王以斌,邵 帥,馬永星,劉 軍,冉祥濱,張愛軍,周德山,郭佩芳,臧家業(yè)

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連云港近海海洋環(huán)境營養(yǎng)狀態(tài)時空變化研究

王以斌1,2,邵 帥3,馬永星2,劉 軍2,冉祥濱2,張愛軍2,周德山3,郭佩芳1*,臧家業(yè)2

(1.中國海洋大學海洋與大氣學院,山東青島266100；2.國家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061；3.連云港市海洋環(huán)境監(jiān)測預報中心,江蘇連云港 222000)

依據(jù)2009年5月~2010年1月在連云港附近海域進行的4個航次海洋環(huán)境綜合調(diào)查結果,對該海域的海洋環(huán)境因子、營養(yǎng)狀態(tài)水平、有機污染狀況的空間分布、季節(jié)間變化及相關性進行了研究,結合歷史資料探討了近年間主要污染因子的變化趨勢與海洋環(huán)境現(xiàn)狀.結果表明:該海區(qū)春夏季海洋環(huán)境質(zhì)量狀況較好,秋冬季的污染程度有所加強,石油類是秋冬季節(jié)主要的污染因子.評價顯示春、夏季呈現(xiàn)富營養(yǎng)化和有機污染的狀態(tài),且二者季節(jié)變化和空間分布有一定共性.相關性分析顯示葉綠素a與營養(yǎng)鹽和化學耗氧量呈現(xiàn)顯著正相關,但與溶解氧呈顯著負相關(<0.01),表明浮游生物生長與環(huán)境要素含量之間的關聯(lián)性. 數(shù)據(jù)顯示日益增強的人類活動對近海海洋環(huán)境的顯著影響,相關結果可為連云港海域的海洋資源開發(fā)利用和環(huán)境保護提供基礎數(shù)據(jù)支持,同時為海洋管理部門開展以生態(tài)系統(tǒng)為基礎的海洋資源管理提供科學依據(jù).

連云港海域；海洋環(huán)境；生態(tài)環(huán)境調(diào)查；營養(yǎng)狀態(tài)；環(huán)境現(xiàn)狀評價

近年來,隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展,海洋開發(fā)利用活動幅度和強度不斷加大.近岸海域海洋污染和海洋資源浪費問題日益突出和嚴重[1],中國近海的海洋生態(tài)環(huán)境遭到嚴重威脅和破壞[2],海岸帶生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)脆弱不堪[3],這些都逐漸成為制約海洋經(jīng)濟發(fā)展的限制性因素.國家層面已清晰的意識到海域開發(fā)利用中的突出問題,提出構建基于生態(tài)系統(tǒng)的海洋管理機制[4].21世紀以來,連云港的港口建設、臨海工業(yè)、沿海旅游、近海養(yǎng)殖等海洋開發(fā)活動跟隨國家整體海洋經(jīng)濟的發(fā)展步伐,獲得了前所未有的發(fā)展[5].2005年10月位于連云港高公島鄉(xiāng)的田灣核電站正式進入帶核運行狀態(tài),2009年以來后續(xù)機組工程也在按計劃建設中,同時連云港港區(qū)、徐圩港區(qū)及連云港跨海大橋等海洋工程的建設也使得該海域的海洋資源和環(huán)境受到影響.連云港眾多海洋工程已從多方面影響和改變了周邊的海洋生態(tài)環(huán)境[5],為明確海洋環(huán)境所處的狀態(tài),降低和減少海洋工程的不利影響,有必要對連云港周邊海域的海洋生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀進行科學的研究和評價.

本文基于2009年5月~2010年1月在連云港田灣核電站附近海域進行的春、夏、秋、冬季4個航次的綜合性海洋生態(tài)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù),分析了主要海洋環(huán)境因子的平面分布特征和季節(jié)間的變化趨勢,闡述和評價了該海域的營養(yǎng)狀態(tài)水平和有機污染狀況,探討了主要參數(shù)之間的相關性,結合歷史文獻資料研究了連云港近岸海域的海洋環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及變化趨勢.本研究可為該海域的資源開發(fā)利用和環(huán)境保護提供基礎數(shù)據(jù)支持,為連云港海洋管理部門開展以生態(tài)系統(tǒng)為基礎的海洋資源管理提供科學依據(jù).

