莱州湾东部近岸海域氮、磷污染状况研究

刘增东，赵光磊，于 滨，周 波，李 斌

（山东省烟台生态环境监测中心，山东 烟台264000）

0 引言

莱州湾是渤海三大海湾（辽东湾、渤海湾和莱州湾）之一，是典型的半封闭型内海，山东省最大的海湾。黄河带来的大量营养物质，使莱州湾成为中国北方主要的渔场，尤以对虾、梭子蟹和莱州蛤闻名于世。进入20世纪90年代，由于沿岸经济的快速发展，陆源排污量迅猛增加以及近海养殖业快速发展，莱州湾内污染物不断富集，特别是无机营养盐类的不断富集造成环境质量不断下降，导致了经济海洋生物产卵场不断萎缩，渔业资源遭到破坏。因此，及时掌握和了解莱州湾营养状况，对于今后研究该区域赤潮灾害、渔业养殖和环境保护等都具有重要意义[1～4]。郑丙辉[5]曾利用1985—2003年监测数据对渤海湾天津近岸海域氮、磷营养盐结构变化进行了相关研究，研究发现地表径流对该海域氮磷分布有重要影响；曲克明[6]曾利用1997—1998年监测数据研究了莱州东部海域养殖业对该海域氮、磷营养的影响。本文通过2016—2020年5、8和10月对莱州湾东部区域的4个站位进行连续监测，在数据分析的基础上研究该海域无机氮和活性磷酸盐的时空分布规律，重点研究了无机氮中各组分的占比组成和影响活性磷酸盐浓度的相关因素，对于研究莱州湾海域以及渤海湾海域氮、磷污染现状及历史演变具有重要意义。

1 材料与方法分析

1.1 调查时间和区域

2016—2020年，每年5月、8月和10月在莱州湾东部海域布设4个监测站位（图1），开展海水取样、检测以及数据分析工作。其中站位1、站位2和站位3为近岸海域站位且邻近养殖区域，站位1和站位3还分别邻近莱州市白沙河和王河；站位4为莱州湾的中心位置，远离海岸线作为参考站位。

图1 监测站位图

1.2 样品采集与保存

根据《HJ 442.3-2020 近岸海域环境监测技术规范 第三部分 近岸海域水质监测》中表层海水采样方式，采集0.1～1 m水层水样，水样经0.45 μm滤膜过滤，储存于500 mL聚乙烯瓶中，-20℃冷冻保存。

1.3 海水营养状况评价

根据《GB 3097-1997 海水水质标准》的二类标准进行评价，其标准分别为DIN≤0.3 mg/L，DIP≤0.03 mg/L。

2 结果

2.1 氮污染现状

海水中溶解无机氮（DIN）主要由硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮三种营养盐组成。海水中的氨氮主要来自于含氮有机物在微生物作用下分解释放，即来源于氨化作用。氨化作用在好气及厌气条件下都可进行，只是最终产物有所不同。氨在硝化细菌的作用下可进一步被氧化成NO3-，这一过程称为硝化。硝化分两个阶段进行，第一阶段主要由亚硝化单胞菌属引起，第二阶段主要由硝化杆菌属引起，硝化作用主要受溶解氧、温度、pH等因素的影响。2016—2020年，根据监测数据可以看出莱州市西部海域表层海水中的无机氮浓度在大多数站位和年度中具有明显的季节性变化（见图2），5月和10月的无机氮浓度明显高于8月份，除图2 D1站2019年8月份水质超过《GB 3097-1997 海水水质标准》的二类标准0.45倍，其余各站位在8月份水质均优于二类水质标准。这与由丽萍[7]根据2018年5月和8月监测数据研究莱州湾春季和夏季氮污染的结果一致，春季莱州湾无机氮明显高于夏季。该海域春、秋两季无机氮明显高于夏季的主要原因是8月海水表层在适宜的温度和光照下，藻类等浮游植物大量繁殖，营养盐大量消耗造成；而春秋两季温度较低，浮游植物活性减缓，陆域污染物不断流入该海域富集造成的。

图2 无机氮时空分布图

因在莱州市西部海域表层海水中无机氮组份中氨氮和硝酸盐的质量占90%以上，因此仅考虑NH3-N和NO3-N随时间的变化。由图3可见，在4个站位中无机氮组份中硝酸盐占主要部分，在D1站和D3仅在2018年5月和2017年10月无机氮中NO3-N占比＜50%，无机氮的浓度分别为0.107 mg/L和 0.06 mg/L，在D2站2017年、2018年和2019年连续 3年的8月无机氮中NO3-N占比＜50%，无机氮的浓度分别为0.056 mg/L、0.101 mg/L和0.210 mg/L，均满足《GB 3097-1997 海水水质标准》二类标准。无机氮中NO3-N占比最大值出现在2018年5月D3站位为98.4%，无机氮浓度为0.672 mg/L，其次为2018年5月D1站位为97.7%，无机氮浓度为0.617 mg/L。由此可以看出，莱州市西部海域表层海水中无机氮中NO3-N占比较高的时段海水水质较差，NH3-N占比高的时段海水水质相对较好。

图3 无机氮中NH3-N与NO3-N比例时空分布图

2.2 磷污染现状

磷酸盐是海洋中主要营养盐，是浮游植物繁殖和生长必不可少的营养要素之一。海水中的磷酸盐来源于陆地径流补充及死亡的海洋生物体经氧化分解而再生的无机磷酸盐。图4为4个站位活性磷酸盐浓度时空分布图。在这5年的监测周期中仅D1站位在2018年、2020年8月和D3站2020年 8月、10月，两个站位四个时段超《GB 3097-1997海水水质标准》一类海水水质标准但都低于三类水质标准。在这4个监测站位中，3个监测月份中8月活性磷酸盐浓度总体上最高，5月和10月的浓度值相当，最大值出现在2020年8月D3站为0.21 mg/L，2016年3个监测月份和2017年的5月4个站位活性磷酸盐监测结果均为未检出。由图4可以看出D1和D3中几乎每年8月份活性磷酸盐均高于D2，虽然这3个点位均受养殖区的影响，但D1和D3还受到白沙河和王河的影响，可以看出地表径流对该区域活性磷酸盐有明显影响。根据《2019年山东省水资源公报》[8]，山东整体降水比2018年偏少三成；根据山东省烟台生态环境监测中心的日常监测结果：白沙河和王河全年断流，由图4可见2019年D1和D3站位全年的活性磷酸盐浓度明显低于相邻的两年，未见2019年在此区域内养殖规模发生明显变化；在莱州湾中心区域的参照点D4和单纯的养殖区域D2在2019年8月活性磷酸盐浓度明显低于相邻的两年。近岸海域的活性磷酸盐波动的比较大，特别是距离村庄和河流较近区域，在莱州湾中心区域的D4站波动相对较少。

图4 活性磷酸盐浓度时空分布图

3 讨论

莱州湾东部海域中无机氮具有明显的季节性变化特征，根据监测结果8月浓度值均小于5月和10月的浓度值，这可能与8月海水表层在适宜的温度和光照下，藻类等浮游植物开始大量繁殖，营养盐大量消耗，含量降低有关。该海域中活性磷酸盐季节性变化特征不明显，根据监测结果和山东省水资源公报公布的降水量，可以定性的判断该海域内活性磷酸盐浓度与地表径流成正相关。该区域海域属于水体交换不良的海域，2019年该区域海水中无机氮浓度明显高于相邻的两年，是否与该年份降水明显偏少有关，需进一步研究分析。