三门湾海域环境质量现状评价及其年际变化

梁静香，周永东，王忠明，徐开达，张亚洲，王好学

（浙江海洋大学海洋与渔业研究所，浙江省海洋水产研究所，农业农村部重点渔场渔业资源科学观测实验站，浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室，浙江舟山 316021）

三门湾居中国海岸线中心区位，位于浙东沿海（28°57′-29°22′N，121°25′-121°58′E)，海岸线曲折，总长304 m，海域总面积达775 km2，海湾的开敞度为0.072，属半封闭海湾[1]。三门湾为强潮海湾，平均潮差4.25 m，最大潮差可达7.75 m，潮流属于往复流，一般落潮流速大于涨潮流速，最大涨潮流速达2 m·s-1，三门湾三面环陆，30 多条溪流注入海湾，为三门湾带来了丰富的营养物质，大量的浮游生物为各种海洋鱼类提供充足的饵料[2]。该海域由于岛屿众多，海洋地质地貌较为复杂，浅海资源和滩涂资源较多，是浙江省重要的鱼、虾、贝、藻等养殖基地和生态湿地，是浙江省沿海社会经济发展的重要依托，也是水产养殖资源最丰富的三大港湾之一[3]。

近年来在三门湾海域开展了多次调查，都包含了对海域水质和底质状况的调查和评价的内容[4-10]。因其优越的地理位置，适宜的气候，有利于各类生物栖息繁衍，三门湾成为浙江省重点海水养殖基地，但是随着陆海人为活动产生的大量污染物进入三门湾，同时由于海湾内水交换能力较弱，造成近岸海域水质恶化，海洋生态环境退化和生产力下降，进而影响到三门湾社会经济的进一步健康发展，给海洋生态环境保护带来较大压力，因此对其水域环境的再次调查研究很有必要。本文根据2015 年和2016 年的调查数据，并结合以往的调查资料，对三门湾海域水质及底质状况进行评价，旨在了解近年来三门湾海域环境变化的趋势及其与水产养殖业的关系，为三门湾环境保护合理规划布局和对其养殖容量进行估算提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 采样及样品处理

于2015 年11 月、2016 年2 月、5 月和8 月在浙江三门湾海域共设置8 个水质和沉积物的调查站位（图1）。水样用有机玻璃采水器采集，沉积物采用Van Veen 采泥器采集。水质测定项目有pH、DO、COD、DIP、DIN 和重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、As）。沉积物测定项目主要是重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As）。样品的采集、贮存与运输和处理及实验室内的分析测定均按照《海洋调查规范 第4 部分 海水化学要素调查》（GB/T 12763.4-2007）[11]和《海洋监测规范》（GB 17378-2007）[12]的要求进行。

图1 三门湾调查站点示意图Fig.1 Diagram of sampling sites in the Sanmen bay

1.2 评价标准

三门湾海域主要为渔业区，因此选用《海水水质标准》（GB 3097-1997）[13]，二类海水水质标准对水质现状进行评价；海洋沉积物质量按《海洋沉积物质量》（GB 18668-2002）[14]一类标准执行。

1.3 评价方法

1.3.1 水质评价

水质评价采用单因子标准指数法[15]，评价因子的标准指数值若大于1，则表明该因子超过了评价标准中的规定值，已不能满足海洋功能区划分的使用要求。

1.3.2 富营养化评价

由于N、P 等营养物质大量的流入水体，当其含量超过该水域的环境容量时，水体无法达到自然净化，易出现富营养化[16]。本文根据营养状态指数E 值大小表示该海域的富营养化水平[17]，当E>1 时，说明水体已达富营养化状态。

1.3.3 沉积物重金属污染的潜在生态危害评价

水体中重金属含量很少，易受各种因素影响，且难降解，最终进入沉积物中。由于累积作用，沉积物中重金属含量比相应水体中的含量要高，出现一定分布规律[18]。本文采用HAKANSON[19]提出的沉积物评价方法，对三门湾海域沉积物重金属污染的潜在生态危害进行评价。

2 结果

2.1 水质评价

三门湾海域水质现状监测结果见表1，水质评价结果见表2。

表1 三门湾海域水质监测结果Tab.1 Monitoring results of water quality of the Sanmen bay

表2 三门湾海域水质评价标准指数Tab.2 Standard indices of water quality assessment of the Sanmen bay

秋、冬、春DIN 测值100%超出二类水质标准，夏季43.75%超出二类水质标准。秋季DIN 只有6.25%符合三类水质标准，62.5%符合四类水质标准，31.5%劣于四类水，冬季100%属于劣四类水质，春季68.75%属于四类，31.25%属于劣四类水质，夏季56.25%属于二类水质，12.5%属于三类水质，18.7%属于四类水质，12.5%劣于四类水质。

秋季DIP 测值81.25%超出二类水质标准，冬季25%超出二类水质标准，春、夏季均符合二类水质标准。秋季DIP 测值18.75%属二类、三类水质，75%属四类水质6.25%劣于四类水质。冬季75%属二类、三类水质，25%属于四类水质。春季100%属于二类、三类水质，夏季DIP 测值50%属一类水质，37.5%属二、三类水质，12.5%属四类水质。

