溫玉娟，徐軼肖，黎慧玲，雷 富，謝歡達(dá)，吳 淼**

(1.南寧師范大學(xué)，北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530001；2.南寧師范大學(xué)，廣西地表過(guò)程與智能模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530001；3.廣西科學(xué)院廣西北部灣海洋研究中心，廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530007)

氮和磷等營(yíng)養(yǎng)鹽是海洋環(huán)境中維持海洋生物體生命活動(dòng)的必需元素，也是水體富營(yíng)養(yǎng)化、赤潮暴發(fā)等環(huán)境問(wèn)題的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。廣西北部灣海域是我國(guó)南海大陸架西北部的一個(gè)天然半封閉淺海灣，隨著該區(qū)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活污水?dāng)y帶大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流入海洋，主要營(yíng)養(yǎng)鹽濃度整體上呈明顯的年際上升趨勢(shì)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，1980-2010年，廣西北部灣溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮(DIN)均值增長(zhǎng)了17.9倍[2]。以《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097-1997)[3]為評(píng)價(jià)依據(jù)，1990-2000年北部灣近岸海域溶解態(tài)磷酸鹽(DIP)優(yōu)于一類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；2000-2007年有所上升，但總體變化不大；而2008年后，大部分灣內(nèi)灣口的DIP最高值已處于二、三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，甚至劣于四類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[4]。近年北部灣赤潮災(zāi)害明顯加重，2021年暴發(fā)了高達(dá)6 400 km2的超大規(guī)模夜光藻(Noctilucascintillans)赤潮[5,6]，赤潮生物由最近十年的球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)演變?yōu)橐构庠?，有害赤潮種類(lèi)增加[7]，嚴(yán)重威脅北部灣海洋生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，急需就該地區(qū)主要海域的營(yíng)養(yǎng)鹽狀況進(jìn)行研究。

北部灣有多條河流匯入，水產(chǎn)資源豐富。珍珠灣、欽州灣、廉州灣和鐵山港是北部灣沿岸分布的4個(gè)主要海水養(yǎng)殖區(qū)，以生蠔、蝦、金鯧魚(yú)養(yǎng)殖為主[8,9]。欽州灣號(hào)稱(chēng)“大蠔之鄉(xiāng)”，是我國(guó)重要的蠔苗繁育基地，提供了全國(guó)70%的蠔苗[10]；鐵山港則是重要的金鯧魚(yú)養(yǎng)殖基地，金鯧魚(yú)產(chǎn)品連續(xù)3年出口到歐洲，連續(xù)17年出口到美國(guó)[11]。潿洲島位于北部灣中部，是北部灣最大的島嶼，擁有典型的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)，是北部灣最重要的生態(tài)景觀和資源之一，具有較高的初級(jí)生產(chǎn)力、重要的環(huán)境功能與社會(huì)效益[12]。營(yíng)養(yǎng)鹽狀況對(duì)上述海域的海洋環(huán)境質(zhì)量、海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)和海洋產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究具有重要意義。目前對(duì)北部灣營(yíng)養(yǎng)鹽研究報(bào)道較多，但多只關(guān)注某一具體海域[13-15]，同時(shí)針對(duì)北部灣多個(gè)海域多個(gè)季節(jié)的營(yíng)養(yǎng)鹽研究工作仍不多。因此，本研究于2021年8月(夏季)和2022年1月(冬季)在北部灣主要養(yǎng)殖水域和潿洲島周?chē)荚O(shè)站位，分析表層海水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、結(jié)構(gòu)和限制情況，評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況，擬為北部灣海水養(yǎng)殖、赤潮災(zāi)害管理和海洋生態(tài)保護(hù)提供基礎(chǔ)環(huán)境數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與測(cè)定

圖1 北部灣近岸海域調(diào)查站位Fig.1 Sampling stations in nearshore seawaters of Beibu Gulf

1.2 評(píng)價(jià)方法

1.2.1 營(yíng)養(yǎng)鹽限制因素評(píng)價(jià)

1.2.2 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法

20世紀(jì)80年代鄒景忠等[20]將富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法用于渤海灣富營(yíng)養(yǎng)化研究，后來(lái)被學(xué)者廣泛用于水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)，計(jì)算公式如下：

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)由Excel 2010進(jìn)行初步整理。使用Arcmap 10.2繪制研究區(qū)域采樣圖；運(yùn)用Origin 2019b軟件繪制營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和分布圖，同時(shí)繪制營(yíng)養(yǎng)鹽歷史趨勢(shì)圖并進(jìn)行線性擬合分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 海域溫鹽狀況

