柴小平，魏 娜，母清林，王益鳴，任世軍，何松琴

浙江省舟山海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，浙江 舟山 316021

溶解氧是表征水環(huán)境健康的重要指標(biāo)，也是水體中生物生存繁殖的基本條件。海水中的溶解氧受到物理、生物、化學(xué)等多種因素共同控制［1-5］。天然清潔海水中的表層溶解氧一般處于近飽和狀態(tài)。近岸海域是受陸源污染物影響大、多界面相互作用強(qiáng)烈的敏感區(qū)域，其溶解氧飽和度往往有不同特點(diǎn)。如大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入，給藻類生長(zhǎng)繁殖提供條件，光合作用增強(qiáng)，可能導(dǎo)致水體溶解氧飽和度大于100%;李妍等研究表明，芝罘灣夏季表層溶解氧飽和度最高達(dá)到207.8%［6］;而大量有機(jī)污染物質(zhì)的輸入，將使水體氧化分解作用增強(qiáng)，可能導(dǎo)致水體溶解氧飽和度小于100%，如石曉勇等研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)江口底層溶解氧飽和度最低值僅為45.2%［7］。此前已有不少關(guān)于海洋中溶解氧的研究，但大都集中在其濃度的分布特征上［8-12］，關(guān)于其飽和度的研究還較少。將溶解氧濃度換算成溶解氧飽和度進(jìn)行分析和討論，能更直觀地反映海域水體的健康環(huán)境狀況，也更能顯示物理、生物、化學(xué)過(guò)程與溶解氧之間的關(guān)系，對(duì)海域水質(zhì)評(píng)價(jià)和生物地球化學(xué)過(guò)程研究等都有重要意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集與分析

研究區(qū)域選擇浙江省近岸海域，現(xiàn)有55個(gè)近岸海域水質(zhì)國(guó)控監(jiān)測(cè)點(diǎn)位(1#、2#，5#～57#)，考慮到長(zhǎng)江徑流對(duì)研究區(qū)域的影響，另外在上海市近岸海域布設(shè)了2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位(3#、4#)，共選取57個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行研究，研究區(qū)地理坐標(biāo)為120°00'～123°18'E，27°06'～31°00'N，具體點(diǎn)位布設(shè)如圖1 所示。

圖1 浙江省近岸海域調(diào)查點(diǎn)位

研究數(shù)據(jù)來(lái)源于“入海河口區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法研究”2014年春季調(diào)查和“浙江省近岸海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量”2014年春季調(diào)查，樣品的采集和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定時(shí)間為2014年4月17日—5月8日。

表層水樣的采集采用有機(jī)玻璃采水器(表層系指海面以下0.1～1 m)。溶解氧采用碘量法進(jìn)行測(cè)定，樣品經(jīng)氯化錳和堿性碘化鉀現(xiàn)場(chǎng)固定后，將瓶緩慢地上下顛倒20次以上，待樣品瓶?jī)?nèi)沉淀降至瓶體三分之二以下時(shí)加酸溶解，用硫代硫酸鈉進(jìn)行滴定分析;水溫和鹽度采用YSI-30測(cè)定儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定;化學(xué)需氧量樣品于－20℃冷凍保存后帶回實(shí)驗(yàn)室采用堿性高錳酸鉀法測(cè)定;浮游植物每升水樣加入6～8 mL魯哥氏液固定后帶回實(shí)驗(yàn)室采用濃縮計(jì)數(shù)法測(cè)定。水樣的采集和分析均嚴(yán)格參照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB 17378.4—2007)［13］和《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB 12763.4—2007)［14］的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

1.2 質(zhì)量管理與控制

采用樣品瓶空白、試劑空白、現(xiàn)場(chǎng)空白、運(yùn)輸空白、全程序空白、采集現(xiàn)場(chǎng)平行樣、室內(nèi)平行樣品分析、標(biāo)準(zhǔn)樣品或質(zhì)控樣品分析等質(zhì)控措施及手段，對(duì)樣品采集、貯存、運(yùn)輸和分析等過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量控制。所有空白樣品均未檢出，現(xiàn)場(chǎng)平行和平行樣分析結(jié)果RSD為0.5% ～3.0%，標(biāo)準(zhǔn)樣品和質(zhì)控樣品分析結(jié)果均處于樣品置信范圍以內(nèi)，所用分析儀器及設(shè)備使用前均經(jīng)過(guò)計(jì)量部門(mén)檢定合格。

