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1、东寨港红树林国家级自然保护区海水水质状况分析与评价摘 要：根据20042008年东寨港红树林国家级自然保护区的水质监测结果，采用水质单因子质量指数评价法、有机污染指数法和富营养化水平法对东寨港红树林国家级自然保护区水质污染状况进行分析评价，并采用秩相关系数法对该海域近5a水质状况进行趋势分析。结果表明：东寨港红树林国家级自然保护区海域无机氮和活性磷酸盐有超标现象；该海域2005年和2008年有机污染指数值较高，受到较严重污染或轻度污染；该海域近5a中仅2006年水体处于贫营养化水平，其余各年营养水平处于富营养化程度或高富营养化程度；趋势分析显示该海域水质呈逐年下降趋势，但不显著。因此，对富含N
2、、P等造成该海域富营养化的污染物的治理是该海域环境管理和污染治理的重点。关键词：东寨港；海水水质状况；趋势中图分类号：X824 红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带，受周期性潮水浸淹的常绿灌木乔木组成的潮滩湿地木本生物群落，素有“海岸卫士”、“生物超市”等称谓，是极其珍贵的海岸生态资源1-3。红树林是地球上生物多样性最丰富、生产力最高、最具价值的湿地生态系统之一。海南东寨港红树林国家级自然保护区1980年经广东省人民政府批准建立，1986年晋升为国家级，1992年被列入“世界重要湿地名录”，主要保护对象为红树林生态系统4。近些年由于随着海岸带人口的增加和经济的高速发展，尤其是养殖业，旅游业以及
3、城市建设的快速发展，使得红树林面积急剧下降，也导致了红树林生态功能的衰减，红树林已经成为一个敏感、病态的退化生态系统，红树林湿地已成为高脆弱性生态系统3,5。本文根据2004-2008年连续5a的海水水质监测数据 数据由海南省海洋监测中心提供基金项目：海南省普通高等学校研究生创新科研课题，编号：Hxwsy2008-24。作者简介：李鹏山（1985- ），男，甘肃天水人，海南师范大学地理与旅游学院2007级硕士研究生。研究方向为热带海岛生态地理和生态旅游，热带海岛地表过程和环境评价。Email：targetlps通讯作者：谢跟踪（1969- ），男，湖南永顺人，副教授，硕士生导师，主要研究方向为
4、地理信息系统，资源与环境。Email：152262552，阐述东寨港红树林国家级自然保护区水质状况，并对该海域海水质量状况进行评价和分析。1 调查区域与方法1.1 监测站位和监测时间东寨港红树林国家级自然保护区共设6个常年定点监测站位，见图1。每年411 月份对各站位进行例行监测。图1 研究区及水质监测站位图Fig.1 Observational sites1.2 监测项目和监测方法调查项目包括:溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、无机氮（DIN）及活性磷酸盐（DIP）等。水质监测方法参照海洋监测规范1 。1.3 海水水质评价方法这里，分别采用水质单因子污染指数评价法2对海域环境质量状况进行
5、分析评价，有机污染指数法3对该海域有机污染状况进行分析评价，富营养化水平评价法4对该海域营养状况进行分析评价。1.3.1水质单因子污染指数评价法评价公式为：式中：Si i种因子的污染指数；Cii种因子的实测质量浓度，mg/L；Csii种因子的评价标准，mg/L。其中溶解氧单因子污染指数评价公式为： 式中：Si,DO第i站溶解氧的标准指数，mg/L；DOi第i站溶解氧浓度，mg/L；DOf现场温度和盐度下的饱和溶解氧的浓度，mg/L；DOs溶解氧的评价标准值，mg/L。水质参数的污染指数大于1 时，表明该水质参数超过了规定的水质标准，不能满足使用要求。1.3.2 水质有机污染指数法评价公式为：
