广西北部湾海域位于北回归线以南，属南亚热带海洋性季风气候，夏季高温，拥有数条入海河流，由西至东分布有珍珠湾、钦州湾、廉州湾、铁山港等港湾以及典型珊瑚生态保护区涠洲岛，海洋生物资源十分丰富，牡蛎及各种鱼类养殖业和海洋旅游业发达^[1]。作为我国西部沿海沿江沿边区域，广西的区位优势突出，从2008年《广西北部湾经济区发展规划》至2020年《广西加快发展向海经济推动海洋强区建设三年行动计划(2020-2022年)》发布，广西北部湾经济区发展了众多临海产业群，海洋产业发展迅速，由此产生的海洋环境问题有加重趋势^[2-5]。

海域水质污染调查与分析是海域污染防控、海洋生态保护修复与补偿工作的基础，常运用于海洋环境质量和生态保护成效评价工作中。单因子污染指数评价法、有机污染指数法以及综合污染指数法是较为成熟的水质评价方法，常用于对水体和沉积物污染状况评价。目前对广西北部湾多个季节、多个海域的水质评价研究仍不多^[6-9]。本研究根据2021年8月(夏季)以及2022年1月(冬季)广西珍珠湾、钦州湾、廉州湾、铁山港和涠洲岛表层海水的数据，进行水质污染分析和评价，旨在为广西北部湾海洋污染防控治理、完善海洋生态治理体系和海洋生态环境可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 样品采集与分析

2021年8月(夏季)和2022年1月(冬季)在广西北部湾的珍珠湾、钦州湾、廉州湾、铁山港和涠洲岛选取典型海域，夏季共布设27个站位，冬季共布设22个站位。冬季受疫情及海况影响，珍珠湾未设站位，廉州湾站位坐标作出一定调整(图 1)。采集表层海水，分析水温(T)，酸碱度(pH)、硝酸盐氮(NO₃^--N)、亚硝酸盐氮(NO₂^--N)、氨氮(NH₄⁺-N)、活性磷酸盐(PO₄^3--P)、溶解氧(DO)和化学需氧量(COD)，样品采集与分析根据《海洋调查规范》^[10]和《海洋监测规范》执行^[11]。

1.2 数据处理与评价方法

原始数据由Excel整理分析，应用ArcMap 10.2对研究区域站位进行可视化成图，应用Origin 2019b绘制各单因子污染指数柱状图。溶解态无机氮(DIN)=NO₃^--N+NO₂^--N+NH₄⁺-N，溶解态无机磷(DIP)=PO₄^3--P，水质判定参照《海水水质标准》^[12]。在我国近海海域中，北部湾海域水质状况相对较好^[13]，结合前人研究^[6-9]，采用第一类海水水质作为本研究评价标准。

运用《近岸海域环境监测技术规范第十部分评价及报告》^[14]中的单因子污染指数评价法、《海湾生态监测技术规程》^[15]中的有机污染指数法和1974年关伯仁^[16]提出的综合污染指数法分别对水质进行评价。当单因子污染指数(污染物i的污染指数，P_i)≤1时，表示该站位未受该因素污染，当单因子污染指数＞1时，表示该站位受该因素污染，值越大污染越重。有机污染指数法和综合污染指数法评价分级标准见表 1。

2 结果与分析 2.1 pH值

夏季pH值为7.38-8.09，均值7.79，单因子污染指数P_pH为0.17-2.19，均值1.04，27个站位中共12个超标，超标站位分布情况为钦州湾6-10号站位，廉州湾2号站位和铁山港16-21号站位(图 2)，其中钦州湾6号站位超标值(2.19)最大，8号站位次之(2.11)。冬季pH值为7.79-8.21，均值7.99，单因子污染指数P_pH为0.00-1.03，均值0.49，22个站位中超标站位共3个，超标站位均分布于铁山港，且单因子污染指数均为1.03，仅超过污染标准0.03(图 2)。夏季P_pH超标站位个数、P_pH超标值明显高于冬季，夏季P_pH超标站位涉及海域比冬季分布范围广。

2.2 DIN

夏季DIN为0.03-0.43 mg/L，均值0.17 mg/L，单因子污染指数P_DIN为0.14-2.13，均值0.87，27个站位中超标站位共12个，超标站位为钦州湾6-9号站位、廉州湾12-13号站位和铁山港16-21号站位(图 2)，其中钦州湾6号站位超标值(2.13)最大，铁山港16号站位(2.02)次之。冬季DIN为0.03-0.35 mg/L，均值0.16 mg/L，单因子污染指数P_DIN为0.17-1.75，均值0.80，22个站位中超标站位共9个，超标站位为钦州湾6-8号站位，廉州湾31-32号站位和铁山港16-19号站位(图 2)，其中钦州湾6号站位超标值(1.75)最大。夏季P_DIN超标站位个数、P_DIN超标值明显高于冬季，夏季P_DIN超标站位所在海湾与冬季相同，具体超标站位有所不同。

