秦皇岛近岸海域水质富营养化概况分析

李微微 杨雯 马新 张浩男

（国家海洋局秦皇岛海洋环境监测中心站，河北秦皇岛 066002）

1 引言

秦皇岛市地处河北省东北部，包括海港区、山海关区、北戴河区、抚宁区和昌黎平原区，该海域位于渤海湾中部，属半封闭的内海，其海岸线全长约162.7 km，与其所处位置相关，海域水体与外界交换能力较差，易受到污染和出现水质富营养化，进而对渤海湾秦皇岛近岸海域及周边生态环境产生一定影响。海水营养盐中氮、磷元素是海洋浮游植物生长繁殖所必需的，也是构成海洋生态系统的基本要素，它们在控制海洋植物的生长和海洋初级生产力等方面起着相当重要的作用［1］。作为浮游植物生长的营养盐限制因子，营养盐中N/P（原子比）值是反映赤潮的主要特征参数，水质富营养化使得海水中营养盐类（N，P）的动态平衡失调，导致海水中营养物质大量富集，进而引起海洋生态系统发生一系列变化，从而诱发赤潮灾害的发生［2-5］。本文根据2016—2018 年渤海湾秦皇岛近岸海域调查监测结果，分析评价渤海湾秦皇岛近岸海域水质营养盐状况，为渤海湾生态环境的保护和修复提供科学依据。

2 调查与方法

2.1 调查时间及站位

调查海域范围为119°18′51″～119°39′40″E，39°30′00″～39°55′12″N，在2016—2018 年每年的3月、5 月、8 月和10 月分别对该海域表层水质进行了调查，重金属仅在每年8 月开展调查，13 个调查站位分布示意见图1。

图1 调查站位分布示意

2.2 研究方法

调查要素水质包括溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、无机氮、无机磷，监测要素样品按《海洋监测规范》中的方法进行采集、处理、保存、运输及分析。使用有机玻璃采水器在各站位采集水样，水样采集表层（水面下0.5 m），测定项目包括DO、COD、活性磷酸盐（，即DIP）、硝酸氮（）、亚硝酸氮（）、铵氮（），三氮之和为DIN，测定方法分别采用碘量法、碱性高锰酸钾法、磷钼蓝分光光度法、锌—镉还原法、萘乙二胺分光光度法、次溴酸盐氧化法［6］。

3 评价方法

3.1 评价标准

根据海洋功能区分类和保护类型划分，GB 3097—1997《海水水质标准》［7］将海水水质营养盐含量评价标准分为4 类，见表1。

表1 海水水质标准 mg/L

3.2 常用评价方法

3.2.1 富营养指数法

应用比较广泛的富营养指数法（EI 法）［8-9］，是富营养化的评价方法之一，其评价公式如下：

式中，COD，DIN，DIP 的浓度单位为mg/L。

EI 值越高，则表示水体富营养化程度越严重。海水营养评价等级见表2。

表2 海水营养评价等级

3.2.2 有机污染评价指数法

有机污染评价指数法［10］公式为：

式中，A 为污染评价指标；COD，DIN，DIP，DO 为海水水质的实测浓度；COD0，DIN0，DIP0，DO0为海水水质对应要素的评价标准值，评价要素按第一类海水水质标准，其值依次为2.0，0.2，0.015，6.0 mg/L。

海水有机污染评价等级见表3。

表3 海水有机污染评价等级

3.2.3 潜在性富营养化评价法

海水中的藻类、浮游植物等在生长过程中与营养盐的含量多少密切相关，其按照恒定的N/P 值吸收海水中的营养物质，N/P 值称之为雷德菲尔德（Redfield）系数，是反映营养盐结构的主要指标，当N/P 值偏离Redfield 系数时，即某一种营养盐含量相对较低而产生该营养盐限制时，另一种营养盐相对过剩而不能被海水中的藻类及浮游植物吸收，导致该海域的营养水平升高，从而影响其种类组成。潜在性富营养化评价见表4。

表4 潜在性富营养化评价 mg/L

4 结果与讨论

4.1 营养盐变化趋势

秦皇岛海水监测中DIN 在2016 年3 月、5 月、8月和10 月月均浓度呈现上升趋势，2017 年和2018年呈现先下降后上升趋势（见图2），均符合国家一类海水水质标准。

图2 2016—2018 年秦皇岛近岸海域水质DIN 浓度变化曲线

2016—2018 年秦皇岛近岸海域水质DIP 项目监测结果如图3 所示，无明显变化规律，2016 年和2017 年各月监测得到的浓度数值波动相对较大，2018 年各月监测数值相对较为接近，波动较小。DIN和DIP 的变化与近岸海域的发展、氮磷肥的使用以及降雨河口污染物排放和治理密切相关。