1 材料和方法

1.1 調(diào)查研究海域

研究范圍為連云港市田灣核電站附近,以核電排水口為中心,半徑30km,總面積約950km2的海域內(nèi)(119°27′~119°47′E,34°32′~34°57′N),共布置25個調(diào)查站位(圖1),在2009年5月~2010年1月間進行了4個季節(jié)航次的海洋調(diào)查.圖中A0站位于田灣核電排水口位置附近, A32站位于取水明渠位置附近.

圖1 調(diào)查站位示意

1.2 調(diào)查要素及分析方法

海水水質(zhì)調(diào)查要素包括水溫、鹽度、水深、pH值、溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、硝酸鹽(NO3--N)、亞硝酸鹽(NO2--N)、銨鹽(NH4+-N)、活性磷酸鹽(DIP)、硅酸鹽、懸浮物、葉綠素a(Chl-a)、石油類等.樣品的采集、處理及分析均參照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T12763-2007)[6]和《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB17378-2007)[7]進行.對主要的水質(zhì)參數(shù)DO、COD、BOD5、無機氮、DIP、油類和Chl-a進行平面分布特征分析和時空變化研究.海水溶解無機氮(DIN)即NO2--N、NO3--N和NH4+-N“三氮”之和.

按照《海水水質(zhì)標準》(GB3097-1997)[8]中的水質(zhì)標準對海水的pH值、石油類、COD、DO、DIN、DIP等參數(shù)進行評價,以分析該海域的主要污染因子,評價方法采用單因子污染指數(shù)評價法[9].

1.3 水質(zhì)營養(yǎng)狀態(tài)水平評價

使用富營養(yǎng)化指數(shù)法()[10-11]和營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法(NQI)[12]評價該海域的富營養(yǎng)化程度和營養(yǎng)狀態(tài)水平.

富營養(yǎng)化指數(shù)法計算公式為:

=COD×DIP×DIN×106/4500 (1)

式中:為富營養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù);COD為水體化學需氧量,mg/L;DIN為無機氮質(zhì)量濃度,mg/L;DIP為活性磷酸鹽質(zhì)量濃度,mg/L.31時該海域即為富營養(yǎng)化.1￡￡3為輕度富營養(yǎng)化,3<￡9為中度富營養(yǎng)化,>9為重度富營養(yǎng)化.

營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法公式為:

NQI=COD/′COD+DIN/′DIN+DIP/′DIP+

Chl-a/Chl-a′ (2)

式中:COD、DIN、DIP、Chl-a分別為海水CODMn、DIN、DIP、Chl-a的實測濃度;′COD、′DIN、′DIP、Chl-a′分別為3.0mg/L、0.3mg/L、0.03mg/L和5mg/m3.NQI￡2時,營養(yǎng)等級為Ⅰ級,為貧營養(yǎng)化狀態(tài);23時,營養(yǎng)等級為Ⅲ級,為富營養(yǎng)化狀態(tài).

1.4 有機污染狀況評價

采用有機污染綜合指數(shù)法[13]評價該海域的有機污染狀況,公式如下:

=COD/CODs+N/Ns+P/Ps-DO/DOs(3)

式中:為有機污染指數(shù);COD、N、P、DO分別為COD、DIN、DIP和DO的實測值;CODs、Ns、Ps、DOs為相應的一類海水水質(zhì)標準值,分別為2.0mg/L、0.2mg/L、0.015mg/L和6.0mg/L.當<0,良好;0<<1,較好;1<<2,開始受污染;2<<3,輕度污染;3<<4,中度污染;4<<5,嚴重污染.

2 結果分析與討論

2.1 環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查結果

2009年5月~2010年1月調(diào)查的主要水質(zhì)因子結果范圍見表1.

