唐山祥云湾海洋牧场水质的变化规律与评价
叶敏 崔晨 张秀文 赵祺 张云岭 齐遵利
摘 要：為了解祥云湾人工礁区的水质情况，2019—2020年对祥云湾海洋牧场海水环境条件进行调查，结果显示：海水盐度变化不大，平均为30.91‰，礁区透明度低于对照区。溶解氧含量在9月最高，变化范围为810～8.81 mg/L。COD含量在3月最高，9月最低，浓度变化范围为0.83～1.48 mg/L。活性磷酸盐含量变化范围为0.01～0.02 mg/L，礁区的DIN含量比对照区高。海域环境处于磷中等限制潜在性富营养水平。
关键词：祥云湾;营养盐;富营养化;评价
渤海是唯一深入中国大陆的接近封闭性的浅海，主要由渤海湾、辽东湾、莱州湾/中央海盆地以及渤海海峡组成，几乎被整个大陆所环绕[1]。由于上世纪过强力度的捕捞和环境的污染，严重损害了海洋生物的栖息环境，海洋生态环境的修复成为了许多科学工作者的研究目标[2]。海洋牧场（marine ranching）的出现，引发了大量海洋工作者的兴趣，研究表明，海洋牧场在生物资源量、生物种类恢复方面有着不可替代的地位[3]。
祥云湾海洋牧场位于河北省唐山京唐港南部海域，海水营养盐是牧场区浮游生物生长的基本要素[4]。为了解人工鱼礁区的水质情况，对祥云湾海洋牧场海域进行水环境调查、评价，探索海水营养盐的变化规律，为祥云湾海洋牧场的健康发展提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 采样站位与时间
本研究地点为祥云湾海洋牧场人工鱼礁区，礁区内设6个站位，分别为A1、A2、A3、A4、A5、A6，对照区设3个站位，分别为L7、L8、L9（如图1）。站位坐标分别为39°8.994'N 118° 58.695'E、39°9.081'N 118°59.094'E、39°9.174'N 118°59.489'E、39°8.941'N 118°58.867'E、39° 8.999'N 118°59122'E、39°9.050'N 118°59.365'E、39°7.170'N 118°58.382'E、39°7.584'N 118°59.623'E、39°8.052'N 119°0.684'E。
调查时间在2019年9月、2019年12月、2020年3月、2020年6月。
图1 海洋牧场礁区调查站位图
1.2 测定方法
按照《海洋监测规范》（GB 17378-2007）[5]进行海水测定样品的采集、检测。其中，DIN为三氮之和。采集表层和底层的水样进行水质分析，氨氮、硝态氮、亚硝态氮、活性磷酸盐、化学需氧量分别用次溴酸钠氧化法、镉柱还原法、萘乙二胺分光光度法、磷钼蓝分光光度法、碱性高锰酸钾法，水温、水深现场测定，盐度用盐度计测定带回实验室的水样。
1.3 评价方法
1.3.1 潜在富营养化评价 目前，国内常用的富营养化评价方法是郭卫东等[6]提出的潜在性富营养化评价公式，划分规则见表1。
1.3.2 N/P值 研究表明， N/P>20时，P不足，磷会限制藻类的生长;N/P<13时，N不足，氮则会成为限制藻类成长的影响因素[7]。
1.3.3 单因素指数法 单因素评价的公式为：Pi=Ci/C0
式中，Pi为单因素指数，Ci为环境因子的实测值，P0为环境因子的标准值，标准值参考《人工鱼礁资源养护效果评价技术规范》（SC/T 9417-2015）[8]。
1.3.4 数据分析 用SPSS19.0软件进行数据分析，利用单因素方差（One-way ANOVA）、Pearson双因子对海水水质进行相关性分析，P<0.05为显著水平，P<0.01为极显著水平。
2 水环境检测结果与评价
2.1 温度、盐度、pH值、透明度的分布
礁区内、外海水pH值、盐度变化范围不大，上下浮动较小，pH值在8.0左右，保持在弱碱状态，盐度在30‰左右。表层与底层的水温相差不大，在0～2 ℃范围内变化。海水平均透明度，礁区内12月稍高，其他季节差别不大，礁区内外的透明度差别不明显，最高为1.40 m，最低为053 m（表2）。
通过单因素方差分析，礁区内四个月份的pH值、透明度存在显著差异（P<0.05），礁区内12月、6月显著高于9月、3月（P<0.05）。
2.2 溶解氧与化学需氧量的分布