图3 2016—2018 年秦皇岛近岸海域水质DIP 浓度变化曲线

4.2 N/P 比值变化特征

海水中适宜的N/P 值有利于藻类或浮游植物的生长和繁殖，反之，若某种营养元素相对不足将限制藻类或浮游植物的生长和繁殖，Justic 等［11］和Dortch等［12］通过研究营养盐对浮游植物的影响，提出了判定营养盐限制性情况的方法，常用N/P 比值来判断营养盐的相对限制情况。2016—2018 年秦皇岛近岸海域水质N/P 比值变化趋势见图4。由图4 可见，秦皇岛近岸表层海水N/P 值2016 年波动较小，2017年和2018 年整体呈现下降后略有上升的趋势，仅2018 年3 月N/P 值高于Redfield 比值（16 ∶1），其余年份各月N/P 比值均低于此值，由于大量降水、陆源排污等外部因素导致氮磷浓度的迅速升高，有可能会诱发藻类或浮游植物的大量繁殖而引发赤潮等海洋灾害。

图4 2016—2018 年秦皇岛近岸海域水质N/P 比值变化趋势

4.3 海水富营养化状况分析

4.3.1 富营养指数法分析结果

运用富营养指数法计算得到调查海域2016—2018 年EI 值的变化范围和平均值，见表5。由表5可知，2016 年8 月和2017 年5 月EI 平均值分别为1.39 和1.08，处于轻度富营养化状态，其余月份监测EI 值均小于1，为贫营养化状态，2016 年8 月和2017 年5 月EI 值偏高，分析可能受降水增多及河口水质入海等影响，导致EI 值偏高。2016—2018 年秦皇岛海域监测海水水质其他月份EI 平均值小于1且较低，海域水体为贫营养状态，表明除2016 年8月和2017 年5 月为轻度富营养化外，秦皇岛海域水质没有富营养化。

表5 2016—2018 年秦皇岛近岸海域水质富营养指数法评价结果

4.3.2 有机污染评价指数法分析结果

在富营养指数法的基础上，有机污染评价指数法是将海水的有机污染与无机污染进行综合考虑，将DO 纳入对水体富营养化的影响因素，从而更准确反映水质的整体状况。2016—2018 年秦皇岛近岸海域水质有机污染评价指数法评价结果见表6。由表6 可见，2016 年8 月A 平均值为1.72，水质状况为受到污染，2016 年8 月、10 月和2017 年5 月A 值最大值大于4，为严重污染状态，但整体海域状况处于良好，邻近河口的监测站位可能受降水增多及河口水质入海等影响，导致A 值略有偏高，有机污染评价指数法评价结果与富营养指数法评价结果一致。

表6 2016—2018 年秦皇岛近岸海域水质有机污染评价指数法评价结果

4.3.3 潜在性富营养化评价分析结果

潜在性富营养化评价N/P 比值是水质中氮、磷营养状态的具体反映。Redfield 系数指海水中平均N/P 原子比为16∶1，即与浮游植物生长消耗所需的N/P 值大致接近，元素中N/P 比值高于此值为磷限制，低于此值为氮限制。2016—2018 年秦皇岛近岸海域水质潜在性富营养化评价结果见表7。由表7可以看出，秦皇岛海域在2017 年3 月N/P 值为16，浮游植物的生长不存在磷限制或氮限制，在一定的水文气象条件下存在引发赤潮的潜在威胁。多数月份监测结果显示，水质为I 级贫营养状态，2016 年8月、2017 年5 月和2018 年5 月，监测N/P 值介于4～8 之间，为氮限制。整体海域监测DIN 月平均浓度均符合第一类海水水质标准，DIP 在2016 年8 月符合第二类海水水质标准，其余月份监测浓度也均在第一类海水水质标准范围内。

表7 2016—2018 年秦皇岛近岸海域水质潜在性富营养化评价结果

5 结论

对2016—2018 年秦皇岛近岸海域的水质监测评价结果分析表明，2016 年海水监测中DIN 月均浓度呈现上升趋势，2017 年和2018 年呈现先下降后上升趋势，2016—2018 年DIP 浓度无明显变化规律。富营养指数法评价结果显示，2016 年8 月和2017 年5 月EI 值偏高，处于轻度富营养化状态，其余月份秦皇岛海域水质没有富营养化。有机污染评价指数法评价结果显示，2016 年8 月A 值为1.72，水质状况为受到污染，2016 年8 月、10 月和2017 年5 月A 值最大值大于4，为严重污染状态，但整体海域状况处于良好，有机污染评价指数法评价结果与富营养指数法评价结果相一致。潜在性富营养化评价多数月份监测结果为Ⅰ级贫营养状态，2018 年3月N/P 值为26，为磷限制状态，其余月份监测N/P值均小于Redfield 系数，均以氮限制为主。