6、式中：A为有机污染指数；CODi、DINi、DIPi、DOi分别为DOD、无机氮、PO43-P及溶解氧的实测值；CODo、DINo、DIPo、DOo分别为DOD、无机氮、PO43-P及溶解氧的第II类海水水质标准值。其污染程度分级见表1。表1 水质综合质量评价分级Tab.1 Grade of comprehensive quality evaluationA值A-Value污染程度分级Polluted condition grade水质质量评价Water quality46严重污染1.3.3 富营养化水平法营养水平评价公式为： 式中：E富营养化指数；COD 化学需氧量含量，mg/L；DIN 无
7、机氮含量，mg/L；DIP活性磷酸盐含量，mg/L。其营养水平分级见表2。表2 水质营养水平评价分级Tab.2 Grade of nutritional level evaluationE值E-Value营养水平分级Nutritional level grade营养水平Nutritional level00.51贫营养0.51.02中营养1.03.03富营养3.04高富营养1.4 评价标准根据海南省海洋功能区划和海口市海洋功能区划，东寨港红树林国家级自然保护区为II类功能区范围，因此评价标准采用中华人民共和国海水水质标准(GB 3097-1997) 中的第II类海水标准，详见表3。表3 海水水
8、质标准Tab.3 Water standard项目第I类第II类第III类第IV类DO6543COD2345DIN0.200.300.400.50DIP0.0150.0300.0300.0452 海水水质分析与评价2. 1 主要污染因子监测评价结果及分析20042008年东寨港国家级自然保护区主要污染因子监测结果和单因子指数评价结果见表4。表4 主要污染因子监测评价结果Tab.4 Evaluation result of major pollution factors评价单项Individual evaluation indexes年份Year含量（mg/L）Content单因子指数值SiIn
9、dex of single factor测值范围Range均值MeanCODMn20040.12-2.061.070.35720050.58-2.731.470.49020060.48-1.220.780.26020070.58-2.481.380.46120080.65-3.201.670.558DIN20040.09-0.540.301.00720050.14-0.610.371.23320060.07-0.520.210.71020070.02-0.610.200.68720080.12-0.640.401.340DIP20040.011-0.0290.0180.60020050.014
10、-0.0460.0290.96720060.004-0.0140.0100.33320070.007-0.0410.0180.60020080.009-0.0760.0401.333DO20045.08-6.736.030.44220054.87-6.896.150.41920065.39-6.456.020.46920075.57-6.315.760.45720085.38-6.756.040.400（1）化学需氧量化学需氧量（COD）是评价水体质量的重要指标，反映了水中受还原性物质污染的程度，即水样中可氧化的有机质氧化时所需要的氧量。因此，CODMn 值可作为有机物相对含量的指标，其值的高
11、低直接反映了水体质量的好坏，了解水样中可氧化的有机物含量也极为重要5-8。从表4可以看出，东寨港红树林国家级自然保护区CODMn的含量范围介于0.123.2mg/L之间，2004年至2008年各年平均值分别为：1.07 mg/L、1.47 mg/L、0.78 mg/L、1.38 mg/L及1.67 mg/L；近5a单因子指数SCOD值分别为：0.357、0.49、0.26、0.461和0.558。监测评价显示，该海域CODMn浓度较低，单因子指数值在20042007年均小于标准值，受到耗氧有机物的污染较小。但是，2008年最高浓度出现超标现象。（2）无机氮水体中的营养盐水平对海洋生产力有决定性
