2010和2017年夏季大辽河口富营养化状况评价❋

张栋华， 马浩阳， 李 瑾， 高会旺， 唐洪杰, 3， 李正炎❋❋

(1.中国海洋大学环境科学与工程学院，山东 青岛 266100； 2.中国海洋大学化学化工学院，山东 青岛 266100；3.中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，山东 青岛266100)

河口作为海洋与陆地之间的生态交错带，陆海相互作用强烈，生态系统敏感。然而，随着沿海城市社会经济快速发展，入海污染物数量居高不下，导致中国多数河口生态环境质量持续恶化[1-2]。其中，富营养化及其导致的赤潮等生态灾害已经成为世界范围内河口区的主要环境问题之一[3-7]，准确、客观评价河口区富营养化状况，是区域海洋环境管理的重要内容。

对于富营养化评价，中国正处于由仅考虑营养物压力的第I代评价方法向综合考虑营养物压力和生态响应的第II代富营养化综合评价方法过渡的阶段。第I代富营养化评价方法依据评价参数构成的不同，可分为单因子法和综合指数法两大类，该方法侧重评价调查海域富营养化的直接结果，特别是营养盐浓度的改变，但是未考虑营养物质输入与水体生态环境响应之间的相互关系[8-9]。第Ⅱ代富营养化评价方法则不仅关注于营养盐输入、浓度等压力项，同时关注富营养化所导致的生态环境效应的变化。在第II代富营养化评价方法中，美国国家海洋与大气管理局所开发的河口富营养化评价法(Assessment of Estuarine Trophic Status，ASSETS)是目前被认为适用于河口生态系统富营养化评价的代表性方法，其评价因子既包括营养盐输入等压力项，也包括叶绿素a(Chl-a)、浮游植物种类和丰度、溶解氧等响应项；其评价步骤一般首先根据盐度不同将河口区划分为感潮淡水区、河口混合区和海水区三类水域，然后根据给定的标准值对各类评价因子进行赋分评判，进而应用评价因子组合矩阵标准判别表来确定目标河口区水体富营养化状况[10-13]。尽管ASSETS法已经应用于中国多个河口的富营养化评价[14-17]，但其评价指标及阈值和权重的确定还主要参照美国等国外相关方法和标准。鉴于中国河口区所承受的富营养化压力及其生态响应与美国等地不同，需要根据中国河口区的实际状况，选择能反映中国河口富营养化压力和响应特征的评价指标并确定相应的评价标准。

大辽河口位于渤海辽东湾湾顶，为典型的三角洲河口。大辽河承接辽宁省8个地级市所排放的污水，是辽东湾的主要入海河流。自1980年代以来，大辽河口的环境污染问题已经开始引起人们关注，不少学者对该水域营养物质的通量、时空分布和富营养化状况等进行了较为系统研究[18-22]，但评价方法侧重于第Ⅰ代富营养化指数评价方法。大辽河口富营养化严重，生态环境状况不容乐观，是“渤海综合治理攻坚战”中综合整治修复的重点水域之一。本文以大辽河口为研究对象，基于现场调查资料，参考美国ASSETS方法，选择富营养化评价指标，确定指标阈值和权重，对比分析了2010年8月和2017年8月大辽河口富营养化状况，探讨人为活动对该河口营养状况变化的驱动机制。

1 研究区域和方法

1.1 研究区域简介

大辽河流域水系全长94 km，流域面积近2 000 km2，流经沈阳、抚顺、鞍山、本溪、辽阳、铁岭、营口、盘锦等8个地级市，至辽宁省营口市入渤海[23]。大辽河口平均径流量约占辽东湾入海径流量的55%，是辽东湾海域的主要入海河流。本论文研究区域为大辽河河口段，上至三岔河，下至河口低潮线以下约10 km的近海海域范围，区域内有完整的河口湾海域、滩涂和滨海湿地，分布有大面积的芦苇、碱蓬以及其他多种动植物资源。

