李 莉， 陳武軍， 張永豐， 陳 燕, 李欣陽　(國(guó)家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，河北秦皇島 066002)

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北戴河近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況的評(píng)價(jià)研究

李 莉， 陳武軍*， 張永豐， 陳 燕, 李欣陽(國(guó)家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，河北秦皇島 066002)

海水中營(yíng)養(yǎng)鹽是海洋浮游植物生長(zhǎng)與繁殖不可缺少的化學(xué)元素，是海洋生物地球化學(xué)循環(huán)中物質(zhì)循環(huán)中物質(zhì)流的基礎(chǔ)。近年來由于受地表徑流、工農(nóng)業(yè)污水排放及海水養(yǎng)殖排污等影響，海水富營(yíng)養(yǎng)化已成為我國(guó)近岸海域普遍存在的環(huán)境問題，并且富營(yíng)養(yǎng)化程度和范圍有逐漸加重和擴(kuò)大的趨勢(shì)[1]。由此引發(fā)的水質(zhì)下降與赤潮頻發(fā)，給海洋生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了嚴(yán)重的破壞和巨大損失。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)河口及近岸海域富營(yíng)養(yǎng)狀況的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作進(jìn)行了廣泛研究[2-5]。筆者運(yùn)用富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法、潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)法和小球藻培養(yǎng)法對(duì)北戴河近岸海域富營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在能夠更好了解北戴河近岸海域富營(yíng)養(yǎng)現(xiàn)狀，為更好地加強(qiáng)該海域環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)利用提供基礎(chǔ)資料，并對(duì)河口及近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)新方法進(jìn)行探索。

1材料與方法

1.1調(diào)查站位及調(diào)查項(xiàng)目2012年5~10月對(duì)北戴河近岸海域進(jìn)行表層水樣采集。調(diào)查區(qū)共設(shè)6個(gè)站位(圖1)，分析項(xiàng)目包括化學(xué)需氧量(COD)、氨氮(NH4-N)、亞硝酸鹽(NO2-N)、硝酸鹽(NO3-N)、磷酸鹽(PO4-P)。具體操作按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17378.4-2007)[6]第四部分：海水分析處理。

1.2富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法目前國(guó)際上關(guān)于富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)價(jià)尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)[7]。富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)價(jià)方法有富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)(E)指數(shù)[8-12]、潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)法[13]、Shennan指數(shù)法[14]和浮游植物群落結(jié)構(gòu)指數(shù)[15]。筆者采用目前國(guó)內(nèi)外常用的富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)法分析海域海水富營(yíng)養(yǎng)狀況。富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)計(jì)算公式如下：E=COD*DIN*DIP*106/4 500。其中COD、DIN、DIP分別表示海水中的化學(xué)耗氧量、無機(jī)氮和無機(jī)磷(單位為 mg/L)。當(dāng)E≥1時(shí)，水體為富營(yíng)養(yǎng)化類型，E值越大，富營(yíng)養(yǎng)化程度越嚴(yán)重。

1.3小球藻培養(yǎng)海洋小球藻藻種取自暨南大學(xué)。在1 000 ml的三角瓶中，將小球藻在f/2培養(yǎng)液中盡心培養(yǎng)，達(dá)到指數(shù)生長(zhǎng)期后，分別接種到經(jīng)0.45 μm濾膜過濾的水質(zhì)樣品中，每個(gè)水質(zhì)樣品設(shè)3個(gè)平行樣。溫度為25 ℃，光照強(qiáng)度為4 500 lx，光暗比為12 h∶12 h，每天定時(shí)搖動(dòng)2次，培養(yǎng)7 d。每天定時(shí)取樣，以血球計(jì)數(shù)板法測(cè)定小球藻的細(xì)胞個(gè)數(shù)，同時(shí)計(jì)算藻體生長(zhǎng)速率。計(jì)算公式如下[16]：K=2.303(lgN-lgN0)/t；T=0.693/K。其中，K為比生長(zhǎng)常數(shù)；N0為起始細(xì)胞密度；N為經(jīng)過t時(shí)間的細(xì)胞密度；T為平均世代(d)；t為生長(zhǎng)時(shí)間(d)。

2結(jié)果與分析

2.1COD、DIN和DIP的變化特征COD值是評(píng)價(jià)水體質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗从沉怂惺苓€原物質(zhì)污染的程度，也就是說反映了水樣中可氧化的有機(jī)質(zhì)氧化時(shí)所需要的氧量，因此COD值可作為有機(jī)物相對(duì)含量的指標(biāo)，其測(cè)值的高低直接反映了水體質(zhì)量的好壞[17]。由表1可知，調(diào)查海域水體COD值的變化范圍介于1.12～2.84 mg/L之間，各月份的COD值平均值在1.37～2.54 mg/L之間。8和9月水體COD值滿足二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(<3 mg/L)，其他月份的COD值滿足一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(<2 mg/L)。8和9月水體COD值較大，這可能是由于充沛的降雨將大量有機(jī)物沖刷入海，同時(shí)夏季正是養(yǎng)殖的高峰期，使得COD值達(dá)到了全年的最大值。

