大连大孤山海区水下爆破对海洋环境及浮游生物的影响

(1.大连海洋大学辽宁省水生生物学重点实验室,辽宁大连116023;2.大连海洋大学生命科学与技术学院,辽宁大连116023;3.大连理工大学工程力学系,辽宁大连116024)

摘要：为了解大连湾大孤山海区水下爆破活动对其所在海区水质及浮游生物的影响,于2007年的9—12月对爆破后2 h和1 000 m范围内的爆破区域进行了监测,内容包括透明度、盐度、溶氧、pH、悬浮物、油、氨态氮、硝酸氮、亚硝酸氮、活性磷10项水质指标和叶绿素a、浮游植物生物量、浮游动物生物量3个生物指标。结果表明:爆破对海区透明度和悬浮物的影响显著,对其它指标影响不显著。整体上,本次爆破不会对该海区水质及浮游生物量产生明显的影响。

大孤山海区位于大连市大连湾东部湾口,直接面对黄海外海,地理位置十分重要。由于在大孤山海域修建码头的需要,采用爆破的形式对该海域的礁石进行平整,于2007年9月24日至12月26日在大孤山海区实施了5次爆破炸礁工程。项目区域无河流入海,水深为10～30 m。迄今为止,爆破活动对水域环境及其生物影响效应的报道甚少[1-6]。为了了解和掌握本次爆破活动对周围的水质环境及浮游生物的影响,作者于爆破期间对爆破区域的水质及浮游生物进行了监测,并就爆破对其产生的影响作了初步评估。

1 调查方法

钻孔直径为42 mm,炮孔深度为1～3 m;炮孔间距a=1.3 m,b=1.0 m;单孔装药量为0.15～1.35 kg;实验海区范围内最大齐爆药量为45～1 619 kg(实际用量小于45 kg)。

共设置5个监测站位,具体如图1所示。其中1#为爆破点,2#距爆破点200 m,3#距爆破点500 m,4#距爆破点750 m,5#距爆破点1 000 m。

所有样品的采集与分析均参照《海洋监测规范》[7]规定的方法进行。其中水体理化指标包括:透明度、盐度、溶氧、pH、悬浮物、油、氨态氮、硝酸氮、亚硝酸氮、活性磷等;生物指标包括叶绿素a、浮游植物生物量和浮游动物生物量。用透明度盘测定透明度,用光学折射盐度计测定盐度,用碘量法测定溶解氧,用酸度计测定pH,用滤膜抽滤法测定悬浮物,用荧光光度法测定油,用次溴酸钠氧化法测定总氨氮,用镉还原法测定硝酸态氮,用分光光度法测定亚硝酸态氮,用磷钼蓝分光光度法测定活性磷。用丙酮分光光度计法测定叶绿素a含量,用体积法测定浮游植物生物量和浮游动物生物量。在每次爆破前后2 h,5个站位各采集样品一次,用水生80型采水器采水样,浮游植物水样用浅海Ⅲ型网采集,并与器采样品相结合,浮游动物水样用浅海Ⅱ型网采集。

13.0软件进行,差异显著性的计算采用顿肯(Duncan)多重差距检验法,95%置信区间。

2 结果与评价

对5次爆破前后10项水体理化指标的实地监测结果见表1。从表1可见:爆破后,各监测点水体的透明度都有所下降(除5#外),其中爆破点透明度的变化最大,其它站位变化相对较小,这主要是由于炸药爆炸后将水下的沉积物带到上层水,使透明度下降,5#站位距离爆破点较远,所以透明度变化不明显;各监测点盐度均没有明显变化;各监测点pH都略有下降(除4#、5#外),但变化较小,出现这种现象的原因是爆破产生的NO2和NO遇水生成硝酸,改变了水体的pH;各监测点的DO含量均有不同的下降,这可能是爆破活动将底层含氧量低的水和水底沉积物带到了导致的。

表1 大孤山海区爆破前后2 h海水水质的监测结果
Tab.1 Monitoring results for the sea water quality 2 h before and after the explosion at coastal Dagushanμg/L