表1 連云港近海主要水質(zhì)因子調(diào)查結果范圍

2.1.1 鹽度 鹽度的季節(jié)變化規(guī)律為春季平均值(31.28±0.29)‰,到夏季減少到(27.63±1.81)‰,秋季又增加到(30.49±0.43)‰,再到冬季的(31.33± 0.35)‰;總體上鹽度具有顯著的季節(jié)性差異(<0.01),春季和冬季之間不存在顯著性差異(>0.1).鹽度的分布與變化主要取決于海區(qū)的鹽量平衡狀況,蒸發(fā)與降水之差值、環(huán)流的強弱、水團的消長以及江河入海徑流量的多少等都會影響鹽度的分布與變化.調(diào)查海區(qū)位于黃海南部,入海的大河少,鹽度狀況主要取決于黃海暖流高鹽水的消長.夏季是降水集中、雨量最多、河流入海徑流量最大的季節(jié),因此鹽度為全年最低;冬季天氣干燥,降水及河川徑流量小,加之黃海暖流的高鹽水體北上增強,使海水表層鹽度達全年最高.

2.1.2 水溫 溫度的變化受季節(jié)變化影響最大(圖2).春季表層水溫的平均值為(17.12±0.68)℃,夏季為(26.29±1.69)℃,秋季為(10.32±0.87)℃,冬季為(4.48±2.86)℃.總體上調(diào)查海區(qū)溫度具有顯著的季節(jié)性差異(<0.01),水溫變化為夏>春>秋>冬.核電排水口附近海域溫度在夏季和秋季與其他區(qū)域相比沒有顯著性差異(>0.1),但在春季和秋季均相對較高,其中春季高出其他區(qū)域3.6℃,升溫幅度為14%,冬季高出其他區(qū)域4.5℃,升溫幅度為105%.春季隨著太陽輻射逐漸增強,表層水溫逐漸升高,到夏季水溫達到最高,此時氣溫高于水溫,沿岸水溫高于外海水溫,同時可能由于受到溫排水的影響,水溫最高值出現(xiàn)在排水口附近及近岸.秋季水溫逐漸下降,表層水溫由近岸向外海逐漸遞增的可能原因是沿岸降溫比外海要快.冬季由于受黃海暖流的影響,海區(qū)東部水溫稍高,而排水口附近水溫較高可能是受到了核電廠溫排水的影響.

圖2 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水水溫分布(℃)

2.1.3 DO 調(diào)查海區(qū)DO含量受水溫控制,季節(jié)變化明顯,冬季水溫最低,DO含量為全年最高,平均(10.74±0.49)mg/L,屬于富氧狀態(tài);夏季水溫最高,故DO含量最低,均值為(7.59±0.92)mg/L;春季和秋季的均值分別為(7.95±0.78)和(8.91± 0.34)mg/L.本調(diào)查的結果和變化規(guī)律符合北溫帶海水DO含量冬季高、夏季低的變化特征,也與本海區(qū)在其他年份監(jiān)測的結果和規(guī)律相一致[14].從平面分布看(圖3),春季DO的高值區(qū)位于連島以北的海域,在核電排水口附近形成<7.0mg/L的低值區(qū),其他三個季節(jié)排水口區(qū)域也有相對的低值區(qū);夏秋季的高值區(qū)位于東南側的近岸海域,冬季的高值區(qū)位于調(diào)查海域的中部連云港港的航道區(qū)域.由于調(diào)查海區(qū)水深較淺,排水口附近及南側近岸海域的平均水深在低潮時僅有2.0m,劇烈的潮汐活動很容易將底層低DO或還原狀態(tài)的水體抬升至表層,形成短暫的低氧現(xiàn)象,同時海-氣界面快速的復氧能力,又使得DO短時間內(nèi)達到飽和,上述因素的綜合作用使得該海域的DO的波動較大.有研究[15]顯示:DO是受溫度、鹽度、生物量等多種環(huán)境因素制約的,隨著水溫、鹽度的升高,DO含量降低,然而造成低氧的更關鍵的原因則是水體富營養(yǎng)化.

