“藍眼淚”背景下平潭海域營養鹽時空分布及富營養化研究*

游建勇，楊玉香，陳乃華

（福建省平潭環境監測中心站，福建 平潭 350400）

近些年每年4～6月，福建平潭海域都會出現“藍眼淚”現象，吸引了眾多游客，成為當地政府主推的旅游品牌，從而受到人們的關注?！八{眼淚”是由大量聚集的夜光藻受到干擾時生物發光形成的，福建沿海每年從4月進入赤潮高發期，5～6月達到峰值，7月之后迅速減少[1]，其中福建海域中平潭島海域發生夜光藻的頻次更為突出[2]。但是，夜光藻藻華是目前世界上分布最為廣泛的有害藻華之一，可對當地環境與經濟造成了不同程度的負面效應[3,4]，有效監測和預警夜光藻群落變化，防控夜光藻“藍眼淚”轉變為夜光藻赤潮，不僅一定程度上減少災害危害，對海洋生態環境健康維護和當地的海洋經濟有著重要的現實意義[5]。

現今，夜光藻藻華暴發機理尚不明確，對夜光藻的相關研究主要針對藻華現象的原位分析，重點關注水溫、氣溫、風向、風力、日照、潮汐和涌流等水文氣象條件對藻華生消的影響[3,6-9]。氮、磷等營養鹽是海洋生物生長所必需的營養元素，同時營養過剩也可導致海水富營養化和藻類暴發等環境問題[8]。目前，涉及平潭周邊海域的營養鹽及富營養化的研究較少，對重點時期重點海域開展針對性、持續性的調查研究更少。本文結合福建省海洋與漁業局赤潮監測預警信息，在4～6月赤潮暴發期和7～8月非暴發期分別對平潭周邊近岸海域開展水質調查跟蹤監測，通過研究分析不同時期氮、磷營養鹽變化規律及特征、營養鹽限制狀況及主要環境因子間的相關性，為探究相關水質特征下夜光藻“藍眼淚”及赤潮生消過程提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 點位布設

共布設4個點位，詳見圖1。其中東側海壇灣內點位“藍眼淚”現象出現次數較多；南側為海壇海峽通道；西側靠近竹嶼湖及竹嶼灣口，容易受到養殖活動、陸源輸入及圍填海的影響；北側靠近福清灣外海，容易受到外海海流影響。

圖1 平潭近岸海域調查點位示意圖

1.2 采樣與監測

采樣所需的所有器材、采樣及現場監測均按照GB 17378.3—2007《海洋監測規范 第3部分：樣品采集、貯存與運輸》規定的方法進行處理；溶解態無機氮（DIN）為硝態氮（NO3--N）、亞硝態氮（NO2--N）和銨態氮（NH4+-N）之和，溶解態活性磷酸鹽（DIP）和NO3--N、NO2--N和NH4+-N的樣品在實驗室使用0.45 μm醋酸纖維濾膜過濾后使用SAN++的連續流動比色法測定，方法檢出限均為0.001 mg/L；化學需氧量（COD）采用堿性高錳酸鉀法測定；葉綠素a（Chl-a）選用分光光度法測定。全部分析過程按照GB 17378.4—2007《海洋監測規范 第4部分：海水分析》及HJ 442.3—2020《近岸海域環境監測技術規范 第三部分 近岸海域水質監測》規定的方法及要求開展，測試結果符合樣品質控要求。

2 營養鹽時空分布規律

2.1 無機氮時空分布特征

周邊海域亞硝酸鹽氮（NO2--N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）及溶解態無機氮（DIN）等跟蹤監測結果詳見圖2。

圖2 被研究海域周邊無機氮時空分布特征

周邊海域暴發期NO2--N含量均為西側較高，其他海域含量都處于較低水平，而且分布較均勻。其中暴發期NO2--N濃度平均值西側＞南側＞東側＞北側。周邊海域非暴發期的NO3--N平均濃度西側較高，其他海域含量都處于較低水平，而且分布較均勻。暴發期NO3--N平均濃度西側最高，東部最低，平均值西側＞南側＞北側＞東側，且濃度高值較集中地出現在西側，各點位的平均濃度均大于非暴發期。

周邊海域非暴發期的NH4+-N平均濃度東側較高，其他海域含量都處于較低水平，整體分布較均勻。暴發期NH4+-N平均濃度東側最高，南側最低，平均值東側＞西側＞北側＞南側，NH4+-N含量整體呈現中部東西兩側向南北逐漸遞減的趨勢。因夜光藻可通過脫氨基將氨貯存于酸性液泡中[10]，其暴發常導致該海域氨含量升高，故周邊海域暴發期的氨氮均值均高于非暴發期。

