李 斌，衣秋蔚，劉增東，孔 茹，王敏玲

（山東省煙臺(tái)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 煙臺(tái) 264000）

0 引言

近岸海域，指與大陸、島嶼、群島等海岸相毗連，《中華人民共和國(guó)臨海與毗連區(qū)法》規(guī)定的臨海外部界限向陸一側(cè)的海域，近岸海域?yàn)檠匕兜统本€向海12海里以內(nèi)的海域[1]。山東近岸海域?yàn)椴澈！ⅫS海部分海域，總面積約4.7×104km2。山東近岸海域長(zhǎng)期受人類活動(dòng)影響，黃河、小清河攜帶大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)注入，成為漁業(yè)生物的主要產(chǎn)卵場(chǎng)[2]，當(dāng)前對(duì)山東近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化研究多集中于典型海域[3-6]，對(duì)整個(gè)海域的研究[7]并未涉及到有機(jī)污染。因此，本文依據(jù)2019年3個(gè)航次海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量183個(gè)站位調(diào)查資料，全面研究該海域營(yíng)養(yǎng)鹽分布特征和水質(zhì)狀況，詳細(xì)評(píng)價(jià)該海域富營(yíng)養(yǎng)化水平和有機(jī)污染狀況，旨在更好掌握該海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，為生態(tài)環(huán)境保護(hù)決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查站位

利用2019年山東近岸海域183個(gè)站位5月（春季）、8月（夏季）、10月（秋季）3期生態(tài)環(huán)境質(zhì)量調(diào)查資料，調(diào)查站位分布見(jiàn)圖1。

圖1 山東近岸海域調(diào)查站位分布示意圖

1.2 調(diào)查項(xiàng)目與分析方法

調(diào)查項(xiàng)目包括溶解氧（DO）、硝酸鹽氮（NO3-N）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）、氨氮（NH3-N）、活性磷酸鹽（PO4-P）、化學(xué)需氧量（COD）指標(biāo)。樣品采集、貯存和運(yùn)輸按照《GB 17378.3-2007海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[8]第3部分進(jìn)行，樣品分析按照《GB 17378.4-2007海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第4部分進(jìn)行。溶解無(wú)機(jī)氮（DIN）濃度為NO3-N、NO2-N、NH3-N濃度之和。

1.3 評(píng)價(jià)方法

目前，已有多種評(píng)價(jià)海水富營(yíng)養(yǎng)化的方法，但是，富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)尚無(wú)通用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和體系[9]。國(guó)內(nèi)海水富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)一般采用單因子指數(shù)法、綜合指數(shù)法、模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和多元統(tǒng)計(jì)分析方法[10]；國(guó)外主要是以富營(yíng)養(yǎng)化癥狀為基礎(chǔ)兼顧生態(tài)系統(tǒng)所受壓力和響應(yīng)趨勢(shì)的評(píng)價(jià)方法，如美國(guó)的ASSETS[11]和歐盟的OSPARCOMPP[12]。

本文采用單因子指數(shù)法[13]、富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法[14]和有機(jī)污染指數(shù)法[15]評(píng)價(jià)該海域水質(zhì)及富營(yíng)養(yǎng)化和有機(jī)污染狀況。

1.3.1 單因子指數(shù)

單因子指數(shù)是將某種項(xiàng)目實(shí)測(cè)濃度與該項(xiàng)目的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較以確定水質(zhì)類別的方法。

式中：PIi—某站位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目i的污染指數(shù)；Ci—某站位監(jiān)測(cè)項(xiàng)目i的實(shí)測(cè)濃度；Si—該項(xiàng)目i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

PIi≤1，即達(dá)到評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用《GB 3097-1997海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》[16]，計(jì)算樣品超標(biāo)率時(shí)，統(tǒng)一采用二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[14]。

1.3.2 水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)

水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（E）采用式（2）評(píng)價(jià)。

式中：E—水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)；CODi、DINi、PO4-Pi—第i站位化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度，單位mg/L。

按照富營(yíng)養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)[14]（表1）評(píng)價(jià)其富營(yíng)養(yǎng)化程度。

表1 水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)劃分指標(biāo)

1.3.3 海水有機(jī)污染狀況評(píng)價(jià)

