白懷宇 李秋芬 張 艷 陳碧鵑,2 韓 倩 夏 斌,2 曲克明

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象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)營養(yǎng)鹽的季節(jié)變化及富營養(yǎng)化*

白懷宇1李秋芬1張 艷1陳碧鵑1,2韓 倩1夏 斌1,2①曲克明1

(1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 青島 266071；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266071)

根據(jù)2014年11月，2015年1月、3月和7月在象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)開展的海洋調(diào)查所獲得的海水營養(yǎng)鹽數(shù)據(jù)，分析了該海域營養(yǎng)鹽含量的季節(jié)變化，評價(jià)了海水的富營養(yǎng)化狀況。結(jié)果顯示，該海域無機(jī)氮平均含量秋季最高，春季次之，冬季最低；活性磷酸鹽平均含量秋季最高，夏季次之，冬季最低。對不同養(yǎng)殖區(qū)域分析，寧海海藻養(yǎng)殖區(qū)和西滬港海帶養(yǎng)殖區(qū)的無機(jī)氮濃度除冬季1個(gè)站位點(diǎn)外均劣于國家海水四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0.50 mg/L)，活性磷酸鹽濃度在春、秋兩季劣于國家海水四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0.045 mg/L)。全年各水層的N/P比值均高于Redfield比值，磷相對缺乏。根據(jù)富營養(yǎng)化評價(jià)模式，象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)營養(yǎng)水平屬于磷中等限制潛在性富營養(yǎng)型。

象山港；營養(yǎng)鹽；季節(jié)變化；富營養(yǎng)化

海灣是大陸和海洋相連接的區(qū)域。除地表徑流和大洋環(huán)流等自然因素的影響外，工業(yè)廢水及生活污水的排放、海水養(yǎng)殖和海洋開發(fā)等人類活動(dòng)導(dǎo)致近海的環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重，特別是氮、磷等營養(yǎng)鹽過剩而引起的富營養(yǎng)化已經(jīng)成為世界沿海各國需要關(guān)注的一個(gè)重要的環(huán)境問題(戴紀(jì)翠等, 2009)。海水富營養(yǎng)化會(huì)破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)的平衡，其引起的赤潮會(huì)造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，從而影響海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以，開展近海特別是海灣的富營養(yǎng)化水平調(diào)查評價(jià)，對深入認(rèn)識(shí)人類活動(dòng)對海洋環(huán)境的影響具有重要意義。

象山港位于浙江省寧波市東南部，是一個(gè)西南至東北方向的狹長半封閉海灣，已成為浙江省最大的水產(chǎn)養(yǎng)殖基地，主要以海帶、網(wǎng)箱養(yǎng)殖為主(劉永超等, 2016)。近年來，隨著沿岸人口的激增和工業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，象山港的海水水質(zhì)逐漸惡化，特別是富營養(yǎng)化問題日益突出。目前，針對象山港的海水富營養(yǎng)化問題，已采取了控制網(wǎng)箱養(yǎng)殖規(guī)模、擴(kuò)大大型藻類養(yǎng)殖、放流底棲貝類等措施，進(jìn)行生態(tài)修復(fù)。對象山港海域營養(yǎng)鹽水平進(jìn)行連續(xù)調(diào)查研究，可以掌握該海域海水水質(zhì)的變化規(guī)律，對養(yǎng)殖生產(chǎn)及生態(tài)環(huán) 境修復(fù)效果評價(jià)具有重要的指導(dǎo)作用(黃秀清等, 2015)。關(guān)于象山港海水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的研究已有報(bào)道，張麗旭等(2008、2011)研究了2005年春季、夏季和秋季象山港營養(yǎng)鹽的分布特征及近20年來象山港海域無機(jī)氮、活性磷酸鹽和化學(xué)需氧量(COD)的變化趨勢；付翔等(2012)建立了海灣養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)箱式模型，對海灣富營養(yǎng)化發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測?；谙笊礁鄣酿B(yǎng)殖特點(diǎn)，對不同養(yǎng)殖區(qū)域進(jìn)行營養(yǎng)鹽季節(jié)變化分析的研究尚未有報(bào)道。本研究于2014年11月，2015年1月、3月和7月對象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)開展了海洋環(huán)境質(zhì)量調(diào)查，分析了象山港海區(qū)主要營養(yǎng)鹽的季節(jié)變化，并進(jìn)行了富營養(yǎng)化評價(jià)，為有效保護(hù)象山港的生態(tài)環(huán)境提供了科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

