徐姍楠，陳作志，林　琳，徐嬌嬌，李純厚

中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州　510300

大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

徐姍楠，陳作志，林琳，徐嬌嬌，李純厚*

中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州510300

摘要:基于近海生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型，以2011—2012年間海洋生態(tài)環(huán)境調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)大亞灣石化排污海域的生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：豐水期(2011年8月)，大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)為0.808，健康狀態(tài)為“好”，空間分布為近岸海域健康狀況好于遠(yuǎn)岸海域，其中底棲生物多樣性綜合指數(shù)是影響該海域生態(tài)系統(tǒng)健康的主要負(fù)面因子?？菟?2012年1月)，石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)為0.767，健康狀態(tài)為“一般”，遠(yuǎn)岸海域健康狀況好于近岸海域，浮游植物多樣性綜合指數(shù)和底棲生物多樣性綜合指數(shù)是影響該海域生態(tài)系統(tǒng)健康的主要負(fù)面因子。與2006—2007年相比，大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況正向“一般”狀態(tài)退化。

關(guān)鍵詞：海灣生態(tài)系統(tǒng)；健康評(píng)價(jià)；指標(biāo)體系；石化排污海域；大亞灣

海灣是陸、海相互作用以及人類(lèi)干擾活動(dòng)的強(qiáng)烈承受區(qū)域，是環(huán)境變化的敏感帶和生態(tài)系統(tǒng)的脆弱帶[1]。全球約41%的海域尤其是河口、海灣已經(jīng)受到人類(lèi)活動(dòng)的嚴(yán)重干擾[2]。海灣生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)重惡化目前已成為世界海岸帶面臨的重要災(zāi)害，對(duì)海岸地區(qū)的環(huán)境與生態(tài)亦帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。海灣生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)與恢復(fù)正受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注，并成為海洋生態(tài)學(xué)及海洋管理研究的熱點(diǎn)問(wèn)題之一[3]。

大亞灣是受高強(qiáng)度人類(lèi)活動(dòng)影響的典型海灣，也是我國(guó)亞熱帶海洋生物種質(zhì)資源庫(kù)和華南沿海重要的漁業(yè)水域[4- 6]。20世紀(jì)80年代后期，大亞灣進(jìn)入了經(jīng)濟(jì)發(fā)展的開(kāi)發(fā)期，人類(lèi)活動(dòng)變得異常頻繁，特別是90年代以來(lái)的核電工業(yè)建設(shè)以及近年來(lái)以中海殼牌石化項(xiàng)目為龍頭的大亞灣石化工業(yè)區(qū)建設(shè)等。中海殼牌石油化工有限公司于2000年在廣東省惠州市大亞灣經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)建設(shè)并運(yùn)營(yíng)其石化聯(lián)合工廠(chǎng)，石化區(qū)污水實(shí)行管道深海排放，排污口距離惠東國(guó)家海龜自然保護(hù)區(qū)約6 km，排污管道在2006年中海殼牌投產(chǎn)前已建成，一直使用至今，排海石化污水的污染物主要有：COD、石油類(lèi)、重金屬、硫化物、氨氮等[7]。整個(gè)石化區(qū)廢水實(shí)際排海量約為920×104m3/a。隨著中海油二期等項(xiàng)目的建成投產(chǎn)，可以預(yù)見(jiàn)其巨大的排污量必將對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)造成巨大壓力，嚴(yán)重影響生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。因此，對(duì)石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行健康評(píng)價(jià)，具有十分重要的意義。以2011—2012年海洋生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建了符合石化排污自身特征的指標(biāo)體系，并利用生態(tài)系統(tǒng)健康模型對(duì)大亞灣石化排污海域進(jìn)行初步定量評(píng)價(jià)，以期真實(shí)、客觀(guān)的反映該海域生態(tài)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及變化趨勢(shì)，從而為我國(guó)石化排污海域的科學(xué)管理提供理論依據(jù)。

