天津近岸海域营养盐变化特征及富营养化概况分析

尹翠玲，张秋丰，阚文静，张亚楠

（国家海洋局天津海洋环境监测中心站，天津 300450）

天津近岸海域营养盐变化特征及富营养化概况分析

尹翠玲，张秋丰，阚文静，张亚楠

（国家海洋局天津海洋环境监测中心站，天津 300450）

根据2004—2012年在渤海湾进行的连续监测结果，分析、探讨了渤海湾近年来营养盐的变化特征及富营养化概况.结果表明：近年来，渤海湾海水中DIN含量升高，DIP含量有所降低，与1978—1980年相比，DIN增加1.18倍，DIP降低62.1%；从空间分布上看，北塘和汉沽断面的营养盐含量高于其他断面；从时间分布上看，枯水期的营养盐含量低于丰水期；从无机氮的结构特征上看，NO3-N占无机氮含量的40.4%～81.5%，三态无机氮之间基本处于热力学平衡状态；从N/P比值、Si/N比值和Si/P比值上看，近年来渤海湾N/P比值升高，该海域已由原来的高磷低氮转换为低磷高氮的状态；富营养化评价结果是，2008—2012年渤海湾近岸海域NQI指数变化范围为3.24～4.28，平均值为3.71，全部处于富营养化状态.

渤海湾；营养盐；变化特征；富营养化

1 调查范围及分析方法

2004—2007年调查的范围在38°37′04″N～39°06′57″N，117°39′00″E～118°02′00″E，共布设30个站位.由于围填海的原因，2008—2009年的调查站位进行了稍微变动，调查的范围在38°37′3.72″N～39°06′57″N，117°39′00″E～118°01′59″E，共布设24个站位.2010—2012年调查的范围在38°39′25″N～39°05′48″N，117°46′00″E～118°04′00″E，共布设20个站位.2008—2012年各站位的布设见图1.

监测时间段为2004—2012年的丰水期和枯水期.监测项目主要包括硝酸盐氮（NO3-N）、亚硝酸盐氮（NO2-N）、氨氮（NH4-N）、活性磷酸盐（DIP，以P计）、硅酸盐（SiO3-Si）、叶绿素a（chl-a）和化学需氧量（COD）.用卡盖氏有机玻璃采样器采集海水样品，经T6新世纪紫外分光光度计测定，按GB 17378.4—2007《海洋监测规范》的方法进行分析.其中：NO3-N用锌-镉还原比色法，NO2-N用盐酸奈乙二胺比色法，NH4-N用次溴酸盐氧化法，DIP用磷钼蓝分光光度法，SiO3-Si用硅钼黄分光光度法，叶绿素a用紫外分光光度法，COD用碱性高锰酸钾法.

图1 2008—2012年渤海湾营养盐调查站位Fig. 1Sampling stations in Bohai Bay from 2008 to 2012

2 结果与讨论

2.1 营养盐污染现状

2.1.1 营养盐年平均含量

近年来渤海湾海水中营养盐的枯水期（5月份）和丰水期（8月份）的含量见表1.DIN在枯水期的变化范围为301～741，µg/L，平均值为503，µg/L，在丰水期的变化范围为352～1，004，µg/L，平均值为650，µg/L. 近年DIN大体呈先升高后降低的趋势，与2004年相比，2012年的枯水期和丰水期DIN含量均有所升高，分别比2004年升高21.5%和84.7%.DIP在枯水期的变化范围为4.31～50.7，µg/L，平均值为17.4，µg/L，在丰水期的变化范围为8.88～41.2，µg/L，平均值为21.5，µg/L.近年DIP大体呈先降低后升高的趋势，与2004年相比，2012年的枯水期DIP降低65.7%，丰水期DIP升高38.7%.硅酸盐在枯水期的变化范围为222～550，µg/L，平均值为364，µg/L，在丰水期的变化范围为538～908，µg/L，平均值为765，µg/L.近年硅酸盐在枯水期和丰水期大体均呈先升高后降低的趋势，与2005年相比，2009年的枯水期硅酸盐增加64.0%，丰水期降低10.5%.总体来看，近年来渤海湾海水中DIN含量升高，DIP含量有所降低.与1978—1980年渤海湾的营养盐调查数据相比［2］，近年DIN增加了1.18倍，DIP降低了62.1%. DIP的下降可能与近年来含磷洗涤产品的禁用有关.DIN升高可能与近年来渤海湾沿岸工业、城市生活污水排放大量增加有关.

