煙臺四十里灣扇貝養殖區水環境質量研究與評價

楊俊麗，李希磊，吳 雪，崔龍波

(煙臺大學生命科學學院，山東 煙臺 264005)

煙臺四十里灣扇貝養殖區水環境質量研究與評價

楊俊麗，李希磊，吳 雪，崔龍波*

(煙臺大學生命科學學院，山東 煙臺 264005)

根據2016年4—11月對煙臺四十里灣扇貝養殖區環境的監測數據，分析了四十里灣海域海水基本理化指標及月變化趨勢，并采用有機污染評價指數法(A)、營養狀態指數法(E)、海水營養狀態質量指數法(NQI)以及內梅羅環境質量綜合評價指數法對其水環境質量狀況進行了綜合評價。結果表明：四十里灣扇貝養殖區海水溫度、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，均適合扇貝養殖；溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)以及硫化物均符合海水水質一、二類標準，活性磷(DIP)在10月個別養殖區超出海水水質二類標準，總無機氮(DIN)在4月和10月個別養殖區同樣超出海水水質二類標準；5—7月環境質量良好，其他月份出現了不同程度的有機污染以及富營養化現象。總體而言，煙臺四十里灣扇貝養殖區水環境質量符合扇貝養殖I類區或II類區的要求，但應注意對養殖區的保護，特別是控制陸源污染物的輸入。

四十里灣；養殖區；營養鹽；環境質量評價

四十里灣位于煙臺市萊山區北部海域，面積約8 700 hm2，適合淺海養殖的面積約5 300 hm2，是我國北方重要的養殖海區之一，也是煙臺的重要水產養殖場所[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，其中受工業廢水、生活污水和耕地、森林等農業排水中總氮(TN)、總堿(TP)的影響更為強烈[2]，所以該海域環境的富營養化程度比較嚴重，赤潮頻繁發生，據統計四十里灣在1998—2010年間，除2000、2003和2006年外，每年都有赤潮發生，尤其是在扇貝養殖區[3-4]，所以對該海域特別是扇貝養殖區水環境的綜合研究具有重要的意義。近幾年來，有關四十里灣水環境的研究較多，如邢紅艷等[5]于2003—2010年5—10月對該海域富營養化狀況和影響變化因素進行了簡要分析；李斌等[6]于2006—2010年5、8和10月探討了該海域不同季節的營養狀況與浮游植物數量和多樣性的關系等。但這些研究主要注重對該海域水環境營養化狀況的年際變化，對該海域扇貝養殖區的研究極少。本文通過2016年4—11月對該海域3個養殖區的8次調查研究，檢測了水溫、pH、鹽度、溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、硫化物、活性磷(DIP)、TP、無機氮(DIN)(NH3-N、NO2-N和NO3-N)以及TN，并采用有機污染評價指數(A)、營養狀態指數(E)、海水營養狀態質量指數法(NQI)以及內梅羅環境質量綜合評價指數法對其水環境質量狀況進行了綜合評價，旨在為扇貝健康養殖以及環境保護提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 采樣站位設置

根據四十里灣扇貝養殖區的分布狀況，選取了3個海灣扇貝養殖區，分別命名為M1、M2和M3，具體位置見圖1，每個養殖區設置4個平行采樣點，最后取其平均值，記錄實驗結果。

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分析儀(520M-01A)實時監測海水水溫、鹽度、pH和DO，硫化物使用德國默克Spectroquant NOVA-60光電比色計測定。營養鹽水樣經冷藏暫存后，帶回實驗室參照《海洋監測規范》[7]指定方法進行檢測，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采用靛酚藍分光光度法測定；DIP采用磷鉬藍分光光度法測定；TN和TP采用過硫酸鉀氧化法測定。

