楊曉龍,齊愛民,王麗麗,宗虎民,李 強(qiáng)

(1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧大連 116023;2.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧大連 116023)

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青堆子灣池塘養(yǎng)殖區(qū)及鄰近海域無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)空變化與富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)

楊曉龍1,2,齊愛民1,2,王麗麗2*,宗虎民2,李 強(qiáng)1

(1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧大連 116023;2.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧大連 116023)

[目的]研究青堆子灣池塘養(yǎng)殖區(qū)及鄰近海域無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)空變化，評(píng)價(jià)其富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)狀況。[方法]根據(jù)2011年10月至2012年12月4個(gè)季節(jié)對(duì)青堆子灣池塘養(yǎng)殖區(qū)和鄰近海域表層海水的無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽調(diào)查，采用一種分類等級(jí)的海水富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)估模式，對(duì)該海域的營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)進(jìn)行了評(píng)估。[結(jié)果]青堆子灣池塘養(yǎng)殖區(qū)和鄰近海域營(yíng)養(yǎng)鹽含量呈顯著的季節(jié)性變化，平面呈由養(yǎng)殖區(qū)向外海濃度逐漸降低的分布格局，受陸源污水排放和養(yǎng)殖活動(dòng)影響；青堆子灣海域水質(zhì)為中度營(yíng)養(yǎng)等級(jí)，春夏季受氮限制，冬季受磷限制，可能面臨赤潮暴發(fā)的危險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)陸源污水排放管理。[結(jié)論]青堆子灣池塘養(yǎng)殖區(qū)及鄰近海域表層水體整體呈中度富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)。

富營(yíng)養(yǎng)化；青堆子灣；池塘養(yǎng)殖區(qū)；鄰近海域；無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽

營(yíng)養(yǎng)鹽作為海洋中初級(jí)生產(chǎn)者生長(zhǎng)繁殖的關(guān)鍵環(huán)境因子，對(duì)于維持海洋生態(tài)系統(tǒng)的能量和物質(zhì)循環(huán)起到至關(guān)重要的作用[1]。但是營(yíng)養(yǎng)鹽過剩會(huì)造成水體污染，有害藻類繁殖過快，導(dǎo)致赤潮暴發(fā)等生態(tài)災(zāi)害頻繁發(fā)生。黃海屬于陸架海域，具有較高的生產(chǎn)力[2]。青堆子灣位于黃海北部，有湖里河、地窨河及英那河等多條河流匯入，同時(shí)從陸域攜帶大量的無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)污染物入灣[3]。近年來，青堆子灣沿岸的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，尤其是海參池塘養(yǎng)殖迅猛發(fā)展，養(yǎng)殖過程中投放的飼料、藥品及水產(chǎn)生物遺留的殘餌、糞便等隨養(yǎng)殖海水排入灣內(nèi)，也會(huì)導(dǎo)致灣內(nèi)海水水質(zhì)受到污染[4]，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度較嚴(yán)重。目前關(guān)于青堆子灣水體營(yíng)養(yǎng)化程度和來源的研究報(bào)道較少。吳金浩等[5]于2008～2009年對(duì)青堆子灣近海海域的水體富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)不同季節(jié)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的控制因子不同，但對(duì)于關(guān)鍵富營(yíng)養(yǎng)化因子——無機(jī)氮磷的來源及養(yǎng)殖池塘對(duì)海域富營(yíng)養(yǎng)化的可能貢獻(xiàn)鮮見報(bào)道。筆者根據(jù)2011～2012年對(duì)青堆子灣海域及沿海養(yǎng)殖池塘的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查資料，分析了該海域和養(yǎng)殖池塘的營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)空分布及變化規(guī)律，并分析了該海域的營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征，最后對(duì)青堆子灣海水的富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行了評(píng)估，旨在為評(píng)估青堆子灣的環(huán)境質(zhì)量、控制赤潮暴發(fā)、保護(hù)和進(jìn)一步開發(fā)海洋資源等提供數(shù)據(jù)支撐。

1　材料與方法

1.1樣品采集在青堆子灣養(yǎng)殖池塘和鄰近海域布設(shè)9個(gè)斷面，共31個(gè)站位。其中，在池塘養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)設(shè)置5個(gè)斷面，共15個(gè)監(jiān)測(cè)站位(C1～C15)，在鄰近海域設(shè)置4個(gè)斷面，共16個(gè)監(jiān)測(cè)站位(H1～H16)(圖1)。調(diào)查取樣時(shí)間分別為春季(2012年5月)、夏季(2012年8月)、秋季(2011年10月)和冬季(2012年12月)。

