游建勇，楊玉香，陳乃華

（福建省平潭環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，福建 平潭 350400）

近些年每年4～6月，福建平潭海域都會(huì)出現(xiàn)“藍(lán)眼淚”現(xiàn)象，吸引了眾多游客，成為當(dāng)?shù)卣魍频穆糜纹放疲瑥亩艿饺藗兊年P(guān)注。“藍(lán)眼淚”是由大量聚集的夜光藻受到干擾時(shí)生物發(fā)光形成的，福建沿海每年從4月進(jìn)入赤潮高發(fā)期，5～6月達(dá)到峰值，7月之后迅速減少[1]，其中福建海域中平潭島海域發(fā)生夜光藻的頻次更為突出[2]。但是，夜光藻藻華是目前世界上分布最為廣泛的有害藻華之一，可對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境與經(jīng)濟(jì)造成了不同程度的負(fù)面效應(yīng)[3,4]，有效監(jiān)測(cè)和預(yù)警夜光藻群落變化，防控夜光藻“藍(lán)眼淚”轉(zhuǎn)變?yōu)橐构庠宄喑?，不僅一定程度上減少災(zāi)害危害，對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境健康維護(hù)和當(dāng)?shù)氐暮Ｑ蠼?jīng)濟(jì)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義[5]。

現(xiàn)今，夜光藻藻華暴發(fā)機(jī)理尚不明確，對(duì)夜光藻的相關(guān)研究主要針對(duì)藻華現(xiàn)象的原位分析，重點(diǎn)關(guān)注水溫、氣溫、風(fēng)向、風(fēng)力、日照、潮汐和涌流等水文氣象條件對(duì)藻華生消的影響[3,6-9]。氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽是海洋生物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，同時(shí)營(yíng)養(yǎng)過(guò)剩也可導(dǎo)致海水富營(yíng)養(yǎng)化和藻類暴發(fā)等環(huán)境問(wèn)題[8]。目前，涉及平潭周邊海域的營(yíng)養(yǎng)鹽及富營(yíng)養(yǎng)化的研究較少，對(duì)重點(diǎn)時(shí)期重點(diǎn)海域開(kāi)展針對(duì)性、持續(xù)性的調(diào)查研究更少。本文結(jié)合福建省海洋與漁業(yè)局赤潮監(jiān)測(cè)預(yù)警信息，在4～6月赤潮暴發(fā)期和7～8月非暴發(fā)期分別對(duì)平潭周邊近岸海域開(kāi)展水質(zhì)調(diào)查跟蹤監(jiān)測(cè)，通過(guò)研究分析不同時(shí)期氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽變化規(guī)律及特征、營(yíng)養(yǎng)鹽限制狀況及主要環(huán)境因子間的相關(guān)性，為探究相關(guān)水質(zhì)特征下夜光藻“藍(lán)眼淚”及赤潮生消過(guò)程提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 點(diǎn)位布設(shè)

共布設(shè)4個(gè)點(diǎn)位，詳見(jiàn)圖1。其中東側(cè)海壇灣內(nèi)點(diǎn)位“藍(lán)眼淚”現(xiàn)象出現(xiàn)次數(shù)較多；南側(cè)為海壇海峽通道；西側(cè)靠近竹嶼湖及竹嶼灣口，容易受到養(yǎng)殖活動(dòng)、陸源輸入及圍填海的影響；北側(cè)靠近福清灣外海，容易受到外海海流影響。

圖1 平潭近岸海域調(diào)查點(diǎn)位示意圖

1.2 采樣與監(jiān)測(cè)

采樣所需的所有器材、采樣及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)均按照GB 17378.3—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第3部分：樣品采集、貯存與運(yùn)輸》規(guī)定的方法進(jìn)行處理；溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮（DIN）為硝態(tài)氮（NO3--N）、亞硝態(tài)氮（NO2--N）和銨態(tài)氮（NH4+-N）之和，溶解態(tài)活性磷酸鹽（DIP）和NO3--N、NO2--N和NH4+-N的樣品在實(shí)驗(yàn)室使用0.45 μm醋酸纖維濾膜過(guò)濾后使用SAN++的連續(xù)流動(dòng)比色法測(cè)定，方法檢出限均為0.001 mg/L；化學(xué)需氧量（COD）采用堿性高錳酸鉀法測(cè)定；葉綠素a（Chl-a）選用分光光度法測(cè)定。全部分析過(guò)程按照GB 17378.4—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第4部分：海水分析》及HJ 442.3—2020《近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 第三部分 近岸海域水質(zhì)監(jiān)測(cè)》規(guī)定的方法及要求開(kāi)展，測(cè)試結(jié)果符合樣品質(zhì)控要求。

