邢紅艷 ，孫珊 ，馬元慶 ，白艷艷 ，靳洋 ，劉義豪 ，秦華偉 ，李斌

（1.山東省海洋水產(chǎn)研究所，山東 煙臺(tái) 264006；2.山東省海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 煙臺(tái) 264006；3.山東省海洋生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 煙臺(tái) 264006）

海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽作為海洋生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，是浮游植物生長(zhǎng)的必需元素，也是海水富營(yíng)養(yǎng)化的重要指標(biāo)，其生物地球化學(xué)循環(huán)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)具有至關(guān)重要的作用（張正斌等，2004；張經(jīng)1997）。海灣作為一片三面環(huán)陸的水體，由于受到陸源徑流注入、工農(nóng)業(yè)廢水、城市生活污水排放和海水養(yǎng)殖排污等的影響，造成其富營(yíng)養(yǎng)化，赤潮頻發(fā)，破壞了局部海區(qū)的生態(tài)平衡，對(duì)漁業(yè)資源和海水利用等帶來(lái)不良的影響，引發(fā)的環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越多的受到人們的關(guān)注（石洪華等，2008；劉慧等，2003；Liu et al，2005；Liu et al，2007）。

煙臺(tái)四十里灣是我國(guó)北方典型的養(yǎng)殖區(qū)之一，位于煙臺(tái)市萊山區(qū)北部海域，西北與芝罘灣相連，東鄰養(yǎng)馬島，北有崆峒島、擔(dān)子島，海岸線長(zhǎng)20 km，面積約86.7 km2，屬半封閉型海域，水體交換能力較差（單志欣等，2001）。四十里灣海水養(yǎng)殖歷史悠久，是我國(guó)北方最早開展淺海海產(chǎn)養(yǎng)殖的海域之一，早在20世紀(jì)40年代就開展海帶和裙帶菜的養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)（吳玉霖等，2001；趙衛(wèi)紅等，2000）。根據(jù)山東省海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心監(jiān)測(cè)記錄，四十里灣從1998-2010年間，除2000、2003和2006年外，每年都有赤潮發(fā)生，富營(yíng)養(yǎng)化程度比較嚴(yán)重。本文根據(jù)四十里灣2003-2010年5-10月6個(gè)月份海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)航次調(diào)查的資料，對(duì)該海域8年來(lái)的營(yíng)養(yǎng)鹽歷史變化規(guī)律進(jìn)行了深入研究，并對(duì)其影響變化因素和富營(yíng)養(yǎng)化狀況進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，為深入掌握四十里灣污染變化形勢(shì)，研究人類活動(dòng)影響下典型海灣環(huán)境生態(tài)演變過(guò)程和機(jī)制，為維護(hù)和治理四十里灣海域生態(tài)環(huán)境提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

數(shù)據(jù)來(lái)源于2003-2010年5-10月份煙臺(tái)近海赤潮監(jiān)控區(qū)四十里灣赤潮監(jiān)測(cè)。灣內(nèi)設(shè)站位6個(gè)，從5月到10月每月1次，共6個(gè)航次，采樣站位如圖1所示。樣品的采集、保存和分析均按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB 17378-2007）規(guī)定的方法操作，營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)定NO3-N采用鋅鎘還原法，NO2-N采用鹽酸萘乙二胺分光光度法，NH4-N采用次溴酸鹽氧化法，PO4-P采用磷鉬藍(lán)分光光度法，SiO3-Si采用硅鉬黃分光光度法。c（DIN）=c（NO3-N）+c（NO2-N）+c（NH4-N）。

圖1 四十里灣取樣站位

2 結(jié)果與討論

2.1 營(yíng)養(yǎng)鹽狀況分析

煙臺(tái)四十里灣海域8年來(lái)營(yíng)養(yǎng)鹽5-10月6個(gè)月份的平均值見表1。從表1可知，近8年來(lái)四十里灣海域DIN呈逐漸上升的趨勢(shì)，2003年DIN濃度為 88.3 μg/L，而 2010 年濃度為 255 μg/L，是2003年的近3倍；PO4-P年際濃度變化范圍在4.55～13.2 μg/L之間，增加的趨勢(shì)不明顯。與DIN類似，SiO3-Si也呈逐漸上升的趨勢(shì)（2005年未測(cè)定）。因此，從研究結(jié)果來(lái)看，四十里灣營(yíng)養(yǎng)鹽在近8年平均含量有遞增趨勢(shì)；這與我國(guó)近岸、河口海域富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷增高的趨勢(shì)相一致（周斌等，2010；Zhang et al，2007）。

