舟甬航道附近潮间带沉积物中总磷、总氮、总有机碳的分布特征

秦鹤，徐焕志，许康,王冠良，陈鹏宇

（1.浙江海洋大学海洋与科学技术学院，国家海洋设施养殖工程技术研究中心，浙江舟山316022；2.杭州天量检测技术有限公司，浙江杭州311202；3.浙江环信环境自动检测有限公司，浙江杭州310000）

舟甬航道附近潮间带沉积物中总磷、总氮、总有机碳的分布特征

秦鹤1，徐焕志1，许康1,王冠良2，陈鹏宇3

（1.浙江海洋大学海洋与科学技术学院，国家海洋设施养殖工程技术研究中心，浙江舟山316022；2.杭州天量检测技术有限公司，浙江杭州311202；3.浙江环信环境自动检测有限公司，浙江杭州310000）

对宁波、舟山附近海域潮间带沉积物中的总磷、总氮和总有机碳的含量及分布特征进行研究。结果表明，研究海域总磷浓度范为0.28～0.36 mg/g,平均值为0.32mg/g，总氮浓度范围为0.54～1.53 mg/g,平均值为0.95 mg/g，总有机碳浓度范围为2.33～13.29 mg/g，平均值为6.05 mg/g。相关性分析结果说明，总磷、总氮和总有机碳间有较好的相关性。根据Redfield比值显示研究区域沉积物中有机质的来源以海源为主，也受人类活动带来的陆源污染影响。评价结果显示沉积物中的磷，碳处于清洁状态，而氮具有一定的生态风险。

沉积物；总磷；总氮；总有机碳

磷、氮作为水体富营养化的限制性元素，是水生生物生长的必需元素，而沉积物是海域生态系统的重要组成部分[1]，近海沉积物通过积累、贮存接纳了水环境中大量的营养物质，同时在某些环境因子改变的条件下如水动力条件改变，水体化学过程和地壳运动等，沉积物也会通过吸附-解吸等作用向水体中释放氮磷等物质，为浮游生物的生长提供必要的营养，但是过量的氮磷物质的存在也会对水体环境造成危害，影响水生生态系统的稳定，如水体的富营养化[2-3]带来的赤潮现象严重影响到海域生态系统的健康，给经济带来严重的损失。

浙江东北部的宁波、舟山群岛区域位于我国东南沿海，杭州湾外缘的东海洋面上，是长江三角洲重要的组成部分，区域内人口密集，经济实力强大，海上交通运输业极为发达，海运和水运的发达使得海洋污染问题也在不断增加[4-5]；宁波、舟山群岛附近海域作为我国陆源污染的主要聚集地，陆源污染物排放量大，且东海近海海域潮间带水深较浅，在近岸海域由于沿岸流、东海黑潮等波浪、潮流的共同作用下，水动力条件十分复杂，上覆水体波动剧烈，对海岸泥沙运动和污染物输移扩散产生复杂的影响[6-7]，其中过量的生源要素（碳、氮、磷）在近海积累沉积将导致富营养化、赤潮[8]等一系列问题[9]，严重影响当地经济的健康发展。

本研究采用了潮间带沉积物作为研究对象，通过对舟甬航道附近海域沉积物总氮、总磷和总有机碳的测定及分析，较直观的研究采样区域沉积物中总氮、总磷和总有机碳的分布特征及来源，并对污染情况进行评价为降低水体二次污染、控制水体富营养化和生态系统状况的改善提供理论依据[10]。

1 材料与方法

1.1 采样时间及采样时间

根据海岸线分布与人类活动状况于2015年1月布设了19个采样点，分别为宁波C1：金塘浦口港口；C2：小泥湾；C3：沥港；C4：船厂；C5：大件码头；C6：北仑；C7：白峰码头；C8：南海村；舟山本岛依次为C9：江口浦；C10：畈潮村；C11：老塘码头；C12：马北渔业村；C13：三江码头；C14：小展；C15：临城；C16：平阳浦；C17：墩头码头；C18：半升洞码头；C19：塘头。地图分布如图1所示。

图1 采样点分布Fig.1Sampling points of sediment in study area

1.2 采样与测定方法

在采样点附近选取4～5个采集点，采集其表层沉积物（l～20 cm），混合均匀，装入洁净的玻璃瓶，当天运回实验室。在实验室用4分法选取待测样品。在烘箱45℃温度下干燥，粉碎研磨，过80目筛后，置于玻璃瓶中密封保存，备用。

总氮测定按照碱性过硫酸钾消解-紫外分光光度法（GB11894-89）测定，总磷按照钼酸铵-分光光度法（GB11893-89）进行，总有机碳按照重铬酸钾氧化-分光光度法[11]测定。