2 營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)空分布規(guī)律

2.1 無(wú)機(jī)氮時(shí)空分布特征

周邊海域亞硝酸鹽氮（NO2--N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）及溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮（DIN）等跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)圖2。

圖2 被研究海域周邊無(wú)機(jī)氮時(shí)空分布特征

周邊海域暴發(fā)期NO2--N含量均為西側(cè)較高，其他海域含量都處于較低水平，而且分布較均勻。其中暴發(fā)期NO2--N濃度平均值西側(cè)＞南側(cè)＞東側(cè)＞北側(cè)。周邊海域非暴發(fā)期的NO3--N平均濃度西側(cè)較高，其他海域含量都處于較低水平，而且分布較均勻。暴發(fā)期NO3--N平均濃度西側(cè)最高，東部最低，平均值西側(cè)＞南側(cè)＞北側(cè)＞東側(cè)，且濃度高值較集中地出現(xiàn)在西側(cè)，各點(diǎn)位的平均濃度均大于非暴發(fā)期。

周邊海域非暴發(fā)期的NH4+-N平均濃度東側(cè)較高，其他海域含量都處于較低水平，整體分布較均勻。暴發(fā)期NH4+-N平均濃度東側(cè)最高，南側(cè)最低，平均值東側(cè)＞西側(cè)＞北側(cè)＞南側(cè)，NH4+-N含量整體呈現(xiàn)中部東西兩側(cè)向南北逐漸遞減的趨勢(shì)。因夜光藻可通過(guò)脫氨基將氨貯存于酸性液泡中[10]，其暴發(fā)常導(dǎo)致該海域氨含量升高，故周邊海域暴發(fā)期的氨氮均值均高于非暴發(fā)期。

DIN 為NO2--N、NO3--N和NH4+-N“三氮”之和。周邊海域暴發(fā)期DIN平均濃度東西兩側(cè)較高，南北兩側(cè)海域含量都處于較低水平，平均值東側(cè)＞西側(cè)＞南側(cè)＞北側(cè)。DIN含量整體呈現(xiàn)中部東西側(cè)向南北逐漸遞減的趨勢(shì)，且東西側(cè)海域均出現(xiàn)不同程度的水質(zhì)為劣四類的情況，劣四類比例均為50%。夜光藻體內(nèi)含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，每天排泄大量的氨和活性磷酸鹽到上層海水中加速其他藻類的生長(zhǎng)繁殖[10]。尤其在夜光藻暴發(fā)期，排泄的N和P能大部分滿足甚至超過(guò)浮游植物（硅藻）繁殖的需求[11]，周邊海域的監(jiān)測(cè)結(jié)果也顯示暴發(fā)期間DIN始終保持在較高水平。而非暴發(fā)期的周邊海域DIN含量東側(cè)較高，其他海域都處于較低水平，整體分布較均勻，均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 無(wú)機(jī)氮形態(tài)結(jié)果分析

無(wú)機(jī)氮的形態(tài)比例可以很好地揭示海洋中氮的來(lái)源，以陸源輸入為主的硝態(tài)氮為海域新生氮，海洋生物代謝產(chǎn)生的氨氮為海域再生氮[12]。生活污水和工業(yè)、養(yǎng)殖廢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轉(zhuǎn)化為硝氮，同時(shí)也有部分被反硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化為亞硝氮或氨氮。

周邊的海域調(diào)查結(jié)果顯示：東西南北側(cè)暴發(fā)期硝態(tài)氮占無(wú)機(jī)氮的比例分別為27%、63%、60%和54%，非暴發(fā)期為44%、55%、40%和40%。暴發(fā)期氨氮占無(wú)機(jī)氮的比例分別為67%、34%、36%和37%，非暴發(fā)期為47%、36%、44%和47%。調(diào)查海域的無(wú)機(jī)氮的不同形態(tài)平均占比如圖3所示，各個(gè)時(shí)期和點(diǎn)位的無(wú)機(jī)氮各形態(tài)占比均有不同，整體上無(wú)機(jī)氮主要形態(tài)為硝態(tài)氮，其次是氨氮，亞硝氮相對(duì)占比最小。不同形態(tài)氮的組成與海洋生物群的攝食、繁殖，沉積物中不同形態(tài)氮的釋放及陸地入海徑流有關(guān)。亞硝氮在周邊海域的占比在非暴發(fā)期（4～6月）均大于暴發(fā)期（7～8月），可能是受海水溫度和氣溫影響，反硝化細(xì)菌的活動(dòng)加強(qiáng)有關(guān)。岳新利[13]等認(rèn)為再生氮-銨鹽是影響無(wú)機(jī)氮鹽變化的主要原因，其濃度變化與浮游生物高度一致。氨氮在各時(shí)期的占比變化也一定程度上驗(yàn)證了該結(jié)論。

