小清河口內溶解氧分布特征

海水中溶解氧的變化往往是反映生物生長和污染的重要指標。一般海水中的溶解氧主要來源于大氣中氧氣的溶解及海洋浮游和底棲藻類的光合作用。消耗的途徑則包括水生生物的呼吸耗氧、有機物降解耗氧和底泥耗氧。一般來說,水體中溶解氧的含量低于5mg/L時便對水生生物的生存產生不良影響,低于2mg/L時大多數藻類不能存活。Schuble等在美國長島灣研究中將缺氧(hypoxia)的標準定義為溶解氧含量低于3mg/L,將無氧(anoxia)的標準定義為溶解氧含量為零。缺氧現象大多發生在河口地區和沿岸較深水層,主要是由水體的層化作用、富營養化等原因導致。2002年6月對小清河口及萊州灣鄰近海域進行了大面調查。本文結合鹽度、COD、營養鹽等理化因子,分析了小清河口附近產生低溶解氧現象的主要原因。1研究區域和方法論1.1大河道小清河始發于濟南西部的睦里莊,流經山東省濟南、淄博、濱州、東營、濰坊等5市18縣(區),至濰坊市壽光縣羊角溝注入萊州灣,是一條具有泄洪、航運、灌溉、養殖等多功能的河道。近年來,隨著工業生產的發展,大量工業廢水和生活污水直接排入河中,致使小清河水質急劇下降,水體變黑發臭。受污染的河水最終進入萊州灣,對萊州灣的生態環境產生了相當大的影響。1.2調查站位和方法于2002年6月對小清河河口區域(37°11′～37°33′N,118°53′～119°24′E)進行了大面調查。共布設34個站點,其中N1～N5分布在小清河河道內,A1位于河口口門處,其他站點分布在小清河口鄰近海域。調查站位如圖1所示。采水器和樣品瓶均經1∶5HCl浸泡,然后以去離子水洗至中性。溫度、鹽度和深度由現場CTD獲得。根據深度的不同,5m以深站點(C6、E2、E3、E4、F2、F3、G2、G3、N5)采樣取表中底三層,5m以淺站點均取表底兩層。現場采樣后,立即用0.45μm醋酸纖維濾膜(預先用HCl浸洗,去離子水洗至中性)過濾。過濾后的樣品加入適量CHCl3冷凍保存。溶解態營養鹽的分析按《海洋監測規范》的要求進行,溶解氧的測定采用Winkler法,樣品現場固定后,交岸上現場實驗室測定。COD的測定采用堿性高錳酸鉀—硫代硫酸鈉法。氧飽和度的計算所用氧溶解度采用聯合國教科文組織出版的國際海洋學常用表中的數值,并根據現場溫度、鹽度進行了校正。2結果和討論2.1研究該地區溶解氧含量的分布特征2.1.1底層溶解氧含量小清河口內表、底層溶解氧含量的變化如圖2所示。將離河口口門最近的B1、C2點加入與河口內各點溶解氧含量做比較。河口內N1～A1各點溶解氧的含量沿著徑流方向隨鹽度增加而逐漸升高。在河口內最上游的N1站,表層溶解氧的含量為0mg/L,底層為0.11mg/L,溶解氧含量趨近于零,呈現出無氧狀態;到河口口門處的A1點底層溶解氧的含量達到6.13mg/L,氧飽和度達到85.8%;從A1站向外到萊州灣近岸海域的C2點的溶解氧含量為6.74mg/L,氧飽和度為93.8%,接近于飽和狀態。河口內各站點(N1～N5)表層溶解氧的含量較低,在0～4.04mg/L之間,平均值為1.61mg/L,氧飽和度在0%～54.6%之間,平均值為21.7%;底層溶解氧的含量在0.11～4.26mg/L之間,平均值為1.83mg/L;氧飽和度在1.0%～57.8%之間,平均值為24.5%。除河口口門處的A1站外,河道內其他各點表、底層的溶解氧含量無顯著差異。2.1.2氧飽和度和底層溶解氧含量如圖3～6所示,小清河口毗鄰海域表、底層溶解氧的分布趨勢相似。自小清河口門處向外,溶解氧的含量逐漸增大。在調查區域的西部和東部溶解氧的含量較高,最高值為7.60mg/L。整個調查區域表層溶解氧的含量在6.44～7.60mg/L之間,平均值為7.08mg/L;氧飽和度平均值為99.1%;底層溶解氧的含量在6.40～7.63mg/L之間,平均值6.99mg/L;氧飽和度平均值97.6%。