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1、福建罗源湾海洋生态环境研究第28卷第2期2006年4月湖州师范学院JournalofHuzhouTeachersCollegeVo1.28No.2Apr.,2006福建罗源湾海洋生态环境研究蔡清海,杜琦,钱小明(福建省水产研究所,福建厦门361012)摘要:依据2004年的调查资料与历史资料对比,分析了罗源湾海区多年来水质,水域的养殖力(营养盐,叶绿素a和初级生产力)以及浮游植物多样性的变化,并采用潜在生态危害指数法对其生态危害程度进行评价.结果表明,罗源湾水体中的无机氮和活性磷酸盐超过二类水质标准,沉积物中除Hg,Cd污染较为严重外,其它重金属的生态危害很小.此外,还对罗源湾表层沉积物微量元
2、素进行了调查研究.关键词:表层沉积物;海洋生态环境;生态危害;罗源湾;重金属中图分类号:Q581文献标识码:A文章编号:10091734(2006)02004608罗源湾位于福建省东北部沿海,北邻三沙湾,整个海湾被罗源半岛环抱,是个半封闭的海湾,总面积179.56km.可门口水道和北侧航道水深均大于lOre,最大水深达74m.罗源湾自然条件优越,湾内浅海滩涂广阔,渔业资源丰富,种类繁多,是福建省海水养殖的重要水域,也是对虾增殖保护区,但近些年来,富营养化问题日趋严重,赤潮时有发生,给罗源湾的环境生态造成了危害.为此,福建主要港湾水产养殖容量研究课题组采用生态容量与环境质量相结合的方法,估算了全
3、省16个湾(包括罗源湾)的贝类养殖容量,并应用无机氮供需平衡法和活性磷酸盐供需平衡法估算紫菜和海带的养殖容量,合理调配养殖品种的比例.该项成果可应用于海洋环境评价和海洋规划.罗源湾的生态环境虽有许多研究,1卅但对水动力条件,环境纳污与海洋自净能力方面的研究较少.本文在该项目研究的基础上,依据该项目2004年的调查资料,结合历史资料,分析了罗源湾海区多年来的水质,水域养殖力(营养盐,叶绿素a和初级生产力)和浮游植物多样性的变化,并采用潜在生态危害指数法对其生态危害程度进行了评价,同时对罗源湾表层沉积物的微量元素进行了调查,以期对罗源湾沉积环境中富集的重金属污染现状有一个基本的了解,为罗源湾的生态
4、环境保护和水产养殖业的可持续发展提供科学依据.1材料和方法1.1样品的采集和处理于2004年11月对罗源湾的表层沉积物进行调查,共设13个采样点,站位见图1.水体采样取表,底层水样.沉积物样品用抓式采泥器采集,取表层样,6O.C烘干后,研磨过筛至200目以下备用.浮游植物用浅水型浮游生物网垂直拖网采集,所获样品加入5甲醛固定,在实验室进行浓缩,鉴定.1.2监测项目与分析方法水质测定项目有pH,DO,COD,无机氮,活性磷酸盐(以下简称磷酸盐),按海洋监测规范(国家海*收稿日期:2006一O62O基金项目:福建省海洋与渔业局重点资助项目(200003).作者简介:蔡清海(1950-),男,福建省
5、晋江人,福建省水产研究所副研究员,研究方向:海洋与渔业生态环境.第2期蔡清海,等:福建罗源湾海洋生态环境研究洋局1998)规定的方法.pH用实验室pH计测定;DO用碘量滴定法;COD用重铬酸钾法;硝酸盐用锌镉还原法;亚硝酸盐用萘乙二胺分光光度法;氨氮用次溴酸盐氧化法;磷酸盐用磷钼蓝分光光度法.罗源圈1罗滩湾调童站位沉积物测定项目有Cu,Zn,Pb,Cd,Hg,As,A120,Fe20,Co,Ni,Mn和Mo,按照海洋监测规范(第5部分沉积物分析)(GB17378.51998)规定的分析方法,4其中Cu,Zn,Pb,Cd用火焰原子吸收分光光度法;Hg用冷原子吸收法;As用二乙基二硫代氨基酸银分光
