辽东湾中部近岸海域COD、石油类、叶绿素分布特征及富营养化状态评价

辽东湾位于渤海东北部,属于一面临海、三面环陆的典型半封闭海湾，受特殊地理环境影响，其水体交换能力有限。近年来，大量污染物直接排入海域[1]，导致辽东湾近岸海域受到不同程度的污染，主要体现在海洋渔业资源种类及数量日益减少，海水养殖过程中病害增多、死亡率上升，赤潮灾害频繁发生。

目前，针对辽东湾海水中营养盐[2-7]、重金属[8-9]方面的研究已有较多报道，但关于化学耗氧量(COD)、石油类及叶绿素a的研究较少,尤其是对污染较严重的辽东湾中部(营口、盘锦)近岸海域的具体研究更少，且资料覆盖范围也有限。在翻看各类资料后发现利用最新资料对辽东湾中部(营口、盘锦)近岸海域的研究尚未见报道。化学耗氧有机物为海洋浮游生物生长提供碳源，能直接促进浮游生物生长，是可能引起海水富营养化的重要因子[10]。有研究表明，富营养化指数评价中COD的贡献率高达82%[11]。石油类是一类成分复杂的混合物，含有多种难以被微生物降解的致癌物[12]；海洋中较高浓度的石油类致使海洋生态系统结构失衡，生物多样性指数减小，生产能力下降[13]。叶绿素a的含量是衡量浮游生物分布、水体初级生产力和富营养化程度的重要指标[14-17]，其对于监测海域内水质、富营养化评价和赤潮等相关研究具有重要意义[18]。为此，本研究中从渤海海域水质环境最新的实际调查数据出发，探讨了辽东湾中部近岸海域海水水质状况，主要分析COD、石油类和叶绿素a的分布特征，旨在掌握辽东湾中部近岸海域海水水质状况，以期为辽东湾中部近岸海域海洋环境保护提供有力依据。

1 材料与方法

1.1 调查时间与站位设置

于2016、2017年每年分4个季节(3、5、8、10月)对辽东湾中部近岸海域进行海水水质的监测调查，根据辽东湾中部近岸海域的自然环境特点，在区域为(40°10′～40°47′ N、121°39′～122°14′ E)范围内，共布设20个监测站位，其中，大辽河口重点海域站位布设较其他地区更为集中。调查海域内布设站位如图1所示。

1.2 方法

各监测指标样品的采集依据《海洋调查规范》[19](GB/T12763.4—2007)中的方法，所有采样点均取表层水。

1.2.1 单因子标准指数评价法单因子标准指数法是周爱国等[20]提出的单项因子污染评价方法之一，其计算公式为

其中：Ci为单项因子实测浓度(mg/L)；Si为单项因子评价标准值(mg/L)。

CODMn和石油类单项因子评价标准值参考《海水水质标准》[21](GB 3097—2002)中的Ⅰ类水质要求(CODMn≤2 mg/L，石油类≤0.05 mg/L)进行评价。当Pi>1时，视为超标准，水质已经受到污染；当Pi≤1时，表明水体未受到污染，水体污染程度随Pi值的增大而加重[22]。

1.2.2 综合指数评价法综合指数评价法用于评价单项因子的污染程度，计算公式为

其中：Qi为综合评价指数；Pi为单项因子标准指数；n为参与评价的站位数量。根据Qi值评价水质污染程度分级如表1所示。

1.2.3 富营养化指数评价法目前，冈市友利[23]提出的营养化指数法(EI)是广泛应用于近岸海域富营养化现状评价的主要方法，其计算公式为

其中: ρDIN、ρDIP、ρCOD分别为无机氮DIN(即

三者之和)、无机磷

浓度(mg/L)。

当EI<1时，表明调查海域处于贫营养化状态；当EI≥1时，表明调查海域处于富营养化状态。EI值越大，海水富营养化越严重。同时将富营养化的海域进行等级划分，1≤EI≤3为轻度富营养化，3<EI≤9为中度富营养化，EI>9为重度富营养化。

2 结果与分析

2.1 各指标的分布特征

2.1.1 COD分布特征 2016年除17号监测站位3月未监测COD外，其他站位于3、5、8、10月均开展监测，监测结果如图2所示。调查结果表明：监测海域内各站位3、5、8、10月的COD含量明显不同，3月COD含量为1.04～4.20 mg/L，平均值为(2.16±1.00)mg/L；5月COD含量为1.00～2.84 mg/L，平均值为(1.84±0.58)mg/L；8月COD含量为0.68～2.14 mg/L，平均值为(1.38±0.34)mg/L；10月COD含量为1.17～2.54 mg/L，平均值为(2.02±0.35)mg/L。监测时间内浓度最值出现的站位不同，各季节最高值分别出现在3月16号站位、5月和8月20号站位、10月12号站位，这几个站位分布在监测海域偏北部河口及沿岸附近。2016年监测海域各季节COD平均含量呈现出3月>10月>5月>8月的特征分布。

