渤海为半封闭的陆架边缘海，面积为7.7×10⁴ km²，平均水深为18 m，包括辽东湾、渤海湾、莱州湾及中央海区 (李淑媛等, 1995)。沿岸黄河、海河、辽河、滦河等40余条河流携带大量淡水与营养盐汇入渤海。与此同时，也将沿河两岸大量的工农业废水、生活污水和有害物质带到了渤海，超过36%的中国大陆陆地污水排入渤海 (Wang et al, 2009)，被认为是中国污染最严重的海洋区域之一 (吴光红等, 2007)。近年来，渤海的生态环境日趋恶化，渔业资源衰退，赤潮暴发次数增多，以致出现“荒漠化”警告。众多研究通过水体 (于春艳等, 2013; 聂洪涛等, 2008; 秦昌波等, 2006)、沉积物 (林秀梅等, 2005)、生物生态 (许思思等, 2011; 杨小玲等, 2006; Liu et al, 2014) 等不同途径来探讨渤海环境问题，但关于渤海中部区域水质环境质量综合评价的相关研究尚不多见 (王伟伟等, 2013)。

渤海中部为西向东倾斜的盆地，此海区既是渤海重要水产生物的洄游地，又是其越冬场，同时拥有丰富的油气、海砂等资源，在整个渤海生态环境中占有重要的地位。2011年渤海蓬莱“19-3”油田发生溢油事故，导致油田周边及其西北部海域受到严重污染，其中劣四类严重污染海水面积达到840 km²，三、四类污染海域面积约3400 km²。因此，开展这一区域水质状况的综合研究，不仅对于了解该受损海域的生态环境的变化状况有重要意义，并且可以为渤海生态环境的保护与修复提供依据。

调查区域为渤海中部海域，具体位置为119.25°–120.50°E、38.0°–39.5°N之间，共设置监测点位21个，监测点位置如图 1所示。

图 1(Fig. 1)

图 1 渤海中部海域调查站位 Figure 1 Surveyed sites in the central region of the Bohai Sea

2012年6月对渤海中部21个站位进行取样，每个站位分别取表层 (0.5–1 m)、10 m层、底层 (离海底2 m处) 3个层次的水样。样品采集与分析均严格按照《海洋监测规范》(GB17378-2007) 相关方法进行。测定水体水温、盐度、溶解氧、pH、无机氮、活性磷酸盐、化学需氧量、重金属 (Cu、Zn、Pb、Cd、Hg和As)、石油类含量。

利用内梅罗指数 (Nemerow, 1974) 评价方法对调查海域水体12个指标进行综合评价。此次调查主要研究蓬莱“19-3”油田溢油对渤海中部海域渔业生态环境的影响，因而采用《海水水质标准》(GB3097-1997) 中的二类标准作为水质评价标准，其公式如下：

式中，P为内梅罗综合指数，P_max、P_avg分别为单因子污染指数P_i的最大值与平均值。具体等级划分标准见表 1。

表 1(Tab. 1)

表 1 内梅罗污染指数划分水体污染等级 Table 1 Water pollution degrees based on the Nemerow pollution index 污染水平 Pollution degree 清洁Ⅰ Clean 较清洁Ⅱ Relatively clean 轻度污染Ⅲ Mild pollution 中度污染Ⅳ Moderate pollution 重度污染Ⅴ Severe pollution P P≤0.6 0.6＜P≤1.0 1＜P≤2.6 2.6＜P≤5 P＞5

表 1 内梅罗污染指数划分水体污染等级 Table 1 Water pollution degrees based on the Nemerow pollution index

单因子污染指数 (P_i) 计算公式：

式中，C_i为第i类污染物的实测质量浓度，S_i为第i类污染物的评价标准，均采用《海水水质标准》(GB3097-1997) 中二类评价标准对水质状况进行评价。

其中，pH、溶解氧的单因子污染指数按下列公式进行计算：

式中，pH_i、pH_su、pH_sd分别为海水pH的实测值、标准上限、标准下限。

溶解氧：

P_i=0(溶解氧≥8 mg/L)

${{P}_{i}}=1-\frac{{{C}_{i}}-{{C}_{oi}}}{{{C}_{oi}}}$(溶解氧4–8 mg/L)

${{P}_{i}}=1+\frac{{{C}_{oi}}-{{C}_{i}}}{{{C}_{oi}}}$(溶解氧≤4 mg/L)