圖1　大亞灣石化排污區(qū)海域生態(tài)環(huán)境調(diào)查站位示意[8]　Fig.1　Ecological environment survey stations of the petrochemical sewage waters in Daya Bay[8]

1材料與方法

1.1站位與樣品采集

2011年8月(豐水期)和2012年1月(枯水期)分別對(duì)大亞灣石化排污區(qū)海域進(jìn)行了2個(gè)航次的生態(tài)調(diào)查，站位的布設(shè)見(jiàn)圖1。調(diào)查海域布設(shè)12個(gè)站位，其中S9位于排污口中心區(qū)，S1—S4、S5—S8是以排污口為中心，分別以2000、1000 m為半徑，與東南西北4個(gè)方位的交點(diǎn)，其中半徑1000 m是根據(jù)排污點(diǎn)和非自然保護(hù)區(qū)的相關(guān)位置確定。兩個(gè)航次調(diào)查均采集12個(gè)站位的表、底層水樣、浮游植物和浮游動(dòng)物樣品，2011年8月采集S1、S3、S4、S8—S12站位海底表層沉積物樣品、底棲生物和游泳生物樣品，2012年1月采集S1—S4、S9—S12站位海底表層沉積物樣品、底棲生物和游泳生物樣品。其中，底棲生物生物量和多樣性是由大型底棲生物構(gòu)成。歷史數(shù)據(jù)來(lái)源中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所于2006年12月、2007年12月、2010年7月、2011年1月在大亞灣石化排污海域的調(diào)查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[8]。樣品的采集、運(yùn)輸、保存和分析均參照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB 17378—2007)和《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763—2007)所規(guī)定的方法進(jìn)行。

1.2評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

根據(jù)石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，參考Xu等[9- 10]建立的近海生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型，構(gòu)建石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。該體系主要從理化環(huán)境、生物群落結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)功能3大類(lèi)26個(gè)指標(biāo)構(gòu)成，分為5個(gè)層次，其中A層為目標(biāo)層，B層為準(zhǔn)則層，C—E為指標(biāo)層(表1)。

D2有機(jī)污染指數(shù)反映水體受有機(jī)污染物污染的程度[11- 12]:

表1　大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重系數(shù)

E1—E7、E8—E14、E15—E21分別代表重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg、As

D3營(yíng)養(yǎng)水平指數(shù)反映水體的營(yíng)養(yǎng)水平[12]:

式中,E為營(yíng)養(yǎng)水平指數(shù)；CCOD(mg/L)、CIN(μg/L)、CIP(μg/L)分別為化學(xué)耗氧量、溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽的實(shí)際測(cè)量值。

生物多樣性綜合指數(shù)Dv反映生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和穩(wěn)定性[13]:

Dv=H′×J

式中,H′為Shannon-Weaver多樣性指數(shù)，J為均勻度，S為種類(lèi)總數(shù)，Pi為第i種的個(gè)體數(shù)量(ni)與總個(gè)體數(shù)(N)的比值。對(duì)于底棲生物和游泳生物來(lái)說(shuō)，因每個(gè)種的個(gè)體相差可能很大，故用生物量(W)來(lái)代替?zhèn)€體數(shù)[14]：

漁獲物營(yíng)養(yǎng)級(jí)TLC表征海洋食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化特征[15]:

式中，∑Ci=Ct，Ct為總漁獲量，而Ci是i種類(lèi)的漁獲量，TLi為i種魚(yú)類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)級(jí)。