采样点sampling sites透明度/m transparency salinitypHDO/ (mg·L-1)盐度SPM/ (mg·L-1)soilTNH4-NNO3-NNO2-NPO4油-P爆破前2 h 2 h before the explosion爆破后2 h 2 h after the explosion 1# 2# 3# 4# 5# 1# 2# 3# 4# 5# 1.18± 0.36 1.54± 0.25 1.82± 0.35 1.63± 0.48 1.30± 0.42 0.70± 0.37 1.44± 0.13 1.80± 0.31 1.15± 0.31 1.40± 0.47 35.4± 0.89 35.4± 0.89 35.4± 0.89 35.75± 0.50 35.75± 0.50 35.4± 0.89 35.4± 0.89 35.4± 0.89 35.75± 0.50 35.75± 0.50 8.30± 0.22 8.34± 0.17 8.38± 0.15 8.30± 0.26 8.35± 0.17 8.22± 0.15 8.28± 0.23 8.24± 0.23 8.30± 0.26 8.28± 0.22 8.84± 2.39 8.48± 1.97 9.08± 2.98 9.30± 2.48 9.43± 2.59 8.24± 1.89 8.40± 1.61 8.24± 1.97 8.23± 2.11 9.05± 2.19 0.172± 0.02 0.168± 0.02 0.170± 0.02 0.180± 0.01 0.178± 0.02 0.180± 0.03 0.174± 0.02 0.170± 0.02 0.180± 0.02 0.180± 0.01 14.73± 6.84 14.23± 6.57 13.81± 7.99 13.48± 8.02 12.73± 9.68 15.85± 10.81 17.51± 11.38 12.82± 5.79 13.66± 6.29 12.00± 7.31 300± 236 282± 213 234± 176 317± 211 258± 189 309± 197 309± 252 296± 240 307± 217 307± 235 113± 52 96± 42 90± 53 87± 52 112± 39 143± 59 68± 30 107± 57 111± 52 116± 49 128± 74 140± 90 105± 63 161± 77 147± 73 170± 96 129± 78 87± 52 152± 75 135± 73 42± 33 44± 36 49± 36 58± 43 57± 40 46± 36 43± 34 42± 31 57± 40 52± 36

爆破后,1#、2#监测点悬浮物(SPM)含量有上升趋势,而3#～5#监测点则没有变化,这是因为爆破产生的巨大冲击力将水下大量底泥带到水上层,使悬浮物含量大大增加。中国海水水质标准对悬浮物的要求是:人为活动增加量,一类水不得超过10 mg/L;二类水不得超过50 mg/L;三类水不得超过150 mg/L。而爆破点悬浮物的人为增加量为14 mg/L,已经超过了国家一类海水的要求范

围[8]。如果在某海域混合期进行水下爆破,产生的高浑浊水团会由于潮流产生的输移、扩散和沉降作用,影响周围的生态系统,威胁海洋生物资源。

爆破后,1#、2#、4#监测点的油含量增加,3#、5#则降低。这说明油含量没有明显的变化规律,爆破活动对油含量的影响不是主要因素,而要考虑施工过程中各种船只对其产生的影响。各监测点的总氨氮含量均略有上升(除4#、5#外)。硝酸氮含量略有上升(除3#外),亚硝酸氮含量均略有下降(除1#外),产生这种现象的原因,可能是爆破过程中产生大量的含氮气体,其中一部分氮元素会溶解于水,导致水中无机氮含量增加[2]。活性磷含量除1#监测点升高外,其余监测点均呈下降趋势。

5次爆破前后3项生物指标的实地监测结果见表2。爆破前后浮游生物生物量及叶绿素a含量没有明显的变化规律。从表2可见:爆破后,1#、2#、5#监测点的浮游植物生物量升高,3#、4#则下降;1#、4#监测点的浮游动物生物量升高,2#、3#、5#下降;1#、3#、4#监测点的叶绿素a含量升高, 2#、5#降低。这说明爆破对浮游生物量的影响不大,但要考虑海水的水文条件,如水温、盐度、水流交换运动等因素。

表2 大孤山海区爆破前后浮游生物量及叶绿素a的监测结果
Tab.2 The plankton and chl-a levels before and after the explosion at coastal Dagushan

指标indexes 2 h 2 h before the explosion 1#2#3#4#5爆破前爆破后# 2 h 2 h after the explosion 1#2#3#4#5#浮游植物生物量/(mg·L-1) phytoplankton 0.62± 0.47浮游动物生物量/(mg·L-1) zooplankton 0.15± 0.05 0.24± 0.08 0.49± 0.31 0.29± 0.14 0.14± 0.03 0.22± 0.07 0.35± 0.16 0.30± 0.11 0.24± 0.15 0.28± 0.15叶绿素/(μg·L-1) Chl-a 0.12± 0.03 0.15± 0.03 0.19± 0.11 0.18± 0.07 0.19± 0.05 0.07± 0.01 0.19± 0.09 0.25± 0.07 0.15± 0.09 1.98± 0.61 2.39± 0.84 1.89± 0.47 1.52± 0.58 1.96± 0.83 2.24± 0.40 2.31± 0.78 2.14± 0.68 1.90± 0.54 1.60± 0.49

利用SPSS 13.0软件,对爆破前后各监测站位的各项指标的实测值进行差异显著性分析,结果见表3。从表3可见:爆破前后,1#监测点水体的透明度、悬浮物含量差异显著(P=0.011＜0.05),其它指标差异均不显著(P＞0.05);而其它4个监测站位的各项指标的差异也均不显著(P＞0.05)。

表3 爆破前后各项指标的差异显著性分析
Tab.3 The analysis of significant difference in water quality indicators before and after the explosion

注:*表示爆破前后差异显著(P＜0.05)。
Note:*means significant difference before and after the explosion(P＜0.05).

