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2018年梅山湾营养盐的时空变化及富营养化分析

张美 毛硕乾 楼巧婷 邵倩文 李璠 林忠洲

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2018年梅山湾营养盐的时空变化及富营养化分析

    作者简介: 张 美(1992-),女,广西贵港人,博士研究生,研究方向为海洋生态学,E-mail:zhangmei119120@163.com;
    通讯作者: 林忠洲,男,水产养殖学硕士,主要研究方向为水产养殖和海湾生态的模型研究,E-mail:linzhongzhou@gmail.com
  • 基金项目: 宁波市蓝色港湾行系列综合调研项目(17038)

Spatial-temporal variations and eutrophication analysis of nutrients in Meishan bay in 2018

  • 摘要: 本研究对2018年冬季、春季、夏季和秋季监测的梅山湾水质进行时空变化特征以及富营养化分析,结果表明:NO3-N是DIN的主要成分,占比为68.245%~98.214%。冬、春和秋季DIN和PO4-P浓度均值均高于夏季,夏季的SiO3-Si则高于其他季节。除夏季外,冬、春和秋季的部分营养盐浓度与叶绿素a均呈显著负相关(P<0.01),表明不同季节梅山湾的营养盐不仅受浮游植物的消耗影响,还与外源输入及环境介质的释放相关。除夏季外,其他三个季节盲肠段的PO4-P浓度均值高于湾内,空间分布呈由北堤向南堤不断下降。春季和夏季,盲肠段的SiO3-Si比湾内低,与秋冬季相反。综合污染指数评价结果表明春和秋季盲肠段主要为中度污染,湾内主要为轻度污染,夏季则相反;潜在富营养化评价结果表明盲肠段主要为磷中等限制潜在性富营养以及贫营养,湾内主要为磷限制潜在性富营养和磷限制富营养。
  • 图 1  梅山湾采样站位

    Figure 1.  Map of sampling sites in Meishan bay

    图 2  梅山湾表层海水营养盐含量的季节变化

    Figure 2.  Seasonal variations of nutrient concentrations of surface seawater in Meishan bay

    图 3  梅山湾不同季节及不同区域营养盐含量对比

    Figure 3.  The comparison of nutrients contents in different seasons and various regions of Meishan bay

    表 1  不同季节营养盐与盐度及Chl a的相关系数

    Table 1.  Correlation coefficient between nutrients and salinity, Chl a

    季节指标DINSiO3−SiPO4−P
    冬季盐度−0.1540.868**0.923**
    叶绿素0.102−0.782**−0.879**
    春季盐度0.937**−0.680**0.936**
    叶绿素−0.767**0.409−0.831**
    夏季盐度−0.934**−0.991**−0.077
    叶绿素−0.345−0.441−0.040
    秋季盐度0.648**0.513**0.647**
    叶绿素−0.852**−0.918**−0.861**
    注:*表示P<0.05,**表示P<0.01
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    表 2  N/P、Si/P、Si/N比值以及N、P、Si限制情况的季节变化(均值±标准差)

    Table 2.  Seasonal variations of N/P、Si/P、Si/N ratio and the restriction of N、P、Si (mean±SD)

