楊俊麗，李希磊，吳 雪，崔龍波

(煙臺大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺 264005)

煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水環(huán)境質(zhì)量研究與評價

楊俊麗，李希磊，吳 雪，崔龍波*

(煙臺大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺 264005)

根據(jù)2016年4—11月對煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了四十里灣海域海水基本理化指標(biāo)及月變化趨勢，并采用有機(jī)污染評價指數(shù)法(A)、營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(E)、海水營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法(NQI)以及內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量綜合評價指數(shù)法對其水環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行了綜合評價。結(jié)果表明：四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水溫度、pH和鹽度的變化范圍分別是10.06～20.00℃、7.85～8.25和29.61～30.31，均適合扇貝養(yǎng)殖；溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)以及硫化物均符合海水水質(zhì)一、二類標(biāo)準(zhǔn)，活性磷(DIP)在10月個別養(yǎng)殖區(qū)超出海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)，總無機(jī)氮(DIN)在4月和10月個別養(yǎng)殖區(qū)同樣超出海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)；5—7月環(huán)境質(zhì)量良好，其他月份出現(xiàn)了不同程度的有機(jī)污染以及富營養(yǎng)化現(xiàn)象?？傮w而言，煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水環(huán)境質(zhì)量符合扇貝養(yǎng)殖I類區(qū)或II類區(qū)的要求，但應(yīng)注意對養(yǎng)殖區(qū)的保護(hù)，特別是控制陸源污染物的輸入。

四十里灣；養(yǎng)殖區(qū)；營養(yǎng)鹽；環(huán)境質(zhì)量評價

四十里灣位于煙臺市萊山區(qū)北部海域，面積約8 700 hm2，適合淺海養(yǎng)殖的面積約5 300 hm2，是我國北方重要的養(yǎng)殖海區(qū)之一，也是煙臺的重要水產(chǎn)養(yǎng)殖場所[1]。但由于四十里灣為半封閉型海域，水體交換能力較差，受沿岸陸源污染的影響較大，其中受工業(yè)廢水、生活污水和耕地、森林等農(nóng)業(yè)排水中總氮(TN)、總堿(TP)的影響更為強(qiáng)烈[2]，所以該海域環(huán)境的富營養(yǎng)化程度比較嚴(yán)重，赤潮頻繁發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)四十里灣在1998—2010年間，除2000、2003和2006年外，每年都有赤潮發(fā)生，尤其是在扇貝養(yǎng)殖區(qū)[3-4]，所以對該海域特別是扇貝養(yǎng)殖區(qū)水環(huán)境的綜合研究具有重要的意義。近幾年來，有關(guān)四十里灣水環(huán)境的研究較多，如邢紅艷等[5]于2003—2010年5—10月對該海域富營養(yǎng)化狀況和影響變化因素進(jìn)行了簡要分析；李斌等[6]于2006—2010年5、8和10月探討了該海域不同季節(jié)的營養(yǎng)狀況與浮游植物數(shù)量和多樣性的關(guān)系等。但這些研究主要注重對該海域水環(huán)境營養(yǎng)化狀況的年際變化，對該海域扇貝養(yǎng)殖區(qū)的研究極少。本文通過2016年4—11月對該海域3個養(yǎng)殖區(qū)的8次調(diào)查研究，檢測了水溫、pH、鹽度、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、硫化物、活性磷(DIP)、TP、無機(jī)氮(DIN)(NH3-N、NO2-N和NO3-N)以及TN，并采用有機(jī)污染評價指數(shù)(A)、營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(E)、海水營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法(NQI)以及內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量綜合評價指數(shù)法對其水環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行了綜合評價，旨在為扇貝健康養(yǎng)殖以及環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 采樣站位設(shè)置

根據(jù)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)的分布狀況，選取了3個海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)，分別命名為M1、M2和M3，具體位置見圖1，每個養(yǎng)殖區(qū)設(shè)置4個平行采樣點(diǎn)，最后取其平均值，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1.2 樣品的采集與檢測

于2016年4—11月每月中旬在上述站位水域采集海水樣品，采用美國奧立龍便攜式水質(zhì)分析儀(520M-01A)實(shí)時監(jiān)測海水水溫、鹽度、pH和DO，硫化物使用德國默克Spectroquant NOVA-60光電比色計(jì)測定。營養(yǎng)鹽水樣經(jīng)冷藏暫存后，帶回實(shí)驗(yàn)室參照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[7]指定方法進(jìn)行檢測，其中COD采用堿性高錳酸鉀法測定；NO2-N采用萘-乙二胺分光光度法測定；NO3-N采用鎘-柱還原法測定；NH3-N采用靛酚藍(lán)分光光度法測定；DIP采用磷鉬藍(lán)分光光度法測定；TN和TP采用過硫酸鉀氧化法測定。