結(jié)果顯示，所有質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)均符合《近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》(HJ 442—2008)要求，表明研究中質(zhì)量控制與質(zhì)量保證措施充分，分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

1.3 溶解氧飽和度的計(jì)算方法

溶解氧飽和度按式(1)計(jì)算［5］:

式中:r(O)為海水中溶解氧的飽和度，%;ρO2為測(cè)得的氧含量，mg/L;ρO'2為在現(xiàn)場(chǎng)水溫、鹽度下氧在海水中的飽和濃度，mg/L。研究采用的溶解氧飽和濃度的計(jì)算公式只是溫度和鹽度的函數(shù)，適用于表層水體。

海水在不同溫度和鹽度下的溶解氧飽和濃度采用 Weiss方程計(jì)算［14-16］:

式中:c(O')為氧在海水中的飽和濃度，即在總的壓力為一個(gè)大氣壓，相對(duì)濕度為100%，氧體積比例為20.95%時(shí)，大氣中的氧在海水中的溶解度，μmol/dm3;T為現(xiàn)場(chǎng)的海水熱力學(xué)溫度，K;S為現(xiàn)場(chǎng)的海水鹽度;常數(shù)A和B的量值分別為A1= －173.429 2，A2=249.633 9，A3=143.348 3，A4= －21.849 2，B1= －0.033 096，B2=0.014 259，B3= －0.001 700

進(jìn)行單位轉(zhuǎn)換計(jì)算后得到:

2 結(jié)果與討論

2.1 溶解氧飽和度的含量及分布

2014年春季浙江北部海域(包括杭州灣和舟山海域)表層水體溶解氧飽和度范圍為92.1% ～110%，平均值為96.8%(表1)，總體處于不飽和狀態(tài)。其中杭州灣表層溶解氧飽和度范圍為92.1% ～95.6%，平均含量為93.5%，所有點(diǎn)位測(cè)值均低于100%，是浙江省近岸海域表層溶解氧飽和度的相對(duì)低值區(qū)。由圖2可以看到，杭州灣北岸的溶解氧飽和度低于南岸，其中北岸低于93%，南岸甬江口附近高于95%。這可能是長(zhǎng)江徑流沿岸南下給杭州灣北岸帶來(lái)的影響。有文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)表明，春季長(zhǎng)江口表層水體溶解氧飽和度平均值為89%，范圍為73% ～97%［15］，總體低于杭州灣海域。受杭州灣和長(zhǎng)江徑流的影響，舟山群島的本島附近和北側(cè)海域，溶解氧飽和度也低于100%。浙江北部海域是嘉興、杭州、紹興、舟山及寧波北部等浙江5個(gè)城市入海污染物的受納海域。大量的陸源污染物，尤其是有機(jī)質(zhì)進(jìn)入該海域后被氧化分解，大量消耗水體中的溶解氧。同時(shí)該海域水體渾濁，懸浮物含量高，透明度低，這些因素又限制了海水中浮游植物的光合作用，從而導(dǎo)致該區(qū)域溶解氧的消耗量大于補(bǔ)給量，總體處于不飽和狀態(tài)。但在舟山海域東側(cè)，溶解氧飽和度由西向東逐漸升高，在122°30'E以東，30°00'～30°30'N 之間的海域，飽和度超過(guò)了105%，是浙江北部海域溶解氧飽和度的相對(duì)高值區(qū)。盧勇等［7］研究表明，夏季 7、8 月杭州灣外(122°30'E)附近，存在大范圍的溶解氧大幅度過(guò)飽和區(qū)域，其溶解氧飽和度≥120%。研究調(diào)查季節(jié)是早春，水溫逐漸升高，海水環(huán)境已變得適合藻類生長(zhǎng)，但其繁殖程度還遠(yuǎn)不如夏季。因此春季舟山海域東側(cè)溶解氧雖已出現(xiàn)過(guò)飽和現(xiàn)象，但過(guò)飽和程度和分布范圍還較小。