1.3管理目標(biāo)的確定

通過(guò)管理目標(biāo)，將海灣生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)與生態(tài)系統(tǒng)管理的實(shí)際緊密結(jié)合起來(lái)，使健康評(píng)價(jià)的結(jié)果更貼近生態(tài)系統(tǒng)管理的實(shí)際需要[16]。根據(jù)整體性、科學(xué)性、簡(jiǎn)明性和可操作性原則，確定大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中每一個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)因子的管理目標(biāo)(表2)。管理目標(biāo)的參照標(biāo)準(zhǔn)值用Sij來(lái)表示，即為第i個(gè)指標(biāo)在j點(diǎn)位的參照標(biāo)準(zhǔn)。其中，有機(jī)污染指數(shù)和營(yíng)養(yǎng)水平指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)的確定參考賈曉平等[11- 12]的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的確定依據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)第一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，沉積物指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的確定依據(jù)《海洋沉積物質(zhì)量》(GB 18668—2002)第一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，餌料生物和初級(jí)生產(chǎn)力指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的確定參考賈曉平等[12, 17]、陳清潮等[13]的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

1.4生態(tài)系統(tǒng)健康分指數(shù)計(jì)算

通過(guò)將生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)與參比值(或背景值)相比較，健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的指標(biāo)層(D層)中各單指標(biāo)分值通過(guò)下述公式計(jì)算：

(1)正向指標(biāo)，即指標(biāo)的生態(tài)效應(yīng)隨著數(shù)值升高而升高，包括浮游植物多樣性綜合指數(shù)、浮游動(dòng)物生物量及其多樣性綜合指數(shù)、底棲生物生物量及其多樣性綜合指數(shù)、初級(jí)生產(chǎn)力。

(2)逆向指標(biāo)，即指標(biāo)的生態(tài)效應(yīng)隨著數(shù)值的升高而降低，包括有機(jī)污染指數(shù)、營(yíng)養(yǎng)水平指數(shù)、BOD5、硫化物、石油烴、水體重金屬、沉積物有機(jī)碳、沉積物硫化物、沉積物石油烴、沉積物重金屬。

(3)其他指標(biāo)，即超過(guò)一定范圍，指標(biāo)的生態(tài)效應(yīng)均降低，包括pH和浮游植物生物量。

式中，EHIij為第i個(gè)指標(biāo)在j點(diǎn)位的生態(tài)系統(tǒng)健康分指數(shù)，Xij為第i個(gè)指標(biāo)在j點(diǎn)位的實(shí)測(cè)值，Sij為第i個(gè)指標(biāo)在j點(diǎn)位的參照標(biāo)準(zhǔn)。

1.5評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定

通過(guò)專(zhuān)家對(duì)選取的指標(biāo)進(jìn)行判斷，明確各層評(píng)價(jià)因子的相對(duì)重要性及其標(biāo)度，然后利用層次分析法構(gòu)造兩兩比較矩陣，再通過(guò)Matlab7.0計(jì)算確定各個(gè)層次評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值，并通過(guò)一致性檢驗(yàn)(C.R.<0.1)。各因子相對(duì)于上層的權(quán)重如表1所示。將各指標(biāo)因子相對(duì)于上一層的權(quán)重進(jìn)行乘積計(jì)算即可得到各指標(biāo)因子相對(duì)于A層的權(quán)重wi(表2)。

1.6生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)綜合指數(shù)的計(jì)算

式中，EHCI為大亞灣石化排污區(qū)海域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)；EHCIj為j點(diǎn)位的生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)；EHIij為第i個(gè)指標(biāo)在j點(diǎn)位的生態(tài)系統(tǒng)健康分指數(shù)；wi為第i個(gè)指標(biāo)通過(guò)層次分析法獲得的相對(duì)A層的權(quán)重。

表2　大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)管理目標(biāo)及其權(quán)重

由于采樣點(diǎn)水深較淺，表、底層海水指標(biāo)的權(quán)重取相同值

計(jì)算得到的生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)和分指數(shù)，都位于[0，1]區(qū)間內(nèi)。指數(shù)值為1說(shuō)明已達(dá)到或優(yōu)于管理目標(biāo)，越接近1，表示越接近管理目標(biāo)，越接近0，表示距離管理目標(biāo)越遠(yuǎn)。根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)的數(shù)值大小，參考李純厚等[3]構(gòu)建的海灣生態(tài)系統(tǒng)健康水平分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)劃分為6個(gè)等級(jí)(表3)。