式中，C_i为溶解氧含量实测值，C_oi=5 mg/L。

根据邹景忠等 (1983)的营养状态指数法对海水富营养化程度进行评价，公式如下：

EI、COD、DIN、DIP分别代表营养指数、化学需氧量 (mg/L)、无机氮含量 (mg/L)、活性磷酸盐含量 (mg/L)。当EI < 1时，水体低于富营养化水平；当EI≥1时，表现为富营养化状态，营养指数越大，富营养化程度越高。同时，利用郭卫东等 (1998)的潜在性富营养化评价模式，对富营养化情况进行分级。营养级划分原则见表 2。

表 2(Tab. 2)

表 2 潜在性富营养化评价模式对营养级的划分 Table 2 The classification of the nutrient level by using the potential eutrophication assessment model 等级Level 营养级Nutrient salt level 无机氮 IN (μg/L) 无机磷 IP (μg/L) 氮磷比 N/P Ⅰ 贫营养Poor nutrient < 200 < 30 8–30 Ⅱ 中度营养Medium nutrient 200–300 30–45 8–30 Ⅲ 富营养Rich nutrient > 300 > 45 8–30 ⅣP 磷限制中度营养 Medium nutrient with phosphorous limiting 200–300 / > 30 ⅤP 磷中等限制潜在性富营养 Potential eutrophication with medium phosphorous limiting > 300 / 30–60 ⅥP 磷限制潜在性富营养 Potential eutrophication with phosphorous limiting > 300 / > 60 ⅣN 氮限制中度营养 Medium nutrient with nitrogen limiting / 30–45 < 8 ⅤN 氮中等限制潜在性富营养 Potential eutrophication with medium nitrogen limiting / > 45 4~8 ⅥN 氮限制潜在性富营养 Potential eutrophication with nitrogen limiting / > 45 < 4

表 2 潜在性富营养化评价模式对营养级的划分 Table 2 The classification of the nutrient level by using the potential eutrophication assessment model

根据渤海中部水域溶解氧、营养盐、化学需氧量、重金属等12项指标测定结果，并利用内梅罗指数法综合评价该水域环境质量状况。结果显示 (表 3)，渤海中部海域表层水体中5、15、21号站位水质等级为Ⅳ级，处于中度污染水平；4、11—14、16、18、19、20号站位水质等级均为Ⅲ级，处于轻度污染水平，其他站位为较清洁及以上水平。10 m层水体中15号站位水质等级为Ⅳ级，即中度污染水平；4、13、14、18、19、20号6个站位水质等级为Ⅲ级，处于轻度污染水平，其他站位均为Ⅱ级或Ⅰ级污染水平。对底层水体而言，17号站位水质等级为Ⅴ级，重度污染水平，12、20号站位水体为中度污染水平，9、14号2个站位为轻度污染水平。由此可见，渤海中部海域表层水体被污染站位数量占总调查站位的57.1%，受污染的10 m层水体站位比例达到33.3%，底层水体受污染比例为23.8%，其中，表层、10 m层、底层水体中重度污染站位比例分别为14.3%、4.8%、14.3%。

表 3(Tab. 3)

表 3 内梅罗指数评价法水质评价结果 Table 3 Evaluation results of the water quality by using the Nemerow pollution index 站位Stations 表层水体Surface water 10 m层水体10 m water 底层水体Bottom water P 等级Pollution degree P 等级Pollution degree P 等级Pollution degree 1 0.38 Ⅰ 0.31 Ⅰ 0.31 Ⅰ 2 0.36 Ⅰ 0.52 Ⅰ 0.38 Ⅰ 3 0.32 Ⅰ 0.33 Ⅰ 0.62 Ⅱ 4 1.83 Ⅲ 1.15 Ⅲ 0.49 Ⅰ 5 2.99 Ⅳ 0.42 Ⅰ 0.63 Ⅱ 6 0.56 Ⅰ 0.89 Ⅱ 0.60 Ⅰ 7 0.73 Ⅱ 0.45 Ⅰ 0.41 Ⅰ 8 0.57 Ⅰ 0.59 Ⅰ 0.58 Ⅰ 9 0.27 Ⅰ 0.50 Ⅰ 1.32 Ⅲ 10 0.74 Ⅱ 0.39 Ⅰ 0.40 Ⅰ 11 1.52 Ⅲ 0.37 Ⅰ 0.45 Ⅰ 12 1.52 Ⅲ 0.48 Ⅰ 2.67 Ⅳ 13 2.43 Ⅲ 2.08 Ⅲ 0.51 Ⅰ 14 1.84 Ⅲ 2.39 Ⅲ 1.67 Ⅲ 15 2.82 Ⅳ 3.82 Ⅳ 0.54 Ⅰ 16 1.30 Ⅲ 0.27 Ⅰ 0.30 Ⅰ 17 0.87 Ⅱ 1.97 Ⅱ 5.48 Ⅴ 18 1.17 Ⅲ 2.39 Ⅲ 0.41 Ⅰ 19 1.17 Ⅲ 2.03 Ⅲ 0.85 Ⅱ 20 2.04 Ⅲ 2.42 Ⅲ 2.66 Ⅳ 21 2.69 Ⅳ 0.57 Ⅰ 0.56 Ⅰ

