朱韻洁， 朱晓艳， 林英姿， 许秋瑾， 雷坤

1.中国环境科学研究院2.吉林建筑大学市政与环境工程学院3.南京医科大学全球健康中心

海水富营养化尤其是近岸海域富营养化是一个全球性的问题，从1971年起，全球范围内陆续报道近岸海域富营养化问题，如美国长岛[1]，欧洲的挪威、丹麦、瑞典、法国等国[2]以及澳大利亚的大堡礁[3]等。大量研究表明[4-7]，目前我国近岸海域富营养化状况较为严重，《2019年中国海洋生态环境状况公报》显示，我国近岸海域主要超标污染物为无机氮和活性磷酸盐。

研究确定营养盐基准(nutrient criteria)值是近岸海域富营养化控制的基础，美国及欧盟等在该领域的研究起步较早。美国于1976年发布了第一部国家水质基准，1998年制定《区域营养盐基准国家战略》[8]，之后美国国家环境保护局(US EPA)分别在2000年、2001年和2008年针对河流[9]、湖泊[10]、河口及近岸海域[11]、湿地[12]等不同水体的富营养化特点，颁布营养盐基准制定指南，推动各州营养盐基准制定。为推动建立统一的生态评价标准和方法，欧盟于2000年发布水框架指令(WFD)，确立各成员国区域背景值；于2008年颁布海洋战略框架指令(MSFD)[13]，2010年颁布MFSD的具体实施指标与方法标准，指导各成员国的海洋生态环境保护立法[14]；于2018年发布《建立营养盐浓度以支持良好生态状态的最佳实践》，为欧盟各国营养盐基准的制定提供理论指导[15]。我国张瑞卿等[16-17]分别对淡水和海水中有毒污染物水质基准进行了研究，霍守亮等[18]对淡水营养盐水质基准进行了研究。但我国在海水营养盐水质基准方面的研究起步较晚，较近的有2012年王菊英[19]以辽河口为例对近岸海域营养盐水质基准建立方法的研究。王司玉等[20-22]分别对小清河口、渤海及长江口进行了营养盐基准值的研究。

辽东湾是我国渤海三大海湾之一，自20世纪80年代以来，辽东湾海域频繁出现赤潮，并呈现持续时间长、范围广、面积大的特点[23]。《2019年中国海洋生态环境状况公报》显示，辽东湾是我国重度富营养化海域之一，急需加强其近岸海域营养盐监测、评估和控制。笔者以辽东湾为例，采用频数分析法推导营养盐基准值，并应用1974年国家海洋局渤海专项调查的数据作为参照状态进行校验，最终确定了辽东湾溶解无机氮、活性磷酸盐和DO的推荐基准值，以期为辽东湾海域富营养化控制及生态保护提供依据，同时为我国近岸海域营养盐基准的制定提供借鉴。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

辽东湾西起河北省大清河口，东至辽东半岛南端老铁山角连线以北的渤海海域，是我国纬度最高的海湾，海域面积约3.3万km2，属于半封闭海湾，海水自净能力较弱[24-25]。辽东湾自西向东依次有六股河、小凌河、大凌河、双台子河、辽河等15条入海河流，其每年携带大量营养物质入辽东湾[24]。同时，沿岸养殖场、海水浴场、港口产生的污染物直接排入辽东湾，为辽东湾藻类生长提供了充足的营养[26]。2000—2015年，辽东湾西部秦皇岛附近海域、止锚湾海域、葫芦岛附近海域、大连温坨岛北部海域以及辽东湾东部和中部海域赤潮累积面积分别达12 662、400、250、217、110、100 km2[27]。

1.2 研究方法

1.2.1数据来源

辽东湾2014—2017年海水水环境质量监测数据来源于中国环境监测总站网站上公布的近岸海域水质数据，其中2014—2015年共有19个采样点，2016—2017年共有35个采样点。采用1974年国家海洋局渤海专项污染调查中14个采样点的溶解氧(DO)和溶解无机氮浓度数据用于校验。

1.2.2营养盐基准指标选择

营养盐基准制定的指标应不仅仅限于营养物质，理论上应包括用于解释近岸海域富营养化原因和结果的所有变量，一般包括总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)、水体透明度(SD)、DO 5个基本指标[11]。由于我国近海海域TN、TP浓度的历史数据缺乏，因此采用溶解无机氮和活性磷酸盐分别代替TN与TP。国际上SD、Chla为营养盐基准制定中的基本指标，但由于本研究收集的监测数据中没有SD、Chla，因此，采用溶解无机氮、活性磷酸盐、DO作为营养盐及其响应指标。

1.2.3营养盐水质基准制定方法

目前常用的营养盐水质基准制定方法有频数分析法、参照状态法[10-11]、沉积物历史反演法、预测或外推模型法[28]等。由于辽东湾是一个半封闭的海湾，受入海河流泥沙量大的影响，沉积物状态相对不稳定，难以应用沉积物反演法[29]。考虑到辽东湾水质数据的收集情况，参考美国及欧盟关于近岸海域营养盐制定方法，选择采用频数分析法推算辽东湾溶解无机氮、活性磷酸盐和DO的推荐水质基准值。

频数分析法是假设研究区域中至少存在一些水质良好的水体或同一水体多个采样点多年监测数据中至少有一些属于良好水质。在整个区域中进行同类水体或同一水体多个采样点的数据收集和采集，做出相应的水质频数分布曲线图，取营养物指标频数分布曲线的上或下第25个百分点(累积频数为75%或25%对应的水质数据，下同)或其他合适的百分点作为基准值[30]。