夏季表層海水溫度為30.0-33.1℃，平均值為(31.3±0.8)℃(n=27)，最高值出現(xiàn)在廉州灣11號(hào)站位，最低值出現(xiàn)在潿洲島22-25，27號(hào)站位。冬季表層海水溫度為13.5-19.6℃，平均值為(16.7±1.8)℃(n=22)，最高值出現(xiàn)在欽州灣6號(hào)站位，最低值出現(xiàn)在潿洲島26號(hào)站位。夏季鹽度為21.2-34.0，平均值為28.0±3.3 (n=27)，最高值出現(xiàn)在潿洲島23，26號(hào)站位，最低值出現(xiàn)在欽州灣6號(hào)站位；冬季鹽度為22.4-32.8，平均值為30.2±2.5 (n=22),最高值出現(xiàn)在潿洲島24號(hào)站位，最低值出現(xiàn)在欽州灣6號(hào)站位。

2.2 營(yíng)養(yǎng)鹽濃度

表1 北部灣近岸表層水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度(mg/L)Table 1 Nutrient concentrations in nearshore surface waters in Beibu Gulf (mg/L)

表2 北部灣近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度均值(mg/L)Table 2 Average value of nutrient concentrations in nearshore seawaters of Beibu Gulf (mg/L)

2.3 營(yíng)養(yǎng)鹽限制情況

本研究營(yíng)養(yǎng)鹽含量均高于絕對(duì)限制閾值，故不存在營(yíng)養(yǎng)鹽絕對(duì)限制情況。由圖3可知，營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)顯示夏季N/P、Si/N和Si/P分別為4.3-35.2，0.5-6.5和12.0-139.9，對(duì)應(yīng)均值為19.6±8.4，2.0±1.3和35.5±24.9 (n=27)；冬季N/P、Si/N和Si/P分別為4.3-36.2，0.8-2.0和8.4-37.1，對(duì)應(yīng)均值為20.4±8.6，1.1±0.3和21.5±9.5(n=22)。夏季，潿洲島22,24-26號(hào)站位為潛在N限制，占所有站位的14.8%；欽州灣6,8號(hào)站位，廉州灣11,13號(hào)站位和鐵山港16,18,19,21號(hào)站位均為潛在P限制，占所有站位的29.6%，其余站位不具有營(yíng)養(yǎng)鹽限制的情況。冬季，欽州灣9號(hào)、潿洲島25號(hào)站位為潛在N限制，占所有站位的9.1%；廉州灣11,13-15號(hào)，鐵山港21號(hào)和潿洲島22-24號(hào)站位均為潛在P限制，占所有站位的36.4%。可見(jiàn)，夏、冬季潛在P限制比例均高于潛在N限制?？臻g分布上，夏季潛在N限制發(fā)生在潿洲島海域，潛在P限制發(fā)生在欽州灣、廉州灣和鐵山港，珍珠灣無(wú)營(yíng)養(yǎng)鹽限制情況；冬季潛在N限制發(fā)生在欽州灣和潿洲島，潛在P限制發(fā)生在廉州灣、鐵山港和潿洲島。

Stations 11-15 on the x-axis correspond to stations 11-15 in summer or 28-32 in winter,respectively

表4 營(yíng)養(yǎng)鹽限制情況Table 4 Nutrient limitation situation

2.4 富營(yíng)養(yǎng)化狀況

由圖4可知，夏季富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E為0.04-3.92，平均值為1.13±1.20 (n=27)，最高值位于欽州灣6號(hào)站位(3.92)，達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)；最低值位于潿洲島26號(hào)站位(0.04)，屬于貧營(yíng)養(yǎng)。其中，欽州灣6-8號(hào)、廉州灣13號(hào)、鐵山港16，19號(hào)站位均達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)；廉州灣12號(hào)、鐵山港17，18，20，21號(hào)站位均達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)，其余59.3%站位未達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)，屬于貧營(yíng)養(yǎng)。冬季E為0.03-3.68，平均值為1.08±1.09 (n=22)(圖4)，最高值位于欽州灣6號(hào)站位(3.68)，達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)；最低值位于潿洲島23，26號(hào)站位(0.03)，屬于貧營(yíng)養(yǎng)。其中，欽州灣6號(hào)、鐵山港16-19號(hào)站位均達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)；欽州灣7，8號(hào)、廉州灣15號(hào)、鐵山港20號(hào)站位均達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)，其余59.1%站位未達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)。可見(jiàn)，E值均值夏季較冬季略高。空間分布上，鐵山港富營(yíng)養(yǎng)化程度最高，其次為欽州灣，兩者絕大部分海域均已達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)，廉州灣30.0%海域達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)，珍珠灣、潿洲島海域均屬于貧營(yíng)養(yǎng)。

