鄭欽華

三沙灣海水增養(yǎng)殖區(qū)表層溶解氧變化特征及有機污染評價

鄭欽華

（寧德市海洋與漁業(yè)環(huán)境監(jiān)測站，福建 寧德 352100）

研究三沙灣海水增養(yǎng)殖區(qū)溶解氧的動態(tài)變化及有機污染狀況。利用2014年三沙灣水質(zhì)的監(jiān)測結(jié)果，分析調(diào)查區(qū)表層溶解氧變化特征，以及與水溫、無機氮、活性磷酸鹽之間的相關(guān)性，采用單因子指數(shù)法和有機污染指數(shù)法分別對調(diào)查區(qū)溶解氧和有機污染進行評價。調(diào)查區(qū)內(nèi)共布設(shè)9個水質(zhì)監(jiān)測站位，于2014年1、5、8、9、10月分別采集調(diào)查區(qū)的表層水樣。調(diào)查區(qū)溶解氧質(zhì)量濃度在4.44 ~ 8.60 mg/L之間，平均值為6.29 mg/L，除8月有2站次和9月有5站次的測值處于三類海水水質(zhì)標準外，其余均處于一、二類海水水質(zhì)標準水平；溶解氧季節(jié)變化明顯呈冬季＞春季＞秋季＞夏季的變化規(guī)律，平面分布總體呈西北部高，東南部低的變化特征；結(jié)合歷史資料分析長期變化趨勢，溶解氧總體呈現(xiàn)下降趨勢，尤其在2000年下降幅度較為明顯，這跟三沙灣沿岸帶的經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)境影響有關(guān)；溶解氧與水溫之間呈現(xiàn)極為顯著（＝-0.946 4）的負相關(guān)關(guān)系，與無機氮和硝酸鹽氮之間均呈現(xiàn)極為顯著(＝0.827 5，＝0.821 3) 的正相關(guān)關(guān)系，與活性磷酸鹽之間呈現(xiàn)顯著(＝0.541 3)的正相關(guān)關(guān)系，說明水溫是影響溶解氧變化的首要因子，無機氮和硝酸鹽氮以及活性磷酸鹽也是影響溶解氧變化的重要因子；從單因子指數(shù)來看，在整個調(diào)查期間溶解氧污染指數(shù)大于1.0的達到15.6%，說明該站點水質(zhì)已受該因子污染；從有機污染指數(shù)來看，調(diào)查區(qū)水質(zhì)狀況處在開始受到污染狀態(tài)。

海水增養(yǎng)殖區(qū)；溶解氧；變化特征；有機污染評價；三沙灣

三沙灣位于福建省東北部，寧德市東部一個半封閉型海灣，不僅是閩東沿海的重要海灣，而且還是海水魚、蝦、貝、藻養(yǎng)殖的重要基地，據(jù)統(tǒng)計[1]，2012年僅海水魚網(wǎng)箱養(yǎng)殖產(chǎn)量達5.9×104t，灣內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量在閩東海洋經(jīng)濟中占據(jù)十分重要的地位。灣的西北側(cè)有賽江、霍童溪、七都溪等十多條中小河溪注入，同時也帶來大量有機質(zhì)和無機鹽，海區(qū)水質(zhì)肥沃，餌料豐富。水域年平均水溫20.3 ℃，鹽度27，年平均初級生產(chǎn)力2 392.48 t/a，浮游植物25.3萬t/a[2]，水產(chǎn)養(yǎng)殖條件優(yōu)越。

近幾年三沙灣沿岸帶經(jīng)濟快速發(fā)展，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生活污水排海量增加，尤其是氮、磷、有機物等物質(zhì)排放，導致灣內(nèi)海域氮磷含量升高，溶解氧含量下降，海洋環(huán)境惡化必將對海產(chǎn)生物造成影響，從而威脅水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)進一步發(fā)展，灣內(nèi)養(yǎng)殖環(huán)境狀況備受關(guān)注。已有學者[3-5]對三沙灣進行生態(tài)環(huán)境方面的研究，但目前尚未見有關(guān)三沙灣海水增養(yǎng)殖區(qū)溶解氧及有機污染方面的文獻報道。本研究針對三沙灣水產(chǎn)養(yǎng)殖實際情況，在三沙灣海水增養(yǎng)殖區(qū)開展溶解氧及有機污染調(diào)查研究，旨在了解和掌握養(yǎng)殖區(qū)溶解氧的動態(tài)變化及有機污染狀況，為灣內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖水環(huán)境保護和開發(fā)提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 站位布設(shè)與采樣時間

