北戴河近岸海域富营养化状况的评价研究

李 莉， 陈武军， 张永丰， 陈 燕, 李欣阳　(国家海洋局秦皇岛海洋环境监测中心站，河北秦皇岛 066002)



北戴河近岸海域富营养化状况的评价研究

李 莉， 陈武军*， 张永丰， 陈 燕, 李欣阳(国家海洋局秦皇岛海洋环境监测中心站，河北秦皇岛 066002)

海水中营养盐是海洋浮游植物生长与繁殖不可缺少的化学元素，是海洋生物地球化学循环中物质循环中物质流的基础。近年来由于受地表径流、工农业污水排放及海水养殖排污等影响，海水富营养化已成为我国近岸海域普遍存在的环境问题，并且富营养化程度和范围有逐渐加重和扩大的趋势[1]。由此引发的水质下降与赤潮频发，给海洋生态环境和经济发展造成了严重的破坏和巨大损失。近年来，国内外学者对河口及近岸海域富营养状况的监测与评价工作进行了广泛研究[2-5]。笔者运用富营养指数法、潜在性富营养化程度评价法和小球藻培养法对北戴河近岸海域富营养状况进行评价，旨在能够更好了解北戴河近岸海域富营养现状，为更好地加强该海域环境保护和可持续利用提供基础资料，并对河口及近岸海域富营养化评价新方法进行探索。

1材料与方法

1.1调查站位及调查项目2012年5~10月对北戴河近岸海域进行表层水样采集。调查区共设6个站位(图1)，分析项目包括化学需氧量(COD)、氨氮(NH4-N)、亚硝酸盐(NO2-N)、硝酸盐(NO3-N)、磷酸盐(PO4-P)。具体操作按《海洋监测规范》(GB17378.4-2007)[6]第四部分：海水分析处理。

1.2富营养化评价方法目前国际上关于富营养化的评价尚无统一的标准[7]。富营养化的评价方法有富营养状态(E)指数[8-12]、潜在性富营养化程度评价法[13]、Shennan指数法[14]和浮游植物群落结构指数[15]。笔者采用目前国内外常用的富营养状态指数和潜在性富营养化程度评价法分析海域海水富营养状况。富营养状态指数计算公式如下：E=COD*DIN*DIP*106/4 500。其中COD、DIN、DIP分别表示海水中的化学耗氧量、无机氮和无机磷(单位为 mg/L)。当E≥1时，水体为富营养化类型，E值越大，富营养化程度越严重。

1.3小球藻培养海洋小球藻藻种取自暨南大学。在1 000 ml的三角瓶中，将小球藻在f/2培养液中尽心培养，达到指数生长期后，分别接种到经0.45 μm滤膜过滤的水质样品中，每个水质样品设3个平行样。温度为25 ℃，光照强度为4 500 lx，光暗比为12 h∶12 h，每天定时摇动2次，培养7 d。每天定时取样，以血球计数板法测定小球藻的细胞个数，同时计算藻体生长速率。计算公式如下[16]：K=2.303(lgN-lgN0)/t；T=0.693/K。其中，K为比生长常数；N0为起始细胞密度；N为经过t时间的细胞密度；T为平均世代(d)；t为生长时间(d)。

2结果与分析

2.1COD、DIN和DIP的变化特征COD值是评价水体质量的重要标准，因为它反映了水中受还原物质污染的程度，也就是说反映了水样中可氧化的有机质氧化时所需要的氧量，因此COD值可作为有机物相对含量的指标，其测值的高低直接反映了水体质量的好坏[17]。由表1可知，调查海域水体COD值的变化范围介于1.12～2.84 mg/L之间，各月份的COD值平均值在1.37～2.54 mg/L之间。8和9月水体COD值满足二类海水水质标准(<3 mg/L)，其他月份的COD值满足一类海水水质标准(<2 mg/L)。8和9月水体COD值较大，这可能是由于充沛的降雨将大量有机物冲刷入海，同时夏季正是养殖的高峰期，使得COD值达到了全年的最大值。