2.3 DIP

夏季DIP为0.007-0.037 mg/L，均值0.019 mg/L，单因子污染指数P_DIP为0.47-2.46，均值1.25，27个站位中超标站位共15个，超标站位为钦州湾6-10号站位，廉州湾11-13号和15号站位，铁山港16-21号站位(图 2)，其中超标程度最大站位为钦州湾7号站位(2.46)，6号站位(2.06)次之。冬季DIP为0.004-0.037 mg/L，均值0.021 mg/L，单因子污染指数P_DIP为0.24-2.49，均值1.37，22个站位中超标站位共12个，超标站位为钦州湾站位6-10号，廉州湾32号站位，铁山港16-20号站位和涠洲岛站位22号(图 2)，其中钦州湾6号站位P_DIP超标程度最大(2.49)。夏季P_DIP超标站位个数多于冬季，但夏季P_DIP超标站位分布海域比冬季范围小，且冬季22号站位P_DIP是涠洲岛海域的唯一超标因子。

2.4 COD

夏季COD为0.34-1.47 mg/L，均值0.99 mg/L，单因子污染指数P_COD为0.17-0.74，均值0.50，27个站位均未超标(图 2)。冬季COD为0.45-1.83 mg/L，均值0.99 mg/L，单因子污染指数P_COD为0.23-0.92，均值0.49，22个站位亦均未超标(图 2)。夏和冬两季P_COD最高值均出现在铁山港16号站位。

2.5 DO

夏季DO为3.62-7.83 mg/L，均值5.40 mg/L，单因子污染指数P_DO为0.38-4.58，均值2.14，27个站位中共17个超标，超标站位分布情况为珍珠湾2-4号站位、钦州湾6-10号站位、廉州湾11和13-14站位和铁山港16-21号站位(图 2)，其中超标最高值位于钦州湾8号站位(4.58)。冬季DO为6.58-8.19 mg/L，均值7.42 mg/L，单因子污染指数P_DO为0.32-0.84，均值0.62，22个站位均未超标(图 2)，但最高值同时出现在铁山港18号(0.84)和20号(0.84)站位。夏季P_DO超标站位个数、P_DO超标值明显高于冬季，夏季P_DO超标站位涉及海域除涠洲岛外均有分布。

2.6 有机污染

夏季A值为-0.05-4.24，均值1.71，珍珠湾未受有机污染，钦州湾存在重度污染、中度污染、轻度污染和开始受到污染站位，廉州湾出现轻度污染和开始受到污染站位，铁山港同时受中度污染和轻度污染，涠洲岛未受有机污染(表 2)。冬季A值为-0.35-3.53，均值1.43，钦州湾存在中度污染、轻度污染和开始受到污染站位，廉州湾仅出现轻度污染和开始受到污染站位，铁山港同时受中度污染和轻度污染，涠洲岛未受有机污染(表 2)。夏季水质受有机污染站位个数和污染程度高于冬季。

2.7 综合污染

夏季P值为0.35-2.30，均值1.16，珍珠湾存在轻度污染站位，钦州湾同时受到中度污染和轻度污染，廉州湾和铁山港仅存在轻度污染站位，涠洲岛未受综合污染(表 2)。冬季P值为0.31-1.25，均值0.76，仅钦州湾和铁山港存在轻度污染站位，廉州湾和涠洲岛未受综合污染，处于清洁状态(表 2)。受综合污染站位个数和污染程度在夏季高于冬季，在湾内高于湾外。

3 讨论 3.1 单因子污染评价

本研究发现夏和冬两季DIN、DIP和COD浓度差异小，但夏季pH和DO明显低于冬季。DO浓度受温度、pH和盐度等因素综合影响，高温条件下海气交换加强，夏季表层水体DO含量低于冬季；受水中光合作用生物的影响，pH值与DO浓度呈正相关，夏季pH也出现低值^[17]。对比前人夏和冬两季的数据(表 3)，近年广西北部湾海域表层海水夏和冬两季pH、DIN、DIP浓度波动较小，但随年际变化DIP仍稍有递增，表 3内DIP年际变化趋势与杨静等^[19]研究中DIP浓度上升趋势相一致，但磷污染程度有所减弱；夏季北部湾COD入海通量占比大^[20]，但COD浓度逐年递减且本研究夏季COD明显低于前人研究，分析原因与2021年夏季南方雨季偏晚、强度弱有关^[21]；夏季DO浓度随年际波动大，有明显递减的趋势，分析是近年北部湾海域夏季富营养化程度加重，水体中浮游植物、细菌等微生物活动剧烈，耗氧量增多所致^{[22, 23]}。

