福建东山湾八尺门海域水体与沉积物中的氮磷分布及评价.pdf
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1、第 卷第期 年 月泉州师范学院学报J o u r n a l o fQ u a n z h o uN o r m a lU n i v e r s i t yV o l N o O c t 福建东山湾八尺门海域水体与沉积物中的氮磷分布及评价蔡真珍,郑盛华,林永青,杨妙峰,席英玉,姜双城,罗冬莲,(厦门海洋职业技术学院,厦门市智慧渔业重点实验室,福建 厦门 ;福建省水产研究所,福建省海洋生物增养殖与高值化利用重点实验室,福建 厦门 ;福建省海洋生物资源开发利用协同创新中心,福建 厦门 )摘要:研究 年 月东山湾八尺门海域水体及沉积物中氮磷等含量并基于多种方法进行评价结果表明,该海域水体中无机氮和
2、磷酸盐均超过四类海水水质标准,水体的氮磷比在 ,富营养化指数、潜在富营养化评价法提示营养化程度较高沉积物T P、TN、T O C从八尺门海堤往东山湾方向逐渐降低,且三者具有同源性沉积物C/N、C/P值、N/P值提示该海域有机质主要来源于水体中的浮游动物、浮游植物及藻类,P主要为外源输入综合污染指数平均值为、有机指数平均值为 ,沉积物呈轻度至中度污染,有机污染处于“尚清洁”等级对比同海域不同年份,水体及沉积物中的氮、磷含量从 年到 年总体升高,有机碳则有所下降对比同期福建其他海域,水体无机氮、磷酸盐及沉积物总氮、总磷、有机碳含量均处于较高水平关键词:海域水体;沉积物;氮磷比;东山湾;福建省收稿日
3、期:通信作者:郑盛华(),男,福建三明人,助理研究员,博士,从事海洋环境化学研究,E m a l i:q q c o m中图分类号:P 文献标识码:A文章编号:()东山湾海域位于福建省最南端,属闽南地区面积最大的海湾,是福建省渔业生产三大主要基地之一东山湾三面环抱山丘,南接台湾海峡,北注漳江水,属于亚热带河口海湾,其地理位置佳、地形地貌独特,为近岸渔业生产和捕捞提供了有利的条件 根据高亮明等的研究,仅 年期间,在东山湾,海水养殖的面积就扩大了 倍东山湾八尺门海堤建于 年,该海域水产养殖业发达,但由于经济高速发展和人口增加等因素,东山湾海域的生态环境遭受破坏,其优良水产种质资源也受到威胁;更由于
4、海堤阻隔,东山湾和诏安湾的海水不能互通,使得八尺门海域沿线生态环境面临严峻的考验作为影响海洋生物生长发育的重要营养元素,氮、磷的含量及形态对海洋动植物具有重要意义根据R o s e n t h a l等的研究,在网箱养殖中能被有效利用的饵料约占 ,其余则以残饵、粪便等排放到环境中水体中大量氮磷的输入是影响海域生态环境的重要因素之一,而沉积物作为氮磷的重要“源”和“汇”,也会影响着水体水质状况近岸海域水体氮的主要形态有氨氮、硝态氮、亚硝酸盐和溶解性有机氮等,其中以无机态氮为主;磷则以可溶性有机磷及无机磷、颗粒态的有机磷及无机磷为主在沉积物中,氮磷的主要形态与水体中的相同,但各形态比例发生变化,沉
5、积物中的氮以有机氮为主,磷则有多种形态因此考察和研究东山湾八尺门海域水体及沉积物中的氮磷分布及其评价,对于了解东山湾海域的生态系统状况及为该海域的海洋环境保护提供科学参考依据有着重要的意义材料与方法样品采集图研究海域调查站位图F i g L o c a t i o nm a po f t h es u r v e ys t a t i o n于 年 月在东山湾八尺门海域布设个站点(图),分别采集表层水质样品和沉积物样品水样和沉积物样品的 采 集 均 按 海 洋 监 测 规 范(G B )的规定执行实验方法水质样品p H值、溶解氧(D O)、化学 需 氧 量(C O D)、NO N、NH N、N
6、O N及P O P含量按 海洋监测规范 第部分海水分析的方法分析,沉积物样品总有机碳(TO C)、总氮(TN)和总磷(T P)含量按 海洋监测规范 第部分沉积物分析的方法分析,其中沉积物总氮为凯氏滴定法,总磷为分光光度法水质样品和沉积物样品均按 海洋监测规范 第部分数据处理与分析质量控制的规定进行质控,空白值、加标回收及标准物质的测定均符合要求实验仪器TU D P C型紫外可见分光光度计(北京普析通用公司),M u l t i 型多参数分析仪(德国WTW公司),K j e l t e c 型全自动凯氏定氮仪(瑞典F O S S公司)实验结果与分析东山湾八尺门海域水质评价东山湾八尺门海域水质的理