圖3 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水DO分布(mg/L)

2.1.4 COD 春季表層海水COD含量均值為(2.46±0.58)mg/L;夏季均值為(1.64±0.38)mg/L;秋季均值為(1.15±0.26)mg/L;冬季均值為(0.60± 0.60)mg/L.從圖4可以看出,春季COD含量的水平分布趨勢較明顯,海區(qū)的南部和中部近岸區(qū)COD含量低,而北部含量高;夏季海區(qū)東南部表層COD含量高,西北部低,同時最低值出現(xiàn)在連云港港區(qū)及田灣核電取排水口附近海域,該區(qū)域?qū)鄬^低的DO濃度,表明COD的降解要快于其他鄰近海域;秋季COD含量自排水口附近向外海逐漸降低;冬季COD含量的水平分布較均勻,只在海區(qū)東南部的近岸很小的海域COD含量稍高.

圖4 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水COD分布(mg/L)

2.1.5 BOD5春季表層海水的BOD5平均值為(0.98±0.61)mg/L;夏季平均值為(0.93±0.40)mg/L;秋季平均值為(2.67±0.56)mg/L,明顯高于其他三個季節(jié)(<0.01);冬季BOD5的平均值為(1.34± 0.95)mg/L.圖5可見:春季BOD5在調(diào)查海域中部靠近連云港港口和田灣核電附近有一個低值區(qū),這與該區(qū)域普遍較低的有機質(zhì)含量(以COD表示)有關,同時在北部和南部區(qū)域分別有一個均值>1.6mg/L的高值區(qū)域.夏季表層海水在中部海域出現(xiàn)高值區(qū),北部海區(qū)BOD5含量低;秋季整個調(diào)查海區(qū)表層的BOD5含量都較高,東南部和西北部海區(qū)的平均值>3.1mg/L,較中部海區(qū)的數(shù)值偏高,近岸排水口附近區(qū)域有低值區(qū);冬季整個海域西南近岸方向形成一個均值>2.1mg/L的高值區(qū),靠近連云港港口近岸含量較低,同時在排水口南側區(qū)域有一個低值區(qū).

2.1.6 DIN:本次調(diào)查結果顯示,春季表層海水中DIN的均值為(0.15±0.06)mg/L,NO2--N、NO3--N和NH4+-N所占百分比分別為3.61%、78.5%和17.9%,夏季DIN的均值為0.20±0.08mg/L,組成百分比分別為12.9%、72.0%和15.1%,秋季DIN的均值為0.21±0.06mg/L,組成百分比分別為10.3%、72.2%和17.4%,冬季DIN的均值為0.061±0.02mg/L,組成百分比分別為2.38%、87.2%和10.4%.由此可見,DIN主要以NO3--N存在形式為主.從分布和均值來看,夏季和秋季DIN的含量相對較高,冬季的含量則明顯偏低,不到夏秋季節(jié)含量的1/3.從四個季節(jié)的DIN分布來看(圖6),高值區(qū)主要位于近岸海域,說明連云港港口和高公島漁港附近的社會生產(chǎn)活動對DIN的含量分布影響較大;同時,秋季在調(diào)查海域的北側海區(qū)還有一個高值區(qū)域.

圖5 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水BOD5分布(mg/L)

2.1.7 DIP 表層海水的DIP在夏季的含量為全年最高,平均值為(0.029±0.018)mg/L;春季次之,均值為(0.021±0.016)mg/L,秋季為(0.019±0.005) mg/L,冬季的含量全年最低,均值為(0.005±0.004) mg/L,僅相當于夏季含量的1/6,與DIN冬季含量較低的規(guī)律相似.春季和夏季表層海水南部近岸區(qū)域DIP的含量較高(圖7),北部外海區(qū)的含量較低;除去南部近岸的含量較高區(qū)域外,春季和夏季其他區(qū)域的DIP含量與秋、冬季含量相差不大,秋季和冬季表層海水DIP含量的水平分布梯度小于春夏兩季,秋季南部近岸海域和海區(qū)西部含量較高,東部含量較低;冬季DIP含量的水平分布趨勢不明顯,調(diào)查海域的中部海域含量略高.