1.3 水質評價

1.3.1 有機污染評價

采用有機污染指數法(A)[8]對四十里灣扇貝養殖區的水環境進行評價，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的實測濃度(mg/L)，COD0、DIN0、DIP0、DO0分別為水體中上述各項指標的海水水質一類標準[9]，其值分別為2.0、0.2、0.015、6.0 mg/L。有機污染評價分級見表1。

表1 有機污染評價分級Tab.1 Classification of organic pollution

1.3.2 海水富營養化評價

采用營養狀態指數法(E)[6]和海水營養狀態質量指數法(NQI)[6]兩種評價方法對調查區域的水體狀況進行評價。

E指數法的評價公式為：

(2)

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

NQI指數法的評價公式為：

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

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

1.3.3 海水質量綜合評價

采用單因子污染指數法和內梅羅環境質量綜合評價指數法，擴展為扇貝養殖區海水質量指數評價法[10]對海水質量進行評價。

海水質量綜合評價公式為：

(4)

式中，P為內梅羅綜合指數；Pmax為參數中最大的污染指數；Pi為某污染因子的污染指數，即單因子污染指數；Ci為某污染因子的實測濃度；Ci0為某污染因子的海水水質二類標準。海水質量綜合評價分級標準如表2。

表2 海水質量綜合評價分級標準[11]Tab.2 The grading standard of seawater quality

2 結果與討論

2.1 扇貝養殖區水環境基本理化指標含量及月變化

2.1.1 水溫、pH和鹽度

四十里灣扇貝養殖區水溫、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，但變化幅度很小；鹽度在一定范圍內波動，變化幅度也較小。

3個養殖區所養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月投入淺海養殖，到10月開始收獲。四十里灣3個養殖區在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。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]，本研究結果表明四十里灣3個養殖區pH也在水生生物養殖的安全范圍之內。

2.1.2 DO、COD和硫化物

四十里灣扇貝養殖區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，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定。

DO是影響扇貝及其餌料生物生存和生長發育的重要指標之一，當DO含量少于扇貝等水生生物呼吸所需的溶氧量時，會產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，其數值的大小可以反映水體受有機污染的程度，一般COD越大，水體受有機污染就越嚴重[15]。硫化物是海水污染的另一重要指標，當其大量存在時，會溶解在海水中而消耗水中的DO，使海水呈缺氧狀態，進而影響扇貝等生物的生長[16]。一般要求海水養殖的DO應在5.0 mg/L以上，COD和硫化物應分別小于3.00 mg/L和0.02 mg/L(海水水質二類標準)。本研究表明 DO、COD和硫化物的含量均在海水養殖安全范圍之內。

2.1.3 營養鹽

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個養殖區調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，其他月含量均較穩定。DIN的變化范圍為0.014 5～0.423 5 mg/L，變化規律與水體中NO3-N的月變化規律基本保持一致，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養殖區4月TP含量較高，其余月份含量相近，其余兩個養殖區在11月含量較高，其余月份含量相近。

NH3-N和NO2-N含量對扇貝養殖具有重要影響，超過其安全范圍會對扇貝產生毒害作用。一般規定，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。本研究結果表明，NO2-N和NH3-N含量均在海水安全養殖范圍之內。

DIN和DIP是浮游植物生長所必須的營養元素，一般認為浮游植物吸收DIN和DIP是按照DIN/DIP為16∶1的原子比進行吸收的，比值過高或過低，均可導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作用[19]。浮游植物是扇貝的天然餌料，其種類的變化又進一步影響著扇貝的生長。四十里灣3個扇貝養殖區水體中的DIN/DIP見圖2。由圖2可知，在4月和5月3個養殖區水體中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生了變化，進而影響到DIN和DIP含量及比值的變化。

2.2 水環境質量評價

2.2.1 有機污染評價

四十里灣3個扇貝養殖區水體有機污染指數(A)每月的平均值見表3。根據表1有機污染評價分級標準，3個養殖區在5—7月的環境質量均處于良好狀態，在8月處于較好狀態，但是，M1和M2養殖區在9月、M2和M3養殖區在4月開始受到有機污染，M2養殖區在10和11月、M3養殖區在9和11月已經達到輕度有機污染，M1養殖區在4月、M3養殖區在10月甚至達到中度有機污染。