7、化性质东山湾八尺门各站位水质的理化性质见表由表可知,各站位的p H值在 ,呈弱碱性;D O、C O D的含量范围分别为 、m gL,三者均符合海水水质二类标准本 研 究 测 得 水 体 中 无 机 氮(D I N)的 含 量 顺 序 为NONNHNNON,N ON为无机氮的主要形式无机氮质量浓度范围为 m gL,最高值在八尺门大桥附近的号站位,最低值在靠近东山湾的号站位;P O P质量浓度范围为 m gL,最高值在八尺门大桥附近的号站位,最低值在靠近东山湾的号站位无机氮和磷酸盐均超过四类海水水质标准受网箱养殖残饵、鱼类粪便和八尺门水交换条件差等的影响,无机氮和磷酸盐含量总体上呈八尺门海堤往东山
8、湾逐渐降低的趋势表东山湾八尺门海域水质理化性质T a b P h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t yo f t h ew a t e ro nB a c h i m e ns e aa r e ao fD o n g s h a nB a y站位p H(D O)/(m gL)(C O D)/(m gL)(NO N)/(m gL)(NH N)/(m gL)(NO N)/(m gL)(D I N)/(m gL)(P O P)/(m gL)均值 第期蔡真珍,等:福建东山湾八尺门海域水体与沉积物中的氮磷分布及评价东山湾八尺门海域水体富营养化评价富营养化评价
9、最早报道于 年目前,水体中的富营养化程度评价的常用方法有营养指数法、T R I X指数法 和卡尔森指数法 等其中,营养指数法是应用较广泛的方法,其公式为:ECODD I ND I P (其中个指标的单位均为m gL)根据E的值来判断水体的富营养化状态:当E时,一般认为水体为富营养状态;E值越大,说明水体的富营养化程度越高通过计算得知东山湾八尺门海域个站位的富营养化指数值分别为 、,不同站位间的E值差异较大,E值均超过,说明水体存在一定的富营养化现象但富营养化指数法仅根据一个数值判断富营养化,无法得出水质的详细情况黄亚楠等 根据 多年来富营养化指数E的发展,细化E值和水质之间的关系,得出了我国四
10、类海水水质标准对应的E值其中:E,对应海水水质一类标准;E,对应海水水质二类标准;E,对应海水水质三类标准;E,对应海水水质四类标准;E,则表明海水水质极差,低于四类标准东山湾八尺门海域号站位E值在E 内,对应海水水质三类标准;号、号、号的E值均处于 E 内,对应海水四类标准标准;号站位E值,海水水质极差,低于四类标准郭卫东等 提出分类分级的潜在性富营养化评价模式,如表所示该评价模式综合考虑了水体中的氮、磷及氮磷比,划分更细致表分类分级潜在性富营养化评价T a b C l a s s i f i c a t i o no fn u t r i e n t l e v e l s级别营养级c(D
11、 I N)/(m o lL)c(P O P)/(m o lL)N/P贫营养 中度营养 富营养 P磷限制中度营养 /P磷中等限制潜在性富营养 /P磷限制潜在性富营养 /N氮限制中度营养/N氮中等限制潜在性富营养/N氮限制性潜在性富营养/根据潜在富营养化评价法计算并对照表,得到东山湾八尺门海域个站位的潜在富营养化评价结果如表表东山湾八尺门海域潜在富营养化评价结果T a b E v a l u a t i o nr e s u l t so fp o t e n t i a l e u t r o p h i c a t i o no fB a c h i m e ns e aa r e a站位c(
12、D I N)/(m o lL)c(P O P)/(m o lL)N/P营养级 富营养 富营养 富营养 富营养 富营养由表可知,东山湾八尺门海域水体总体呈现富营养化、号站位更靠近养殖和生活区,养殖残饵及生活废水的排放导致水体富营养化程度更高作为浮游植物生长的关键营养元素,氮和磷的比值是衡量海域营养状况的重要指标通常情况下,在大洋、湖泊等水体中,浮游植物生长的最佳氮磷比为,称为R e d f i e l d值,但也有文献指出,近海海域由于生态系统的复杂性,浮游植物生长的泉州师范学院学报 年 月最佳氮磷比往往不完全遵守R e d f i e l d定律 通常认为,氮磷比小于为氮限制,氮磷比大于 为磷
13、限制 在关于近海水体中氮磷比的研究中,经常有报道显示数值偏离了,如深澳湾夏季的氮磷比为 ;大亚湾海域 年氮磷比接近或小于 东山湾八尺门海域水体的氮磷比在 ,略低于R e d f i e l d值,符合近海海域营养盐体系较为复杂、氮磷比与R e d f i e l d值不完全吻合的特点,考虑可能存在一定的氮限制东山湾八尺门海域沉积物中氮磷评价在海域环境中,水体和沉积物是密不可分的整体,二者互相影响、相互反馈工业化发展、人类活动、水产养殖等使大量的营养物质排入水体中,并汇聚到沉积物中沉积物能净化上覆水,同时也充当着上覆水的营养源,加剧水体的富营养化状况沉积物中存储着各种生源要素(包括氮、磷等元素)
