疏浚物持續傾倒對遼東灣西部海域的生態環境影響評價研究

陳燕珍，計雅楠，朱文婷，劉希剛

(國家海洋局大連海洋環境監測中心站 大連 116015)

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疏浚物持續傾倒對遼東灣西部海域的生態環境影響評價研究

陳燕珍，計雅楠，朱文婷，劉希剛

(國家海洋局大連海洋環境監測中心站 大連 116015)

為了解錦州港航道工程疏浚物長期傾倒對遼東灣西部海域生態環境產生的影響情況，文章結合2009—2014年傾倒海域的監測資料，通過單因子標準指數法、綜合污染指數法以及地質累積指數對比，對傾倒海域的水質、沉積物進行評價；通過香農-韋弗指數方程，對大型底棲生物進行評價。為對比疏浚物傾倒和一般人類活動對海域生態環境的影響程度，在傾倒活動影響范圍之外另選取對照站位與其他站位同時展開監測。結果表明，除無機氮外，監測海域水質基本符合《海水水質標準》中的二類標準；沉積物符合《沉積物質量標準》中的一類標準，傾倒海域水質和沉積物未受到污染，并且傾倒活動與人類活動對海域環境產生的影響程度差別不大，但對表層沉積物和大型底棲生物角產生明顯影響。

海水水質；生態環境；疏浚物傾倒；海洋監測

遼東灣沿岸位于環渤海經濟圈與東北亞經濟圈的交接地帶，港口等涉海企業眾多，建設及運行過程中產生了一定量疏浚物。在疏浚物無法資源性利用的情況下，在遼東灣西部海域批設了錦州港航道工程疏浚物臨時海洋傾倒區，以滿足涉海企業進行傾廢處理，僅2011—2014年傾倒區容納總量達407萬m3。為此，本研究以海域使用前海洋生態環境狀況為背景(2009年)，與2011—2014年疏浚物傾倒之后海域生態環境狀況相結合，從水質、沉積物、海洋生態角度進行分析，并與人類活動對海域環境產生的影響進行對比，來對疏浚物持續傾倒給遼東灣西部海域海洋生態環境產生的影響做出客觀評價。

1 材料與方法

1.1 站位布設與監測頻率

根據臨時海洋傾倒區《海水水質標準》(GB3091.2—1997)要求，經模擬疏浚泥沙傾倒后擴散和沉降的物理過程，最終預測疏浚物的物理歸宿和對海洋環境的影響范圍。據此，在監測海域進行站位布設，對海域的水質、沉積物、大型底棲生物展開調查。對照點為分析疏浚物傾倒與一般人類活動對海域生態環境產生的影響程度而設置的監測站位，與其他站位同時展開監測。

1.2 監測內容與評價標準

1.2.1 監測指標

水質監測項目包括：化學需氧量、無機氮、活性磷酸鹽、石油類、銅、鉛、鋅、鎘、總汞等；沉積物監測項目包括：總有機碳、石油類、銅、鉛、鋅、鎘、汞；海洋生物監測項目為大型底棲生物。

1.2.2 評價方法和標準

(1)水質。根據《海水水質標準》(GB3097—1997)，按二類標準對傾倒區水質進行評價。采用單因子標準指數法計算監測指標的污染指數(Sij)，應用算數平均法對水質進行綜合評價(Qi)，并根據綜合污染指數對監測區域的水質污染程度進行劃分[1-2](表1)。

單因子標準指數法：

(1)

式中：Sij為站i評價因子j的標準指數；Cij為站j評價因子i的實測值；Coi為評價因子i的評價標準值。

Sij大于1時，表明當前環境質量不滿足功能需求。

綜合指數評價法：

(2)

式中：Qi為綜合評價指數；n為參與評價的項目數。

表1 水質污染程度分級

(2)沉積物。根據《海洋沉積物質量》(GB18668—2002)按一類質量標準、采用單因子標準指數法對沉積物進行評價。為明確疏浚物傾倒以來對表層沉積物的影響情況，應用Muller于1979年提出的地質累積指數法，對沉積物中重金屬的污染等級進行劃分[3]。遼東灣傾倒區位于渤海北部，沉積物中重金屬的環境背景值選用李淑媛等于1994年分析得出的數據[4]，李淑媛等揭示渤海表層沉積物中銅、鉛、鋅、鉻的背景值，因此針對這4種重金屬目前的污染情況進行評價(表2和表3)。

地質累積指數法的計算公式為：

(3)

式中：Cn為樣品中元素n的濃度；Bn為背景濃度；K為修正指數、取1.5。

表2 渤海沉積物中重金屬的環境背景值(平均值)