表 3 内梅罗指数评价法水质评价结果 Table 3 Evaluation results of the water quality by using the Nemerow pollution index

从污染站位分布来看，渤海中部受污染区域主要位于渤海湾、莱州湾、辽东湾湾口位置，越靠近中间海域，污染越低。黄河、滦河、海河、辽河等40余条河流汇入渤海，这些径流也将沿河的工农业废水、生活污水及其他有毒有害物质注入渤海，因而导致海湾较近的站位污染程度较重。刘学海 (2010)发现，辽东湾北部10 m等深线内80%以上水域受重金属、无机氮污染，河口附近水域无机氮和石油类严重超标。陆源输入、养殖业、船舶运输以及石油开发是渤海海域污染物的主要来源，其中，陆源污染物占渤海污染物来源的首位 (王修林等, 2006)。

在所有污染物中，污染贡献程度最高的是石油类 (表 4)，表层海水石油类浓度超标率 (单因子污染指数大于1) 为57.1%，10 m层、底层海水石油类超标率分别为42.9%、14.3%，部分站位石油类含量甚至接近《海水水质标准》(GB3097-1997) 三类标准。石油类高污染区域主要集中在调查区域的西南部，这里不仅是黄河入海口，而且紧邻莱州湾与渤海湾，同时蓬莱“19-3”油田、渤中“34-2/4”油田也在该区域，也是19-3油田溢油污染最为严重的区域，因而在该调查区域石油类污染较为严重。王修林等 (2006)研究发现，渤海水体石油类含量超过二类海水质量标准的站位比例达34.2%，其平均浓度居中国沿海海域之首。陆源输入是渤海石油类污染的主要来源，所占比例为84%，相对于陆源排放而言，河流携带污染物所占比例达到67%，高于渤海沿岸排污口输入量。

表 4(Tab. 4)

表 4 单因子污染指数计算结果 Table 4 Evaluation results of the water quality by using single-factor contaminant index 站位 Station 表层水体Surface water 10 m层水体10 m water 底层水体Bottom water 石油类 TPHs 范围 Range 平均值 Average 石油类 TPHs 范围 Range 平均值 Average 石油类 TPHs 范围 Range 平均值 Average 1 0.33 0–0.52 0.15 0.41 0–0.41 0.16 0.41 0–0.41 0.17 2 0.46 0–0.48 0.18 0.71 0–0.71 0.20 0.38 0.01–0.49 0.21 3 0.42 0–0.43 0.14 0.30 0–0.43 0.17 0.38 0.02–0.83 0.27 4 2.57 0–2.57 0.37 1.59 0.02–1.59 0.30 0.23 0–0.65 0.23 5 4.20 0–4.20 0.52 0.48 0–0.52 0.28 0.35 0–0.83 0.34 6 0.28 0–0.74 0.30 1.21 0.01–1.21 0.34 0.23 0–0.80 0.28 7 1.00 0–1.00 0.25 0.50 0–0.58 0.25 0.33 0–0.54 0.22 8 0.78 0–0.78 0.20 0.77 0.01–0.77 0.30 0.74 0–0.78 0.26 9 0.28 0–0.34 0.18 0.19 0–0.69 0.17 1.82 0–1.82 0.37 10 1.01 0–1.01 0.27 0.21 0–0.50 0.22 0.38 0–0.51 0.25 11 2.11 0–2.11 0.41 0.34 0–0.49 0.17 0.61 0–0.61 0.17 12 2.11 0–2.11 0.38 0.33 0–0.64 0.22 0.23 0–3.74 0.48 13 2.19 0–3.38 0.62 2.89 0–2.89 0.50 0.67 0–0.67 0.26 14 2.54 0–2.54 0.58 3.35 0–3.35 0.45 2.32 0–2.32 0.47 15 0.46 0–3.94 0.56 5.36 0.02–5.36 0.67 0.71 0–0.71 0.27 16 1.80 0–1.80 0.34 0.26 0–0.36 0.12 0.20 0–0.39 0.15 17 0.29 0–1.16 0.41 2.74 0–2.74 0.51 0.44 0–7.69 0.99 18 1.61 0–1.61 0.38 3.35 0–3.35 0.47 0.29 0–0.55 0.17 19 0.42 0–1.62 0.32 2.82 0.05–2.82 0.55 0.83 0–1.10 0.47 20 2.86 0–2.86 0.44 3.35 0.01–3.35 0.68 3.71 0–3.71 0.67 21 3.75 0–3.75 0.58 0.70 0–0.74 0.31 0.39 0–0.71 0.36

