长江口、杭州湾海域营养盐分布特征及分析

生态环境 2006, 15(2): 276-283 Ecology and Environment E-mail: editor@基金项目：上海市科委科研计划项目（042512031）；上海市教委重点项目（05ZZ13） 作者简介：王 芳（1979－），女，硕士，主要从事海洋环境研究。

E-mail: kangjc@ 收稿日期：2005-11-08春秋季长江口及其邻近海域营养盐污染研究王 芳1, 2，康建成2, 1，周尚哲1，郑琰明1, 2，徐韧3，孙瑞文3，吴 涛21. 华南师范大学地理科学学院，广东 广州 510631；2. 上海师范大学城市生态与环境研究中心，上海 200234;3. 国家海洋局东海环境监测中心，上海 200137摘要：依据东海环境监测中心两个航次的资料和美国国家海洋大气管理局（NOAA ）相关资料，开发Matlab 计算机数值分析和图形显示技术，对长江口及其邻近海域的营养盐污染状况进行分析和探讨。

结果表明：海域总体营养盐超标严重；氮、磷污染物的来源主要为径流携带入海，磷还受外海流系高质量浓度磷输入的影响；营养盐污染特征显示，表、底层营养盐均自入海口向外围、由近岸向远岸迅速递减，秋季冲淡水将污染物向外海携带，污染区也相应向外海推移；营养盐结构显示，该区w (N)/w (P)比值最高达到了405，无机氮异常丰富，海域浮游植物生长的限制因子存在时空变化。

分析得到营养盐污染特征与长江河口锋位置及冲淡水流向的关系密切，可以考虑由长江河口锋位置及冲淡水流向来确定污染物的聚集位置和扩展方向。

关键词：长江口；海洋环境；营养盐污染中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2006）02-0276-08海洋环境的污染是指人类直接或间接把物质或能量引入海洋环境，其中包括河口湾，以致造成或可能造成损害生物资源和海洋生物、危害人类健康、妨碍包括捕鱼和海洋的其他正当用途在内的各种海洋活动、损坏海水使用质量和减损环境优美等有害影响[1]。

长江口及其邻近海域营养盐质量浓度是东海甚至中国沿海最高的海域之一[2]。

本文通过对长江口及其邻近海域包括长江口外浅海区和杭州湾北部海域以及部分长江口河段(图1)营养盐质量浓度实测资料的分析，探讨了春、秋季海域营养盐污染状况，从时间和空间差异入手，分析营养盐污染物质的来源、海域营养盐的污染特征和影响因素，探讨导致赤潮发生的重要原因：营养盐结构状况及其对浮游植物的限制，以及污染物分布与长江河口锋位置和冲淡水流向的关系，为研究海域有针对性地进行环境质量控制和改善提供科学依据。

本区属东亚季风气候，降水时空分布不均，主要集中在夏季，冬季降水偏少，形成了入海径流的季节变化。

长江、钱塘江、黄埔江等巨大径流挟带丰富的营养盐污染物在研究海域西部汇入。

黄海冷水团、黑潮西支流、高温高盐的台湾暖流等外海流系，以及季节性的苏北沿岸流、闽浙沿岸流等低盐、高营养盐的沿岸流系[3]影响海域东部。

这里是河流与海洋两种不同体系之间的 “界面”，生态环境敏感脆弱。

由河流带来的含高营养盐的冲淡水向外海扩展，在冲淡水与海水的交汇处形成锋区[4]，锋区作为一个动力屏障，阻挡了溶解物质等的向外扩散，形成了营养盐污染物的辐聚区。

在本区出现的富营养化加剧、赤潮频发、生态失衡等一系列环境问题与之关系密切[3, 5-8]。

1 研究区营养盐污染背景状况本文中的营养盐污染物主要讨论氮和磷。

氮和磷在长江口及其邻近海域超标程度排首位，是本区最主要的污染物，其中可溶无机氮和总磷已达严重污染程度，总氮和活性磷酸盐达重污染程度①。

长江口及其邻近海域无机氮和磷酸盐质量浓度多年①国家海洋局东海环境监测中心.上海市海洋污染基线调查报告,2000.图1 1998年研究区及测点位置：o 春季测点；+秋季测点Fig. 1 The study area and sampling stations in 1998:o stations in spring; + stations in autumn王芳等：春秋季长江口及其邻近海域营养盐污染研究277居高不下[2]。

据中国海洋环境质量公报[2]，除2001年该海域无机氮质量浓度为各沿海省市海域第2位外，1999至2005年均居第1位；2004、2005年的统计数据显示其质量浓度远高于居次位的浙江海域；磷酸盐质量浓度除在1999年居第3位外，2000至2004年均居次位，而到2005年上海海域的磷酸盐质量浓度攀升为第1位，高于其它海域含量28%以上；从1992年至今，杭州湾水域无机氮、磷酸盐和长江口水域无机氮的超标率一直为100%；长江口水域磷酸盐的超标率在1992年不足50%，其后迅速增加到1996年至今的100%。

研究海域营养盐的主要来源是径流携带的污染物及上海市的近岸排污，其中，长江营养盐入海量在该海域营养盐入海总量中居主要地位。

同时，长江营养盐不同月份、不同营养盐的入海通量存在巨大差异[9]。

与其他河流比较，长江的污染物入海量也高出许多[2]。

近年来，由于沿江人类活动加强和人口增加等原因，长江营养盐的入海通量维持在高值[2]，如磷酸盐入海量情况为：2002年至2004年分别为31482、70030、46658 t。