圖6 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水DIN分布(mg/L)

圖7 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水DIP分布(mg/L)

2.1.8 油類 調(diào)查海域內(nèi)石油類含量秋季最高,均值為(0.099±0.027)mg/L,其次為冬季,均值為(0.067±0.009)mg/L,再是春季,均值為(0.039± 0.041)mg/L,夏季含量最低,均值為(0.011± 0.002)mg/L.從整個調(diào)查海區(qū)的分布(圖8)可知:春季調(diào)查海區(qū)西北部油類含量高,東南部含量低,夏季、秋季和冬季在南部近岸處海域的油類含量較高,除此之外,秋季海區(qū)東北部油類的含量也較高.秋冬季在近岸的含量較高區(qū)域或許是與當?shù)氐淖喜损B(yǎng)殖有關系,該區(qū)域正是當?shù)刈喜损B(yǎng)殖區(qū),秋冬季是紫菜養(yǎng)殖采收的季節(jié),養(yǎng)殖的船舶密集作業(yè),因此造成海區(qū)的油類含量偏高.

圖8 連云港近海2009年5月~2010年1月表層石油類分布(mg/L)

2.1.9 Chl-a 調(diào)查海域夏季表層海水的Chl-a的含量遠高于其他季節(jié),平均值為(6.48±2.19) μg/L,春季的平均值為(4.31±0.96)μg/L,秋季和冬季的均值分別為(1.33±0.68)和(1.26±0.34)μg/L.春季調(diào)查海域北部表層海水的Chl-a含量較高,海區(qū)東部向海區(qū)中部延伸一帶海域的含量較低;夏季Chl-a含量的水平分布變化較大,海區(qū)東南部海域的Chl-a含量較低,連島北部海域和核電排水口附近為Chl-a含量的高值區(qū);秋季Chl-a的高值區(qū)出現(xiàn)在北部海域;冬季Chl-a含量的水平分布差異不如其他季節(jié)顯著,田灣核電取排水口附近海域Chl-a含量較高,這可能是由于受到溫排水影響,排水口附近的浮游植物生物量大所引起的,調(diào)查區(qū)域的南部近岸海區(qū)和北部海域Chl-a含量較低.總體而言,在調(diào)查海域的北部區(qū)域,Chl-a濃度相對較高,這一定程度上是由于該海域離岸相對較遠且水深較深,透明度較高,更有利于生物生長所致.

圖9 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水Chl-a分布(mg/L)

2.2 水質(zhì)富營養(yǎng)化評價

富營養(yǎng)化指數(shù)()和營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(NQI)利用不同的方式反映了海域內(nèi)COD、DIN、DIP和Chl-a相互之間的關聯(lián),利用這2個評價方法對該海域富營養(yǎng)化評價的結果如圖10和圖11所示.顯示:調(diào)查海域春季呈現(xiàn)富營養(yǎng)化(31)的區(qū)域主要在近岸海域,在連云港港區(qū)和田灣核電附近海域富營養(yǎng)化程度明顯較高,已達中度富營養(yǎng)化(>3),離岸較遠海域未出現(xiàn)富營養(yǎng)化.夏季除與春季相同的近岸中度富營養(yǎng)化區(qū)域外,東南側海域也呈中度富營養(yǎng)化,整體看夏季呈現(xiàn)富營養(yǎng)化的區(qū)域已約占整個調(diào)查海域的2/3.秋季在整個海區(qū)的中部及近岸區(qū)域呈輕度富營養(yǎng)化,而離岸區(qū)域未出現(xiàn)富營養(yǎng)化;冬季整個調(diào)查海域未富營養(yǎng)化.

圖10 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水中富營養(yǎng)化指數(shù)(E)

圖11 連云港近海2009年5月~2010年1月表層海水中營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(NQI)

NQI所顯示的營養(yǎng)狀態(tài)趨勢與類似,春季富營養(yǎng)化區(qū)域主要集中在近岸海域,尤其是連云港港區(qū)和田灣核電附近海域(NQI>3),除此之外的大部分調(diào)查海域為中等營養(yǎng)化狀態(tài)(2

綜上,該海域2009~2010年處于富營養(yǎng)化水平臨界狀態(tài)且季節(jié)性富營養(yǎng)化非常明顯;夏季大部分海域都處于富營養(yǎng)化狀態(tài)且富營養(yǎng)化程度較高,春秋季則有一部分海域處于富營養(yǎng)化狀態(tài),冬季則基本上是非富營養(yǎng)化狀態(tài).李亞麗等[16]對連云港至鹽城海域進行的富營養(yǎng)化評價研究顯示2012年該海域已基本處于富營養(yǎng)化狀態(tài),其中夏季和秋季的富營養(yǎng)化程度更高,主要的富營養(yǎng)化區(qū)域位于連云港的南部海域,也與本文顯示的在調(diào)查海域的南部近岸區(qū)域富營養(yǎng)化程度更高的結果相吻合.

