紫菜養(yǎng)殖對(duì)海州灣水質(zhì)影響分析

王 娟， 曹 雷

（江蘇省連云港環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 江蘇 連云港 222001）

0 引言

紫菜隸屬于紅藻綱（Bangiophyceae），紅毛菜科（Bangiaceae），紫菜屬（Pyropia）[1]，我國(guó)紫菜養(yǎng)殖種類主要為條斑紫菜和壇紫菜， 條斑紫菜生長(zhǎng)于江蘇省沿海，連云港為主要產(chǎn)地。上世紀(jì)80年代，連云港開(kāi)始進(jìn)行大規(guī)模的紫菜養(yǎng)殖， 其養(yǎng)殖區(qū)主要分布在沿海的連云區(qū)、贛榆區(qū)、灌云縣等海域。 這些地區(qū)因?yàn)閾碛休^長(zhǎng)的海岸線及十分適合紫菜生長(zhǎng)的海域?yàn)┩浚虼顺蔀榱诉B云港市紫菜的養(yǎng)殖、加工、銷售的重要基地。 紫菜養(yǎng)殖在連云港水產(chǎn)養(yǎng)殖中占絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)地位， 是連云港市海洋漁業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。 近年來(lái)，隨著玻璃鋼撐桿、翻板養(yǎng)殖等創(chuàng)新技術(shù)的逐步推廣，條斑紫菜養(yǎng)殖逐步走向“深海”，養(yǎng)殖面積不斷擴(kuò)大。 2018年，連云港條斑紫菜養(yǎng)殖面積突破2.7 × 108m2。

條斑紫菜養(yǎng)殖分為育苗、掛網(wǎng)、分苗和收割4 個(gè)階段， 養(yǎng)殖周期從每年的10月份持續(xù)到次年4月份。 本文通過(guò)調(diào)研紫菜養(yǎng)殖過(guò)程、養(yǎng)殖規(guī)模，跟蹤監(jiān)測(cè)養(yǎng)殖周期養(yǎng)殖區(qū)海水水質(zhì)， 研究紫菜養(yǎng)殖對(duì)海州灣海水水質(zhì)影響因素， 對(duì)推動(dòng)海州灣近岸海域水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善具有十分重要的意義。

1 材料和方法

1.1 典型養(yǎng)殖場(chǎng)選取

為調(diào)查條斑紫菜養(yǎng)殖對(duì)海州灣海水水質(zhì)的影響， 在海州灣紫菜養(yǎng)殖區(qū)選取2 個(gè)典型的紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)，分別位于連島和青口區(qū)域，下稱連島紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)和青口紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)。 2 個(gè)紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)均為個(gè)人承包制，采用傳統(tǒng)的支柱式養(yǎng)殖，四周為其他家紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)，2 個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)規(guī)模均為1.3×105m2，規(guī)模適中。

1.2 樣品采集與測(cè)定

對(duì)2 個(gè)典型的紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)， 在連島和青口養(yǎng)殖場(chǎng)各設(shè)置4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位， 監(jiān)測(cè)時(shí)間從2018年10月～2019年4月，頻次為每周1 次，采樣時(shí)間為海水平潮期，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為海水COD、活性磷酸鹽、氨氮、硝酸鹽氮及亞硝酸鹽氮。 樣品按照GB 17378.4—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》中的分析方法進(jìn)行水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)。

連島和青口紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位見(jiàn)圖1。

圖1 連島養(yǎng)殖場(chǎng)和青口養(yǎng)殖場(chǎng)位置示意

1.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

采用海水單因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)海水環(huán)境狀況，其計(jì)算公式為PIi=Ci/Soi。式中：PIi為污染物i 的污染指數(shù)；Ci污染物i 的實(shí)測(cè)濃度；Soi污染物i 的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)檠匕尔}業(yè)養(yǎng)殖區(qū)，執(zhí)行第二類海水標(biāo)準(zhǔn)。

表1 連島紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)海水監(jiān)測(cè)結(jié)果mg·L-1

表2 青口紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)海水監(jiān)測(cè)結(jié)果mg·L-1

2 結(jié)果與討論

2.1 連島和青口養(yǎng)殖場(chǎng)海水監(jiān)測(cè)結(jié)果

對(duì)連島和青口2 個(gè)典型紫菜養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行整個(gè)養(yǎng)殖期內(nèi)的海水水質(zhì)跟蹤監(jiān)測(cè)， 每個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)4 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算平均值，監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1 和表2。

