广西北部湾近岸海域营养盐与富营养化状态研究*

2022-08-12温玉娟徐轶肖黎慧玲谢欢达

广西科学 2022年3期

温玉娟，徐轶肖，黎慧玲，雷富，谢欢达，吴淼**

(1.南宁师范大学，北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，广西南宁 530001；2.南宁师范大学，广西地表过程与智能模拟重点实验室，广西南宁 530001；3.广西科学院广西北部湾海洋研究中心，广西近海海洋环境科学重点实验室，广西南宁 530007)

氮和磷等营养盐是海洋环境中维持海洋生物体生命活动的必需元素，也是水体富营养化、赤潮暴发等环境问题的物质基础[1]。广西北部湾海域是我国南海大陆架西北部的一个天然半封闭浅海湾，随着该区社会与经济的迅速发展，工农业生产和生活污水携带大量营养物质流入海洋，主要营养盐浓度整体上呈明显的年际上升趋势。经统计，1980-2010年，广西北部湾溶解态无机氮(DIN)均值增长了17.9倍[2]。以《海水水质标准》(GB 3097-1997)[3]为评价依据，1990-2000年北部湾近岸海域溶解态磷酸盐(DIP)优于一类海水水质标准；2000-2007年有所上升，但总体变化不大；而2008年后，大部分湾内湾口的DIP最高值已处于二、三类海水水质标准，甚至劣于四类海水水质标准[4]。近年北部湾赤潮灾害明显加重，2021年暴发了高达6 400 km2的超大规模夜光藻(Noctilucascintillans)赤潮[5,6]，赤潮生物由最近十年的球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)演变为夜光藻，有害赤潮种类增加[7]，严重威胁北部湾海洋生态环境和经济可持续发展，急需就该地区主要海域的营养盐状况进行研究。

北部湾有多条河流汇入，水产资源丰富。珍珠湾、钦州湾、廉州湾和铁山港是北部湾沿岸分布的4个主要海水养殖区，以生蚝、虾、金鲳鱼养殖为主[8,9]。钦州湾号称“大蚝之乡”，是我国重要的蚝苗繁育基地，提供了全国70%的蚝苗[10]；铁山港则是重要的金鲳鱼养殖基地，金鲳鱼产品连续3年出口到欧洲，连续17年出口到美国[11]。涠洲岛位于北部湾中部，是北部湾最大的岛屿，拥有典型的珊瑚礁生态系统，是北部湾最重要的生态景观和资源之一，具有较高的初级生产力、重要的环境功能与社会效益[12]。营养盐状况对上述海域的海洋环境质量、海洋生态环境保护和海洋产业可持续发展研究具有重要意义。目前对北部湾营养盐研究报道较多，但多只关注某一具体海域[13-15]，同时针对北部湾多个海域多个季节的营养盐研究工作仍不多。因此，本研究于2021年8月(夏季)和2022年1月(冬季)在北部湾主要养殖水域和涠洲岛周围布设站位，分析表层海水营养盐浓度、结构和限制情况，评价水体富营养化状况，拟为北部湾海水养殖、赤潮灾害管理和海洋生态保护提供基础环境数据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与测定

图1 北部湾近岸海域调查站位Fig.1 Sampling stations in nearshore seawaters of Beibu Gulf

1.2 评价方法

1.2.1 营养盐限制因素评价

1.2.2 富营养化指数法

20世纪80年代邹景忠等[20]将富营养化指数法用于渤海湾富营养化研究，后来被学者广泛用于水体富营养化评价，计算公式如下：

1.3 数据处理

实验数据由Excel 2010进行初步整理。使用Arcmap 10.2绘制研究区域采样图；运用Origin 2019b软件绘制营养盐浓度和分布图，同时绘制营养盐历史趋势图并进行线性拟合分析。

2 结果与分析

2.1 海域温盐状况

夏季表层海水温度为30.0-33.1℃，平均值为(31.3±0.8)℃(n=27)，最高值出现在廉州湾11号站位，最低值出现在涠洲岛22-25，27号站位。冬季表层海水温度为13.5-19.6℃，平均值为(16.7±1.8)℃(n=22)，最高值出现在钦州湾6号站位，最低值出现在涠洲岛26号站位。夏季盐度为21.2-34.0，平均值为28.0±3.3 (n=27)，最高值出现在涠洲岛23，26号站位，最低值出现在钦州湾6号站位；冬季盐度为22.4-32.8，平均值为30.2±2.5 (n=22),最高值出现在涠洲岛24号站位，最低值出现在钦州湾6号站位。

2.2 营养盐浓度

表1 北部湾近岸表层水体营养盐浓度(mg/L)Table 1 Nutrient concentrations in nearshore surface waters in Beibu Gulf (mg/L)

表2 北部湾近岸海域营养盐浓度均值(mg/L)Table 2 Average value of nutrient concentrations in nearshore seawaters of Beibu Gulf (mg/L)

