“蓝眼泪”背景下平潭海域营养盐时空分布及富营养化研究*

游建勇，杨玉香，陈乃华

（福建省平潭环境监测中心站，福建 平潭 350400）

近些年每年4～6月，福建平潭海域都会出现“蓝眼泪”现象，吸引了众多游客，成为当地政府主推的旅游品牌，从而受到人们的关注。“蓝眼泪”是由大量聚集的夜光藻受到干扰时生物发光形成的，福建沿海每年从4月进入赤潮高发期，5～6月达到峰值，7月之后迅速减少[1]，其中福建海域中平潭岛海域发生夜光藻的频次更为突出[2]。但是，夜光藻藻华是目前世界上分布最为广泛的有害藻华之一，可对当地环境与经济造成了不同程度的负面效应[3,4]，有效监测和预警夜光藻群落变化，防控夜光藻“蓝眼泪”转变为夜光藻赤潮，不仅一定程度上减少灾害危害，对海洋生态环境健康维护和当地的海洋经济有着重要的现实意义[5]。

现今，夜光藻藻华暴发机理尚不明确，对夜光藻的相关研究主要针对藻华现象的原位分析，重点关注水温、气温、风向、风力、日照、潮汐和涌流等水文气象条件对藻华生消的影响[3,6-9]。氮、磷等营养盐是海洋生物生长所必需的营养元素，同时营养过剩也可导致海水富营养化和藻类暴发等环境问题[8]。目前，涉及平潭周边海域的营养盐及富营养化的研究较少，对重点时期重点海域开展针对性、持续性的调查研究更少。本文结合福建省海洋与渔业局赤潮监测预警信息，在4～6月赤潮暴发期和7～8月非暴发期分别对平潭周边近岸海域开展水质调查跟踪监测，通过研究分析不同时期氮、磷营养盐变化规律及特征、营养盐限制状况及主要环境因子间的相关性，为探究相关水质特征下夜光藻“蓝眼泪”及赤潮生消过程提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 点位布设

共布设4个点位，详见图1。其中东侧海坛湾内点位“蓝眼泪”现象出现次数较多；南侧为海坛海峡通道；西侧靠近竹屿湖及竹屿湾口，容易受到养殖活动、陆源输入及围填海的影响；北侧靠近福清湾外海，容易受到外海海流影响。

图1 平潭近岸海域调查点位示意图

1.2 采样与监测

采样所需的所有器材、采样及现场监测均按照GB 17378.3—2007《海洋监测规范 第3部分：样品采集、贮存与运输》规定的方法进行处理；溶解态无机氮（DIN）为硝态氮（NO3--N）、亚硝态氮（NO2--N）和铵态氮（NH4+-N）之和，溶解态活性磷酸盐（DIP）和NO3--N、NO2--N和NH4+-N的样品在实验室使用0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤后使用SAN++的连续流动比色法测定，方法检出限均为0.001 mg/L；化学需氧量（COD）采用碱性高锰酸钾法测定；叶绿素a（Chl-a）选用分光光度法测定。全部分析过程按照GB 17378.4—2007《海洋监测规范 第4部分：海水分析》及HJ 442.3—2020《近岸海域环境监测技术规范 第三部分 近岸海域水质监测》规定的方法及要求开展，测试结果符合样品质控要求。

2 营养盐时空分布规律

2.1 无机氮时空分布特征

周边海域亚硝酸盐氮（NO2--N）、硝酸盐氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）及溶解态无机氮（DIN）等跟踪监测结果详见图2。

图2 被研究海域周边无机氮时空分布特征

周边海域暴发期NO2--N含量均为西侧较高，其他海域含量都处于较低水平，而且分布较均匀。其中暴发期NO2--N浓度平均值西侧＞南侧＞东侧＞北侧。周边海域非暴发期的NO3--N平均浓度西侧较高，其他海域含量都处于较低水平，而且分布较均匀。暴发期NO3--N平均浓度西侧最高，东部最低，平均值西侧＞南侧＞北侧＞东侧，且浓度高值较集中地出现在西侧，各点位的平均浓度均大于非暴发期。

周边海域非暴发期的NH4+-N平均浓度东侧较高，其他海域含量都处于较低水平，整体分布较均匀。暴发期NH4+-N平均浓度东侧最高，南侧最低，平均值东侧＞西侧＞北侧＞南侧，NH4+-N含量整体呈现中部东西两侧向南北逐渐递减的趋势。因夜光藻可通过脱氨基将氨贮存于酸性液泡中[10]，其暴发常导致该海域氨含量升高，故周边海域暴发期的氨氮均值均高于非暴发期。