海水的環(huán)境要素和富營養(yǎng)化與赤潮和滸苔等海洋生物災害的發(fā)生有著密切的聯(lián)系[17-18]. 2004~2013年間,連云港海域共發(fā)生大面積的赤潮16次,其中最嚴重一次達1000km2[19].同時,連云港所在的蘇北海域是滸苔綠潮的集中爆發(fā)地[17],自2007年以來,每年的5~7月份都會出現(xiàn)滸苔的集中爆發(fā),范圍遍及從江蘇鹽城到山東威海的整個黃海中北部海域[20].彭模等[21]通過相關性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析了環(huán)境要素與連云港海域赤潮爆發(fā)之間的關系,確定了與赤潮發(fā)生相關的主要水質(zhì)因素及其變化趨勢.高嵩等[17]認為富營養(yǎng)化和適宜的溫、鹽等條件為滸苔綠潮的爆發(fā)提供了有利的環(huán)境條件.

2.3 有機污染評價

有機污染評價結果(圖12)顯示:春季調(diào)查海域離岸較遠的海域處于較好的狀態(tài),而近岸海域則處于污染狀態(tài),其中連云港港區(qū)及田灣核電所在海域為輕度污染和中度污染水平,調(diào)查海域的南側海域處于中度污染到嚴重污染的狀態(tài);夏季主要污染區(qū)域與春季相同,但處于污染狀態(tài)的海域面積更大,在中部和向東一側海區(qū)也處于輕度到中度污染水平;秋季污染狀況有所減輕,大部分的海域處于開始受到污染的水平,其他海域為較好;冬季則整個海域處于良好和較好的狀態(tài).有機污染狀態(tài)與富營養(yǎng)化狀態(tài)有一定的共性,均是在春季和夏季呈現(xiàn)污染和富營養(yǎng)化的狀態(tài),秋季和冬季相對有所減輕.同時有機污染的區(qū)域與富營養(yǎng)化區(qū)域存在相似性,說明二者之間具有內(nèi)在聯(lián)系.

圖12 連云港近岸海域2009年5月~2010年1月表層海水中有機污染指數(shù)(A)

2.4 海水質(zhì)量評價和海區(qū)時空變化

本調(diào)查海域范圍內(nèi)的用海現(xiàn)狀非常復雜,目前既有港口和航道區(qū)、核電的特殊用海區(qū)、清淤傾倒區(qū),同時還有海水養(yǎng)殖區(qū).首先根據(jù)海水水質(zhì)標準的二類標準對表層海水的主要水質(zhì)因子進行總體評價,對海域內(nèi)各個季節(jié)的主要污染因子進行分析.根據(jù)評價結果,pH和DO在4個季節(jié)均沒有超標.COD僅在春季有20%的站位超過二類海水水質(zhì)標準,其他季節(jié)均滿足二類水質(zhì)標準要求.油類在春季有4個站位超標,占16%,在夏季未有超標現(xiàn)象,而在秋季和冬季幾乎全部超標,其中秋季全部超標,冬季僅有1個站未超標.從圖8中也可知,秋季油類含量全部超過0.05mg/L. DIN在春季有2個站,夏季有4個站,秋季有1個站超標,冬季不超標.DIP在春季有3個站,夏季有6個站超標,秋冬季未超標.BOD5在春夏季未超標,在秋季有8個站,超標率為32%,冬季有2個站超標.總體來看本海區(qū)的水質(zhì)狀況良好,但秋冬季的污染程度較春夏有所增加,石油類是秋冬季節(jié)的主要水質(zhì)污染因子.