象山港流域面積為1455 km2，岸線全長為392 km，其中，大陸岸線長260 km，屬于亞熱帶季風(fēng)區(qū)，以低山丘陵為主，天然淤積海岸、侵蝕海岸和人工海岸交替分布(劉永超等, 2016)。象山港地處121°25￠~122°00￠E和29°23￠~29°49￠N之間，是一個(gè)縱長約為62.8 km、面積為563 km2的半封閉港灣，水域面積為391.8 km2，灘涂面積為171.2 km2，平均水深為10 m，港口寬度約為9.5 km，流域年均徑流量為1.3×109m3。

象山港狹灣外段夏季主要受臺(tái)灣暖流的影響，冬季主要受長江徑流的影響，余環(huán)流基本上以水平結(jié)構(gòu)為主，狹灣內(nèi)段海域受外界影響較小，而中段則受 2種環(huán)流結(jié)構(gòu)疊加的影響(林忠洲等, 2014)。港內(nèi)灘涂養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，養(yǎng)殖條件良好，是浙江省最大的水產(chǎn)養(yǎng)殖基地。

1.2 采樣站點(diǎn)與時(shí)間

分別于2014年11月(秋季)，2015年1月(冬季)、3月(春季)和7月(夏季)在象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)布設(shè)8個(gè)調(diào)查站位(圖1)。其中，L1站位為非養(yǎng)殖區(qū)，寧海海藻養(yǎng)殖區(qū)包括L2、L3和L4，以海帶()、龍須菜()為主要養(yǎng)殖對象，面積約為40 hm2，每年12月初放苗，次年4、5月收獲。L5為毛蚶()底播區(qū)，是當(dāng)?shù)卦鲋撤帕髟囼?yàn)區(qū)，每年放流數(shù)量不等，約為0.2~1.8億粒/次。L6為西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)，養(yǎng)殖面積約3.33 hm2，常年養(yǎng)殖大黃魚()、花鱸()等經(jīng)濟(jì)魚種，投喂鮮雜魚和其他人工餌料。西滬港海帶養(yǎng)殖區(qū)包括L7和L8，養(yǎng)殖面積約為2.67 hm2，每年12月初放苗，次年4、5月收獲。

圖1 調(diào)查站位點(diǎn)分布

1.3 樣品測定與分析方法

樣品的采集和現(xiàn)場處理及分析方法參照《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378.4-2007)執(zhí)行。水樣用Niskin采水器采集，采樣的層次為表層和底層。樣品的測定分析包括：亞硝酸鹽(NO2-N)、硝酸鹽(NO3-N)、氨鹽(NH4-N)和磷酸鹽(PO4-P)。NO2-N采用萘乙二胺分光光度法測定，NO3-N采用鎘柱還原法測定(相對誤差為1.4%)，NH4-N采用次溴酸鹽氧化法測定(相對誤差為0.4%)，PO4-P采用磷鉬藍(lán)分光光度法測定(相對誤差為1.8%)?？扇苄詿o機(jī)氮(DIN)的含量為NO2-N、NO3-N和NH4-N三者之和。根據(jù)郭衛(wèi)東等(1998)提出的潛在性富營養(yǎng)化評價(jià)模式，對象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)4個(gè)季節(jié)總體富營養(yǎng)化水平進(jìn)行評價(jià)。

2 結(jié)果與討論

2.1 營養(yǎng)鹽的季節(jié)變化特征

象山港中部海域春季、夏季、秋季和冬季營養(yǎng)鹽含量如表1所示，從季節(jié)變化來看，表、底層DIN平均含量為秋季>春季>夏季>冬季，PO4-P含量為秋季>夏季>春季>冬季。

表1 象山港海區(qū)營養(yǎng)鹽平均濃度

Tab.1 The average contents of nutrients in Xiangshan Harbor (μg/L)

