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防城港近岸表層水化學(xué)需氧量的周年變化特征*

0引言

【研究意義】化學(xué)需氧量(COD)是國家污染物總量控制指標(biāo)之一，它既反映了水體受到有機(jī)物污染的程度，同時(shí)也是江河入海污染物中的一種主要污染成分控制指標(biāo)。COD指標(biāo)是采用化學(xué)方法對水樣中有機(jī)物進(jìn)行強(qiáng)氧化劑氧化時(shí)，以所消耗的氧化劑的量來進(jìn)行表征，當(dāng)消耗的氧化劑量大時(shí)，表明水體中有機(jī)物含量高，反之則低。廣西防城港位于廣西沿海西南部，中國大陸海岸線最西端，南瀕北部灣，地處大西南經(jīng)濟(jì)圈、泛珠三角經(jīng)濟(jì)圈和中國-東盟自由貿(mào)易區(qū)的中心結(jié)合部，面向東南亞，背靠大西南，東鄰粵港澳，西與越南山水相連。全市有海岸線537.79 km，占廣西海岸線長度的33.02%，其中侵蝕岸線長133.53 km，占所轄岸線的25.52%，邊境線230 km，有4個(gè)國家一類口岸，1個(gè)國家二類口岸，交通便捷，是國內(nèi)尤其是西南、中南、華南地區(qū)便捷的出海出邊通道。調(diào)查研究防城港海域的COD周年分布特征及其與海域環(huán)境因子的相互關(guān)系，有利于掌握該海域有機(jī)污染物的周年分布規(guī)律，尤其在日益推進(jìn)的開放開發(fā)大形勢下，對于區(qū)域的海洋環(huán)境保護(hù)具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來，對于防城港海域環(huán)境質(zhì)量開展過一些有益的研究[1-5]，但是對COD的分布規(guī)律公開報(bào)道不多?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】在目前區(qū)域逐漸開放開發(fā)的大環(huán)境和形勢下[6-7]，有必要深入系統(tǒng)地研究防城港海域COD的分布特征及其與相關(guān)環(huán)境因子的相互關(guān)系。【擬解決的關(guān)鍵問題】根據(jù)廣西防城港海域4個(gè)有代表性的季節(jié)月(2010年6月至2011年3月)的生態(tài)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)，對該海域的表層水COD的平面分布特征及周年變化特征進(jìn)行較系統(tǒng)地分析，并探討相應(yīng)的環(huán)境要素對海區(qū)COD分布的影響，對掌握該海域的水質(zhì)變化情況,加強(qiáng)該海域的環(huán)境保護(hù),促進(jìn)海區(qū)水質(zhì)監(jiān)控的管理具有較重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1調(diào)查海域與方法

1.1調(diào)查時(shí)間與海域

選擇有代表性的季節(jié)月，2010年6月(夏)、2010年9月(秋)、2010年12月(冬)及2011年3月(春)，分別在防城港海域(21.37°～21.68°N,108.98°～109.65°E)開展4個(gè)航次的現(xiàn)場調(diào)查，調(diào)查海域及站位如圖1所示。

圖1調(diào)查站位分布

Fig.1Location of survey stations

1.2樣品的采集、處理及分析

現(xiàn)場調(diào)查中采用2.5 dm3的有機(jī)玻璃采水器采集海域的表層海水。所有海水樣品的采集、保存、前處理及室內(nèi)分析均按照文獻(xiàn)[8]的規(guī)定處理。調(diào)查結(jié)果采用常用的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法對海域的COD進(jìn)行評價(jià)，依據(jù)一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，即COD值為2 mg/L進(jìn)行分析計(jì)算[9]，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)值大于1時(shí)視為超一類海水標(biāo)準(zhǔn)。為了分析調(diào)查海域表層水COD的主要來源及影響因素，分別對COD與相關(guān)的環(huán)境因子(水溫、鹽度、懸浮物和葉綠素a)作相關(guān)性分析。