圖3 被研究海域無(wú)機(jī)氮的不同形態(tài)氮的平均組成

2.3 活性磷酸鹽時(shí)空分布特征

周邊海域活性磷酸鹽（PO43--P）跟蹤監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)圖4。

圖4 被研究海域活性磷酸鹽時(shí)空分布特征

2022 年平潭周邊近岸海域暴發(fā)期內(nèi)PO43--P濃度平均值東側(cè)＞南側(cè)＞西側(cè)＞北側(cè)，各點(diǎn)位水平差異較大，部分點(diǎn)位多次超過(guò)四類或劣四類標(biāo)準(zhǔn)；非暴發(fā)期總體上整個(gè)海域PO43--P含量較低且穩(wěn)定，均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 營(yíng)養(yǎng)鹽限制及富營(yíng)養(yǎng)化水平分析

3.1 營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征及時(shí)空變化

可以通過(guò)氮和磷2種元素的比值（N/P）來(lái)衡量這2種元素對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的貢獻(xiàn)，其是考察海水中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)[14]。氮磷比通過(guò)對(duì)浮游植物種群結(jié)果的影響，進(jìn)而影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)[15]。一般情況下，浮游植物按照N∶P比值（摩爾比）為16∶1的比例吸收海水中的氮、磷元素，過(guò)高或過(guò)低地偏離這個(gè)比值均會(huì)引起浮游植物的正常生長(zhǎng)受到限制而成為限制因子，當(dāng)N∶P＞16∶1時(shí)，水體為磷限制；當(dāng)N∶P＜16∶1時(shí)，水體為氮限制；16∶1稱為Redfield比值[16]。

被研究海域的氮磷比時(shí)空分布特征統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)圖5，可以看出研究海域N/P比的各點(diǎn)位各時(shí)期差異性較大，暴發(fā)期整體變化范圍在8～890之間，非暴發(fā)期整體變化范圍在2～266之間。從平均值上看，除南側(cè)海域非暴發(fā)期表現(xiàn)為氮限制外，其他海域的所有時(shí)期及點(diǎn)位的N/P比均大于Redfield比值，營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)為相對(duì)磷限制和氮過(guò)剩的狀態(tài)，表明活性磷酸鹽可能成為該海域浮游植物生長(zhǎng)的主要限值因子之一，其中氮磷比最高值出現(xiàn)在暴發(fā)期的東側(cè)。相關(guān)研究表明含磷用品的被限制及氮肥施用導(dǎo)致豐水期時(shí)入海排放表現(xiàn)出高氮低磷的特征，從而使周邊海域出現(xiàn)氮磷比高值[17]，因此控制陸域入海氮源污染極為重要。

圖5 被研究海域氮磷比時(shí)空分布特征

3.2 富營(yíng)養(yǎng)化水平

3.2.1 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)

富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)法以GB/T 12763.9—2007《海洋調(diào)查規(guī)范 第9部分：海洋生態(tài)調(diào)查指南》為依據(jù)，選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要是COD、DIN、DIP，其計(jì)算公式如下：

式⑴中，當(dāng)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E≥1時(shí)，則表示海域水體已呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。E值越高，富營(yíng)養(yǎng)化程度也越嚴(yán)重。調(diào)查海域的富營(yíng)養(yǎng)化水平的時(shí)空變化如圖6所示。

圖6 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E值時(shí)空分布特征

周邊海域暴發(fā)期的E平均值東側(cè)最高，南側(cè)最低，平均值東側(cè)＞西側(cè)＞南側(cè)＞北側(cè)，且均大于非暴發(fā)期E值。其中多數(shù)點(diǎn)位及時(shí)段的E值大于1。非暴發(fā)期的各點(diǎn)位平均E值均小于1，未達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化水平。