同时期礁区内外溶解氧浓度相比，礁区9月、6月分别高于对照区，12月、4月溶解氧浓度低于对照区，溶解氧浓度变化范围为8.00～871 mg/L（图2）。礁区的COD含量在9月最低，为0.83 mg/L;3月最高，为1.48 mg/L，对照区变化趋势与礁区相似，COD含量比对照区较低（图3）。
通过单因素方差分析得知礁区9月、3月、6月的溶解氧含量显著高于12月（P<0.05），礁区DO的含量与对照区相比差异不显著（P>0.05）。礁区内海水COD含量存在季节性差异，9月海水COD含量极显著低于12月、3月、6月（P<001）。通过单因素方差分析得知礁区9月、3月、6月的溶解氧含量显著高于12月（P<0.05），礁区DO的含量与对照区相比差异不显著（P>0.05）。礁区内海水COD含量存在季节性差异，9月海水COD含量极显著低于12月、3月、6月（P<0.01）。
2.3 营养盐的分布
礁区与对照区活性磷酸盐含量在12月最高，其次是9月，6月含量最低。礁区、对照区DIN含量、硝态氮变化趋势相同，均为9月最高，12月次之，6月最低。DIN、硝态氮的变化范围分别为008～0.2 mg/L，0.05～0.11 mg/L。同年对比，人工鱼礁区的DIN比对照区都高。礁区内外氨氮、亚硝态氮含量差别不大，含量最高的为9月，9月氨氮含量的变化范围为0.03～0.07 mg/L（图4）。
经单因素方差分析， 9月海水中活性磷酸鹽的含量显著高于3月、6月（P<0.05）;12月显著高于9月、3月、6月（P<0.05）。各季节DIN的含量两两之间均具有显著性（P<0.05）。9月氨氮极显著高于其他月份（P<0.01），12月、3月氨氮极显著低于其他两个月份（P<0.01）。4月份、6月硝态氮含量极显著低于其他两个月份（P<001）。9月亚硝态氮含量极显著高于其他季节（P<0.01）。
2.4 单因子指数评价
如表3所示，9月、12月和3月，礁区及对照区的无机氮、活性磷、溶解氧、化学需氧量、pH值都在海水二类水的范围内。pH值常年呈弱碱性，比较稳定（表3）。
2.5 潜在性富营养评价
9月、12月、3月和6月，礁区及对照区的整体水质水平处于磷中等限制潜在性富营养状态;投礁之前，海区的水质状态处于磷限制中度富营养，水质由中度富营养转变为潜在性富营养，礁区整体处于磷中等限制潜在性富营养状态（表4）。
未投放人工鱼礁之前，海水中N/P比为3200，投礁之后，礁区与对照区除了12月外，整体上都高于投礁之前的N/P比，是投礁之前的1倍多。海水N/P比整体呈现礁区>对照区的趋势，这种变化在3月、6月表现更为明显。
3 分析与讨论
海水温度、盐度是影响水生生物分布的重要因素，海水透明度有从渤海湾中央向沿岸地区逐渐减小的趋势[9]。礁区水温9月、12月、3月、6月的平均温度分别为23.46、7.98、10.67、21.32 ℃，上下层水温的变化范围为0～2 ℃，上下水温的变化主要与水深有关。盐度的季节变化与海洋牧场生态环境的变化、海洋现象的发生相关[10]。礁区平均盐度为30.91‰，主要是由于礁区处于祥云湾的湾口，容易受到渤海中部冷水输入的影响，该结果与张海波等在2018年做的调查基本吻合[11]。祥云湾海洋牧场人工鱼礁区海水透明度在同时期内低于对照区，可能是由于人工鱼礁区位于祥云湾湾口，离岸边较近，营养盐丰富、悬浮物含量高的原因。
海水DO是海洋环境中重要的生源要素，在海洋生物的光合作用、呼吸作用、硝化反应中不可或缺[12]。海水溶解氧的变化范围为8.00～8.71 mg/L，海水中溶解氧含量呈现9月最高，12月最低的变化趋势，可能是与利奇马台风刚过，导致溶解氧浓度增加有关[13]。
COD可以间接反映海水有机污染的污染程度，其值越高，表明海水水体的有机污染就越严重[8]。礁区内3月COD含量最高，达到1.48 mg/L;含量最低为9月，为0.83 mg/L，主要是因为3月，渤海地表径流增加，使得海水中有机物、耗氧物质都有所增加，9月渤海海域台风刚过，水体流动性好，降解作用更好[14]。COD各月份含量均小于2 mg/L，处于海水一类水标准内，低于海水发生赤潮的COD的临界值[15]。
营养盐是海水浮游植物生长、繁殖必须的物质，同时也是控制海洋初级生产力的主要因子之一[16]。礁区DIN含量的变化范围为0.08～0.20 mg/L，9月含量最高，12月次之，3月最低，可能是由于台风期间，大量的雨水将陆源有机物冲入海中，通过生物生化作用将N、P元素释放在水中，使得9月DIN的含量最高[17]。9月、12月与3月DIN浓度较高的原因是礁区水质除了受到周围养殖活动影响之外，可能还与近年来祥云湾旅游发展迅速，受到其他人为活动的影响，使得海水营养盐浓度升高。
