2015—2020年黄河口近岸海域生态环境监测与分析

张 翔, 李 愫

(1.生态环境部 黄河流域生态环境监督管理局 生态环境监测与科学研究中心, 河南 郑州 450003; 2.河南工业贸易职业学院, 河南 郑州 450003)

黄河河口区是一个相对模糊的地理概念，从地理位置上看它处于渤海湾南部与莱州湾西部的交汇处，不仅包括现行的黄河河道和刁口河故道，还涵盖由黄河淤积、延伸和摆动所形成的陆域三角洲。由于渤海湾属于半封闭海湾，其坡度较缓，水深较浅，水体交换能力弱。随着黄河流域陆源污染物的输入和海洋工程、水产养殖的发展，黄河口渤海海域赤潮频发，生态环境逐步恶化。近年来，针对黄河口及其近岸海域的研究多聚焦在浮游生物上面，但受黄河入海径流量和污染物通量的影响，近岸水域营养盐结构随之发生变化从而对生物产生影响。

通过对“十三五”期间黄河口近岸海域水生态和海洋水体质量状况开展调查评估，并结合同时期黄河入海泥沙径流的变化规律，深入分析入海径流变化对黄河口近岸海域生态环境的影响，为“十四五”期间更有针对性地做好黄河口海域生态环境保护工作提供基础依据。

1 研究区域与方法

1.1 监测断面和时间

根据《中国海洋生态环境状况公报》的编制规程，海洋水质评价采用每年春(5月)、夏(8月)、秋(10月)、冬(3月)四季的监测数据，海洋生物多样性监测以夏季为主。本文黄河河口近岸海域水质调查监测的时间为2015—2020年。结合山东省海洋环境监测中心点位调查情况，以挑河口为起点，宋春荣沟为终点，从北向南依次在黄河口近岸海域共布设监测断面10个，分别为：刁口河流路海域1#,2#，神仙沟流路海域3#，清水沟流路4#至8#，宋春荣沟流路海域9#,10#(见表1)。

表1 黄河口近岸海域监测点地理位置

1.2 监测项目与评价方法

海洋水质监测项目为溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、无机氮(DIN)、活性磷酸盐、石油类等5项，采集表层水样，各项目的测定方法依据《海洋监测规范》(GB17378-2007)。海洋生物多样性监测项目主要包括浮游植物、浮游动物和大型底栖生物等3类。依据《海洋调查规范》(GB/T12763-2007)的相关要求，采用浅水浮游生物Ⅲ型网和Ⅰ型网从底层至表层分别采集浮游植物和浮游动物，然后用5%甲醛溶液固定浓缩样品，送实验室进行鉴定分析。底栖生物采用抓斗式采泥器采集，样品经过筛洗后用甲醛溶液固定保存，送实验室进行鉴定分析。

1.2.1 水质污染指数评价方法 采用单因子污染指数评价法对各海洋水质监测项目进行评价，其优势是计算方便快捷，可进行定性评价，非溶解氧指标的污染指数计算公式为：

Pi=Ci/Si

(1)

式中：Pi为第i个因子的污染指数,当Pi>1.0即为超标;Ci为第i种污染物实测浓度(mg/L);Si表示第i个因子的评价标准值(mg/L),采用第2类海水水质标准限值进行评价,以此来判断该评价因子是否达到第2类水质标准。

根据《海洋监测规范》(GB17378-2007)，采用萘墨罗指数法(N.L Nemerow)计算溶解氧的污染指数，计算公式为：

PDO=Cmax-CDO/Cmax-SDO

(2)

式中：PDO为溶解氧污染指数,当PDO>1.0即为超标;CDO为溶解氧实测浓度(mg/L)；SDO为溶解氧的第2类海水水质标准限值(mg/L)；Cmax为调查期间溶解氧浓度的最大值。

1.2.2 生物多样性指数评价方法 依据《海洋调查规范》(GB/T12763-2007)和《近岸海洋生态健康评价指南》(HY/T087-2005)，采用香农—威纳(Shannon-Wiener)指数(H′)和优势种优势度(Y)对海洋生物群落进行评价[1]，计算公式为：

(3)

Y=(ni/N)×fi

(4)