調(diào)查海域水體DIN含量的變化范圍介于0.056 3~0.672 mg/L之間，各月份的水體DIN含量平均值在0.068 2～0.549 mg/L之間。8和9月水體DIN含量平均值均超過海水四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0.5 mg/L)。10月水體DIN含量平均值符合海水二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0.3 mg/L)，其他月份水體DIN含量平均值均符合海水一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0.2 mg/L)。調(diào)查海域DIN以NO3-N為主，平均含量為0.138 mg/L，約占DIN的55.0%；其次是NH4-N，約占DIN的35.0%；含量最少的是DIN的中間產(chǎn)物NO2-N，占DIN的10.0%。

調(diào)查海域水體DIP含量的變化范圍介于0.003 12~0.051 9 mg/L之間，各月份的水體DIP含量均值在0.003 76～0.017 7之間。除8月6號(hào)站海水DIN含量超過海水水質(zhì)四類標(biāo)準(zhǔn)(0.045 mg/L)，其他各月份各站位海水DIP含量均符合海水水質(zhì)一類標(biāo)準(zhǔn)(0.015 mg/L)。

表1　5~10月COD、DIN、DIP值　mg/L

2.2北戴河近岸海域富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)水平評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表2。調(diào)查期間，北戴河近岸海域營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)的變化范圍在0.084 9~20.500 0之間，不同月份6個(gè)站位的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值變化范圍在0.112～5.720之間。從表3可知，調(diào)查海域豐水期富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)明顯高于枯水期和平水期。除8和9月之外，其他月份營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值均<1，這表明除8和9月外，其他月份調(diào)查海域海水水質(zhì)較好，尚未達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化水平。8和9月營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值均>1，表明8和9月北戴河近岸海域海水富營(yíng)養(yǎng)化，尤其8月的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值>3，已處于高富營(yíng)養(yǎng)化。

表3　各月不同站位富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)

2.3北戴河近岸海域潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)我國(guó)近海主要河口、海灣水體中N/P比幾乎都偏離Redfield值，這種偏離程度還隨季節(jié)不同而發(fā)生變化?？紤]到我國(guó)近岸海域普遍具有營(yíng)養(yǎng)鹽比例不平衡，致使浮游植物生長(zhǎng)受制于某一相對(duì)不足營(yíng)養(yǎng)鹽的特性，筆者選用郭衛(wèi)東等以潛在性富營(yíng)養(yǎng)化的概念為基礎(chǔ)，參照我國(guó)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以及有關(guān)試驗(yàn)結(jié)果，提出的分類分級(jí)的潛在性營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式[13]。分類分級(jí)潛在營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式的營(yíng)養(yǎng)級(jí)劃分原則見表4。利用2012年5~10月北戴河鄰近海域6個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)表層海水N、P營(yíng)養(yǎng)鹽含量監(jiān)測(cè)結(jié)果的平均值，對(duì)北戴河近岸海域不同月份表層海水的潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果見表5。

在赤潮多發(fā)期(5～10月)，5～7月的海水水質(zhì)平均狀況屬于貧營(yíng)養(yǎng)；8和9月的營(yíng)養(yǎng)程度達(dá)到最高水平，處于磷限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)化水平，接近富營(yíng)養(yǎng)化水平；10月的海水水質(zhì)平均狀況屬于磷限制中等營(yíng)養(yǎng)。這表明，5～7月北戴河近岸海域營(yíng)養(yǎng)水平很低，水質(zhì)質(zhì)量較好。8和9月由于降雨和徑流的影響，致使DIN水平升高，但由于P的限制，總體上尚處于潛在性富營(yíng)養(yǎng)化階段。從總體上來看，北戴河近岸海域營(yíng)養(yǎng)化程度呈現(xiàn)明顯的時(shí)間變化。

2.4小球藻培養(yǎng)法對(duì)調(diào)查海域營(yíng)養(yǎng)水平的分析海水中的DIN和DIP等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是海洋浮游植物生長(zhǎng)、繁殖所必需的成分，它們?cè)诳刂聘∮沃参锏纳L(zhǎng)中起著重要作用。筆者用各月份各站位的天然海水對(duì)小球藻進(jìn)行室內(nèi)培養(yǎng)，并計(jì)算小球藻的比生長(zhǎng)常數(shù)。通過比較小球藻的生長(zhǎng)速率，對(duì)北戴河海域海水富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。不同月份6個(gè)站位海水培養(yǎng)小球藻的比生長(zhǎng)常數(shù)均值變化范圍介于0.090 7～0.208 0之間。從圖2可知，8月小球藻的比生長(zhǎng)常數(shù)最大，9月次之，7月最小。

表4　潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模式營(yíng)養(yǎng)級(jí)的劃分原則

