三沙湾海水增养殖区表层溶解氧变化特征及有机污染评价

郑钦华

三沙湾海水增养殖区表层溶解氧变化特征及有机污染评价

郑钦华

（宁德市海洋与渔业环境监测站，福建 宁德 352100）

研究三沙湾海水增养殖区溶解氧的动态变化及有机污染状况。利用2014年三沙湾水质的监测结果，分析调查区表层溶解氧变化特征，以及与水温、无机氮、活性磷酸盐之间的相关性，采用单因子指数法和有机污染指数法分别对调查区溶解氧和有机污染进行评价。调查区内共布设9个水质监测站位，于2014年1、5、8、9、10月分别采集调查区的表层水样。调查区溶解氧质量浓度在4.44 ~ 8.60 mg/L之间，平均值为6.29 mg/L，除8月有2站次和9月有5站次的测值处于三类海水水质标准外，其余均处于一、二类海水水质标准水平；溶解氧季节变化明显呈冬季＞春季＞秋季＞夏季的变化规律，平面分布总体呈西北部高，东南部低的变化特征；结合历史资料分析长期变化趋势，溶解氧总体呈现下降趋势，尤其在2000年下降幅度较为明显，这跟三沙湾沿岸带的经济发展对环境影响有关；溶解氧与水温之间呈现极为显著（＝-0.946 4）的负相关关系，与无机氮和硝酸盐氮之间均呈现极为显著(＝0.827 5，＝0.821 3) 的正相关关系，与活性磷酸盐之间呈现显著(＝0.541 3)的正相关关系，说明水温是影响溶解氧变化的首要因子，无机氮和硝酸盐氮以及活性磷酸盐也是影响溶解氧变化的重要因子；从单因子指数来看，在整个调查期间溶解氧污染指数大于1.0的达到15.6%，说明该站点水质已受该因子污染；从有机污染指数来看，调查区水质状况处在开始受到污染状态。

海水增养殖区；溶解氧；变化特征；有机污染评价；三沙湾

三沙湾位于福建省东北部，宁德市东部一个半封闭型海湾，不仅是闽东沿海的重要海湾，而且还是海水鱼、虾、贝、藻养殖的重要基地，据统计[1]，2012年仅海水鱼网箱养殖产量达5.9×104t，湾内水产养殖产量在闽东海洋经济中占据十分重要的地位。湾的西北侧有赛江、霍童溪、七都溪等十多条中小河溪注入，同时也带来大量有机质和无机盐，海区水质肥沃，饵料丰富。水域年平均水温20.3 ℃，盐度27，年平均初级生产力2 392.48 t/a，浮游植物25.3万t/a[2]，水产养殖条件优越。

近几年三沙湾沿岸带经济快速发展，工业、农业、生活污水排海量增加，尤其是氮、磷、有机物等物质排放，导致湾内海域氮磷含量升高，溶解氧含量下降，海洋环境恶化必将对海产生物造成影响，从而威胁水产养殖业进一步发展，湾内养殖环境状况备受关注。已有学者[3-5]对三沙湾进行生态环境方面的研究，但目前尚未见有关三沙湾海水增养殖区溶解氧及有机污染方面的文献报道。本研究针对三沙湾水产养殖实际情况，在三沙湾海水增养殖区开展溶解氧及有机污染调查研究，旨在了解和掌握养殖区溶解氧的动态变化及有机污染状况，为湾内水产养殖水环境保护和开发提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 站位布设与采样时间

选择三沙湾海水增养殖区作为调查研究对象，该调查区海水网箱养殖主要以大黄鱼（）为主。根据调查区生境特征，以及水产养殖实际状况，在调查区内共布设9个水质监测站位（图1）。其中S1和S2位于白马河，S3和S4位于卢门港海区，S5位于东吾洋的三洲海区，S6位于三都澳的黄湾海区，S7位于东吾洋口的七星海区，S8位于三都澳的秋竹海区，S9位于东冲口的鸡公山与斗帽岛海区。于2014年的1月（冬季）、5月（春季）、8月（夏季）、9月（秋初）、10月（秋中）分别采集调查区的表层水样。