表 4 单因子污染指数计算结果 Table 4 Evaluation results of the water quality by using single-factor contaminant index

渤海为半封闭的浅海，水体交换能力较弱，且不同海域交换能力相差较大。莱州湾、渤海湾、辽东湾、中央海域的海水半交换期分别为0.5 a、300 d、3 a、1.5 a (魏皓等, 2002)，这也是蓬莱19-3油田附近海域海水污染较重的一个原因。因而，在无外界环境因素改变的情况下，蓬莱19-3油田溢油对其附近海域的影响还将持续较长时间。

渤海中部海域表层13号站位水体EI﹥1，呈现富营养化状态；10 m层、底层水体中所有站位EI﹤1，即未表现出富营养化水平。从各层平均富营养化指数来看，表层 > 10 m层 > 底层，表层水体比10 m层、底层更容易出现富营养化。从整个调查区域来看，氮、磷营养盐含量较低，未表现出明显富营养化。渤海自身的水动力输运特征形成的湍流扩散及对流迁移 (王修林等, 2006)，会将径流输入占主导地位的化学需氧量、营养盐等陆源性富营养化物质固定在近岸海域，难以到达渤海中央海盆地区，从而导致渤海水体的富营养化指数自沿岸、河口区域向中部水域递减的分布特征。魏皓等 (2003)通过对渤海浮游植物生物量变化的分析发现，陆源输入只会影响局部水域营养盐含量，沿岸水域的富营养化将消耗大量的营养盐，从而使中部海域水质保持良好。

表 5(Tab. 5)

表 5 渤海中部水体潜在性富营养化评价结果 Table 5 Assessment results of the potential eutrophication of waters in the central region of the Bohai Sea 站位 Stations 富营养化指数Eutrophication index 表层水体 Surface water 10 m层水体 10 m water 底层水体 Bottom water 1 0.03 0.12 0.22 2 0.10 0.16 0.16 3 0.01 0.05 0.08 4 0.16 0.08 0.16 5 0.27 0.24 0.14 6 0.46 0.23 0.06 7 0.08 0.07 0.12 8 0.02 0.18 0.08 9 0.17 0.37 0.20 10 0.38 0.14 0.18 11 0.22 0.14 0.02 12 0.15 0.25 0.35 13 2.78 0.27 0.20 14 0.27 0.07 0.04 15 0.19 0.34 0.12 16 0.22 0.03 0.11 17 0.40 0.09 0.09 18 0.24 0.17 0.06 19 0.21 0.38 0.40 20 0.14 0.24 0.25 21 0.29 0.61 0.85 平均值 Average 0.32 0.20 0.19

表 5 渤海中部水体潜在性富营养化评价结果 Table 5 Assessment results of the potential eutrophication of waters in the central region of the Bohai Sea

因水体中营养盐的限制，必然有一部分氮或磷相对过剩。理论上，过剩的氮或磷会促使水域营养化程度上升，从而表现为富营养化水平。然而，研究发现，浮游植物并不能完全吸收这些过剩的氮、磷元素。因此，营养盐的过剩可以认为是形成水体富营养化的必要而不充分条件，郭卫东等 (1998)将这种现象称为潜在性富营养化。当水体中氮磷比值接近Redfield值 (N/P=16) (Redfield, 1958) 时，其才成为富营养化形成的必要条件。评价结果 (表 6) 表明，渤海中部海域13号站位为氮限制潜在性富营养，4、13–15、19–21号7个站位处于磷限制中度营养状态，其余表层海水大多都处于贫营养状态。10 m层水域4、5、7、17–19、21号7个站位为磷限制中度营养状态，底层水域中4–6、15、18、20号6个站位为磷限制中度营养状态，其他站位均为贫营养状态。渤海中部海域只有1个站位表层水体呈氮限制潜在性富营养，与20世纪90年代相比 (于志刚等, 2000)，氮限制的状况正在逐步改变。