注：括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)為變化范圍

Note: Data in brackets are the ranges

對于DIN，表、底層水域NO2-N的平均含量以春季最高，夏季最低；表、底層水域NO3-N的平均含量以春季最高，冬季最低；表、底層水域NH4-N的平均含量以秋季最高，冬季最低。在四季調(diào)查中，NO3-N在春季、夏季、秋季和冬季所占比例分別為：表層92.22%、89.10%、89.10%和91.27%，底層90.96%、89.97%、90.28%和90.49%。NO3-N為溶解無機(jī)氮的主要存在形式，這主要因?yàn)镹O2-N是NH4-N氧化或NO3-N還原過程的中間產(chǎn)物，而NH4-N是生物代謝產(chǎn)物和死亡分解的最終產(chǎn)物(呂華慶等, 2009)，也是藻類的優(yōu)先吸收對象，使得NO2-N和NH4-N的含量相對較少。象山港海域DIN整體水平嚴(yán)重超標(biāo)，除冬季L8站位底層海水(0.482 mg/L)外，其他站位、水層DIN含量均劣于海水四類標(biāo)準(zhǔn)(0.50 mg/L)，這可能與冬季兩岸生產(chǎn)活動(dòng)及地表徑流減少有關(guān)。對于PO4-P，在四季調(diào)查中，只有L7站的夏季(0.022 mg/L)和冬季(0.029 mg/L)表層海水PO4-P含量優(yōu)于海水二類標(biāo)準(zhǔn)(0.030 mg/L)，其他站位點(diǎn)的PO4-P含量均劣于海水二類標(biāo)準(zhǔn)。

與張麗旭等(2008)的研究結(jié)果相比，發(fā)現(xiàn)象山港在近10余年的時(shí)間里，DIN及PO4-P濃度進(jìn)一步升高。雖然象山港養(yǎng)殖的龍須菜及海帶可以消耗大量的營養(yǎng)鹽，在L7和L8站位能看到一些效果，但對于降低整個(gè)海區(qū)營養(yǎng)鹽含量的效果仍不太顯著，這可能與陸源地表徑流大量營養(yǎng)鹽的輸入超過了海藻的凈化能力有關(guān)。

2.2 營養(yǎng)鹽的區(qū)域分布特征

象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)表、底層海水的DIN濃度在各個(gè)養(yǎng)殖區(qū)的季節(jié)差異較大，非養(yǎng)殖區(qū)季節(jié)差異相對不顯著(圖2)。從不同季節(jié)來看，春、夏兩季海藻生長旺盛，大量吸收海水中的DIN，使得寧海海藻養(yǎng)殖區(qū)和西滬港海帶養(yǎng)殖區(qū)的DIN濃度低于毛蚶底播區(qū)，尤其是夏季底層海水，甚至低于非養(yǎng)殖區(qū)。但秋季的表、底層DIN濃度相對于非養(yǎng)殖區(qū)并未明顯降低，一方面因?yàn)楹У仁艿綔囟群凸庹盏葪l件的影響，對DIN的吸收能力減弱(吳榮軍等, 2009)，另一方面由于養(yǎng)殖區(qū)受到陸源因素(地表徑流、人類活動(dòng)等)的影響。毛蚶底播區(qū)海水的DIN濃度在春、秋兩季均維持在較高水平，尤其是在表層海水中更為明顯；而在底層海水中DIN濃度則隨著季節(jié)變化逐漸降低。這主要是由于毛蚶的排泄物以氨類廢物為主，從中等規(guī)格開始，隨著殼長的增加即個(gè)體的生長，排氨率逐漸降低(沈偉良等, 2008; 王慶志等, 2015)。

從不同季節(jié)來看，所有調(diào)查區(qū)域表層海水PO4-P含量以秋季最高，冬季最低(圖3)。底層海水除西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)外，PO4-P含量也以秋季最高，冬季最低，并且呈現(xiàn)由春至秋逐漸增加的情況。這可能是夏、秋季節(jié)無藻類養(yǎng)殖活動(dòng)，而陸源徑流量增大的結(jié)果：一方面港灣內(nèi)船舶產(chǎn)生的廢水及漁民的生活污水增加；另一方面，夏季多雨，致使地表徑流帶來的城市污水含有的PO4-P含量增加，從而加劇了這一情況(呂華慶等, 2009)。西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)和毛蚶底播養(yǎng)殖區(qū)表、底層海水PO4-P濃度與非養(yǎng)殖區(qū)相比無顯著差異。

圖2 象山港不同區(qū)域的DIN濃度

養(yǎng)殖龍須菜和海帶能吸收水體中的無機(jī)氮和磷酸鹽，有利于控制并減少網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動(dòng)產(chǎn)生的營養(yǎng)鹽含量。象山港養(yǎng)殖區(qū)通過合理規(guī)劃、分區(qū)養(yǎng)殖的發(fā)展模式，實(shí)現(xiàn)了魚貝藻搭配、協(xié)同收益的良好局面 (韓芳等, 2012)。但同時(shí)也應(yīng)看到，象山港海水污染問題由來已久(張麗旭等, 2005)，陸源徑流和人類活動(dòng)對象山港的環(huán)境質(zhì)量影響較大。目前，龍須菜和海帶養(yǎng)殖規(guī)模還不足以對象山港的富營養(yǎng)化污染有明顯的改善效果，治理海水污染也不可能在短時(shí)間內(nèi)一蹴而就。桑溝灣和象山港養(yǎng)殖品種相似，地理環(huán)境略有差異，但是象山港海域的無機(jī)氮和磷酸鹽含量遠(yuǎn)高于桑溝灣(張繼紅等, 2010)，這主要也是由于陸源徑流和人類活動(dòng)對象山港的影響較大所致。