图1 调查站位的分布

1.2 样品采集与分析

调查内容有水文要素的水温、盐度，和化学要素的溶解氧（DO）、化学需氧量(COD)、无机氮（DIN,亚硝酸盐NO2--N +硝酸盐NO3--N +氨氮NH3-N之和）、活性磷酸盐(PO43--P)等。样品的采集，其中水温、盐度采用HQ40D型便携多参数仪进行现场测定；采用2.5 L有机玻璃采水器，用现场水样淌洗采水器2次后放入50 cm水层处取水，分别采集溶解氧（在整个装取操作过程中不得出现气泡，并避免阳光强烈照射）、COD、营养盐（现场立即用已处理待用的0.45 µm孔径的醋酸纤维滤膜过滤后分装）样品，所有样品的采集、装取、贮存与运输按文献[6]执行。DO、COD、NO2--N、NO3--N、NH3-N、PO43--P样品的测定分别采用经典的Winkler碘量滴定法、碱性高锰酸钾法、重氮-偶氮法、锌-镉还原法、次溴酸钠氧化法、抗坏血酸还原的磷钼蓝法。样品具体分析按照文献[7]步骤操作。

1.3 评价标准与评价方法

1.3.1 评价标准 三沙湾海水增养殖区按海域功能区划归属养殖功能区，故采用《海水水质标准》[8]（GB 3097-1997）第二类作为评价标准对水质状况进行评价。

1.3.2 评价方法 （1）采用单因子指数法对调查区DO进行现状评价分析，DO污染指数按如下公式[9]计算：

渔业水域水质要素的单因子评价，采用单因子评价模式，当单因子污染指数＞1.0时，表明调查水域水质已受该因子污染。

（2）采用有机污染指数法对调查区水质进行有机污染评价，按如下公式[10]计算：

表1 海水水质标准

有机污染评价分级标准详见表2。

表 2 有机污染评价分级标准[10]

2 结果与讨论

2.1 调查区DO变化特征

2.1.1 调查区DO含量水平 调查区监测结果如表3所示，三沙湾海水增养殖区表层DO质量浓度在4.44 ~ 8.60 mg/L之间，平均值为6.29 mg/L。在45站次的监测中有7站次的测值在4.44 ~ 4.99 mg/L之间，略低于我国海水水质标准[8]（GB 3097-1997）中规定的水产养殖区应符合第二类（DO＞5 mg/L）标准要求，处于三类海水水质标准水平，其余均处于第一类和第二类海水水质标准水平。

表3 调查区DO含量的监测结果

2.1.2 调查区DO含量的时间变化 调查区DO含量的时间变化如图2所示，三沙湾海水增养殖区表层DO质量浓度的最高值位于冬季1月份，为8.07 mg/L，尔后下降至春季5月份处于次之值，随后快速下降至夏季的8月份处于5.36 mg/L水平，然后继续下降至秋初9月份达最低值，为4.93 mg/L，之后逐渐呈回升态势，至秋中10月份处于5.89 mg/L。监测结果表明，调查区DO含量的时间变化与水温监测结果（图3）呈相反变化规律，DO的季节变化主要与水温、不同季节海产生物活动等影响密切。

图2 DO含量的时间变化

图3 水温的时间变化

2.1.3 调查区DO含量的平面分布特征 由图4可见，调查区冬季DO质量浓度变化范围为7.75 ~ 8.60 mg/L，平均值为8.07 mg/L，冬季DO平面分布呈现S3＞S2＞S7＞S6＞S4＞S8＞S1＞S9＞S5的变化趋势；春季DO质量浓度变化范围为6.78 ~ 7.44 mg/L，平均值为7.18 mg/L，春季DO平面分布呈现S2＞S3＞S7＞S6＞S4＞S1＞S9＞S5＞S8的变化趋势；夏季DO质量浓度变化范围为4.75 ~ 6.32 mg/L，平均值为5.36 mg/L，夏季DO平面分布呈现S6＞S2＞S3＞S4＞S8＞S1＞S7＞S9＞S5的变化趋势；秋季DO质量浓度变化范围为4.44 ~ 6.14 mg/L，平均值为5.41 mg/L，秋季DO平面分布呈现S4＞S2＞S3=S6＞S1＞S5＞S9＞S7＞S8的变化趋势。从各站位平均值来看，调查区DO质量浓度变化范围为6.03 ~ 6.53 mg/L，平均值为6.29 mg/L，DO平面分布呈现S6＞S3=S2＞S4＞S7＞S1＞S8＞S9＞S5的变化趋势。综上所述，调查区DO平面分布主要受湾顶多条溪河径流注入与湾口外海水在潮汐作用下进入湾内的影响，总体呈西北部高于东南部，即由湾顶向湾口递减的变化趋势。