如此大量的营养盐入海，必会对研究海域的营养盐污染状况产生重大影响。

2 资料与数据处理2.1 资料与方法本文资料来源于国家海洋局东海环境监测中心1998年春季和秋季两个现场观测航次，时间为：1998年5月21日—29日和9月16日—10月14日的资料，采样点分布区域（图1）为：30°~31°51.4′N、123°E以西的海域及潮间带。

以及美国国家海洋大气管理局（NOAA：National Oceanic and Atmospheric Administration）在上海近海的观测资料和全球硝酸盐和磷酸盐多年统计月平均值数据库。

东海环境监测中心1998年资料的调查方法：采用Qcc10-2A型球阀式采水器进行样品的采集；采样点随水深的差异而不同：水深小于10 m，采表层（0~1 m）；水深大于等于10 m、小于25 m，采表、底层（距底1~2 m）；水深大于25 m，采表层、10 m层、底层。

水质监测项目有：硝酸盐（NO3-_N：锌镉还原法）、亚硝酸盐（NO2-_N：萘乙二胺分光光度法）、氨氮（NH4+_N：次溴酸盐氧化法）、活性磷酸盐（PO43-_P：磷钼兰分光光度法）、总氮（TN：碱性过硫酸氧化法）、总磷（TP：过硫酸钾消化法）。

本文主要讨论DIN（可溶无机氮：NO3-_N、NH4+_N、NO2-_N三者质量浓度值的和）、NO3-_N、NH4+_N、TN、PO43-_P、TP的污染特征，由于NO2-_N属中间产物，不稳定、含量低、影响小，暂不讨论。

2.2 数据处理利用Matlab计算机编程语言对数据进行分析，过程分3步。

①建立原始数据库：读入东海环境监测中心监测数据和NOAA营养盐原始监测数据，对监测数据进行质量控制和分析校正[10]，读入地形数据，建立原始数据库。

②建立区域标准数据库：对原始数据按等经、纬度水平内插和按等深度垂直内插，网格化数据；对处于河流入海口附近的东海监测中心数据，为排除陆域的影响，按采样点位置分为长江口北区、南区和杭州湾海区，采用分区插值再结合的方法，得到优化数据；经度和纬度均精确到30"；引入地形数据，去除陆域和海域地形影响，得到研究区标准数据库。

③图形可视化：以上述标准数据库为基础，利用Matlab语言开发计算机可视技术，得到平面可视图形；图中，营养盐质量浓度单位均为μg·L-1，图中的颜色是海域研究要素数量值大小的直观体现，深颜色代表要素高值区，即营养盐污染严重区。

3 结果与讨论1998年长江流域爆发特大洪水，长江年径流量比常年高出30%[11]，从6月25日至8月底共65d 的洪水期，长江径流量为422 km3[12]，约占年径流量的1/3[11]，营养盐入海通量加大，例如硝酸盐入海通量约为常年的2倍[11]。

资料调查的两个时段春季（1998年5月）和秋季（1998年9月—10月），处于洪水爆发前后，可以反映洪水前后营养盐污染的时空差异以及营养盐结构的殊同。

3.1 营养盐污染特征3.1.1 总体污染特征海域氮、磷污染特征（图2和图3）为，①污染物超标严重，例如，DIN在研究海域最高达到了2431 μg·L-1，春、秋季表底层平均浓度均在1040 μg·L-1以上，其质量浓度远远大于国家《海水水质标准》（GB 3097—1997）[13]规定的500 μg·L-1的四类标准值；区域超标程度依次为长江口南岸、杭州湾北岸、长江口北岸、近海；尤其是长江口南岸白龙港附近，既是长江巨大径流和河口上溯潮流激烈交汇处[14]，又处于上海市南区排污口区域，成为各种营养盐的高污染区；部分在杭州湾南岸的测点数据显示该区污染也相当严重。

②表、底层各营养盐污染程度均自入海口向外围、由近岸向远岸迅速递减；由于受杭州湾高质量浓度营养盐海水的影响，研究海域南部等值线出现波折，污染也较严重；秋季表、底层营养盐污染差异加大，底层污染范围明显小于表层，且被限定在河口和近岸区，这是因为秋季入海径流增加、外海盐水楔入侵同时加强(此时北上的台湾暖流比较强劲，闽浙沿岸流也在盛行季278 生态环境 第15卷第2期（2006年3月）风的推动下北上[15]27-28，垂向上营养盐来不及充分混合，底层受影响小；春季研究区各水团势力减弱，营养盐得以充分混合，污染范围扩大。

③春季径流量偏少[9]25，营养盐被限定在一定范围内，污染物质量浓度呈近岸高、远岸低，表层高、底层低的分布态势；秋季污染范围扩大，且分布变得比较复杂：表层营养盐随水流向两个方向扩展；近河口区污染物质量浓度普遍偏高。

④由于本区复杂的水动力条件如湍流的裹带等原因，NO 3-_N 、TP 等的高污染区在表层呈孤立水块分布，这种现象在同年夏季的研究中也有发现[11]。

3.1.2 氮的污染特征NO 3-_N 与DIN 分布极其相似，与TN 分布也大体相同，污染特征如图2，表明海域TN 和DIN 主要受径流输入的NO 3-_N 影响。

DIN 、NO 3-_N 和TN 表层质量浓度普遍大于底层，显示其主要来自径流输入且具保守性：要素的质量浓度随着水体的扩展和混合过程而主要发生物理变化如稀释等。

结合1998年与NOAA 的数据可知本年高质量浓度的氮（DIN 质量浓度大于360 μg·L -1）仅在沿海出现，向外海递减迅速，这也表明研究区的氮的污染源主要为陆源径流，其污染范围在近岸及浅海区，向外海扩散的可能性不大。