寧德三沙灣網箱養殖與環境質量的關系

朱峰，石志洲，凌信文，夏永健，李陽，翁怡嬋，劉溢馨

（1.國家海洋局閩東海洋環境監測中心站，福建 寧德 352100；2.海洋赤潮災害立體監測技術與應用國家海洋局重點實驗室，上海 200081）

三沙灣位于福建省寧德市東南部，是一個半封閉形的港灣，海域面積714 km2（黃標等，2002）。三沙灣海區東北部毗鄰霞浦縣的溪南鎮，是全國有名的“大黃魚之鄉”，中部有官井洋野生大黃魚的產卵場和三都島、青山島兩個主要的網箱養殖大黃魚基地，西北部的福安和蕉城區沿岸也有大量的網箱養殖區，整個海區內有22 萬個網箱，網箱養殖的品種主要為大黃魚、鱸魚、鯛科魚類等，其中大黃魚養殖占60%左右（蘇躍中，2009）。其中在青山島周圍不到10 hm2的海域上分布著約10 萬個網箱，網箱的規格一般為4 m×4 m×7 m，育苗的養殖密度為每箱1×104尾，成魚的養殖密度約為每箱1 500 尾（廖紅梅等，2011）。近年來，隨著水產養殖業的迅速發展，三沙灣海區內的網箱數量逐年增加（宋蘭芬，2007）。在夏秋季節，富營養化的水體中溶解氧會被大量消耗，各種細菌病和寄生蟲病的病原體（如弧菌類、刺激隱核蟲、本尼登蟲等） 也會在網箱內大量滋生（林克冰 等，1999），若不及時采取措施改善網箱內的水質環境，極易造成養殖魚類的突發性疾病并大批死亡，例如2009年5月至8月，福建省寧德市網箱養殖大黃魚相繼發生刺激隱核蟲病，造成成魚損失近萬噸，魚苗損失1 億多尾，經濟損失約1.87 億元。本文根據2011年5月和8月的監測資料，對三沙灣網箱養殖區和非網箱養殖區的水質現狀進行分析對比，研究了水質環境對網箱養殖病害的影響；對水質條件和魚病發生時的死亡率進行相關性分析和研究，得到三沙灣網箱養殖病害和水文條件的相關性；分析了網箱養殖對底棲生物群落結構的影響。通過本研究，力圖為網箱養殖病害的預防和防治提供基礎數據，并為網箱養殖的可持續發展以及海區的環境保護提供科學依據。

1 調查與方法

1.1 站點設置

在三沙灣海區內共設置了9 個監測站點，其中4 個位于網箱養殖區（3、4、6、8），4 個位于非網箱養殖區（2、5、7、9），1 號點安置了哈希hydrolab DS5X 多功能水質自動監測探頭，位于青山島和斗帽島之間網箱養殖最密集的地區，其站點分布詳見圖1。三沙灣的北面有閩東第一大江賽江又叫白馬河入海，西北面有“五江三溪”之一的霍童溪注入三沙灣，兩條河流帶來的淡水對2、3、4、6 站點的鹽度有顯著的影響。

圖1 2011年三沙灣采樣站點分布圖

1.2 樣品采集及分析

2011年5月16-19日和8月18-20日（即網箱養殖大黃魚正常期和細菌病暴發期） 分別對各個監測站點采樣一次，采樣水深為0.5 m。8 個站點共同的監測項目有水溫、鹽度、透明度、pH、葉綠素-a、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、亞硝酸鹽（NO2-N）、硝酸鹽（NO3-N）、銨鹽（NH4-N）、活性磷酸鹽（PO4-P） 和弧菌總數。

在細菌病暴發、病魚大量死亡期間（8月23日-9月10日），利用經過校準后的哈希hydrolab DS5X 多功能水質自動監測探頭，于每日14 點觀測溫度、鹽度、pH、葉綠素、溶解氧等水質指標，同時在該站點隨機選擇6 個網箱，每日統計1 齡大黃魚的平均死亡量。8月份還有3 個站位（4、7、8） 用采泥器采集底棲生物一次。樣品采集和分析方法按照海洋監測規范（GB 17378-2007，2008）執行。