    指标冬季春季夏季秋季
    湾内盲肠段湾内盲肠段湾内盲肠段湾内盲肠段
    N/P59.788±19.69216.016±1.618123.969±116.37914.529±2.457140.164±75.54166.666±36.32541.914±14.46715.028±1.157
    Si/P126.732±42.77744.198±4.343492.345±426.81131.407±5.2741018.170±510.836230.855±126.33539.624±26.89832.112±2.876
    Si/N2.122±0.1102.769±0.2334.003±0.4922.167±0.0367.504±0.8853.540±0.8010.886±0.3132.140±0.171
    限制因子磷限制无限制磷限制无限制磷限制磷限制磷限制无限制
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  • [1] 范红霞, 王建中, 朱立俊. 梅山水道避风锚地潮流泥沙数值计算[J]. 水利水运工程学报, 2014, (6): 9-15. doi: 10.3969/j.issn.1009-640X.2014.06.002
    [2] 李俊龙, 郑丙辉, 张铃松, 等. 中国主要河口海湾富营养化特征及差异分析[J]. 中国环境科学, 2016, 36(2): 506-516. doi: 10.3969/j.issn.1000-6923.2016.02.030
    [3] 富砚昭, 韩成伟, 许士国. 近岸海域赤潮发生机制及其控制途径研究进展[J]. 海洋环境科学, 2019, 38(1): 146-152. doi: 10.12111/j.mes20190122
    [4] 国家海洋局. GB/T17378-2007, 海洋监测规范[S]. 北京: 海洋出版社, 2007.
    [5] 孙志琢. 滦河流域河流水质评价方法比较与分析[J]. 海河水利, 2014, (5): 53-56. doi: 10.3969/j.issn.1004-7328.2014.05.020
    [6] 郭卫东, 章小明, 杨逸萍, 等. 中国近岸海域潜在性富营养化程度的评价[J]. 台湾海峡, 1998, 17(1): 64-70.
    [7] JUSTIĆ D, RABALAIS N N, TURNER R E, et al. Changes in nutrient structure of river-dominated coastal waters: stoichiometric nutrient balance and its consequences[J]. Estuarine Coastal and Shelf Science, 1995, 40(3): 339-356. doi: 10.1016/S0272-7714(05)80014-9
    [8] 余 湾. 梅山水道北堤对周边海域悬浮泥沙分布的定性研究[J]. 中国水运(下半月), 2018, 18(09): 100-102.
    [9] 朱凌宇, 韩荣荣, 刘志远. 北戴河近岸海域叶绿素a分布特征及影响因素[J]. 中国环境管理干部学院学报, 2017, 27(3): 60-63.
    [10] 周艳蕾, 张传松, 石晓勇, 等. 黄渤海海水中叶绿素a的分布特征及其环境影响因素[J]. 中国环境科学, 2017, 37(11): 4259-4265. doi: 10.3969/j.issn.1000-6923.2017.11.031
    [11] 孙 伟, 汤宪春, 徐艳东, 等. 青岛崂山湾营养盐分布特征及富营养化评价[J]. 海洋湖沼通报, 2016, (6): 45-52.
    [12] 李桂菊, 马玉兰, 李 伟, 等. 春季渤海湾营养盐分布及潜在性富营养化评价[J]. 天津科技大学学报, 2012, 27(5): 22-27.
    [13] 陈思杨, 宋琍琍, 余 骏, 等. 杭州湾营养盐时空分布特征及其影响研究[J]. 海洋开发与管理, 2018, 35(11): 61-66. doi: 10.3969/j.issn.1005-9857.2018.11.011
    [14] 叶 然, 刘艳云, 崔永平, 等. 东海营养盐结构的时空分布及其对浮游植物的限制[J]. 海洋与湖沼, 2015, 46(2): 311-320. doi: 10.11693/hyhz20140400122
    [15] 叶林安, 王莉波, 江志法, 等. 2015年东海区营养盐的分布变化特征[J]. 上海海洋大学学报, 2017, 26(3): 432-439. doi: 10.12024/jsou.20160801846
    [16] 宋健伟, 张传松, 石晓勇. 南黄海与长江口海域夏秋季营养盐分布特征及影响因素[J]. 中国海洋大学学报: 自然科学版, 2016, 46(9): 71-77.
    [17] DASSLÉL W, OROZCO A, STRUCK U, et al. Sources and sinks of nutrients and organic carbon during the 2014 pulse flow of the Colorado River into Mexico[J]. Ecological Engineering, 2017, 106: 799-808. doi: 10.1016/j.ecoleng.2016.02.018
    [18] HAN F P, REN L L, ZHANG X C. Effect of biochar on the soil nutrients about different grasslands in the Loess Plateau[J]. CATENA, 2016, 137: 554-562. doi: 10.1016/j.catena.2015.11.002
    [19] GAO L, LI D J, ZHANG Y W. Nutrients and particulate organic matter discharged by the Changjiang (Yangtze River): Seasonal variations and temporal trends[J]. Journal of Geophysical Research, 2012, 117(G4): G04001.
    [20] 李 萍, 郭钊, 莫海连, 等. 广西近岸海域营养盐时空分布及潜在性富营养化程度评价[J]. 海洋湖沼通报, 2018, (3): 148-156.
    [21] 张 昭. 无机氮在浅水湖泊生态系统稳态转换中的作用研究[D]. 北京: 中国科学院大学, 2012: 15–16.
    [22] REDFIELD A C, KETCHUM B H, RICHARDS F A. The influence of organisms on the composition of seawater[C]//The Sea. New York: Wiley J, 1963: 26–77.
  • [1] 李保石厉丞烜金玉休纪鹏赵晓龙何帅 . 广海湾海域营养盐时空分布及富营养化评价. 海洋环境科学, doi: 10.12111/j.mes.20190171
    [2] 张红梅刘素美宋国栋丁帅 . 河水溶解无机营养盐样品保存与过滤方式对其测定的影响:以黄河水为例. 海洋环境科学, doi: 10.12111/j.mes.20190003
    [3] 刘璐李艳孙萍王宗灵辛明 . 钦州湾外湾海域浮游植物群落结构季节变化及其影响因素分析. 海洋环境科学, doi: 10.12111/j.mes.20190094
    [4] 何全军王捷纯 . FY-3C/VIRR数据中国周边海域区域SST反演算法开发. 海洋环境科学, doi: 10.12111/j.mes.20190107
    [5] 赵新月熊宽旭周倩涂晨李连祯骆永明 . 黄海桑沟湾潮滩塑料垃圾与微塑料组成和来源研究. 海洋环境科学, doi: 10.12111/j.mes.20190004
    [6] 卞培旺陈法锦张叶春周欣刘兴健徐玉芬 . 海底表层沉积物腐蚀性环境特征与评估——以三亚湾为例. 海洋环境科学, doi: 10.12111/j.mes.20190010
    [7] 曾维斌韩民伟张瑞玲张瑞杰王英辉余克服 . 钦州湾海水养殖区水体有机磷酸酯的污染特征及生态风险. 海洋环境科学, doi: 10.12111/j.mes.20190046
    [8] 胡超魁李楠吴金浩赵海勃王召会 . 辽东湾近岸海域沉积物石油类分布特征及污染状况. 海洋环境科学, doi: 10.12111/j.mes.20190118
    [9] 张栋华吕钊臻邵主峰孔祥淮高会旺李雁宾 . 胶州湾沉积物柱状样重金属垂向分布特征及其控制因素. 海洋环境科学, doi: 10.12111/j.mes.20190090
    [10] 张欣泉姜会超马元庆程玲李佳蕙 . 2017年丰水期莱州湾环境因子分布特征及网采浮游植物的响应. 海洋环境科学, doi: 10.12111/j.mes.20190026
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-09-03
  • 录用日期:  2019-11-05
  • 网络出版日期:  2020-03-26