1.2 调查方法和资料来源

大辽河口现场采样站位如图1所示。调查时间分别为2010年8月和2017年8月，分别采集表层和底层水体、表层沉积物、浮游植物、浮游动物和底栖动物样品。其中，水样调查指标包括温度、盐度、透明度(SD)、溶解氧(DO)、氨态氮(NH4-N)、亚硝态氮(NO2-N)、硝态氮(NO3-N)、溶解无机磷(DIP)、化学耗氧量(CODMn)，溶解无机氮(DIN)为NH4-N、NO2-N和NO3-N之和；沉积物调查参数为总有机碳(TOCsed)；生物样品调查参数包括Chl-a、浮游植物种类和丰度、浮游动物种类和丰度以及底栖动物种类和丰度。样品现场采集和分析均参照《海洋监测规范》或《海洋调查规范》；Chl-a、浮游植物、浮游动物和底栖动物参数的采集及测定根据《海洋生物生态调查技术规程》和《近岸海域环境监测规范》(HJ442-2008)等相关规定进行。

1.3 富营养化综合评价

富营养化综合评价参照美国ASSETS方法和流程，主要包括评价指标选取、阈值和权重确定、综合评价赋值等[14-16]。

图1 大辽河口采样站位图Fig. 1 Sampling stations in the Daliao River Estuary

1.3.1 评价指标选取和阈值确定 根据ASSETS方法，优先选取DIN、DIP作为压力项指标，同时由于大辽河口水体有机物污染较为严重[22-24]，且有机态氮、磷具有较高的生物可利用性[25]，因此，本文增加CODMn作为富营养化评价的压力项指标；初级症状指标选取Chla、浮游植物密度、浮游植物多样性指数；次级症状指标则选取底层水体溶解氧(DOb)、SD、TOCsed、浮游动物密度、底栖动物密度。借鉴美国ASSETS中的分级数量，依据中国相关水体、沉积物和生物生态评价标准，并结合大辽河口历史资料[26-28]，确定各指标的分级阈值，如表1所示。需要指出的是，浮游植物、浮游动物及底栖生物等指标由于缺乏大辽河口的参照背景值，本文以大辽河口邻近的双台子河的专属背景值作为参考基准。

表1 单个站位的评价标准Table 1 Evaluation standards for the evaluation indexes

续表1

1.3.2 评价指标权重确定 由于ASSETS方法中富营养化评价指标权重的确定具有地域性差异，因此参考美国ASSETS方法，同时结合大辽河口的历史调查数据[26-27]，设计专家打分表[29-31]，邀请50多名河口生态环境专家，经多轮专家打分，统计各指标对大辽河口富营养化的影响程度，最终确定了评价指标权重，见表2。

表2 河口富营养化综合评价指标及权重的分配Table 2 Evaluation indexes and their weights

1.3.3 评价等级划分和赋分 根据大辽河口的历史达标情况，将辽河口富营养化等级划分为优、良、中、差、劣五类，并根据不同指标的权重进行相应等级的赋分，赋分结果如表3所示。

表3 河口区单个指标区域性分级赋分表Table 3 Regional classification score table of single index

根据《中国海洋生态环境状况公报》记载，2010年渤海共发生赤潮7次，累计面积3 560 km2，赤潮发生项的评价得分为2分；2017年，渤海共发生赤潮12次，累计面积342 km2，赤潮发生项的评价得分为4分[14-16]。需要说明的是，由于未收集到针对大辽河口和辽东湾的赤潮发生情况信息，这里以渤海整个海域的赤潮发生情况来分析。

将以上各项评价指标的赋分结果进行加和，得到调查区域富营养化评价的总得分(P总)，根据P总分值所处的区间范围确定调查区域的营养等级(见表4)，并依此提出生态环境治理措施建议。