1.3 數據分析

水質評價標準執行海水水質標準第二類標準值（pH 7.5-8.5，COD ≤3 mg/L，DIN ≤0.30 mg/L，PO4-P≤0.030 mg/L） （GB 30972-1997， 1998）。Redfield 提出海水中的平均N/P 是15，而浮游植物N/P 的組成為16∶1，用近海海水進行生物培養發現，當N/P＜8 時浮游植物生長受N 限制，N/P＞30時受P 限制。水體營養級的標準按文獻（郭衛東等，1998） 采用的標準（表1）。

海水富營養程度的評價采用鄒景忠提出的方法（林榮根，1996）。

其中各要素的單位是mg/L，當E≥1，既表示該海區富營養化，數值越大既富營養化程度越高。

使用t 檢驗法分析同一月份養殖區和非養殖區的差異顯著性，以及不同季節的同一用海類型的海區差異顯著性（各因素顯著水平設置為P＜0.05）（GB 17378.2-2007，2008）。

利用SPSS11.0 軟件統計各水質因素與死亡數量的均值、標準差和變異系數，并用雙因素分析法對所得數據進行Pearson 相關性分析（各因素顯著水平均設置為P＜0.05）。

采用PRIMER 6.0 統計軟件包計算3 個站位的底棲生物Shannon-Wiever 物種多樣性指數（H′）、Margalef 物種豐度指數（d）、Pielous 物種均勻度指數（J） 和豐度／生物量比較曲線，即ABC 曲線（Abundance/Biomass Curves）。根據生態演替理論，未受擾動的群落，趨向于由少量的大個體、長生活史的物種主導，生物量曲線完全在豐度曲線之上。在中度干擾的群落將會被短生活史和高種群增長率的物種占據，此時生物量曲線和豐度曲線較為接近。在受嚴重擾動的群落，群落由小個體機會性物種占據，豐度曲線將完全位于生物量曲線之上（Vergnon et al，2006）。

表1 海水營養級的劃分標準

2 結果與分析

2.1 水質質量監測結果

細菌病暴發前后各站點的監測結果見表2。

2.2 養殖區與對照區水質監測結果比較分析

2.2.1 水質狀況比較

通過對5月和8月8 個監測站點兩次監測數據的分析顯示（見表2）：5月份網箱內的水溫比對照海區略低，8月份網箱內水溫比對照海區略高；而鹽度網箱區比對照組都略低，其中5月份有差異（P＜0.05）。這是由于網箱一般都會選擇在沿岸水體較淺的地方，水溫變化幅度會比中心海區快。沿岸河流和淡水的注入，也會使網箱養殖區的3、4、6號點海水的鹽度降低。網箱內的DO 略低，但差異并不顯著（P＞0.05）。8月份弧菌數量大于對照組（P＜0.05），這是因為網箱養殖區養殖魚類排泄物和殘餌等有機養料相對豐富，各種細菌病的病原體也會滋生；網箱內無機氮和無機磷的含量均大于對照海區，表現出一定程度的富營養化。

表2 細菌病暴發前（5月） 和發病期間（8月） 各站點水質調查表

2.2.2 N/P 值比較

養殖區的N/P 值最接近Redfield 值，非養殖區的N/P 值明顯高于16∶1。在兩個月份N/P 值都是網箱區與對照區有差異（P＜0.05），這是由于5月養殖區的磷酸鹽含量顯著高于對照區（P＜0.05） 所致，而8月份主要是由于養殖區的無機氮和磷酸鹽含量都高于對照區而造成的。可見網箱養殖給海區帶來的主要污染物是活性磷酸鹽和無機氮。

2.2.3 富營養程度比較

海區普遍富營養化，網箱區更為嚴重（表2）。養殖區絕大部分水質都是富營養，只有夏季8 號點的為中度營養。對照區水質稍好，靠近白馬河口的非養殖區2 號點為富營養，位于三沙灣中央的7 號點為磷中等限制潛在性富營養，位于東吾洋的5 號點為中度營養，靠近東沖口的9 號點富營養化指數最低，為中度營養。網箱區除了夏季的8 號點，均不符合二類水質，非養殖區營養鹽濃度稍低，但是除了9 號點，也達不到二類水質標準。網箱內的無機氮和磷酸鹽都是富營養級水平，對照區磷酸鹽偏向中度營養并且5月份平均E 值為還未達到臨界值。

