大嶝海区富营养化状况研究

谢丹丹， 谢晓君， 林旭吟， 林祥日， 陈 昕, 赵梅英

(1.厦门海洋职业技术学院，福建 厦门 361100；2.洛阳船舶材料研究所厦门分部，福建 厦门 361006)

福建是中国的海洋资源大省，区位条件优越；海岸线总长3 752公里，居全国第二位，资源优势突出；近海生物种类有3 000多种，且数量大、分布广，为发展海洋装备、海洋生物医药、海洋新能源等现代海洋产业提供了坚实的基础。厦门地处福建东南沿海，海岸线蜿蜒曲折，全长234 km；厦门海域内海洋生物资源种类近2 000种，初级生产力高、生物量大，丰富的海洋资源为厦门海洋生物产业的发展提供了重要的资源保障。

大嶝岛位于厦门市翔安区东南海面，与大金门岛距离仅1 800米，面积13.2平方公里，下辖9个社区，近2万人，拥有东南沿海最纯净海域，素有“天然氧吧”的美称；是国家白鹭自然保护区，也是白海豚、文昌鱼等国家珍稀保护动物的栖息地。大嶝岛与小嶝岛、角屿岛合称“英雄三岛”，是曾经的“前沿阵地”，但如今已经是旅游胜地。根据厦门市环境功能规划，大嶝海区属于厦门南部海域的外港区域，承担的主导功能为新鲜海水供应、旅游、浴场、航运等，兼顾污水承纳功能，近期及远期均执行二类海水水质标准[1]。

近年来，随着经济的发展、人口的增长和厦门新机场在大嶝的建设，有大量的污水和建设工程废水排入大嶝海区，使得大嶝海区的营养盐含量增加，富营养化程度逐渐加重，有引发赤潮的风险[2-4]。

本文分析了大嶝海区2017年夏季的海水和沉积物的相关指标，研究其富营养化状况，以期为海洋生物技术和海洋产业技术提供前期研究。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

722N分光光度计(上海奥谱勒仪器有限公司);UV-2000(上海分析仪器有限公司)；FA1004电子分析天平(上海良平仪器仪表有限公司)；SHA-C数显水浴恒温振荡器(江苏城西晓阳电子仪器厂)；PHS-3C计(上海分析仪器有限公司)；容量瓶、移液管、吸量管、比色管等玻璃仪器在使用前均按照标准方法校正。

硫酸铵、亚硝酸钠、硝酸钾、磷酸二氢钾、磺胺、盐酸萘乙二胺、亚硝酰铁氰化钠、苯酚、氯化镉、钼酸铵、过硫酸钾、高锰酸钾、重铬酸钾等(均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司)。试验用水为蒸馏水。

1.2 采样方法

在大嶝近岸海区布设了嶝崎、双沪、阳塘、东埕、龙田等监测站位，按照近岸海域环境监测规范(HJ 442-2008)的要求，采集海面下约20 cm处水样，并在同一地点采集沉积物。按近岸海域环境监测规范(HJ 442-2008)和海洋监测规范(GB 17378-2007)进行水样的预处理和沉积物的预处理。

1.3 分析测定方法

水样理化指标均采用海洋监测规范(GB 17378-2007)、海洋调查规范(GB 12763-2007)和海水水质标准(GB 3097-1997)中规定的方法，沉积物指标采用海洋沉积物质量(GB 18668-2002)中规定的方法，如表1所示。

表1 水质和沉积物质量分析方法

1.3.3 活性磷酸盐测定 磷钼蓝分光光度法：在酸性介质中，活性磷酸盐与钼酸铵反应生成磷钼黄，用抗坏血酸还原为磷钼蓝后于882 nm波长处测定吸光值。

1.3.4 COD测定 碱性高锰酸钾法：在碱性加热条件下，用已知并且是过量的高锰酸钾氧化海水中的需氧物质；然后在硫酸酸性条件下，用碘化钾还原过量的高锰酸钾和二氧化锰，所生成的游离碘用硫代硫酸钠标准溶液滴定。

1.3.5 沉积物中有机碳的测定 重铬酸钾氧化-还原容量法：在浓硫酸介质中，加入一定量的标准重铬酸钾，在加热条件下将样品中的有机碳氧化成二氧化碳，剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液回滴，按重铬酸钾的消耗量，计算样品中有机碳的含量。

1.4 富营养化评价方法

评价海水富营养化的方法主要有指数法(综合营养状态指数和内梅罗指数法)[5]、单因素评价法、化学参数法、模糊数法等[6-8]。本文采用富营养化指数法,当E>1时，即认为水体处于富营养化状态。

2 结果与分析

2.1 大嶝海区水质状况

2.1.1 无机氮含量 测定结果如表2所示，大嶝海区的无机氮含量很高，远超海水水质标准中的第二类海水的无机氮限值0.2 mg/L，比第四类海水的无机氮限值0.5 mg/L也高了3.4倍。