表 6(Tab. 6)

表 6 渤海中部水体氮磷比评价结果 Table 6 Assessment results of the N/P ratio of waters in the central region of the Bohai Sea 站位 Stations 表层水体Surface water 10 m层水体10 m water 底层水体Bottom water 氮磷比N/P 等级Pollution degree 氮磷比N/P 等级Pollution degree 氮磷比N/P 等级Pollution degree 1 13 Ⅰ 24 Ⅰ 22 Ⅰ 2 16 Ⅰ 19 Ⅰ 12 Ⅰ 3 5 Ⅰ 15 Ⅰ 25 Ⅰ 4 31 ⅣP 41 ⅣP 31 ⅣP 5 21 Ⅰ 47 ⅣP 42 ⅥN 6 9 Ⅰ 16 Ⅰ 3 ⅥN 7 28 Ⅰ 40 ⅣP 16 Ⅰ 8 7 Ⅰ 8 1 9 Ⅰ 9 18 Ⅰ 9 1 26 Ⅰ 10 14 Ⅰ 9 Ⅰ 19 Ⅰ 11 9 Ⅰ 14 Ⅰ 1 Ⅰ 12 30 Ⅰ 11 Ⅰ 18 Ⅰ 13 3 ⅥN 12 Ⅰ 13 Ⅰ 14 46 ⅣP 39 Ⅳ 15 Ⅰ 15 40 ⅣP 21 Ⅰ 32 ⅣP 16 10 Ⅰ 6 Ⅰ 13 Ⅰ 17 18 Ⅰ 32 ⅣP 22 Ⅰ 18 28 Ⅰ 35 ⅣP 32 ⅣP 19 49 ⅣP 35 ⅣP 26 Ⅰ 20 46 ⅣP 29 Ⅰ 34 ⅣP 21 58 ⅣP 37 ⅣP 25 Ⅰ 平均值 Average 24 Ⅰ 24 Ⅰ 21 Ⅰ

表 6 渤海中部水体氮磷比评价结果 Table 6 Assessment results of the N/P ratio of waters in the central region of the Bohai Sea

N/P值作为海水营养盐结构的重要指标，通常以Redfield值为开阔海区的适宜值。20世纪60–80年代中期，渤海水体N/P值维持在3左右；20世纪90年代中期，N/P值虽然逐渐增加但仍低于Redfield比值 (王修林等, 2006)。随着渤海中无机氮含量的增加，N/P值开始快速升高并超过Redfield值，呈现出磷限制。本研究发现，渤海中部海域表层N/P平均值为24，10 m层与底层N/P平均值分别为24和21，这也印证了渤海中部海域的N/P值近20年来呈不断上升的趋势 (于志刚等, 2000)，其主要由无机氮的升高所致。近20年 (1982–1999年) 来，渤海中部水域氮、磷、硅酸盐浓度均发生了显著变化，无机氮浓度升高，硅酸盐、活性磷酸盐浓度降低，从而导致氮磷比值升高，硅氮比值下降 (于志刚等, 2000)。渤海中部海域营养盐结构，正从氮限制改变为硅酸盐、磷限制。虽然调查区域表现为磷限制中度营养状态的站位比例较低，但也证明了这一趋势。

通过内梅罗指数法对渤海中部海域水环境质量进行综合评价发现，表层、10 m层、底层受污染站位比例分别为57.1%、33.3%、23.8%，石油类污染是主要因素。从分布位置看，受污染站位主要集中在调查区域的西南部，中部海域水质等级较高。蓬莱“19-3”油田附近海域水体污染等级较高，石油类污染为其主要污染因素。整体上，海水环境质量呈现由沿岸水域向中央海盆逐渐降低的趋势。

渤海中部海域无明显富营养化，除表层13号站位外，表层、10 m层、底层海水富营养状态指数EI均小于1。各层平均营养状态指数来看，表层 > 10 m层 > 底层，表层水体更容易出现富营养化。

绝大部分海域氮磷比值高于Redfield比值，处于贫营养级。渤海中部海域氮限制的状况正在逐步改变，活性磷由供给充分演变为磷限制的临界，其营养盐结构已经开始转变成磷限制中度营养状态。