DIN 为NO2--N、NO3--N和NH4+-N“三氮”之和。周边海域暴发期DIN平均浓度东西两侧较高，南北两侧海域含量都处于较低水平，平均值东侧＞西侧＞南侧＞北侧。DIN含量整体呈现中部东西侧向南北逐渐递减的趋势，且东西侧海域均出现不同程度的水质为劣四类的情况，劣四类比例均为50%。夜光藻体内含有丰富的营养物质，每天排泄大量的氨和活性磷酸盐到上层海水中加速其他藻类的生长繁殖[10]。尤其在夜光藻暴发期，排泄的N和P能大部分满足甚至超过浮游植物（硅藻）繁殖的需求[11]，周边海域的监测结果也显示暴发期间DIN始终保持在较高水平。而非暴发期的周边海域DIN含量东侧较高，其他海域都处于较低水平，整体分布较均匀，均符合二类海水水质标准。

2.2 无机氮形态结果分析

无机氮的形态比例可以很好地揭示海洋中氮的来源，以陆源输入为主的硝态氮为海域新生氮，海洋生物代谢产生的氨氮为海域再生氮[12]。生活污水和工业、养殖废水等含氮污染物排入近岸海域后，部分在好氧微生物的作用下转化为硝氮，同时也有部分被反硝化细菌转化为亚硝氮或氨氮。

周边的海域调查结果显示：东西南北侧暴发期硝态氮占无机氮的比例分别为27%、63%、60%和54%，非暴发期为44%、55%、40%和40%。暴发期氨氮占无机氮的比例分别为67%、34%、36%和37%，非暴发期为47%、36%、44%和47%。调查海域的无机氮的不同形态平均占比如图3所示，各个时期和点位的无机氮各形态占比均有不同，整体上无机氮主要形态为硝态氮，其次是氨氮，亚硝氮相对占比最小。不同形态氮的组成与海洋生物群的摄食、繁殖，沉积物中不同形态氮的释放及陆地入海径流有关。亚硝氮在周边海域的占比在非暴发期（4～6月）均大于暴发期（7～8月），可能是受海水温度和气温影响，反硝化细菌的活动加强有关。岳新利[13]等认为再生氮-铵盐是影响无机氮盐变化的主要原因，其浓度变化与浮游生物高度一致。氨氮在各时期的占比变化也一定程度上验证了该结论。

图3 被研究海域无机氮的不同形态氮的平均组成

2.3 活性磷酸盐时空分布特征

周边海域活性磷酸盐（PO43--P）跟踪监测结果统计值见图4。

图4 被研究海域活性磷酸盐时空分布特征

2022 年平潭周边近岸海域暴发期内PO43--P浓度平均值东侧＞南侧＞西侧＞北侧，各点位水平差异较大，部分点位多次超过四类或劣四类标准；非暴发期总体上整个海域PO43--P含量较低且稳定，均符合二类海水水质标准。

3 营养盐限制及富营养化水平分析

3.1 营养盐结构特征及时空变化

可以通过氮和磷2种元素的比值（N/P）来衡量这2种元素对水体富营养化的贡献，其是考察海水中营养盐浓度结构的重要指标[14]。氮磷比通过对浮游植物种群结果的影响，进而影响整个生态系统[15]。一般情况下，浮游植物按照N∶P比值（摩尔比）为16∶1的比例吸收海水中的氮、磷元素，过高或过低地偏离这个比值均会引起浮游植物的正常生长受到限制而成为限制因子，当N∶P＞16∶1时，水体为磷限制；当N∶P＜16∶1时，水体为氮限制；16∶1称为Redfield比值[16]。

被研究海域的氮磷比时空分布特征统计值见图5，可以看出研究海域N/P比的各点位各时期差异性较大，暴发期整体变化范围在8～890之间，非暴发期整体变化范围在2～266之间。从平均值上看，除南侧海域非暴发期表现为氮限制外，其他海域的所有时期及点位的N/P比均大于Redfield比值，营养盐结构均呈现为相对磷限制和氮过剩的状态，表明活性磷酸盐可能成为该海域浮游植物生长的主要限值因子之一，其中氮磷比最高值出现在暴发期的东侧。相关研究表明含磷用品的被限制及氮肥施用导致丰水期时入海排放表现出高氮低磷的特征，从而使周边海域出现氮磷比高值[17]，因此控制陆域入海氮源污染极为重要。