在大嶝海区无机氮的组成中，硝酸盐氮占了一半以上。在溶氧充足的水体，氨氮→亚硝酸氮→硝酸盐氮，无机氮的组成以氮的最高价态硝酸盐为主，说明该海区的无机氮的转换已经基本达到了热力学平衡。

表2 无机氮测定结果

2.1.3 CODMn含量 大嶝海区CODMn含量为0.72～0.84 mg/L，海水的有机物含量达到一类海水的标准，有机物含量较低。

2.1.4 其他指标 溶解氧在6.39～6.46 mg/L之间，符合一类海水的标准，溶氧充足；pH值8.0左右，正常；盐度为30‰～33‰，比正常海水略低，提示有低盐度的淡水汇入。

2.2 大嶝海区沉积物状况

大嶝海区近岸沉积物多为灰黑色、泥质、有不同程度的腥臭味，分布有许多贝壳及少量生活垃圾(表3)。检测结果参照GB 18668-2002标准限值。

表3 大嶝海区近岸沉积物质量

该海区的沉积物中有机物含量不高，但石油类含量很高，可能是由于该海区往来船舶较多、油污泄露所致。

2.3 大嶝海区营养盐结构分析

水生植物生长过程中需要氮来合成蛋白质，需要磷来组成DNA、RNA和传输能量，这两种物质也是水生和陆地生态系统中主要的限制性营养盐。故N/P值是表征水体营养盐结构的主要指标。Redfield的研究结果表明，一般大洋深层水的N/P值与浮游植物体内元素组成的N/P值大致相同，为16左右[10]。N/P值大于16，表明水体营养盐结构为“磷限制”；N/P值小于16，则表明水体营养盐结构为“氮限制”。大嶝海区的N/P值为20，表明该海区的营养盐结构为磷限制。该结果与林辉等[2]、欧阳玉蓉等[9]、蒋荣根等[11]的结果基本相同。

2.4 大嶝海区富营养化状况分析

计算富营养化指数(E)达12.6，提示该海区的富营养化程度较高。该海区历史上曾经作为水产养殖区，水域中积累了较多的营养盐；周边污水的排放和码头船舶的油污泄露加剧了水体的纳污负担；正在建设的大嶝新机场，在一定程度上阻断了水体的交换动力。

3 结论与讨论

大嶝海区水体的溶解氧、COD、pH值等均能达到一类海水的标准，该区域处于厦门湾的外围，是祖国大陆最靠近台湾岛的海区，因为水流交换条件较好，所以总体水环境质量较好。盐度因受到陆源污水影响而略为降低；沉积物中含有较多的石油类，与船舶油污泄露有关。

大嶝海区水体的氮、磷营养盐的含量很高，分别达到2.21 mg/L和0.11 mg/L；水体中氮、磷等营养盐充足、富营养化程度高的时候，如果微量元素、光照、溶氧等条件也适宜，就很容易引发赤潮，因此生态学家、环境学家都非常关注水体的营养盐含量及富营养化状况；监测水中营养盐含量及富营养化状况也为判断水体污染物来源、赤潮预警等提供重要参考依据。

大嶝海区的N/P值为20，营养盐的结构为磷限制；许多研究表明，在控制富营养化问题时，大多数情况下有必要采用两种营养盐都控制的策略，而不能仅控制磷或仅控制氮。水体中的过量营养盐主要来源：一方面是来自肥料、农业废弃物、工业废水和城市污水等外界污染，另一方面则来自底泥向水体的释放。

大嶝海区富营养化指数达到12.6，达到富营养化的水平。水体富营养化是赤潮发生的物质基础。大嶝岛临近的陆地为厦门市翔安区，排入大嶝海区的污染源主要有翔安区(含大嶝岛)的居民生活污水、工业废水和水产养殖废水。厦门市政府自2011年以来全面清除海上养殖设施，至今已经基本完成清除工作，厦门市的近岸海域已基本没有养殖设施，因此近年来流入大嶝海区的养殖废水逐步减少；但是，翔安区(包括大嶝岛)的生活污水和工业废水还没有实现全截流，未截流的污水就直接流入大嶝海域；加上海区往来的船舶也不断有污水、油污泄露，致使大嶝海区的水质无法达到厦门市环境功能规划的要求；正在建设的大嶝新机场，在一定程度上阻断了水体的交换动力。

总之，本研究的结果表明，大嶝海区的营养盐含量正在逐年增加，富营养化状况正在加剧。已经富营养化了的水体，即使切断外界营养物质的来源，水体也很难自净和恢复到正常状态。因此在高度富营养化发生之前，就应该全面阻击入海污染物，使海区的富营养化状况得到彻底改善。