表3 地質累積指數與污染程度分級

(3)海洋生物。海洋生物評價采用香農-韋弗(Shannon-Weaver)多樣性指數法。根據監測海域大型底棲生物的種數、棲息密度對海洋生物的多樣性指數進行統計學評價分析，并根據香農-韋弗指數(H′)對生物的污染程度進行等級劃分[5-6](表4)。

香農-韋弗指數(H′)的計算公式為

(4)

式中：H′為種類多樣性指數；n為樣品中的種類總數；Pi為第i種個體數(ni)與總個體數(N)的比值。

表4 生物種類多樣性指數與污染程度分級

2 結果與討論

2.1 海水水質評價

2009—2014年監測海域水質監測結果如表5所示。除無機氮外，監測項目的單因子污染指數均小于1，水質基本符合二類海水水質標準，綜合評價方法對監測海域水質的評價顯示水質清潔。分析監測數據可知，監測海域主要污染因子為無機氮，除2013年外均出現超標；其他監測項目的污染指數均在一定范圍內波動；活性磷酸鹽在2009年和2013年含量較高。對比發現，無機氮、活性磷酸鹽在同步進行監測的對照點含量較高，且含量相近。根據2009—2014年遼寧省海洋環境質量公報可看出，無機氮一直為遼寧近岸的主要污染物，這些污染物主要來源于陸源污染。因而，無機氮、活性磷酸鹽的來源可能和疏浚物傾倒沒有直接關系，而是與整個海區的大環境狀況有關。綜上所述，傾倒區監測海域水質總體較好，疏浚物傾倒對海域水質沒有產生明顯影響，并且與一般人類活動對海水水質產生的影響相近。

2.2 表層沉積物評價

海洋沉積物具有很高的理化穩定性，其特點可以反映出海洋環境的平均狀況[7]。2009—2014年對傾倒區監測海域以及對照點表層沉積物的8個項目進行調查，監測海域沉積物的各監測項目的污染指數均小于1，各監測項目在表層沉積物中的變化幅度不大，并且在對照點的含量和在疏浚物影響區域的含量接近，表明表層沉積物尚未出現污染(表6)。

為分析疏浚物傾倒對表層沉積物產生的影響情況，將目前表層沉積物中重金屬的含量與渤海沉積物中重金屬的背景值進行對比，結果表明疏浚物傾倒引起表層沉積物中鉻的輕度污染(2009年疏浚物傾倒之前lgeo=-0.96)、表層沉積物中的鉛在2012年出現輕度污染(表7)。

2.3 海洋生物評價

海洋生物調查對象為傾倒海域的大型底棲生物(未設置對照站位)(表8)。大型底棲生物運動能力差、地域性較強，直接與沉積物接觸，能更加客觀地反映監測海域宏觀、長期的環境變化情況，目前廣泛用來指示海洋環境質量狀況[8-12]。2011年該監測海域大型底棲生物的種數和密度較低，可能源于當時該海域本底生物種群的基礎結構中種類數和密度較低。到2012年和2013年，在疏浚量較小情況下底棲生物的種數和密度得到恢復。2014年疏浚物傾倒量較大，底棲生物尚未得到充分恢復，因而其種類和密度出現下降。大型底棲生物對疏浚物的傾倒量比較敏感，應用香農-韋弗計算公式統計監測海域大型底棲生物的多樣性指數。雖然在一段時間內底棲生物的種類和密度能夠得到暫時性恢復，但從多樣性指數角度可以看出，污染程度有逐年加重的趨勢，傾倒活動對監測海域的底棲生物產生一定影響。

表5 海水Sij值、Qi值及水質污染分級

注：本底值是指傾倒區監測站位監測數據平均值；2010年傾倒區未使用，無跟蹤監測數據.

表6 表層沉積物Sij值

表7 2011—2014年表層沉積物lgeo值

表8 監測海域海洋生物指數

3 結論

首先，截至2014年年末遼東灣西部傾倒區監測海域的水質、沉積物研究表明：海水水質基本符合《海水水質標準》中二類海水水質標準(只有無機氮出現超標)，表層沉積物符合《沉積物質量標準》中一類沉積物質量標準。但通過與渤海沉積物中重金屬環境背景值比較發現，疏浚物傾倒引起了部分時段鎘和鉛的污染。海洋生物研究發現，大型底棲生物受到一定程度污染并有逐年加重的趨勢。

水質和沉積物質量達標可能源于海水具有一定的自凈化能力、疏浚物較為潔凈。大型底棲生物出現污染是由于其對海洋環境擾動敏感并對污染物具有聚集效應，種群結構恢復也需要更長時間。