1.3 水質(zhì)評價

1.3.1 有機(jī)污染評價

采用有機(jī)污染指數(shù)法(A)[8]對四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)的水環(huán)境進(jìn)行評價，公式如下：

A=COD/COD0+DIN/DIN0+DIP/DIP0-DO/DO0

(1)

式中：COD、DIN、DIP、DO分別為水體中COD、DIN、DIP、DO的實(shí)測濃度(mg/L)，COD0、DIN0、DIP0、DO0分別為水體中上述各項(xiàng)指標(biāo)的海水水質(zhì)一類標(biāo)準(zhǔn)[9]，其值分別為2.0、0.2、0.015、6.0 mg/L。有機(jī)污染評價分級見表1。

表1 有機(jī)污染評價分級Tab.1 Classification of organic pollution

1.3.2 海水富營養(yǎng)化評價

采用營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(E)[6]和海水營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法(NQI)[6]兩種評價方法對調(diào)查區(qū)域的水體狀況進(jìn)行評價。

E指數(shù)法的評價公式為：

(2)

式中：COD、DIN和DIP分別為水體中COD、DIN和DIP的實(shí)測濃度(mg/L)，若E>1，則水體呈富營養(yǎng)化狀態(tài)，E值越大，水體富營養(yǎng)化程度越嚴(yán)重。

NQI指數(shù)法的評價公式為：

NQI=COD/COD0+TN/TN0+TP/TP0(3)

式中：COD、TN和TP分別為水體中COD、TN和TP的實(shí)測濃度(mg/L)，COD0、TN0和TP0分別為水體中上述各項(xiàng)指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)，其值分別為3.0、0.6和0.003 mg/L。根據(jù)NQI的值將海域分為三級，NQI>3為富營養(yǎng)水平，NQI介于2～3為中營養(yǎng)水平，NQI<2為貧營養(yǎng)水平[6]。

1.3.3 海水質(zhì)量綜合評價

采用單因子污染指數(shù)法和內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量綜合評價指數(shù)法，擴(kuò)展為扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水質(zhì)量指數(shù)評價法[10]對海水質(zhì)量進(jìn)行評價。

海水質(zhì)量綜合評價公式為：

(4)

式中，P為內(nèi)梅羅綜合指數(shù)；Pmax為參數(shù)中最大的污染指數(shù)；Pi為某污染因子的污染指數(shù)，即單因子污染指數(shù)；Ci為某污染因子的實(shí)測濃度；Ci0為某污染因子的海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)。海水質(zhì)量綜合評價分級標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 海水質(zhì)量綜合評價分級標(biāo)準(zhǔn)[11]Tab.2 The grading standard of seawater quality

2 結(jié)果與討論

2.1 扇貝養(yǎng)殖區(qū)水環(huán)境基本理化指標(biāo)含量及月變化

2.1.1 水溫、pH和鹽度

四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水溫、pH和鹽度的變化范圍分別是10.06～20.00℃、7.85～8.25和29.61～30.31，其中水溫隨著氣溫的變化而變化，8月最高，4或11月最低；pH基本隨水溫的升高而降低，但變化幅度很??；鹽度在一定范圍內(nèi)波動，變化幅度也較小。

3個養(yǎng)殖區(qū)所養(yǎng)殖的扇貝均為海灣扇貝，海灣扇貝是廣鹽-濾食性扇貝，可耐受的鹽度范圍為16～43，適宜范圍為21～35[6]；耐溫范圍-1～31℃，在18～28℃生長較快[12]；一般在5月或6月投入淺海養(yǎng)殖，到10月開始收獲。四十里灣3個養(yǎng)殖區(qū)在5—10月的水溫和鹽度的變化范圍分別是14.96～27.48℃和29.65～30.30，均在海灣扇貝的最佳生長范圍之內(nèi)。此外，有研究表明，海灣扇貝稚貝成活率在pH 7.7～8.2范圍內(nèi)最高[13]，毛蚶稚貝適宜的生存pH范圍為7.5～8.5[14]，本研究結(jié)果表明四十里灣3個養(yǎng)殖區(qū)pH也在水生生物養(yǎng)殖的安全范圍之內(nèi)。