式中：S为样品的种类数量;Pi为第i种个体数与总个体数的比值;ni为第i种个体的数量；N为样品的总个体数；fi为第i种类在全部样品中的出现频率,将优势度Y≥0.02的种类确定为优势种。

Shannon-Wiener指数(H′)兼顾了群落丰富性和均匀性的特点，根据《近岸海域海洋生物多样性评价技术指南》(HY/T2015-2017)，海洋生物多样性指数按大小被分为Ⅰ—Ⅴ类5个级别(见表2)。根据《海洋监测规范》(GB17 378.7-2007)，当H′<1为重度污染，1

表2 海洋生物多样性指数等级划分标准

1.3 数据处理

采用SPSS Statistics 23软件对海洋生物多样性与海水各监测指标之间皮尔森(Pearson)相关系数r进行分析[2]，公式如下：

(5)

当相关系数r=0，表示两个指标间不存在相关性；当系数r<0，表示两个指标间存在负相关；当系数r>0，表示两个指标间存在正相关。当0.3<|r|≤0.5时，两个指标间为弱相关，当0.5<|r|≤0.8时，两个指标间为中度相关，当|r|>0.8时，两个指标间为强相关。

由于两个变量间相关系数存在一定的随机性，为了真实准确地反映各指标间的相互影响关系，需进行显著性检验，当p<0.05时，两个指标间为显著性相关；当p<0.01时，两个指标间为极显著性相关。

2 结果与分析

2.1 黄河泥沙径流量趋势分析

2002年小浪底水库开始调水调沙，自此黄河干流水沙变化趋势有了显著的变化[3]。根据《黄河泥沙公报》以及干流入海口利津水文站实测径流量和输沙量资料可知，1950—1987年利津水文站年均径流量和输沙量分别为4.07×1010m3,1.02×109t。1988—2015年其年均径流量和输沙量分别为1.53×1010m3，2.68×108t。2016—2020年利津站年均径流量和输沙量分别为2.18×1010m3，1.55×108t。黄河年均输沙量整体呈现明显下降的趋势，利津站2016—2020年年均输沙量1.55×108t，与1950—1987年相比降幅达84.8%；受近3 a上游降雨增多的影响，2016—2020年入海径流量为2.18×1010m3比1988—2015年的1.53×1010m3有所增多，但与1950—1987年的4.07×1010m3相比，入海径流量降幅达46.3%。黄河入海水沙量减少除了受上游降雨量和水土保持影响，还与沿岸大坝建设库容量增加有密切联系，根据相关统计，目前黄河流域已建成大中型水库数量达186座[4-5]。

从图1可知，2015—2020年黄河入海水沙量呈现波动的状态，2018年以来由于上游降雨量和来水量的增加，泥沙径流的入海量远高于之前，其中2020年夏季黄河入海径流泥沙量分别是7.71×108m3，1.04×108t，是2016年同期的4.8倍和38倍。从季节分布上看，夏季(8月)径流泥沙入海量最高，6 a平均值分别3.20×109m3，3.60×107t，其次为秋季(10月)和春季(5月)，冬季(3月)最低，6 a平均值分别7.25×108m3，1.00×106t。

图1 2015—2020年典型月份黄河入海泥沙径流量趋势

2.2 黄河口近岸海域水质分析

黄河是连接陆地与渤海湾的纽带，其泥沙径流在入海的过程中携带了丰富的营养盐等物质，构成了海域生态系统的物质基础，不仅调节着河口区的生态系统平衡，还维系着近岸海域的生态健康。但是当营养盐尤其是DIN过剩会引发富营养化现象[6]。2015—2020年各监测指标单因子污染指数评价结果见表3。