2.3 营养盐限制情况

本研究营养盐含量均高于绝对限制阈值，故不存在营养盐绝对限制情况。由图3可知，营养盐结构显示夏季N/P、Si/N和Si/P分别为4.3-35.2，0.5-6.5和12.0-139.9，对应均值为19.6±8.4，2.0±1.3和35.5±24.9 (n=27)；冬季N/P、Si/N和Si/P分别为4.3-36.2，0.8-2.0和8.4-37.1，对应均值为20.4±8.6，1.1±0.3和21.5±9.5(n=22)。夏季，涠洲岛22,24-26号站位为潜在N限制，占所有站位的14.8%；钦州湾6,8号站位，廉州湾11,13号站位和铁山港16,18,19,21号站位均为潜在P限制，占所有站位的29.6%，其余站位不具有营养盐限制的情况。冬季，钦州湾9号、涠洲岛25号站位为潜在N限制，占所有站位的9.1%；廉州湾11,13-15号，铁山港21号和涠洲岛22-24号站位均为潜在P限制，占所有站位的36.4%。可见，夏、冬季潜在P限制比例均高于潜在N限制。空间分布上，夏季潜在N限制发生在涠洲岛海域，潜在P限制发生在钦州湾、廉州湾和铁山港，珍珠湾无营养盐限制情况；冬季潜在N限制发生在钦州湾和涠洲岛，潜在P限制发生在廉州湾、铁山港和涠洲岛。

Stations 11-15 on the x-axis correspond to stations 11-15 in summer or 28-32 in winter,respectively

表4 营养盐限制情况Table 4 Nutrient limitation situation

2.4 富营养化状况

由图4可知，夏季富营养化指数E为0.04-3.92，平均值为1.13±1.20 (n=27)，最高值位于钦州湾6号站位(3.92)，达到中度富营养；最低值位于涠洲岛26号站位(0.04)，属于贫营养。其中，钦州湾6-8号、廉州湾13号、铁山港16，19号站位均达到中度富营养；廉州湾12号、铁山港17，18，20，21号站位均达到轻度富营养，其余59.3%站位未达到富营养化标准，属于贫营养。冬季E为0.03-3.68，平均值为1.08±1.09 (n=22)(图4)，最高值位于钦州湾6号站位(3.68)，达到中度富营养；最低值位于涠洲岛23，26号站位(0.03)，属于贫营养。其中，钦州湾6号、铁山港16-19号站位均达到中度富营养；钦州湾7，8号、廉州湾15号、铁山港20号站位均达到轻度富营养，其余59.1%站位未达到富营养化标准。可见，E值均值夏季较冬季略高。空间分布上，铁山港富营养化程度最高，其次为钦州湾，两者绝大部分海域均已达到中度富营养，廉州湾30.0%海域达到轻度富营养，珍珠湾、涠洲岛海域均属于贫营养。

Stations 11-15 on the x-axis correspond to stations 11-15 in summer or 28-32 in winter,respectively

3 讨论

3.1 营养盐浓度比较

3.2 营养盐浓度变化趋势

The straight line indicates the long term trend.For P<0.05,at the 0.05 level,the slope is significantly different from zero,and there is an obvious long-term trend in nutrient concentrations;for P>0.05,at the 0.05 level,the slope is not significantly different from zero,and the long-term change trend of nutrient concentration is not obvious

3.3 营养盐结构特征

3.4 富营养化状况分析

北部湾近岸海域富营养化指数E为0.03-3.92，总体上已达到轻度富营养化，富营养化程度为铁山港>钦州湾>廉州湾>珍珠湾>涠洲岛。北部湾为半封闭海湾，富营养化指数从湾内向湾外降低的趋势与沿岸水团、混合水团等的形成有关。沿岸水团由内陆径流与海水混合形成，而混合水团由粤西沿岸经琼州海峡进入北部湾形成，在一定程度上阻挡了沿岸水团富营养化污染物向外输送[4]。研究表明，2015 年北部湾海域整体处于贫营养化，2016年后各海湾内湾及入海口富营养化明显[40]。铁山港是北部湾水产养殖的重要海域，养殖区污水排入对营养盐的补充作用影响明显[14]。近年来，铁山港大力发展深水抗风浪养殖产业，截至2019年，建成核心示范区面积280万 m3，养殖面积超过35万m3，已发展成为广西最大的网箱养殖基地，为广西较大的海水养殖基地之一[11]。2006年之前，钦州湾富营养化指数E<1.00,但2006-2010年，E值呈逐渐增高的趋势[46]。杨静等[4]指出，自2000年后廉州湾和钦州湾是主要的氮污染区，与本研究钦州湾氮污染较严重的结果相似。李萍等[9]认为，2013-2016年钦州湾富营养化程度已较严重，其次是廉州湾，而珍珠湾水质状况较好，属于贫营养。钦州湾海域污染的最主要来源是河流输入，入海污染物以有机物和营养盐为主[40]。钦州湾茅尾海受到钦江和茅岭江大量营养盐和泥沙的输入、粗放的围海养殖的影响，富营养化程度较高[9,49]。本研究涠洲岛整体处于贫营养状态，与韩丽君等[1]、陈继艺等[37]的研究结果一致。北部湾北部海水受入海径流、季风驱动和琼州海峡水体输送共同作用，夏季海水呈反气旋涡，冬季呈气旋式环流，营养盐浓度与分布随海流变化而变化，因此，涠洲岛海域受海流作用影响明显[50-53]，这可能是造成其夏、冬季营养盐分布无明显特征与富营养程度较低的原因。