水质指标water quality indicators sampling site 1#2#3#4#5采样点# 0.6490.8630.3570.2300.450 0.2660.7780.2030.182 pH0.0990.2080.1840.215溶解氧DO0.1560.8280.2170.1020.567悬浮物SPM0.025*0.2081.0001.0000.423油含量0.7710.5110.8010.9020.663 TNH4-N0.8550.5260.3990.4470.411 NO3-N0.3690.2530.2080.1840.517 NO2-N0.1690.5590.2260.0830.575 PO4-P0.3330.9590.2750.8280.359浮游植物生物量0.2140.5290.5930.8100.297浮游动物生物量0.1670.6860.6690.8210.556叶绿素a含量透明度0.011*

3 结论

通过对大孤山海域的水质进行调查,结果表明,海水的水质状况整体较好,pH、溶解氧和油类均达到国家规定的一类海水标准[8],但是氮、磷含量相对较高。在监测的10项理化指标中,爆破后,海水的盐度等均没有发生明显变化,pH、DO略有降低;无机氮、磷、油类没有明显的变化规律,但在爆破点都略有增加;而悬浮物、透明度在各监测点变化较大,其中爆破点(1#)变化最大。本次爆破对周围水域浮游生物量及叶绿素a没有明显影响,但在爆破点略有增加。

通过对调查数据进行差异显著性分析,结果表明,整体上本次爆破活动对5个监测点的8项水质指标(除悬浮物、透明度外)和3项生物指标影响不显著,但对爆破点的悬浮物、透明度影响较显著。这一结果与贾晓平等[3]的研究结果基本一致,与崔毅等[2]的研究结果相近,但略有区别。崔毅等[2]认为,水下爆破产生影响的主要因素是除悬浮物外,还有无机氮。本调查中发现,无机氮含量确实在爆破后有所增加,但是影响不显著。产生这种现象的原因主要与爆破活动中使用的炸药种类及爆破参数有关。总之,本次爆破活动不会对大孤山海区的海水环境及浮游生物带来很大的影响。

[1] 尚龙生,戴云丛,刘现明,等.水中爆破对双台子河口渔场的影响[J].海洋环境科学,1994,13(3):23-26.

[2] 崔毅,宋云利,林庆礼,等.水中爆破对海洋生物及海洋环境的影响研究[J].中国水产科学,1996,3(4):106-113.

[3] 贾晓平,林钦,蔡文贵.大亚湾马鞭洲大型爆破对周围水域环境与海洋生物影响的评估[J].水产学报,2002,26(4):313-320.

[4] 蒋玫,沈新强,杨红.水下爆破对渔业生物影响的研究[J].海洋渔业,2005,27(2):150-153.

[5] 李文涛,张秀梅.水下爆破施工对鱼类影响的估算及预防措施[J].海洋渔业,2003,27(11):20-23.

[6] 许鹭芬,王清池,王军,等.水下爆破的声压测量及其对海洋生物的影响[J].厦门大学学报,2000,39(1):58-61.

[7] 国家海洋局.海洋监测规范HY003.5-91[S].北京:海洋出版社,1991:69-301.

[8] 国家环境保护局,国家技术监督局.海水水质标准GB3097-82 [S].北京:中国标准出版社,1982:2-3.

The impacts of underwater explosion on aquatic environment and plankton in coastal Dagushan in Dalian,Liaoning province

ZHAO Wen1,2,LI Xiao-jie3,GUO Kai2,WEI Hong-xiang2
(1.Key Laboratory of Hydrobiology in Liaoning Province,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China; 2.School of Life Science and Technology,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China; 3.Department of Engineering Mechanics,Dalian University of Technology,Dalian 116024,China)

Abstract：The impacts of underwater explosion on water quality including 10 indexes(Secchi disk,salinity,dissolved oxygen,pH,suspended matter,petroleum,ammonia,nitrate,nitrite,and available phosphorus)and plankton including 3 indexes(Chl a,phytoplankton biomass,and zooplankton biomass)were monitored within 1000 meters and 2 h of the explosion at coastal Dagushan area in Dalian bay from September to December in 2007. The results showed that there were significant impact of explosion on transparency and suspended matter,while there were no significant impact of explosion on the other indexes.Overall,it was not found that there was obviously impact of the explosion on the water quality and the biomass of plankton at coastal Dagushan area.

作者简介：赵文(1963-),男,教授,博士生导师。E-mail:zhaowen@dlou.edu.cn