選擇三沙灣海水增養(yǎng)殖區(qū)作為調(diào)查研究對象，該調(diào)查區(qū)海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖主要以大黃魚（）為主。根據(jù)調(diào)查區(qū)生境特征，以及水產(chǎn)養(yǎng)殖實際狀況，在調(diào)查區(qū)內(nèi)共布設(shè)9個水質(zhì)監(jiān)測站位（圖1）。其中S1和S2位于白馬河，S3和S4位于盧門港海區(qū)，S5位于東吾洋的三洲海區(qū)，S6位于三都澳的黃灣海區(qū)，S7位于東吾洋口的七星海區(qū)，S8位于三都澳的秋竹海區(qū)，S9位于東沖口的雞公山與斗帽島海區(qū)。于2014年的1月（冬季）、5月（春季）、8月（夏季）、9月（秋初）、10月（秋中）分別采集調(diào)查區(qū)的表層水樣。

圖1 調(diào)查站位的分布

1.2 樣品采集與分析

調(diào)查內(nèi)容有水文要素的水溫、鹽度，和化學要素的溶解氧（DO）、化學需氧量(COD)、無機氮（DIN,亞硝酸鹽NO2--N +硝酸鹽NO3--N +氨氮NH3-N之和）、活性磷酸鹽(PO43--P)等。樣品的采集，其中水溫、鹽度采用HQ40D型便攜多參數(shù)儀進行現(xiàn)場測定；采用2.5 L有機玻璃采水器，用現(xiàn)場水樣淌洗采水器2次后放入50 cm水層處取水，分別采集溶解氧（在整個裝取操作過程中不得出現(xiàn)氣泡，并避免陽光強烈照射）、COD、營養(yǎng)鹽（現(xiàn)場立即用已處理待用的0.45 μm孔徑的醋酸纖維濾膜過濾后分裝）樣品，所有樣品的采集、裝取、貯存與運輸按文獻[6]執(zhí)行。DO、COD、NO2--N、NO3--N、NH3-N、PO43--P樣品的測定分別采用經(jīng)典的Winkler碘量滴定法、堿性高錳酸鉀法、重氮-偶氮法、鋅-鎘還原法、次溴酸鈉氧化法、抗壞血酸還原的磷鉬藍法。樣品具體分析按照文獻[7]步驟操作。

1.3 評價標準與評價方法

1.3.1 評價標準 三沙灣海水增養(yǎng)殖區(qū)按海域功能區(qū)劃歸屬養(yǎng)殖功能區(qū)，故采用《海水水質(zhì)標準》[8]（GB 3097-1997）第二類作為評價標準對水質(zhì)狀況進行評價。

1.3.2 評價方法 （1）采用單因子指數(shù)法對調(diào)查區(qū)DO進行現(xiàn)狀評價分析，DO污染指數(shù)按如下公式[9]計算：

漁業(yè)水域水質(zhì)要素的單因子評價，采用單因子評價模式，當單因子污染指數(shù)＞1.0時，表明調(diào)查水域水質(zhì)已受該因子污染。

（2）采用有機污染指數(shù)法對調(diào)查區(qū)水質(zhì)進行有機污染評價，按如下公式[10]計算：

表1 海水水質(zhì)標準

有機污染評價分級標準詳見表2。

表 2 有機污染評價分級標準[10]

2 結(jié)果與討論

2.1 調(diào)查區(qū)DO變化特征

2.1.1 調(diào)查區(qū)DO含量水平 調(diào)查區(qū)監(jiān)測結(jié)果如表3所示，三沙灣海水增養(yǎng)殖區(qū)表層DO質(zhì)量濃度在4.44 ~ 8.60 mg/L之間，平均值為6.29 mg/L。在45站次的監(jiān)測中有7站次的測值在4.44 ~ 4.99 mg/L之間，略低于我國海水水質(zhì)標準[8]（GB 3097-1997）中規(guī)定的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)應符合第二類（DO＞5 mg/L）標準要求，處于三類海水水質(zhì)標準水平，其余均處于第一類和第二類海水水質(zhì)標準水平。

表3 調(diào)查區(qū)DO含量的監(jiān)測結(jié)果

2.1.2 調(diào)查區(qū)DO含量的時間變化 調(diào)查區(qū)DO含量的時間變化如圖2所示，三沙灣海水增養(yǎng)殖區(qū)表層DO質(zhì)量濃度的最高值位于冬季1月份，為8.07 mg/L，爾后下降至春季5月份處于次之值，隨后快速下降至夏季的8月份處于5.36 mg/L水平，然后繼續(xù)下降至秋初9月份達最低值，為4.93 mg/L，之后逐漸呈回升態(tài)勢，至秋中10月份處于5.89 mg/L。監(jiān)測結(jié)果表明，調(diào)查區(qū)DO含量的時間變化與水溫監(jiān)測結(jié)果（圖3）呈相反變化規(guī)律，DO的季節(jié)變化主要與水溫、不同季節(jié)海產(chǎn)生物活動等影響密切。