6、光度法;Al:0.,Fe:0.和Mn用原子吸收分光光度法;Co,Ni和Mo用ICP直读光谱法,质量控制用国家一级沉积物标准物质,在样品测试过程中采用盲样和实验室内部两级质量监控.叶绿素a和初级生产力依据海洋监测规范(GB173781998)和海洋调查规范(GB12963.61991)的方法测定.使用的仪器为荧光仪(Turner10一AUFluorometer)和液体闪烁计数仪(BeckmanLS65OOScintillationSystem),所用仪器均经过计量认证.1.3海域环境质量评价标准和方法1.3.1水质评价评价标准:调查海区的海域功能是水产养殖,所以执行国家海水水质标准(GB3097
7、1997)中的第二类海水水质标准.评价项目:溶解氧,pH,化学需氧量,无机氮和磷酸盐.评价方法:采用标准指数法和水质综合评价指数法.1.3.2沉积物污染要素潜在生态危害评价本研究采用瑞典学者Hakanson提出的潜在生态危害指数(RD法嘲进行评价.根据这一方法,某一区域沉积物中第i种重金属的潜在生态危害指数(E)及沉积物中多种重金属的潜在危害指数(RD可分别表示为:=?;RI=E=?c:/c:.ll式中:q为单个重金属污染系数(=l=:/);为表层沉积物重金属浓度的实测值;为计算所用的背景值,本研究采用中国海湾志第七分册中所定的当地沉积物中重金属背景值;为重金属i的毒性系数,它主要反映重金属的
8、毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度,揭示了重金属对人体的危害和水生生态系统的危害.Hakanson提出的重金属元素的毒性水平顺序由大到小依次为Hg,Cd,As,(Pb与Cu),Zn,有关定值见表1,E,R/值与污染程度的关系见表2.湖州师范学院第28卷22.1表1重金属的参比值(C)和毒性系数()评价海域单项评价指数综合评价指数罗源湾D()pHc0D无机氮磷酸盐5月8月11月平均值0.380.670.301.061.200.360.701.030.70依据上述水质综合评价指数的公式,将5项参数代入公式计算,计算结果见表3:罗源湾的单项评价指数范围为0.381.2O,无机氮和磷酸盐大于1.0,
9、说明罗源湾海域水质不符合第二类海水水质标准;综合评价指数为0.361.03,11月份大于1.0,说明11月份水质较差.罗源湾水质质量状况见表4.DO符合一类水质标准;COD有降低趋势,2000年均值为0.88mg/L,2003年为0.60mg/L.19912004年的13年问,罗源湾海水中营养盐含量在升高,2004年的磷酸盐浓度是1991年的5.67倍,2004年的无机氮浓度是1991年的1.87倍,1991年罗源湾还没有大规模网箱养鱼,海水中的磷酸盐和无机氮含量都比较低,到了2000年罗源湾网箱养鱼发展得很快,鱼类的排泄物和残饵大量进入海水中,致使海水中的磷酸盐和无机氮含量大幅度上升.表4罗
10、源湾水质各要素历年比较项目范围均值8.238.OOO.OO6O.156范围均值8.O16.5O.88o.035O.298范围均值pH值DO(mg/L)COD(mg/L)磷酸盐(mg/L)无机氮(mg/L)8.158.257.568.200.003O.014O.1O9O.1977.228.183.488.19O.O72.530.0010.1O9O.O940.6187.788.305.268.39O.2O1.040.O220.0460.1120.4478.O66.780.6OO.O34O.2922.2浮游植物多样性的变化2.2.1浮游植物的组成经鉴定,罗源湾浮游植物有蓝藻门,甲藻门,硅藻门共3门5
11、1属125种,变种和变型,其中硅藻门种类最多,计107种42属,占85.6,甲藻门和蓝藻门占14.4.2.2.2丰度浮游植物的平面分布很不均匀,丰度的变化范围较大(见表5),最少的站位只有4.3X103个/m3,出现在东吾洋,最多的站位有628320X10.个/m.,出现在东山湾.在同一个港湾,不同站位浮游植物的丰度受海水的透明度,营养盐及滤食性生物的种类,数量影响很大.在贝类养殖密度大的海域,浮游植物的数量急剧下降.福建的16个港湾以官井洋丰度最低,平均值仅85.8X10.个/m.其次为罗源湾,东吾洋,同安湾,佛昙湾和三都澳,均低于500X10.个/m.平均丰度值最高为东山湾,达72389.