海水有機(jī)污染指數(shù)（A）采取式（3）進(jìn)行計(jì)算。

式中：A—海水有機(jī)污染指數(shù)；CODi、DINi、PO4-Pi、DOi—第i站位化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽和溶解氧的實(shí)測(cè)質(zhì)量濃度，單位mg/L；CODs、DINs、PO4-Ps、DOs—化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽和溶解氧的第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其值分別為2 mg/L、0.2 mg/L、0.015 mg/L和6.0 mg/L。

按照有機(jī)污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[15]（表2）評(píng)價(jià)其有機(jī)污染程度。

表2 有機(jī)污染評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 單因子指數(shù)評(píng)價(jià)

2.1.1 溶解無(wú)機(jī)氮

海水中溶解無(wú)機(jī)氮（DIN）是過(guò)濾態(tài)的硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮的總和，是海洋生物繁殖、生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，與海洋初級(jí)生產(chǎn)力有著密切關(guān)系[17]。自然環(huán)境下，海水中的溶解無(wú)機(jī)氮含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到引起海洋生物受危害的程度[18]，然而，陸源排污量逐年增加，導(dǎo)致近岸海域DIN質(zhì)量濃度逐漸增高，進(jìn)而導(dǎo)致近岸海域生態(tài)環(huán)境惡化，所以，DIN 成為近岸海域主要污染物[19]。

2019年5月，山東近岸海域DIN質(zhì)量濃度范圍0.030～0.836 mg/L，平均值為0.218 mg/L，超標(biāo)站位42個(gè)，樣品超標(biāo)率23.0%； 8月，山東近岸海域DIN質(zhì)量濃度范圍0.024～1.959 mg/L，平均值為0.195 mg/L，超標(biāo)站位25個(gè)，樣品超標(biāo)率13.7%；10月，山東近岸海域DIN質(zhì)量濃度范圍0.020～1.064 mg/L，平均值0.232 mg/L，超標(biāo)站位42個(gè)，樣品超標(biāo)率23.0%。DIN質(zhì)量濃度平面分布圖見(jiàn)圖2。

結(jié)果（圖2）表明，DIN濃度分布呈現(xiàn)由西向東逐漸降低的趨勢(shì)，北部海域高于南部海域，高值區(qū)域主要分布在萊州灣。

圖2 2019年3個(gè)航次DIN質(zhì)量濃度平面分布圖

2.1.2 活性磷酸鹽

海水中的活性磷酸鹽（PO4-P）可被海洋植物、藻類和細(xì)菌所吸收用以生長(zhǎng)繁殖，被認(rèn)為是一種限制性營(yíng)養(yǎng)鹽。近岸海域由活性磷酸鹽質(zhì)量濃度偏高帶來(lái)的富營(yíng)養(yǎng)化是我國(guó)沿海海域突出的環(huán)境問(wèn)題之一[20]。

2019年5月，山東近岸海域PO4-P質(zhì)量濃度范圍為0.0004～0.0186 mg/L，平均值為0.0047 mg/L，無(wú)超標(biāo)站位；8月，山東近岸海域PO4-P質(zhì)量濃度范圍為0.0006～0.0308 mg/L，平均值為0.0044 mg/L，超標(biāo)站位1個(gè)，超標(biāo)率0.5%；10月，山東近岸海域PO4-P質(zhì)量濃度范圍為0.0005～0.0585 mg/L，平均值為0.0133 mg/L，超標(biāo)站位5個(gè)，超標(biāo)率2.7%。PO4-P質(zhì)量濃度平面分布圖見(jiàn)圖3。

結(jié)果（圖3）表明，PO4-P濃度分布較為均衡，無(wú)明顯高值區(qū)域，存在個(gè)別超標(biāo)站位。

圖3 2019年3個(gè)航次PO4-P質(zhì)量濃度平面分布圖

2.1.3 化學(xué)需氧量

化學(xué)需氧量（COD）是衡量水中有機(jī)物質(zhì)含量多少的指標(biāo)，COD 越大，說(shuō)明海水受有機(jī)物污染越嚴(yán)重[21]。

2019年5月，山東近岸海域COD質(zhì)量濃度范圍為0.45～1.80 mg/L，平均值為0.96 mg/L，無(wú)超標(biāo)站位；8月，山東近岸海域COD質(zhì)量濃度范圍為0.40～2.00 mg/L，平均值為1.05 mg/L，無(wú)超標(biāo)站位；10月，山東近岸海域COD質(zhì)量濃度范圍為0.26～1.77 mg/L，平均值為0.95 mg/L，無(wú)超標(biāo)站位。COD質(zhì)量濃度平面分布圖見(jiàn)圖4。