调查海域水体DIN含量的变化范围介于0.056 3~0.672 mg/L之间，各月份的水体DIN含量平均值在0.068 2～0.549 mg/L之间。8和9月水体DIN含量平均值均超过海水四类水质标准(0.5 mg/L)。10月水体DIN含量平均值符合海水二类水质标准(0.3 mg/L)，其他月份水体DIN含量平均值均符合海水一类水质标准(0.2 mg/L)。调查海域DIN以NO3-N为主，平均含量为0.138 mg/L，约占DIN的55.0%；其次是NH4-N，约占DIN的35.0%；含量最少的是DIN的中间产物NO2-N，占DIN的10.0%。

调查海域水体DIP含量的变化范围介于0.003 12~0.051 9 mg/L之间，各月份的水体DIP含量均值在0.003 76～0.017 7之间。除8月6号站海水DIN含量超过海水水质四类标准(0.045 mg/L)，其他各月份各站位海水DIP含量均符合海水水质一类标准(0.015 mg/L)。

表1　5~10月COD、DIN、DIP值　mg/L

2.2北戴河近岸海域富营养状态指数水质营养水平评价分级标准见表2。调查期间，北戴河近岸海域营养状态指数的变化范围在0.084 9~20.500 0之间，不同月份6个站位的营养状态指数均值变化范围在0.112～5.720之间。从表3可知，调查海域丰水期富营养状态指数明显高于枯水期和平水期。除8和9月之外，其他月份营养状态指数均值均<1，这表明除8和9月外，其他月份调查海域海水水质较好，尚未达到富营养化水平。8和9月营养状态指数均值均>1，表明8和9月北戴河近岸海域海水富营养化，尤其8月的营养状态指数均值>3，已处于高富营养化。

表3　各月不同站位富营养化指数

2.3北戴河近岸海域潜在性富营养化程度评价我国近海主要河口、海湾水体中N/P比几乎都偏离Redfield值，这种偏离程度还随季节不同而发生变化。考虑到我国近岸海域普遍具有营养盐比例不平衡，致使浮游植物生长受制于某一相对不足营养盐的特性，笔者选用郭卫东等以潜在性富营养化的概念为基础，参照我国海水水质标准以及有关试验结果，提出的分类分级的潜在性营养化评价模式[13]。分类分级潜在营养化评价模式的营养级划分原则见表4。利用2012年5~10月北戴河邻近海域6个监测站点表层海水N、P营养盐含量监测结果的平均值，对北戴河近岸海域不同月份表层海水的潜在性富营养化程度进行评价，评价结果见表5。

在赤潮多发期(5～10月)，5～7月的海水水质平均状况属于贫营养；8和9月的营养程度达到最高水平，处于磷限制潜在性富营养化水平，接近富营养化水平；10月的海水水质平均状况属于磷限制中等营养。这表明，5～7月北戴河近岸海域营养水平很低，水质质量较好。8和9月由于降雨和径流的影响，致使DIN水平升高，但由于P的限制，总体上尚处于潜在性富营养化阶段。从总体上来看，北戴河近岸海域营养化程度呈现明显的时间变化。

2.4小球藻培养法对调查海域营养水平的分析海水中的DIN和DIP等营养物质是海洋浮游植物生长、繁殖所必需的成分，它们在控制浮游植物的生长中起着重要作用。笔者用各月份各站位的天然海水对小球藻进行室内培养，并计算小球藻的比生长常数。通过比较小球藻的生长速率，对北戴河海域海水富营养化程度进行评价。不同月份6个站位海水培养小球藻的比生长常数均值变化范围介于0.090 7～0.208 0之间。从图2可知，8月小球藻的比生长常数最大，9月次之，7月最小。

表4　潜在性富营养化评价模式营养级的划分原则

表5　调查海域潜在性富营养化评价结果

应用SPSS13.0软件对北戴河近岸海域营养状态指数和小球藻比生长常数进行相关性分析，其Spearman相关系数R=0.813，显著性水平α<0.01。北戴河近岸海域营养状态指数和小球藻比生长常数总体上成正相关关系，即营养状态指数高的区域海水培养小球藻的比生长常数相对也高。这表明小球藻生长状况能够在一定程度上反映北戴河近岸海域富营养化状况。