由于本海域用海情況的復雜性,核電的特殊用海區(qū)內(nèi)有大面積海水養(yǎng)殖和一個航道清淤傾倒區(qū),同時,核電用海區(qū)又被連云港港口用海區(qū)和徐圩港口用海區(qū)包圍.對不同區(qū)域按照各自區(qū)域標準的海洋環(huán)境質(zhì)量進行評價顯示,核電用海為二類水質(zhì)標準,無變化;港口用海為四類水質(zhì)標準,主要評價結果變化區(qū)域為調(diào)查區(qū)域南側部分(有6個調(diào)查站位,A13、A14、A15、A23、A24和A25),即徐圩港區(qū)用海區(qū)域.具體為秋季和冬季的石油類超標站位各減少6個,DIP春季和夏季各減少2個超標站位,BOD5秋季減少3個超標站位.

田慧娟等[14]和李貴林等[22]對連云港連島附近海域長期的(1996~2010)海水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了分析,顯示氮、磷污染物是連云港連島附近近岸海域的主要污染物,這也與本調(diào)查結果顯示的DIN和DIP含量較高區(qū)域分布于近岸海域的結論一致.1996~2000年連島海洋監(jiān)測站附近海域DIN的含量均值為0.19mg/L,此后2001~2005年,均值上升到0.24mg/L,已超過二類海水水質(zhì)標準,甚至在2003和2005年的峰值超過了0.40mg/L,超過三類海水標準[14].本研究在其附近站位(A41)的DIN年均值為0.16mg/L,相比有所降低,但在夏季和秋季的監(jiān)測值(0.23mg/L)依然與2001~2005年的平均值非常接近的.王敏等[23]對連島東側海域2008年和2009年水質(zhì)狀況的研究顯示此海域的主要污染物是COD和DIN,2008年DIN的含量平均值為0.35mg/L,2009年均值為0.13mg/L,李貴林等[22]研究表明2006~2010年DIN年均值在0.17~0.20mg/L之間,2008年含量最高為0.20mg/L,與本次調(diào)查的年平均值非常接近,從季節(jié)間的數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)除冬季較低外,其他季節(jié)的DIN含量仍相對較高,這說明整個連云港近岸海域的DIN污染狀況一直處于相對平緩的狀態(tài).從季節(jié)間的數(shù)據(jù)對比看,各要素在年度內(nèi)的變化仍相當明顯,冬季COD、DIN和DIP的含量僅為其他季節(jié)最高值的17%~29%,即便與年均值相比最高也僅有41%(表2).

表2 連云港港近岸海域近年來海水水質(zhì)主要化學要素對比(mg/L)

注:以上數(shù)據(jù)為各水質(zhì)要素的含量平均值.“NA”為文獻中無相應數(shù)據(jù)或無法根據(jù)文獻數(shù)據(jù)計算.

2.5 環(huán)境因子之間的關系

采用SPSS 18.0對4個航次的環(huán)境因子做相關性分析,結果如表3所示.溫度是控制水環(huán)境變化的關鍵因素,主要表現(xiàn)在控制海水的物理場和生物活性;海水DO主要受溫度的控制,一般近海水體DO主要來源于海-氣交換[23],溫度的升高降低了DO的飽和度,使得夏季DO濃度普遍較低;Chl-a與溫度的顯著正相關表明溫度的升高促進了水體浮游植物的生長.

鹽度與氮磷營養(yǎng)鹽均呈顯著負相關,反映了陸源輸入對近海營養(yǎng)鹽分布的影響,這也是營養(yǎng)鹽呈近岸高離岸低分布的主要原因.Chl-a與營養(yǎng)鹽的顯著正相關反映了浮游植物的生長受營養(yǎng)鹽的限制;同時Chl-a與DO的顯著負相關,進一步證實了海-氣交換是影響水體DO的主要因素,浮游植物光合作用產(chǎn)氧量對水體DO的補充貢獻相對有限;另外,Chl-a與COD呈顯著正相關(<0.01),反映了海源有機物對氧消耗的作用,同時近海較高的富營養(yǎng)化水平加劇了有機污染的風險.

進一步對核電工程影響區(qū)域(A、A0、A01、A11、A21和A31)與其他區(qū)域進行對比分析,兩類區(qū)域中懸浮顆粒物和DIN均具有顯著性差異(<0.05),其他參數(shù)不存在顯著性差異,表明核電工程等人類活動對近海水體的影響主要體現(xiàn)在泥沙的輸送方面,懸浮顆粒物的增加可能進一步導致其所吸附的DIN的釋放,因而間接增加了水體DIN的濃度.