表1 四十里灣海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度及其比值平均值

季節(jié)變化上，DIN在春季（5月份）含量年際變化范圍為38.6～214 μg/L，逐年增高的趨勢(shì)較為明顯（圖1）；夏季（8月份），DIN含量年際變動(dòng)幅度較大，整體上亦呈增高的趨勢(shì)；秋季（10月份）DIN年際變化與春季類似，但含量明顯高于春季；在調(diào)查海區(qū)，夏季和秋季正處于豐水期，受降雨、陸源輸入的影響，營(yíng)養(yǎng)鹽含量整體較高。春季PO4-P含量隨年際變化較小，維持在一個(gè)較低的水平；夏、秋季PO4-P年際波動(dòng)較大，變化范圍為4.10～15.6 μg/L，整體上高于春季。SiO3-Si在 3 個(gè)季節(jié)逐年上升的趨勢(shì)均較明顯，其中在夏季含量最高，秋季次之，春季較低。整體結(jié)果表明，調(diào)查海域內(nèi)N、P等主要形態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度整體均高于20世紀(jì)90年代（趙衛(wèi)紅等，2000），且呈現(xiàn)歷年升高的趨勢(shì)，表明該海域環(huán)境有污染加重的趨勢(shì)，這與近年來(lái)煙臺(tái)市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而導(dǎo)致的人類活動(dòng)加劇、陸源污染物輸入量增加有關(guān)。

圖2 營(yíng)養(yǎng)鹽年際變化

2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)變化

研究表明，海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽水平與結(jié)構(gòu)對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)起著很重要的作用，適宜的Si∶N∶P的原子比值有利于浮游植物的生長(zhǎng)和繁殖，當(dāng)營(yíng)養(yǎng)鹽可以滿足浮游植物生長(zhǎng)時(shí)，海洋浮游植物的Si∶N∶P的原子比應(yīng)為16∶16∶1（Redfield系數(shù)）（孫珊等，2010）。而從表1可以看出，Si∶N∶P的原子比8年來(lái)逐漸偏離了Redfield系數(shù)，呈不斷升高的趨勢(shì)，某一元素濃度偏離過(guò)高或過(guò)低都可能引起浮游植物的生長(zhǎng)受到這一元素的限制。Dortch等（1992）提出了一個(gè)營(yíng)養(yǎng)鹽限制標(biāo)準(zhǔn)：（1）若Si∶P>22和N∶P>22同時(shí)成立，則PO4-P為限制因素；（2）若N∶P<10和Si∶N>1，則DIN為限制因素；（3）若 Si∶P<10 和 Si∶N<1，則 SiO3-Si為限制因素。由調(diào)查海域數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果看（表1），四十里灣海域已從N、Si相對(duì)不足向供給充分的方向發(fā)展；同時(shí)可以看出四十里灣海域正向P相對(duì)缺乏方向演變，且趨勢(shì)逐年加重，與有關(guān)研究結(jié)果基本一致（劉義豪等，2006）。

2.3 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度

海水中浮游植物按照Redfield系數(shù)攝取營(yíng)養(yǎng)鹽，一般必然有一部分N（對(duì)P限制水體而言）或P（對(duì)N限制水體而言）相對(duì)過(guò)剩；環(huán)境中過(guò)剩的N、P營(yíng)養(yǎng)鹽不能被浮游植物所利用，并未對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化有實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)，因而應(yīng)看作只具有一種潛在性，這種現(xiàn)象可稱為潛在性富營(yíng)養(yǎng)化（孫丕喜等，2006）。為了突出營(yíng)養(yǎng)鹽的限制特征,選取對(duì)浮游植物生長(zhǎng)起瓶頸制約作用的DIN、PO4-P作為評(píng)價(jià)參數(shù)（表1），根據(jù)郭衛(wèi)東等提出的潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行評(píng)價(jià)（表2）（郭衛(wèi)東等，1998；曲麗梅等，2006）。評(píng)價(jià)結(jié)果表明,2003-2006年，四十里灣調(diào)查海域處于貧營(yíng)養(yǎng)（Ⅰ）水平；2007-2010年，處于磷限制中度營(yíng)養(yǎng)（ⅣP）水平。由以上分析可知，調(diào)查海域從貧營(yíng)養(yǎng)逐漸過(guò)渡到中度營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，表現(xiàn)出潛在富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)的年份均為磷限制。

表2 營(yíng)養(yǎng)級(jí)的劃分原則

2.4 影響因素分析

近年來(lái)煙臺(tái)市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，隨著市政府東遷，在四十里灣的西南岸政治、經(jīng)濟(jì)、文化、教育、科研、體育等各類設(shè)施相繼建成；2008年底僅高校在校生及教職工總數(shù)已超過(guò)15萬(wàn)人，全區(qū)常住人口達(dá)30萬(wàn)余人（高昊東等，2011）；顯而易見，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的急劇增加，勢(shì)必加重灣內(nèi)的污染負(fù)荷。因此，四十里灣海域生態(tài)系統(tǒng)正承受著越來(lái)越大的壓力。

