我國漁業生態環境質量評價研究進展

羅建波　李應仁　劉雪華　黃瑛　穆希巖　李緒興　雷云雷　沈公銘

摘要：漁業生態環境質量監測和評價是管理漁業生態環境的基礎。對于漁業生態環境質量評價來講，管理上常用單因子法評價。近年來，某些環境質量評價領域常用方法如內梅羅指數法、有機污染指數法、富營養化指數法、主成分分析法等也被借鑒應用在不同的漁業水域環境質量評價中。本文結合漁業行業特征，對行業領域內常用的漁業生態環境評價方法進行了歸納總結，對方法的原理、運用和優缺點進行了分析說明;對近年來漁業生態環境質量評價科研進展進行了綜述，在此基礎上，總結提出開展漁業生態環境質量評價的工作步驟;分析了目前漁業生態環境質量評價在評價方法開發和實際應用管理等方面存在的問題，并對研究發展方向進行了展望。

關鍵詞：漁業生態環境;環境質量評價;評價指標;評價方法;評價流程

中圖分類號： X822.1

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）02-0052-05

收稿日期：2018-11-06

作者簡介：羅建波（1985—），男，四川廣安人，博士研究生，助理研究員，主要從事漁業資源環境保護研究。E-mail：luojb@cafs.ac.cn。

通信作者：沈公銘，碩士，副研究員，主要從事漁業資源環境管理及研究。E-mail：sgm@cafs.ac.cn。

中華人民共和國漁業法實施細則定義漁業水域是指中華人民共和國管轄水域中魚、蝦、蟹、貝的產卵場、索餌場、越冬場[1]，與普通水域相比，漁業水域通常是水產品的產地，與人類身體健康和水生生物健康具有更為密切的聯系，因此漁業水域生態環境現狀和變化趨勢需要特別的關注和管理。

開展科學合理管理的前提是準確客觀的評價漁業生態環境質量狀況，目前在漁業領域常用的方法包括單因子法、內梅羅污染指數法、有機污染指數法、富營養指數法、生物多樣性指數法、灰色關聯法、主成分分析法、綜合質量指數法等，適用于不同目的和范圍的評價。其中，單因子評價法是目前漁業生態環境管理實踐中采用的方法，其他方法多見于學術研究。

本文目的是對目前實際漁業環境管理和學術研究中漁業生態環境評價方法進展進行歸納梳理，對各種方法的優缺點進行討論。并在總結目前開展的評價研究基礎上，歸納總結開展漁業生態環境現狀評價的過程，分析目前漁業生態環境評價存在的問題，并對未來的研究發展方向進行展望。

1 漁業生態環境質量評價方法

1.1 單因子法

該方法是目前漁業環境評價最為常用的評價方法，也是漁業水質標準要求：“標準值單項超標，即表明不能保證魚、蝦、貝正常生長繁殖，并產生危害，危害程度應參考背景值、漁業環境的調查數據及有關漁業水質基準資料進行綜合評價[2]。”該方法將實際監測值與標準值進行比較，得出環境質量好壞的結論，計算公式：

該方法具有操作簡單、容易理解的優點。單因子評價法對水質從嚴要求，能夠確保水體安全，但有時會由于過于嚴格的要求把水域使用功能評價得偏低，而且各評價參數之間互不聯系，不能全面反映水體污染的綜合情況[6]。《2016年中國漁業生態環境狀況公報》主要采用單因子評價法，結果顯示，中國漁業生態環境狀況總體保持穩定，但局部水域氮磷污染嚴重[7]。蔡燕紅等采用單因子評價法評價象山港海水養殖功能區環境質量，結果表明，象山港海水養殖功能區營養鹽類超標，導致養殖區整體水質超出四類海水水質標準，已遠遠超出二類海水水質標準（漁業水質標準），影響了海水增養殖功能區主導功能的發揮[4]。