2.3 5月與8月水質監測結果比較分析

2.3.1 水質狀況比較

從5月到8月，養殖區和非養殖區在溫度升高的同時，DO 下降、葉綠素含量和弧菌數量升高（P＜0.05)，這是因為8月份養殖魚類及海洋生物生長旺盛，雖然浮游植物的光合作用會產生大量的溶解氧，但由于高密度的網箱養殖魚類，以及微生物對有機物的降解作用，溶解氧被大量消耗（Holmer,2008），另外水溫的升高也會降低海水溶解氧的飽和濃度；浮游植物大量繁盛，葉綠素含量上升；排泄物和殘餌等有機養料相對豐富，此時水溫更適合微生物繁殖，同時各種細菌病的病原體也會滋生。養殖海區有顯著性季節變化的還有8月份鹽度和亞硝酸鹽顯著升高，pH 值顯著降低（P＜0.05）；非養殖海區8月份的COD 和富營養鹽指數也顯著的升高（P＜0.05），可見網箱養殖和陸源污染物在夏季對海區的影響更為廣泛。

2.3.2 N/P 值以及富營養程度的比較

對照本監測結果（見表2），5月份和8月份海區的N/P 值絕大部分在8 至30 之間。通過t 檢驗，兩個月份的N/P 值差異不顯著（P＜0.05)。從表2可以看出，8月份無論網箱內還是對照區的富營養化程度比5月份更加嚴重。由此可以看出，8月份更為活躍的網箱養殖業和陸源污染給水體帶來明顯的營養鹽污染。

2.4 水質環境與網箱養殖魚類死亡率的關系

2011年8月三都澳海區內網箱養殖的大黃魚等普遍暴發了刺激隱核蟲病，細菌病爆發期間hydrolab DS5X 水質探頭每日14 點的數據經校準后如表3 所示。

海水水質和死亡量各因素均值、標準差和變異系數見表4。

各因素間相關系數列于表5。網箱養殖大黃魚在細菌病暴發時期內的死亡量與海水溫度呈極顯著正相關（P＜0.01），與鹽度呈極顯著負相關（P＜0.01），與pH、葉綠素和溶解氧無顯著相關。

表4 各因素均值、標準差和變異系數統計表

表5 各水質因素與死亡數間的相關系數表

大潮期間（8月27-9月1日，農歷28 至初4），海水交換速率快，受外海高鹽海水的影響鹽度升高，網箱內和對照區的溫度和鹽度變化趨于平衡，死亡數量下降；小潮期間（9月2-9月10日，農歷初5 至13），海水交換速率緩慢，網箱內（淺水海區） 的水溫要比對照區略高，由于沿岸淡水河流的注入，也使沿岸的網箱養殖海區鹽度下降，正逢夏季海水富營養化程度和細菌密度較高，魚類死亡數量增加。

2.5 網箱養殖與底棲生物群落多樣性的關系

2.5.1 底棲生物的種類組成和優勢種

三沙灣海區有底棲生物3 門17 種，其中環節動物種類最多，有9 種，占總種數的52.9 %；甲殼動物6 種，占總種數的35.3%；棘皮動物2 種，占總種數的11.8%。

三沙灣海域底棲生物豐度優勢種有4 種（優勢度（Y） ≥0.05）。

優勢種分別為多毛類的半球索沙蠶（Lumbrineris spharocephala），甲殼動物的日本鼓蝦（Alpheus japonicus）、變態蟳（Charybdis variegata），棘皮動物的馬氏刺蛇尾（Ophiothrix marenzelleri） （表6）。