本研究中，广西北部湾海域夏季主要超标因子有pH、DIN、DIP和DO，冬季为pH、DIN、DIP，整个海域主要污染物为DIN、DIP，这与《2017年广西壮族自治区海洋环境质量公报》^[24]关于海水中主要污染物含有DIN和DIP的阐述相一致。夏季超标单因子个数、各单因子超标站位个数明显多于冬季，超标海域主要分布于钦州湾、铁山港和廉州湾，以钦州湾和铁山港最为严重，珍珠湾仅1个站位的pH值超标、3个站位的DO超标，而涠洲岛整体符合一类水质标准，仅在冬季有1个站位的DIP略微超标，可见，广西北部湾海域近岸海湾单因子污染超标站位数多于远岸岛屿涠洲岛。单因子超标站位分布海域及季节差异与前人研究基本相同，夏和冬两季超标率远高于前人研究^{[7-9, 25, 26]}，但涠洲岛海域仅冬季出现1个DIP超标站位，这与该岛2013年、2016年DO超标，2017年DIN和DO同时超标不同^[27]，可见近年涠洲岛海域单因子污染存在动态变化，但广西北部湾整体海域单因子超标状况趋于恶化。

3.2 有机污染评价

在4个海湾中，珍珠湾在2008年8月所有监测站位水质开始受到有机污染和轻度有机污染，珍珠湾口在2016年5月开始受到有机污染^{[9, 28]}；钦州湾有机污染程度于1990-1998年降低，1999-2010年又趋于严重，在2016年3月出现严重有机污染^{[9, 29]}；廉州湾在1996-2000年已存在不同程度有机污染，总体水质达到中度有机污染，在2016年10月出现中度有机污染^{[9, 30]}；铁山港在20世纪末还未受有机污染，而后作为广西沿海重要工业区，其水质污染程度加重，港口海域在2016年已开始受到有机污染，铁山港整体海域在2020年都已受有机污染^{[8, 31, 32]}；涠洲岛水体基本未受到有机污染，偶有报道开始受到有机污染和轻度有机污染情况^{[7, 31, 33]}。

就广西北部湾海域整体而言，在2006年和2011年夏季良好水质分别占93.4%和96.4%，重度有机污染分别占2.1%和1.2%，受污染站位在廉州湾海域，夏和冬两季重度有机污染均出现在大风江口^[34]；2015年夏和冬两季受有机污染站位分别占5.2%和6.9%，钦州湾内和大风江口在夏季开始受到有机污染，钦州湾内在冬季有轻度污染，而开始受到有机污染站位在钦州湾和廉州湾湾内^[8]；在2016年夏，受有机污染比例占全海域的34%，未出现重度有机污染，中度有机污染在防城港、廉州湾和铁山港湾内，防城港湾内、钦州湾湾内及湾口亦出现轻度有机污染，而大风江口、廉州湾和铁山港港口开始受到有机污染^[9]。

本次广西北部湾海域水体有机污染研究显示夏和冬两季水质良好站位分别占3.7%和22.7%，均位于涠洲岛海域；重度有机污染出现在夏季钦州湾湾内，占比3.7%，夏和冬两季中度有机污染分别占18.5%和13.6%，位于钦州湾和铁山港湾内，开始受到有机污染和轻度有机污染海域在钦州湾、廉州湾和铁山港均有分布。时间上，广西北部湾海域夏季有机污染程度高于冬季，且有机污染随年际变化呈恶化趋势，这与前人关于北部湾海域有机污染物浓度随历史推进增加，且将随未来经济开发继续增加的推测相一致^[35]；空间分布上，近岸海湾有机污染程度高于离岸涠洲岛海域，且广西北部湾海湾有机污染程度存在明显的由湾内向湾外降低的趋势，分析其原因主要受陆源输入、近岸养殖排放以及水体交换能力等因素影响。