表3　大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康水平分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2結(jié)果與討論

2.1大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況

根據(jù)2011年8月(豐水期)和2012年1月(枯水期)在大亞灣石化排污海域進(jìn)行生態(tài)調(diào)查數(shù)據(jù)(表4)，應(yīng)用上述方法計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)健康分指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)。

表4　2011—2012年大亞灣石化排污海域生態(tài)環(huán)境狀況

表中序號(hào)1—13為表層海水指標(biāo)，14—26為底層海水指標(biāo)

豐水期，大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)為0.808，健康狀態(tài)為“好”。調(diào)查的12個(gè)站位中，有5個(gè)站位的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為“一般”，其他7個(gè)站位的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況為“好”。根據(jù)該海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的空間分布(圖2)可知，近岸海域健康狀況要好于遠(yuǎn)岸海域。若健康分指數(shù)平均值低于0.4，則它對(duì)應(yīng)的健康等級(jí)將低于“臨界”水平，會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的健康造成直接的負(fù)面影響，因此將健康分指數(shù)平均值低于0.4的指標(biāo)，確定為影響生態(tài)系統(tǒng)健康的主要負(fù)面因子。因此，豐水期，影響大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康的主要負(fù)面因子是底棲生物多樣性綜合指數(shù)(D24)，其生態(tài)系統(tǒng)健康分指數(shù)為0.313。此外，底層海水重金屬Zn(E10)、浮游動(dòng)物生物量D21和表層海水重金屬Zn(E3)也對(duì)該海域生態(tài)系統(tǒng)健康存在負(fù)面影響，其對(duì)應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)健康分指數(shù)分別為0.447、0.517和0.558，健康狀態(tài)處于“臨界狀態(tài)”。

表5　大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)各指標(biāo)的健康分指數(shù)

表中序號(hào)1—13為表層海水指標(biāo)，14—26為底層海水指標(biāo)

枯水期，大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)為0.767，健康狀態(tài)為“一般”。12個(gè)調(diào)查站位中有8個(gè)測(cè)站的生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)為“一般”，其他4個(gè)站的生態(tài)系統(tǒng)健康狀態(tài)為“好”。該海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的空間分布如圖3所示，遠(yuǎn)岸海域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況優(yōu)于近岸海域，其中西部和西北部海域健康狀況較好，東南部海域健康狀況較差?？菟?，影響大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康的主要負(fù)面因子是浮游植物多樣性綜合指數(shù)(D20)與和底棲生物多樣性綜合指數(shù)(D24)，其生態(tài)系統(tǒng)健康分指數(shù)分別為0.356和0.392，均屬“較差”等級(jí)。而浮游動(dòng)物多樣性綜合指數(shù)(D22)、表層海水pH(D1)及初級(jí)生產(chǎn)力(C4)屬于“臨界”狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)健康分指數(shù)分別為0.467、0.505和0.598。

石化排污管道的排污是影響調(diào)查海域海水水質(zhì)的主要污染源[8]。污水由擴(kuò)散器噴出后，由湍流和剪流引起的被動(dòng)擴(kuò)散和海流輸移是形成污染物時(shí)空分布的決定因素，而與初始排放條件無(wú)關(guān)[18]。豐水期降雨量大，有利于污染物的輸移與擴(kuò)散，因此，近岸海域健康狀況好于遠(yuǎn)岸海域(圖2)。水環(huán)境的變化必然會(huì)導(dǎo)致生物群落的變化，豐水期強(qiáng)烈的降雨對(duì)底棲動(dòng)物的群落多樣性影響較大。小鱗簾蛤(Veremolpamicra)和粗帝汶蛤(Timocleascabra)是評(píng)價(jià)海域的優(yōu)勢(shì)種，豐水期間水溫的升高促進(jìn)了這兩個(gè)物種的生長(zhǎng)，使其數(shù)量大幅上升，優(yōu)勢(shì)地位迅速提升，從而導(dǎo)致評(píng)價(jià)海域的多樣性水平大大降低[19- 20]?？菟诮涤炅可伲由洗髞啚呈前敕忾]的海灣，海水交換能力差，不利于污染物的輸移與擴(kuò)散，阻斷了枯水期的上下水層的交換運(yùn)輸通道，使得萎軟幾內(nèi)亞藻(Guinardiaflaccida)和柔弱擬菱形藻(Pseudo-nitzschiadelicatissma)等優(yōu)勢(shì)度進(jìn)一步增加，降低了浮游植物的生物多樣性，從而影響了生態(tài)系統(tǒng)的健康[21- 22]。同時(shí)，在冬季順時(shí)針歐拉余流的作用下[18]，排污口污水向東南輸移，故東南部海域健康狀況較差，而西部海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較好(圖3)。