2結(jié)果與分析

2.1表層水COD的周年分布特征

調(diào)查結(jié)果顯示，防城港近岸海域表層水COD含量的周年變化幅度為0.33～3.75 mg/L，各季節(jié)COD平均值相差較大，其中秋季COD均值最小，為0.71 mg/L，夏季最大，為1.47 mg/L(表1)。從圖2可見，COD高值區(qū)出現(xiàn)在防城港西灣灣頂，也就是防城江入海口附近。

2.1.1表層水COD濃度的季節(jié)變化

從圖3可以看出，各季節(jié)調(diào)查海區(qū)表層水COD的平面分布基本表現(xiàn)出由沿岸向離岸方向呈逐漸降低的趨勢。春季防城港海域表層水COD調(diào)查平均值為0.80 mg/L，變化范圍為0.53～1.82 mg/L，所有站位COD值均達(dá)到國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其中位于西灣頂部的6號站調(diào)查值最高，最低值則出現(xiàn)在灣口海域附近的10號站。

夏季調(diào)查海區(qū)表層水COD與春季相比，平均含量出現(xiàn)了較大幅度的升高，平均值為1.47 mg/L，變化范圍為1.01～2.82 mg/L，但超標(biāo)站位不多， 除西灣頂部的6號站外， 其余站位的COD值仍滿足國家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求，最低值出現(xiàn)在外灣附近海域的10號站。從圖3可以看到，可能受到西灣海水的影響，從西灣出口至外灣的水道這一區(qū)域，其COD值均表現(xiàn)了較高值。

圖2防城港近岸海域COD年均值平面分布(mg/L)

Fig.2Horizontal distributions of the annual average COD in the coastal waters of Fangchenggang(mg/L)

表1防城港近岸海域表層水COD濃度的季節(jié)變化(mg/L)

Table 1Seasonal variations of COD in the coastal surface waters of Fangchenggang(mg/L)

春季Spring夏季Summer秋季Autumn冬季W(wǎng)inter變化范圍Range平均值A(chǔ)verage變化范圍Range平均值A(chǔ)verage變化范圍Range平均值A(chǔ)verage變化范圍Range平均值A(chǔ)verage0.53～1.820.801.01～2.821.470.33～1.490.710.81～3.751.19

圖3防城港4個(gè)季度近岸海域表層水COD平面分布(mg/L)

Fig.3Horizontal distributions of COD in the coastal surface waters of Fangchenggang in the four seasons(mg/L)

秋季調(diào)查海區(qū)的表層水COD跟夏季相比，含量明顯降低，平均值為1.01 mg/L，變化范圍為0.33～1.49 mg/L。其中最高值出現(xiàn)在西灣頂部的6號站，最低值出現(xiàn)在遠(yuǎn)岸點(diǎn)12號站。

冬季調(diào)查海區(qū)表層水COD跟秋季相比，出現(xiàn)升高現(xiàn)象，平均含量為1.19 mg/L，變化范圍為0.81～3.75 mg/L。其中位于西灣頂部的6號站出現(xiàn)年度調(diào)查中的最高值，超出二類海水標(biāo)準(zhǔn)，為三類海水，最低值則在珍珠灣口附近海域5號站。

2.1.2不同分區(qū)的表層水COD濃度的季節(jié)變化

防城港海域調(diào)查共布設(shè)12個(gè)站位，基本覆蓋了防城港海域從東到西的整個(gè)范圍，其中1,2,4,5號站位主要布設(shè)于珍珠灣到北侖河口一帶海域(以下簡稱西區(qū))，6,7,8,9號站位布設(shè)于防城港東西灣一帶海域(以下簡稱東區(qū))，3,10,11,12號站位主要布設(shè)于防城港灣外灣一帶海域(以下簡稱外灣)，依此分別統(tǒng)計(jì)各區(qū)域的表層水COD值(圖4)。

由圖4可以看出，防城港東區(qū)各季節(jié)的COD值均為各分區(qū)中最高，外灣海域各季節(jié)的COD值除夏季稍高于西區(qū)外，其余季節(jié)均為最低，西區(qū)的COD值除夏季為最低外，其余季節(jié)均處于東區(qū)和外灣的中間值。因東區(qū)海域周邊是防城港市區(qū)人口較為集中的區(qū)域，西區(qū)為從珍珠灣到北侖河口一帶海域，周邊人居較少，而外灣則基本遠(yuǎn)離陸域，調(diào)查結(jié)果充分說明陸源輸入是造成COD值升高的重要因素。