2.1.2 DO、COD和硫化物

四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)DO、COD和硫化物變化范圍分別是6.62～9.85 mg/L、0.55～1.99 mg/L和0.002～0.015 mg/L，其中DO隨著水溫的升高而降低；COD在4—8月含量較平穩(wěn)，9月驟然上升；而硫化物8和9月含量較高，其他月均較低且較穩(wěn)定。

DO是影響扇貝及其餌料生物生存和生長發(fā)育的重要指標(biāo)之一，當(dāng)DO含量少于扇貝等水生生物呼吸所需的溶氧量時，會產(chǎn)生呼吸受阻甚至窒息死亡。COD是江河入海污染物中的主要污染物，是我國政府衡量水體污染減排的主要因子，其數(shù)值的大小可以反映水體受有機(jī)污染的程度，一般COD越大，水體受有機(jī)污染就越嚴(yán)重[15]。硫化物是海水污染的另一重要指標(biāo)，當(dāng)其大量存在時，會溶解在海水中而消耗水中的DO，使海水呈缺氧狀態(tài)，進(jìn)而影響扇貝等生物的生長[16]。一般要求海水養(yǎng)殖的DO應(yīng)在5.0 mg/L以上，COD和硫化物應(yīng)分別小于3.00 mg/L和0.02 mg/L(海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn))。本研究表明 DO、COD和硫化物的含量均在海水養(yǎng)殖安全范圍之內(nèi)。

2.1.3 營養(yǎng)鹽

NH3-N、NO3-N和NO2-N是DIN的三個組成部分，它們在4—11月之間3個養(yǎng)殖區(qū)調(diào)查的平均變化范圍分別為0.001 7～0.133 6、0.011 3～0.412 6和0.000 7～0.031 5 mg/L，其中NH3-N和NO2-N在10月含量最高，NO3-N在4月含量最高，其他月含量均較穩(wěn)定。DIN的變化范圍為0.014 5～0.423 5 mg/L，變化規(guī)律與水體中NO3-N的月變化規(guī)律基本保持一致，主要原因是NO3-N占DIN的絕大部分。TN的變化范圍為0.496 5～1.111 5 mg/L，整體呈“W”型變化趨勢，在4、7和11月含量均偏高，其他月均偏低，含量變化受DIN的影響較小。DIP的變化范圍為0.001 7～0.031 6 mg/L，總體在6月含量最低，10或11月含量最高。TP的變化范圍為0.021 7～0.111 3 mg/L，M1養(yǎng)殖區(qū)4月TP含量較高，其余月份含量相近，其余兩個養(yǎng)殖區(qū)在11月含量較高，其余月份含量相近。

NH3-N和NO2-N含量對扇貝養(yǎng)殖具有重要影響，超過其安全范圍會對扇貝產(chǎn)生毒害作用。一般規(guī)定，NO2-N的安全濃度為0.1 mg/L[17]，吳湛輝等[18]建議將0.15 mg/L NH3- N作為海灣扇貝幼體培育的安全濃度。本研究結(jié)果表明，NO2-N和NH3-N含量均在海水安全養(yǎng)殖范圍之內(nèi)。

DIN和DIP是浮游植物生長所必須的營養(yǎng)元素，一般認(rèn)為浮游植物吸收DIN和DIP是按照DIN/DIP為16∶1的原子比進(jìn)行吸收的，比值過高或過低，均可導(dǎo)致浮游植物的生長受到某一相對低含量元素的限制，并顯著影響水體中浮游植物的種類組成，而DIN/DIP的大小對浮游植物的種類組成又有著響應(yīng)作用[19]。浮游植物是扇貝的天然餌料，其種類的變化又進(jìn)一步影響著扇貝的生長。四十里灣3個扇貝養(yǎng)殖區(qū)水體中的DIN/DIP見圖2。由圖2可知，在4月和5月3個養(yǎng)殖區(qū)水體中DIN/DIP明顯大于16，其他月在16水平上下波動，說明4月和5月浮游植物的生長主要受到DIP的限制，其他月份限制元素不明顯。主要原因可能是5—10月為扇貝養(yǎng)殖時期，扇貝的攝食活動使海水中浮游植物的種類及組成發(fā)生了變化，進(jìn)而影響到DIN和DIP含量及比值的變化。