圖2 DO含量的時間變化

圖3 水溫的時間變化

2.1.3 調(diào)查區(qū)DO含量的平面分布特征 由圖4可見，調(diào)查區(qū)冬季DO質(zhì)量濃度變化范圍為7.75 ~ 8.60 mg/L，平均值為8.07 mg/L，冬季DO平面分布呈現(xiàn)S3＞S2＞S7＞S6＞S4＞S8＞S1＞S9＞S5的變化趨勢；春季DO質(zhì)量濃度變化范圍為6.78 ~ 7.44 mg/L，平均值為7.18 mg/L，春季DO平面分布呈現(xiàn)S2＞S3＞S7＞S6＞S4＞S1＞S9＞S5＞S8的變化趨勢；夏季DO質(zhì)量濃度變化范圍為4.75 ~ 6.32 mg/L，平均值為5.36 mg/L，夏季DO平面分布呈現(xiàn)S6＞S2＞S3＞S4＞S8＞S1＞S7＞S9＞S5的變化趨勢；秋季DO質(zhì)量濃度變化范圍為4.44 ~ 6.14 mg/L，平均值為5.41 mg/L，秋季DO平面分布呈現(xiàn)S4＞S2＞S3=S6＞S1＞S5＞S9＞S7＞S8的變化趨勢。從各站位平均值來看，調(diào)查區(qū)DO質(zhì)量濃度變化范圍為6.03 ~ 6.53 mg/L，平均值為6.29 mg/L，DO平面分布呈現(xiàn)S6＞S3=S2＞S4＞S7＞S1＞S8＞S9＞S5的變化趨勢。綜上所述，調(diào)查區(qū)DO平面分布主要受灣頂多條溪河徑流注入與灣口外海水在潮汐作用下進入灣內(nèi)的影響，總體呈西北部高于東南部，即由灣頂向灣口遞減的變化趨勢。

2.1.4 DO含量歷年趨勢變化分析 根據(jù)歷史文獻[11-14,1]資料以及本次調(diào)查結(jié)果，對調(diào)查區(qū)DO含量歷年變化趨勢進行分析。1983 ~ 1985年DO質(zhì)量濃度平均值為7.55 mg/L；1990 ~ 1991年DO質(zhì)量濃度平均值為7.38 mg/L；2000年DO質(zhì)量濃度平均值為6.27 mg/L；2007年DO質(zhì)量濃度平均值為6.14 mg/L；2012年DO質(zhì)量濃度平均值為5.84 mg/L；2014年DO質(zhì)量濃度平均值為6.29 mg/L。各年平均值的變化趨勢詳見圖5。從整體變化趨勢上看，從20世紀80年代初至今，三沙灣的DO含量基本呈下降趨勢，尤其在2000年下降幅度較為明顯。這跟三沙灣沿岸帶經(jīng)濟的快速發(fā)展影響有關(guān)，如圍墾引起納潮量減少，水體交換能力下降；周邊城市人口密集，生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)污水帶來的大量有機物排海量增加；灣內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，在養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的碎屑、代謝物等養(yǎng)殖廢水中含有大量有機物未經(jīng)處理直接排入海水中，造成調(diào)查海區(qū)DO含量降低。

圖4 DO含量的平面分布

圖 5 DO含量歷年趨勢變化

2.2 DO影響因素分析

圖 6 DO與水溫的關(guān)系

圖7 DO與DIN的關(guān)系

圖8 DO與NO3--N的關(guān)系

圖9 DO與PO43--P的關(guān)系

2.3 調(diào)查區(qū)DO飽和度

根據(jù)現(xiàn)場水溫、鹽度應用Weiss方程計算制得飽和濃度表[16]求得DO飽和度如表4所示。由表4可以看出，調(diào)查區(qū)DO飽和度在整個調(diào)查期間均呈現(xiàn)不飽和狀態(tài)（DO飽和度＜100%）?？梢?，調(diào)查區(qū)大氣與海水間氧氣交換主要是由大氣溶入海水中，調(diào)查區(qū)DO飽和度在水溫較低的冬季變化幅度較小，而在水溫較高的夏季變化幅度較大。養(yǎng)殖水體中DO的實際含量，由于大量生物體的存在，很少穩(wěn)定在平衡的飽和含量，而是不斷在極值之間變化，這與生物影響有關(guān)，生物活動越強烈，波動幅度也越大。

