学报，2003（03）：1-8.

[12] 高飞.渭河流域（陕西段）化学需氧量与氨氮污染变化分析与控制对策研究[D].西安：西北大学，2012.

[13] 郑磊，张娟，闫振广，等.我国氨氮海水质量基准的探讨[J].海洋学报，2016（04）：109-119.

[14] 路允良，王芳，赵卓英，等.盐度对三疣梭子蟹生长、蜕壳及能量利用的影响[J].中国水产科学，2012（02）：237-245.

[15] 辛学毅.一九五○年胶州湾C1站海水磷酸盐和矽酸盐的季节变化[J].山东大学学报，1953（00）：85-94.

[16] 王鹏辉，沈炳耘.黄河水质宁夏段氨氮变化状态分析[J].环境科学与管理，2007（09）：62-64.

[17] 王功芹，张硕，李大鹏，等.环境因子对海州湾表层沉积物中氨氮吸附～解吸的影响[J].生态环境学报，2017（01）：95-103.

[18] 嵇晓燕，聂学军，李文攀，等. 近十年淮河流域化学需氧量和氨氮浓度变化特征[J].节水灌溉，2016（12）：85-88+93.

[19] 张玉玺，刘景涛，王金翠.阳宗海沉积物中磷的分布及其影响因素[J].安全与环境工程，2013（06）：43-48.

[20] 周毅频，李绪录，夏华永.大鹏湾海水中氮和磷的分布变化[J].广东海洋大学学报，2011（03）：50-55.