投礁之后，除了12月外，海域N/P增加，是投礁之前的1倍多，从N/P看，礁区和对照区受P限制，其营养盐结构主要以P限制为主，成为浮游生物的主要限制因子，这与历史数据相吻合，DIN含量和N/P比一直处于较高水平[18]。限制潜在富营养评价指标显示，海区整体处于磷中等限制潜在性富营养。投礁之前，海水在磷限制中等富营养水平，从而可以看出，海洋牧场水体向着富营养水平的方向发展。但是因为受到海水中磷的限制，海洋牧场仍然处于磷中等限制潜在性富营养水平。海水潜在富营养评价与富营养指数的判定结果相吻合，即我国近海岸水域普遍处于磷限制潜在性富营养水平[19]。
4 小结
海水盐度全面变化不大，平均为30.91‰，海水水温上下层之间变化范围为0～2 ℃，礁区海水透明度低于对照区。海水溶解氧含量在9月最高，变化范围为8.00～8.71 mg/L。海水COD含量在12月最高，9月最低，整体低于国家一类水标准。硝态氮含量在海水营养盐含量中占比最高，是构成DIN的主要成分，DIN浓度在3月份最低，9月最高。活性磷酸盐含量12月最高、6月最低，与对照区含量差别不大，平均为0.01 mg/L。通过潜在性富营养评价得知，祥云湾海域水质整体处于磷中等限制潜在性富营养水平。
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Analysis on the phytoplankton community structure of the ocean ranch in Xiangyun Bay
YE Min1，CUI Chen1，ZHANG Xiuwen1，ZHAO Qi2， ZHANG Yunling2， QI Zunli1
（1.College of Oceanography，Hebei Agricultural University，Qinhuangdao，063003，China;2.Tangshan Ocean Ranch Industrial Co.，Ltd.，Tangshan，063611，China ）
Abstract：In order to understand the water quality of the artificial reef area，the seawater environmental conditions of the Xiangyun Bay Marine Ranch was investigated from 2019 to 2020. The results showed that the salinity of the seawater did not change much， with an average of 30.91‰， and the transparency of the reef area was lower than the control area. The dissolved oxygen content was the highest in September， with a range of 8.10～8.81 mg/L. The COD content was the highest in March and the lowest in September， and the concentration range was 0.83～1.48 mg/L. The range of active phosphate content was 0.01～0.02 mg/L， and the DIN content in the reef area was higher than that in the control area. The marine environment is at a potential eutrophication level with moderate phosphorus restriction.
Key words：Xiangyun Bay; nutrients; eutrophication; evaluation
（收稿日期：2020-12-02;修回日期：2020-12-22）