2.3 營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)分析

Redfield等(1963)研究表明，浮游植物通常以約為16∶1的N/P比值(原子比)攝取海水中的氮和磷，當(dāng)N/P比值大于16∶1時(shí)，表明水體為磷限制，當(dāng)N/P比值小于16∶1時(shí)，表明水體為氮限制，過高或過低于這個(gè)比值均會(huì)引起浮游植物生長受限，這個(gè)比值通常稱為Redfield比值。根據(jù)本次調(diào)查對象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)的統(tǒng)計(jì)分析(圖4)，象山港海水四季的N/P比值均超過Redfield比值，特別是在春季，表、底層海水的N/P比值分別達(dá)到62.44和55.57，均高于其他季節(jié)表、底層的海水的N/P比值。這表明，活性磷酸鹽可能成為象山港海域浮游植物生長的限制因子之一，這與韓芳等(2012)的研究結(jié)果一致，說明象山港中部海域一直處于相對磷限制和氮過剩的狀態(tài)。

圖3 象山港不同區(qū)域的PO4-P濃度

圖4 象山港調(diào)查海區(qū)四季的氮磷比

從不同分區(qū)來看(表2)，在不同季節(jié)、不同水層，養(yǎng)殖區(qū)的N/P比值差異較大(29.38~91.33)。在毛蚶底播區(qū)，春季表、底層海水的N/P比值高達(dá)91.33和72.64；但即使是最低的西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層海水(29.38)也依然高于Redfield比值。同時(shí)，海水N/P比值過高，會(huì)降低虹彩圓篩藻()等硅藻的競爭能力(曲克明等, 2000)，從而影響浮游植物的多樣性。

表2 象山港不同調(diào)查海區(qū)營養(yǎng)鹽氮磷比

Tab.2 The N/P value of different investigation areas in Xiangshan Harbor

2.4 富營養(yǎng)化評價(jià)

根據(jù)富營養(yǎng)化評價(jià)方法的劃分標(biāo)準(zhǔn)，對象山港海域的富營養(yǎng)化水平進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果顯示，象山港4個(gè)季節(jié)均屬于磷中等限制潛在性富營養(yǎng)(表3)。韓芳等(2012)的研究表明，2010年象山港網(wǎng)箱養(yǎng)殖海域處于嚴(yán)重富營養(yǎng)化狀態(tài)，這表明近年來象山港海域富營養(yǎng)化狀況有所改善，但海水富營養(yǎng)化問題仍然是象山港一直存在的生態(tài)環(huán)境問題，這主要與象山港養(yǎng)殖活動(dòng)、近岸生活污水的排放以及象山港的地理位置有關(guān)(曾相明等, 2011)。象山港海域水體交換能力弱，港區(qū)置換65%的水體需要125 d，置換90%的水體需要305 d(林忠洲等, 2014)，不利于污染物的擴(kuò)散，加劇了象山港海水的富營養(yǎng)化程度。在港灣內(nèi)開展海水養(yǎng)殖，一方面，促進(jìn)了海洋生態(tài)系統(tǒng)的高效產(chǎn)出，保障了水產(chǎn)品的持續(xù)供給；另一方面，其最大程度地挖掘了以碳匯擴(kuò)增為特點(diǎn)的生態(tài)服務(wù)功能，保障了生態(tài)系統(tǒng)健康。但這在短時(shí)間內(nèi)沒有改變象山港海水高污染及重度富營養(yǎng)化的現(xiàn)狀。尤其是隨著沿海港灣經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口急劇聚集，導(dǎo)致大量的陸地污染物隨地表徑流及雨水沖刷注入港內(nèi)，致使象山港海水富營養(yǎng)化現(xiàn)象更加突出。因此，在今后象山港養(yǎng)殖發(fā)展的過程中，需要特別關(guān)注養(yǎng)殖生態(tài)容納量與養(yǎng)殖品種的搭配、營養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)與養(yǎng)殖生物的互補(bǔ)互益、系統(tǒng)產(chǎn)出與生態(tài)和社會(huì)效益等科學(xué)數(shù)據(jù)的支撐，實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境發(fā)展和諧統(tǒng)一。