2017年除3、5号监测站位3月未监测COD外，其他站位于3、5、8、10月均开展监测，监测结果如图2所示。调查结果表明：监测海域内各站位3、5、8、10月的COD含量明显不同，3月COD含量为1.17～1.87 mg/L，平均值为(1.52±0.23)mg/L；5月COD含量为1.03～2.26 mg/L，平均值为(1.45±0.36)mg/L；8月COD含量为0.91～2.14 mg/L，平均值为(1.27±0.31)mg/L；10月COD含量为0.88～1.78 mg/L，平均值为(1.19±0.25)mg/L。监测时间内浓度最值出现的站位不同，各季节最高值出现在3月和10月16号站位、5月9号站位、8月14号站位，这几个站位分布在监测海域内河口及沿岸附近。2017年监测海域各季节COD平均含量呈现出3月>5月>8月>10月的特征分布。

2.1.2 石油类分布特征 2016年除17号监测站位3月未监测石油类外，其他站位于3、5、8、10月均开展监测，监测结果如图3所示。调查结果表明：监测海域内各站位3、5、8、10月的石油类含量明显不同，3月石油类含量为21.40～80.60 μg/L，平均值为(47.67±15.51)μg/L；5月石油类含量为5.79～42.90 μg/L，平均值为(22.25±11.17)μg/L；8月石油类含量为20.00～68.60 μg/L，平均值为(32.77±11.93)μg/L；10月石油类含量为27.90～66.50 μg/L，平均值为(42.23±11.38)μg/L。监测时间内浓度最值出现站位略有不同，各季节最高值分别出现在3月7号站位、5月9号站位、8月6号站位、10月11号站位，这几个站位分布在监测海域中部及沿岸附近。2016年监测海域各季节石油类平均含量呈现出3月>10月>8月>5月的特征分布。

2017年除3、5号站位3月未监测石油类外，其他站位于3、5、8、10月均开展监测，监测结果如图3所示。调查结果表明：监测海域内各站位3、5、8、10月的石油类含量明显不同，3月石油类含量为13.30～40.00 μg/L，平均值为(29.12±7.92)μg/L；5月石油类含量为6.24～35.40 μg/L，平均值为(20.34±9.57)μg/L；8月石油类含量为18.00～45.10 μg/L，平均值为(29.36±7.29)μg/L；10月石油类含量为8.76～33.20 μg/L，平均值为(18.49±7.03)μg/L。监测时间内浓度最值出现站位略有不同，各季节最高值分别出现在3月18号站位、5月和10月8号站位、8月14号站位，这些站位分布在监测海域中北部沿岸及河口附近。2017年监测海域各季节石油类平均含量呈现出8月>3月>5月>10月的特征分布。

2.1.3 叶绿素a的分布特征本研究中调查了2017年5、8、10月监测海域内叶绿素a的含量(图4)。调查结果表明：监测海域内各站位5、8、10月的叶绿素a含量明显不同，5月叶绿素a含量为1.14～12.10 μg/L，平均值为(5.35±2.75)μg/L；8月叶绿素a含量为2.45～21.70 μg/L，平均值(8.16±5.05)μg/L；10月叶绿素a含量为1.09～10.30 μg/L，平均值为(4.28±2.23)μg/L。大部分监测站位5、8月叶绿素a的含量大于10月。5月叶绿素a的最高值出现在11号站位，最小值出现在18号站位；8月叶绿素a的最高值出现在14号站位，最小值出现在3号站位； 10月叶绿素a的最高值出现在8号站位，最小值出现在3号站位。可见，叶绿素a水平季节分布特征表现并不明显。

2.2 单因子指数分析

2.2.1 COD分析结果对辽东湾中部COD的污染评价结果如表2所示。调查结果显示：调查海域COD单因子污染指数(Pi)，2016年3月最高，2017年10月最低；2017年3、10月所有监测站位COD单因子指数小于1，符合Ⅰ类海水水质标准。从COD污染指数可以看出，2017年调查海域较2016年有了减缓的趋势。

2.2.2 石油类分析结果对辽东湾中部石油类的污染评价结果如表3所示。调查结果显示：调查海域石油类单因子污染指数(Pi)，2016年3月最高，2017年10月最低；2017年4个监测月内所有监测站位石油类单因子指数均小于1，符合Ⅰ类海水水质标准，说明该海域未受到石油类的污染。从石油类污染指数可以看出，2017年调查海域较2016年有了减缓的趋势。

Tab.2 Single-factor index and exceed standard sampling site of COD in the monitoring sea area in 2016 and 2017

Tab.3 Single-factor index and exceed standard sampling sites of petroleum in the monitoring sea area in 2016 and 2017

2.3 综合指数分析

通过综合指数评价法分析显示(表4)，监测海域COD和石油类指标的综合污染指数值均在一定范围内波动，综合污染指数值为2016年较高、2017年较低。通过两年的监测分析可知，监测海域内COD和石油类污染等级有减缓的趋势，且COD和石油类不是主要污染因子。