1.2 內梅羅指數法

又稱最大指數法，是當前國內外進行綜合污染指數計算的最常用的方法之一，其計算公式如下：

式中：P為環境污染最大指數;Ci是i指標實測值;Si為i指標標準值;CiSimax為單項指標最大值;CiSiavr為單項指標平均值。

內梅羅指數充分重視某污染物出現的最大濃度值對水質的影響和作用，是一種兼顧極值的計權型多因子環境質量指數。但在污染物波動大時，可能出現1個由最大值決定的高峰，反映不出其他污染指數的貢獻[8-9]。王益昌采用內梅羅指數法，評價了2004—2007年陜西省有關河流、湖泊水庫及部分漁場漁業生態環境狀況。結果顯示，陜西省漁業環境質量整體趨勢處于中度污染水平，主要污染物來自總氮、總磷和銅[8]。何歆等采用內梅羅指數等評價了廣東省廣州市重點漁業增養殖區環境質量評價，結果表明，2004年和2005年廣州市重點漁業增養殖區水質內梅羅綜合污染指數為1.65和240，分別屬于輕度污染和中度污染，并且有逐漸加重的趨勢，表明大部分養殖區的水質已經受到不同程度的污染，養殖水體環境質量不容樂觀[10]。

1.3 有機污染指數法

有機污染指數法又叫A指法，用于衡量水質有機污染狀況，其計算公式如下：

A=CCODCCOD′+CDINCDIN′+CPO3-4-PCPO3-4-P′-CDOCDO′。（5）

式中：COD為化學需氧量;DIN為溶解性無機氮;PO3-4為活性磷酸鹽;DO為溶氧量。分子代表各項指標實測值，分母表示標準值。當A<0，為優良;當A在0～1之間，為清潔;當A在1～2之間，為較清潔;當A在2～3之間，為輕度污染;當A在3～4之間，為中度污染;當A>4，為嚴重污染[11-12]。賈曉平等用有機污染指數法，評價了北部灣漁場海水有機污染營養狀況，評價結果顯示海水有機污染指數A為-0.881～0.239，平均-0.411，水質總體上為優良等級。其中最高值出現在夏季，水質污染程度為2級，即較好等級，其他3個季節水質均處于優良等級[11]。沈公銘等應用有機指數法，評價了2009—2011年間萊州灣漁業水域水環境質量，從有機污染指數來看，2010年水質質量較好，污染程度較輕，但2009年和2011年海水受有機污染較為嚴重，屬于嚴重污染狀況[12]。

1.4 富營養化指數法

海水漁業水域的富營養化程度評價一般采用營養質量指數法（NQI指數）或富營養指數法（E值法）。湖泊漁業水域可按照湖泊營養狀態指數（TSI）法進行營養狀態評價。

沈公銘等運用浮游植物Shannon-Wienner多樣性指數，評價2009—2011年萊州灣水環境質量狀況，其評價結果為3年均屬于α-中度污染;Pielou均勻度指數其評價結果均屬于輕度污染[12]。根據Shannon-Wienner浮游動物多樣性指數，其評價結果均屬于α-中度污染;Pielou均勻度指數其評價結果均屬于輕度污染。

1.6 灰色聚類法

在環境質量評價中，有限的時空監測數據所提供的信息是不完全的，污染物與環境之間存在著復雜多變的聯系，這種聯系往往帶有一定的不確定性，實際上構成了灰色系統的基本特征。灰色聚類分析應用灰色系統理論的思想、方法進行分析，根據關聯矩陣或灰數的白化權函數將一些觀測指標或觀測對象聚集成若干個可定義類別[20-21]。

灰色聚類計算的一般步驟如下：n個聚類樣本即各個監測點;m個聚類指標也就是各個污染指標;把水質類別作為聚類灰數（灰類），用k（k=1，2，…，P）表示，即P個環境質量等級。