2.1.4 DO含量历年趋势变化分析 根据历史文献[11-14,1]资料以及本次调查结果，对调查区DO含量历年变化趋势进行分析。1983 ~ 1985年DO质量浓度平均值为7.55 mg/L；1990 ~ 1991年DO质量浓度平均值为7.38 mg/L；2000年DO质量浓度平均值为6.27 mg/L；2007年DO质量浓度平均值为6.14 mg/L；2012年DO质量浓度平均值为5.84 mg/L；2014年DO质量浓度平均值为6.29 mg/L。各年平均值的变化趋势详见图5。从整体变化趋势上看，从20世纪80年代初至今，三沙湾的DO含量基本呈下降趋势，尤其在2000年下降幅度较为明显。这跟三沙湾沿岸带经济的快速发展影响有关，如围垦引起纳潮量减少，水体交换能力下降；周边城市人口密集，生活、农业、工业污水带来的大量有机物排海量增加；湾内水产养殖业快速发展，在养殖过程中产生的碎屑、代谢物等养殖废水中含有大量有机物未经处理直接排入海水中，造成调查海区DO含量降低。

图4 DO含量的平面分布

图 5 DO含量历年趋势变化

2.2 DO影响因素分析

图 6 DO与水温的关系

图7 DO与DIN的关系

图8 DO与NO3--N的关系

图9 DO与PO43--P的关系

2.3 调查区DO饱和度

根据现场水温、盐度应用Weiss方程计算制得饱和浓度表[16]求得DO饱和度如表4所示。由表4可以看出，调查区DO饱和度在整个调查期间均呈现不饱和状态（DO饱和度＜100%）。可见，调查区大气与海水间氧气交换主要是由大气溶入海水中，调查区DO饱和度在水温较低的冬季变化幅度较小，而在水温较高的夏季变化幅度较大。养殖水体中DO的实际含量，由于大量生物体的存在，很少稳定在平衡的饱和含量，而是不断在极值之间变化，这与生物影响有关，生物活动越强烈，波动幅度也越大。

表4 DO饱和度计算结果

2.4 调查区DO含量与国内其它海区对比

与国内其它海区相比（表5），本次调查的三沙湾海水增养殖区DO含量比厦门同安湾海域、红海湾海域、大鹏澳海域、大亚湾海域低，但比东山湾高。从对比分析可以看出，本次调查结果与大鹏澳海域和大亚湾海域比较接近，调查区DO平均含量尚处在海水水质标准第一类水平。

表5 调查区DO含量与国内其它海区对比

2.5 调查区DO与有机污染评价

2.5.1 调查区DO现状分析 根据公式（1）、（2）计算DO污染指数结果如图10所示。从调查结果可以看出，调查区DO污染指数在1月份为0.09 ~ 0.27，平均为0.19，水质呈良好状态；在5月份为0.14 ~ 0.37，平均为0.24，水质仍保持良好态势；在8月份为0.26 ~ 1.45，平均为0.84，该阶段在9站次中出现了2站次大于1.0，分别为S5和S9，超标率为22.2%，表明该站点水质已受该因子污染；在9月份为0.76 ~2.01，平均为1.27，该阶段在9站次中出现了5站次大于1.0，分别为S1、S3、S7、S8、S9，超标率为55.6%，表明该站点水质明显已受该因子污染；在10月份为0.46 ~ 0.82，平均为0.58，水质处于良好状态。可见调查区DO污染指数高值出现在水温较高的9月和8月，各月平均值变化趋势见图10。

图10 DO污染指数月变化

2.5.2 调查区有机污染状况分析 根据监测资料，采用公式（3）计算DO、COD、DIN、PO43--P等4项评价因子的有机污染指数，结果如表6所示。从表6可以看出，调查区1月份在9个站次中有1个站次（S6）的有机污染指数达到4.18＞4，在同批次中数值最大，占比11.1%，按表2评价水质状况属于严重污染，其余在3 ~ 4和2 ~ 3区间各占44.4%，水质状况分别属于中度污染和轻度污染；5月份在9个站次中有2个站次（S8和S9）的有机污染指数＜1，处在0 ~ 1区间内，占比22.2%，水质状况属于较好，其余均在1~2区间内，占比77.8%，水质状况属于开始受到污染；8月份在9个站次中有4个站次（S4、S7、S8、S9）的有机污染指数＜1，处在0 ~ 1区间内，占比44.4%，水质状况属于较好，其余均在1 ~ 2区间内，占比55.6%，水质状况属于开始受到污染；9月份在9个站次中有机污染指数变幅在1.20 ~ 1.87之间，均在1 ~ 2区间内，占比100%，水质状况属于开始受到污染；10月份在9个站次中有1个站次（S9）的有机污染指数＜2，处在1 ~ 2区间内，占比11.1%，水质状况属于开始受到污染，其余均在2 ~ 3区间内，占比88.9%，水质状况属于轻度污染。从月均值角度来看，最高值出现在冬季的1月份，水质状况属于中度污染，最低值出现在夏季的8月份，水质状况属于开始受到污染。综上所述，调查区水质状况处在开始受到污染状态。

