膠州灣富營養化現狀及趨勢分析

王艷玲,安文超,汪進生, 晁成麟,王希明,王 悠*

(1.山東省青島生態環境監測中心,山東 青島266003;2.中國海洋大學,山東 青島266003;3.青島市園林和林業綜合服務中心,山東 青島266003)

引 言

膠州灣是我國九大海灣之一,人口密度高,經濟較為發達。近些年來,隨著沿岸經濟的發展,污水排放、養殖及海洋開發的影響,膠州灣水質狀況不容樂觀[1-2],保護膠州灣水體環境健康及生態平衡與可持續發展成為政府工作的重點。為加強膠州灣的環境治理,青島市出臺了《青島市膠州灣保護條例》(2014年)、《關于推行灣長制加強海灣管理保護的方案》(2017年)、《青島市近岸海域污染防治實施方案》(2019年)等一系列的方針政策,大力推進對膠州灣的保護。為了更好地了解政策出臺對于膠州灣環境質量的影響、跟蹤了解膠州灣環境狀況的變化,山東省青島生態環境監測中心(原青島市環境監測中心站)于2014—2019年間對膠州灣水質展開了連續6年、每年4個季度月的持續監測和研究,并與北海環境監測中心開展了合作研究。目前對膠州灣海域環境及營養狀態的分析已有一些文獻報道[3-7]。本研究基于該水質監測數據,分析了膠州灣富營養狀況的現狀與變化趨勢,以期為更科學地管理和治理膠州灣提供有價值的參考。

1 材料與方法

1.1 調查站位和時間

根據《近岸海域環境監測規范》(HJ 442-2008)利用網格布點法在膠州灣布設監測點位,其中2014—2016年布設39個;2017年根據青島市環境保護局和海洋與漁業局簽訂的《關于建立完善海洋生態環境保護溝通合作工作機制框架協議》,將灣內監測點位增至45個(圖1)。監測點位的布設充分考慮了代表性、整體性和可比性的原則,并在東岸主要河口適當增加監測點位,充分反映主要污染對環境的影響。監測時間為每年的3月、5月、8月和10月,每月一次。

圖1 膠州灣點位分布圖

1.2 監測項目

監測項目為水溫、鹽度、懸浮物、pH、溶解氧、化學需氧量、活性磷酸鹽、無機氮(亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮)等涵蓋《海水水質標準》(GB 3797-1997)除放射性核素和病原體外的所有項目,計33個指標。各要素的采集、處理與運輸均按照《近岸海域環境監測規范》(HJ 442-2008)的要求進行,樣品的分析按照《水和廢水分析方法》(第四版)[8]進行。

1.3 富營養化評價標準及方法

采用《海水水質標準》(GB 3097-1997)對海水水質類別進行評價。本文采用郭衛東等[9]提出的基于營養鹽限制特征的海水富營養化評價模式(表 1)和《近岸海域環境監測規范》中的富營養化指數法對膠州灣海域進行營養狀態評價。

富營養化指數法評價公式如下:

E=COD×無機氮×無機磷×106/4 500,當E<1時,水體貧營養; 2>E≥1 時,水體輕度富營養;5>E≥2時,水體為中度富營養;15>E≥5時,水體為重富營養; E≥15時,水體為嚴重富營養。E 值越高,富營養化程度越嚴重。

為更直觀地了解富營養化的分布狀況,通過計算機軟件繪制富營養化分布圖,計算各類富營養化類別所占的面積比例。

表1 海水富營養化狀態評價原則Table 1 The potential eutrophication assessment

2 結果與分析

2.1 COD、DIN和RP的變化特征

2014—2018年,COD含量的年均變化范圍介于1.01～1.46 mg/L之間,均達到海水水質標準的一類水質要求。2014年,87.2%的點位達到一類海水水質要求,12.8%的點位達到二類海水水質要求;2015年,89.7%的點位達到一類海水水質要求,10.3%的點位達到二類海水水質要求;2016年,89.7%的點位達到一類海水水質要求,7.7%的點位達到二類海水水質要求,2.6%的點位達到三類海水水質要求;2017—2018年,100%的點位達到一類海水水質要求。COD超過一類標準的點位主要分布在膠州灣東北角和西北角。從年度變化來看,COD呈現波動下降的趨勢,該海域有機污染呈現下降趨勢。

2014—2019年,DIN、RP含量的年均濃度變化范圍分別介于0.229～0.286 mg/L和0.011～0.017 mg/L之間,均達到或好于海水水質二類標準的水質要求。五年間,無機氮點位超標率(超過二類海水標準)范圍為24.4%～35.9%,呈現波動下降的趨勢。 2016年無機氮點位超標率(超過二類海水標準)為35.9%,為最高值,全年濃度的最高值出現在3月份墨水河入?？诟浇Ｓ?達到1.137 mg/L,該測值也是5年來無機氮的最高檢出值。5年間,活性磷酸鹽點位超標率(超過二類海水標準)范圍為15.4% ～2.2%,總體呈現下降趨勢。2016年,活性磷酸鹽點位超標率(超過二類海水標準)為15.4%,為最高值,全年濃度的最高值出現在5月份李村河入?？诟浇Ｓ?達到0.086 mg/L ,為5年內活性磷酸鹽的最高檢出值。

從區域分布來看,2015—2019年,墨水河入?？诟浇Ｓ駾IN和RP濃度范圍分別為0.462～0.832 mg/L和0.030～0.043 mg/L,樓山河入?？诟浇Ｓ駾IN和RP濃度范圍分別為0.291～0.863 mg/L和0.017～0.035 mg/L,墨水河和樓山河入?？诟浇Ｓ蚴菫硟任廴咀钪氐膮^域。李村河和大沽河入?？诟浇Ｓ蛞彩菫硟任廴据^重的區域,在2015—2016兩年間,水質均超過二類海水水質標準,2017年以來水質呈現好轉。從年度變化來看,無機氮呈下降趨勢,污染程度明顯下降,活性磷酸鹽呈現波動變化,總體態勢穩定(圖2)。