秋季和冬季pH 均超标100%，其余均达到了相应功能区的海水水质标准要求。秋季COD 测值18.75%属三类水质，6.25%属四类水质；冬季6.25%属于三类水质。DO 全年监测值达到相应功能区的海水水质标准要求，重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、As）全年监测值均达到相应功能区的海水水质标准要求。

2.2 沉积物现状及评价

监测海区中重金属含量变化幅度不是很大，评价因子均符合海洋沉积物质量标准的一类标准，见表3、表4。

表3 三门湾海域沉积物重金属含量监测结果Tab.3 Monitoring results of heavy metals in sediments of the Sanmen bay

表4 三门湾海域沉积物评价标准指数Tab.4 Standard indices of sediment quality assessment of the Sanmen bay

3 综合分析

3.1 水质富营养化程度分析

三门湾水域各季节平均营养状态在1.46～8.48，呈富营养化状态。季节变化从高到低为冬季>秋季>春季>夏季，见表5。

表5 三门湾监测海域各季节富营养化指数Tab.5 Seasonal eutrophication indices of the Sanmen bay

3.2 沉积物重金属富集特征及潜在生态危害分析

重金属各因子富集系数见表6。三门湾海域沉积物种重金属元素的各季节平均富集程度（），除春季的Pb 和Zn 以及夏季的Pb 富集系数大于1 外，其他重金属因子的富集程度均小于1，且各个季节的污染程度均小于8（表7），表明水体主要受Pb 和Zn 的污染。秋季由大到小依次为Pb>Cu>As>Zn>Cd>Hg；冬季为Pb>As>Cu>Zn>Cd>Hg；春季为Zn>Pb>Cu>As>Cd=Hg；夏季为Pb>As>Zn>Cu>Cd>Hg。

表7 三门湾沉积物重金属污染程度（Cd）和潜在生态危害指数（RI）Tab.7 The pollution index(Cd) and ecological risk index(RI) of heavy metals in sediments of the Sanmen bay

春季的Pb 和Zn 以及夏季的Pb 的危害系数值大于其轻微生态危害的划分标准值，其他重金属均小于其轻微生态危害的划分标准值，且各项重金属的潜在生态危害系数均小于40，表明三门湾海域沉积物环境中重金属的潜在生态危害大部分非常轻微，属于轻微生态危害范畴，对三门湾生态环境造成的潜在影响春季主要为Pb、Zn，夏季为Pb（表6）。

表6 沉积物中重金属的参照值、毒性系数、富集系数和生态危害系数Tab.6 Reference values,toxic coefficients,accumulation coefficients,and potential ecological risk indices of heavy metals in sediments of the Sanmen bay

从总体潜在生态风险看，三门湾海域沉积物中重金属潜在生态危害指数RI 均远小于150，为低潜在风险（表8）。

4 讨论

4.1 水质环境的变化及富营养化成因探讨

4.1.1 季节变化

本次调查秋、冬季富营养化程度比春、夏季高，见图2。4 个季节的DIN 和DIP 含量变化不大，而富营养化程度在秋、冬季含量较高的原因可能是COD 值影响，见图3。高生泉等[5]2002-2003 年在三门湾做的调查显示，秋、冬季富营 养化程度比夏季高，其认为可能由于外海流影响，秋、冬季高营养盐的江浙沿岸流的南下对三门湾湾口区海域提供了丰富的营养物质。

图2 富营养化指数的季节变化Fig.2 The seasonal changes of the eutrophication index

4.1.2 年际变化

本次调查结果与1997 年以来三门湾多次水化学调查资料[5-9,20]比较，由图3 可见，三门湾水域DIN 的变化趋势是春、夏、秋先增后降，冬季时先降后升；从变化趋势图上看，2009 年之后除冬季外DIN、DIP 有所下降，但秋季相较2012 年有所增加。结果表明，富营养化状况有所减轻。

图3 三门湾DIN 和DIP 平均含量变化Fig.3 The DIN and DIP average content changes of the Sanmen bay

但三门湾水域各季节平均营养状态指数（E 值）在1.46～8.48，仍呈富营养化状态。水体中丰富的营养盐是赤潮发生的物质基础[21]，三门湾是一个半封闭海湾，海域受到湾内沿岸陆地径流的影响，使湾内大部分水域具有低盐、高营养盐的特征[20]。三门湾流域面积约3 160 km2[22]，入湾河流携带沿岸工业废水、农业肥源流失及生活污水，这是导致三门湾水域富营养化的重要原因之一。

海水养殖自身污染是导致三门湾水域富营养化的另一重要原因。2002 年三门湾海水养殖产量为24.2×104t[4]，2018 年三门湾海水养殖产量达27.7×104t，由于海水养殖业的发展，大量的残饵和鱼类排泄物的分解增加了水体中的氮磷含量[23]。海水富营养化成因较为复杂，为更全面掌握其具体成因，后续还需进行综合调查分析。

4.2 沉积物重金属含量的变化

本次沉积物调查结果与1997 年以来三门湾多次底质调查资料[6,8-9]比较（图4），Cu、Pb 和As 含量变化不大，Zn 和Hg 的变化趋势为先升后降，Cd 变化趋势为下降。本次研究春季的Pb 和Zn 以及夏季的Pb 富集系数均大于1 以及其危害系数值大于其轻微生态危害的划分标准值。