2.5.2 各站位底棲生物的群落多樣性

分析生物群落的多樣性一般考慮群落中物種的豐富性和異質性。三沙灣各站位的底棲生物的種類數、棲息密度、生物量、物種多樣性指數、均勻度和豐度見表7 所示。

表6 底棲生物優勢種

由于魚類不能攝食和吸收全部的餌料，大約只有1/5 的餌料被有效利用，殘餌和魚糞沉降到海底成為底質污染的主要來源（董雙林等，2000），易造成養殖區沉積物有機碳、硫化物含量和底層海水DO 濃度的超標（黃洪輝等，2007），TP 及各形態P 含量的高值都出現在青山島和斗帽島之間、三都島南岸及礁頭、城澳北岸等大黃魚養殖海域，低值出現在非養殖區（吳芳等，2005）。從表7 中可得本次監測結果三都澳海區非養殖區的7 號站位的底棲生物種類數最高，物種多樣性指數和豐度也明顯高于養殖區（P＜0.05）。

表7 養殖區和對照區海域各站位底棲生物的種類數、生物量、密度、物種多樣性指數、均勻度指數和豐富度指數

2.5.3 ABC 曲線

通過三沙灣海區3 個站位底棲生物的豐度/生物量比較曲線（圖2），可以看出3 個站位底棲生物的生物量和豐度曲線相距較近且生物量曲線在豐度曲線之上，說明了三沙灣海區的底棲生物均受到較小程度的擾動。非養殖區的7 號點豐度和生物量相差的距離要比養殖海區的4 號點和8 號點更為接近，這說明非養殖區對底棲生物的擾動更強烈。非養殖海區的干擾主要來自航道清淤和輪船行駛帶來的底質攪動和翻耕，對大型底棲生物有嚴重的影響。養殖區雖然會降低底層水質溶解氧、增加底質有機物（黃洪輝等，2007；吳芳等，2005），并最終影響大型底棲動物的豐富度、多樣性等（Pearson et al，1978） ，但是也杜絕了航道清淤等其他的人為擾動，對保護大型底棲生物有一定的積極意義（韓慶喜等，2011）。

圖2 三沙灣海區底棲生物豐度/生物量比較曲線

3 結論和建議

三沙灣大部分海區已呈現富營養化，主要超標污染物是無機氮和磷酸鹽。養殖區和對照區的對比顯示，高密度網箱養殖改變了海區的水質環境，使海域細菌濃度升高，營養鹽特別是活性磷酸鹽濃度升高，N/P 值降低，富營養化程度加劇。由于季節變化和高密度網箱養殖的影響，8月份水溫升高的同時，pH 和DO 值顯著降低，弧菌密度升高。網箱內的魚類體質下降，攝食量降低。由于此時正處于高溫期，網箱內的水體富營養化程度比較高，浮游生物大量繁殖，細菌密度明顯增多，由刺激隱核蟲病引起的繼發性細菌性感染愈發嚴重。由水質環境和網箱養殖魚類死亡率的相關性分析可以得出，魚類病情的危害程度與三沙灣水文環境有一定的關系。大潮期間死亡率下降，小潮期間死亡率上升。

本次三沙灣底棲生物調查的優勢種類為多毛類和甲殼動物，網箱養殖降低了底棲生物的種類和物種多樣性，但是對保護大型底棲生物有一定的積極意義。

針對三都澳海區網箱養殖魚類高溫期細菌病頻發的現狀，為改善養殖區自然環境，促進網箱養殖業的可持續健康發展，現提出以下幾點措施：1、規劃網箱布局，降低養殖密度，合理投餌（廖紅梅 等，2011；Cai et al，2007），加強環保宣傳工作增強漁民的衛生意識，減輕網箱內的富營養化程度。2、增加養殖容量，開發推廣健康養殖技術。漁排內部要適當留出空網箱以加快網箱內部區域的水流循環，網箱內可適當混養貝類、甲殼類、大型藻類或濾食性魚類，可有效地降低水體的富營養化程度，促進網箱內營養物質的可循環再利用（董雙林等，1998；蔡惠文 等，2009）。3、加強海洋環境監測和監督管理（Mohammad et al，2008）。統籌海陸污染物排放，控制污染物總量。國家海洋局東海分局目前在現有三沙灣增養殖區大面監測的基礎上逐步增加水質在線監控探頭和遠紅外視頻監控探頭，可以實時反映海水養殖污染狀況，以建立海洋環境預警系統，并監測主要江河和排污口的污染物入海通量。為進一步研究三沙灣網箱養殖容量，科學劃分海洋功能區域提供參考資料。

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