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
李鹏山1,2，谢跟踪2*，李巧香3，陈小红4，周青青5
（1. 海南工商职业学院旅游系，海南海口570203；
2. 海南师范大学地理与旅游学院，海南海口571158；
3. 海南省海洋监测中心，海南海口570011；
4. 厦门大学海洋学系，福建厦门361005；
5. 海南师范大学生命科学学院，海南海口571158）
摘要：根据2004～2008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、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1，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4～11 月份对各站位
1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@https://www.doczj.com/doc/a33948917.html,
通讯作者：谢跟踪（1969- ），男，湖南永顺人，副教授，硕士生导师，主要研究方向为地理信息系统，资源与环境。Email：152262552@https://www.doczj.com/doc/a33948917.html, 进行例行监测。
图1 研究区及水质监测站位图
Fig.1 Observational sites
1.2 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：
Ci
Si
式中：Si —i种因子的污染指数；Ci—i种因子的实测质量浓度，mg/L；Csi—i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：
s
f i f DO i DO DO DO DO S --=
,
s i DO DO ≥
s
i DO i DO DO S 9
10,-=
s i DO DO <
式中：S i,DO —第i 站溶解氧的标准指数，mg/L ；DO i —第i 站溶解氧浓度，mg/L ；DO f —现场温度和盐度下的饱和溶解氧的浓度，mg/L ；DO s —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：
o
i
o i o i o i DO DO DIP DIP DIN DIN COD COD A -
++=
式中：A 为有机污染指数；COD i 、DIN i 、DIP i 、DO i 分别为DOD 、无机氮、PO 43-P 及溶解氧的实测值；COD o 、DIN o 、DIP o 、DO o 分别为DOD 、无机氮、PO 43-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 evaluation A 值 A-V alue 污染程度分级 Polluted condition grade 水质质量评价 Water quality <0 1 良好 0～1 2 较好 1～2 3 开始受到污染 2~3 4 轻度污染 3～4 5 中度污染 >4 6 严重污染 1.3.3 富营养化水平法
营养水平评价公式为：
()
106
???=DIP DIN COD E
式中：E —富营养化指数；COD —化学需氧量含量，mg/L ；DIN —无机氮含量，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 evaluation E 值 E-V alue 营养水平分级 Nutritional level grade 营养水平 Nutritional level 0～0.5 1 贫营养 0.5～1.0 2 中营养 1.0～3.0 3 富营养 ≥3.0 4 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 海水水质标准 Tab.3 Water standard
项目 第I 类 第II 类 第III 类 第IV 类 DO >6 >5 >4 >3 COD ≤2 ≤3 ≤4 ≤5 DIN ≤0.20 ≤0.30 ≤0.40 ≤0.50 DIP ≤0.015 ≤0.030 ≤0.030 ≤0.045
2 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
2004～2008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
Y ear 含量（mg/L ） Content 单因子指
数值Si
Index of
single
factor
测值范围 Range 均值
Mean
COD Mn 2004 0.12-2.06 1.07 0.357 2005 0.58-2.73 1.47 0.490
2006 0.48-1.22 0.78 0.260
2007 0.58-2.48 1.38 0.461 2008 0.65-3.20 1.67 0.558 DIN 2004 0.09-0.54 0.30 1.007 2005 0.14-0.61 0.37 1.233
2006 0.07-0.52 0.21 0.710
2007 0.02-0.61 0.20 0.687 2008 0.12-0.64 0.40 1.340 DIP 2004 0.011-0.029 0.018 0.600 2005 0.014-0.046 0.029 0.967
2006 0.004-0.014 0.010 0.333
2007 0.007-0.041 0.018 0.600 2008 0.009-0.076 0.040 1.333 DO 2004 5.08-6.73 6.03 0.442 2005 4.87-6.89 6.15 0.419
2006 5.39-6.45 6.02 0.469
2007 5.57-6.31 5.76 0.457 2008 5.38-6.75 6.04 0.400
（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，COD Mn 值可作为有机物相对含量的指标，其值的高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COD Mn 的含量范围介于0.12～3.2mg/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S COD 值分别为：0.357、0.49、0.26、
0.461和0.558。监测评价显示，该海域COD Mn浓度较低，单因子指数值在2004～2007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0.02～0.64mg/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S DIN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S DIN值小于1，2004年、2005年和2008年均超标，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0.004～0.076mg/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S DIP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S DIP值在2004年至2007年间均小于1，满足第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4.87～6.89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单因子指数S DO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S DO 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2004～2008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0～1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Y ear
2004 2005 2006 2007 2008
有机污染指
数A
Organic
pollution
index A
0.76 1.46 0.10 0.57 2.02
污染等级
Pollution
grade
2 3 2 2 4
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]指出海水中平均N / P原子比是15∶1，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15∶1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
Eutrophicatio
n level
年份Y ear
2004 2005 2006 2007 2008
氮磷比
N/P
16.7
8
12.7
6
21.3
11.4
4
10.0
5
营养化水平
指数E
Eutrophicatio
n level index
E
1.29 3.51 0.37 1.14 5.98
富营养化水
平
Eutrophicatio
富营
养
高富
营养
贫营
养
富营
养
高富
营养
..