表1 溶解氧飽和度、溫度及鹽度的范圍和平均值

圖2 溶解氧飽和度、溫度和鹽度表層平面分布

浙江中部海域表層水體的溶解氧飽和度范圍為94.6% ～120%，平均值為102%(表1)，總體高于浙江北部海域。由圖2可見(jiàn)，該區(qū)域溶解氧飽和度等值線總體呈現(xiàn)西部近岸較低、東部外海較高的趨勢(shì)，水平梯度均勻。不飽和區(qū)域主要分布在象山港、三門(mén)灣、椒江口這3個(gè)港灣和離岸較近的海域。這些海域受陸源徑流影響大，水體有機(jī)質(zhì)和懸浮物含量高，透明度相對(duì)較低，氧化分解作用強(qiáng)于光合作用。隨著離岸距離的加大，溶解氧飽和度逐漸升高并趨于飽和。在浙江中部的外側(cè)海域，存在大范圍的溶解氧過(guò)飽和區(qū)域，其溶解氧飽和度高于115%，如32#點(diǎn)位飽和度為118%，33#點(diǎn)位為117%，39#為 119%。在 122°30'E以東、29°00'N附近海域，溶解氧飽和度甚至達(dá)到了120%，是浙江省近岸海域的強(qiáng)光合作用區(qū)域。這可能是因?yàn)闁|部外側(cè)海域水體透明度較高，同時(shí)春季海水溫度開(kāi)始升高，藻類光合作用逐漸加強(qiáng)，氧由光合作用生成的量大于其消耗和逸出的量，從而使該區(qū)域溶解氧處于過(guò)飽和狀態(tài)。

浙江南部海域表層水體的溶解氧飽和度范圍為94.6% ～120%，平均值為105%，明顯高于浙江北部海域，與浙江中部海域基本持平。由圖2可見(jiàn)，浙江南部海域溶解氧飽和度等值線與浙江中部比較相似，總體呈現(xiàn)近岸低、離岸高的趨勢(shì)。溶解氧不飽和區(qū)域分布范圍較小，僅出現(xiàn)在受陸源污染影響較大的樂(lè)清灣海域。樂(lè)清灣外東部、南部、平陽(yáng)縣和蒼南縣的沿岸海域，溶解氧飽和度均大于100%。東部外海存在一個(gè)溶解氧過(guò)飽和區(qū)域，其溶解氧飽和度高于110%，中心區(qū)域超過(guò)115%，如51#點(diǎn)位飽和度為118%，54#飽和度為116%?？傮w上看，浙江南部海域水體溶解氧飽和度較高，顯示出較強(qiáng)的光合作用特征。

2.2 影響因素初探

水體中的溶解氧由物理作用和生化作用共同控制，潮汐、風(fēng)力、徑流等物理作用控制溶解氧在水體中水平及垂向的輸送，生化過(guò)程控制溶解氧的產(chǎn)生(光合作用及大氣復(fù)氧)與消耗(有機(jī)物氧化反應(yīng)、氨氮硝化反應(yīng)、浮游植物呼吸作用、底泥耗氧)［17］。這些物理、生化過(guò)程在不同的季節(jié)或不同的海域各有強(qiáng)弱。如，長(zhǎng)江口及其鄰近海域溶解氧含量在春季受物理、化學(xué)及生物作用共同控制［11］，而在秋季該海域表層溶解氧含量主要受陸源徑流控制，底層則受外海水影響，生物過(guò)程影響并不顯著［4］;黃海春季外海海域溶解氧分布的主要因素為溫度和鹽度，近岸分布主要受溫度控制，與鹽度無(wú)關(guān)［18］;東海冬季溶解氧主要受水系控制，生物活動(dòng)、環(huán)流及有機(jī)物氧化作用只在部分區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生有限的影響［19］。

圖3顯示了化學(xué)需氧量、透明度和浮游植物豐度表層平面分布。

圖3 化學(xué)需氧量、透明度和浮游植物豐度表層平面分布

有機(jī)物含量、透明度及藻類光合作用對(duì)研究區(qū)域春季溶解氧飽和度有重要影響?；瘜W(xué)需氧量反映了水體中有機(jī)物的相對(duì)含量，由圖3可以看出，化學(xué)需氧量由沿岸向離岸逐漸遞減，與溶解氧飽和度總體呈相反趨勢(shì)，化學(xué)需氧量含量高于1 mg/L的區(qū)域，溶解氧基本處于不飽和狀態(tài)，表明這些區(qū)域有機(jī)物質(zhì)耗氧分解作用占據(jù)主導(dǎo)地位。透明度是影響藻類光合作用的重要因素，由圖3可以看出，透明度與浮游植物豐度的平面分布趨勢(shì)非常相似，透明度大的區(qū)域浮游植物豐度較高，透明度小的區(qū)域浮游植物豐度較低。而浮游植物豐度的高低反映光合作用的強(qiáng)弱，浮游植物豐度在浙中海域39#點(diǎn)位附近、浙南海域51#點(diǎn)位附近均存在明顯的高值區(qū)，與溶解氧飽和度的高值區(qū)保持一致，表明這些區(qū)域光合產(chǎn)氧作用占據(jù)主導(dǎo)地位。