表4 DO飽和度計算結(jié)果

2.4 調(diào)查區(qū)DO含量與國內(nèi)其它海區(qū)對比

與國內(nèi)其它海區(qū)相比（表5），本次調(diào)查的三沙灣海水增養(yǎng)殖區(qū)DO含量比廈門同安灣海域、紅海灣海域、大鵬澳海域、大亞灣海域低，但比東山灣高。從對比分析可以看出，本次調(diào)查結(jié)果與大鵬澳海域和大亞灣海域比較接近，調(diào)查區(qū)DO平均含量尚處在海水水質(zhì)標準第一類水平。

表5 調(diào)查區(qū)DO含量與國內(nèi)其它海區(qū)對比

2.5 調(diào)查區(qū)DO與有機污染評價

2.5.1 調(diào)查區(qū)DO現(xiàn)狀分析 根據(jù)公式（1）、（2）計算DO污染指數(shù)結(jié)果如圖10所示。從調(diào)查結(jié)果可以看出，調(diào)查區(qū)DO污染指數(shù)在1月份為0.09 ~ 0.27，平均為0.19，水質(zhì)呈良好狀態(tài)；在5月份為0.14 ~ 0.37，平均為0.24，水質(zhì)仍保持良好態(tài)勢；在8月份為0.26 ~ 1.45，平均為0.84，該階段在9站次中出現(xiàn)了2站次大于1.0，分別為S5和S9，超標率為22.2%，表明該站點水質(zhì)已受該因子污染；在9月份為0.76 ~2.01，平均為1.27，該階段在9站次中出現(xiàn)了5站次大于1.0，分別為S1、S3、S7、S8、S9，超標率為55.6%，表明該站點水質(zhì)明顯已受該因子污染；在10月份為0.46 ~ 0.82，平均為0.58，水質(zhì)處于良好狀態(tài)。可見調(diào)查區(qū)DO污染指數(shù)高值出現(xiàn)在水溫較高的9月和8月，各月平均值變化趨勢見圖10。

圖10 DO污染指數(shù)月變化

2.5.2 調(diào)查區(qū)有機污染狀況分析 根據(jù)監(jiān)測資料，采用公式（3）計算DO、COD、DIN、PO43--P等4項評價因子的有機污染指數(shù)，結(jié)果如表6所示。從表6可以看出，調(diào)查區(qū)1月份在9個站次中有1個站次（S6）的有機污染指數(shù)達到4.18＞4，在同批次中數(shù)值最大，占比11.1%，按表2評價水質(zhì)狀況屬于嚴重污染，其余在3 ~ 4和2 ~ 3區(qū)間各占44.4%，水質(zhì)狀況分別屬于中度污染和輕度污染；5月份在9個站次中有2個站次（S8和S9）的有機污染指數(shù)＜1，處在0 ~ 1區(qū)間內(nèi)，占比22.2%，水質(zhì)狀況屬于較好，其余均在1~2區(qū)間內(nèi)，占比77.8%，水質(zhì)狀況屬于開始受到污染；8月份在9個站次中有4個站次（S4、S7、S8、S9）的有機污染指數(shù)＜1，處在0 ~ 1區(qū)間內(nèi)，占比44.4%，水質(zhì)狀況屬于較好，其余均在1 ~ 2區(qū)間內(nèi)，占比55.6%，水質(zhì)狀況屬于開始受到污染；9月份在9個站次中有機污染指數(shù)變幅在1.20 ~ 1.87之間，均在1 ~ 2區(qū)間內(nèi)，占比100%，水質(zhì)狀況屬于開始受到污染；10月份在9個站次中有1個站次（S9）的有機污染指數(shù)＜2，處在1 ~ 2區(qū)間內(nèi)，占比11.1%，水質(zhì)狀況屬于開始受到污染，其余均在2 ~ 3區(qū)間內(nèi)，占比88.9%，水質(zhì)狀況屬于輕度污染。從月均值角度來看，最高值出現(xiàn)在冬季的1月份，水質(zhì)狀況屬于中度污染，最低值出現(xiàn)在夏季的8月份，水質(zhì)狀況屬于開始受到污染。綜上所述，調(diào)查區(qū)水質(zhì)狀況處在開始受到污染狀態(tài)。