12、3X10.个/m.说明这些海域浮游植物资源比较丰富.第2期蔡清海,等:福建罗源湾海洋生态环境研究表5不同港湾浮游植物的种类数和丰度2.2.3多样性指数福建的16个港湾平均多样性指数在3.0以上的有东吾洋,官井洋和大港湾,这几个港湾都属于水质较好,污染程度较低的港湾.罗源湾多样性指数为2.72,排在第1O名.平均多样性指数最低的为泉州湾,仅2.O1.见表6.表6不同港湾浮游植物生态指数比较2.2.4均匀度福建的16个港湾的均匀度都比较接近,都在0.41O.71之间.其中最高的是东吾洋和大港湾,这两个湾无大的江河径流影响,受陆源污染相对较轻,所以环境质量好.罗源湾均匀度为0.61,属中等状态.均匀
13、度较低的是泉州湾,围头湾和东山湾.湖州师范学院第28卷2.2.5丰富度罗源湾的丰富度为1.26,居第15位.湄洲湾和兴化湾的丰富度分别为1.68和1.67,居首位.罗源湾近年发展了大量网箱,其排出的污染物数量超过了海域的自净能力,局部海域受到污染,浮游植物丰富度也随着下降.2.2.6优势度优势度越高,说明环境质量越差.优势度最高的为泉州湾,其次为围头湾和东山湾.优势度最低的是大港湾.罗源湾的优势度为1.60,居第7位,该指标所指示的污染状况基本上与其它指标相一致.作为海洋环境恶化重要表现的近海富营养化改变了海水中营养物质结构,必将引起浮游植物组成与多样性的变化,而浮游植物是海洋生态系中主要的初
14、级生产者,其组成与多样性的变化都将直接影响到海洋生态系统的结构与功能,罗源湾由于人们活动的影响和污染的加剧,局部区域生态环境退化,浮游植物丰富度下降,均匀度和优势度属中等状态.2.3叶绿素和初级生产力2.3.1叶绿素a罗源湾叶绿素a的季度变化比较明显,变化范围在6mg/m.左右(见表7).从2000年各季度月的均值变化来看,5月份与11月份的变化比较相似,8月份含量最高,显然是由于该湾发展养殖业比较发达造成水体营养盐上升的原因.与湄洲湾和台湾海峡西部海域比较,罗源湾叶绿素a的含量普遍高于这两个湾,但低于东山湾的水平.近年的调查还发现,较高的叶绿素a含量多出现于罗源湾的湾顶部,与海域大规模网箱养
15、殖有关,另外,湾顶部海流平缓也是叶绿素a升高的原因.因此,在8月份罗源湾顶部发生富营养化的趋势值得注意.裹7罗源湾及其它海域不同月份裹层叶绿素a比较2.3.2初级生产力2000年春季初级生产力的分布基本上与叶绿素a的分布趋势相似,大都呈湾顶部较高,湾口较低的趋势,均值为134mg/m.夏季和秋季初级生产力的分布却与春季相反,大都呈湾顶部较低,湾口较高的趋势,均值分别为1577和50mg/m.,夏季的高值与浮游植物的大量繁殖有关.一般情况下,高叶绿素a含量的分布区也是初级生产力的高值区.但由于初级生产力的高低除了与叶绿素a含量有关外,与真光层的深度也有直接关系.近岸水域由于水体透明度低,真光层深
16、度小,生产力往往比外海低.同样,同一个港湾,相同叶绿素a含量但不同透明度,其生产力也就不同.因而,动态的水体也必然导致动态的生产力过程,同时,从时间过程来看,港湾在冬季初级生产力通常为全年最低,夏季为全年最高.全年初级生产力为141mgC/m.d,以5月份达最高值,为299.10mgC/m.d,7月次之,为202.8OmgC/m.d,9月份比7月份稍低,为193.5OmgC/m.d,11月,1月和3月初级生产力都比较低,为50mgC/m.d左右.根据初级生产力的季节变化,可分为两个不同生产力水平的时期,11月至翌年的初级生产力(以PP表示)较低,其中一月最低,仅48.2OmgC/m.dl5月至