Stations 11-15 on the x-axis correspond to stations 11-15 in summer or 28-32 in winter,respectively

3 討論

3.1 營(yíng)養(yǎng)鹽濃度比較

3.2 營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化趨勢(shì)

The straight line indicates the long term trend.For P<0.05,at the 0.05 level,the slope is significantly different from zero,and there is an obvious long-term trend in nutrient concentrations;for P>0.05,at the 0.05 level,the slope is not significantly different from zero,and the long-term change trend of nutrient concentration is not obvious

3.3 營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征

3.4 富營(yíng)養(yǎng)化狀況分析

北部灣近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E為0.03-3.92，總體上已達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)化，富營(yíng)養(yǎng)化程度為鐵山港>欽州灣>廉州灣>珍珠灣>潿洲島。北部灣為半封閉海灣，富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)從灣內(nèi)向?yàn)惩饨档偷内厔?shì)與沿岸水團(tuán)、混合水團(tuán)等的形成有關(guān)。沿岸水團(tuán)由內(nèi)陸徑流與海水混合形成，而混合水團(tuán)由粵西沿岸經(jīng)瓊州海峽進(jìn)入北部灣形成，在一定程度上阻擋了沿岸水團(tuán)富營(yíng)養(yǎng)化污染物向外輸送[4]。研究表明，2015 年北部灣海域整體處于貧營(yíng)養(yǎng)化，2016年后各海灣內(nèi)灣及入?？诟粻I(yíng)養(yǎng)化明顯[40]。鐵山港是北部灣水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要海域，養(yǎng)殖區(qū)污水排入對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的補(bǔ)充作用影響明顯[14]。近年來(lái)，鐵山港大力發(fā)展深水抗風(fēng)浪養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，截至2019年，建成核心示范區(qū)面積280萬(wàn) m3，養(yǎng)殖面積超過(guò)35萬(wàn)m3，已發(fā)展成為廣西最大的網(wǎng)箱養(yǎng)殖基地，為廣西較大的海水養(yǎng)殖基地之一[11]。2006年之前，欽州灣富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E<1.00,但2006-2010年，E值呈逐漸增高的趨勢(shì)[46]。楊靜等[4]指出，自2000年后廉州灣和欽州灣是主要的氮污染區(qū)，與本研究欽州灣氮污染較嚴(yán)重的結(jié)果相似。李萍等[9]認(rèn)為，2013-2016年欽州灣富營(yíng)養(yǎng)化程度已較嚴(yán)重，其次是廉州灣，而珍珠灣水質(zhì)狀況較好，屬于貧營(yíng)養(yǎng)。欽州灣海域污染的最主要來(lái)源是河流輸入，入海污染物以有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽為主[40]。欽州灣茅尾海受到欽江和茅嶺江大量營(yíng)養(yǎng)鹽和泥沙的輸入、粗放的圍海養(yǎng)殖的影響，富營(yíng)養(yǎng)化程度較高[9,49]。本研究潿洲島整體處于貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，與韓麗君等[1]、陳繼藝等[37]的研究結(jié)果一致。北部灣北部海水受入海徑流、季風(fēng)驅(qū)動(dòng)和瓊州海峽水體輸送共同作用，夏季海水呈反氣旋渦，冬季呈氣旋式環(huán)流，營(yíng)養(yǎng)鹽濃度與分布隨海流變化而變化，因此，潿洲島海域受海流作用影響明顯[50-53]，這可能是造成其夏、冬季營(yíng)養(yǎng)鹽分布無(wú)明顯特征與富營(yíng)養(yǎng)程度較低的原因。

4 結(jié)論

(2)夏季N/P、Si/N和Si/P均值分別為19.6，2.0和35.5，冬季三者均值分別為20.4，1.1和21.5，夏季和冬季均以潛在P限制為主，未發(fā)現(xiàn)潛在Si限制。

(3)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E為0.03-3.92，北部灣近岸鐵山港富營(yíng)養(yǎng)化程度最高，其次為欽州灣，兩者絕大部分海域均已達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)化，廉州灣30.0%海域達(dá)到輕度富營(yíng)養(yǎng)化，而珍珠灣和潿洲島均屬于貧營(yíng)養(yǎng)。