表6 調(diào)查區(qū)有機污染指數(shù)計算結(jié)果

3 結(jié)論

（1）調(diào)查區(qū)DO質(zhì)量濃度為4.44 ~ 8.60 mg/L之間，平均值為6.29 mg/L，除8月有2站次和9月有5站次的測值處于三類海水水質(zhì)標準外，其余均處于一、二類海水水質(zhì)標準水平。

（2）調(diào)查區(qū)DO季節(jié)變化明顯呈冬季＞春季＞秋季＞夏季的變化規(guī)律，平面分布總體呈西北部高，東南部低的變化特征；結(jié)合歷史資料分析歷年變化趨勢，DO總體呈現(xiàn)下降的變化趨勢，尤其在2000年下降幅度較為明顯，這跟三沙灣沿岸帶的經(jīng)濟發(fā)展對環(huán)境影響有關(guān)。

（3）DO與水溫呈現(xiàn)出極為顯著（= -0.946 4）的負相關(guān)關(guān)系，與DIN和NO3--N之間均呈現(xiàn)出極為顯著(= 0.827 5，= 0.821 3)的正相關(guān)關(guān)系，與PO43--P之間呈現(xiàn)出顯著(=0.541 3)的正相關(guān)關(guān)系，說明水溫是影響DO變化的首要因子，DIN和NO3--N以及PO43--P也是影響DO變化的重要因子。

（4）從單因子指數(shù)來看，在整個調(diào)查期間DO污染指數(shù)大于1.0的達到15.6%，說明該站點水質(zhì)已受該因子污染；從有機污染指數(shù)來看，調(diào)查區(qū)水質(zhì)狀況處在開始受到污染狀態(tài)。應引起重視，防止污染進一步加重。建議嚴格控制三沙灣沿岸帶陸源污染物直接排放入海，尤其是氮磷營養(yǎng)物質(zhì)、有機物的排放；加強城鎮(zhèn)污水處理工程建設(shè)；規(guī)范海上水產(chǎn)養(yǎng)殖布局，科學管理，對養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的污染物應妥善處理；適當開展海藻類品種養(yǎng)殖，能有效改善水生態(tài)環(huán)境。

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Variation Characteristics of Surface Dissolved Oxygen and Assessment of Organic Pollution in Mariculture Zone of Sansha Bay

ZHENG Qin-hua

（352100,）

The dynamic changes of dissolved oxygen and organic pollution in the mariculture zone of Sansha Bay were studied.Based on the monitoring data of the water quality in 2014, the paper analyzed the variation characteristics of surface dissolved oxygen content in the mariculture zone of Sansha Bay and the correlation with water temperature, inorganic nitrogen and active phosphate. The dissolved oxygen and organic pollution were evaluated by single factor index method and organic pollution index method respectively.The dissolved oxygen content in the investigated area was between 4.44 and 8.60mg/L, with an average value of 6.29 mg/L. The measured values of the two stations in August and the five stations in September accorded with category III of Sea Water Quality Standard while those of the other stations accorded with category I and II. There was obvious seasonal variation of DO, and its variation trend was as follows: winter>spring>autumn>summer. The horizontal distribution was generally high in the northwest and low in the southeast; Based on the analysis of historical data, the change of dissolved oxygen over the years showed a decreasing trend, especially in 2000, which may be related to the impact of economic development of Sansha Bay coastal zone on the environment; Dissolved oxygen had extremely significant negative correlation with water temperature(= -0.946 4), highly significant positive correlation with inorganic nitrogen(= 0.827) and nitrate nitrogen (= 0.821), and significant positive correlation with active phosphate(= 0.541). It indicated that water temperature is the primary factor affecting the change of dissolved oxygen, and inorganic nitrogen, nitrate nitrogen and active phosphate are also important factors. Using single factor index method, the dissolved oxygen pollution index was more than 1.0 and reached 15.6% during the whole investigation period which suggested that the water quality of the site was polluted by this factor. The calculating results of the organic pollution index showed that the water quality in the survey area was beginning to be polluted.

mariculture zone; dissolved oxygen; variation characteristics; assessment of organic pollution; Sansha Bay

P734.4

A

1673-9159（2019）06-0054-08

10.3969/j.issn.1673-9159.2019.06.008

2019-07-24

國家海洋局資助項目（閩海漁[2014]108號）

鄭欽華（1977－），男，碩士，高級工程師，研究方向為海洋與漁業(yè)資源環(huán)境監(jiān)測及評價。E-mail:xiaozheng8316@sina.com

鄭欽華. 三沙灣海水增養(yǎng)殖區(qū)表層溶解氧變化特征及有機污染評價[J].廣東海洋大學學報，2019，39（6）：54-61.

（責任編輯：劉嶺）