圖2　豐水期大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)空間分布Fig.2　The spatial distribution for ecosystem health comprehensive index (EHCI) of the petrochemical sewage waters of Daya Bay in flood season

圖3　枯水期大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)空間分布Fig.3　The spatial distribution for ecosystem health comprehensive index (EHCI) of the petrochemical sewage waters of Daya Bay in dry season

2.2大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的變化趨勢(shì)

圖4　大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)變化趨勢(shì)　Fig.4　Status of ecosystem health of the petrochemical sewage waters in Daya Bay

根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果(圖4)，大亞灣石化排污管道運(yùn)營(yíng)初期(2006年12月)，該海域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)(EHCI)為0.948，健康狀態(tài)為“好”，至2012年1月健康狀態(tài)為“一般”，大亞灣石化排污海域的生態(tài)系統(tǒng)綜合健康指數(shù)總體上為遞降趨勢(shì)，表明其生態(tài)系統(tǒng)健康狀況整體呈下降趨勢(shì)，影響其生態(tài)系統(tǒng)健康的主要負(fù)面因子是底棲生物多樣性綜合指數(shù)和浮游植物多樣性綜合指數(shù)。

生物多樣性特征對(duì)于維持生態(tài)系統(tǒng)健康至關(guān)重要，它是生態(tài)系統(tǒng)抗干擾能力、恢復(fù)能力及適應(yīng)環(huán)境變化能力的物質(zhì)基礎(chǔ)[23- 24]。由于大亞灣是一個(gè)半封閉的大型海灣，與外海的水交換較弱，石化排放的污染物更容易對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成了強(qiáng)烈的沖擊。從石化排放的主要特征污染物來(lái)看，石油類(lèi)、硫化物等均可通過(guò)影響光合作用效率、參與DMS的產(chǎn)生和循環(huán)的過(guò)程等對(duì)浮游植物生長(zhǎng)、分布和群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接效應(yīng)[25]，尤其是在石化排污集中區(qū)域會(huì)出現(xiàn)浮游植物多樣性降低，群落趨向小型化[26]。此外，COD，石油類(lèi)、重金屬、硫化物等污染物對(duì)底棲動(dòng)物的生物多樣性也有明顯的影響[27- 29]。Schlacher等[30]研究表明，原油泄漏對(duì)澳大利亞昆士蘭東南部海域底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了嚴(yán)重的負(fù)面影響。申寶忠等[31]發(fā)現(xiàn)黃河三角洲地區(qū)的CODCr、NH3-N、石油類(lèi)和揮發(fā)酚等污染物造成底棲動(dòng)物多樣性降低和個(gè)體密度減少。從大亞灣石化污水輸入大亞灣黃毛山—三角洲海域的年通量變化來(lái)看，2007年廢水排放量為583.6萬(wàn)t/a，2011年輸入調(diào)查海域的廢水量已達(dá)1007.4萬(wàn)t/a，占大亞灣區(qū)廢水總量的58.44%，而石化廢水中含有大量的油類(lèi)、COD、氨氮、重金屬鹽類(lèi)，還有一些石化工業(yè)產(chǎn)生大量含酸廢水，加上全球酸化的影響，導(dǎo)致2011—2012年的監(jiān)測(cè)結(jié)果，與2006—2007年排污管道運(yùn)營(yíng)初期相比，海水pH呈現(xiàn)明顯降低趨勢(shì)，DIN、Cd以及水體和沉積物中石油烴含量均呈升高趨勢(shì)[7]，因而對(duì)浮游植物和底棲生物多樣性的脅迫也逐年增加，從而影響了該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)。本文健康評(píng)價(jià)也證實(shí)了與2006—2007年相比，大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況正向“一般”狀態(tài)退化。

