涠洲岛珊瑚礁海洋公园海水因子分类和水质评价

0 引言

涠洲岛地处广西壮族自治区北海市南向21 n mile的浅海,与斜阳岛毗邻,是北部湾地区最大的岛屿,岸线总长26. 43 km[1]。涠洲岛远离陆地,水体交换条件良好,近岸海域生长着珍贵的珊瑚礁群落。2013年原国家海洋局批准建设“涠洲岛珊瑚礁国家级海洋公园”,海域面积达25. 12 km2[2],包括1个重点保护区和2个适度利用区,是广西壮族自治区近海海洋生态系统的重要组成部分。

随着港口航运、海水养殖和商贸往来等活动的日益增多,涠洲岛珊瑚礁海洋公园的生态环境也受到不同程度的影响。作为纳污主体,海水受污染较直接,且沉积物和生物体可通过海水循环相互作用,而海水环境质量直接关系到珊瑚礁的存活和生长。

已有很多学者对涠洲岛珊瑚礁海域的生物多样性结构、赤潮物种组成和浮游动植物种类等[3- 5]进行调查研究,但其海水因子的分类和水质评价鲜有报道。本研究以2013—2017年涠洲岛珊瑚礁海洋公园的现场监测数据为基础,对其监测因子的含量和分类以及海水水质进行综合评价,以期为其海洋生态系统保护和可持续发展提供参考。

1 样品采集和分析

根据研究区珊瑚礁的实际分布状况,在海洋公园海域的北面、东面和西南角各布设3个采样站位。

于2013—2017年每年9月采集表层海水样品。监测项目包括化学需氧量(COD)、石油类(Oil)、溶解氧(DO)、无机氮(DIN)和无机磷(DIP)。严格按照《海洋调查规范》(GB/T 12763. 4—2007)[6]和《海洋监测规范》(GB 17378. 4—2007)[7]对所有样品进行规范采集、保存和分析。除DO和COD为现场测定含量外,其余样品在实验室完成测定。

采样站位如图1所示。

picture

图1 采样站位

2 评价方法

2. 1 污染因子分类评价

采用张燕等[8]提出的污染因子分类方法,计算公式为:

y 1=(Ci- Cis)/Cis

y 2=(Ci- Cia)/Cia

式中:y 1为相对超标量;y 2为相对变化量;Cii因子的实测值;Cisi因子的评价标准值;Ciai因子在a年前的实测值(本研究为2013年的实测值)。

根据相对超标量和相对变化量,评价各监测因子的污染等级和污染程度(表1)。

表1 监测因子的污染等级和污染程度

table

2. 2 单因子污染指数评价

单因子污染指数的计算公式为: P i= Ci/Cis

其中,DO的污染指数的计算公式为:

I i=|C f- C i|/(C f- Cis),C iCis

I i= 10- 9 Ci/ Cis,Ci<Cis

式中:I i为DO的污染指数;C f为现场水温和盐度条件下DO的饱和浓度,且C f= 468/(34. 6+ T),T为水温。

采用单因子污染指数评价研究区某监测因子的污染状况,当P i(I i)> 1时,表明该因子超标,对环境造成污染。

2. 3 有机污染指数评价

有机污染指数的计算公式[9]为:

formula

式中:C CODC DINC DIPC DO分别为各因子的实测值; C COD sC DIN sC DIP sC DO s分别为各因子的评价标准值。

采用有机污染指数评价研究区水质的有机污染状况,划分为6个等级:A< 0为良好,0< A< 1为较好,1< A< 2为开始受到污染,2< A< 3为轻度污染,3<A<4为中度污染,A> 4为严重污染。

2. 4 水质综合指数评价

水质综合指数的计算公式[10]为:

formula

式中:n为监测因子的总数。

采用水质综合指数评价研究区水质整体状况,划分为4个等级:Q i< 0. 75为清洁,0. 75< Q i< 1. 00为轻度污染,1. 00< Q i< 1. 25为中度污染, Qi> 1. 25为重度污染。

3 结果和讨论

3. 1 海水因子含量

2013—2017年涠洲岛珊瑚礁海洋公园9个站位的监测因子含量如表2所示。

表2 监测因子含量mg/L

table

由表2可以看出,除2013年、2016年和2017年DO的平均含量,2015年Oil的平均含量以及2017年DIN的平均含量外,其余均符合海水水质一类标准[11]

在范围分布上,COD为0. 16~ 1. 44 mg/L, Oil为0. 003~ 0. 096 mg/L,DIN为0. 019 6~ 0. 347 5 mg/L,DIP为0. 000 5~ 0. 023 4 mg/L, DO为5. 18~ 7. 40 mg/L。

在年际分布上,各因子的平均含量按由大到小排列,COD为2015年、2013年、2016年、2014年和2017年,Oil为2015年、2016年、2013年、2017年和2014年,DIN为2017年、2013年、2014年、2016年和2015年,DIP为2013年、2016年、2017年、2014年和2015年,DO为2015年、2014年、2013年、2016年和2017年。

3. 2 海水因子分类

将2013年涠洲岛珊瑚礁海洋公园各监测因子的平均含量作为参考值,根据2014—2017年各因子的平均含量数据,计算得到相对超标量和相对变化量(表3)。

表3 监测因子的分类

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由表3可以看出,COD和DIP的状态相对稳定,未对海水环境造成污染。Oil、DO和DIN的年际变化较大,其中Oil从常态因子(2014年)迅速上升为关键因子(2015年),又逐渐下降为常态因子(2017年);DO从关键因子(2014—2015年)迅速下降为常态因子(2016—2017年);而DIN从常态因子(2014—2016年)迅速上升为关键因子(2017年)。

3. 3 水质评价

分别计算涠洲岛珊瑚礁海洋公园海水的单因子污染指数、有机污染指数和水质综合指数(表4)。

表4 水质评价指数

table

由表4可以看出,单因子污染指数方面,DO的均值稍大于1,表明水质受到其污染,其余因子均未超标;有机污染指数方面,水质处于较好水平;水质综合指数方面,除2013年外,水质整体状况为清洁,其中2013年达到最大值(0. 79)主要是由于DO污染指数较高。

4 结语

本研究根据2013—2017年涠洲岛珊瑚礁海洋公园9个站位的监测数据,选取化学需氧量(COD)、石油类(Oil)、溶解氧(DO)、无机氮(DIN)和无机磷(DIP)5种海水因子,分别采用污染因子分类评价、单因子污染指数评价、有机污染指数评价和水质综合指数评价的方法,对海水因子的含量和分类以及海水水质进行评价。评价结果基本一致,即整体水质状况较好,但应密切关注污染因子的动态变化。

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