2.4 富营养化评价分析

从表5可见：2016年辽东湾中部近岸海域监测站位(3月17号站位因大风天气未进行监测)中，3月EI值为0.76～50.00，平均值为7.30±11.34；5月EI值为0.37～17.10，平均值为4.84±5.01；8月EI值为0.13～12.70，平均值为3.37±3.44；10月EI值为0.07～19.80，平均值为3.51±4.50。3、5月海水富营养化程度较8、10月偏高，其中，10月海水富营养化程度最低。富营养化海域主要集中在监测海域中部、北部，其中富营养化程度较高的站位为15、16、19、20号。15、16号站位主要受大辽河入海影响，19、20号站位主要分布在沿岸附近。大辽河附近海域16号站位富营养化程度春季达到最高，数值为50.00。

Fig.5 Monitoring results of eutrophication index(EI) value in monitoring sea area in 2016

从表6可见：2017年辽东湾中部(营口、盘锦)近岸海域监测站位(3月3、5号站位因大风天气未进行监测)中，3月EI值为0.45～31.60，平均值为10.64±8.68；5月EI值为0.11～40.10，平均值为5.36±9.32；8月EI值为0.03～14.40，平均值为3.26±3.96；10月EI值为1.52～9.13，平均值为3.86±2.09。2017年海水富营养化状态与2016年有一些不同。2017年8月海水富营养化程度最低，3、5月海水富营养化程度仍然较高。而2017年3月与2016年3月比较，重度富营养化状态的站位增加5个。2017年5月海水富营养化状态优于2016年5月，富营养化站位由2016年的17个降低至14个。2017年10月所有监测站位均处于富营养化状态，以轻度、中度富营养化状态为主。2017年富营养化程度较高的站位仍然集中在监测海域中部、北部，富营养化程度较高的站位仍然是河流入海口的部分站位。

3 讨论

3.1 辽东湾海域监测指标分布特征

本研究中通过对辽东湾中部近岸海域两年的监测资料分析可知：监测海域内COD污染呈现出离岸递减的分布特征，这与张艳等[24]2013年对渤海中部(辽东湾)海区COD的调查结果一致，原因可能与地表径流有关，辽东湾沿岸附近工业废水和生活污水入海较多，大量的有机质导致沿岸附近海域COD 含量较高[25]；监测海域内石油类污染呈现出东部偏高、西部较低的变化趋势，这可能是辽东湾中部近岸海域东部靠近排污口和港口，陆源排污和往来的船舶带来了部分污染源，这与王召会等[26]2014年的调查分析结果一致；监测海域内叶绿素a含量分布有明显的季节变化特征，这是因为监测海域内夏季水温、气温较高，适合藻类的生长繁殖，所以夏季叶绿素a含量高于春、秋两季。但如果某海域叶绿素a的含量持续偏高，就有可能是陆源污染的影响。此时，需要提高警惕，以免藻类繁殖超过一定限制爆发赤潮灾害[27]。

Fig.6 Monitoring results of eutrophication index EI value in monitoring sea area in 2017

本研究中监测结果显示，海水富营养化程度较高的海域集中在监测海域的中部、北部，主要原因可能是辽东湾中部是辽河入海处，水产养殖业发达，大量陆源污染物随辽河大量流入海区，带来丰富的营养盐物质，加速浮游生物的生长，导致富营养化程度加剧，这与于大涛等[28]2014年用营养盐作为评价指标的辽东湾北部海区富营养化水平总体相同，为中度富营养化。综合分析，化学耗氧有机物能够为海洋生物生长提供碳源，石油类污染物能破坏海洋生态系统平衡，叶绿素a是衡量海洋浮游生物分布的基本指标，因此，COD、石油类和叶绿素是近海富营养化形成的重要因子和海洋环境监测与评价的重要指标。

3.2 辽东湾海域治理的建议与对策

通过对辽东湾中部(营口、盘锦)近岸海域水质的调查和分析，提出辽东湾海域治理建议如下：(1)政府采取措施加强对该近岸海域COD和石油类污染物排放的总量控制，并结合其自净能力，科学合理地排污，防止辽东湾水质污染和富营养化的加重。(2)健全海洋环境保护相关法规，制定相应的环保政策，强化规划引导，优化产业内部结构。(3)要建立海洋生态补偿机制，明确其法律地位，为今后实际工作的开展提供明确的法律支撑。(4)加速推行海洋生态红线制度，建立起以红线制度为基础的海洋生态环境保护管理新模式，推动海洋生态环境逐渐转好。

4 结论

(1) 辽东湾中部(营口、盘锦)近岸海域COD、石油类及叶绿素a季节水平分布特征显示：COD、石油类区域分布呈现出监测海域河口及沿岸浓度较高的特点，季节分布特征表现不明显；监测海域内叶绿素a含量分布有明显的季节变化特征，表现为夏季>春季>秋季，区域分布特征表现不明显。

(2) 单因子标准指数法、综合指数评价法分析显示，监测海域内2017年COD和石油类污染等级较2016年有减缓的趋势，且COD和石油类不是主要污染因子。

(3) 辽东湾中部近岸海域海水水质营养指数EI值分析显示，富营养化海域主要集中在监测海域中部、北部。富营养化程度较高的站位为河流入海口处部分站位。

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