平潭竹屿口海域监测因子时空分布和相关性水平初探

林小华

（平潭综合实验区海洋与渔业技术中心，福建 平潭 350400）

平潭是福建的第一大岛，全国第五大岛。平潭地处闽中渔场中心，是全国重点渔业区之一，蕴存着丰富的水产资源，繁衍着众多鱼、虾、蟹、贝、藻类。平潭属南亚热带海洋性湿润型气候，冬暖夏凉，霜雪罕见，季风明显[1]。竹屿口位于平潭岛的西面海域，与海坛海峡相连。为了解平潭竹屿口海域环境现状，平潭县水产技术推广站于2012年至2014年对平潭竹屿口海域的环境现状进行监测，笔者分析了监测数据，对该海域的监测因子时空分布和相关性水平进行了初步研究。

1 材料与方法

1.1 监测内容

平潭竹屿口海域环境现状调查包括海水水质和沉积物。海水水质项目主要包括盐度（S）、pH、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD5）、亚硝酸盐氮（NO2--N）、硝酸盐氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）、无机氮（IN）、活性磷酸盐（PO43--P）和石油类（Oil）11个项目，沉积物项目包括有机碳、石油类和硫化物3个项目。

1.2 监测站位和时间

调查站位见图1，共6个站位，1#～6#由竹屿口内向竹屿口外依次排列，1#～5#在竹屿口内，6#靠近竹屿口外。水质调查在2012年至2014年的5月和8月进行，沉积物调查在2012年至2014年的8月进行。

1.3 监测方法

海水水质样品和沉积物样品的采集、贮存、运输、预处理和分析方法按相关标准执行[2]。海水水质中pH、溶解氧、化学需氧量、生化需氧量、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氨氮、活性磷酸盐和石油类分别采用pH计法、碘量法、碱性高锰酸钾法、五日培养法、萘乙二胺分光光度法、锌-镉还原法、次溴酸盐氧化法、磷钼蓝分光光度法和紫外分光光度法；沉积物中有机碳、石油类和硫化物分别采用重铬酸钾氧化-还原容量法、紫外分光光度法和亚甲基蓝分光光度法。

1.4 评价标准与方法

平潭竹屿口海域功能区类型为港口区，海水执行GB 3097—1997《海水水质标准》第四类标准[3]；沉积物执行GB 18668—2002《海洋沉积物质量》第3类标准[4]。监测因子的评价采用单因子评价模式，以单因子污染指数1.0作为该因子是否对环境产生污染的基本分界线，大于1.0表明监测水域水质已受该因子污染，不满足海洋功能区要求。超标率的公式为：超标率（%）＝超标样品数/样品总数×100%。

图1 平潭竹屿口海域调查站位

1.5 相关性分析方法

该文采用线性回归作为判别各监测因子之间相关性及相关性水平的分析方法。线性回归是利用数理统计中回归分析，来确定两种或两种以上变量间相互依赖的定量关系的一种统计分析方法，其表达形式为y=bx+a，若b＞0，表示x与y正相关，若b＜0，表示x与y负相关；x与y的相关系数用r表示，表示二者之间的相关性程度。[5]

2 结果与分析

2.1 海水水质结果评价

2012—2014年的水质监测结果见表1。平潭竹屿口海域功能区类型为港口区，执行《海水水质标准》第四类标准。

2012—2014年，海水中pH值范围为7.93～8.30，平均值为8.17；化学需氧量的含量范围为0.17 mg/L～3.10 mg/L，平均值为 0.87 mg/L；生化需氧量的含量范围为0.32 mg/L～4.32 mg/L，平均值为1.44 mg/L；无机氮的含量范围为0.008 mg/L～0.659 mg/L，平均值为0.217 mg/L；活性磷酸盐的含量范围为0.004 mg/L～0.438 mg/L，平均值为 0.059 mg/L；石油类的含量范围为0.007 mg/L～0.026 mg/L，平均值为0.013 mg/L。所有站次的水质pH、化学需氧量、生化需氧量和石油类均符合《海水水质标准》第四类标准，符合海洋功能区要求；无机氮有8.3%站次劣于《海水水质标准》第四类标准，活性磷酸盐有33.3%站次劣于《海水水质标准》第四类标准，不符合海洋功能区要求。平潭竹屿口海域海水中主要污染物是活性磷酸盐和无机氮。