2.2 水環(huán)境質(zhì)量評價

2.2.1 有機(jī)污染評價

四十里灣3個扇貝養(yǎng)殖區(qū)水體有機(jī)污染指數(shù)(A)每月的平均值見表3。根據(jù)表1有機(jī)污染評價分級標(biāo)準(zhǔn)，3個養(yǎng)殖區(qū)在5—7月的環(huán)境質(zhì)量均處于良好狀態(tài)，在8月處于較好狀態(tài)，但是，M1和M2養(yǎng)殖區(qū)在9月、M2和M3養(yǎng)殖區(qū)在4月開始受到有機(jī)污染，M2養(yǎng)殖區(qū)在10和11月、M3養(yǎng)殖區(qū)在9和11月已經(jīng)達(dá)到輕度有機(jī)污染，M1養(yǎng)殖區(qū)在4月、M3養(yǎng)殖區(qū)在10月甚至達(dá)到中度有機(jī)污染。

表3 四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水體有機(jī)污染指數(shù)(A)Tab.3 The organic pollution index(A)in scallops culture areas of Sishili Bay

注：-表示該養(yǎng)殖區(qū)在該月未采樣。
Note：-indicated the samples were not collected in that month.

2.2.2 海水營養(yǎng)化評價

四十里灣3個養(yǎng)殖區(qū)的E指數(shù)和NQI指數(shù)每月的平均值如表4所示。由表4可知：1)3個養(yǎng)殖區(qū)在4—8月的E指數(shù)均小于1，均未達(dá)到富營養(yǎng)化狀態(tài)，但M1養(yǎng)殖區(qū)在9月、M2養(yǎng)殖區(qū)在10—11月以及M3養(yǎng)殖區(qū)在9—11月的E指數(shù)均大于1，呈現(xiàn)富營養(yǎng)化狀態(tài)。因此，在9—11月應(yīng)注意對扇貝養(yǎng)殖區(qū)的保護(hù)。2)M1養(yǎng)殖區(qū)在6月的NQI指數(shù)為1.98，略呈貧營養(yǎng)水平；M1養(yǎng)殖區(qū)在4月，M2養(yǎng)殖區(qū)在4、9和11月以及M3養(yǎng)殖區(qū)在6、10和11月的NQI指數(shù)均大于3，為富營養(yǎng)水平；其余月份各養(yǎng)殖區(qū)均為中營養(yǎng)水平。綜合兩個營養(yǎng)指數(shù)評價法，評價結(jié)果略為不同，可能是因?yàn)镋指數(shù)法中DIN和DIP的含量主要受海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖自身污染的影響，而NQI指數(shù)法中TN和TP的含量主要受陸源污染物匯入的影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年匯入四十里灣的陸源污染物中TN為1 910 t，TP為150 t[2]。

表4 四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)的E指數(shù)和NQI指數(shù)Tab.4 E index and NQI index of scallops culture areas in Sishili Bay

注：-表示該養(yǎng)殖區(qū)在該月未采樣。
Notes：-indicated the samples were not collected in that month.

2.2.3 海水質(zhì)量綜合評價

四十里灣3個扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水中各評價因子污染指數(shù)和海水質(zhì)量指數(shù)及其水平等級每月的平均值見表5。由表5可知：1)四十里灣海域3個扇貝養(yǎng)殖區(qū)中DO、pH、COD和硫化物等評價因子在4—11月的Pi均小于1，均符合海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)[20]，表明這3個扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水均未受到這些評價因子的污染。但M1養(yǎng)殖區(qū)在4月的PDIN為1.41，M3養(yǎng)殖區(qū)在10月的PDIN為1.05，均超出海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)，說明M1和M3養(yǎng)殖區(qū)分別在4月和10月受到了DIN不同程度的污染。M3養(yǎng)殖區(qū)在10月的PDIP為1.05，同樣超出海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)，說明M3養(yǎng)殖區(qū)在10月受到了DIP污染。2)不同扇貝養(yǎng)殖區(qū)在同一時間以及同一養(yǎng)殖區(qū)在不同時間海水質(zhì)量綜合評價差異較明顯，3個扇貝養(yǎng)殖區(qū)在5—7月的海水質(zhì)量水平為1級，總體處于良好水平；M1養(yǎng)殖區(qū)在8—9月、M2養(yǎng)殖區(qū)在8—10月、M3養(yǎng)殖區(qū)在4月和8月的海水質(zhì)量水平均為2級，總體處于較好水平；M2扇貝養(yǎng)殖區(qū)在11月以及M3養(yǎng)殖區(qū)在9—11月的海水質(zhì)量水平均為3級，總體為輕度污染；而M1養(yǎng)殖區(qū)在4月的海水質(zhì)量水平為4級，已達(dá)到中度污染。整體來看，3個養(yǎng)殖區(qū)在5—7月海水質(zhì)量良好，其他月出現(xiàn)不同程度的污染現(xiàn)象，但均符合扇貝養(yǎng)殖環(huán)境I類區(qū)或II類區(qū)的要求[11]。

