唐山市主要入海口水质状况及富营养化评价

    宋荪阳 马国臣 王湛 岳强 黄金臣

    摘要：研究了2014-2017年唐山市主要入海口的水质状况及变化趋势，并采用潜在性富营养化评价法和富营养化指数评价法对各入海口富营养化情况进行分析。潜在性富营养化研究结果表明，各站位在夏秋季节均出现了潜在性富营养化，属于氮限制型。富营养化指数评价法研究结果表明，各站位春、夏、秋季均呈现富营养化。

    关键词：入海口；水质；富营养化

    中图分类号：S959

    文献标识码： A

    入海口是指河或者川流入海里的入口，即淡水和海水混合的区域，一部分地域为陆地，一部分地域为大海。营养盐是水体中水生生物活动不可或缺的因素[1]，其中较为重要的有氮盐、磷酸盐、硅酸盐等[2]。随着近些年工农业污水、生活排水等各类污水的排放、海水的赤潮、渔药残留等问题突出[3-4]，严重影响入海口的水质状况，进而造成水质富营养化程度加剧[5-8]。唐山市渔业资源丰富，是河北省重要的渔业养殖基地。养殖水质状况直接影响着唐山市养殖业的发展。为研究唐山市2014-2017年主要养殖水源地水质状况，在唐山市养殖公共水源地设立采样站位5个，通过潜在性富营养化和富营养指数法分析了这四年的水质富营养化情况，为唐山市养殖公共水源地的水质管理提供科学依据。

    1材料与方法

    1.1采样时间及站位设置

    2014-2017年，每年1月-12月进行水样采集。采样站位为：王连兴闸入海口、小清河入海口、溯河入海口、青龙河入海口、南堡入海口。各站位坐标如表1所示，位置示意图如图1所示。

    1.2样品的采集与分析方法

    样品采集依据《GB 17378.3-2007 海洋监测规范 第3部分：样品采集、贮存与运输》[9]要求进行。水质分析项目主要包括：COD、溶解氧、石油类、无机氮（氨氮、硝酸氮、亚硝酸氮之和）、活性磷酸盐，分析方法参照《GB 17378.4-2007海洋监测规范 第4部分：海水分析》[10]。

    2结果与讨论

    2.1水质物理指标

    2014-2017年，5个采样站位中水面均无明显油膜、浮沫和其他漂浮物质，未发现水体有异色、异臭和异味。pH范围在7.45-8.95。水温随季节发生相应变化，最低水温为0.6 ℃（2014年1月），最高水温为31.5 ℃（2017年7月）。受温度和降水量等因素的影响，盐度出现一定的波动，最高盐度为38.52‰（2017年5月），最低盐度为19.9‰（2014年1月）。

    2.2主要入海口水质变化情况

    2.2.1COD 由图2可以看出，这5个采样站位冬季COD含量相对较低，春夏季相对较高。但是各月份差异较大。COD主要反映水中有机物含量的多少，是评价水质受污染情况的重要指标[11]。水中有机物主要来自于养殖过程中的代谢产物和饵料残留等[12]。冬季处于养殖淡季，水中有机物含量相对较少；而养殖旺季，各站位的水质受污染相对严重，加上夏季降雨量较大，雨水中大量有机物进入水体，导致COD含量相对较高。各个站位受污染程度各不相同，因此导致COD含量差异较大。

    根据GB 3097-1997《海水水质标准》中关于海水水质的分类[13]，2014年、2016年、2017年水质符合第二类水质标准，适合水产养殖；只有2015年符合第三类水质标准，不适合水产养殖。

    2.2.2溶解氧溶解氧反映水体自净能力的一种指标。水中溶解氧的主要来源主要有空气中氧气的溶入和水生植物的光合作用。水中溶解氧的数值越大，则反映了该水体越干净；反之，表明水体污染程度越重。2014-2017年各站位溶解氧变化情况如图3所示。结果表明，水中溶解氧随气温和季节发生明显变化，说明采样站位水中溶解氧的含量受水温影响较大。冬季由于气温偏低溶解氧含量较高，夏季处于养殖旺季，水体污染较为严重，水中溶解氧含量低。2017年1月出现溶解氧最高值为16.82 mg/L，2014年8月出现溶解氧最低值为3.5 mg/L。

    根据GB 3097-1997《海水水质标准》中关于海水水质的分类，2014-2017年水质都符合第一类水质标准，适合水产养殖。

    2.2.3无机氮无机氮含量包括：氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐三种氮盐含量之和。由于氧化还原反应，三种形态的氮盐存在相互转化[14]。无机氮的来源主要包括河流的流入、降水、生物体自身的排泄物和尸体的腐烂等。2014年-2017年各月份无机氮含量由图4所示。结果表明，各站位无机氮含量年平均值分别为0.332 mg/L，0.333 mg/L，0.398 mg/L， 0.508 mg/L。2014年至2016年全年及各月无机氮含量变化不大。均呈现春季含量高于其他季节。这是由于生物体在这一季节生长代谢旺盛，自身的排泄物较多，加上春季降水量的增多，使得春季无机氮含量相对较高。而到了夏、秋季水体中浮游植物大量生长，大量的无机氮被消耗，使得无机氮含量反而降低。但是2017年的无机氮含量突然变大，由图4可见，这一年的6月-8月无机氮含量出现了明显的增大。这可能与该年夏季降雨量明显多于往年有关，降雨量的突然增加导致了2017年无机氮含量也明显高于往年。