2018年梅山湾营养盐的时空变化及富营养化分析

    作者简介:张 美(1992-),女,广西贵港人,博士研究生,研究方向为海洋生态学,E-mail:zhangmei119120@163.com
    通讯作者: 林忠洲,男,水产养殖学硕士,主要研究方向为水产养殖和海湾生态的模型研究,E-mail:linzhongzhou@gmail.com
  • 宁波海洋研究院,浙江 宁波 315832
基金项目: 宁波市蓝色港湾行系列综合调研项目(17038)

摘要: 本研究对2018年冬季、春季、夏季和秋季监测的梅山湾水质进行时空变化特征以及富营养化分析,结果表明:NO3-N是DIN的主要成分,占比为68.245%~98.214%。冬、春和秋季DIN和PO4-P浓度均值均高于夏季,夏季的SiO3-Si则高于其他季节。除夏季外,冬、春和秋季的部分营养盐浓度与叶绿素a均呈显著负相关(P<0.01),表明不同季节梅山湾的营养盐不仅受浮游植物的消耗影响,还与外源输入及环境介质的释放相关。除夏季外,其他三个季节盲肠段的PO4-P浓度均值高于湾内,空间分布呈由北堤向南堤不断下降。春季和夏季,盲肠段的SiO3-Si比湾内低,与秋冬季相反。综合污染指数评价结果表明春和秋季盲肠段主要为中度污染,湾内主要为轻度污染,夏季则相反;潜在富营养化评价结果表明盲肠段主要为磷中等限制潜在性富营养以及贫营养,湾内主要为磷限制潜在性富营养和磷限制富营养。