n level
（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，2004～2008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0～0.5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1～3之间，营养水平较高，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
2004～2008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；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，2004～2005年趋于上升，2005～2006年趋于下降，自2006～2008年又有上升趋势。
图3表明，2004～2008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2004～2005年出现上升趋势；2005～2006年又趋于下降；2006～2008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，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，…，y n，和它们的相应值x (即监测的年均值c1，…，c n) ，从小到大排列后，统计检验用的秩相关系数按下式计算：
()n
n
d
r
n
i
i
s
-
?
?
?
?
?
?
-
=∑
=
3
1
2
6
1
i
i
i
y
x
d-
=
式中，n：时间周期数；d i：变量x i和变量y i 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r s的绝对值同spearman 秩相关系数统计表(见表7) 中的临界值w p进行比较，如果|r s| >w p，表示变化趋势有显著意义，如果r s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r s为正值，表明在评价时段内，有关统计变量指标变化呈上升趋势，或加重趋势。如果|r s|≤w p,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r s的临界值(w p)
Tab.7 Critical values(w p) of r s
n
显著性水平（单测检验）w p
Significance status
0.05 0.1
5 0.900 1.000
6 0.829 0.943
7 0.714 0.893
8 0.643 0.833
9 0.600 0.783
10 0.564 0.746
2004～2008年东寨港红树林国家级自然保护区COD Mn、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2004～2008年COD Mn、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r s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COD Mn、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 A verage sequence of major pollution factors
污染因子Pollution factors 年份
Y ear
y i
平均值
Mean
x i d i
COD Mn 2004 1 1.07 2 1 2005 2 1.47 4 2 2006 3 0.78 1 -2 2007 4 1.38 3 -1 2008 5 1.67 5 0
DIN 2004 1 0.30 3 2 2005 2 0.37 4 2 2006 3 0.21 2 -1 2007 4 0.20 1 -3 2008 5 0.40 5 0
DIP 2005 2 0.029 4 2 2006 3 0.010 1 -2 2007 4 0.018 3 -1 2008 5 0.040 5 0
DO 2004 1 6.03 2 1 2005 2 6.15 5 3 2006 3 6.02 2 -1 2007 4 5.76 1 -3 2008 5 6.04 4 -1
表9 主要污染因子秩相关系数r s评价结果Tab.9 Evaluation result of r s of major pollution factors
因子Factors r s|r s|
与w p比较
Comparison
with w p
是否显著
Significance
COD Mn0.5 0.5 |r s|≤w p否
DIN 0.1 0.1 |r s|≤w p否
DIP 0.5 0.5 |r s|≤w p否
DO -0.05 0.05 |r s|≤w p否
4结论
该海域2004年、2006年和2007年有机污染指数介于0～1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2004～2008年的监测结果分析表明，该海域水体中COD Mn 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2004，2005，2008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1～2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COD Mn、DIN及DIP浓度呈不显著上升趋势，DO浓度呈不显著下降趋势。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.
[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, 陈玲娣. 珠江河口水体有机物与盐度和氮、磷营养盐的关系[J]. 海洋通报, 1993, 12(5): 33-37.
[12] 蔡清海. 福建南部海岛周围海域的化学耗氧量分布[J]. 海洋通报, 1998, 17 ( 5 ): 40-45.
[13] 刘炜, 李奶姜, 李婕. 福宁湾水质状况及其水体富营养化的初步探讨[J]. 海洋通报, 2008, 27(1): 111-115.
[14] 王琼, 黄海平, 徐国锋, 岱山海域水质状况及潜在性富营养化程度评价[J]. 海洋湖沼通报, 2007, 4: 104-108.
[15] Redfield A C, Ketchum B H, Richards F. The influence of organisms on the composition of sea water [A] .// Hill M N ed. The sea[M]John Wiley, New Y ork. 1963, 2: 26-27.
[16] 鲁志文,莫小平. 采用秩相关系数法分析东江干流CODMn变化趋势[J]. 人民珠江, 2006, 1: 45-46.
..
[17] 罗益华. 象山港海域水质状况分析与污染防治对策[J]. 污染防治技术, 2008, 21(3): 88-90. Analysis and evaluation of seawater quality status of Mangrove National Nature
Reserve 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 Center 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 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 correlation 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 or 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
..