結(jié)合浙江省近岸海域溶解氧飽和度的分布特征，將數(shù)據(jù)分成低飽和度(小于100%，A區(qū))和高飽和度(大于100%，B區(qū))2組，選取了水溫、鹽度、化學(xué)需氧量、浮游植物豐度等4個(gè)因子進(jìn)行討論。圖4為各影響因子與溶解氧飽和度之間的關(guān)系。

圖4 溶解氧飽和度與影響因子關(guān)系

由圖4可以看出，溫度和飽和度在A區(qū)呈顯著負(fù)相關(guān)，在B區(qū)關(guān)系不顯著，鹽度與飽和度在A區(qū)和B區(qū)均呈顯著正相關(guān)，但在A區(qū)飽和度隨鹽度變化的幅度明顯大于B區(qū)，表明A、B 2區(qū)受到來(lái)自2種不同水系的影響，其中A區(qū)主要受陸源沖淡水的影響，而B(niǎo)區(qū)主要受外海水的影響。另外，化學(xué)需氧量與飽和度在A區(qū)呈顯著負(fù)相關(guān)，在B區(qū)呈一定程度的正相關(guān)，這可能是因?yàn)锳區(qū)COD主要來(lái)源于陸源徑流輸入，而B(niǎo)區(qū)COD徑流輸入少于A區(qū)，且海源自身也產(chǎn)生一定貢獻(xiàn)(如死亡的浮游植物)，因此A區(qū)有機(jī)物質(zhì)分解耗氧對(duì)飽和度影響較大，而B(niǎo)區(qū)有機(jī)物質(zhì)耗氧作用在一定程度上被光合作用平衡了。浮游植物豐度與飽和度在A區(qū)和B區(qū)均顯著相關(guān)，且A區(qū)浮游植物豐度明顯低于B區(qū)，B區(qū)變化梯度明顯大于A區(qū)，這表明浮游植物的光合產(chǎn)氧作用對(duì)A、B區(qū)均有一定貢獻(xiàn)，但對(duì)B區(qū)的貢獻(xiàn)大于A區(qū)。另外還發(fā)現(xiàn)，化學(xué)需氧量和浮游植物豐度、鹽度之間也呈一定的相關(guān)性(r1= －0.808＊＊，r2=0.342*)，表明徑流和外海水對(duì)有機(jī)物質(zhì)和浮游植物的分布有調(diào)控作用。

綜上所述，浙江省近岸海域溶解氧飽和度受陸源徑流、外海水、有機(jī)物質(zhì)耗氧分解作用及浮游植物光合產(chǎn)氧作用多重因素的綜合影響。在沿岸低飽和區(qū)域，陸源徑流和有機(jī)物質(zhì)分解耗氧作用是主要控制因素，在離岸高飽和區(qū)域，外海水和浮游植物光合產(chǎn)氧作用是主要控制因素。徑流和外海水同時(shí)對(duì)有機(jī)物質(zhì)分解和浮游植物光合作用有一定的調(diào)控作用。

3 結(jié)論

1)浙江省近岸海域溶解氧飽和度測(cè)值范圍為92.1%～120%，均值為100%。總體呈西部沿岸低，東部外海高的平面分布趨勢(shì)。杭州灣、象山港、三門(mén)灣、椒江口、樂(lè)清灣溶解氧飽和度小于100%，是調(diào)查海域的低值區(qū)，浙江中部外側(cè)(122°30'E以東，29°00'N 附近)，浙江南部外側(cè)(121°30'E，27°30'N 附近)，海域飽和度大于115%，是調(diào)查海域的高值區(qū)。

2)溶解氧飽和度高值區(qū)與浮游植物豐度的高值區(qū)一致。溶解氧低飽和區(qū)域化學(xué)需氧量含量基本高于1 mg/L。

3)在沿岸低飽和區(qū)域，陸源徑流和有機(jī)物質(zhì)分解作用是主要控制因素，在離岸高飽和區(qū)域，外海水和浮游植物光合作用是主要控制因素。徑流和外海水同時(shí)對(duì)有機(jī)物質(zhì)分解和浮游植物光合作用有一定的調(diào)控作用?？傮w上，浙江省近岸海域溶解氧飽和度受陸源徑流、外海水、有機(jī)物質(zhì)耗氧分解作用及浮游植物光合作用多重因素的綜合影響。

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