表4 富营养化评价分级表Table 4 The classifications of estuary eutrophication

2 结果和讨论

2.1 大辽河口富营养化压力项指标时空分布

河口区主要污染物来源于陆源，从淡水端到海水端，污染物浓度受陆源输入和海水稀释的影响，往往与盐度呈现较好的相关性[32]。大辽河口调查数据表明，尽管2010年夏季和2017年夏季调查海域的外边界与岸线间的距离基本一致，但由于2010年8月该区域受到洪水影响[37]，从河口到调查区域的外边界，盐度由0.2仅增大到12.5左右，而2017年8月调查区域的盐度由河口到外边界增大到31.1。同时，受洪水所携带的大量陆源污染物的影响，2010年8月的DIN、DIP、CODMn浓度从河口端到入海端浓度差异很小；而2017年8月DIN、DIP、CODMn浓度均随盐度升高而逐渐降低(见图3(a))，反映了河口区淡水和海水混合交换作用对营养物质分布的影响，淡水中高浓度的营养物质被海水稀释后浓度逐渐降低。两年的压力项指标相比，2010年8月DIN、DIP和COD的平均值分别达到2.07、0.042和3.43 mg/L，分别是2017年8月均值的4.1、2.2和1.7倍。历史监测数据表明，自1990年代以来，DIN、DIP已成为大辽河口和辽东湾的主要污染物[27]，且到本世纪前10年有加重趋势[18，35]，污染物来源主要与径流量、降雨量和生活污水及工农业废水的排放有关[36]。

根据2010年8月和2017年8月大辽河口营养压力项指标数据，按照表1中评价标准进行分类，可得到DIN、DIP、CODMn分类结果，其分布情况如图3所示。

整体而言，从2010年8月到2017年8月，压力项各指标所反映的大辽河口水质状况有所好转。对于DIN，2010年8月从淡水端到海水端大辽河调查区域均为Ⅲ类水质，而到2017年8月后，从淡水端到海水端分别呈Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ类水质；对于DIP，2010年8月整体呈Ⅰ类和Ⅱ类水质，2017年8月整个河口区水质状态为Ⅰ类；对于CODMn，2010年8月基本维持在Ⅱ类，2017年8月淡水端为Ⅱ类，海水端则为Ⅰ类水质。

(a～d：2010-08；e～h：2017-08)

2.2 大辽河口富营养化响应项指标时空分布

从图2(b～d)中可看出，2010年8月大辽河口的响应项指标，同样由于受洪水影响，淡水端和海水端的浓度差异较小，均较高。2017年8月，大辽河口响应项指标随盐度的变化趋势虽不呈保守性分布，但其分布也具有一定的规律性，从图2(f～h)中可以发现，响应项各指标均随盐度呈“两端高中间低”的趋势。其中，Chla、浮游植物、浮游动物和底栖动物指标等生态指标在河水端由于营养物质丰富，有利于浮游生物的生长繁殖，因此浮游生物的生物量和多样性均较高；而在混合区，由于河水中营养物质的减少，水体透明度降低等原因，生物在此段多发生沉降或清除作用，生物量和多样性指数较低；到海水端后，随着河水与海水的完全混合，生物的生长条件得到改善，生物量又开始升高。

2010年8月和2017年8月大辽河口的初级症状指标同样可按照表1中评价标准进行分类，得到Chla、浮游植物密度和多样性指数的分类结果，其分布图如图4所示。

图3 大辽河口压力项指标水质分类情况Fig. 3 Classifications of press indexes of the Daliao River Estuary

图4 大辽河口初级症状指标水质分类情况Fig.4 Classifications of primary symptom indexes of the Daliao River Estuary

整体而言，从2010年8月—2017年8月，Chla两年调查期间均属于Ⅰ-Ⅱ类水平，呈现“两端高中间低”的趋势；浮游植物密度在两年的调查期间均为Ⅲ类水平，情况未有明显好转；而浮游植物多样性指数则呈明显恶化的趋势，由2010年8月的Ⅱ类水平变为Ⅲ类水平。由以上初级症状指标反映的水质状况可以看出，从2010—2017年，大辽河口的水质状况未见好转趋势。

2.3 大辽河口富营养化综合状况和变化趋势

根据ASSETS富营养化评价方法的步骤，首先将调查区域按盐度分为感潮淡水区(S<0.5)、混合区(0.5≤S≤25)和海水区(S>25)[33-34]，之后将各区压力项和响应项指标进行权重赋值、评分加和，得到2010年8月和2017年8月大辽河口富营养化评价结果。