表1 平潭竹屿口海水水质（月平均值）监测结果

2.2 海水水质结果分析

2.2.1 时间分布 根据表1的监测结果制作了各监测因子2012—2014年的时间分布图，见图2。结果表明，各监测因子含量月平均值变化趋势均不明显。pH和石油类的含量变化趋势较一致，没有明显的特征，最高值均出现在2013年5月。而化学需氧量、生化需氧量、无机氮和活性磷酸盐的含量时间分布中有个共同点，都是在2014年5月含量达到最大值；化学需氧量的含量最小值出现在2012年5月，生化需氧量的含量最小值出现在2012年8月，无机氮和活性磷酸盐的含量最小值均出现在2013年8月；而无机氮和活性磷酸盐在8月的含量值小于5月，其他监测因子该特征不明显。

图2 海水水质各监测因子2012—2014年时间分布

2.2.2 空间分布 1#～6#监测站位从竹屿口内至竹屿口外按顺序分布，根据表2的监测结果制作了各监测参数空间分布图，见图3。结果表明，从竹屿口内至竹屿口外，pH呈上升趋势，石油类含量变化不明显，化学需氧量、生化需氧量、无机氮和活性磷酸盐含量呈较明显的下降趋势，活性磷酸盐变化趋势尤为明显。

2.2.3 线性相关分析 根据表2和表3的监测结果，对盐度与pH值、石油类、化学需氧量、生化需氧量、无机氮、活性磷酸盐、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮以及氨氮进行一元回归，得出盐度与各监测因子之间的线性相关情况（图4）。从回归方程来看，可知盐度与pH值呈正相关，与其他监测因子呈负相关；通过计算，得出相关系数r，r值分别为0.8741、0.7949、0.9617、0.8631、0.9059、0.9860、0.9799、0.9884 以 及0.7035。查相关系数的临界值表，当n=6，f=n-2=6-2=4；α=0.05 时，r0.05=0.811；α=0.01 时，r0.01=0.917；α=0.001时，r0.001=0.974。其中：n为参加拟合站点数，f为自由度，α为具统计学意义性水平（双侧）。

表2 平潭竹屿口各站位海水水质（平均值）监测结果及相关系数值（1）

图3 海水水质各监测因子2012—2014年空间分布

表3 平潭竹屿口各站位海水水质（平均值）监测结果及相关系数值（2）

图4 海水中盐度与其他监测因子线性相关情况

石油类和氨氮与盐度的相关系数均小于r0.05，表明在0.05水平（双侧）上线性关系不具统计学意义；pH和生化需氧量与盐度的相关系数均大于r0.05，小于r0.01，表明在0.05水平（双侧）上有统计学意义的线性关系；化学需氧量和无机氮与盐度的相关系数均大于r0.01，小于r0.001，表明在0.01水平（双侧）上有统计学意义的线性关系；活性磷酸盐、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮与盐度的相关系数均大于r0.001，表明在0.001水平（双侧）上有非常具有统计学意义的线性关系。与盐度线性相关程度：活性磷酸盐＞硝酸盐氮＞亚硝酸盐氮＞化学需氧量＞无机氮＞pH＞生化需氧量＞石油类＞氨氮，石油类和氨氮与盐度线性相关不具统计学意义，活性磷酸盐与盐度相关最具统计学意义，表明活性磷酸盐受陆源排污的影响可能性最大，而氨氮与石油类受陆源排污的影响可能性最小。