14、,影响着营养元素的代谢循环及各类物质的迁移转化,能反映区域海域环境的变迁和水体的主要情况东山湾八尺门海域沉积物中的总体特征通过实验测定东山湾八尺门海域沉积物个站位中的TO C、TN、T P值,其结果见表TO C是以碳的含量来表示有机物总量的指标,可以较为全面地反映出沉积物中有机物的污染状况该海域T O C质量分数为 ,符合第一类海洋沉积物质量标准 但TO C质量分数分布不均,号 站 位TO C质 量 分 数 较高,可能与该站位附近的养殖活动、污染排放、有机物沉降、水体的流动性等有关 TN质量分数为 gk g,T P质 量 分 数 为 gk g,TN、T P均呈八尺门大桥往东山湾方向逐渐降低的趋
15、势 TO C的含量变化表东山湾八尺门海域沉积物理化性质T a b P h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t yo f t h es e d i m e n to nB a c h i m e ns e aa r e ao fD o n g s h a nB a y站位w(T O C)/w(T N)/(gk g)w(T P)/(gk g)均值 也有相似规律,说明周边有较多人类活动和水产养殖活动的水体沉积物中TO C含量较高,航运、养殖等均会对沉积物中的碳、氮、磷含量产生影响分析沉积物中TO C、TN、T P三者之间的相关性见表,TN与TO C之间的相关
16、系数为 ,T P与TO C之间的相关系数为 ,均呈显著正相关,而T P和TN之间的相关系数更达 ,这显示了在东山湾八尺门海域,TO C、T P、TN之间具有同源性东山湾八尺门海域沉积物中各元素比值分别计算个站位的碳、氮、磷三者之间的比值,其结果见表表沉积物理化性质相关性(n)T a b C o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tb e t w e e nt h ep h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t yo f t h es e d i m e n t项目T O CT NT PTO C TN T P注:表示
17、P 表沉积物中各元素比值T a b E l e m e n t r a t i o so f t h es e d i m e n t s站位C/NC/PN/P 沉积物中的C/N值可在一定程度上反映有机质来自于何种生物种类根据文 报道,高等植物的C/N值范围为 ,水生生物的C/N值范围为,浮游动植物的C/N值范围为,藻类为 M i l l i m a n等 将TO C/TN值大于 及小于的分别划为陆源有机物和海源有机物该海域沉积物中的C/N值为 ,说明有机质的主要来源为水体中的浮游动物、浮游植物及藻类,陆源有机质占比很低C/P含量随着站位的变化特点与C/N值相似,第、站位含第期蔡真珍,等:福建
18、东山湾八尺门海域水体与沉积物中的氮磷分布及评价量较高,其余站位稍低沉积物的N/P是沉积物中的吸附、释放等动态过程的综合表现,能在一定程度上反映沉积物中的富营养化程度 个站位的N/P值在 ,低于R e d f i e l d值,可见该海域沉积物中的P主要为外源输入东山湾八尺门海域污染评价指数沉积物中的污染指数评价法分为单一污染指数法和综合污染指数法沉积物的单一污染指数 评价公式为SiCi/Cs,Ci为评价因子i的测定值,Cs为标准值(单位均为gk g);Cs的值取加拿大安略省环境和能源部发布的沉积物中引起最低级别生态风险效应的TN和T P质量比,分别为 和 gk g 综合污染指数F F的计算公式
19、为F FFFm a x,F为单项评价指数的平均值,Fm a x为单项污染指数的最大值 计算结果见表,八尺门海域的Si(TN)为 ,平均值为,Si(T P)为 ,平均值为 综合污染指数F F的值为 ,平均值为 根据评价标准,Si为单项评价指数,若大于,则表明含量超过标准;综合污染指数值F F 为清洁等级,F F为轻度污染,表沉积物中的污染评价指数T a b P o l l u t i o na s s e s s m e n t i n d e xo f t h es e d i m e n t s站位Si(TN)Si(T P)F F污染等级 轻度污染 中度污染 中度污染 中度污染 中度污染F