圖4防城港近岸海域各分區(qū)表層水COD濃度的季節(jié)變化

Fig.4Seasonal variations of surface water COD in the coastal sea area zone of Fangchenggang

2.2表層水COD的質(zhì)量評價(jià)

從圖5可以看出，在調(diào)查期間，防城港海域的COD 標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)處于0.17～1.88，平均值為0.54。其中，春季COD 的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)處于0.27～0.91，平均值為0.40；夏季COD 標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)較高，在0.51～1.41，平均值為0.74；秋季的COD 標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)處于0.17～0.75，平均值為0.30；冬季的COD 標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)處于0.41～1.88，平均值為0.60。調(diào)查海域各個(gè)季節(jié)的COD最大值均出現(xiàn)在防城港西灣頂6號站，該站位位于防城江入?？卩徑Ｓ颍渲邢募綜OD值為二類海水，冬季COD值為三類海水，其余站位COD指數(shù)均<1，處于一類海水水質(zhì)范圍。6號站鄰近防城江，是廣西沿海6大入海河流之一，起源于十萬大山，河長90 km，流域面積750 km2，年平均入海水量為17.7×108m3，年輸沙量14×104t(文獻(xiàn)[10])，根據(jù)《廣西環(huán)境質(zhì)量公報(bào)》(2007-2010)可知，防城江排放入海的化學(xué)需氧量分別為4580 t、10704 t、18626 t 、91677 t，可見隨著時(shí)間的推移，由防城江入海的COD呈大幅上升趨勢，同時(shí)也說明了西灣頂部的站位COD值比較高的原因。因此，防城江的徑流對防城港海域尤其是防城港西灣的環(huán)境具有較重大的影響。

圖5防城港近岸海域4個(gè)季節(jié)表層水COD標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)值

Fig.5Standard indexes of COD in the coastal surface waters of Fangchenggang

2.3與相關(guān)環(huán)境因子的相關(guān)性分析

2.3.1與水溫的關(guān)系

根據(jù)表2可以看出，調(diào)查海域各個(gè)季節(jié)COD的含量與水溫之間的相關(guān)系數(shù)均為正值，表現(xiàn)出正相關(guān)關(guān)系，這說明適宜的水溫對水體中耗氧物質(zhì)的產(chǎn)生有利，尤其是春季，COD值出現(xiàn)顯著升高。

2.3.2與鹽度的關(guān)系

根據(jù)表2可以看出，調(diào)查海區(qū)4個(gè)季節(jié)的COD含量與鹽度的相關(guān)系數(shù)均高于0.86(P<0.01)，說明海域的COD含量與鹽度具有顯著的負(fù)相關(guān)性。其中COD與鹽度的相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為冬季最高，春、夏季節(jié)高于秋季。一般來說，在枯水季節(jié)，由于入海河流的徑流量減少，相應(yīng)其陸源輸入的COD量也會減少，結(jié)合調(diào)查海域的COD主要來源于陸源和徑流輸入的影響，因此，防城港海域枯水的秋、冬季節(jié)，海域的COD值與鹽度應(yīng)顯示出較小的相關(guān)性，防城港調(diào)查海域秋季的COD值較符合這個(gè)規(guī)律，但冬季COD值與鹽度負(fù)相關(guān)性卻在4個(gè)季度中最高，這可能是由于冬季處于枯水季，陸源污染中COD 質(zhì)量濃度受稀釋的程度較豐水期低[11]，所以冬季呈現(xiàn)鹽度越低的海區(qū)COD值越高。

表2COD與相關(guān)環(huán)境因子的相關(guān)性

Table 2Correlation analysis between COD and environmental factors

時(shí)間Date水溫Temperature鹽度Salinity葉綠素aChlorophylla懸浮物Suspension2011030.575*-0.872**0.910**0.897**2010060.138-0.879**0.606*0.849**2010090.161-0.865**0.592*0.694*2010120.153-0.949**0.957**0.478