2 结果与分析

2.1 研究区域各采样点的TP、TN和TOC分布特征

舟甬航道附近潮间带沉积物的总磷的浓度分布范围和平均值分别为0.28～0.36 mg/g和0.32 mg/g，总氮的浓度分布范围和平均值分别为0.54～1.53 mg/g和0.947 5 mg/g，总磷、总氮的高值区多位于港口、码头地区（图2），其中研究区域总磷的含量接近黄海、南黄海和山东南部海域，而高值低于渤海、东海和珠江口，但总氮的浓度高值均高于渤海、黄海和东海（表1）。

图2 研究区各采样点的TP、TN和TOC含量Fig.2Concentrations of TP,TN and TOC in sampling points in study area(mg/g)

总有机碳的浓度范围为2.33～13.29 mg/g，平均值为6.05 mg/g，低于海洋沉积物质量标准[12]规定的一类沉积物中总有机碳含量上限，高值采样点也多是码头港口地区，总有机碳浓度高值高于东海海域含量，但低于渤海、黄海和珠江口海域总有机碳含量（表1）。

表1 各海域总磷、总氮和总有机碳的含量比较Tab.1Concentrations of TP,TN and TOC in sediment from different areas

将采样点按采样点周围环境可以分类为港口码头（分别为采样点C1（河流），C3，C5，C6，C7，C11，C13，C17（河流），C18）；人口较少地（C2，C8，C10，C12（河流），C14，C19），人口聚集地（C4（河流），C9（河流），C15（河流），C16（河流））（注：（河流）表示此采样点为河流入海口）。

根据SPSS单因素方差分析结果显示，码头港口，人口聚集地，人口稀少地的总磷、总氮和总有机碳含量差异显著（P＜0.05），呈现递减的趋势。在港口码头附近往往伴随大量人口流动与聚集，且高于一般的人口聚集地，码头和港口往往也是餐饮住宿较集中区域，同时在码头和港口附近可能存在大量厂区，生产生活导致的人为污染排放较多，外源输入带来大量的氮、磷元素导致使得码头的总磷、总氮含量偏高。人口聚集地人为活动多，且研究区域年际降水和地表径流量都较大，其中磷元素在土壤中容易固定，容易随着降水和地表径流进行水平迁移[23]，河流作为陆源氮磷化合物的主要载体，将大量营养物质从陆地带入海洋在近海海域不断沉积，也会导致沿海沉积物中磷的含量增加，通过对总磷、总氮和总有机碳含量分析表明，人类的活动对沿海沉积物中总磷、总氮和总有机碳的含量影响较大。

2.2 总磷、总氮和总有机碳的物源贡献估算

当沉积物中磷、氮和碳之间有较强的相关关系时，说明沉积物中的磷、氮和碳具有相同的来源[24]。通过对研究区域沉积物中的总磷、总氮和总有机碳做相关分析，分析结果如图3所示。

由表3数据显示，总有机碳与总氮，总氮与总磷及总有机碳与总磷分别为显著性（双侧）=0.000，都小于0.01，说明总有机碳与总氮，总氮与总磷及总有机碳与总磷分别具有显著性，因此这三组相关性探究是具有统计学意义的。三者的相关性系数分别为r（TOC/TN）=0.883，r（TN/TP）=0.753，r（TOC/TP）=0.749。当r> 0.8为强相关，0.5

图3 沉积物中总磷、总氮和总有机碳的相关性关系Fig.3Correlations between TP,TN and TOC in sediment

在海洋沉积物研究中，沉积物有机质主要是通过水环境中动植物和浮游生物残体被分解分解沉积和地表径流带来的陆源碎屑沉积两种方式输入[25]，其中碳，氮，磷之间的比值大小是通常用来判断有机质来源的重要方法之一，已经越来越多的被研究和应用以获取沉积物物质来源信息[26]。不同的有机质类型对应着不同得到C/N、C/P比值，Redfield研究得出近乎恒定的C/N/ P=106：16：1，浮游生物的碳、氮比值约为6.6，也称为Redfield比，但陆源有机物的碳氮比一般较高[27]。MILLIMAN等[28]的研究将海洋沉积物中C/N<8划为海源有机物，将海洋沉积物中C/N>12的划为陆源有机物，比值处于8～12之间表示受到两种物源的影响。通过数据计算舟甬航道附近海域内19个冬季采样点的总有机碳，总氮，总磷之间的比值，如图3所示。本文研究海域沉积物的总有机碳、总氮的比值（TOC/TN）分布范围为3.6～8.98，多数采样点的碳氮比值小于8，这说明研究区域内多数地区沉积物中的有机碳和总氮可能以海洋自生的为主，部分采样点如大件码头等地区的TOC/TN的值大于Redfield比值8，说明除了考虑到海洋自产的有机物及有机氮的降解速率大于有机碳外，其中部分有机物质来自陆源，这种情况可能与码头地区频繁的人类活动有关；研究区域总氮/总磷（TN/TP）为9.976 2，远小于Redfield比，这可能是由于在沉积物水界面及其附近，氮循环强烈，有机质中的氮在微生物的作用下发生矿化分解形成溶解态的氮扩散到水体中[29]以及脱氮作用导致沉积物中氮元素由于厌氧作用产生部分N2和N2O从而使氮含量下降。TOC/TP的值为91.642 0，比Redfield的比值小，可能与沉积物中总有机碳的速率大于总磷的降解速率有关[30]。