圖2 2014—2018年膠州灣化學需

2.2 膠州灣海域富營養化指數

2.2.1 膠州灣海域富營養化現狀

2019年10月膠州灣富營養化分布如圖3所示。2019年10月膠州灣海域富營養化指數(E)為0.82,整體水質良好,貧營養海域的面積覆蓋比例為76.1%,富營養海域主要分布在膠州灣東北角墨水河入?？诟浇Ｓ?。

圖3 2019年10月膠州灣富營養化分布Fig.3 The eutrophication distribution of the Jiaozhou Bay

2.2.2 膠州灣海域富營養化時空變化趨勢分析

2014—2018年,膠州灣海域營養狀態指數(E)年均值范圍為0.92～2.52,呈現波動下降的趨勢。2015年和2016年水體處于中度富營養水平,富營養化指數的平均值分別為2.17和2.52,富營養化重的區域主要分布在膠州灣北部墨水河、樓山河、大沽河的入?？诟浇Ｓ?富營養化指數的最高值為24.49,出現在2016年墨水河入?？诟浇Ｓ?。從年度變化來看,屬貧營養(E<1)的點位個數所占總點位數的比例呈波動上升的趨勢,富營養化程度總體下降(圖4)。

圖4 2014—2018年膠州灣富營養化指數比例

比較了2014年和2018年膠州灣營養狀態指數的水平分布變化,結果顯示(圖5、圖6) 呈現由北向南、由灣內向灣口逐漸減少的趨勢。2018年與2014年相比,貧營養海域范圍明顯擴大,重富營養和中度富營養的海域面積明顯減少,大沽河入?？诟浇Ｓ蜃兓黠@,富營養化程度明顯降低,水質好轉。

圖5 2014年膠州灣富營養化分布

圖6 2018年膠州灣富營養化分布圖Fig.6 The eutrophication distribution of the Jiaozhou Bay in 2018

2.3 2019年膠州灣水質富營養狀況的潛在富營養化評價

潛在性富營養化可能是我國近岸海域的普遍現象。膠州灣是受沿岸人類活動影響較大的海灣,沿岸有大沽河、李村河、墨水河等8條主要河流,城市地表污染物在降水的作用下進入海灣,必然將氮磷營養鹽帶入。本文采用郭衛東等[9]提出的富營養化評價模式對膠州灣海域進行評價。

結果顯示(表2),在三次監測中,5月份總體趨勢為中度營養(Ⅱ),8月和10月趨勢均為貧營養(Ⅰ)。從區域分布來看,5月份膠州灣東北角為富營養化;磷中等限制潛在性富營養的區域主要分布在李村河入?？诟浇Ｓ?DIN0.390,活性磷酸鹽0.012 mg/L,N/P 32);西北角、膠州近岸和海泊河入?？诟浇Ｓ驗橹卸葼I養水平,其余海域為貧營養。8月份除膠州灣東北角J10點位(N/P36)、膠州近岸J13(N/P30)為磷中等限制潛在性富營養外,其余區域均為貧營養。10月份除黃島大石頭附近J30點位(N/P31)外,其余區域均為貧營養。

表2 2019年潛在富營養化狀況季節變化

3 原因分析

膠州灣北部的墨水河、大沽河、李村河和樓山河是注入膠州灣的主要河流,河流沿途受納了即墨、城陽、膠州和李滄等區(市)的面源污染物,經河道進入膠州灣,對膠州灣的水環境造成了不利影響,同時膠州灣北部較淺的海域水交換動力不足,影響了水體交換能力,由此導致污染物擴散減慢,污染物的積累使得局部區域出現富營養化。但是近幾年以來,隨著青島市環灣區域環境治理力度的加強,膠州灣水質呈現好轉趨勢。

(1)膠州灣保護的法律制度不斷完善?！?013—2015年環膠州灣流域污染綜合整治方案》(2013年)、《青島市膠州灣保護條例》(2014年)、《關于推行灣長制加強海灣管理保護的方案》(2017年)、《青島市近岸海域污染防治實施方案》(2019年)、《青島市打好膠州灣及近岸海域污染防治攻堅戰工作方案》(2019年)相繼出臺。

(2)強化陸源污染控制。青島市深入推進工業污染防治,加快城鎮污水處理設施、雨污管網、污泥處置設施建設改造,到2020年,市內三區和其他區(市)城區污水處理率分別達到98%和90%以上、污水處理廠污泥無害化處置率分別達到90%和70%以上。加強對入海河流的治理,嚴格執行“河長制”,落實治理與保護責任。

(3)強化海洋污染防治。清理整頓海水養殖污染,加強自然岸線保護,嚴格管控圍填?；顒?持續推進船舶污染防治,完善港口污染治理設施,推進沿岸及海上垃圾污染防治。

4 結論

(1)2019年10月,膠州灣富營養化呈現由南向北遞減的趨勢,富營養化區域主要分布在灣東北角,富營養覆蓋海域比例為23.9%。

(2)2014—2018年,膠州灣富營養化程度總體呈現下降趨勢,貧營養化海域面積明顯擴大,富營養化海域面積明顯減少,水質好轉。

(3)2019年膠州灣潛在性富營養化程度較低,并且季節變化明顯,5月份潛在性富營養化區域面積較大,8月和10月潛在性富營養化區域面積較小。潛在性富營養化的區域均為磷限制。