English Abstract

  • 梅山水道位于宁波市北仑区梅山岛与穿山半岛之间,水质浑浊,悬沙的含量可高达0.414~1.0 kg/m3,梅山水道内的泥沙主要是长江口南下经杭州湾的泥沙[1],悬浊颗粒为营养盐、重金属和有机物的吸附和释放提供一定的条件。河口海湾自身的属性以及外源营养盐的输入,决定了该区域水体富营养化特征的差异和程度[2]。梅山水道两侧设有多个闸门,沿岸生活污水和工农业生产等活动产生的污染物不断排入,从而导致水中的氮、磷居高不下,引发海水的富营养化,对物种多样性和丰富性产生影响,最终导致水生生态系统的结构和功能发生异常[3]。海水富营养化可能会引发赤潮,产生藻毒素、改变水体的理化环境,危及海水养殖、人类健康和生态安全[3]

    本研究对2018年不同季节梅山湾表层海水化学要素和营养盐数据进行分析,探讨梅山湾水质的时空变化及富营养化情况,为水质监测和管理工作提供一定的科学依据。

    • 分别于2018年1月(冬季)、4月(春季)、7月(夏季)和10月(秋季)在梅山湾采集水样,北堤盲肠段(湾外)设6个站位(W1-6),湾内设10个站位(W7-16)。按照在梅山水道的分布位置,将站位划分为盲肠段、进水缓冲区(W7-8)、中部(W9-14)、浴场(W15-16)4个区域,站位如图1所示。

      图  1  梅山湾采样站位

      Figure 1.  Map of sampling sites in Meishan bay

    • 现场监测理化参数包括水深、透明度、溶解氧(DO)、盐度和pH等。所有水样的采集、保存以及化验分析均严格按照《海洋监测规范》(GB/T17378.4-2007)中的要求进行操作[4]。化学需氧量(CODMn)、叶绿素a(Chl a)、NO2-N、NH4-N、NO3-N、SiO3-Si和PO4-P的测定分别使用碱性高锰酸钾法、荧光分光光度法、萘乙二胺分光光度法、次溴酸盐氧化法、锌镉还原比色法、硅钼黄法和磷钼蓝法。其中无机氮(DIN)=NO3−N+NO2−N+NH4-N。

      本文采用SPSS 20.0对数据进行方差齐性以及正态分布检验。若数据符合正态分布,使用T-test检验不同季节营养盐在湾内和湾外是否存在显著性差异;若不符合正态分布,则使用非参数检验判定不同季节之间、不同区域的营养盐是否存在显著性差异。相关因子间的相互关系使用Pearson相关性进行分析,P<0.05为显著性差异。使用Ocean Data View和Origin 8.0进行绘图。

    • 本文选用综合污染指数法对水质进行评价,参与评价的因子为包括DO、COD、DIN、NH4-N、PO4-P。根据评价所得的结果对水质进行分级:P≤0.20,水质状况为好;0.20<P≤0.40,水质状况较好;0.40<P≤0.70,水质状况为轻度污染;0.70<P≤1.00,水质状况为中度污染;1.00<P≤2.00,水质状况为重度污染;P≥2.0,水质状况为严重污染[5]

    • 本研究选用郭卫东等提出的潜在性富营养化评价方法对梅山湾的富营养化程度进行评价,营养级划分原则参照郭卫东等的研究结果[6]。根据Justic等[7]建立的浮游植物生长的化学计量比和营养盐限制因子标准:若N/P<10且Si/N>1,则DIN为限制因子;若Si/P>22,且N/P>22,则PO4-P为限制因子;若Si/P<10且Si/N<1,则SiO3-Si为限制因子。