3結(jié)論

(1)構(gòu)建了大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)模型。該模型由理化環(huán)境、生物群落結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)功能等3大類(lèi)26個(gè)指標(biāo)構(gòu)成，并首次將游泳生物指標(biāo)包括在內(nèi)，完全涵蓋了該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的功能組份，其評(píng)價(jià)結(jié)果較以往評(píng)價(jià)更加全面與準(zhǔn)確。

(2)通過(guò)綜合健康指數(shù)法評(píng)估并客觀(guān)反映了大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況及變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，2011—2012年，大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康綜合指數(shù)，整體表現(xiàn)為豐水期(0.808)高于枯水期(0.767)，底棲生物和浮游植物多樣性綜合指數(shù)是影響該海域生態(tài)系統(tǒng)健康的主要負(fù)面因子。

(3)通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，從2006年石化排污管道運(yùn)營(yíng)至今，大亞灣石化排污海域的生態(tài)系統(tǒng)綜合健康指數(shù)總體上為遞降趨勢(shì)，表明其生態(tài)系統(tǒng)健康狀況整體呈下降趨勢(shì)。

(4)海洋生態(tài)系統(tǒng)健康是一個(gè)理論性與實(shí)踐性相結(jié)合的復(fù)雜概念，目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的研究尚不多見(jiàn)。因此，在今后的健康評(píng)價(jià)研究中，應(yīng)該進(jìn)一步完善生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確保指標(biāo)體系的全面性和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的客觀(guān)性，并開(kāi)展長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)。

參考文獻(xiàn)(References):

[1]焦念志. 海灣生態(tài)過(guò)程與持續(xù)發(fā)展. 北京: 科學(xué)出版社, 2001.

[2]Halpern B S, Walbridge S, Selkoe K A, Kappel C V, Micheli F, D′Agrosa C, Bruno J F, Casey K S, Ebert C, Fox H E, Fujita R, Heinemann D, Lenihan H S, Madin E M, Perry M T, Selig E R, Spalding M, Steneck R, Watson R. A global map of human impact on marine ecosystems. Science, 2008, 319(5865): 948- 952.

[3]李純厚, 林琳, 徐姍楠, 戴明, 黃洪輝, 杜飛雁, 劉永, 齊占會(huì). 海灣生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)方法構(gòu)建及在大亞灣的應(yīng)用. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2013, 33(6): 1798- 1810.

[4]陳丕茂, 袁華榮, 賈曉平, 秦傳新, 蔡文貴, 余景, 舒黎明, 黎小國(guó), 周艷波. 大亞灣楊梅坑人工魚(yú)礁區(qū)漁業(yè)資源變動(dòng)初步研究. 南方水產(chǎn)科學(xué), 2013, 9(5): 100- 108.

[5]廖秀麗, 陳丕茂, 馬勝偉, 陳海剛. 大亞灣楊梅坑海域投礁前后浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系. 南方水產(chǎn)科學(xué), 2013, 9(5): 109- 119.

[6]Wu M L, Wang Y S, Sun C C, Wang H L, Dong J D, Yin J P, Han S H. Identification of coastal water quality by statistical analysis methods in Daya Bay, South China Sea. Marine Pollution Bulletin, 2010, 60(6): 852- 860.

[7]徐姍楠, 李純厚, 徐嬌嬌, 肖雅元, 林琳, 黃小平. 大亞灣石化排污海域重金屬污染及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 環(huán)境科學(xué), 2014, 35(6): 2075- 2084.