表5　調(diào)查海域潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果

應(yīng)用SPSS13.0軟件對(duì)北戴河近岸海域營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長(zhǎng)常數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，其Spearman相關(guān)系數(shù)R=0.813，顯著性水平α<0.01。北戴河近岸海域營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長(zhǎng)常數(shù)總體上成正相關(guān)關(guān)系，即營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)高的區(qū)域海水培養(yǎng)小球藻的比生長(zhǎng)常數(shù)相對(duì)也高。這表明小球藻生長(zhǎng)狀況能夠在一定程度上反映北戴河近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況。

3結(jié)論與討論

(1)在赤潮多發(fā)期(5～10月)，8和9月北戴河近岸海域海水COD、DIN和DIP含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他3個(gè)月份。8和9月海水DIN含量均值超過海水水質(zhì)四類標(biāo)準(zhǔn)，COD含量均值超過海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)。8月DIP含量均值超過海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)。

(2)富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)結(jié)果表明，8和9月北戴河近岸海域海水處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，尤其8月的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)均值>3，已處于高富營(yíng)養(yǎng)化。其他月份調(diào)查海域海水水質(zhì)較好，尚未達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化水平。

(3)潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果表明，5～7月北戴河近岸海域營(yíng)養(yǎng)水平很低，水質(zhì)質(zhì)量較好。8和9月由于降雨和徑流的影響，致使DIN水平升高，但由于P的限制，總體上尚處于潛在性富營(yíng)養(yǎng)化階段。

(4)通過對(duì)北戴河近岸海域營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長(zhǎng)常數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，北戴河近岸海域營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長(zhǎng)常數(shù)總體上成正相關(guān)關(guān)系，表明小球藻培養(yǎng)法能夠在一定程度上反映北戴河近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況。

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摘要根據(jù)2012年5~10月北戴河近岸海域水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，分析了該海域幾個(gè)重要化學(xué)指標(biāo)變化特征，并應(yīng)用富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法、潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)法和小球藻培養(yǎng)法對(duì)北戴河近岸海域富營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)3種方法結(jié)果進(jìn)行比較分析。營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法計(jì)算結(jié)果顯示，8和9月北戴河近岸海域海水處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，尤其8月的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(E)均值>3，已處于高富營(yíng)養(yǎng)化。其他月份調(diào)查海域海水水質(zhì)較好，尚未達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化水平。潛在性富營(yíng)養(yǎng)化法計(jì)算結(jié)果：5～7月北戴河近岸海域營(yíng)養(yǎng)水平很低，水質(zhì)質(zhì)量較好。8和9月由于降雨和徑流的影響，致使無機(jī)氮水平升高，但由于磷的限制，總體上尚處于潛在性富營(yíng)養(yǎng)化階段。通過對(duì)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長(zhǎng)常數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，北戴河近岸海域營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)和小球藻比生長(zhǎng)常數(shù)總體上成正相關(guān)關(guān)系，表明小球藻培養(yǎng)法能夠在一定程度上反映北戴河近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況。

關(guān)鍵詞富營(yíng)養(yǎng)化；近岸海域；富營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法；潛在性富營(yíng)養(yǎng)化程度評(píng)價(jià)法；小球藻培養(yǎng)法；北戴河

Eutrophication Assessment Research for Beidaihe Coastal Waters

LI Li, CHEN Wu-jun*, ZHANG Yong-feng et al(Marine Environment Monitoring Central Station of Qinghuangdao, SOA, Qinghuangdao, Hebei 066002)

AbstractBased on the survey data of Beidaihe coastal waters from May to October 2012, the characteristics of several important chemical factors were analyzed.By using eutrophication index, potential eutrophication assessment method and chlorella culture method, the eutrophication level of the sea area was assessed.Meanwhile, the assessment results of using the three assessment method were compared.The results based on eutrophication index showed that the Beidaihe coastal sea had a higher eutrophication level in August and September.Especially the average of eutrophication index (E) was greater than 3 in August.It had high eutrophication level.The other month had not reached the eutrophication level.The results based on potential eutrophication assessment method showed that the nutrition level of Beidaihe coastal waters were low from May to July.Because of rainfall and runoff, the level of inorganic nitrogen had increased in August and September.Because of the limitation of phosphorus, the nutrient status of Beidaihe coastal waters was still potential eutrophication.The nutrient state index had a positive correlation with the growth of chlorella by analyzing the relation of the nutrient state index and the growth of chlorella.It showed that the chlorella culture method could reflect the nutrient status of Beidaihe coastal waters.

Key wordsEutrophication; Coastal water; Eutrophication index; Potential eutrophication assessment method; Chlorella culture method; Beidaihe

收稿日期2015-10-23

通訊作者

作者簡(jiǎn)介李莉(1983-)，女，河北唐山人，工程師，碩士，從事海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究。*，高級(jí)工程師，碩士，從事海洋生態(tài)學(xué)研究。

基金項(xiàng)目國(guó)家海洋局北海分局2012年海洋科技項(xiàng)目(2012B11)；國(guó)家海洋局公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201305003)。

中圖分類號(hào)S 181.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)32-111-04