灌河邻近海域秋季氮磷营养盐分布及富营养化评价

周超凡,袁广旺∗,彭 模,魏爱泓,毛成责

(1.江苏省环境监测中心,江苏 南京 210019;2.江苏省海洋环境监测预报中心,江苏 南京 210019)

0 前言

营养盐是海洋生物生存的生源要素[1],其分布、构成与浮游生物的生长消亡、季节变化以及陆源径流、水团运动等因素密切相关[2]。 然而,随着我国经济的高速发展,过量的营养盐排放入海,引发了富营养化等海洋生态环境问题[3]。 《2019 年中国海洋生态环境状况公报》显示,我国近岸海域主要超标因子为无机氮和活性磷酸盐[4]。 自2009 年国家通过《江苏沿海地区发展规划》以来,江苏沿海地区得到快速发展[5],随之而来的近岸海域生态环境问题也日益凸显,其中富营养化是最严重的问题之一[6-7]。 河口及邻近海域是人类活动集中开发的区域,也是河海水混合、水动力状况复杂的区域,吸引了众多学者研究[8-9]。 灌河古称北潮河,由燕尾港入黄海,属于黄海水系河流,是苏北地区唯一没有在干流设立涵闸的河流。 《2016 年江苏省海洋环境质量公报》显示,灌河水质为劣V 类,主要超标因子为COD、总磷、氨氮[10]。 本研究对了解2016 年秋季灌河邻近海域氮磷营养盐分布特征,科学评价其富营养化水平,为相关管理部门提供数据支撑具有一定意义。

1 材料与方法

1.1 监测站位与指标

于2016 年11 月开展调查,共布设20 个水质站位(见图1)。 按照《海洋监测规范》(GB 17378—2007)、《近岸海域环境监测规范》(HJ 442—2008)等标准的要求开展表层海水化学需氧量(CODMn)、硝酸盐氮(NO3-N)、亚硝酸盐氮(NO2-N)、氨氮(NH4-N)、活性磷酸盐(DIP)等指标的监测。

图1 监测站位示意

1.2 分析方法与质量控制

COD 按照《海洋监测规范》(GB 17378.4—2007)碱性高锰酸钾法分析,营养盐项目按照《海洋监测技术规程》(HY/T 147.1—2013)流动分析法开展实验室内分析。 COD,DIP,NO3-NN,O2-N,NH4-N 等标准样品回收率在93.8%~102%之间。

1.3 数据处理与分析

使用ArcGIS 10.5 软件绘制站位及氮磷营养盐分布图,OriginPro 2016 绘制富营养化等示意图,用Excel 软件处理各监测指标数据,本文结果为平均值±标准偏差。

1.4 富营养化评价方法

本文应用富营养化综合指数方法计算调查海域富营养化指数(E)[11],计算公式如下:

式中,COD,DIN,DIP分别为COD,DIN,DIP 的质量浓度,单位均为mg/L。 评价标准为:E≥1 表示水体富营养化;19 表示水体重度富营养化。

2 结果与讨论

2.1 秋季灌河邻近海域氮磷营养盐平面分布

调查统计结果如表1 所示。 秋季DIN 质量浓度范围为0.389~2.78 mg·L-1,平均质量浓度为(0.985±0.689)mg·L-1。 对照《海水水质标准》(GB 3097—1997)二类无机氮评价标准结果显示,监测站位均处于超标水平,平均超标1.28 倍。 变异系数反映了营养盐分布的差异程度,小于15%为小变异,15%~36%之间则为中等变异,大于36%则为高度变异[12]。变异系数为70%,空间分布差异大。高值区主要位于航道线的东南侧,在苏北沿岸流的影响下[13],陆源污染物随着余流往东南海域迁移。 平面分布上呈现西部低、东部高的特征,最大值出现在16 号站位,最小值在领海基线处海域的20 号站位(见图2)。

图2 秋季无机氮、活性磷酸盐平面分布

表1 水质要素监测统计分析

秋季DIP 质量浓度范围为0.021~0.087 mg·L-1,平均质量浓度为(0.040±0.022)mg·L-1。 超标站位个数占比40%,平均超标0.13 倍。 最大值出现在16 号站位,最小值在8 号站位。 平面分布上,DIP与DIN 具有相似的分布特征,表明二者可能具有同一来源。 研究区域氮磷营养盐浓度范围与宋伟华等[14]的研究基本一致。 氮磷营养盐评价结果与杨华等[15]的研究一致,多处站位为Ⅳ类及劣Ⅳ类水质。

2.2 秋季灌河邻近海域氮磷营养盐组成

秋季DIN 中,NO3-N 平均占比78.1%,是DIN的主要组成成分,NH4-N 平均占比为17.4%,NO2-N占比最小(见表1)。 营养盐的含量以及结构特征直接影响浮游植物的构成,氮磷比是海水中营养盐含量结构的重要指标,研究表明,浮游植物体内氮磷比在正常值范围12~22[16]时最有利于浮游植物生长。实验发现,氮磷比大于30 时浮游植物生长受磷限制,氮磷比小于8 时浮游植物生长受氮限制[17]。 秋季氮磷比平均为52.3±9.7,各站位变异系数为19%,表明研究海域秋季氮磷比分布相对均衡。 与春季[18]该海域氮磷比比值165 对比来看,秋季磷限制程度较低,可能秋季浮游植物的生长受到影响,对氮磷的吸收速率降低;另一方面,浮游生物的繁殖消亡过程,使得有机质耗氧而分解产生了DIP,一定程度上缓解了磷限制程度。

2.3 秋季灌河邻近海域富营养化评价

调查海域秋季富营养化指数平均为21.5±26.0,范围为1.49~93.4,如图3 所示。 站位富营养化占比100%,区域富营养化水平高,其中轻度、中度、重度富营养化占比依次为5%,45%,50%,变异系数121%,说明区域富营养化分布不均衡。 15 号、16 号站位富营养化指数最高,主要分布在航道线海域,说明灌河径流污染排放对其影响较大。 春季富营养化站位占比45%,秋季富营养化范围比春季大。

图3 调查海域富营养化指数

3 结论

(1)对照《海水水质标准》(GB 3097—1997)二类评价标准结果显示,秋季监测站位DIN 均处于超标水平,DIP 超标站位个数占比40%。 平面分布上,DIP与DIN 均呈现西部低、东部高的特征,表明二者可能具有同一来源。

(2)DIN 中,NO3-N 平均占比78.1%,是秋季DIN 的主要组成成分,氮磷比平均为52.3±9.7。

(3)调查海域秋季富营养化水平较高,且分布不均衡,航道线海域站位富营养化程度较重,可能受灌河径流排放的影响。