DIN 為NO2--N、NO3--N和NH4+-N“三氮”之和。周邊海域暴發期DIN平均濃度東西兩側較高，南北兩側海域含量都處于較低水平，平均值東側＞西側＞南側＞北側。DIN含量整體呈現中部東西側向南北逐漸遞減的趨勢，且東西側海域均出現不同程度的水質為劣四類的情況，劣四類比例均為50%。夜光藻體內含有豐富的營養物質，每天排泄大量的氨和活性磷酸鹽到上層海水中加速其他藻類的生長繁殖[10]。尤其在夜光藻暴發期，排泄的N和P能大部分滿足甚至超過浮游植物（硅藻）繁殖的需求[11]，周邊海域的監測結果也顯示暴發期間DIN始終保持在較高水平。而非暴發期的周邊海域DIN含量東側較高，其他海域都處于較低水平，整體分布較均勻，均符合二類海水水質標準。

2.2 無機氮形態結果分析

無機氮的形態比例可以很好地揭示海洋中氮的來源，以陸源輸入為主的硝態氮為海域新生氮，海洋生物代謝產生的氨氮為海域再生氮[12]。生活污水和工業、養殖廢水等含氮污染物排入近岸海域后，部分在好氧微生物的作用下轉化為硝氮，同時也有部分被反硝化細菌轉化為亞硝氮或氨氮。

周邊的海域調查結果顯示：東西南北側暴發期硝態氮占無機氮的比例分別為27%、63%、60%和54%，非暴發期為44%、55%、40%和40%。暴發期氨氮占無機氮的比例分別為67%、34%、36%和37%，非暴發期為47%、36%、44%和47%。調查海域的無機氮的不同形態平均占比如圖3所示，各個時期和點位的無機氮各形態占比均有不同，整體上無機氮主要形態為硝態氮，其次是氨氮，亞硝氮相對占比最小。不同形態氮的組成與海洋生物群的攝食、繁殖，沉積物中不同形態氮的釋放及陸地入海徑流有關。亞硝氮在周邊海域的占比在非暴發期（4～6月）均大于暴發期（7～8月），可能是受海水溫度和氣溫影響，反硝化細菌的活動加強有關。岳新利[13]等認為再生氮-銨鹽是影響無機氮鹽變化的主要原因，其濃度變化與浮游生物高度一致。氨氮在各時期的占比變化也一定程度上驗證了該結論。

圖3 被研究海域無機氮的不同形態氮的平均組成

2.3 活性磷酸鹽時空分布特征

周邊海域活性磷酸鹽（PO43--P）跟蹤監測結果統計值見圖4。

圖4 被研究海域活性磷酸鹽時空分布特征

2022 年平潭周邊近岸海域暴發期內PO43--P濃度平均值東側＞南側＞西側＞北側，各點位水平差異較大，部分點位多次超過四類或劣四類標準；非暴發期總體上整個海域PO43--P含量較低且穩定，均符合二類海水水質標準。

3 營養鹽限制及富營養化水平分析

3.1 營養鹽結構特征及時空變化

可以通過氮和磷2種元素的比值（N/P）來衡量這2種元素對水體富營養化的貢獻，其是考察海水中營養鹽濃度結構的重要指標[14]。氮磷比通過對浮游植物種群結果的影響，進而影響整個生態系統[15]。一般情況下，浮游植物按照N∶P比值（摩爾比）為16∶1的比例吸收海水中的氮、磷元素，過高或過低地偏離這個比值均會引起浮游植物的正常生長受到限制而成為限制因子，當N∶P＞16∶1時，水體為磷限制；當N∶P＜16∶1時，水體為氮限制；16∶1稱為Redfield比值[16]。

被研究海域的氮磷比時空分布特征統計值見圖5，可以看出研究海域N/P比的各點位各時期差異性較大，暴發期整體變化范圍在8～890之間，非暴發期整體變化范圍在2～266之間。從平均值上看，除南側海域非暴發期表現為氮限制外，其他海域的所有時期及點位的N/P比均大于Redfield比值，營養鹽結構均呈現為相對磷限制和氮過剩的狀態，表明活性磷酸鹽可能成為該海域浮游植物生長的主要限值因子之一，其中氮磷比最高值出現在暴發期的東側。相關研究表明含磷用品的被限制及氮肥施用導致豐水期時入海排放表現出高氮低磷的特征，從而使周邊海域出現氮磷比高值[17]，因此控制陸域入海氮源污染極為重要。