[8]徐嬌嬌, 徐姍楠, 李純厚, 劉永, 林琳. 大亞灣石化排污區(qū)海域冬季生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià). 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 32(7): 1456- 1466.

[9]Xu F L, Lam K C, Zhao Z Y, Zhan W, David C Y, Tao S. Marine coastal ecosystem health assessment: a case study of the Tolo Harbour, Hong Kong, China. Ecological Modelling, 2004, 173(4): 355- 370.

[10]Xu F L, Tao S, Dawson R W, Li P G, Cao J. Lake ecosystem health assessment: indicators and methods. Water Research, 2001, 35(13): 3157- 3167.

[11]賈曉平, 林欽, 甘居利, 蔡文貴, 李純厚, 王小平, 王增煥, 賈颋. 紅海灣水產(chǎn)養(yǎng)殖示范區(qū)水質(zhì)綜合評(píng)價(jià). 湛江海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 22(4): 37- 43.

[12]賈曉平, 杜飛雁, 林欽, 李純厚, 蔡文貴. 海洋漁場(chǎng)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況綜合評(píng)價(jià)方法探討. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué), 2003, 10(2): 160- 164.

[13]陳清潮, 黃良民, 尹建強(qiáng), 張谷賢. 南沙群島海區(qū)浮游動(dòng)物多樣性研究 // 中國(guó)科學(xué)院南沙綜合科學(xué)考察隊(duì). 南沙群島及其鄰近海區(qū)海洋生物多樣性研究Ⅰ. 北京: 海洋出版社, 1994: 42- 50.

[14]Wilhm J L. Use of biomass units in Shannon′s formula. Ecology, 1968, 49(1): 153- 156.

[15]陳作志, 邱永松, 賈曉平. 基于生態(tài)通道模型的北部灣漁業(yè)管理策略的評(píng)價(jià). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 27(6): 2334- 2341.

[16]Zhang J J, Gurkan Z, J?rgensen S E. Application of eco-exergy for assessment of ecosystem health and development of structurally dynamic models. Ecological Modelling, 2010, 221(4): 693- 702.

[17]賈曉平, 李純厚, 甘居利, 林欽, 蔡文貴, 王增煥. 南海北部海域漁業(yè)生態(tài)環(huán)境健康狀況診斷與質(zhì)量評(píng)價(jià). 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué), 2005, 12(6): 757- 765.

[18]吳玲玲, 易斌, 林端, 許戰(zhàn)洲, 蘭圣迎. 大亞灣生態(tài)監(jiān)控區(qū)生態(tài)環(huán)境問(wèn)題及管理對(duì)策研究. 海洋開(kāi)發(fā)與管理, 2009, 26(1): 14- 20.

[19]杜飛雁, 王雪輝, 李純厚, 張漢華, 賈曉平. 大亞灣大型底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu). 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009, 29(3): 1091- 1098.

[20]杜飛雁, 王雪輝, 李純厚, 張漢華, 賈曉平. 大亞灣大型底棲動(dòng)物物種多樣性現(xiàn)狀. 南方水產(chǎn), 2008, 4(6): 33- 41.

[21]孫翠慈, 王友紹, 孫松, 張鳳琴. 大亞灣浮游植物群落特征. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 26(12): 3948- 3958.

[22]王雨, 林茂, 林更銘, 王春光, 項(xiàng)鵬. 大亞灣生態(tài)監(jiān)控區(qū)的浮游植物年際變化. 海洋科學(xué), 2012, 36(4): 86- 94.

[23]Naeem S, Thompson L J, Lawler S P, Lawton J H, Woodfin R M. Declining biodiversity can alter the performance of ecosystems. Nature, 1994, 368(6473): 734- 737.

[24]Loreau M, Naeem S, Inchausti P, Bengtsson J, Grime J P, Hector A, Hooper D U, Huston M A, Raffaelli D, Schmid B, Tilman D, Wardle D A. Biodiversity and ecosystem functioning: current knowledge and future challenges. Science, 2001, 294(5543): 804- 808.