2.4.1 陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入

匯人四十里灣的陸源污染物主要包括工業(yè)廢水、生活污水和耕地、森林農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)等排水。四十里灣近岸有耕地7 755公頃，山地森林155公頃（葉孟杰等，2006），農(nóng)業(yè)化肥中含有的大量氮、磷等物質(zhì)會(huì)隨著雨水等排入灣內(nèi)。辛安河污水處理廠一期工程于2003年底開始試運(yùn)轉(zhuǎn)，日排污水量從最初的2萬(wàn)t增加為現(xiàn)在的9萬(wàn)t，出水水質(zhì)除總磷、硝酸鹽氮、總氮不達(dá)標(biāo)外，其它指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求；二期工程于2008年4月投于運(yùn)營(yíng)，但牟平區(qū)匯集于魚鳥河的污水和逛蕩河部分污水仍直排人海（高昊質(zhì)除總磷、硝酸鹽氮、總氮不達(dá)標(biāo)外，其它指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求；二期工程于2008年4月投于運(yùn)營(yíng)，但牟平區(qū)匯集于魚鳥河的污水和逛蕩河部分污水仍直排人海（高昊東等，2011），部分排污無(wú)法統(tǒng)計(jì)。陸源污染物入海量年際變化見表3。

表3 陸源輸入年際變化

2.4.2 養(yǎng)殖業(yè)污染

四十里灣扇貝養(yǎng)殖多為海灣扇貝、貽貝、櫛孔扇貝等，養(yǎng)殖方式主要為浮筏養(yǎng)殖。淺海養(yǎng)殖面積由1998年的1.8萬(wàn)畝增至2005年的8.4萬(wàn)畝，周毅等（2002）對(duì)四十里灣多種經(jīng)濟(jì)雙殼貝類和養(yǎng)殖中的污損動(dòng)物的N、P排泄進(jìn)行了測(cè)定，在這些動(dòng)物的N排泄中，籠式養(yǎng)殖的雙殼貝類NH4-N占總N排泄的平均值范圍為70.8%～80.1%；在P排泄中，有機(jī)磷（DOP）約占總?cè)芙饬祝═DP）排泄的l5%～27%。對(duì)面積為1.8×104畝的養(yǎng)殖區(qū)而言，貝類的N、P排泄分別能滿足浮游植物生產(chǎn)所需N、P的44%和40%；以2008年為例，貝類養(yǎng)殖及附著生物排泄總氮、總磷含量分別達(dá)到3 696 t/a、478 t/a，是陸源輸入的兩倍以上。由此可見，高密度的貝類養(yǎng)殖對(duì)海域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的貢獻(xiàn)是很顯著的。

3 結(jié)論

（1）2003-2010年海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)航次調(diào)查的資料結(jié)果表明，8年來(lái)四十里灣海域營(yíng)養(yǎng)鹽DIN、SiO3-Si呈逐漸上升的趨勢(shì)，PO4-P含量增加的趨勢(shì)不明顯。季節(jié)變化上，DIN含量在春季逐年增高的趨勢(shì)較為明顯，夏季DIN含量年際變動(dòng)幅度較大，秋季DIN年際變化與春季類似，但含量明顯高與春季。春季PO4-P含量隨年際變化較小，維持在一個(gè)較低的水平；夏、秋季PO4-P年際波動(dòng)較大，整體上高于春季。SiO3-Si在3個(gè)季節(jié)逐年上升的趨勢(shì)均較明顯，其中在夏季含量最高，秋季次之，春季較低。在調(diào)查海區(qū)，夏季和秋季正處于豐水期，受降雨、陸源輸入的影響，營(yíng)養(yǎng)鹽含量整體較高。

（2）調(diào)查海域Si∶N∶P的原子比8年來(lái)逐漸偏離了Redfield系數(shù)，呈不斷升高的趨勢(shì)；可以看出四十里灣海域正向P相對(duì)缺乏方向演變，且趨勢(shì)逐年加重。潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式評(píng)價(jià)結(jié)果表明，2003-2006年，四十里灣調(diào)查海域處于貧營(yíng)養(yǎng)（Ⅰ）水平；2007-2010年，處于磷限制中度營(yíng)養(yǎng)（ⅣP）水平。調(diào)查海域從貧營(yíng)養(yǎng)逐漸過(guò)渡到中度營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，表現(xiàn)出潛在富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)的年份均為磷限制。

（3）工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)及污水處理廠等陸源輸入給四十里灣帶來(lái)了大量的營(yíng)養(yǎng)鹽；灣內(nèi)養(yǎng)殖的多種經(jīng)濟(jì)雙殼貝類和養(yǎng)殖中的污損動(dòng)物的排泄及其殘留物對(duì)海域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有著非常顯著的貢獻(xiàn)。

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