2.3 沉积物监测结果评价

2012—2014年的沉积物监测结果见表4。平潭竹屿口海域功能区类型为港口区，执行《海洋沉积物质量》第三类标准。

2012—2014年，沉积物有机碳含量范围为0.25×10-2～2.64×10-2，平均值为 1.61×10-2；石油类含量范围为 18.3×10-6～293×10-6，平均值为 88.6×10-6；硫化物含量范围为＜0.3×10-6～119×10-6，平均值为30.1×10-6。所有站次的沉积物有机碳、石油类和硫化物均符合《海洋沉积物质量》第三类标准，均符合海洋功能区要求。

表4 平潭竹屿口沉积物（月平均值）监测结果

2.4 沉积物监测结果分析

2.4.1 空间分布 1#～6#监测站位从竹屿口内至竹屿口外按顺序分布，根据表5的监测结果制作了各监测因子空间分布图，见图5。结果表明，沉积物中有机碳、石油类和硫化物含量空间分布呈较明显的特征，即从竹屿口内至竹屿口外呈下降趋势。有机碳含量变化趋势较明显，最大值是1#，最小值为6#；石油类和硫化物在竹屿口内的站位之间差异较明显，越往竹屿口外，站位之间的差异越不明显。

2.4.2 线性相关分析 根据表5的监测结果，将有机碳、石油类与硫化物两两进行一元回归，见图6。从回归方程来看，可知三者之间均呈正相关；通过计算，得出相关系数r，有机碳和石油类的r值为0.8263，硫化物和石油类的r值为0.4711，有机碳和硫化物的r值为0.6837。查相关系数的临界值表，当n=5，f=n-2=5-2=3；α=0.05 时，r0.05=0.878；α=0.01时，r0.01=0.959；α=0.001 时，r0.001=0.991。

表5 平潭竹屿口海域各站位沉积物（平均值）监测结果及相关系数值

图5 沉积物各监测因子2012—2014年空间分布

其中：n为参加拟合站点数，f为自由度，α为具统计学意义性水平（双侧）。

从相关系数看，有机碳和石油类的线性相关较强，硫化物和石油类的线性相关较弱；三个相关系数均小于r0.05，表明在0.05水平（双侧）上线性关系不具统计学意义。

图6 沉积物中有机碳、石油类与硫化物两两线性相关情况

3 结论

平潭竹屿口海域功能区类型为港口区，执行《海水水质标准》第四类标准。按照该海水水质类别来评判，主要超标污染物是活性磷酸盐和无机氮，活性磷酸盐有33.3%站次劣于《海水水质标准》第四类标准，无机氮有8.3%站次劣于《海水水质标准》第四类标准，其他监测参数均符合该海域功能区的要求。在时间分布上，各监测参数含量月平均值变化趋势均不明显。pH和石油类的含量变化趋势没有明显的特征；而化学需氧量、生化需氧量、无机氮和活性磷酸盐的含量时间分布中有个共同点，都是在2014年5月含量达到最大值。在空间分布上，从竹屿口内至竹屿口外，pH呈上升趋势，石油类含量变化不明显，化学需氧量、生化需氧量、无机氮和活性磷酸盐含量呈较明显的下降趋势，活性磷酸盐变化趋势尤为明显。

平潭竹屿口海域沉积物质量较好，所有站次的沉积物有机碳、石油类和硫化物均符合《海洋沉积物质量》第三类标准，均符合海洋功能区要求。在空间分布上，沉积物中有机碳、石油类和硫化物含量空间分布呈较明显的特征，即从竹屿口内至竹屿口外呈下降趋势。

海水中盐度与pH值呈正相关，与其他监测因子呈负相关；与盐度线性相关程度是活性磷酸盐＞硝酸盐氮＞亚硝酸盐氮＞化学需氧量＞无机氮＞pH＞生化需氧量＞石油类＞氨氮，石油类和氨氮与盐度线性相关不具统计学意义，活性磷酸盐与盐度相关最具统计学意义，表明活性磷酸盐受陆源排污的影响可能性最大，氨氮和石油类最小。沉积物中有机碳、石油类和硫化物三者之间均呈正相关，有机碳和石油类的线性相关较强，硫化物和石油类的线性相关较弱；3个线性相关系数均小于r0.05，表明在0.05水平（双侧）上线性关系不具统计学意义。