其次，通過傾倒活動影響范圍內調查數據與傾倒活動影響范圍外調查數據對比發現，疏浚物傾倒對海水水質產生的影響狀況與人類活動影響程度相近；水質主要污染物無機氮來源于陸源污染物。

最后，通過水質、沉積物和大型底棲生物以及傾倒活動與人類一般活動對比3個方面的綜合分析可知，錦州航道工程長期進行疏浚傾倒對遼東灣西部海域的水質影響較小，與沒有工程進行疏浚傾倒時的變化狀況相近；從長遠來看，表層沉積物中重金屬個別元素累積增加，如鎘和汞；工程疏浚傾倒對海洋生物的影響逐漸顯現，已經出現污染并有逐年加重趨勢。因此，相關主管部門應加強對疏浚物傾倒頻率、傾倒時間、傾倒量、疏浚物質量等的管理，給予海洋充分的自我恢復時間，尤其是給予海洋生物良好的生存環境以繁衍恢復種群，降低疏浚物傾倒對其的影響。

[1] 彭云輝，陳浩如，王肇鼎，等.大亞灣核電站運轉前和運轉后鄰近海域水質狀況評價[J].海洋通報，2001，20 (3):45-52.

[2] 鄭琳，崔文林，賈永剛.海洋傾倒導致生態環境變化實例研究[J].海洋環境科學，2007，26(5)：413-416，421.

[3] BILYARD G R.The value of benthic infauna in marine pollution monitoring studies[J].Marine Pollution Bulletin，1987，18(11)：581-178.

[4] 李淑媛，劉國賢，苗豐民.渤海沉積物中重金屬分布及其環境背景值[J].中國環境科學，1994，14(5)：370-376.

[5] SHANNON C E，WEAVER W.The mathematical theory of communication[M].Urbana，IL：The University of Illinois Press，1949.

[6] 蔡文倩，劉錄三，喬飛，等.渤海灣大型底棲生物群落結構變化及原因探討[J].環境科學，2012，33(9)：3104-3109.

[7] 蔡立哲，馬麗，高陽，等.海洋底棲動物多樣性指數污染程度評價標準的分析[J].廈門大學學報：自然科學版，2002，41(5)：641-646.

[8] SKOGEN M D，EILOLA K，HANSEN J I S，et al.Eutrophication status of the North Sea，Skagerrak，Kattegat and the Baltic Sea in present and future climates：A model study[J].Journal of Marine Systems 2014，132：174-184.

[9] BILYARD G R.The value of benthic infauna in marine pollution monitoring studies[J].Marine Pollution Bulletin，1987，18(11)：581-178.

[10] SMITH R W，BERGEN M，WEISBERG S B，et al.Benthic response index for assessing infaunal communities on the southern California Coastal shelf[J].Ecological Applications，2001，11(4)：156-178.

[11] 劉國鋒，張志勇，劉海琴，等.底泥疏浚對竺山湖底棲生物群落結構變化及水質影響[J].環境科學，2010，31(11)：2645-2651.

[12] 李新正，劉錄三，李寶泉，等.中國海洋大型底棲生物：研究與實踐[M].北京：海洋出版社，2010.

Evaluation on Marine Ecological Environment and Analysis of Continuing Dumping Affecting the West of Liaodong Gulf

CHEN Yanzhen，JI Yanan，ZHU Wenting，LIU Xigang

(Marine Environment Monitoring Central Station of Dalian，State Oceanic Administration，Dalian 116015，China)

In order to find out the influence of Jinzhou waterway engineering dredged-materials to the west of Liaodong Gulf，this paper combined the monitoring data from 2009 to 2014，with the methods of single factor index，comprehensive pollution index and geological accumulation index to evaluate the seawater and surface sediment quality；analyzed the diversity index by Shannon-Weaver exponential equation to evaluate the phytoplankton.At the same time，points outside the affecting waters were selected to compare with the monitoring data which were in the affecting waters，in order to analyze the contamination degree of marine ecological environment quality between dredged-materials dumping and human activity.The results indicated that excepted inorganic nitrogen，the water quality of investigating area reached the second-class water quality from The Chinese National Standard of Seawater Quality；the sediment quality reached the first-class sediment quality from The Chinese National Standard of Sediment Quality，the water and sediment had not been polluted.By contrast，the influence degree between dredged-material dumping and human activity to ecological environmental showed that the effect was similar，however，they had far-reaching influence to sediment quality and large benthic.

Sea water quality，Ecological environment，Dumping of dredging material，Ocean monitoring

2016-07-22；

2016-11-28

陳燕珍，高級工程師，研究方向為海洋環境污染與評價，電子信箱：dlhyhjjcz@sina.com

X7；P7

A

1005-9857(2016)12-0067-05