3结论与讨论

(1)在赤潮多发期(5～10月)，8和9月北戴河近岸海域海水COD、DIN和DIP含量远远高于其他3个月份。8和9月海水DIN含量均值超过海水水质四类标准，COD含量均值超过海水水质二类标准。8月DIP含量均值超过海水水质二类标准。

(2)富营养状态指数结果表明，8和9月北戴河近岸海域海水处于富营养化状态，尤其8月的营养状态指数均值>3，已处于高富营养化。其他月份调查海域海水水质较好，尚未达到富营养化水平。

(3)潜在性富营养化评价结果表明，5～7月北戴河近岸海域营养水平很低，水质质量较好。8和9月由于降雨和径流的影响，致使DIN水平升高，但由于P的限制，总体上尚处于潜在性富营养化阶段。

(4)通过对北戴河近岸海域营养状态指数和小球藻比生长常数进行相关性分析，北戴河近岸海域营养状态指数和小球藻比生长常数总体上成正相关关系，表明小球藻培养法能够在一定程度上反映北戴河近岸海域富营养化状况。

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摘要根据2012年5~10月北戴河近岸海域水质监测资料，分析了该海域几个重要化学指标变化特征，并应用富营养指数法、潜在性富营养化程度评价法和小球藻培养法对北戴河近岸海域富营养状况进行评价，同时对3种方法结果进行比较分析。营养指数法计算结果显示，8和9月北戴河近岸海域海水处于富营养化状态，尤其8月的营养状态指数(E)均值>3，已处于高富营养化。其他月份调查海域海水水质较好，尚未达到富营养化水平。潜在性富营养化法计算结果：5～7月北戴河近岸海域营养水平很低，水质质量较好。8和9月由于降雨和径流的影响，致使无机氮水平升高，但由于磷的限制，总体上尚处于潜在性富营养化阶段。通过对营养状态指数和小球藻比生长常数进行相关性分析，北戴河近岸海域营养状态指数和小球藻比生长常数总体上成正相关关系，表明小球藻培养法能够在一定程度上反映北戴河近岸海域富营养化状况。

关键词富营养化；近岸海域；富营养指数法；潜在性富营养化程度评价法；小球藻培养法；北戴河

Eutrophication Assessment Research for Beidaihe Coastal Waters

LI Li, CHEN Wu-jun*, ZHANG Yong-feng et al(Marine Environment Monitoring Central Station of Qinghuangdao, SOA, Qinghuangdao, Hebei 066002)

AbstractBased on the survey data of Beidaihe coastal waters from May to October 2012, the characteristics of several important chemical factors were analyzed.By using eutrophication index, potential eutrophication assessment method and chlorella culture method, the eutrophication level of the sea area was assessed.Meanwhile, the assessment results of using the three assessment method were compared.The results based on eutrophication index showed that the Beidaihe coastal sea had a higher eutrophication level in August and September.Especially the average of eutrophication index (E) was greater than 3 in August.It had high eutrophication level.The other month had not reached the eutrophication level.The results based on potential eutrophication assessment method showed that the nutrition level of Beidaihe coastal waters were low from May to July.Because of rainfall and runoff, the level of inorganic nitrogen had increased in August and September.Because of the limitation of phosphorus, the nutrient status of Beidaihe coastal waters was still potential eutrophication.The nutrient state index had a positive correlation with the growth of chlorella by analyzing the relation of the nutrient state index and the growth of chlorella.It showed that the chlorella culture method could reflect the nutrient status of Beidaihe coastal waters.

Key wordsEutrophication; Coastal water; Eutrophication index; Potential eutrophication assessment method; Chlorella culture method; Beidaihe

收稿日期2015-10-23

通讯作者

作者简介李莉(1983-)，女，河北唐山人，工程师，硕士，从事海洋环境监测与评价研究。*，高级工程师，硕士，从事海洋生态学研究。

基金项目国家海洋局北海分局2012年海洋科技项目(2012B11)；国家海洋局公益性行业科研专项经费项目(201305003)。

中图分类号S 181.3

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)32-111-04