表3 2015—2020年黄河口近岸海域监测断面单因子污染指数评价结果

由表3评价结果可知，2015年以来黄河口近岸海域水质除DIN有超标情况外，其余各项监测指标均满足《海水水质标准》(GB3097-1997)中的第2类水质。2015—2020年黄河口近岸海域DIN单项污染指数波动范围为0.63～1.40，超过第2类水质标准，但是基本满足第3类水质要求。从DIN污染指数评价结果的位置分布上看，其污染区域主要分布在黄河河口区和莱州湾西部的近岸海域。从各点位季节分布上看，DIN单因子污染指数在冬季(3月)最高，其指数均值为1.15；春季(5月)次之，其指数均值为1.01；在夏秋季(8月和10月)最低，DIN单因子污染指数最大值出现在冬季6#断面，为1.40；最小值出现在秋季1#断面，为0.63。DIN污染指数的季节分布特征与渤海莱州湾环流有着密切的联系。每年春冬季，莱州湾环流走向呈现西进东出，由于环流西岸平均流速 1.22 cm/s大于东岸平均流速0.74 cm/s，加上春灌农业退水的增加，造成入海径流携带的DIN在莱州湾西部近岸海域聚集[7]。当夏秋季汛期来临，由于黄河口区水深较浅，入海径流量在河口区增加，淡水与海水交换量增强，附近海域水流随之增强，逆时针环流在黄河口近岸水域产生[8]，其导致DIN污染指数在河口区和莱州湾西部较高，但是明显低于春冬季。

2.3 黄河口近岸海域营养盐分析

为了进一步研究黄河近岸海域DIN浓度与泥沙径流及其他常规监测指标之间的关系，通过相关系数法对其相关性进行评价，结果显示DIN浓度与黄河入海输沙量呈极显著的正相关(p<0.01)，相关系数为0.833。DIN浓度与径流量、溶解氧(DO)、COD、活性磷酸盐和石油类的相关系数分别为0.793，-0.403，-0.417，0.318和-0.764，各指标间相关性不显著。

虽然DIN浓度与其余指标间无显著相关性，但是其Pearson相关系数在入海径流量和石油类浓度两项指标间有较高的水平(p>0.5)，其相关系数分别为0.793和-0.764，说明径流量的增加和水体中石油类浓度的下降也是造成海域DIN浓度升高的偶然性因素。

维持一个良好的营养盐浓度对于近岸海域浮游植物的健康成长有着重要的意义，浮游植物生长的营养盐氮磷比最佳环境为N∶P=16∶1[9]。从图2黄河口近岸海域各监测点营养盐氮磷比随季节变化的趋势中发现，黄河口和莱州湾西部的(7#—10#断面)氮磷比值远高于其他区域。2015年以来黄河口近岸海域各监测点位氮磷比均值为51.1，属于极度不平衡，DIN属于主要污染物。近10 a黄河入海径流量的减少和农业面源污染的增加，黄河口近岸海域磷酸盐浓度上升才符合推理。但是黄河口近岸海域各监测点位活性磷酸盐浓度逐年变化趋势基本平稳，2015年、2020年黄河口近岸海域活性磷酸盐均值分别为0.004 9 mg/L和0.004 6 mg/L。黄河含沙量高、吸附能力强的特点，让大部分磷酸盐被吸附沉降于泥沙颗粒中，李北罡等[10]对黄河沉积物的吸附能力研究显示，黄河下游三门峡至花园口河段沉积物对磷酸盐的吸附能力最强，平均吸附率达2.90×10-3(mg·g)/h，加上磷肥的施用量低于氮肥，使得黄河口区活性磷酸盐含量一直徘徊在低浓度水平[11]。

图2 2015—2020年黄河口近岸海域各监测点位营养盐(N/P比值)趋势

从图3季节分布上看，氮磷比值随季节变化呈现先上升后下降的趋势，冬季(3月)氮磷比值为46.5，春季(5月)氮磷比值最高为67.3，其值是冬季的1.45倍，主要是由于海水中较高的DIN浓度主要受农灌退水的影响。漫灌在黄河流域农田灌溉中占有很高的比重。山东河口区盐碱地农业种植有“无水植棉、有水种稻”的传统，由于水稻种植业收益高于传统种植业，近些年水稻种植面积逐步扩大，仅东营市种植面积就有2.64×104hm2。水稻种植前要泡田，收割前要放水，其农灌退水量可以达到灌溉量的1/4左右[12]。土壤植被吸收不了的氮、磷等养分及少量有机物伴随农灌退水排到了外环境中，会导致水体总氮、总磷等浓度上升，极端失衡的比例会限制浮游植物的生长，从而威胁浮游动物的生存环境，对整个生态系统的稳定性产生破坏。