12、的影响，无机结合氮（DIN）是浮游植物生长的必要元素之一，海水水体中N的多寡能促进或限制海洋生态系统中物质能量的转化，也反映了有机物被利用的程度和海洋生物新陈代谢的活动规律8。表4显示，东寨港红树林国家级自然保护区DIN的含量范围介于0.020.64mg/L之间，2004年至2008年各年平均值分别为：0.3 mg/L、0.37 mg/L、0.21 mg/L、0.20 mg/L及0.4 mg/L；近5a单因子指数SDIN值分别为：1.007、1.233、0.71、0.687和1.34。监测评价显示，该海域DIN仅2006年和2007年SDIN值小于1，2004年、2005年和2008年均超标，
13、并且各年最高浓度均超过标准值。（3）活性磷酸盐活性磷酸盐（DIP）也是浮游植物生长的必要元素之一。它是水体氧化还原状态的一种指示，反映了海水中有机物被利用的程度和生物新陈代谢活动规律9。从表4可以看出，东寨港红树林国家级自然保护区DIP的含量范围介于0.0040.076mg/L之间，2004年至2008年各年平均值分别为：0.018 mg/L、0.029 mg/L、0.01 mg/L、0.018 mg/L及0.04 mg/L；近5a单因子指数SDIP值分别为：0.600、0.967、0.333、0.6和1.333。监测评价显示，该海域DIP的SDIP值在2004年至2007年间均小于1，满足第
14、II类海水水质标准。但是该海域2005年和2007年最高浓度超标，2008年DIP最大监测浓度和平均值都超过标准值。（4）溶解氧溶解氧（DO）是指溶解于水中的氧。水中溶解氧的含量与空气中氧的分压及水温密切相关，在自然情况下，压力不变时，水温越低溶解氧的含量越高。当水被大量有机物污染时，由于有机物分解的消耗，可使水中溶解氧减低。故溶解氧含量可作为评价水是否受有机物污染的间接指标。从表4可以看出，东寨港红树林国家级自然保护区近5a DO的的含量范围介于4.876.89之间，各年平均值分别为：6.03 mg/L、6.15 mg/L、6.02 mg/L、5.76 mg/L及6.04 mg/L；近5a单
15、因子指数SDO值分别为：0.442、0.419、0.469、0.457 和0.4。监测评价显示，该海域近5a的DO平均浓度和SDO值均满足第II类海水水质标准。但是2005年该海域DO的最低浓度小于5，低于标准值。2. 2 有机污染状况评价东寨港红树林国家级自然保护区近5a海水水质有机污染状况如表5所示，该海域20042008年有机污染指数A值分别为：0.76、1.46、0.1、0.596和2.02。评价结果显示，该海域2004年、2006年和2007年有机污染指数A值均介于01之间，污染程度等级为2级，海域有机污染状况较轻，海域水环境质量较好。但是2005年开始受到污染，2008年污染程度等
16、级达到4级，有机污染状况为轻度污染。表5 研究区海水有机污染状况Tab.5 Organic pollution status海水有机污染状况Organic pollution status年份 Year20042005200620072008有机污染指数AOrganic pollution index A0.761.460.100.572.02污染等级Pollution grade23224质量状况Quality status较好开始受污染较好较好轻度污染2. 3 富营养化程度评价（1）氮磷比（N/P值）水域 N / P 的比值是水域现存氮、磷营养状态的具体反映。Redfield 10指出海水
17、中平均 N / P 原子比是151，与浮游生物体内元素组成的N / P值大致接近，即浮游植物生长时N和P 以151的比例被消耗。这2种元素中高于此值为磷限制，低于此值为氮限制8,10。从表6可以看出：东寨港红树林国家级自然保护区海域N/P值2004年N/P值比较接近于15，浮游植物的生长不存在磷限制或氮限制，在一定的水文气象条件下存在爆发赤潮的潜在威胁。2005年、2007年和2008年N/P值小于15，N缺乏，2006年N/P值为21.3，P缺乏。表6 富营养化水平Tab.6 Eutrophication level富营养化水平Eutrophication level年份 Year20042