Note:**correlation is significant at the 0.01 level(2-tailed),

*correlation is significant at the 0.05 level(2-tailed)

2.3.3與葉綠素a的關(guān)系

根據(jù)表2可以看出，在春、冬兩季COD與葉綠素a之間的相關(guān)指數(shù)較高，分別為0.910(P<0.01)及0.957(P<0.01)，說明COD與葉綠素a在春、冬兩季呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而夏、秋兩季COD與葉綠素的相關(guān)系數(shù)則相對較低，分別為0.606(P<0.05)及0.592(P<0.05)。葉綠素a也是影響COD含量變化的主要因子之一[12]。一般來說，海區(qū)中的浮游植物，在表層海水中光照、溫度等條件比較適宜的情況下，會出現(xiàn)生長較快和數(shù)量增加的情形，相應(yīng)的也會使海水中的葉綠素a含量升高，從而造成海水中有機(jī)物質(zhì)增多，化學(xué)耗氧量增大[13]。調(diào)查海域在春、冬兩季調(diào)查時(shí)，各調(diào)查站位的水溫均在17～24℃，適合海域絕大多數(shù)浮游植物生長，而在夏、秋兩季調(diào)查時(shí)，調(diào)查站位水溫基本在30℃以上，相比之下，調(diào)查海域春、冬季節(jié)浮游植物生長較夏、秋季節(jié)要好，而體現(xiàn)出海域的COD值也隨之上升。

2.3.4與懸浮物的關(guān)系

根據(jù)表2可以看出， COD與懸浮物含量呈正相關(guān)性，冬季較小，相關(guān)系數(shù)為0.478，其次為秋季0.694(P<0.05)，春、夏季節(jié)的相關(guān)系數(shù)均在0.8以上，說明春、夏季節(jié)COD與懸浮物的含量呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)性。防城港海域的春、夏季為豐水期，秋、冬季為枯水期，春、夏季節(jié)由于降雨沖刷帶入的大量懸浮物，作為陸源污染物的載體，它攜帶的有機(jī)質(zhì)本身就會促使海域COD值升高。此外，雖然漂浮于水面的懸浮物會使海水透明度下降，影響浮游植物的生長，但另一方面懸浮物中攜帶的有機(jī)質(zhì)，同時(shí)也給海域的浮游植物提供了豐富的營養(yǎng)來源[14-15]，在春、夏季適合的水溫等環(huán)境條件下，懸浮物帶來的有機(jī)質(zhì)整體會對海區(qū)內(nèi)浮游植物的生長繁殖起到促進(jìn)作用，因此春、夏季海域的懸浮物含量的增加會使得COD濃度相應(yīng)出現(xiàn)增高現(xiàn)象。

3結(jié)論

(1)2010年6月(夏季)，2010年9月(秋季)，2010年12月(冬季)和2011年3月(春季)這4個(gè)具有代表性的季節(jié)月中，防城港海域表層水COD含量周年分布特征體現(xiàn)出沿岸高，近海低，從近岸逐漸向離岸方向減少的趨勢。

(2)在調(diào)查過程中，防城港海域COD值除6號站位位于防城港西灣頂部，也就是防城江入?？诟浇Ｓ蛲猓溆嗾疚痪鶠橐活惡Ｋ|(zhì)，說明防城江徑流對海域環(huán)境有顯著的影響。

(3)防城港調(diào)查海域的表層水COD平面分布主要受到陸源輸入，尤其是灣頂河流輸入的影響，同時(shí)還受到耗氧生物、浮游植物及水體中懸浮物的影響。

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(責(zé)任編輯：竺利波)

Annual Variation Characteristics of COD in the Coastal Surface Waters of Fangchenggang

莊軍蓮，王一兵，姜發(fā)軍，張榮燦，雷富，覃仙玲

ZHUANG Junlian,WANG Yibing,JIANG Fajun,ZHANG Rongcan,LEI Fu,QIN Xianling

(廣西科學(xué)院 廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧530007)

(Guangxi Key Laboratory of Marine Environmental Science,Guangxi Academy of Sciences,Nanning,Guangxi,530007，China)