图3 2015—2020年黄河口近岸海域营养盐(N/P比值)季节变化趋势

2.4 黄河口近岸海域浮游植物趋势分析

2015—2020年黄河口近岸海域夏季(8月)6个航次的浮游植物群落特征及主要优势种见表4。本次调查期间共采集到浮游植物3门35属77种，其中硅藻门26属57种，占比最高为74%；甲藻门8属19种，占24.7%；金藻门1属1种，占比最小为1.3%。2018年以来黄河入海泥沙径流量有大幅增加的趋势，但是黄河口近岸海域物种数和细胞丰度呈逐年下降的趋势。

表4 2015—2020年黄河口近岸海域夏季浮游植物群落特征及优势种

具体来说，2014年渤海浮游植物群落调查显示，浮游植物共有3门29属50种，主要优势种为密联角毛藻(Chaetocerosdensus)，和具槽帕拉藻(Paraliasulcata)[13]。2020年浮游植物42种与2014年相比减少6种，主要优势种类也从远洋性物种密联角毛藻和底栖浮游植物具槽帕拉藻，变成广温广盐型中肋骨条藻(Skeletonemacostatum)和低盐近岸型尖刺伪菱形藻(Pseudo-nitzschiapungens)占优势。以中肋骨条藻为优势种的水华会造成经济藻类变色，甚至腐烂，将使水域生态失衡，造成鱼贝类死亡[14]。2020年夏季航次浮游植物细胞丰度值为2.91×106个/m3，与2015年相比降低了77.3%；群落多样性指数(H′)为2.37，与2105年相比降低了14.1%，级别从Ⅱ级降至Ⅲ级，仍属于轻污染状态。

2015年以来黄河口近岸海域各点位平均值统计结果见图4。夏季黄河口区北部浮游植物群落多样性指数均值明显高于南部和莱州湾西部，其中6#断面多样性指数最高为2.65属于Ⅱ级水平，10#断面多样性指数最低为1.86为Ⅲ级水平。浮游植物细胞丰度值监测断面变化趋势则与之相反，黄河口区南部8#断面丰度值最高为7.21×106个/m3，远高于北部地区浮游植物细胞平均丰度值3.19×106个/m3。

单一采用二甲双胍（国药准字H20023371，产自中美上海施贵宝制药有限公司）治疗对照组，用法用量：口服，500 mg/次，3次/d，持续治疗6个月。基于此联合吡格列酮治疗观察组（国药准字H20040631，产自江苏恒瑞医药股份有限公司），用法用量：口服，20 mg/次，2次/d，持续治疗6个月。

图4 黄河口近岸海域监测点位夏季浮游植物丰度和多样性指数分布

2.5 黄河口近岸海域浮游动物趋势分析

2015—2020年黄河口近岸海域夏季(8月)6个航次的大型浮游动物特征及主要优势种见表5。本次调查共采集到浮游动物52种，其中浮游甲壳类中的桡足类18种，占比最多为34.6%；浮游幼虫14种，占26.9%，其余为水螅水母类、栉水母类、枝角类等。主要优势种为强壮箭虫(Sagittacrassa)和背针胸刺水蚤(Centropagesdorsispinatus)等。“十三五”以来黄河口近岸海域浮游动种类逐步增加，其中2020年浮游动物个数40种，与2015年的17种相比新增了23种动物类别。浮游动物密度呈上下波动的趋势，无明显规律；浮游动物多样性指数从2015年的Ⅳ级水平(H′为0.96)升至2020年的Ⅲ级水平(H′为2.31)，从重度污染程度恢复至轻度污染程度。以往调查显示，2013至2014年黄河口海域有浮游动物43种[15]，主要优势种为强壮箭虫和双刺纺锤水蚤(Acartiabifilosa)，与2020年黄河口近岸海域调查结果相比，浮游动物群落变化幅度较小，优势种组成较为稳定。

表5 2015—2020年黄河口近岸海域夏季浮游动物特征及优势种

黄河口近岸海域渔业资源与浮游动物优势种类型之间有着紧密的联系，强壮箭虫和背针胸刺水蚤是黄鲫等鱼类的主要食物来源，其数量对近海养殖区有着重要的意义[16]，球形侧腕水母(Pleurobrachiaglobosa)2019年以来在黄河口海区逐步成为优势种，其数量的增长不仅会对鱼类形成食物竞争，由于营养级联效还会激增浮游植物的数量，在富营养化的海域造成赤潮的爆发[17]。