    • 16个站位水深范围为1.40~10.50 m,外海区呈现由北向南逐渐变深,湾内则呈现波动变化。水体透明度范围为0.20~3.50 m,湾内海域的透明度从北往南呈降低趋势,浴场透明度均值最大,可达2.07 m。余湾的研究发现南北堤建设完成后,梅山水道相当于一个“闭合区”,潮通量受到影响;同时水道内外泥沙的输运被截断,无法进行输运交换,导致水道内整体环境稳定,最终出现“清水”现象[8]

      16个站位全年盐度范围为15.20~29.90,盲肠段盐度明显高于湾内,盲肠段平均盐度为27.20,湾内为20.30。梅山水道水体呈弱碱性,pH全年范围为7.90~8.40,湾内pH平均值为8.31,盲肠段为8.08。盐度和pH的空间分布反映盲肠段和湾内水质存在差异,盲肠段盐度为27,为沿海正常盐度值,湾内则由于两岸陆源淡水的汇入,盐度大幅降低,约20。DO全年范围为5.1~11.7 mg/L,盲肠段与湾内均值相差不大。各站位COD范围在0.40~3.39 mg/L,湾内平均浓度2.20 mg/L,盲肠段平均浓度为1.02 mg/L。全年Chl a范围0.20~14.63 μg/L,湾内浓度高于盲肠段,分别为6.78和2.26 μg/L。Pearson相关性分析表明pH均与Chl a呈显著正相关(P<0.01,R=0.791),主要原因是浮游植物进行光合作用导致CO2的大量消耗,使HCO3-解离的平衡倾向于生成CO2,导致H+减少,pH升高[9]。在春季和冬季,盐度与Chl a均呈极显著正相关(P<0.001,R分别为0.908和0.755),推测闸门换水时,外海海水汇入湾内,同时将高盐和高营养盐的海水排入湾内,促进浮游植物大量生长[10]

    • 所有站位中,各形态DIN的浓度顺序为NO3-N>NH4-N>NO2-N,与崂山湾、渤海湾和杭州湾等海域的DIN形态分布相似[11-13]。NO3-N是DIN的主要成分,浓度范围为0.078~0.579 mg/L,占比68.245%~98.214%;其次为NH4-N,浓度为0.002~0.103 mg/L,占比0.381%~28.463%;NO2-N最低,浓度范围0.002~0.017 mg/L,占比0.366%~6.787%。DIN组分的不同比例组成与所在海域陆源径流氮输入、浮游植物的生长消耗、微生物的转化作用及沉积物-水界面氮释放等相关[13]

      在4个季节中,梅山湾各类营养盐浓度均呈显著性差异(P<0.01)(见图2)。冬季、春季和秋季的DIN和PO4-P浓度均值均高于夏季,冬季、春季和夏季DIN浓度均超二类海水标准0.3 mg/L。PO4-P的季节变化与DIN相同,冬、春、夏和秋季的PO4-P分别为0.018、0.014和0.003 和0.018 mg/L,与东海海域的相关研究结果相似[14-15]。叶林安等研究发现东海海水无机氮季节变化表现为由秋季至冬季不断上升,达到最高值,春季开始下降,夏季达到最低值[15],主要原因为夏季存在较强的生物消耗作用。秋季和冬季PO4-P的表层浓度高于春季和夏季,这与浮游植物在春季逐渐生长并大量吸收PO4-P有关[15]。宋健伟等研究表明南黄海与长江口海域秋季营养盐含量普遍高于夏季,进入秋季后,陆源营养盐的输入较夏季减少,浮游植物的数量随着水体温度降低而减少,营养盐的生物消耗也减少, 浮游植物的消耗作用是导致营养盐浓度发生季节性变化的主要因素 [16]。大量的研究表明,以N、P为代表的营养盐元素给藻类的生长提供了必要营养物质,也是水体富营养化的重要原因,陆源物质是近岸海域水体富营养化的重要限制因子[17-18]。Gao等研究发现营养盐NH4-N和NO2-N浓度在长江口淡水端元均表现出强烈的季节变化,其中原因可能是冬季较弱的硝化作用,导致营养盐浓度从夏季到冬季急剧升高[19]。夏季雨水充沛,大量营养盐伴随雨水通过河流等进入海洋 [16],但夏季的浮游植物生长旺盛,消耗大量氮磷营养盐,而且夏季风力相对较弱,海底扰动小,沉积物再悬浮释放作用较小[11],营养盐的总体消耗量大于补充量,导致梅山水道夏季的氮磷营养盐比其他季节低。进入秋季后,随着水温的降低水体中的浮游植物数量也会减少,营养盐的生物消耗量减小;大量动物和植物的残骸不断被分解和矿化,转化成无机态的营养盐并释放进入水体;同时大气沉降以及沉积物的再悬浮释放作用增强,导致水中营养盐含量不断升高[16, 20]