表6 调查区有机污染指数计算结果

3 结论

（1）调查区DO质量浓度为4.44 ~ 8.60 mg/L之间，平均值为6.29 mg/L，除8月有2站次和9月有5站次的测值处于三类海水水质标准外，其余均处于一、二类海水水质标准水平。

（2）调查区DO季节变化明显呈冬季＞春季＞秋季＞夏季的变化规律，平面分布总体呈西北部高，东南部低的变化特征；结合历史资料分析历年变化趋势，DO总体呈现下降的变化趋势，尤其在2000年下降幅度较为明显，这跟三沙湾沿岸带的经济发展对环境影响有关。

（3）DO与水温呈现出极为显著（= -0.946 4）的负相关关系，与DIN和NO3--N之间均呈现出极为显著(= 0.827 5，= 0.821 3)的正相关关系，与PO43--P之间呈现出显著(=0.541 3)的正相关关系，说明水温是影响DO变化的首要因子，DIN和NO3--N以及PO43--P也是影响DO变化的重要因子。

（4）从单因子指数来看，在整个调查期间DO污染指数大于1.0的达到15.6%，说明该站点水质已受该因子污染；从有机污染指数来看，调查区水质状况处在开始受到污染状态。应引起重视，防止污染进一步加重。建议严格控制三沙湾沿岸带陆源污染物直接排放入海，尤其是氮磷营养物质、有机物的排放；加强城镇污水处理工程建设；规范海上水产养殖布局，科学管理，对养殖过程中产生的污染物应妥善处理；适当开展海藻类品种养殖，能有效改善水生态环境。

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Variation Characteristics of Surface Dissolved Oxygen and Assessment of Organic Pollution in Mariculture Zone of Sansha Bay

ZHENG Qin-hua

（352100,）

The dynamic changes of dissolved oxygen and organic pollution in the mariculture zone of Sansha Bay were studied.Based on the monitoring data of the water quality in 2014, the paper analyzed the variation characteristics of surface dissolved oxygen content in the mariculture zone of Sansha Bay and the correlation with water temperature, inorganic nitrogen and active phosphate. The dissolved oxygen and organic pollution were evaluated by single factor index method and organic pollution index method respectively.The dissolved oxygen content in the investigated area was between 4.44 and 8.60mg/L, with an average value of 6.29 mg/L. The measured values of the two stations in August and the five stations in September accorded with category III of Sea Water Quality Standard while those of the other stations accorded with category I and II. There was obvious seasonal variation of DO, and its variation trend was as follows: winter>spring>autumn>summer. The horizontal distribution was generally high in the northwest and low in the southeast; Based on the analysis of historical data, the change of dissolved oxygen over the years showed a decreasing trend, especially in 2000, which may be related to the impact of economic development of Sansha Bay coastal zone on the environment; Dissolved oxygen had extremely significant negative correlation with water temperature(= -0.946 4), highly significant positive correlation with inorganic nitrogen(= 0.827) and nitrate nitrogen (= 0.821), and significant positive correlation with active phosphate(= 0.541). It indicated that water temperature is the primary factor affecting the change of dissolved oxygen, and inorganic nitrogen, nitrate nitrogen and active phosphate are also important factors. Using single factor index method, the dissolved oxygen pollution index was more than 1.0 and reached 15.6% during the whole investigation period which suggested that the water quality of the site was polluted by this factor. The calculating results of the organic pollution index showed that the water quality in the survey area was beginning to be polluted.

mariculture zone; dissolved oxygen; variation characteristics; assessment of organic pollution; Sansha Bay

P734.4

A

1673-9159（2019）06-0054-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2019.06.008

2019-07-24

国家海洋局资助项目（闽海渔[2014]108号）

郑钦华（1977－），男，硕士，高级工程师，研究方向为海洋与渔业资源环境监测及评价。E-mail:xiaozheng8316@sina.com

郑钦华. 三沙湾海水增养殖区表层溶解氧变化特征及有机污染评价[J].广东海洋大学学报，2019，39（6）：54-61.

（责任编辑：刘岭）