第3步，計算聚類權ηkj（第j個指標對第k個灰類的權重）。按照地面水域的使用目的和保護目標，確定該水域的參考標準，對各灰類進行無量化處理。計算權重的方法即考慮到了同種組分在不同灰類中所占份額，同時還考慮到了同灰類不同組分所占份額，這種相結合的歸一化方法是比較令人可信的方法。

按聚類系數最大歸類原則，σki=maxσki判斷聚類對象屬于哪個類別[22-23]。

平仙隱等應用灰色聚類方法對2004年長江口及鄰近水域漁業環境水質狀況進行評價[20]，結果表明，長江口、杭州灣和舟山群島水域屬于第3類海水水質，水質污染程度表現為杭州灣>長江口>舟山群島。杭州灣與長江口污染較為嚴重，舟山群島水域污染較輕。

1.7 主成分分析法

主成分分析法也稱定量分析法，由Hotelling于1933年首先提出，主要是利用降維思想，把多指標轉化為少數幾個綜合指標的多元統計分析方法。這些指標是原指標的線性組合，且彼此不相關，它可以在力保原始數據丟失最少情況下，對高維變量空間進行降維。主成分分析法能夠客觀地確定各指標的權重，避免主觀隨意性，較其他的方法有一定的優越性，是環境質量綜合評價的一種簡單有效的方法，已廣泛運用在重金屬污染以及富營養化評價中[24]。

將各變量標準化，即對同一變量減去其均值再除以標準差，以消除量綱影響;在標準化數據矩陣的基礎上計算原始指標相關系數矩陣R;解特征方程，并將其P個特征根按大小順序排列并依據累計方差貢獻率≥0.85確定1個m值;依據前m個特征值對應的單位特征向量即可以寫出主成分計算公式;將各待評樣點的標準化數據分別代人各主成分的表達式中，計算得出采樣點的各主成分得分Fi，以方差貢獻率（di）為權數求和計算綜合得分：

各項得分值即是對水體采樣點污染程度的定量化描述[25]。滕瑤等采用主成分分析法[26]，分析評價靖海灣松江鱸魚種質資源保護區生態環境質量狀況，結果顯示，靖海灣保護區調查海域主要污染物為DIN、As和Zn。以后應加強對靖海灣保護區有機污染、富營養化和重金屬（As和Zn）的監測和管理。

1.8 綜合指標法

嚴格來講，綜合指標法并不是指唯一的方法，而是研究者根據可用的數據和類型劃分設計出的一種方法，常用公式如下：

式中：Ip為環境綜合質量指數;Pi為各因子分指數。當Ip=0.2時，漁場綜合環境質量為優級;Ip在0.2～0.4之間，為優良;Ip在0.4～0.6之間，為良好;Ip在0.6～0.8之間，為一般;Ip在0.8～1.0之間，為較差;Ip>1.0時，為很差。賈曉平等構建的分因子指數包括即海水水質指數、初級生產力水平指數和餌料生物水平指數，并用其評價了北部灣漁場環境綜合質量，綜合指數為0.45，總體上處于良好水平[11]。劉綠葉等使用NQI值法、A值法和標準指數法等對呂四漁場生態環境質量進行了綜合評價[27]，綜合評價結果表明，呂四漁場環境質量狀況大部分時間處于較差狀態。因此，其生態環境質量有待改善。鄒麗珍采用水環境質量綜合評價法，分因子為監測指標單因子評價結果[28]，綜合評價結論是福建省三明市7個水庫（庫區）中街面水庫水環境綜合評價指數P值為 0.173<0.20，表明街面水庫水質狀況良好;其他水庫評價價指數P值介于0.21～040之間，表明這些水庫的水環境質量總體情況良好，均符合漁業用水。

2 漁業生態環境質量評價過程

筆者通過分析參考文獻和本身參與漁業生態環境質量實際評價，認為漁業生態環境質量評價過程大致可以分為5個步驟：（1）明確評價范圍;（2）選擇合適評價指標;（3）開展實際監測搜集環境數據;（4）選擇評價標準和建立分級標準;（5）開展環境質量評估并得出評價結果。