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在紫菜養(yǎng)殖周期內(nèi)，海水COD除連島紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)10月第2 周監(jiān)測(cè)結(jié)果超標(biāo)外，2個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)其他時(shí)間的監(jiān)測(cè)質(zhì)量濃度均小于3 mg/L，整體可達(dá)到GB 3097—1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》第二類海水標(biāo)準(zhǔn)，滿足功能區(qū)要求；2 個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)海水活性磷酸鹽質(zhì)量濃度均小于0.03 mg/L， 滿足GB 3097—1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》第二類海水標(biāo)準(zhǔn)；海水無(wú)機(jī)氮隨紫菜養(yǎng)殖階段不同而變化， 連島養(yǎng)殖場(chǎng)10月第2周至12月第1 周監(jiān)測(cè)質(zhì)量濃度小于0.3 mg/L，其他監(jiān)測(cè)結(jié)果均超標(biāo)， 青口紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)海水無(wú)機(jī)氮從2019年1月第4 周開(kāi)始陸續(xù)開(kāi)始出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。 近年來(lái)海州灣海域海水例行監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示， 海州灣地區(qū)的首要污染物為無(wú)機(jī)氮[2]。

2.2 海州灣紫菜養(yǎng)殖階段水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果

養(yǎng)殖場(chǎng)海水無(wú)機(jī)氮污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 連島和青口紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)無(wú)機(jī)氮污染指數(shù)變化情況

10月至12月初紫菜掛網(wǎng)期及分苗期， 連島和青口紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)無(wú)機(jī)氮污染指數(shù)均為PIN＜1， 且均呈降低趨勢(shì)，海水無(wú)機(jī)氮指標(biāo)優(yōu)于二類海水標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到一類海水標(biāo)準(zhǔn)；12月下旬至4月初紫菜收割期，連島養(yǎng)殖場(chǎng)PIN均值為1.454， 青口養(yǎng)殖場(chǎng)PIN均值為1.004，2 個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)無(wú)機(jī)氮污染指數(shù)均為PIN＞1，無(wú)機(jī)氮污染指數(shù)急劇升高，海水水質(zhì)顯著惡化。

紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)COD 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖3。 由圖3 可以看出，連島和青口紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)在整個(gè)紫菜養(yǎng)殖階段，COD 污染指數(shù)PICOD＜1， 紫菜掛網(wǎng)和分苗期呈降低趨勢(shì)，收割期呈上升趨勢(shì)。

圖3 連島和青口紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)COD 污染指數(shù)變化情況

紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)活性磷酸鹽計(jì)算結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可以看出， 養(yǎng)殖過(guò)程中2 個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)活性磷酸鹽污染指數(shù)PIP＜1，且整個(gè)養(yǎng)殖過(guò)程中呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖4 連島和青口紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)活性磷酸鹽污染指數(shù)變化情況

3 紫菜養(yǎng)殖對(duì)海州灣無(wú)機(jī)氮影響分析

海州灣紫菜養(yǎng)殖期間，COD、活性磷酸鹽變化情況較小， 且均滿足第二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)， 本文重點(diǎn)分析條斑紫菜養(yǎng)殖對(duì)海州灣海域無(wú)機(jī)氮濃度的影響因素。

3.1 紫菜養(yǎng)殖過(guò)程對(duì)海州灣無(wú)機(jī)氮影響分析

3.1.1 紫菜生長(zhǎng)

紫菜養(yǎng)殖掛網(wǎng)期和分苗期， 連島和青口2 個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)海水無(wú)機(jī)氮均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這是因?yàn)椋喜讼潞：螅喜说纳L(zhǎng)會(huì)吸收轉(zhuǎn)化海水中NH3-N、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮等營(yíng)養(yǎng)鹽，從而降低海水中無(wú)機(jī)氮的濃度[3-6]。

2018年海州灣2.7×108m2紫菜養(yǎng)殖區(qū)共產(chǎn)紫菜35 億張，1 張3 g，即1.05×104t。條斑紫菜中氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在3.16%到7.68%[7-8]， 以平均值5.42%計(jì)，2018年收割的紫菜含氮總量約為569.1 t。