      图  2  梅山湾表层海水营养盐含量的季节变化

      Figure 2.  Seasonal variations of nutrient concentrations of surface seawater in Meishan bay

      与DIN和PO4-P季节变化不同,夏季SiO3-Si的均值高于其他3个季节,冬、春、夏和秋季的SiO3-Si的均值浓度依次为1.215、1.076、1.838和0.595 mg/L。叶林安等研究发现东海海水夏季SiO3-Si含量比秋季和冬季高 [15],李萍等研究得出广西钦州湾、防城港湾和廉州湾等海域的硅酸盐含量均值季节分布为:夏季>秋季>春季>冬季[20]。与DIN和PO4-P不同,海底沉积物是硅的重要储存库,外界物理作用对沉积物中硅的释放起重要作用[20]。夏季降水比其他季节多,导致大量陆源硅酸盐汇入湾内,同时夏季北堤开闸换水次数较其他季节多,水体和沉积物扰动较大,推测这些活动为水体带来一定量的硅酸盐。

    • Pearson相关性分析得出冬季PO4-P和SiO3-Si与盐度均呈显著正相关(P < 0.001)(表1),春季和秋季DIN和PO4-P与盐度均呈显著正相关(P < 0.01),夏季DIN、SiO3-Si与盐度呈显著负相关(P<0.01)。梅山水道内的部分营养盐主要来自北堤外海,开闸换水会使高盐、高营养盐的海水进入。营养盐是浮游植物生长的必需物质,浮游植物的生长情况受水体营养盐浓度的影响。冬季、春季和秋季部分营养盐物质与叶绿素呈显著负相关(P<0.01),表明这3个季节梅山水道的营养盐主要受浮游植物生长的影响,营养盐浓度随浮游植物的大量生长而出现下降;夏季Chl a和各营养盐浓度均呈不显著关系(P>0.05),表明这一时期梅山水道营养盐的浓度不仅受到浮游植物的生长消耗影响,还受气候和人类活动等影响。

      季节指标DINSiO3−SiPO4−P
      冬季盐度−0.1540.868**0.923**
      叶绿素0.102−0.782**−0.879**
      春季盐度0.937**−0.680**0.936**
      叶绿素−0.767**0.409−0.831**
      夏季盐度−0.934**−0.991**−0.077
      叶绿素−0.345−0.441−0.040
      秋季盐度0.648**0.513**0.647**
      叶绿素−0.852**−0.918**−0.861**
      注:*表示P<0.05,**表示P<0.01

      表 1  不同季节营养盐与盐度及Chl a的相关系数

      Table 1.  Correlation coefficient between nutrients and salinity, Chl a

    • DIN、PO4-P和SiO3-Si在不同季节的空间分布情况如图2所示。4个季节中,梅山水道两侧水体中DIN、PO4-P和SiO3-Si的含量均呈不显著差异(P>0.05)(如图2)。梅山水道宽度多在0.5~1.6 km之间,水深多在5~10 m之间,水体间的流动可使污染物在两岸不断扩散。