表3 連云港近海主要水質(zhì)因子之間的相關關系

注: **表示顯著性水平為0.01;*表示顯著性水平為0.05;=100.

3 結論

3.1 連云港近海2009年5月~2010年1月的水質(zhì)狀況總體良好,各要素在海區(qū)內(nèi)的空間分布不均,季節(jié)變化明顯.COD、DIN、DIP、BOD5和石油類在不同季節(jié)均有不同程度的超標情況,秋冬季的污染程度相對于春夏季有所增加,石油類是秋冬季節(jié)主要水質(zhì)的污染因子且超標率較高.與歷史資料相比DIN污染狀況未有明顯增加.

3.2 調(diào)查期間該海域處于富營養(yǎng)化水平臨界狀態(tài)且季節(jié)性富營養(yǎng)化非常明顯.有機污染狀態(tài)與富營養(yǎng)化狀態(tài)在季節(jié)間的變化和空間分布具有規(guī)律相似性,均是在春季和夏季呈現(xiàn)污染和富營養(yǎng)化的狀態(tài),而秋季和冬季則相對有所減輕.

3.3 相關性分析顯示Chl-a與營養(yǎng)鹽和COD呈現(xiàn)顯著正相關,與溶解氧呈顯著負相關.調(diào)查海域海洋環(huán)境現(xiàn)狀的時空變化規(guī)律研究結論、富營養(yǎng)化狀態(tài)和有機污染狀態(tài)的分析和評價結果,以及環(huán)境因子之間的關聯(lián)分析結論顯示日益增強的人類活動對近海海洋環(huán)境的顯著影響.

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Nutritional status and temporal spatial variations research in the Lianyungang coastal area.

Wang Yi-bin1,2, Shao Shuai3, Ma Yong-xing2, Liu Jun2, Ran Xiang-bin2, Zhang Ai-jun2, Zhou De-shan3, Guo Pei-fang1*, Zang Jia-ye2

(1.College of Oceanic and Atmospheric Sciences, Ocean University of China, Qingdao 266100, China；2.First Institute of Oceanography, State Oceanic Administration, Qingdao 266061, China；3.Marine Environmental Monitoring and Forecasting Center of Lianyungang, Lianyungang 222000, China)., 2017,37(10)：3899~3909

Based on the data obtained in the coastal waters of the Lianyungang coastal area in Jiangsu Province from May 2009 to January 2010, the distribution of temperature, salinity, dissolved oxygen, COD, DIN, DIP and petroleum hydrocarbons were analyzed, and the temporal spatial variations of nutrient level and organic pollution situation were evaluated using methods such as water quality standards index, eutrophication index, nutrient quality index and water organic pollution evaluation index. Combined with historical data, and the trend of major pollution elements in this area and expound the present situation of marine environment were discussed. The environment qualityof sea water was better in spring and summer, while the pollution degree increased in autumn and winter in the Lianyungang coastal area. Oils were the main pollutionin autumn and winter. Eutrophication and organic pollution were observed in spring and summer based on eutrophication and organic pollution evaluation indexes. And there were some similarities between the eutrophication and organic pollution spatial distribution in spring and summer. The correlation analysis suggested there was a significant positive correlation between chlorophyll a and nutrient, and between chlorophyll a and COD, while negatively correlation between chlorophylland dissolved oxygen (<0.01), implying the robust correlation between the growth of plankton and the content of environmental elements. This study will provide a basic support for the development and utilization of marine resources and environmental protection in Lianyungang coastal area, and a scientific basis for marine management to carry out ecosystem management based on marine resources.

Lianyungang coastal；marine environment；ecological environment investigation；nutritional status；environmental status evaluation

X55;P76

A

1000-6923(2017)10-3899-11

王以斌(1983-),男,山東淮坊人,助理研究員,博士研究生,主要研究方向為海洋生態(tài)環(huán)境與海洋生物學.發(fā)表論文40余篇.

2017-03-30

國家自然科學基金資助項目(41376093);中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項資金項目(2017Q10)

* 責任作者, 教授, pfguo@ouc.edu.cn