表3 象山港海區(qū)營養(yǎng)類型評價(jià)

Tab.3 Nutrition style assessment in Xiangshan Harbor

3 結(jié)論

象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)無機(jī)氮平均含量以秋季為四季最高，春季次之，冬季最低；活性磷酸鹽平均含量以秋季最高，夏季次之，冬季最低。比照海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，全年除冬季外DIN總體水平均劣于海水第四類標(biāo)準(zhǔn)(0.50 mg/L)；PO4-P水平春秋兩季劣于海水第四類標(biāo)準(zhǔn)(0.045 mg/L)。

從不同區(qū)域來看，寧海海藻養(yǎng)殖區(qū)和西滬港海帶養(yǎng)殖區(qū)的DIN濃度全年劣于國家海水四類標(biāo)準(zhǔn)，PO4-P濃度全年劣于國家海水第四類標(biāo)準(zhǔn)，但在冬春季節(jié)略優(yōu)于其他海域；毛蚶底播區(qū)的DIN和PO4-P濃度在春秋兩季有顯著的增高情況。

象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)表層、底層的N/P比值均高于Redfield比值，呈現(xiàn)磷限制狀態(tài)。根據(jù)營養(yǎng)化評價(jià)模式，象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)四季的營養(yǎng)鹽水平仍較高，為磷中等限制潛在性富營養(yǎng)。

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Seasonal Variation in Nutrients and Evaluation of Eutrophication in the Aquaculture Areas in the Middle Water Areas of Xiangshan Harbor

BAI Huaiyu1, LI Qiufen1, ZHANG Yan1, CHEN Bijuan1,2, HAN Qian1, XIA Bin1,2①, QU Keming1

(1. Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071; 2. Laboratory of Marine Ecology and Environmental Science, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266071)

Based on data from the aquaculture sea-areas of the middle part of Xiangshan Harbor surveyed in autumn of 2014, and spring, summer, and winter of 2015, nutrient levels and seasonal variation in nutrients were evaluated. The results showed that the inorganic nitrogen and phosphorus levels in autumn were higher than those in spring, summer, and winter. Among all regions, the DIN (Dissolved inorganic nitrogen) concentrations in Ninghai seaweed and Xihu Harbor kelp culture areas were higher than the fourth level of seawater standard (0.50 mg/L), except one sampling station in the winter. PO4-P content were higher than the fourth level of seawater standard (0.045 mg/L) in the spring and autumn. This may be due to human activity, which was focused on the development of local economy and urban upgrading. Additionally, the rivers that flowed through the metropolis around Xiangshan Harbor carried domestic wastewater and rainfall, consisting of superfluous inorganic nitrogen and inorganic phosphorus, to the sea water. Conversely, seaweed, as well as algae such as kelp, was originally cultivated to reduce the level of DIN and PO4-P, and has not functioned optimally during recent years, contradicting with the nutrient data from previous investigation. The N/P ratios of the sea water in the middle areas of Xiangshan Harbor were higher than the Redfield ratio in four seasons, lacking in inorganic phosphorus correspondingly. According to the potential eutrophication assessment model, Xiangshan Harbor possessed potential, rich nutrition, with medium levels of restricted phosphorus in four seasons.

Xiangshan Harbor; Nutrient; Seasonal variation; Eutrophication

XIA Bin, E-mail: xiabin@ysfri.ac.cn

白懷宇, 李秋芬, 張艷, 陳碧鵑, 韓倩, 夏斌, 曲克明. 象山港中部養(yǎng)殖海區(qū)營養(yǎng)鹽的季節(jié)變化及富營養(yǎng)化. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2018, 39(6): 24–30

Bai HY, Li QF, Zhang Y, Chen BJ, Han Q, Xia B, Qu KM. Seasonal variation in nutrients and evaluation of eutrophication in the aquaculture areas in the middle water areas of Xiangshan Harbor. Progress in Fishery Sciences, 2018, 39(6): 24–30

* 海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201305043-3)和國家自然科學(xué)基金委-山東省聯(lián)合基金項(xiàng)目(U1606404)共同資助[This work was supported by the National Marine Public Welfare Research Project(201305043-3), and the Joint Fund Project of National Fund Committee and Shandong Province(U1606404)]. 白懷宇，E-mail: xuehaiyouwo@163.com

夏 斌，副研究員，E-mail: xiabin@ysfri.ac.cn

2017-10-18,

2017-11-22

10.19663/j.issn2095-9869.20171018001

X821

A

2095-9869(2018)06-0024-07

(編輯 馬璀艷)