結(jié)果（圖4）表明，COD濃度分布較為均衡，北部海域高于南部海域，全年均未出現(xiàn)超標(biāo)站位。

圖4 2019年3個(gè)航次COD質(zhì)量濃度平面分布圖

2.2 季節(jié)變化及原因分析

2.2.1 水質(zhì)季節(jié)變化

DIN季節(jié)變化上，夏季DIN濃度最低，春季次之，秋季最高。春季一類海水站位101個(gè)，二類40個(gè)，三類12個(gè)，四類14個(gè)，劣四類16個(gè)；夏季一類海水站位136個(gè)，二類22個(gè)，三類6個(gè)，四類 3個(gè)，劣四類16個(gè)；秋季一類海水站位95個(gè)，二類46個(gè)，三類17個(gè)，四類9個(gè)，劣四類16個(gè)。

PO4-P季節(jié)變化上，夏季DIN濃度最低，春季次之，秋季最高，同DIN一致。春季一類海水站位177個(gè)，二、三類6個(gè)；夏季一類海水站位180個(gè)，二、三類2個(gè)，四類1個(gè)；秋季一類海水站位 112個(gè)，二、三類66個(gè)，四類4個(gè)，劣四類1個(gè)。

COD季節(jié)變化上，秋季最低，春季次之，夏季最高，但差異不明顯。春季一類海水站位 183個(gè)；夏季一類海水站位182個(gè)，二類1個(gè)；秋季一類海水站位183個(gè)。

各季節(jié)DIN、PO4-P和COD水質(zhì)類別見(jiàn)圖5。

圖5 各季節(jié)DIN、PO4-P和COD水質(zhì)類別圖

2.2.2 影響因素分析

影響海水營(yíng)養(yǎng)鹽含量的因素較多，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，影響近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽含量及變化的主要因素有浮游生物的生長(zhǎng)消耗、沿岸徑流輸入、沉積物再懸浮釋放、大氣向海洋的氮沉降和水交換等[5]。山東近岸海域DIN和PO4-P呈現(xiàn)自春季至夏季先減小，后到秋季升高的趨勢(shì)。春夏季節(jié)，浮游植物和大型藻類生長(zhǎng)旺盛吸收大量營(yíng)養(yǎng)鹽，夏季海面風(fēng)力較弱，海底沉積物再懸浮釋放作用小于風(fēng)力較強(qiáng)的其他季節(jié)，雖然夏季大量降雨攜帶營(yíng)養(yǎng)鹽的陸源排海量高于其他季節(jié)，但其夏季營(yíng)養(yǎng)鹽的消耗量大于補(bǔ)充量，這些綜合因素是該海域夏季營(yíng)養(yǎng)鹽 DIN 和PO4-P質(zhì)量濃度較低的主要原因[6]。秋季，大型藻類已經(jīng)收獲，養(yǎng)殖生物殘餌、代謝物、生物尸骸氧化分解和海水劇烈上下對(duì)流[22]，同時(shí)由于海面風(fēng)力大于其他季節(jié)，海底沉積物再懸浮釋放作用增強(qiáng)和大氣沉降變大，營(yíng)養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度回升，可能是造成 DIN和PO4-P質(zhì)量濃度較高的主要原因[23]。COD作為衡量水中有機(jī)物質(zhì)含量多少的指標(biāo)，同樣用于海水中，COD越大，說(shuō)明海水受有機(jī)物污染越嚴(yán)重[16]，COD與浮游植物作用較小，陸源輸入為其主要影響因素，夏季為其全年最大降水量季節(jié)，受陸源排海有機(jī)污染物的影響，夏季COD含量高于其他季節(jié)。

2.3 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

根據(jù)式（2）計(jì)算海水富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)（E），2019年5月，山東近岸海域E值范圍為0.004～3.60，其中176個(gè)站位E＜1；8月，山東近岸海域E值范圍為0.009～21.58，其中177個(gè)站位E＜1； 10月，山東近岸海域E值范圍為0.019～14.28，其中149個(gè)站位E＜1。出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化站位見(jiàn)表3。

表3 2019年富營(yíng)養(yǎng)化站位數(shù)量統(tǒng)計(jì)

