浙江近岸典型港湾的营养盐行为特征

2013-08-14蔡小霞潘建明于培松刘小涯孙维萍

海洋通报 2013年5期

蔡小霞，潘建明，于培松，刘小涯，孙维萍

（国家海洋局第二海洋研究所海洋生态系统与生物地球化学重点实验室，浙江杭州 310012）

长期以来，由于工农业废水排放和未经处理污水的输入，再加上近年来围垦滩涂和水产养殖的迅速发展，浙江近岸港湾水域普遍面临着水质恶化和富营养化问题（谷颖等，2002；徐国锋等，2009；李铁军等，2011）。过量的营养盐，尤其是氮和磷的输入，造成了水体交换不畅的港湾的富营养化，制约了经济的可持续发展和威胁了人类的健康和生存（Goldberg，1995；周名江等，2001；Kennish，2001）。过往研究（张丽旭等，2010）分析了22年来长时间序列象山港海域的CODMn、DIN和PO43-年平均浓度来反映海域水化学状况，而有学者（杨丹等，2011）利用高分辩率的多化学指标来指示三门湾富营养化沉积演变历史，结果均表明浙江省养殖港湾DIN和PO43-浓度逐渐升高的趋势，并且未来氮磷比值将会进一步扩大。

图1 象山港、三门湾及乐清湾采样站位图

象山港位于浙东沿海，是浙江省3个主要水产养殖基地之一，水域面积为563 km2，水深一般在10～20 m之间，属于半封闭的强潮浅水半日潮海湾，注入湾内淡水的年均径流量约为13×109m3，其中60%集中在6至9月份（董礼先等，1999）。由于象山港的地形和水动力特点，进入港湾的陆源污染物质可能长期滞留湾内，对狭湾内的生态和水产养殖业造成威胁（Gao et al，1990）。三门湾则紧挨着象山湾，与乐清湾同为浙江省重点海水增养殖基地（余方平等，2006）。三门湾低潮时海域面积约为390 km2，平均水深约9 m，注入湾内的径流较小，年均降水量达1 400 mm，湾顶的潮差较高，汊面广，纳潮量大，潮汐性质属正规半日潮。乐清湾原为潮流通畅海湾，1977年湾底东部漩门港堵口筑坝后，形成了一面出海的半封闭海湾，属于强潮半日潮海湾，由于湾内无径流量较大的河流且有大片的滩涂存在，使其具有较大的潮差（李伯根等，1992）。

近10多年来，已有较多研究针对浙江省港湾营养盐的浓度分布和富营养化状态进行了充分的讨论（张丽旭等，2005；姚炜民等；2007；李铁军等，2011），但对不同港湾营养盐的变化规律和行为特征及其之间的差异还鲜见报道。因此，本研究对象山港、三门湾和乐清湾的一些水质参数进行了分析，讨论了营养盐的保守和非保守行为，以揭示不同港湾的营养盐的来源和生物地球化学过程。

1 材料与方法

于2009年4月和2010年3月、4月分别采集了乐清湾、三门湾及象山港同时期的水样，样品各43、53和39个，采样站位如图1所示。象山港和乐清湾的海水样品采样层次为表层（水深＜3 m）；表层和底层（水深＞3 m），三门湾的海水样品则只采集表层水样。调查过程中的样品采集、贮存、运输、预处理及分析测定过程均按《海洋调查规范》（GB/T 12763.11-2007）中的要求进行。

样品经预洁净的醋酸纤维膜（φ 47 mm，孔径0.45 μm）过滤后冷藏保存（0.4℃），在短时间内《海洋调查规范—海水化学要素观测》进行水样分析，其中硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐和硅酸盐分别使用7230 G分光光度计（上海精科）采用锌镉还原-重氮偶氮法、磷钼蓝法和硅钼黄法测定。pH使用奥立龙离子计868型测定，DO和COD按《海洋调查规范—海水化学要素观测》分别使用碘量法和碱性高锰酸钾法测定。叶绿素a的分析使用0.7 μm Whatman GF/F玻璃纤维滤膜过滤，而后用90%丙酮萃取，在-20℃冰箱中萃取24 h后，萃取液采用唐纳荧光计测定。数据分析使用统计分析软件SPSS 16.0对数据进行相关性和显著性分析。

2 结果与讨论

2.1 典型港湾水质参数的分布

象山港、三门湾和乐清湾的水质监测资料（吕华庆等，2009；余方平等，2006；李铁军等，2011；金永平等，2005）圴表明，3个港湾内水质参数DO、pH及COD基本均符合I类或II类海水水质标准，而无机氮和无机磷是主要的污染物，通常能够达到IV类或劣IV类海水水质标准，与本研究的调查结果较为相似（表1）。表1所示，象山港具有3个港湾中最高浓度的PO43-和NO2-，分别为1.87和1.22 μmol/dm3，与2002年4月相比（张丽旭等，2005）PO43-和NO2-的平均浓度均有明显的增高，分别增加了82%和12%，而NO3-浓度则有所降低。三门湾水体具有最高的NO3-浓度，PO43-和 NO2-分别高达 61.0 和 1.49 μmol/dm3，与2005年4月相比（王奎等，2007）NO3-浓度增加了71%，而PO43-的平均浓度增加了107%，与环三门湾经济体的快速发展可能造成的污染相符。乐清湾的PO43-和NO3-的平均浓度分别为1.38和44.4 μmol/dm3，与 2003年 5月（高生泉等，2005）相比，NO3-浓度增加了54%而PO43-则基本没有明显变化。可见，3个港湾中PO43-、NO2-和NO3-的浓度均有一定的增加。水体的SiO32-则来自于天然硅酸盐和铝硅酸盐矿物的风化，人为来源影响不大，其在3个港湾中的浓度分布没有明显的区别，三门湾的SiO32-浓度与2005年4月相比（王奎等，2007）则略有提高。此外，调查发现三门湾具有最高的NO3-/PO43-比值，高达43.0，其次是乐清湾（32.4）和象山港（27.5），依据 Redfield比值（N ∶P=16 ∶1）（Redfield et al，1963）均表现为硝酸盐相对于磷酸盐的过剩，营养盐浓度和氮磷比均反映水体富营养化特征明显，影响了海洋环境的生态平衡。

2.2 营养盐的保守和非保守行为

在港湾水体，淡水与海水的相互混合会形成一个较强的盐度梯度，同时由于高悬浮物和低透光度的限制使得营养盐在咸淡水混合过程受生物过程的影响较小，在主要来源于淡水端的情况下，营养盐可能呈保守或准保守行为（Head，1985）。判断营养盐的行为特征最常用的是混合图法（Liss，1976）和反应物法（Head，1985）。“反应物法”是指对于单一的淡水源，以盐度为保守性指标，营养盐在咸淡水混合过程的迁移和转化或保守和非保守行为可以通过两者的相关关系来判断，相关性显著，则可认为该成分行为为保守或准保守；若两者没有相关性，则认为该成分行为不保守，即受生物地球化学过程影响具有迁移和转化等过程，也可能具有其他的海水端来源。

表1 浙江省典型港湾水质参数的浓度分布

2.3 典型港湾和的来源和转移

图2 不同港湾的营养盐浓度（μmol/dm3）与盐度之间的相关关系

图3 象山港（XS）、三门湾（SM）和乐清湾（YQ）的（左）及（右）比值随盐度的变化

3 结论

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