圖5 被研究海域氮磷比時空分布特征

3.2 富營養化水平

3.2.1 富營養化指數

富營養化指數評價法以GB/T 12763.9—2007《海洋調查規范 第9部分：海洋生態調查指南》為依據，選取的評價指標主要是COD、DIN、DIP，其計算公式如下：

式⑴中，當富營養化指數E≥1時，則表示海域水體已呈富營養化狀態。E值越高，富營養化程度也越嚴重。調查海域的富營養化水平的時空變化如圖6所示。

圖6 富營養化指數E值時空分布特征

周邊海域暴發期的E平均值東側最高，南側最低，平均值東側＞西側＞南側＞北側，且均大于非暴發期E值。其中多數點位及時段的E值大于1。非暴發期的各點位平均E值均小于1，未達到富營養化水平。

3.2.2 Chl-a的時空分布規律

調查周邊海域葉綠素a（Chl-a）的統計結果見圖7?？傮w上調查期間調查海域的Chl-a波動較大，暴發期海水Chl-a含量較高，非暴發期次之，其中暴發期Chl-a值東側＞北側＞南側＞西側。調查海域葉綠素a濃度過高的原因是浮游植物大量暴發，海水生產力高所致，特別是“藍眼淚”暴發期間，Chl-a最大值出現在東側，達到了21.3 μg/L。

圖7 Chl-a時空分布特征

3.2.3 營養鹽與其他因子間的相關關系

調查周邊海域營養鹽指標和其他因子的Spearman相關性統計結果見表1和表2。由表中可知暴發期和非暴發期的DIN、DIP、COD和Chl-a之間均未表現明顯的相關性，DIN和DIP等因子均不能單純成為浮游植物生長繁殖的主要控制因素。富營養化指數E值與DIN及DIP含量呈極顯著正相關，說明調查海域富營養化程度主要受無機氮和活性磷酸鹽含量的控制。暴發期間E值和Chl-a含量呈極顯著正相關，驗證了浮游植物大量生長繁殖需要消耗大量的營養物質。

表1 營養鹽與相關因子相關性系數（暴發期）

表2 營養鹽與相關因子相關性系數（非暴發期）

4 結論

通過在4～6月赤潮暴發期和7～8月赤潮非暴發期分別對平潭周邊近岸海域開展水質調查跟蹤監測，研究分析氮、磷營養鹽變化規律、營養鹽限制狀況及主要環境因子間的相關性，得出以下結論：

1 ）周邊海域亞硝酸鹽氮（NO2--N）、硝酸鹽氮（NO3--N）、氨氮（NH4+-N）及溶解態無機氮（DIN）的不同時期分布差異較大，總體上平均濃度暴發期大于非暴發期，含量整體呈現中部東西側向南北逐漸遞減的趨勢。因夜光藻暴發常導致氨含量升高，暴發期各點位的氨氮均值均高于非暴發期。各個時期和點位的無機氮各形態占比均有不同，整體上以硝態氮為無機氮的主要形態，其次是氨氮，亞硝氮相對占比最小。

2 ）非暴發期，DIN和DIP都處于較低水平，整體分布較均勻，均符合二類海水水質標準。暴發期海域的水質均不同程度地因DIN和DIP含量偏高而出現四類或劣四類水質的狀況。

3 ）研究海域N/P比的各點位各時期差異性較大，暴發期整體變化范圍在8～890之間，非暴發期整體變化范圍在2～266之間。從平均值上看，調查海域的大部分N/P比均大于Redfield比值，營養鹽結構均呈現為相對磷限制和氮過剩的狀態，表明活性磷酸鹽可能成為該海域浮游植物生長的主要限制因子之一。周邊海域暴發期的富營養化指數E均高于非暴發期，且東西兩側的富營養化程度較嚴重，雖然DIN、DIP和Chl-a之間均未表現明顯的相關性，但富營養化指數E值與DIN及DIP含量呈極顯著正相關，說明調查海域富營養化程度主要受無機氮和活性磷酸鹽含量的控制。

4 ）相關部門可通過定點監測營養鹽指標及浮游生物種群變化，融合暴發期周邊海域氮磷比及無機氮組成特征及演變規律等信息，結合水文及氣象等條件，評估夜光藻“藍眼淚”向夜光藻赤潮發展的趨勢，提高藍眼淚預測概率，為夜光藻赤潮預警和濱海旅游的“藍眼淚”預報服務提供支持。