2019年，山東近岸海域海水富營(yíng)養(yǎng)化程度，秋季最高，夏季次之，春季最低，夏春季差別不明顯。其中，秋季28個(gè)站位輕度富營(yíng)養(yǎng)化，5個(gè)站位中度富營(yíng)養(yǎng)化，1個(gè)站位重度富營(yíng)養(yǎng)化；夏季4個(gè)站位輕度富營(yíng)養(yǎng)化，1個(gè)站位中度富營(yíng)養(yǎng)化，1個(gè)站位重度富營(yíng)養(yǎng)化；春季6個(gè)站位輕度富營(yíng)養(yǎng)化，1個(gè)站位中度富營(yíng)養(yǎng)化。

全年計(jì)，山東近岸海域出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化站位 35個(gè)，其中，出現(xiàn)2次富營(yíng)養(yǎng)化站位11個(gè)，3次全為富營(yíng)養(yǎng)化站位1個(gè)；重度富營(yíng)養(yǎng)化站位出現(xiàn)在膠州灣北端和萊州灣西南端，中度富營(yíng)養(yǎng)化站位分布在萊州灣中西部，其余站位均為輕度富營(yíng)養(yǎng)化，富營(yíng)養(yǎng)化站位分布圖見(jiàn)圖6。

圖6 2019年富營(yíng)養(yǎng)化站位分布圖

2.4 有機(jī)污染狀況分析

根據(jù)式（3）計(jì)算海水有機(jī)污染指數(shù)（A），按照有機(jī)污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（表2），統(tǒng)計(jì)各A值所屬站位數(shù)量，如表4。

表4 2019年有機(jī)污染站位數(shù)量統(tǒng)計(jì)

2019年，山東近岸海域海水有機(jī)污染程度，秋季最高，春季次之，夏季最低，夏春季差別不明顯。其中，秋季18個(gè)站位輕微污染，12個(gè)站位中度污染，4個(gè)站位重度污染；春季10個(gè)站位輕微污染，6個(gè)站位中度污染，1個(gè)站位重度污染；夏季9個(gè)站位輕微污染，3個(gè)站位中度污染，5個(gè)站位重度污染。

全年計(jì)，山東近岸海域有機(jī)污染輕微污染及以上站位39個(gè)，出現(xiàn)2次輕微污染及以上站位 8個(gè)，出現(xiàn)3次輕微污染及以上站位5個(gè)；重度有機(jī)污染站位全部包含重度富營(yíng)養(yǎng)化站位，主要分布在膠州灣北端和萊州灣西部海域，與重度富營(yíng)養(yǎng)化分布基本一致，有機(jī)污染輕微污染及以上站位分布見(jiàn)圖7。

圖7 2019年有機(jī)污染站位分布圖

通過(guò)圖6和圖7可看出，2019年山東近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化站位和有機(jī)污染站位主要分布于萊州灣、膠州灣、丁字灣，這與山東近岸海域主要污染物無(wú)機(jī)氮（圖2）高值區(qū)域分布基本一致。

通過(guò)單因子指數(shù)法、富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法和有機(jī)污染指數(shù)法3種方法分析評(píng)價(jià)山東近岸海域水環(huán)境質(zhì)量狀況，3種不同方法得出的結(jié)論趨于一致。

3 結(jié)論

（1）2019年山東近岸海域DIN質(zhì)量濃度呈現(xiàn)由西向東逐漸降低的趨勢(shì)，北部海域高于南部海域，高值區(qū)域主要分布在萊州灣；PO4-P質(zhì)量濃度分布較為均衡，無(wú)明顯高值區(qū)域；COD質(zhì)量濃度分布較為均衡，北部海域高于南部海域。

（2）2019年山東近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽質(zhì)量濃度季節(jié)變化上，夏季最低，春季次之，秋季最高。COD質(zhì)量濃度季節(jié)變化上，秋季最低，春季次之，夏季最高，但差異不明顯。這些指標(biāo)的季節(jié)變化規(guī)律與氣溫導(dǎo)致的海洋浮游生物生長(zhǎng)消耗，降水導(dǎo)致的陸源排污影響以及風(fēng)力導(dǎo)致的沉積物再懸浮釋放等影響存在密切關(guān)系。

（3）2019年山東近岸海域出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化站位占總站位的19.1%，出現(xiàn)有機(jī)污染輕微污染及以上站位占總站位的21.3%，重度有機(jī)污染站位全部包含重度富營(yíng)養(yǎng)化站位，富營(yíng)養(yǎng)化站位和有機(jī)污染站位主要分布于萊州灣、膠州灣、丁字灣。