2.1 明確評價范圍

主要包括評價的時間范圍、空間范圍以及環境介質范圍等。時間范圍包括評價是單次評價還是多次評價，是周、月度、季度、年度還是多年評價，單次評價一般為現狀評價，多次或多年評價可以進行變化趨勢分析和預警評價。空間范圍是明確單個監測點、單個漁業水域還是流域、海區評價。環境介質范圍通常是指水質評價、底泥評價、水生生物評價以及他們之間的組合。

2.2 其次篩選評價指標

漁業水域生態環境指標應該涵蓋水環境質量指標、底泥質量指標、水生生物環境指標等幾個方面，但在實際操作過程中，部分研究因為資金或者技術原因，通常會忽略水生生物指標的評價。常用評價指標包括常規理化指標如溫度、鹽度、pH值等，有機污染指標化學需氧量、揮發酚含量、石油類含量等，重金屬指標銅鋅鉛鎘含量等、水生生物指標葉綠素a含量以及浮游植物、浮游動物、底棲生物多樣性等。

2.3 開展實際監測搜集環境數據

按照相關國家或行業監測規范開展監測的布點、樣品采集、樣品運輸存儲、前處理、分析測試、數據處理等工作。目前常用環境數據采集過程一般依照《漁業生態環境監測規范》《海水增養殖區監測技術規程》《海洋調查規范》（GB 12763.1～GB 12763.7—2007）和《海洋監測規范》（GB 17378.1～GB 17378.5—2007）等技術規定。

2.4 建立評價的方法和分級判斷的標準

評價方法通常為單獨使用或綜合“1.1”節～“18”節的方法，評價方法和分級標準通常建立在《漁業水質標準》《海水水質標準》《無公害食品水產品有毒有害物質限量》《貝類凈化技術規范》等標準和規范基礎上。

2.5 得出漁業生態環境質量狀況的評價結論

根據采集到的環境數據和評價方法進行數據計算，得到環境狀況的評價結果。

3 結論及展望

漁業生態環境質量評價是對漁業生態系統中各要素優劣程度的定量和定性描述，是環境系統分析的基本方法，通過質量評價可以為環境污染的綜合治理、環境規劃及管理提供科學依據。雖然漁業水域環境直接關系到人和水生動物的健康，具有非常重要的意義，但當相對于環境領域水環境質量評價來講，目前研究還存在以下不足：（1）學術研究不重視，開展漁業生態環境評價的研究比較少，難以對實際管理提供支撐。實際管理過程以單因子評價法為主，但單因子方法有明顯的缺陷，難以滿足綜合管理需求。（2）漁業環境質量評價方法研究主要集中在借鑒應用環境領域存在的方法，缺乏對原理的研究和闡述，且不同方法之間缺少對比性研究，各個研究均屬自說自話，對方法的合理性難以評價。（3）對于綜合性評價方法，沒有大家公認的統一的指標和分級標準，指標選取和質量分級均比較主觀，不能準確客觀反映漁業生態環境質量狀況，評價結果缺少對比性。如對于富營養化狀況評價研究，當E值>1，公式（7）和公式（8）均可判斷水質為富營養化，但二者計算公式卻完全不一樣，公式（7）計算的E值是公式（8）的3倍。（4）對于新出現的一些環境質量評價方法，如神經網絡、層次分析法等缺少應用和研究。

對于漁業生態環境質量評價，筆者認為下一步應該開展漁業水質基準和標準的研究，構建科學合理的漁業生態環境質量指標體系，為開展客觀科學評價打下基礎。加強環境評價和數學之間的交叉滲透，從原理上建立更科學合理的評價方法。建立公認統一的評價指標和分級標準，讓相關研究具有可對比性，從而便于推廣實施。同時，可以結合GIS遙感環境數據，當地漁業水域污染源分布和種類，與主要污染物評價結果相符合程度等，交叉驗證評價方法的科學性。

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