2015年以来，黄河口近岸海域监测点夏季航次浮游动物密度和多样性指数平均值空间分布见图5。夏季黄河口区东部浮游动物密度最高，其余区域密度相当较低，其中6#断面浮游动物密度118个/m3，分别是北部1#断面密度值的3.9倍和南部10#断面密度值的5.3倍。浮游动物不仅在河口生态系统食物链中占有重要地位，还是反映一个海域海洋生物多样性的重要指标之一[18]。夏季(8月)黄河口近岸海域浮游动物多样性指数呈现由内向外递增的趋势，其多样性指数值从4#和8#监测断面的2.13，1.82，增至5#和6#监测断面的2.34，2.43，高值区位于河口东北部离岸水域。

图5 黄河口近岸海域监测点位夏季浮游动物密度和多样性指数分布

2.6 黄河口近岸海域底栖生物趋势分析

2015—2020年黄河口近岸海域夏季(8月)6个航次的大型底栖生物特征及主要优势种见表6。本次调查共采集到大型底栖生物92种，其中多毛类生物数量最多有36种，占39.1%；其次为节肢生物21种，占22.8%；软体动物18种，占19.6%；棘皮动物8种，占8.7%。从表8可知，虽然黄河口近岸海域夏季底栖生物物种数量个别年份上下波动明显，但物种数量和密度总体趋势稳中有升，从2015年的75种，378个/m2增至2020年的88种，849个/m2。虽然“十三五”期间底栖生物多样性指数均值为2.55属于Ⅱ级水平，轻度污染状态，但是2018以来底栖生物状况有逐步的好转趋势，其多样性指数均值从2.28增至3.07，增幅达34.6%。此外，主要优势种类别也发生了变化，从2018年之前的寡节甘吻沙蚕(Glycindegurjanovae)变为2020年的丝异须虫(Heteromastusfiliformis)、凸壳肌蛤(Arcuatulasenhousei)。2013—2014年黄河口海域大型底栖生物80种[19]，主要优势种为江户明樱蛤(Moerellajedoensi)，与2020年黄河口近岸海域调查结果相比，底栖生物群落变化幅度较小，优势种从江户明樱蛤变为凸壳肌蛤等。

表6 2015—2020年黄河口近岸海域夏季大型底栖生物特征及优势种

2015年以来，6次夏季航次黄河口近岸海域监测点底栖生物密度和多样性指数均值空间分布见图6。底栖生物作为海洋环境中重要的生态类群之一，不仅参与碳、氮等元素的化学循环，还维系着海洋生态系统的功能[19]。从图6可以看出，夏季黄河口近岸海域底栖生物多样性指数变化范围从南部的1.2至东部的3.5，底栖生物多样性呈现入海口东部离岸海域数值较高，西部近岸海域数值相对较低的特征，其中6#断面底栖生物多样性指数为3.5，属于Ⅱ级水平，是西部10#断面数值的2.9倍。底栖生物密度变化趋势与其多样性指数基本保持一致。

图6 黄河口近岸海域监测点位夏季底栖生物密度和多样性指数分布

2.7 黄河口近岸海域生物相关性分析

为了进一步分析夏季黄河口近岸海域海洋生物多样性与各水文水质监测指标之间的关系，通过相关性分析法对各指标间的关系密切程度进行评价，结果见表7。

表7 夏季黄河口近岸海域海洋生物多样性与各监测指标相关系数

浮游植物多样性指数与DIN浓度和石油类浓度分别呈中度负相关和中度正相关关系，与径流量、输沙量等指标呈弱相关关系，但是其相关性均不显著，属于偶然性因素。黄河口附近海域属于封闭性内海，三面环路，水文和气象条件相对稳定，受陆源污染物长期排放及氮磷比失衡的影响，海水有潜在的富营养化趋势，当汛期来临，受入海径流量增加的影响，河口近岸海域东南方向水体交换明显，黄河口南部和莱州湾西部广温广盐型和低盐近岸型藻在此环境条件下易繁殖为优势种[12]，导致赤潮发现的概率较高。