2010年8月，由于受洪水影响，调查区域盐度最高为12.5，按照盐度分区该年份调查区域可分为感潮淡水区和混合区两个区域。通过富营养化综合评价分析可得到两个区域的富营养化得分分别为51和55分，即淡水区得分低于混合区。根据表4的划分依据可知，两个区域均处于富营养化状态(见图5(a))，对于整个大辽河口而言，调查区域呈富营养化状态(P总=47)。

图5 大辽河口分区富营养化评价结果Fig.5 Results of regional eutrophication status in the Daliao River Estuary

2017年8月，可将大辽河口按盐度划分为三个区域(淡水区、混合区、海水区)，通过富营养化综合评价可知，三个区域的评价得分分别为44、52、73，可看出，淡水区富营养化评价得分低于海水区，说明富营养化状况从淡水端至海水端逐渐减轻。同时，根据表4的划分依据可知，淡水区和混合区为富营养化状态，海水区则为中营养化状态(见图5(b))对于整个大辽河口而言，调查区域仍为富营养化状态(P总=48)。

对比大辽河口2010年8月和2017年8月富营养化综合评价结果，发现近10年内大辽河口(尤其是海水区)富营养化程度有所好转，《中国海洋生态环境状况公报》中的报道也显示到2017年渤海海域的赤潮发生次数和面积相对2010年也明显减少。这是由于近年来环保力度加大，特别是自2006年和2011年分别实施以COD和氨氮为考核指标的陆源污染物总量减排计划，由此排入大辽河的陆源污染物排放数量大幅减少。据《2015年辽宁省环境状况公报》，2015年辽宁省COD和氨氮较2010年分别下降15.0%和14.4%；自2005年以后，随着《辽宁省水污染防治工作方案》的深入实施，不仅陆源污染物总量减排力度进一步增大，而且滨海湿地的保护和修复力度进一步加强，大辽河口的湿地自净能力增强，两方面共同作用导致2017年夏季大辽河富营养化状况较2010年8月有所改善。然而，2017年大辽河口浮游植物密度等富营养化初级症状指标等并未较2010年8月好转，且整体上仍呈现富营养化状态，表明该河口赤潮等生态灾害发生仍然频率较高，该海域仍需继续强化实施陆源污染物总量减排措施和湿地修复等增容措施，以进一步降低富营养化水平，降低赤潮等生态灾害发生的风险。

需要指出的是，由于2010年8月调查期间大辽河口突发洪水，使得大辽河口的径流量由往常夏季的平均207 m3/s突增为1 987.6 m3/s，洪水携带大量的陆源污染物排入大辽河口，导致营养物质压力指标较其他年份夏季显著升高。仅用2010年8月份1次的调查结果作为参照进行比较，容易导致评价结果有很大的不确定性。为客观评价大辽河口的富营养化状况，应采用连续多年的数据，系统分析其变化趋势，同时，从评价参数的数据获取方面，应采用在线监测等技术手段，获得长时间尺度的连续监测数据，以充分反映河口区这一陆海相互作用过程复杂多样的变化特征。

3 结语

本文以美国第Ⅱ代河口富营养化综合评价方法为基础，根据大辽河口的实际情况进行方法的修正和赋值，评价结果表明，2010年8月和2017年8月大辽河口整体上均处于富营养化状态，两年份的评价结果均为淡水区的富营养化状况较海水区严重。综合分析表明，2010年8月大辽河受洪水所携带的大量陆源污染物影响，导致该河口人为压力显著增大，到2017年8月，随着陆源污染物总量减排计划和水污染防治方案的深入实施，COD、氨氮等陆源污染物的排放数量显著减小，同时，滨海湿地修复力度的加强也有效削减了入海污染物的数量，由此使得2017年8月大辽河口的富营养化压力有所降低，富营养化状况有得到改善。然而，到2017年该河口整体上仍处于富营养状态，因此需继续强化陆源污染物总量减排措施和辽河口湿地修复等增容措施，以进一步降低大辽河口的富营养化程度。