摘要：【目的】分析防城港近岸海域表層水化學(xué)需氧量(COD)的平面分布及周年變化特征，并探討海域表層水COD分布與不同環(huán)境要素的相關(guān)性?！痉椒ā扛鶕?jù)2010年6月至2011年3月在防城港近岸海域4個(gè)航次12個(gè)站位的生態(tài)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)，采用標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法、相關(guān)性系統(tǒng)法等對該海域表層水的COD時(shí)空分布及其環(huán)境影響因子進(jìn)行分析討論?！窘Y(jié)果】COD超標(biāo)的站位位于西灣頂部的防城江入海口附近海域，其余站位COD標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)均<1，處于一類海水水質(zhì)范圍。調(diào)查海域各季節(jié)COD濃度與水溫之間的相關(guān)系數(shù)均為正值，其中春季最高為0.575；各季節(jié)COD濃度與鹽度呈顯著負(fù)相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)均高于0.860(P<0.01)；在春、冬兩季COD與葉綠素a之間的相關(guān)指數(shù)較高，分別為0.910( P<0.01)及0.957(P<0.01)，呈顯著正相關(guān)，夏、秋兩季COD與葉綠素a的相關(guān)系數(shù)較低,分別為0.606和0.592；COD與懸浮物含量呈正相關(guān)，冬季較小，相關(guān)系數(shù)為0.478，其次為秋季0.694，春、夏季節(jié)的相關(guān)系數(shù)均在0.800以上?！窘Y(jié)論】調(diào)查期間，防城港海域各季節(jié)表層海水COD的平面分布特征基本一致，均體現(xiàn)為近岸高、外海低，由沿岸向離岸方向呈逐漸降低的趨勢。其COD主要來源于陸源輸入，尤其是河流輸入，同時(shí)還會受浮游植物等的影響。

關(guān)鍵詞：化學(xué)需氧量分布環(huán)境因子防城港

Abstract：【Objective】Distribution and seasonal variation of chemical oxygen demand (COD) in the coastal surface waters of Fangchenggang were analyzed,and the correlation between the environmental factors and the distribution of COD was discussed.【Methods】Based on the field data from four cruises and 12 stations of oceanographic survey carried out in the coastal waters of Fangchenggang from the June 2010 to March 2011,the sea surface water spatial and temporal distribution of COD and its influence factors are discussed by using standard index method and correlation method.【Results】The result indicated that COD standard index>1 occurred in the top of the West Bay,the Fangcheng river estuaries. The COD concentrations of other stations met the first-rate National Seawater Quality Standard. There was a positive correlation between the COD concentrations and temperature in each season and the larger correlation coefficient was 0.575 in spring. COD concentration was in significant negative correlation to salinity (r<0.860,P<0.01).Additionally,COD concentration was significantly correlated with chlorophyll a in spring(r=0.910,P<0.01) and winter(r=0.957,P<0.01).In contrast,the correlation coefficient is relatively low in summer(0.606) and the autumn(0.592).The correlation coefficient between the concentration of COD and suspended solids was above 0.800 in spring and summer,0.694 in autumn,and 0.478 in winter.【Conclusion】Horizontal distribution of COD showed similar patterns in different seasons in Fangchenggang. Areas with high value of COD concentration were found offshore while COD concentration in open sea was relatively low. COD concentrations decreased gradually from offshore to open sea. Results showed the COD concentration in the coastal waters of Fangchenggang was mainly correlated with terrestrial input,especially the river runoff. In addition,the COD concentration was also affected by phytoplankton.

Key words:chemical oxygen demand，distribution，environmental factors,Fangchenggang

中圖分類號：P734.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1002-7378(2016)01-0062-06

作者簡介：莊軍蓮(1972-)，女，副研究員，主要從事海洋環(huán)境與生態(tài)研究。

收稿日期：2015-10-29

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版時(shí)間:2016-01-28

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/45.1075.N.20160128.1511.008.html

*廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)海陸交錯(cuò)帶環(huán)境與生態(tài)演變過程及適應(yīng)性調(diào)控項(xiàng)目(2012GXNSFEA053001)和廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(GXKLHY14-02,GXKLHY14-05)資助。