浮游动物多样性受黄河入海输沙量和径流量的影响极为显著，其相关性系数分别为0.941，0.918。强壮箭虫和背针胸刺水蚤是渤海大型浮游动物的主要优势种类，主要分布于受黄河淡水影响的东北部海域，并且其密度的变化与黄河径流的强弱有关，可作为沿岸水系的指示种[20]。每当夏季汛期来临，黄河口附近海域水体交换能力增强，温度、密度等跃层较普遍，有利于北太平洋西部暖水性种类的生长繁殖。虽然浮游动物多样性指数与DIN浓度和石油类浓度之间无显著相关性，但是其Pearson相关系数在这两项指标间有较高的水平(p>0.5)，分别为0.811和-0.731，说明水体中DIN浓度的升高和石油类浓度的下降也会偶然造成浮游动物多样性的增加。

黄河口近岸海域大型底栖生物多样性指数除与石油类浓度呈中度负相关关系外，与其余指标间均为正相关关系，但是根据显著性检验可知，各指标间相关关系不显著，基本为偶然性因素。汛期受上游来水量增加和小浪底水库调水调沙的双重影响，黄河口泥沙径流入海量普遍高于其他时期，尤其是2019年以来黄河入海泥沙径流量显著增加，底栖生物种数和密度较2018年有明显的增加。但是从各监测点底栖生物多样性指数空间分布上看，浮游动物高密度区主要位于黄河口东北部离岸水域。这表面底栖生物对环境的稳定性要求相对较高，盐度梯度和污染物浓度在黄河口近岸海域发生剧烈变化[21]，水体能见度下降，造成入海口近岸海域部分区域底栖生物种类数量相对较少。

3 结 论

(1) 2015—2020年黄河口近岸海域水质基本满足《海水水质标准》(GB3097-1997)中的工业用水区和滨海风景旅游区的水质要求(3类)，无机氮(DIN)作为主要污染物，其污染区域主要分布在黄河河口区和莱州湾西部的近岸海域。DIN浓度与黄河入海输沙量呈极显著的正相关，与其余指标间无显著性关系。黄河口近岸海域生态状况属于亚健康，其浮游动物和底栖动物密度偏高。

(2) 2015—2020年夏季6个航次黄河口近岸海域调查共采集到浮游植物77种，其中硅藻门占比最高，主要优势种为广温广盐型中肋骨条藻和低盐近岸型尖刺伪菱形藻，夏季黄河口北部浮游植物群落多样性指数明显高于南部和莱州湾西部。虽然浮游植物多样性指数与DIN浓度和石油类浓度均呈中度相关关系，但是其相关性不显著，属于偶然性因素。

(3) 黄河口近岸海域调查共采集到浮游动物52种，其中浮游甲壳类占比最多，主要优势种为强壮箭虫、背针胸刺水蚤和球形侧腕水母，其中需引起注意的是2019年以来球形侧腕水母取代背针胸刺水蚤成为河口区优势种，其数量的增加直接威胁养殖业的发展。“十三五”期间浮游动物物种数整体呈现增长的趋势，这是由于其多样性与黄河入海输沙量和径流量之间呈极显著的正相关性。2018年以来黄河入海径流量与往年相比显著增加。每年夏季，黄河入海口径流量的增加会使淡水的冲击力增强，水流偏向东北方，其携带的营养盐尤其是大量的DIN会促进离岸海水中盐度的上升，浮游动物多样性指数呈现由内向外递增的趋势，高值区位于东北部离岸海域。

(4) 黄河口近岸海域调查共采集到底栖生物92种，其中多毛类生物数量最多。近6 a来底栖生物种类和密度总体呈小幅增加的趋势，生态状况逐步好转，主要优势种类别发生变化。2018年之前优势种为寡节甘吻沙蚕。2018年以后优势种为丝异须虫、凸壳肌蛤等。底栖生物多样性指数与石油类浓度呈中度负相关关系，与径流量和输沙量呈正相关关系，但是无显著的相关性，属于偶然性因素。从本次研究的空间分布上看，底栖生物多样性呈现东部离岸海域数值较高，西部近岸海域数值相对较低的特征，说明夏季黄河口受上游来水量增加的影响，海域水体变化相对剧烈，底栖生物对环境的稳定性要求相对较高。