3.2.2 Chl-a的時(shí)空分布規(guī)律

調(diào)查周邊海域葉綠素a（Chl-a）的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)圖7?？傮w上調(diào)查期間調(diào)查海域的Chl-a波動(dòng)較大，暴發(fā)期海水Chl-a含量較高，非暴發(fā)期次之，其中暴發(fā)期Chl-a值東側(cè)＞北側(cè)＞南側(cè)＞西側(cè)。調(diào)查海域葉綠素a濃度過(guò)高的原因是浮游植物大量暴發(fā)，海水生產(chǎn)力高所致，特別是“藍(lán)眼淚”暴發(fā)期間，Chl-a最大值出現(xiàn)在東側(cè)，達(dá)到了21.3 μg/L。

圖7 Chl-a時(shí)空分布特征

3.2.3 營(yíng)養(yǎng)鹽與其他因子間的相關(guān)關(guān)系

調(diào)查周邊海域營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)和其他因子的Spearman相關(guān)性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1和表2。由表中可知暴發(fā)期和非暴發(fā)期的DIN、DIP、COD和Chl-a之間均未表現(xiàn)明顯的相關(guān)性，DIN和DIP等因子均不能單純成為浮游植物生長(zhǎng)繁殖的主要控制因素。富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E值與DIN及DIP含量呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明調(diào)查海域富營(yíng)養(yǎng)化程度主要受無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽含量的控制。暴發(fā)期間E值和Chl-a含量呈極顯著正相關(guān)，驗(yàn)證了浮游植物大量生長(zhǎng)繁殖需要消耗大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

表1 營(yíng)養(yǎng)鹽與相關(guān)因子相關(guān)性系數(shù)（暴發(fā)期）

表2 營(yíng)養(yǎng)鹽與相關(guān)因子相關(guān)性系數(shù)（非暴發(fā)期）

4 結(jié)論

通過(guò)在4～6月赤潮暴發(fā)期和7～8月赤潮非暴發(fā)期分別對(duì)平潭周邊近岸海域開(kāi)展水質(zhì)調(diào)查跟蹤監(jiān)測(cè)，研究分析氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽變化規(guī)律、營(yíng)養(yǎng)鹽限制狀況及主要環(huán)境因子間的相關(guān)性，得出以下結(jié)論：

1 ）周邊海域亞硝酸鹽氮（NO2--N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）及溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮（DIN）的不同時(shí)期分布差異較大，總體上平均濃度暴發(fā)期大于非暴發(fā)期，含量整體呈現(xiàn)中部東西側(cè)向南北逐漸遞減的趨勢(shì)。因夜光藻暴發(fā)常導(dǎo)致氨含量升高，暴發(fā)期各點(diǎn)位的氨氮均值均高于非暴發(fā)期。各個(gè)時(shí)期和點(diǎn)位的無(wú)機(jī)氮各形態(tài)占比均有不同，整體上以硝態(tài)氮為無(wú)機(jī)氮的主要形態(tài)，其次是氨氮，亞硝氮相對(duì)占比最小。

2 ）非暴發(fā)期，DIN和DIP都處于較低水平，整體分布較均勻，均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。暴發(fā)期海域的水質(zhì)均不同程度地因DIN和DIP含量偏高而出現(xiàn)四類或劣四類水質(zhì)的狀況。

3 ）研究海域N/P比的各點(diǎn)位各時(shí)期差異性較大，暴發(fā)期整體變化范圍在8～890之間，非暴發(fā)期整體變化范圍在2～266之間。從平均值上看，調(diào)查海域的大部分N/P比均大于Redfield比值，營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)均呈現(xiàn)為相對(duì)磷限制和氮過(guò)剩的狀態(tài)，表明活性磷酸鹽可能成為該海域浮游植物生長(zhǎng)的主要限制因子之一。周邊海域暴發(fā)期的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E均高于非暴發(fā)期，且東西兩側(cè)的富營(yíng)養(yǎng)化程度較嚴(yán)重，雖然DIN、DIP和Chl-a之間均未表現(xiàn)明顯的相關(guān)性，但富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E值與DIN及DIP含量呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明調(diào)查海域富營(yíng)養(yǎng)化程度主要受無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽含量的控制。

4 ）相關(guān)部門可通過(guò)定點(diǎn)監(jiān)測(cè)營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)及浮游生物種群變化，融合暴發(fā)期周邊海域氮磷比及無(wú)機(jī)氮組成特征及演變規(guī)律等信息，結(jié)合水文及氣象等條件，評(píng)估夜光藻“藍(lán)眼淚”向夜光藻赤潮發(fā)展的趨勢(shì)，提高藍(lán)眼淚預(yù)測(cè)概率，為夜光藻赤潮預(yù)警和濱海旅游的“藍(lán)眼淚”預(yù)報(bào)服務(wù)提供支持。