17、9月比较高,其中最高在5月,达299mgC/m.d,表明初级生产力全年最低的季节是冬季,最高的季节是春夏季.初级生产力季节变化趋势:除8月外,5月和11月的初级生产力相近,8月的高值显然是浮游植物的大量繁殖,与本月的环境因素,尤其是营养盐的分布有关.2.4沉积物中污染重金属含量水体中的重金属一般由水体转入沉积物,在受重金属污染的体系中,水体中的重金属含量常因水动力条件的不同,其含量分布也不同,但由于积累作用,沉积物中的重金属含量往往比相应水体中的含量要高.第2期蔡清海,等:福建罗源湾海洋生态环境研究一旦沉积环境受到干扰或其他外界因素的改变,如气候,水动力,氧化还原电位的改变,会使重金属从沉积相
18、中又重新释放出来污染生态环境.表8是罗源湾表层沉积物中Cu,Zn,Pb,Cd,Hg,As的实测含量与国家标准海洋沉积物质量(GB196682002)中的一类标准进行比较的结果,采用瑞典学者Hakanson提出的潜在生态危害指数(R)的评价结果,见表9.表8罗源湾表层沉积物重金属含量和污染指数.*污染指数为实测的重金属含量与海洋沉积物质量)(GB186682002)中一类标准的比值表9罗源湾沉积物中重金属的潜在危害系数(E)和危害指数(RI)注:,l8由表9可知,罗源湾各测站沉积物重金属潜在生态危害系数由大到小依次为Hg,CA,As,Pb,Cu,Zn,其中Pb与Cu的耳值接近,分别为6.00和5
19、.65;As的耳值比Hg小约2.1倍;Cu的E值比Hg小约8.8倍;Zn的E值比Hg小约36.o倍,表明Hg和Cd对RI值的影响程度大大高于其它重金属.罗源湾Hg,Cd的E值为40E<80,属中等的生态危害),其它3种重金属Pb,Cu,Zn的耳值均小于其轻微生态危害的划分标准值,说明罗源湾沉积物中除Hg,Cd污染较为严重外,其它重金属的生态危害很小.将罗源湾重金属的含量与国内外不同海区相比较可看出(见表10):Cd高于广西近海;Pb高于南海北部,胶州湾,广西近海和马来西亚沿海;Cu高于南海北部,胶州湾,广西近海和马来西亚沿海;Zn高于南海北部,胶州湾和马来西亚沿海.表1O不同海区表层沉积
20、物中重金属含量比较(单住:mg.kg一)湖州师范学院第28卷2.5沉积物微量元素的含量罗源湾沉积物类型比较简单,共有砂砾,粗砂,粗中砂,粘土质砂,砂一粉砂一粘土和粉砂质粘土6种类型.【铁和锰是典型的变价元素,其迁移富集过程与环境关系密切,存在形式主要受氧化还原环境的控制.钴主要以黏土吸附和金属有机络合物的形式存在.表1O的结果说明,三沙湾表层沉积物微量元素的含量Fe.0.,Ni和Mn的均值高于南海北部陆架区;Ni的均值低于页岩含量;Mn的均值高于页岩含量;Mo没有参考值不能进行比较.表11表层沉积物微量元素含量(单位:mg.kg)注:7l=21铝是沉积物中含量仅次于硅,氧的造岩元素,主要以各种
21、铝硅酸盐矿物及其风化产物存在,在沉积物中有广泛的分布.对铝和过渡元素进行相关分析,由表11表明,除Mn之外,Al.03和其它微量元素均呈现明显的正相关(PO.01),这表明调查海域的微量元素来源相同或相似,类似的同源相关性在广东的红海湾,黄河口也有存在,1州胡这是因为微量元素的来源相对要简单一些的缘故,其中Al.03和Fe2O.的相关系数最高,为0.97,呈现明显的线性正相关;A1.O.与Co和Ni的相关系数次之,分别为0.96和0.95;A1.03和Mo的相关性最差,仅为0.02.不同微量元素之间也呈现不同相关性,其中Fe203和Co,Fe203和Ni的相关性最好,为0.99;Co和Ni之间