20、F为中度污染,F F为重度污染对照计算结果,个站位的Si(TN)和Si(T P)值均大于,说明存在一定污染从综合污染指数看,东山湾八尺门海域除了号站位为轻度污染外,其他站位均为中度污染东山湾八尺门海域有机氮和有机指数评价有机氮(ON)可评价沉积物质量和污染等级,ONTN(其中总氮需换算成百分比单位形式,即 m gk g),有机指数有机碳()有机氮(),具体见表表沉积物有机氮评价标准T a b O r g a n i cn i t r o g e ne v a l u a t i o nc r i t e r i o no f s e d i m e n t项目有机氮/有机指数 类型清洁较清洁尚
21、清洁污染清洁较清洁尚清洁污染等级东山湾八尺门海域的有机氮和有机指数评价值见表该海域有机氮范围为 ,平均值 ,均属于“尚清洁”等级,对应的有机氮污染等级为有机指数为 ,平均值 ,其中,号站点的TO C含量比较高,有机指数达 ,属于“尚清洁”等级,对应的污染等级为而其他站位的有机指数都符合“较清洁”的等级,对应的有机氮污染等级为表东山湾八尺门海域沉积物有机氮及有机指数T a b O r g a n i cn i t r o g e n i n d e xa n do r g a n i c i n d e xe v a l u a t i o no fB a c h i m e ns e aa r
22、 e ao fD o n g s h a nB a y站位有机氮/有机指数站位有机氮/有机指数站位有机氮/有机指数 总体而言,东山湾八尺门海域水质中的有机污染水平尚可,个站位均未达到有机污染的等级有机指数评价的结果与污染指数评价的结果较为一致与已有研究结果的对比与东山湾海域不同年份的对比为进一步研究东山湾海域氮磷情况,将本研究与东山湾不同年份的数据进行对比,具体见表 由表 对比可见,东山湾海域水体中的无机氮、总磷含量及沉积物中的总氮、总磷含量从 年总体呈现升高的趋势,有机碳则有所下降水体和沉积物中泉州师范学院学报 年 月的营养盐的影响因素有浮游植物的初级生产、水体有机碎屑的再矿化等内部过程及大
23、气沉降、与临近海域的水体交换等过程东山湾海域水体和沉积物中的无机氮、总磷、总氮的变化趋势反映了随着区域经济及养殖产业的发展、人类活动增加频繁,氮、磷等物质排放量增大,使其呈现增高趋势沉积物中的有机碳含量均未超过,符合海洋沉积物质量标准但 年的调查数据显示,沉积物中有机碳含量均在,可见作为传统养殖区,其底部由于残饵粪便的累积而产生丰富的有机质,易造成沉积物中有机碳的富集表 历年来东山湾海域水质和沉积物中的氮磷含量T a b N i t r o g e na n dp h o s p h o r u sc o n t e n t s i nw a t e rq u a l i t ya n ds
24、e d i m e n t so fD o n g s h a nB a yo v e r t h ey e a r s年份(D I N)/(m gL)(T N)/(gk g)(P O P)/(m gL)(T P)/(gk g)(T O C)/水体沉积物水体沉积物沉积物文献出处 /与同期福建其他海域的对比为进一步研究东山湾海域的氮磷情况,将本研究与同期福建其他海域的氮磷进行对比见表 从表中可知,东山湾八尺门海域水体中的无机氮含量与其他海域相比处于较高水平;磷酸盐含量也较高,低于罗源湾,但均高于所对比的其他几个海域沉积物中的总氮、总磷含量高于其他海域,沉积物中有机碳的含量低于福宁湾同期的含量,但
25、与其他海域相比仍处于较高水平总体可见,东山湾海域水体和沉积物中的氮磷等营养成分指标含量在福建海域属较高水平东山湾是滨海旅游业、临港工业等行业较密集的区域,人类活动频繁,同时,东山湾也是福建地区海水养殖的重要港湾,养殖过程中饵料、残饵及养殖对象的排泄产物均是该海域水体和沉积物中氮磷及有机碳蓄积的重要因素表 东山湾与福建省其他海域水质和沉积物中氮磷等含量的对比T a b N i t r o g e na n dp h o s p h o r u s c o n t e n t s i nw a t e r a n ds e d i m e n t o fD o n g s h a nB a ya
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