采用多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀YSI對(duì)表層海水(0.5 m)的溫度、鹽度和pH等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)并記錄。用2 500 mL有機(jī)玻璃采水器采集表層0.5 m海水，水樣經(jīng)0.45 μm醋酸纖維濾膜現(xiàn)場(chǎng)減壓過濾后低溫保存至聚乙烯采樣瓶中，運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室以待營(yíng)養(yǎng)鹽分析。

1.2測(cè)定項(xiàng)目與方法根據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB 17378—2007)對(duì)海水樣品營(yíng)養(yǎng)鹽含量進(jìn)行分析測(cè)定。采用奈乙二胺分光光度法測(cè)定亞硝酸氮(NO2-N)含量；采用鋅鎘還原法測(cè)定硝酸氮(NO3-N)含量；采用次溴酸鈉氧化法測(cè)定銨氮(NH4-N)含量；采用磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定無機(jī)磷(PO4-P)含量；總?cè)芙鉄o機(jī)氮為前三者總和。

圖1　青堆子灣采樣站位分布Fig.1　Distribution of sampling sites in Qingduizi Bay

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)運(yùn)用ArcGIS 10.2繪制站位圖，采用克里金插值法繪制營(yíng)養(yǎng)鹽分布圖。運(yùn)用SPSS 19.0軟件和Microsoft Office Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和圖形繪制。

2　結(jié)果與分析

2.1無機(jī)氮(TIN)含量分布特征從圖2可以看出，海域表層海水不同季度的DIN濃度范圍分別為：春季100.1～841.7 μg/L(平均值406.0 μg/L)，夏季25.1～381.3 μg/L(平均值239.1 μg/L)，秋季26.5～141.2 μg/L(平均值83.1 μg/L)，冬季253.9～1 242.2 μg/L(平均值541.7 μg/L)?？梢?，無機(jī)氮濃度在青堆子灣表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化，從大到小依次為冬季、春季、夏季、秋季。

冬季TIN平均含量高于第四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，污染程度較大，高值主要出現(xiàn)在池塘養(yǎng)殖區(qū)，TIN含量從養(yǎng)殖區(qū)向外海逐漸降低，表明TIN主要來源于養(yǎng)殖區(qū)水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中排放的廢水等，這是由于未經(jīng)處理的廢水中含有高濃度的殘餌、糞便、農(nóng)藥等，導(dǎo)致鄰近海域無機(jī)氮含量升高。冬季調(diào)查水域降溫，造成底層海水和表層海水交換，形成上升流，上升流促進(jìn)底層營(yíng)養(yǎng)鹽向表層轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致海域表層海水在冬季的TIN含量最高。春季海區(qū)的TIN含量符合第四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，高值主要出現(xiàn)在養(yǎng)殖區(qū)和河口區(qū)，這是由于春冬交替之際是養(yǎng)殖活動(dòng)最為頻繁的時(shí)期，而入海河流的水流量也逐漸增大，河水入海過程攜帶大量污染物對(duì)青堆子灣的無機(jī)氮含量升高也起到了較大的推動(dòng)作用。夏季和秋季由于受到暖水團(tuán)和季風(fēng)影響，表層海水TIN含量分布較為均勻且含量較低，夏季海區(qū)的TIN含量接近第二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，秋季TIN含量最低，達(dá)到第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。原因可能是由于夏秋季節(jié)海域的浮游植物繁殖旺盛，大量消耗營(yíng)養(yǎng)鹽，導(dǎo)致水體TIN含量普遍較低，這與長(zhǎng)江口鄰近海域的TIN分布模式相似[6]。青堆子灣3條入海徑流(湖里河、地窨河以及英那河)在夏秋季節(jié)表現(xiàn)出不同的TIN含量變化。夏秋季節(jié)是入海徑流的主汛期，夏季表現(xiàn)為地窨河的TIN含量最高，且接近地窨河口的養(yǎng)殖區(qū)及鄰近海域TIN含量普遍較高，因此夏季青堆子灣海域的TIN主要來源于地窨河徑流的攜帶；秋季表現(xiàn)為湖里河和英那河的TIN含量較高，2條徑流河口區(qū)的TIN含量顯著高于其他區(qū)域，這表明湖里河和英那河是調(diào)查海域TIN含量的主要來源。

圖2　青堆子灣養(yǎng)殖區(qū)和鄰近海域TIN的時(shí)空分布Fig.2　Spatial and temporal distributions of TIN in aquaculture area and adjacent sea area in Qingduizi Bay