根据本单位对天津市入海排污口的监测数据可知：2005年北塘口、大沽排污河口、海河河口、子牙新河河口和独流减河河口的氨氮年入海排放量分别为1，960、905、1，338.8、744.5、25.6吨，COD年入海排放量分别为135、52.7、38.5、35.7、2.64万吨，活性磷酸盐年入海排放量分别为389.8、76.6、24.86、105.1、0.756吨，悬浮物年入海排放量分别为14.4、2.35、2.2、1.03、0.542万吨，2005年天津市5个主要入海排污口的主要污染物排海量为285.6万吨.据历史资料统计［16-17］：2009年［16］通过天津市主要排污口排放入海的污水总量约为17.9亿吨，其中，氨氮约0.437万吨；2011年［17］天津市境内83个入河排污口排放量为9.36亿立方米［17］，其中蓟运河为5，781.4万立方米，永定新河为2，532.22万立方米.从2005、2009和2011年的排污量变化上看，近年来天津市的污水排放量呈增加趋势，大量的污水为渤海湾天津近岸海域带来了大量的营养盐.

表1 2004—2012年渤海湾枯水期和丰水期营养盐变化Tab. 1 Nutrient changes in the dry season and wet season from 2004 to 2012 in Bohai Bay

2.1.2 营养盐分布差异

近年渤海湾天津近岸海域的营养盐监测主要分为5个断面，从北到南依次是汉沽断面、北塘断面、塘沽断面、大港断面和岐口断面.图2分析了各个断面的营养盐分布情况.

图2 各个断面营养盐平均含量Fig. 2 Nutrients' sectional distribution in the coastal waters of Bohai Bay

图2结果表明：DIN在各个断面的分布情况为HG＞BT＞TG＞DG＞QK，DIP在各个断面的分布情况为BT＞HG＞TG＞QK＞DG，SiO3-Si在各个断面的分布情况为BT＞HG＞DG＞QK＞TG.综合来看，北塘和汉沽断面的营养盐含量较高.分析可能原因是由于汉沽存在增养殖区，贝类、鱼类的养殖造成北塘和汉沽周围海域的营养盐含量升高.历史资料显示［18］，1990年8—9月天津塘沽至河北黄骅沿海发生大规模赤潮的一个重要成因是由大量虾池排放水造成的.另外，在北塘和汉沽存在潮白新河、蓟运河和永定新河3条主要的入海河流（图3），根据调查数据（本研究单位“入海江河污染物调查”），2012年此3条河流中氨氮最高达7.99，mg/L，总氮最高达2.33，mg/L，总磷最高达5.35，mg/L.

图3 天津近岸主要入海河流Fig. 3 The major rivers into coastal waters in Tianjin

表1分析了近年渤海湾枯水期和丰水期营养盐的变化，结果表明，枯水期的DIN、DIP和SiO3-Si的平均含量均明显低于丰水期，因为天津属于温带季风气候，8月份的降水量要明显高于5月份，这也充分说明渤海湾天津近岸海域的营养盐输入与径流量呈正相关，因为在丰水期，大量降水导致许多河口排洪放闸，大量营养物质的输入导致丰水期营养盐含量急剧升高，此结论与历史研究结果相符［7］.

2.1.3 无机氮结构特征

在氮循环中，有机氮→NH4-N→NO2-N→NO3-N，当达到热力学平衡时，N最终转化为NO3-N.表2分析了近10年来NO2-N、NO3-N和NH4-N分别占DIN的比例，其中，NO3-N是无机氮的主要存在形式，NO3-N/DIN比值在40.4%～81.5%范围，平均值为68.00%，这一结果与以前的研究结果相符［15］.与1982—1998年的平均比例相比［4］，NO2-N在无机氮中所占的比例有所升高，增加了1.17倍；NO3-N所占比例无明显变化，仅增加了2.51%；NH4-N所占比例则明显下降，下降了41.9%.亚硝酸盐比例的增加，反映了陆源径流对无机氮含量的影响，同时也说明目前农业化肥使用主要是以氮肥为主，过量的氮肥随着农田排灌或雨水冲刷而大量流失［4］.NH4-N比例的下降，则说明NH4-N已被大部分转化为NO3-N，三态无机氮之间基本处于热力学平衡状态.