3.3 综合污染评价

本研究发现广西北部湾海域未出现严重污染水域，中度污染站位在夏季钦州湾出现，占全部站位的11.1%，其中综合污染指数最高值(2.30，中度污染)位于钦州湾内6号站位，冬季水质未达到中度污染；夏季处于轻度污染水平站位占所有站位的40.7%，除涠洲岛外其他海域均有分布；冬季轻度污染站位占31.8%，主要分布于铁山港，钦州湾也有分布，其余站位均处于清洁水平。可见，综合污染程度在时间上夏季高于冬季；空间上，夏季钦州湾高于铁山港高于珍珠湾和廉州湾高于涠洲岛，冬季铁山港高于钦州湾高于珍珠湾、廉州湾和涠洲岛。这与2010年水质综合污染研究中，污染程度在夏季高于冬季，钦州湾湾内夏季水质污染较为严重的结论相一致，所不同的是前人研究中污染主要集中在河流入海口，分析差异的原因与本研究站位距河流入海口较远、2021年夏季雨季偏晚和强度较弱有关^{[21, 36]}。

北部湾近岸海域在2014年10月整体表现为轻度污染，其高污染指数区位于钦州湾，最大值达4.32，其次为铁山港，最后为防城港海域和廉州湾，其污染水域空间分布特征亦与本研究大致相同^[37]。2010年3月(春)及9月(秋)，钦州湾水质污染程度评价结果均为轻度污染，春季综合污染指数最低值为2.14，秋季为1.97，然而秋季指数最高值达7.19，凸显重度综合污染^[38]，而钦州湾湾内茅尾海在2014年夏季综合污染指数均值高于春和秋两季，为4.42，茅尾海整体处于中度污染^[39]，直至2017-2018年，茅尾海整体海域已属轻度污染水质^[40]，可见近年钦州湾综合水质污染有减缓趋势，分析其原因与近年广西近岸海域加快推进海洋生态文明建设，强化海洋生态环境监督有关^{[41, 42]}。

3.4 不同水质污染评价方法比较

由于评价选取的评价因子、方法与标准的差异^[14-16]，本研究3种水质评价结果不尽相同。研究涉及的所有海域均存在单因子污染站位，夏和冬两季受单因子污染站位分别占70%和59%，受2个或2个以上单因子污染站位分别占56%和36%；有机污染方面，仅钦州湾、廉州湾和铁山港存在有机污染，夏和冬两季受有机污染站位分别占52%和59%；综合污染方面，除涠洲岛外其他海域均存在水质综合污染，夏和冬两季受综合污染站位分别占52%和36%。但无论夏季还是冬季，3种评价方法均发现钦州湾和铁山港为水质污染高发区，且均有水质污染程度湾内高于湾外、近岸海湾高于远岸岛屿涠洲岛的特征。此外，受单因子污染站位并不一定受到有机污染或综合污染，但受有机污染或综合污染的站位必然是环境因子超标较多的站位，且单因子污染指数越高，对应有机污染和综合污染程度很可能越严重。前人相关研究中，各方法评价结果间亦存在不同，但海域总体污染程度在各方法之间基本一致，与本研究结论类似^{[6-9, 39, 40]}。可见，单因子污染评价法、有机污染评价法和综合污染评价法三者相结合，能全面反映广西北部湾海域水质污染状况。

4 结论

除COD外，pH、DIN、DIP和DO均有不同程度超标，超标因子和超标站位个数在夏季高于冬季，超标主要发生在钦州湾和铁山港，其次为廉州湾和珍珠湾，涠洲岛仅在冬季有1个站位的DIP略微超标。广西北部湾海域近岸海湾单因子污染超标站位数多于远岸岛屿涠洲岛，主要污染物为DIN和DIP。

有机污染指数显示夏和冬两季水质良好站位分别占3.7%和22.7%，均位于涠洲岛海域；重度污染出现在夏季钦州湾湾内，占比3.7%；夏和冬两季中度污染在钦州湾和铁山港湾内，占比分别为18.5%和13.6%；开始受到污染和轻度污染海域在钦州湾、廉州湾和铁山港均有分布。广西北部湾海域有机污染程度在夏季高于冬季，存在明显由湾内向湾外降低的现象，且水质呈逐年恶化趋势。

水质综合污染指数显示未发现严重污染水域，仅钦州湾在夏季出现中度污染，夏和冬两季轻度污染占比分别40.7%和31.8%；夏季除涠洲岛外其他海域均受到一定程度的污染，冬季仅钦州湾和铁山港受到污染。综合污染程度在夏季高于冬季，在湾内高于湾外；涠洲岛水质清洁，钦州湾湾内水质污染尤为严重，后者水质虽在近年污染程度有所减缓，但应继续加强海域生态环境监管及治理。