2.2無機(jī)磷(TIP)含量分布特征從圖3可以看出，與TIN含量時(shí)空變化相比，TIP表現(xiàn)出相異的季節(jié)性變化，主要表現(xiàn)為：春季7.67～73.30 μg/L(平均值32.11 μg/L)，夏季13.43～89.14 μg/L(平均值46.62 μg/L)，秋季2.24～8.67 μg/L(平均值4.52 μg/L)，冬季8.95～167.71 μg/L(平均值29.62 μg/L)。各季節(jié)的TIP含量從大到小依次為夏季、春季、冬季、秋季。

夏季養(yǎng)殖區(qū)和鄰近海域的TIP平均含量最高，超過第三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定濃度，污染較嚴(yán)重。高值主要出現(xiàn)在湖里河口區(qū)，TIP含量從河口向外海逐漸降低，表明TIP主要來源于湖里河等地表徑流，同時(shí)受到東西流向的環(huán)流影響，TIP濃度在調(diào)查海域出現(xiàn)了東低西高的分布局面。春季海區(qū)的TIP含量符合第三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，高值出現(xiàn)在英那河口區(qū)，由于春冬交替之際地表徑流的水流量逐漸增大，河水入海過程攜帶大量污染物是青堆子灣TIP含量升高的關(guān)鍵因素。秋季表層海水TIP含量分布較為均勻且含量最低，符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。TIP分布走向呈鈍水舌形態(tài)由東向西逐漸升高，該分布模式仍受東西流向的環(huán)流影響。冬季養(yǎng)殖區(qū)和鄰近海域的TIP含量接近第二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，與秋季的TIP濃度分布完全相反，表現(xiàn)出東高西低的分布模式。由于秋冬季節(jié)地表徑流水流量減少，對(duì)調(diào)查海域TIP濃度的貢獻(xiàn)不大，TIP主要來源是養(yǎng)殖區(qū)廢水和殘餌等排放。

圖3　青堆子灣養(yǎng)殖區(qū)和鄰近海域TIP的時(shí)空分布Fig.3　Spatial and temporal distributions of TIP in aquaculture area and adjacent sea area in Qingduizi Bay

2.3營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)Redfield研究發(fā)現(xiàn)，大洋深層的N/P值約為16，與浮游植物體內(nèi)元素成分的N/P值相似，因此該值(Redfield比值)是評(píng)價(jià)海域營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)，作為海域估算缺乏氮或磷元素的依據(jù)。從圖4可以看出，調(diào)查海域春夏季節(jié)的N/P值低于Redfield比值，而秋冬季節(jié)的N/P值略高于Redfield比值。青堆子灣海域的N/P值在夏季達(dá)到最低(5.13)，表明水體中TIN相對(duì)缺乏，而TIP含量相對(duì)過盛，該時(shí)期影響浮游植物生長(zhǎng)的主要限制條件為TIN供給不足。秋冬季節(jié)的N/P值差異不大(18.39和18.29)，且接近Redfield比值，該時(shí)期無機(jī)磷含量稍微過盛，根據(jù)胡明輝等[7]的研究結(jié)果，海水N/P值小于8時(shí)，浮游植物的生長(zhǎng)為TIN限制，N/P值大于30時(shí)，浮游植物的生長(zhǎng)為TIP限制。由此可見，春季和秋冬季節(jié)的海水無機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽不會(huì)對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)造成較大影響。

圖4　青堆子灣養(yǎng)殖區(qū)及鄰近海域N/P值的季節(jié)變化Fig.4　Seasonal variation of N/P in aquaculture area and adjacent sea area in Qingduizi Bay

2.4營(yíng)養(yǎng)等級(jí)目前，國(guó)內(nèi)外有多種對(duì)海水富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)的評(píng)價(jià)方法，如單項(xiàng)指標(biāo)法、綜合指數(shù)評(píng)價(jià)和模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)[8-10]，這些方法各有評(píng)價(jià)優(yōu)勢(shì)，但尚難以從根本上揭示營(yíng)養(yǎng)鹽限制對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的影響。筆者采用郭衛(wèi)東等[11]提出的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法，對(duì)青堆子灣養(yǎng)殖區(qū)和試驗(yàn)區(qū)的水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)(表1)。