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

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

2.2.2 海水營養化評價

四十里灣3個養殖區的E指數和NQI指數每月的平均值如表4所示。由表4可知：1)3個養殖區在4—8月的E指數均小于1，均未達到富營養化狀態，但M1養殖區在9月、M2養殖區在10—11月以及M3養殖區在9—11月的E指數均大于1，呈現富營養化狀態。因此，在9—11月應注意對扇貝養殖區的保護。2)M1養殖區在6月的NQI指數為1.98，略呈貧營養水平；M1養殖區在4月，M2養殖區在4、9和11月以及M3養殖區在6、10和11月的NQI指數均大于3，為富營養水平；其余月份各養殖區均為中營養水平。綜合兩個營養指數評價法，評價結果略為不同，可能是因為E指數法中DIN和DIP的含量主要受海洋水產養殖自身污染的影響，而NQI指數法中TN和TP的含量主要受陸源污染物匯入的影響。據統計，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 四十里灣扇貝養殖區的E指數和NQI指數Tab.4 E index and NQI index of scallops culture areas in Sishili Bay

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

2.2.3 海水質量綜合評價

四十里灣3個扇貝養殖區海水中各評價因子污染指數和海水質量指數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個扇貝養殖區中DO、pH、COD和硫化物等評價因子在4—11月的Pi均小于1，均符合海水水質二類標準[20]，表明這3個扇貝養殖區海水均未受到這些評價因子的污染。但M1養殖區在4月的PDIN為1.41，M3養殖區在10月的PDIN為1.05，均超出海水水質二類標準，說明M1和M3養殖區分別在4月和10月受到了DIN不同程度的污染。M3養殖區在10月的PDIP為1.05，同樣超出海水水質二類標準，說明M3養殖區在10月受到了DIP污染。2)不同扇貝養殖區在同一時間以及同一養殖區在不同時間海水質量綜合評價差異較明顯，3個扇貝養殖區在5—7月的海水質量水平為1級，總體處于良好水平；M1養殖區在8—9月、M2養殖區在8—10月、M3養殖區在4月和8月的海水質量水平均為2級，總體處于較好水平；M2扇貝養殖區在11月以及M3養殖區在9—11月的海水質量水平均為3級，總體為輕度污染；而M1養殖區在4月的海水質量水平為4級，已達到中度污染。整體來看，3個養殖區在5—7月海水質量良好，其他月出現不同程度的污染現象，但均符合扇貝養殖環境I類區或II類區的要求[11]。

表5 四十里灣扇貝養殖區海水質量綜合評價Tab.5 The comprehensive evaluation of sea water quality in scallops culture areas of Sishili Bay

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

3 結論

1)四十里灣扇貝養殖區海水溫度、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，均適合扇貝養殖；DO、COD以及硫化物均符合海水水質一、二類標準，DIP在10月個別養殖區超出海水水質二類標準，DIN在4月和10月個別養殖區同樣超出海水水質二類標準。

2)A指數評價表明，四十里灣3個養殖區在5—7月均處于良好狀態，其他月份均開始受到污染，有的已達到中度污染水平，但仍處于海水養殖環境標準范圍內。

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

4)海水綜合質量評價表明，3個養殖區在5—7月海水質量良好，其他月份均出現不同程度的污染，特別是4月，但總體符合扇貝養殖環境I類區或II類區的要求。

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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

山東省現代農業產業技術體系建設專項資金(SDAIT-14).

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

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

楊俊麗，李希磊，吳 雪，等.煙臺四十里灣扇貝養殖區水環境質量研究與評價[J].漁業研究，2017，39(3)：209-216.

S949；X52

A

1006-5601(2017)03-0209-08