2.3 潮间带沉积物中磷、氮、污染评价

采用指定沉积物中总磷、总氮和总有机碳含量的评价标准[31]、单一因子的标准指数法进行评价，单一污染因子i的一般标准指数关系式如下：

式中：Si为单项评价指数或者标准指数，Si大于1表示含量超过了评价标准值；Ci为评价因子i的实际测得值；Cs为评价因子的评价标准值。

根据加拿大安大略省环境和能源部制定的沉积物质量评价指南，潮间带沉积物中具有最低级别的生态效应的总磷、总氮和总有机碳的含量分别为600 mg/kg、550 mg/kg和10 000 mg/kg，潮间带沉积物中具有严重级别的生态效应的总磷、总氮的含量分别为2 000 mg/kg、4 800 mg/kg和100 000 mg/kg[32-33]，本文所测总磷、总氮数据均小于2 000 mg/kg、4 800 mg/kg、100 000 mg/kg，故在分析数据时采用的总磷、总氮的评价标准为600 mg/kg、550 mg/kg和10 000 mg/kg，19个采样点的总磷、总氮和总有机碳的标准指数列于表2。

表2 舟甬航道附近潮间带沉积物总磷、总氮和总有机碳标准指数Tab.2Standard indexes of TP,TN and TOC in intertidal sediments in study area

由表2可见，舟甬航道附近海域潮间带沉积物中总磷标准指数都小于1，说明沉积物中的磷浓度不足以带来生态风险效应；而沉积物中总有机碳的标准指数均值低于1，只有大件码头地区标准指数大于1，说明只有大件码头地区碳浓度处于轻微污染，其他研究区域的碳浓度不足以带来生态风险效应，但研究区域总氮的标准指数基本都大于1，说明沉积物中的氮具有一定得生态风险效应，其中个别采样点的标准指数大于2，如沥港、大件码头、北仑码头、江口浦、墩头码头地区氮污染已处于中等污染水平，会对环境带来较大的危害，需加强对舟甬航道附近海域环境的监测。

3 结论

通过对舟甬航道附近海域沉积物19个区域的沉积物样品中总磷、总氮和总有机碳的分析发现，研究区域沉积物相比其他海域的中的总磷、总氮和总有机碳的含量较高，且高值区域集中在港口码头，人为活动较频繁的地区；相关性分析及来源分析发现，沉积物中的总磷、总氮和总有机碳主要来源于海洋自身，部分来源于陆源污染；同时，潮间带沉积物中总磷的含量没有超标，且标准指数都小于1，总有机碳的含量总体也低于海洋沉积物质量保证规定的一类沉积物中总有机碳含量上限，但个别地区的总有机碳浓度处于轻微污染。各个采样点的总氮含量基本超标，标准指数变化范围为0.98～2.70，舟甬航道附件海域潮间带沉积物环境质量氮污染较严重，码头港口等地区已基本处于中等污染水平，需加强对区域环境的监测及污染区域的治理。

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The Distribution Characteristics of TP,TN and TOC in the Sediment of Intertidal Zone Near Waterways between Ningbo and Zhoushan

QIN He,XU Huan-zhi,XU Kang,et al
(1.Marine Science and Technology School of Zhejiang Ocean University,National Engineering Research Center For Marine Aquaculture,Zhoushan316022,China)

Total phosphorus(TP),total nitrogen(TN)and total organic carbon(TOC)contents in sediments from 19 tidal zones in the vicinity of Ningbo and Zhoushan were measured and analyzed.The results showed that the concentrations of TP,TN and TOC in sediment were 0.28-0.36 mg/g(average of 0.32 mg/g),0.54-1.53 mg/g(average of 0.95 mg/g),2.33-13.29 mg/g(average of 6.05 mg/g).The correlation analysis results showed that a good correlation among TP,TN and TOC.The ratio of parts of the study area of total organic carbon and total nitrogen is slightly higher than the ratio of Redfield,shows that the organic matters in sediment is not only influenced by marine plankton but also influenced by the human activities.Evaluation results showed thatthe TP and TOC majorly belonged to clean category.TN was at a moderate pollution level but not far from the category of heavy pollution．

sediment;total phosphorus;total nitrogen;total organic carbon

X825

A

1008－830X(2016)06－0498－06

2016-10-20

浙江省分析测试科技计划项目（2015C37080）

秦鹤（1992-），女，安徽巢湖人，研究方向：设施渔业技术.E-mail:qh247067@163.com

徐焕志.E-mail:xhz1967@163.com