3.1.2 紫菜腐爛和脫落

紫菜生長(zhǎng)過(guò)程中、收割期均會(huì)發(fā)生紫菜腐爛、脫落等問(wèn)題，在反硝化細(xì)菌的作用下，釋放氮素，導(dǎo)致海水中無(wú)機(jī)氮升高。調(diào)查表明，腐爛和脫落的紫菜量約為產(chǎn)量的5%， 腐爛和脫落的紫菜葉片80%會(huì)沉入海底，在海底進(jìn)行固定，紫菜的快速生長(zhǎng)也會(huì)打破海底沉積物氮的平衡， 可能會(huì)促進(jìn)氮的釋放[9]；20%紫菜經(jīng)微生物分解后，營(yíng)養(yǎng)鹽重新進(jìn)入海水中，估算2018年紫菜收割期間進(jìn)入海水中的氮約為5.7 t。

3.1.3 加藥

紫菜分苗期為除去網(wǎng)簾上的滸苔等雜藻幼苗，分苗時(shí)需要加藥，即除藻劑。 除藻劑主要成分為鹽酸或者檸檬酸，其中含有一定的營(yíng)養(yǎng)鹽，在2 個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)隨機(jī)取2 個(gè)批次的除藻劑，其營(yíng)養(yǎng)鹽含量見(jiàn)表3。

表3 紫菜分苗期所用除藻劑營(yíng)養(yǎng)鹽含量mg·L-1

分苗期，每畝紫菜所需除藻劑約0.5 ～1 kg,海州灣2.7×108m2紫菜養(yǎng)殖區(qū)2018年所用除藻劑約200～400 t，由加藥帶入海州灣的約2.3 ～4.6 kg，TP 約0.07～0.14 kg，由于海域面積大，加藥引入的營(yíng)養(yǎng)鹽對(duì)海水水質(zhì)變化影響較小，忽略不計(jì)。

3.1.4 施肥

隨著紫菜養(yǎng)殖技術(shù)發(fā)展， 原本僅能在近岸海域養(yǎng)殖的紫菜逐漸走向遠(yuǎn)海，由于受陸源影響較小，遠(yuǎn)海區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較低，無(wú)法滿足紫菜生長(zhǎng)需要，養(yǎng)殖戶通過(guò)施肥增加海水中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度， 施肥成分主要為尿素和氯化銨等。 施肥通常在紫菜收割期進(jìn)行。

假設(shè)紫菜養(yǎng)殖期間陸源污染和海上交通運(yùn)輸、海洋工程等海源污染不變，利用氮平衡，估算2018 ～2019年紫菜養(yǎng)殖周期施肥量。

式中：T 為氮來(lái)源質(zhì)量，t；F 為施肥肥料中氮質(zhì)量，t；L 為陸源及其他海源污染進(jìn)入海水中的氮質(zhì)量，t；M為腐爛、脫落的紫菜經(jīng)分解進(jìn)入海水中的氮質(zhì)量。

式中：C 為氮產(chǎn)出質(zhì)量，t；Z 為紫菜中氮質(zhì)量，t；H 為海水中氮質(zhì)量，t。

根據(jù)物質(zhì)守恒原理，T ≈C， 即F+L+M=Z+H。 由于9月底紫菜尚未下海，F(xiàn)9=0，M9=0，Z9=0，得出L9 =H9，即不考慮其他因素影響，9月底陸源污染進(jìn)入海水中氮元素量約為近岸海水中氮元素量。 假設(shè)紫菜養(yǎng)殖期間陸源及其他海源污染情況未發(fā)生變化，則4月份紫菜養(yǎng)殖過(guò)程，海水中氮平衡可表示為：F4=Z4+H4–H9-M4 ， 其中，Z4 約569.1 t，M4 約5.7 t。

2018年9月和2019年4月海州灣紫菜養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測(cè)結(jié)果平均值見(jiàn)表4。

表4 紫菜養(yǎng)殖前后海州灣例行監(jiān)測(cè)點(diǎn)位無(wú)機(jī)氮變化情況 mg·L-1

取各點(diǎn)位平均值作為海州灣紫菜養(yǎng)殖區(qū)海水無(wú)機(jī)氮平均濃度，紫菜養(yǎng)殖區(qū)面積為2.7×108m2，海水深度以5 m 計(jì)， 則2018年9月和2019年4月海水中氮元素量H9，H4 分別為692.5 和627.7 t。