22、的相关性次之,为0.98;Fe20.和Mo的相关性较差,仅为0.11,显示出其独特的地球化学性质.3结语(1)由近13年来的调查资料表明,就总体而言,罗源湾的生态环境质量良好,但局部水域已受到一定程度的污染,其中一些重要工业区的排污口和渔业增养殖水域污染比较严重,主要污染问题是富营养化(氮,磷等营养盐).水质环境质量除了无机氮,磷酸盐超过二类海水水质标准外,其余项目不超标,大部分污染物均低于评价标准,水产养殖的卫生质量良好.(2)与1990年相比,2004年罗源湾浮游植物物种组成发生了很大变化,浮游植物丰富度下降.(3)全年初级生产力为141mgC/m.d,最低的季节是冬季,最高的季节是春夏季
23、.(4)沉积物中除Hg,Cd含量较高外,其它重金属的生态危害很小,微量元素的含量属正常范围.(5)罗源湾仍需加强网箱养鱼的面积和密度的管理,在开发海洋资源的同时,保护好海洋环境.致谢:参加本项目的人员还有卢振彬,方民杰,许翠娅,蔡建堤和林燕,谨致谢忱.参考文献:1李文权,王宪,郭劳动,等.罗源湾初级生产力评价i-j3.厦门大学,1989,28(增刊):6570.2王宪,李文权,张钒.福建省近岸港湾沉积物质量状况j3.海洋,2002,24(4):127131.3卢振彬,杜琦,蔡清海,等.福建罗源湾贝类的养殖容量i-j3.中国水产科学,2004,11(2):102110.4GB17378.5199
24、8,沉积物分析S.5GB186682002,海洋沉积物质量Is3.第2期蔡清海,等:福建罗源湾海洋生态环境研究6HakansonLAPS.AnEoologicalRiskIndexforAquaticPollutionControlASedimentLogicalApproachJ.WaterResearch,1980.14:9751OO1.7山东省科学技术委员会.山东省海岸带和海涂资源综合调查报告M.北京:中国科学技术出版社,1990.526.8崔毅,辛福言,马绍光,等.乳山湾沉积物重金属污染及其生态危害评价J.中国水产科学,2005,12(1):8289.9甘居利,贾晓平,李纯厚,等.南海
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28、chInstitute,FujJan,Xiamen361012,China)Abstract:Thispaperanalyzesthechangeofwaterquality,aquaticcultureforceandphytoplanktondiversityintheseaareaoftheLuoyuanBayoverthepastfewyearsaccordingtothecontrastbetweenthedataobtainedinthe2004investigationandinhistory,andevaluatesthepotentialecologicalindexofha
29、rmfulnessanditsdegree.TheresultshowsthatthecontentsofnitrogenandactivephosphateinsomewaterareaoftheLuoyuanBayarenotuptothefirststandardwaterquality,buttheecologicalharmofheavymetalsinsedimentisslightexceptfortheseriouspollutionofHgandCd.Keywords:surfacesediments;marineecologicalenvironment;ecologicalharm;LuoyuanBay;heavymeta1