[25]沈南南, 李純厚, 王曉偉. 石油污染對(duì)海洋浮游生物的影響. 生物技術(shù)通報(bào), 2006, (增刊): 95- 99.

[26]黃逸君, 江志兵, 曾江寧, 陳全震. 石油烴污染對(duì)海洋浮游植物群落的短期毒性效應(yīng). 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2010, 34(9): 1095- 1106.

[27]王增煥, 林欽, 李劉冬, 王許諾. 不同海域鮑體鎘分布特征與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià). 南方水產(chǎn)科學(xué), 2013, 9(1): 22- 27.

[28]林欽, 石鳳瓊, 柯常亮, 孫閏霞, 于紫玲. 水產(chǎn)品中鄰苯二甲酸酯殘留與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究進(jìn)展. 南方水產(chǎn)科學(xué), 2014, 10(1): 92- 99.

[29]孫閏霞, 林欽, 柯常亮, 盧騰騰. 海洋生物體多環(huán)芳烴污染殘留及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究. 南方水產(chǎn)科學(xué), 2012, 8(3): 71- 78.

[30]Schlacher T A, Holzheimer A, Stevens T, Rissik D. Impacts of the ‘PacificAdventurer’ oil spill on the macrobenthos of subtropical sandy beaches. Estuaries and Coasts, 2011, 34(5): 937- 949.

[31]申保忠, 田家怡. 黃河三角洲水質(zhì)污染對(duì)淡水底棲動(dòng)物多樣性的影響. 濱州學(xué)院學(xué)報(bào), 2005, 21(6): 43- 46.

Ecosystem health assessment of the petrochemical sewage waters in Daya Bay

XU Shannan,CHEN Zuozhi, LIN Lin, XU Jiaojiao, LI Chunhou*

KeyLaboratoryofSouthChinaSeaFisheryResourcesExploitation&Utilization,MinistryofAgriculture,KeyLaboratoryofFisheryEcologyandEnvironment,GuangdongProvince,SouthChinaSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Guangzhou510300,China

Abstract：Using the model of health assessment of a marine coastal ecosystem, we assessed the petrochemical sewage waters in Daya Bay using the ecological survey data of 2011 and 2012. The results showed that the ecosystem health comprehensive index (EHCI) of the petrochemical sewage waters of Daya Bay during the flood season (August 2011) was 0.808, suggesting that the ecosystem health was at a “good” level. Spatial distribution of EHCIs of inshore waters was higher than that of offshore waters, and the comprehensive biodiversity index of benthos was found to be the primary factor that negatively affected ecosystem health. The EHCI of the petrochemical sewage waters in the dry season (January 2012) was 0.767, suggesting that ecosystem health was at a “moderate” level. Spatial distribution of EHCIs of offshore waters was higher than that of inshore waters, and the comprehensive biodiversity indices of phytoplankton and benthos were found to be the primary factors that negatively affected ecosystem health. Compared to 2006 and 2007, health status of the petrochemical sewage waters in Daya Bay was deteriorating and changed from “good” to “moderate”.

Key Words:bay ecosystem; health assessment; indicator system; petrochemical sewage waters; Daya Bay

基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2015CB452904); 公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專(zhuān)項(xiàng)(201403008); 國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31100362); 廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014J2200020)

收稿日期:2014- 07- 04;

修訂日期:2015- 03- 18

DOI:10.5846/stxb201407041379

*通訊作者Corresponding author.E-mail: scslch@vip.163.com

徐姍楠，陳作志，林琳，徐嬌嬌，李純厚.大亞灣石化排污海域生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià).生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(5):1421- 1430.

Xu S N,Chen Z Z, Lin L, Xu J J, Li C H.Ecosystem health assessment of the petrochemical sewage waters in Daya Bay.Acta Ecologica Sinica,2016,36(5):1421- 1430.