表2 2004—2012年渤海湾无机氮的结构特征Tab. 2 Inorganic nitrogen structural features of Bohai Bay from 2004 to 2012

2.1.4 营养盐比例变化

氮元素和磷元素是浮游植物细胞原生质的重要组成部分，浮游植物对其的吸收通常是按照一定比例进行的，偏高或偏低都会对浮游植物的生长起到一定的限制作用［19-20］.研究表明，适合硅藻生长的n（C）∶n（Si）∶n（N）∶n（P）比例为106∶16∶16∶1［21］，浮游植物的细胞大小和群落组成也会受到营养盐比例的影响［22-23］.近年来渤海湾海水中的N/P比值（n（N）/n（P））、Si/N比值（n（Si）/n（N））和Si/P比值（n（Si）/n（P））见图4（该结果为根据5月份与8月份平均值计算得到）.

N/P比值在25.6～131，平均值为78.6；Si/N比值在0.38～0.62，平均值为0.49；Si/P比值在22～74，平均值为49.3个比值基本呈现先升高后降低的趋势，其中，Si/N比值和Si/P比值均在2008年达到最高值，N/P比值在2009年达到最高值，这一监测结果与渤海湾营养盐的年平均含量结果相符.

与适合硅藻生长的C∶Si∶N∶P比例相比［19］，N/P比值升高，且已远远超出适合浮游植物生长的Redfield比值（16∶1）；从Si/P比值来看，由于活性磷酸盐的含量相对较低，导致Si/P的比值在近几年均大于16∶1，Si/N比值小于1，因此，近年来渤海湾的无机氮含量升高，无机磷含量降低，浮游植物生长繁殖的主要限制因子为活性磷酸盐，这与以前的研究结果相符［3］.而从Si/N的比值来看，营养盐硅也受到轻微限制，这与“虽然目前硅藻在渤海的浮游植物群落中仍然处于优势地位，但甲藻也在逐渐兴起”的结论相符［24］.

比较渤海湾历年来的营养盐比例变化［4］，1982年N/P比值为1.3，Si/N比值为25.5，Si/P比值为34.4；1992年N/P比值为19.6，Si/N比值为2.1，Si/P比值为41.0；1998年N/P比值为24.8，Si/N比值为2.7，Si/P比值为56.2；近年渤海湾N/P比值升高，该海域已由原来的高磷低氮转换为低磷高氮的状态，分析原因，一是可能与含磷洗涤用品的禁用有关，二是可能与天津近岸工业、城市生活污水排放大量增加有关，具体原因还有待进一步深入研究.

图4 2004—2012年渤海湾营养盐比值变化Fig. 4Nutrient ratio changes of Bohai Bay from 2004to 2012

2.2 富营养化分析

在一定条件下，海水中的氮、磷等营养盐的供给和消耗会达到一个动态平衡，而当营养盐的供给大于消耗时，海水就会出现富营养化［4］.目前，国内外对富营养化的评价标准不统一，有的学者从DO、BOD和叶绿素角度去分析海区的富营养化状况［25-29］，还有学者主要从COD和富营养化指数进行分析［2］.综合各方面考虑，本文引用目前国内比较常用的一种方法进行富营养化评价，该方法根据欧盟OSPAR的“综合指数法”［30-31］中的营养状态质量指数法（NQI指数法）［32-35］进行了富营养化评价，计算公式为

式中：COD、ρ（DIN）、ρ（PO4-Ps）、ρ（chl-a）代表实测值；COD′、ρ′（DIN）、ρ′（PO4-Ps）、ρ′（chl-a）分别为各自的营养状况分析标准，COD′=3.0，mg/L，ρ′（DIN）= 0.3，mg/L，ρ′（PO4-Ps）=0.03，mg/L，ρ′（chl-a）= 5，mg/m3.NQI＞3时为富营养化状态，2＜NQI＜3时为中等营养状态，NQI＜2时为贫营养状态.

近年渤海湾的NQI指数变化见图5.2008—2012年渤海湾近岸海域NQI指数变化范围为3.24～4.28，平均值为3.71，全部处于富营养化状态.其中，以2012年NQI指数最高，富营养化程度最高，这一研究结果与“渤海沿岸区域经常处于富营养化状态”的结论相符［36］.

图5 2008—2012年渤海湾富营养化指数变化Fig. 5 Eutrophication index changes in Bohai Bay from 2008 to 2012

3 结 论

（1）近年来，渤海湾近岸海域海水中DIN和活性硅酸盐含量升高，DIP含量有所降低，与1978—1980年相比，DIN增加了1.18倍，DIP降低了62.1%，N/P比值比1982—1998年明显升高，且已远远超出适合浮游植物生长的Redfield比值（16∶1）.