依据已有研究，当在生态区域中存在没有受人类干扰或干扰很小的水体或水体历史上水质很好，且有调查和监测数据时，可采用时间参照状态法[8,31]。具体可应用各指标值的频数分布曲线的中值表达受“最低影响”的参照状态。依据辽东湾流域的社会经济发展以及污染状况，参考1974年渤海专项污染调查的相关监测数据，对参照点的溶解无机氮、DO浓度的测定值进行统计分析，绘制频数分布曲线图，取相应指标的频数分布曲线的中值作为参照状态，用于校验推荐基准值是否合理。

1.2.4数据分析方法

利用SPSS 25软件进行统计分析及绘制水质频数分布曲线。

2 结果

2.1 频数分析法

对辽东湾2014—2017年的溶解无机氮、活性磷酸盐和DO浓度进行水质频数分布综合分析，结果如图1所示。由图1可知，按下第25个百分点提出推荐基准值(表1)，溶解无机氮的推荐基准值为0.11 mg/L，活性磷酸盐为0.004 mg/L。DO推荐基准值应选取上第25个百分点，为8.80 mg/L。若按上或下第5个百分点作为推荐基准值，则溶解无机氮的推荐基准值是0.05 mg/L，活性磷酸盐为0.002 mg/L，DO为9.61 mg/L。

图1 2014—2017年辽东湾近岸海域营养盐频数分布曲线Fig.1 Curve of frequency distribution of nutrients in the inshore area Liaodong Bay from 2014 to 2017

表1 辽东湾近岸海域营养盐浓度频数分布统计Table 1 Statistics of frequency distribution of nutrient concentration in the inshore area of Liaodong Bay mg/L

2.2 参照状态法

根据1974年国家海洋局渤海专项污染调查数据，绘制辽东湾近岸海域1974年营养盐频数分布曲线，结果如图2所示。由图2(a)可知，1974年辽东湾溶解无机氮浓度为0.008～0.083 mg/L，基本不存在水质污染,取频数分布曲线中值作为参照状态，辽东湾参照状态的溶解无机氮基准值为0.053 mg/L。由图2(b)可知，1974年辽东湾DO浓度为4.16～8.12 mg/L，取频数分布曲线中值作为参照状态，则辽东湾参照状态的DO基准值为6.29 mg/L。

图2 辽东湾近岸海域1974年营养盐频数分布曲线Fig.2 Curve of frequency distribution of nutrients in the inshor area of Liaodong Bay in 1974

3 讨论

营养盐基准值是指环境中营养状态参数对所研究区域不产生不良或者有害影响的最大剂量(无作用剂量)或浓度[32]。利用频数分析法推导提出基准值时，通常采用上或下第25个百分点[11]，本研究根据此原则提出辽东湾溶解无机氮的推荐基准值为0.11 mg/L，活性磷酸盐为0.004 mg/L，DO为8.8 mg/L。由于参考水体分布的上第25个百分点和来自代表性取样分布的下第25个百分点只是一般建议[33-34]，如果多数采样点水质受到了较大的污染，则应选取上或下第5个百分点[11,35]。由于收集数据的时段为2014—2017年，自20世纪80年代以来辽东湾污染日趋严重，近年来入辽东湾河流水质虽经过治理有所好转，但入海河流携带的污染物浓度远高于近岸海域，使辽东湾近岸海域富营养化程度仍较为严重[36-37]，因此，选取上或下第5个百分点作为推荐基准值更为合理，此时溶解无机氮的推荐基准值为0.05 mg/L，活性磷酸盐为0.002 mg/L，DO为9.61 mg/L。

利用1974年数据作为参照状态分析得到的辽东湾溶解无机氮基准值为0.053 mg/L，对比频数分析法下第5个百分点的推荐基准值(0.050 mg/L)，二者基本一致，因此确定辽东湾溶解无机氮的基准值为0.050 mg/L。利用1974年数据作为参照状态分析得到的DO的基准值为6.29 mg/L，而用频数分析法得到的基准值为9.61 mg/L，二者相差比较大。考虑到GB 3097—1997《海水水质标准》中DO浓度的第一类水质标准限值为6.0 mg/L，因此确定DO的基准值为6.29 mg/L。

王菊英等[19，38-40]对辽东湾中2个重要河口区域(辽河及大辽河河口区)进行了营养盐基准值的研究。本研究溶解无机氮和活性磷酸盐的结果与胡莹莹等[38]的研究结果接近，但明显低于苏静等[39-40]的研究结果。主要原因是苏静等[39-40]的研究区域靠近河口，受陆域入海河流来水影响大，因此营养盐丰富，基准值较高。本研究区域覆盖辽东湾全海域，因此结果更接近于离河口较远的、受入海河流影响小的胡莹莹等[38]的研究结果。由辽东湾与其他海湾及河口区域营养盐基准值比较(表2)可知，各研究区域营养盐基准值差异显著，其原因可能是各研究区域的水文条件、温度、气候等自然条件不尽相同以及受污染程度不同导致的。

表2 辽东湾河口及其他近岸海域营养盐基准值比较Table 2 Nutrient criteria value in the estuary of Liaodong Bay and other inshore areas mg/L

(续表2)

4 结论

(1) 根据2014—2017年辽东湾海水环境质量监测数据，采用频数分析法推导出辽东湾近岸海域营养盐溶解无机氮、活性磷酸盐及其响应指标DO的基准值分别为0.050、0.002 和9.61 mg/L。应用1974年国家海洋局渤海专项污染调查数据作为参照状态进行校验，辽东湾参照状态的溶解无机氮基准值为0.053 mg/L，参照状态的DO基准值为6.29 mg/L。

(2) 对比频数分析法和参照状态法的结果，结合GB 3097—1997第一类海水水质标准，最终确定辽东湾溶解无机氮、活性磷酸盐和DO的推荐基准值分别为0.05、0.002和6.29 mg/L。