    根据GB 3097-1997《海水水质标准》中关于海水水质的分类，2014年-2016年符合第三类水质标准，2017年符合第四类水质标准，都不适合水产养殖。

    2.2.4活性磷酸盐2014-2017年的活性磷酸盐含量分别为0.036 mg/L、0.043 mg/L、0.050 mg/L、0.094 mg/L，呈现逐年上升趋势，但是各月份含量差异不显著。2017年磷酸盐含量与无机氮结果相同，也是在夏季出现最大值，远远高于其他月份，这也导致了2017年磷酸盐含量的增大。也是与这一年降水量的增大有关。

    根据GB 3097-1997《海水水質标准》中关于海水水质的分类，2014年水质属于第三类，2015年属于第四类，2016和2017年均劣于第四类水质标准，都不适合水产养殖。

    2.3富营养化评价

    2.3.1潜在性富营养化评价由于水体受到营养盐的限制，必然会有一部分氮或磷相对过剩，这部分过剩是氮磷就会使水体营养程度提高，甚至会出现通常意义上的富营养化。但是这部分过剩的营养盐并不能完全被浮游植物所利用。因此，过剩的营养盐并没有对水体富营养化做出实质性的贡献，而仅仅是一种潜在性的富营养化。只有在水体得到足够多的氮或磷的补充，使氮磷比接近Redfield值，这部分氮或磷的富营养化才会起到真正作用。这种现象被称为潜在性富营养化[15]。潜在性富营养化等级的划分标准[16]见表2。

    根据表2潜在性富营养化划分标准，这5个站位2014-2017年各年份、各个季节无机氮、活性磷、氮磷比和营养级别见表3和表4。

    从2014-2017年全年潜在性富营养情况分析，这五个采样站位的潜在性富营养化级别呈现逐年递增趋势，在2017年已经出现了富营养化。从季节性来看，夏、秋季节均出现了不同程度的潜在性富营养化，并且级别相对较高；春季仅在2015年和2017年出现了富营养化；冬季水体尚未出现潜在性富营养化。潜在性富营养化水平无论是按照全年分等级，还是按照季节分等级，这四年的限制因素都属于氮限制型潜在性富营养化。说明水体中无机氮已经对水体造成了严重的污染，成为水体潜在性富营养化的显著限制因子。

    2.3.2富营养化指数评价 水体富营养化指数（EI）评价法最早由日本学者提出，后由我国研究学者进行了修订，是目前国内较为常用的水体营养评价方法[17]。

    式中：EI：富营养化指数； DIN：无机氮；DIP：无机磷；COD：化学需要量

    当EI>1时，表明水体呈现富营养化水平。EI值越大，水体富营养化程度越严重。

    由上述公式计算可得，这5个站位2014-2017年各年份、各個季节EI值分别见表5和表6。

    由表6可知， 2014-2017年各站位的EI值均远远大于1，从全年的评价结果分析，采样站位富营养化程度呈现逐年上升趋势。季节性富营养化评价结果分析，春季10.612、夏季40.613、秋季12.008、冬季2.402，夏季EI值最大，冬季EI值较小，春季和秋季EI值相差不大。说明水体在春、夏、秋季富营养化程度较高，特别是夏季富营养化程度最为严重，而冬季相对较小。富营养化指数评价法分析结果与潜在性富营养化评价结果相类似。

    3结论

    COD不同季节变化差异较大，仅在养殖季节含量较高。溶解氧随着温度的升高而呈现下降趋势。

    无机氮和活性磷含量近两年上升趋势较为明显，且季节性差异显著。

    潜在性富营养化结果：夏秋季节为氮限制型潜在性富营养化。富营养化指数评价法研究结果，春、夏、秋季均呈现富营养化。两种富营养化评价方法分析结果相差不大。

    参考文献：

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    [9] 全国海洋标准化技术委员会.海洋监测规范 第3部分：样品采集、贮存与运输：GB 17378.3-2007[S].

    [10] 全国海洋标准化技术委员会.海洋监测规范 第4部分：海水分析：GB 17378.4-2007[S].

    [11] 王东丽，翟胜，赫刚，等.东昌湖水质状分析及富营养化评价[J].湖北农业科学，2013，52（11）：2524-2528.

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    [13] 环境保护部.海水水质标准：GB 3097-1997[S].

    [14] 魏珊珊.福建省主要江河入海口水质状况及其变化趋势研究[J].环境科学与管理.2014，10：37-42.

    [15] 朱广伟.太湖富营养化现状及原因分析[J].湖泊科学，2008，20（1）：21-26.

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    （收稿日期：2018-05-03）