18、005200620072008氮磷比N/P16.7812.7621.3011.4410.05营养化水平指数EEutrophication level index E1.293.510.371.145.98富营养化水平Eutrophication level富营养高富营养贫营养富营养高富营养（2）富营养化水平分析富营养化会造成浮游生物的过度繁殖，诱发赤潮。富营养化指数是表征水体富营养化程度的指标。从表6可以看出，20042008年东寨港红树林国家级自然保护区富营养化水平指数E值在2006年介于00.5之间，营养化水平处于贫营养状态；2004年和2007年富营养化水平指数E值介于13之间，营养水平
19、较高，该海域富营养化水平处于富营养状态；在2005年和2008年E值分别高达3.51和5.98，营养化状态为高富营养化水平。3 水环境质量状况变化分析总结3.1 年际变化20042008年东寨港红树林国家级自然保护区水质单因子质量评价、有机污染状况评价及富营养化评价年际变化见图2和图3。图2 主要污染因子S值年际变化图Fig.2 Annual variation of S-value图3 有机污染指数和富营养化指数年际变化图Fig.3 Annual variation of A-value and E-value图2表明，东寨港红树林国家级自然保护区近5a溶解氧变化趋势比较稳定，变化幅度不大；
20、化学需氧量的S值较小基本稳定；该海域无机氮和活性磷酸盐的单因子指数值变化幅度较大，20042005年趋于上升，20052006年趋于下降，自20062008年又有上升趋势。图3表明，20042008年东寨港红树林国家级自然保护区有机污染指数A值和富营养化指数E值在20042005年出现上升趋势；20052006年又趋于下降；20062008年又出现比较明显的上升趋势。该海域有机污染水平和富营养化水平总体上均呈上升趋势，并且有机污染状况和富营养化状况的变化趋势一致。3.2 变化趋势分析衡量环境污染变化趋势在统计上有无显著性，一种常用的方法是Daniel趋势检验，它使用了spearman秩相关系数
21、，称为秩相关系数法。使用这种方法要具备足够的数据,一般至少应采用4 个周期的数据。给出时间周期y1，yn，和它们的相应值x (即监测的年均值c1，cn) ，从小到大排列后，统计检验用的秩相关系数按下式计算： 式中，n：时间周期数；di：变量xi和变量yi的差值；xi：周期1到周期n，按浓度值从小到大排列顺序的排列序数；yi：按时间顺序排列的序数。将计算出的秩相关系数rs的绝对值同spearman秩相关系数统计表(见表7) 中的临界值wp进行比较，如果|rs| wp，表示变化趋势有显著意义，如果rs是负值，表明在评价时段内，有关统计变量指标变化呈下降趋势，如果rs为正值，表明在评价时段内，有关统
22、计变量指标变化呈上升趋势，或加重趋势。如果|rs|wp,表明变化趋势没有显著意义，说明在评价时段内,有关统计变量指标变化平稳，或稳定。表7秩相关系数rs的临界值(wp)Tab.7 Critical values(wp) of rsn显著性水平（单测检验）wpSignificance status0.050.150.9001.00060.8290.94370.7140.89380.6430.83390.6000.783100.5640.74620042008年东寨港红树林国家级自然保护区CODMn、D IN、DIP和DO的平均值序列见表8。将东寨港红树林国家级自然保护区20042008年CODM
23、n、DIN、DIP及DO平均浓度数据进行计算，得出各污染因子秩相关系数rs并与临界值进行比较，结果如表9所示。从表9可以看出，东寨港红树林国家级自然保护区CODMn、DIN及DIP浓度呈不显著上升趋势；DO浓度呈不显著下降趋势。从而得出该海域水质呈逐年不显著下降趋势。表8 东寨港近5a主要污染因子均值序列Tab.8 Average sequence of major pollution factors污染因子Pollution factors年份Yearyi平均值MeanxidiCODMn200411.0721200521.4742200630.781-2200741.383-1200851.