图5 被研究海域氮磷比时空分布特征

3.2 富营养化水平

3.2.1 富营养化指数

富营养化指数评价法以GB/T 12763.9—2007《海洋调查规范 第9部分：海洋生态调查指南》为依据，选取的评价指标主要是COD、DIN、DIP，其计算公式如下：

式⑴中，当富营养化指数E≥1时，则表示海域水体已呈富营养化状态。E值越高，富营养化程度也越严重。调查海域的富营养化水平的时空变化如图6所示。

图6 富营养化指数E值时空分布特征

周边海域暴发期的E平均值东侧最高，南侧最低，平均值东侧＞西侧＞南侧＞北侧，且均大于非暴发期E值。其中多数点位及时段的E值大于1。非暴发期的各点位平均E值均小于1，未达到富营养化水平。

3.2.2 Chl-a的时空分布规律

调查周边海域叶绿素a（Chl-a）的统计结果见图7。总体上调查期间调查海域的Chl-a波动较大，暴发期海水Chl-a含量较高，非暴发期次之，其中暴发期Chl-a值东侧＞北侧＞南侧＞西侧。调查海域叶绿素a浓度过高的原因是浮游植物大量暴发，海水生产力高所致，特别是“蓝眼泪”暴发期间，Chl-a最大值出现在东侧，达到了21.3 μg/L。

图7 Chl-a时空分布特征

3.2.3 营养盐与其他因子间的相关关系

调查周边海域营养盐指标和其他因子的Spearman相关性统计结果见表1和表2。由表中可知暴发期和非暴发期的DIN、DIP、COD和Chl-a之间均未表现明显的相关性，DIN和DIP等因子均不能单纯成为浮游植物生长繁殖的主要控制因素。富营养化指数E值与DIN及DIP含量呈极显著正相关，说明调查海域富营养化程度主要受无机氮和活性磷酸盐含量的控制。暴发期间E值和Chl-a含量呈极显著正相关，验证了浮游植物大量生长繁殖需要消耗大量的营养物质。

表1 营养盐与相关因子相关性系数（暴发期）

表2 营养盐与相关因子相关性系数（非暴发期）

4 结论

通过在4～6月赤潮暴发期和7～8月赤潮非暴发期分别对平潭周边近岸海域开展水质调查跟踪监测，研究分析氮、磷营养盐变化规律、营养盐限制状况及主要环境因子间的相关性，得出以下结论：

1 ）周边海域亚硝酸盐氮（NO2--N）、硝酸盐氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）及溶解态无机氮（DIN）的不同时期分布差异较大，总体上平均浓度暴发期大于非暴发期，含量整体呈现中部东西侧向南北逐渐递减的趋势。因夜光藻暴发常导致氨含量升高，暴发期各点位的氨氮均值均高于非暴发期。各个时期和点位的无机氮各形态占比均有不同，整体上以硝态氮为无机氮的主要形态，其次是氨氮，亚硝氮相对占比最小。

2 ）非暴发期，DIN和DIP都处于较低水平，整体分布较均匀，均符合二类海水水质标准。暴发期海域的水质均不同程度地因DIN和DIP含量偏高而出现四类或劣四类水质的状况。

3 ）研究海域N/P比的各点位各时期差异性较大，暴发期整体变化范围在8～890之间，非暴发期整体变化范围在2～266之间。从平均值上看，调查海域的大部分N/P比均大于Redfield比值，营养盐结构均呈现为相对磷限制和氮过剩的状态，表明活性磷酸盐可能成为该海域浮游植物生长的主要限制因子之一。周边海域暴发期的富营养化指数E均高于非暴发期，且东西两侧的富营养化程度较严重，虽然DIN、DIP和Chl-a之间均未表现明显的相关性，但富营养化指数E值与DIN及DIP含量呈极显著正相关，说明调查海域富营养化程度主要受无机氮和活性磷酸盐含量的控制。

4 ）相关部门可通过定点监测营养盐指标及浮游生物种群变化，融合暴发期周边海域氮磷比及无机氮组成特征及演变规律等信息，结合水文及气象等条件，评估夜光藻“蓝眼泪”向夜光藻赤潮发展的趋势，提高蓝眼泪预测概率，为夜光藻赤潮预警和滨海旅游的“蓝眼泪”预报服务提供支持。