表5 四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水質(zhì)量綜合評價Tab.5 The comprehensive evaluation of sea water quality in scallops culture areas of Sishili Bay

注：-表示該養(yǎng)殖區(qū)在該月未采樣。
Notes：-indicated the samples were not collected in that month.

3 結(jié)論

1)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水溫度、pH和鹽度的變化范圍分別是10.06～20.00℃、7.85～8.25和29.61～30.31，均適合扇貝養(yǎng)殖；DO、COD以及硫化物均符合海水水質(zhì)一、二類標(biāo)準(zhǔn)，DIP在10月個別養(yǎng)殖區(qū)超出海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)，DIN在4月和10月個別養(yǎng)殖區(qū)同樣超出海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)。

2)A指數(shù)評價表明，四十里灣3個養(yǎng)殖區(qū)在5—7月均處于良好狀態(tài)，其他月份均開始受到污染，有的已達(dá)到中度污染水平，但仍處于海水養(yǎng)殖環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

3)E指數(shù)評價表明，四十里灣3個養(yǎng)殖區(qū)在4—8月的E指數(shù)均小于1，均未達(dá)到富營養(yǎng)化狀態(tài)，其他月份均達(dá)到不同程度的富營養(yǎng)化狀態(tài)；NQI指數(shù)評價表明除7月和8月之外，其他月份均呈現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化狀態(tài)，原因與其評價方法選擇的指標(biāo)有關(guān)，E指數(shù)評價法選用的DIN和DIP受扇貝養(yǎng)殖活動的影響較大，而NQI指數(shù)評價法選用的TN和TP受陸源因素的影響較大。

4)海水綜合質(zhì)量評價表明，3個養(yǎng)殖區(qū)在5—7月海水質(zhì)量良好，其他月份均出現(xiàn)不同程度的污染，特別是4月，但總體符合扇貝養(yǎng)殖環(huán)境I類區(qū)或II類區(qū)的要求。

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Study and evaluation on water environment quality of scallops culture area of Sishili Bay in Yantai

YANG Junli，LI Xilei，WU Xue，CUI Longbo*

(College of Life Science，Yantai University，Yantai 264005，China)

According to the environmental detection of the scallops culture area at Sishili Bay of Yantai in 2016 from April to November，the basic physical and chemical indexes and the change trend of the sea in Sishili Bay were analyzed. The assessment of organic pollution index(A)，nutritional index(E)，seawater nutrient quality index(NQI)and Nemerow comprehensive evaluation of environmental quality index were used to evaluate the water environment quality in Sishili Bay. The results showed that：the sea water temperature，pH as well as salinity in Sishili Bay were suitable for scallops culture and the range of variation of which were 10.06～20.00℃，7.85～8.25 and 29.61～30.31，respectively; the dissolved oxygen(DO)，pH，chemical oxygen demand(COD)and sulfide were in accordance with the first or second category of national quality standards，the total inorganic phosphorus(DIP)at some scallops culture areas exceeded the second category standards of national quality in October，total inorganic nitrogen(DIN)at some scallops culture areas exceeded the second category standards of national quality in April and October; The environmental quality was good from May to July，and the other months are subjected to varying degrees of organic pollution and eutrophication. Overall，the Sishili Bay scallops culture areas were in line with the first or second classes of requirements of scallops culture area，but we should pay attention to the protection of scallops culture area，especially the control of land sourced pollutants input.

Sishili Bay; culture area; nutrient salt; environmental quality assessment

2017-05-09

山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金(SDAIT-14).

楊俊麗(1990-)，女，碩士研究生，研究方向：海洋生態(tài).E-mail：yjl1059153916@163.com

崔龍波(1962-)，男，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向：海洋動物細(xì)胞學(xué).E-mail：lbcui@163.com

楊俊麗，李希磊，吳 雪，等.煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水環(huán)境質(zhì)量研究與評價[J].漁業(yè)研究，2017，39(3)：209-216.

S949；X52

A

1006-5601(2017)03-0209-08