24、6750DIN200410.3032200520.3742200630.212-1200740.201-3200850.4050DIP200410.01821200520.02942200630.0101-2200740.0183-1200850.04050DO200416.0321200526.1553200636.022-1200745.761-3200856.044-1表9 主要污染因子秩相关系数rs评价结果Tab.9 Evaluation result of rs of major pollution factors因子Factorsrs|rs|与wp比较Comparison with
25、 wp是否显著SignificanceCODMn0.50.5|rs|wp否DIN0.10.1|rs|wp否DIP0.50.5|rs|wp否DO-0.050.05|rs|wp否4 结论该海域2004年、2006年和2007年有机污染指数介于01之间，有机污染程度较低，水质状况较好；2005年A值为1.46，开始受到污染；2008年A值超过2，该海域有机污染状况为轻度污染。总体上，该海域近5a来受有机污染影响较小。对东寨港红树林国家级自然保护区20042008年的监测结果分析表明，该海域水体中CODMn和DO各年单因子污染指数值均小于1，基本稳定在第II类海水水质标准内，但是DIN在2004，20
26、05，2008年超标，DIP在2008年超标。可见，该海域受好氧生物和溶解氧影响弱，而受N、P的污染影响比较严重，这就直接促发了富营养化过程。该海域2006年E值小于0.5，处于贫营养状态；2004年和2007年E值介于12之间，水体呈富营养化水平；2008年E值高达5.98，呈高富营养化状态。可见，该海域受富营养化影响比受有机污染影响明显。因此，在对该海域进行环境管理和污染治理过程中，应加强对富含N、P等营养元素污染物排放的控制和管理，减弱或者抑制富营养化对海水产生的影响。通过秩相关系数法对该海域水体污染趋势的分析显示，该海域CODMn、DIN及DIP浓度呈不显著上升趋势，DO浓度呈不显著下
27、降趋势。也明显地反映出该海域水质总体上呈逐年不显著下降的趋势。参考文献1 林鹏. 红树林M. 北京: 海洋出版社, 1984.2 林鹏. 中国红树林生态系M. 北京: 科学出版社, 1997.3 辛琨, 黄星, 张淑萍. 海南东寨港红树林湿地生态功能评价J. 湿地科学与管理, 2008, 4(4): 28-31.4 黎明, 王力军, 马文辉，等. 东寨港国家级自然保护区水污染生物检测J. 海南师范学院学报（自然科学版）, 2004, 17(3): 282-285.5 王计平, 邹欣庆, 左平. 基于社区居民调查的海岸带湿地环境质量评价J. 地理科学, 2007, 27（2）: 249-255.
28、6 国家质量技术监督局. 海洋监测规范M. 北京: 中国标准出版社. 1999, 11.7 第二次全国海洋污染基线调查领导小组办公室. 第二次全国海洋污染基线调查技术规程Z. 北京: 海洋出版社, 1997.8 贾晓平, 林钦, 甘居利等. 红海湾水产养殖示范区水质综合评价J. 湛江海洋大学学报, 2002, 22（4）：37-43.9 邹景忠, 董丽萍, 秦保平. 渤海湾富营养化与赤潮问题的初步探讨J. 海洋环境科学, 1983, 2 (2): 41-53.10 国家环保局, 水和废水监测分析方法编委会. 水和废水监测分析方法M. 北京: 中国环境科学出版社, 1989.11 彭云辉, 陈玲
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31、eserve in Dongzhai Port Li Pengshan1, Xie Genzong2*, Li Qiaoxiang3, Chen Xiaohong4, Zhou Qingqing5(1. Department of Tourism, Hainan Technology and Business College, Haikou570203,China;2. College of Geography and Tourism, Hainan Normal University,Haikou 571158, Hainan, China;3. Ocean Monitoring Cente
32、r of Hainan Province, Haikou 570011, Hainan, China;4. Department of Oceanography, Xiamen University, Xiamen 361005, Fujian, China;5. College of Life Science, Hainan Normal University,Haikou 571158, Hainan, China.)Abstract: According to the survey result of water quality from 2004 to 2008 of Mangrove
33、 National Nature Reserve in Dongzhai Port, one-mass index of water quality evaluation method、index of organic pollution method and eutrophication level method were used to analyze and evaluate the pollution water quality status of Mangrove National Nature Reserve in Dongzhai Port, and rank correlati
34、on method was used to analyze the trend of the water quality during the 5 years. The results show that: inorganic nitrogen and active phosphate had the situation of superscale; the value of organic pollution index was high during 2005 and 2008, that was to say the sea area researched was seriously o
35、r slightly polluted; the sea water was at the level of oligotrophic just in 2006 during the five years, and was at the level of eutrophication or high eutrophication during the other years; the analysis of trend shows that the water quality was decline year by year but not significant. So, to control the eutrophication rich in N and P is the most important in the environment management and pollution control.Key words: Dongzhai Port; seawater quality status; trend