      冬季,梅山湾盲肠段和湾内的PO4-P和SiO3-Si呈显著性差异(P<0.01),DIN则呈不显著性差异(P>0.05)(如图3)。除夏季的PO4-P外,春季、夏季和秋季,梅山湾盲肠段和湾内营养盐均呈显著性差异(P<0.05)。春季和秋季,盲肠段的PO4-P和DIN浓度均值均高于湾内,春季盲肠段

      图  3  梅山湾不同季节及不同区域营养盐含量对比

      Figure 3.  The comparison of nutrients contents in different seasons and various regions of Meishan bay

      和湾内营养盐浓度分别为0.451和0.285 mg/L(DIN),0.032和0.004 mg/L(PO4-P);秋季分别为0.554和0.269 mg/L(DIN),0.037和0.007 mg/L(PO4-P)。从图2中可看出,春季和秋季,DIN和PO4-P的空间变化趋势呈由北堤向南堤不断下降。叶林安等研究表明东海DIN和PO4-P均值分别为0.582和0.029 mg/L[15];叶然等研究得出2013年东海海域DIN均值范围为0.119~0.188 mg/L,PO4-P为0.003~0.017 mg/L,SiO3-Si为0.409~0.503 mg/L[14],均比梅山水道高,推测北堤开闸换水会使东海或象山港海域的海水进入梅山水道,为水道带来一定富营养的海水。夏季盲肠段和湾内DIN和PO4-P均值分别为0.157和0.353 mg/L(DIN)、0.003和0.003 mg/L(PO4-P)(见图3)。由北堤往南堤,DIN呈先上升后下降趋势,PO4-P则呈先上升后下降,浴场处又出现上升(见图2)。在南北水闸封闭状态下,梅山水道内自然的潮汐涨落现象消失,水动力很弱;夏季浴场的开放为水道带来一定的营养物质,再加上水体在浴场停留时间较长,导致较高浓度磷酸盐的形成。夏季盲肠段的营养盐较其他季节低,通过换水汇入湾内的营养物质比春季和秋季少,但夏季梅山水道内活动增加,外界汇入的营养物质增多,导致营养盐含量升高。在冬季和秋季,盲肠段的SiO3-Si比湾内高,春季和夏季则相反。除了陆地径流的输入外,盲肠段与外海相连,潮汐运动和船只的往来导致盲肠段的水体和沉积物活动比湾内剧烈,导致硅酸盐释放量也更大;水道内闸门换水及人为活动等活动更为频繁,导致更多硅酸盐的排入。

    • 由于缺失冬季水质COD数据,文章仅对春、夏和秋季进行综合污染指数评价。春季,W3属重度污染,其他盲肠段站位均为中度污染,W12、W13、W15为中度污染,其他湾内站位均为轻度污染;夏季,盲肠段6个站位的水质均为轻度污染,湾内均为中度污染;秋季,盲肠段均为中度污染,除W7外,其余均为轻度污染。

      夏季雨水增多,陆地径流增加,加上梅山水道内各类水上活动增加,给水道带来一定的污染;而夏季盲肠段浮游植物大量生长,营养盐的生物消耗量增加,浓度下降,与上述关于不同季节营养盐的研究结果相一致[14-16,19]

    • 对梅山湾水质进行富营养化分析得出,盲肠段主要为贫营养和磷中等限制潜在性富营养,湾内则主要为磷限制潜在性富营养和磷限制富营养。湾内水体的潜在性富营养化状况高于外海区域,需要控制活性磷酸盐输入,防止富营养化发生。

      表2中可得出,冬季、春季和秋季梅山水道湾内水质均为磷限制,湾外均为无限制,夏季梅山水道湾内和盲肠段水质均为磷限制。梅山水道的DIN、SiO3-Si的浓度均远高于浮游植物生长所需的最低阈值(分别为0.014和0.056 mg/L),而春季和夏季湾内有40%~60%的站点PO4-P低于阈值(0.003 mg/L),夏季盲肠段60%以上站位的PO4-P含量不能满足海洋初级生产力的消耗,造成海洋贫营养化,也表明此区域PO4-P对浮游植物的活动更敏感。梅山水道湾内N/P值均远高于盲肠段,同时夏季(140.164)和春季(123.969)远高于秋季(41.914)和冬季(59.788)。水道两岸有养殖废水和生活污水等排放,导致陆源氮输入量的增加;此外,夏季正值沙滩公园的开放,人为活动等给水道带来一定的影响。