（2）近年来，渤海湾近岸海域海水中的DIN在各个断面的分布情况为HG＞BT＞TG＞DG＞QK，DIP在各个断面的分布情况为BT＞HG＞TG＞QK＞DG，SiO3-Si在各个断面的分布情况为BT＞HG＞DG＞QK＞TG；其中，北塘和汉沽断面的营养盐含量较高，分析主要原因是由于汉沽存在增养殖区，再加上在北塘和汉沽存在潮白新河、蓟运河和永定新河3条主要的入海河流所致.

（3）时间分布表明，枯水期的DIN、DIP和SiO3-Si含量均明显低于丰水期，这也充分说明渤海湾天津近岸海域的营养盐输入与径流量呈正相关.

（4）NO3-N是无机氮的主要存在形式，NO3-N/DIN比值变化范围为40.4%～81.5%，平均值为68.00%，三态无机氮之间基本处于热力学平衡状态.

（5）近年来渤海湾无机氮含量升高，无机磷含量降低，活性硅酸盐含量基本无变化，浮游植物生长繁殖的主要限制因子为活性磷酸盐；分析原因，可能与含磷洗涤用品的禁用有关，也可能与天津近岸工业、城市生活污水排放大量增加有关，具体原因有待进一步深入研究.

（6）运用NQI指数法进行富营养化评价结果表明，2008—2012年渤海湾近岸海域NQI指数变化范围为3.24～4.28，平均值为3.71，全部处于富营养化状态.其中，以2012年的NQI指数最高，富营养化程度最高.

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责任编辑：常涛

Nutrient Variation and Eutrophication Assessment of Bohai Bay in Tianjin

YIN Cuiling，ZHANG Qiufeng，KAN Wenjing，ZHANG Yanan
（Tianjin Oceanic Environmental Monitoring Central Station，SOA，Tianjin 300450，China）

Variation characteristics of nutrients and eutrophication overview of Bohai Bay in Tianjin were analyzed in accordance with the results of the continuous monitoring carried out from 2004 to 2012 in Bohai Bay. The results showed that the DIN content increased while the DIP content decreased in recent years in Bohai Bay.Compared with the data in 1978and 1980，DIN increased 1.18 times and DIP decreased 62.1%.From the spatial distribution point of view，the nutrient contents in the waters of Beitang and Hangu sections were higher than those in other sections.From temporal distribution point of view，the nutrient contents in the wet period were lower than those in the dry season. The structural characteristics of the inorganic nitrogen show that NO3-N makes up 40.4% to 81.5% of the inorganic nitrogen which was basically in a state of thermodynamic equilibrium. As to the N/P，Si/N and Si/P ratios，N/P ratio increased and the waters changed from the status of high phosphorus low nitrogen to low phosphorus and high nitrogen in recent years in Bohai Bay. The results of eutrophication assessment showed that the NQI index range was from 3.24 to 4.28，with an average of 3.71，and all the waters were in the state of eutrophication from 2008 to 2012 in Bohai Bay.

Bohai Bay；nutrient；change characteristics；eutrophication

P734.4+4 文献标志码：A 文章编号：1672-6510（2015）01-0056-06

10.13364/j.issn.1672-6510.20140061

渤海湾为封闭的内湾，是蓟运河、潮白新河、永定新河、海河、独流减河、子牙新河和捷地减河等河流的入海处，湾内饵料丰富，在渤海渔业中占有极其重要的地位.天津市土地总面积为11，916.85，km2，所辖海域面积约3，000，km2，海岸线长153.669，km，潮间带面积370.32，km2［1］.天津市经济发展迅速，仅2011年国内生产总值（GDP）就达到11，190.99亿元，但随着经济的发展，渤海湾的生态环境遭到了严重破坏，海水富营养化严重，赤潮频发，尤其是营养盐的污染日趋严重.

目前，关于渤海湾营养盐及富营养化状况已有研究［2-15］.研究结果表明，渤海湾天津近岸海域水体中的氮污染比较严重，磷为渤海湾浮游植物生长的限制因子［14-15］，海水呈现富营养化状态［11，13］.但以前的研究往往仅局限于1～3年的调查结果，不能很好地评价渤海湾营养盐的长期变化趋势以及富营养化的增长状况.本文根据2004—2012年的监测资料，阐述了渤海湾无机氮、活性磷酸盐和硅酸盐等的变化特征，分析了目前渤海湾的富营养化概况，以期为今后天津市的赤潮防灾减灾工作提供参考.

2014-04-17；

2014-09-18

国家海洋局北海分局科技处项目（2013B14）

尹翠玲（1980—），女，山东平度人，工程师，yiyi18913@163.com.