關于河口及鄰近海域低溶解氧現象的形成及原因,已有不少研究。李緒錄等認為夏季在南海珠江口外海域底層低氧區存在的主要原因是夏季徑流使河口外水域層化;Tian提出,在長江口外緣水域的DO值低于2.86mg/L(最小值僅為1.96mg/L)是由于發生了化學氧化或微生物降解了有機物質后形成的。由此可見,河口外海域缺氧區形成的主要原因可能是由于水體的層化作用或者有機物的降解耗氧所致。2.2溶解氧和no2-p海水中溶解氧的含量受溫度、鹽度、生物活動、海水運動等諸多因素的影響。如果僅從鹽度對氧氣溶解度的影響考慮,海水中的溶解氧隨著鹽度的增加,含量逐漸降低。但本文發現在小清河口內溶解氧的含量與鹽度呈顯著的正相關,從N1到C2站隨著鹽度的增加溶解氧的含量逐漸增加(如圖7所示)。若將N1與C2的連線作為一條理論稀釋線,則可以看出從N1～C2所有點的溶解氧的含量均位于理論稀釋線下方,并且有的點偏離稀釋線較遠,這主要是因為小清河水受到污染的原因。隨著鹽度的增加受海水的影響增強,海水的稀釋作用使有機物濃度降低(圖8所示),耗氧減少,而海水的混合作用補充的溶解氧大于有機物降解消耗的氧,所以水體中溶解氧的含量隨著鹽度的增加逐漸增加。從圖8可以看出隨著鹽度的增大COD的含量逐漸降低,溶解氧的含量與COD呈顯著的負相關(表1)。小清河口內最上游的N1點COD的含量為25.65mg/L,表層溶解氧的含量為零,處于無氧狀態。小清河口內COD含量的平均值為14.73mg/L。高的COD含量表明徑流帶來了大量的有機污染物。低鹽、高有機物含量的河水與海水混合時COD隨著鹽度的增大而被稀釋。COD濃度的降低也減少了水體中溶解氧的消耗,從而使溶解氧含量與COD呈現顯著的負相關。小清河口內DIN的含量很高,平均值為660.29μmol/L。在DIN組成中NH4-N的百分比最高,平均為98.9%。氨氮通過硝化作用轉化為硝酸鹽氮的過程中要消耗水中大量的溶解氧,加之高NH4-N含量、低溶解氧的河水與海水混合時對NH4-N的稀釋作用,使小清河口內溶解氧的含量與NH4-N表現出顯著的負相關(表1所示)。NO2-N是含氮化合物氧化的中間產物,很不穩定,極易被氧化成NO3-N。一般來說,NO2-N與溶解氧呈負相關,但在小清河口內發現溶解氧的含量與NO2-N呈顯著的正相關,這可能是由于徑流帶來的大量有機物質在向外遷移過程中不斷被氧化分解,其中含氮有機物降解生成的NO2-N量遠遠超過了NO2-N的氧化作用消耗的量,使NO2-N量沿著徑流的方向逐漸升高。而對于水體中的溶解氧來說,海水的混合作用補充的溶解氧大于有機物降解消耗的氧,所以水體中溶解氧的含量沿著徑流的方向逐漸增加。使NO2-N與溶解氧呈顯著的正相關。水體中溶解氧的含量與PO4-P之間具有一定的相關性。本次調查發現在小清河口內溶解氧的含量和PO4-P之間呈現出顯著的負相關,這主要是因為小清河徑流帶來大量的易降解的有機物質在遷移過程中不斷被氧化分解生成的活性磷酸鹽的量低于海水的稀釋作用和光合作用消耗的量,使PO4-P的量沿著徑流的方向逐漸降低,與溶解氧表現出負相關。據2001年環保部門監測:小清河流域干流14.3%的斷面符合Ⅳ類水質標準,85.7%的斷面劣于Ⅴ類水質標準,近幾年干流水質基本持平,均屬于嚴重污染。全流域年廢水排放量為4.9億t,COD年排放量為16.2萬t。COD年均值超過國家地表水三類標準近7倍,石油類年均值超過國家地表水三類標準60倍,揮發酚年均值超過國家地表水三類標準6倍。從小清河徑流的污染狀況也可以看出小清河口內水體的缺氧狀態主要是由徑流帶來的大量有機污染物所致。3表層溶解氧含量在小清河口鄰近海域溶解氧基本處于飽和狀態,平均值為7.