評(píng)價(jià)結(jié)果表明，春季和夏季養(yǎng)殖區(qū)的N/P值大多為4～8，活性磷酸鹽濃度為0.030～0.045 mg/L，水質(zhì)為氮限制中度營(yíng)養(yǎng)(ⅣN級(jí))；而青堆子灣海域春季的水質(zhì)條件符合Ⅱ級(jí)營(yíng)養(yǎng)型，即中度營(yíng)養(yǎng)化程度，夏季該海域?yàn)榈械认拗茲撛谛愿粻I(yíng)養(yǎng)等級(jí)(ⅤN級(jí))。秋季養(yǎng)殖區(qū)和鄰近海域的表層海水屬于貧營(yíng)養(yǎng)級(jí)(Ⅰ 級(jí))，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度含量較低。冬季養(yǎng)殖區(qū)及鄰近海域的表層海水水質(zhì)屬于磷中等限制潛在性富營(yíng)養(yǎng)(ⅤP級(jí))。

上述結(jié)果表明，青堆子灣調(diào)查海域的表層海水水質(zhì)大部分屬于中度營(yíng)養(yǎng)等級(jí)，其中，春、夏季節(jié)屬于氮限制性營(yíng)養(yǎng)等級(jí)，冬季轉(zhuǎn)變?yōu)榱紫拗菩誀I(yíng)養(yǎng)等級(jí)，應(yīng)及時(shí)限制陸源工業(yè)、生活污水和養(yǎng)殖污水排放，防止造成水域富營(yíng)養(yǎng)化而發(fā)生赤潮。

表1　營(yíng)養(yǎng)級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

3　結(jié)論

(1)青堆子灣池塘養(yǎng)殖區(qū)和鄰近海域表層水體整體處于中度富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)，氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量季節(jié)性變化明顯，表現(xiàn)為無機(jī)氮濃度冬季最高，秋季最低，而無機(jī)磷濃度夏季最高，秋季最低。營(yíng)養(yǎng)鹽含量的季節(jié)變化受陸源污水排放和浮游植物的影響和制約。

(2)營(yíng)養(yǎng)鹽呈現(xiàn)從養(yǎng)殖區(qū)向外海逐漸降低的平面分布特征，陸源污染和水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)青堆子灣海域的營(yíng)養(yǎng)鹽含量貢獻(xiàn)較大。

(3)夏季海域的N/P值遠(yuǎn)低于Redfield比值，說明青堆子灣海域無機(jī)氮相對(duì)缺乏，而無機(jī)磷過盛，浮游生物生長(zhǎng)繁殖受到無機(jī)氮的制約。

(4)除秋季外，青堆子灣表層海水水質(zhì)屬于中度營(yíng)養(yǎng)級(jí)，春夏季節(jié)是氮限制性營(yíng)養(yǎng)等級(jí)，冬季是磷限制性營(yíng)養(yǎng)等級(jí)，亟需加強(qiáng)近岸排污管理，防止赤潮暴發(fā)。

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Temporal and Spatial Variation of the Inorganic Nutrients and the Risk Assessment of Eutrophication in Pond Aquaculture Area and Its Adjacent Sea Area of Qingduizi Bay

YANG Xiao-long1,2,QI Ai-min1,2,WANG Li-li2*et al

(1.College of Aquaculture and Life Science,Dalian Ocean University,Dalian,Liaoning 110623;2.National Marine Environmental Monitoring Center,Dalian,Liaoning 110623)

[Objective]The aim was to study temporal and spatial variation of the inorganic nutrients in pond aquaculture area and its adjacent sea area of Qingduizi Bay,and evaluate its risk of eutrophication.[Method]Based on the investigation carried out in pond aquaculture area and its adjacent sea area of Qingduizi Bay from October 2011 to December 2012,a new classified model of eutrophication assessment was applied to evaluate eutrophication levels in the study area.[Result]The average concentration of nutrient showed a significant seasonal variation.The spatial variations showed decreasing tendencies from the aquaculture area towards the outer sea.The temporal and spatial variations were affected by terrigenous sewage and aquaculture activities.The superficial seawater in Qingduizi Bay is at medium eutrophication level with nitrogen limitation during spring and summer and phosphorus limitation in winter.According to the assessment result,Qingduizi Bay is exposed to the danger of red tide.It is necessary to reinforce the management of pollutants discharged from "land sources".[Conclusion]The superficial seawater in pond aquaculture area and its adjacent sea area of Qingduizi Bay is at medium eutrophication level.

Eutrophication;Qingduizi Bay;Pond culture area;Adjacent sea area;Inorganic nutrients

海洋公益行業(yè)性科研專項(xiàng)(201105006)。

楊曉龍(1988- )，男，河北張家口人，博士研究生，研究方向：海洋生態(tài)學(xué)。*通訊作者，碩士，從事海洋生態(tài)學(xué)研究。

2016-07-17

S 949

A

0517-6611(2016)25-083-04