      指标冬季春季夏季秋季
      湾内盲肠段湾内盲肠段湾内盲肠段湾内盲肠段
      N/P59.788±19.69216.016±1.618123.969±116.37914.529±2.457140.164±75.54166.666±36.32541.914±14.46715.028±1.157
      Si/P126.732±42.77744.198±4.343492.345±426.81131.407±5.2741018.170±510.836230.855±126.33539.624±26.89832.112±2.876
      Si/N2.122±0.1102.769±0.2334.003±0.4922.167±0.0367.504±0.8853.540±0.8010.886±0.3132.140±0.171
      限制因子磷限制无限制磷限制无限制磷限制磷限制磷限制无限制

      表 2  N/P、Si/P、Si/N比值以及N、P、Si限制情况的季节变化(均值±标准差)

      Table 2.  Seasonal variations of N/P、Si/P、Si/N ratio and the restriction of N、P、Si (mean±SD)

      自1997年限磷政策的出台,磷的排放得到了一定程度的控制,但N的排放却没有得到明显控制,大量过剩的氮随着径流最终汇入海洋中[21]。随着氮输入的增多,N/P值的不断增大,国内大部分海域的水体仍主要表现为P限制 [12-14]

      目前国内大部分海域的营养盐比值都偏离Redfield值(N∶P为16∶1)[22],李桂菊等对渤海湾的研究表明渤海湾的海水以P限制为主,近岸海域则主要为磷限制潜在性富营养,中部的海域主要为磷中等限制潜在性富营养,整个渤海湾主要为P限制,并有向N、P共同限制发展的趋势[12]。叶然等对不同时期东海的研究数据进行分析, 发现2013年夏季东海受P限制站位的数量比过去10 a多, P限制的范围由长江口及浙北沿岸的海域扩展到东海的中部及近岸海域[14]。陈思杨等研究得出杭州湾海水N/P值处于较高水平,内湾N/P均值范围为52~151,中湾N/P均值范围为42~98,外湾N/P均值范围为33~154,表明杭州湾生态系统对磷的变化敏感[13]。在高N和Si的水环境中,PO4-P输入量的增加导致营养盐比例结构发生变化,易造成富营养化,是诱发赤潮的最主要环境因素[18]。梅山湾水体营养盐氮磷结构的不平衡发展,导致海湾生态系统对磷的变化尤为敏感,对浮游植物之间的竞争、演替以及群落结构产生影响,甚至产生赤潮,破坏生态平衡。

    • (1)梅山湾水DIN的主要成分是NO3-N,其次为NH4-N,NO2-N最低。冬、春和秋季的DIN和PO4-P浓度均值均高于夏季,而夏季的SiO3-Si浓度均值高于其他三个季节,表明梅山湾各类营养盐的含量与浮游植物的生长消耗量、陆地径流以及沉积物的活动释放相关。

      (2)不同季节中,部分营养盐含量在盲肠段和湾内均呈显著性差异。春季和秋季,盲肠段的PO4-P和DIN浓度均值均高于湾内;冬、春和秋季,盲肠段的PO4-P显著高于湾内;冬季和秋季,盲肠段的SiO3-Si显著高于湾内。冬、春和秋季部分营养盐与盐度呈显著正相关,与Chl a呈显著负相关。推测梅山水道内的部分营养盐主要来自北堤外海,开闸换水会使高盐、高营养盐的海水进入。此外,营养盐含量不仅与外源输入及生物消耗相关,还与环境介质的释放作用相关。

      (3)综合污染指数评价表明春秋季盲肠段以中度污染为主,湾内则以轻度污染为主,夏季盲肠段以轻度污染为主,湾内则以中度污染为主;潜在富营养化评价表明湾内水质的潜在性富营养化状况高于盲肠段,主要体现为磷限制。需控制活性磷酸盐输入,防止富营养化及赤潮等发生。

参考文献 (22)

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