灌河鄰近海域秋季氮磷營養鹽分布及富營養化評價

周超凡,袁廣旺?,彭 模,魏愛泓,毛成責

(1.江蘇省環境監測中心,江蘇 南京 210019;2.江蘇省海洋環境監測預報中心,江蘇 南京 210019)

0 前言

營養鹽是海洋生物生存的生源要素[1],其分布、構成與浮游生物的生長消亡、季節變化以及陸源徑流、水團運動等因素密切相關[2]。 然而,隨著我國經濟的高速發展,過量的營養鹽排放入海,引發了富營養化等海洋生態環境問題[3]。 《2019 年中國海洋生態環境狀況公報》顯示,我國近岸海域主要超標因子為無機氮和活性磷酸鹽[4]。 自2009 年國家通過《江蘇沿海地區發展規劃》以來,江蘇沿海地區得到快速發展[5],隨之而來的近岸海域生態環境問題也日益凸顯,其中富營養化是最嚴重的問題之一[6-7]。 河口及鄰近海域是人類活動集中開發的區域,也是河海水混合、水動力狀況復雜的區域,吸引了眾多學者研究[8-9]。 灌河古稱北潮河,由燕尾港入黃海,屬于黃海水系河流,是蘇北地區唯一沒有在干流設立涵閘的河流。 《2016 年江蘇省海洋環境質量公報》顯示,灌河水質為劣V 類,主要超標因子為COD、總磷、氨氮[10]。 本研究對了解2016 年秋季灌河鄰近海域氮磷營養鹽分布特征,科學評價其富營養化水平,為相關管理部門提供數據支撐具有一定意義。

1 材料與方法

1.1 監測站位與指標

于2016 年11 月開展調查,共布設20 個水質站位(見圖1)。 按照《海洋監測規范》(GB 17378—2007)、《近岸海域環境監測規范》(HJ 442—2008)等標準的要求開展表層海水化學需氧量(CODMn)、硝酸鹽氮(NO3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、氨氮(NH4-N)、活性磷酸鹽(DIP)等指標的監測。

圖1 監測站位示意

1.2 分析方法與質量控制

COD 按照《海洋監測規范》(GB 17378.4—2007)堿性高錳酸鉀法分析,營養鹽項目按照《海洋監測技術規程》(HY/T 147.1—2013)流動分析法開展實驗室內分析。 COD,DIP,NO3-NN,O2-N,NH4-N 等標準樣品回收率在93.8%~102%之間。

1.3 數據處理與分析

使用ArcGIS 10.5 軟件繪制站位及氮磷營養鹽分布圖,OriginPro 2016 繪制富營養化等示意圖,用Excel 軟件處理各監測指標數據,本文結果為平均值±標準偏差。

1.4 富營養化評價方法

本文應用富營養化綜合指數方法計算調查海域富營養化指數(E)[11],計算公式如下:

式中,COD,DIN,DIP分別為COD,DIN,DIP 的質量濃度,單位均為mg/L。 評價標準為:E≥1 表示水體富營養化;19 表示水體重度富營養化。

2 結果與討論

2.1 秋季灌河鄰近海域氮磷營養鹽平面分布

調查統計結果如表1 所示。 秋季DIN 質量濃度范圍為0.389~2.78 mg·L-1,平均質量濃度為(0.985±0.689)mg·L-1。 對照《海水水質標準》(GB 3097—1997)二類無機氮評價標準結果顯示,監測站位均處于超標水平,平均超標1.28 倍。 變異系數反映了營養鹽分布的差異程度,小于15%為小變異,15%~36%之間則為中等變異,大于36%則為高度變異[12]。變異系數為70%,空間分布差異大。高值區主要位于航道線的東南側,在蘇北沿岸流的影響下[13],陸源污染物隨著余流往東南海域遷移。 平面分布上呈現西部低、東部高的特征,最大值出現在16 號站位,最小值在領?；€處海域的20 號站位(見圖2)。

圖2 秋季無機氮、活性磷酸鹽平面分布

表1 水質要素監測統計分析

秋季DIP 質量濃度范圍為0.021~0.087 mg·L-1,平均質量濃度為(0.040±0.022)mg·L-1。 超標站位個數占比40%,平均超標0.13 倍。 最大值出現在16 號站位,最小值在8 號站位。 平面分布上,DIP與DIN 具有相似的分布特征,表明二者可能具有同一來源。 研究區域氮磷營養鹽濃度范圍與宋偉華等[14]的研究基本一致。 氮磷營養鹽評價結果與楊華等[15]的研究一致,多處站位為Ⅳ類及劣Ⅳ類水質。

2.2 秋季灌河鄰近海域氮磷營養鹽組成

秋季DIN 中,NO3-N 平均占比78.1%,是DIN的主要組成成分,NH4-N 平均占比為17.4%,NO2-N占比最小(見表1)。 營養鹽的含量以及結構特征直接影響浮游植物的構成,氮磷比是海水中營養鹽含量結構的重要指標,研究表明,浮游植物體內氮磷比在正常值范圍12~22[16]時最有利于浮游植物生長。實驗發現,氮磷比大于30 時浮游植物生長受磷限制,氮磷比小于8 時浮游植物生長受氮限制[17]。 秋季氮磷比平均為52.3±9.7,各站位變異系數為19%,表明研究海域秋季氮磷比分布相對均衡。 與春季[18]該海域氮磷比比值165 對比來看,秋季磷限制程度較低,可能秋季浮游植物的生長受到影響,對氮磷的吸收速率降低;另一方面,浮游生物的繁殖消亡過程,使得有機質耗氧而分解產生了DIP,一定程度上緩解了磷限制程度。

2.3 秋季灌河鄰近海域富營養化評價

調查海域秋季富營養化指數平均為21.5±26.0,范圍為1.49~93.4,如圖3 所示。 站位富營養化占比100%,區域富營養化水平高,其中輕度、中度、重度富營養化占比依次為5%,45%,50%,變異系數121%,說明區域富營養化分布不均衡。 15 號、16 號站位富營養化指數最高,主要分布在航道線海域,說明灌河徑流污染排放對其影響較大。 春季富營養化站位占比45%,秋季富營養化范圍比春季大。

圖3 調查海域富營養化指數

3 結論

(1)對照《海水水質標準》(GB 3097—1997)二類評價標準結果顯示,秋季監測站位DIN 均處于超標水平,DIP 超標站位個數占比40%。 平面分布上,DIP與DIN 均呈現西部低、東部高的特征,表明二者可能具有同一來源。

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

(3)調查海域秋季富營養化水平較高,且分布不均衡,航道線海域站位富營養化程度較重,可能受灌河徑流排放的影響。