初步估算施肥肥料中氮元素量F4 約498.6 t。 以氯化銨計(jì)，則施肥量為1 905 t，平均每m2施肥量約7.1 kg。

3.1.5 紫菜養(yǎng)殖過(guò)程對(duì)海州灣海域無(wú)機(jī)氮影響

綜合分析紫菜養(yǎng)殖過(guò)程中的各影響因素， 對(duì)海水中無(wú)機(jī)氮產(chǎn)生正影響的主要是紫菜生長(zhǎng)， 產(chǎn)生負(fù)影響的主要是紫菜養(yǎng)殖過(guò)程中紫菜的腐爛、 脫落和收割期施肥。 由于海水流動(dòng)、海域面積大，施肥量很難控制。為了保證紫菜的生長(zhǎng)，紫菜養(yǎng)殖過(guò)程中施肥量加劇，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于紫菜生長(zhǎng)所需，直接導(dǎo)致海州灣海域海水無(wú)機(jī)氮污染。

3.2 紫菜養(yǎng)殖規(guī)模對(duì)海州灣海水無(wú)機(jī)氮影響分析

近幾年海州灣紫菜養(yǎng)殖規(guī)模逐年擴(kuò)大， 有向遠(yuǎn)海延伸的趨勢(shì)， 多源遙感數(shù)據(jù)提取海州灣條斑紫菜養(yǎng)殖分布情況顯示， 紫菜養(yǎng)殖面積由2015年的1.0×108m2，已擴(kuò)張到2018年的2.7×108m2[10]。 紫菜養(yǎng)殖周期為每年的10月～次年4月，近海海域海水水質(zhì)例行監(jiān)測(cè)為每年的4，8 和10月，紫菜施肥一般在12月～4月期間， 對(duì)海水例行監(jiān)測(cè)的影響也主要體現(xiàn)在4月份的監(jiān)測(cè)結(jié)果。 因此，2016 ～2019年4月份海水質(zhì)量對(duì)應(yīng)2015 ～2018年紫菜養(yǎng)殖規(guī)模，2015～2018年海州灣紫菜養(yǎng)殖規(guī)模及無(wú)機(jī)氮濃度變化情況見(jiàn)圖5。 由圖5 可以看出，2015年以后，海州灣紫菜養(yǎng)殖規(guī)模從1.0×108m2急劇擴(kuò)大到2018年2.7×108m2，養(yǎng)殖范圍由近海岸逐漸向深海擴(kuò)張。 紫菜養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)張打破了海水中無(wú)機(jī)氮的平衡， 無(wú)機(jī)氮濃度降低，無(wú)法供應(yīng)紫菜生長(zhǎng)需要，為了加速紫菜生長(zhǎng)，紫菜養(yǎng)殖戶不合理施肥，導(dǎo)致整個(gè)養(yǎng)殖區(qū)海水無(wú)機(jī)氮濃度急劇升高，海水水質(zhì)惡化。

圖5 2015～2019年海州灣紫菜養(yǎng)殖規(guī)模及無(wú)機(jī)氮濃度變化

4 結(jié)論與建議

（1）海州灣海域污染來(lái)源分為陸源污染和海源污染，由于2018年4月連云港灌云灌南化工園區(qū)關(guān)停等原因，排入海州灣近岸海域的污水量、營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)銳減，陸源污染顯著減少，但2018年12月中下旬到2019年4月初海水中無(wú)機(jī)氮濃度仍顯著增高。對(duì)連島和青口2 個(gè)紫菜養(yǎng)殖場(chǎng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明， 紫菜養(yǎng)殖過(guò)程中，COD 和活性磷酸鹽污染指數(shù)均小于1，整體滿足功能區(qū)要求；紫菜掛網(wǎng)期和分苗期PIN＜1，且呈下降趨勢(shì)， 紫菜收割期2 個(gè)養(yǎng)殖場(chǎng)PIN＞1，PIN急劇升高，海水水質(zhì)顯著惡化。

（2）海州灣海域條斑紫菜的生長(zhǎng)可吸收轉(zhuǎn)化海水中無(wú)機(jī)氮，降低無(wú)機(jī)氮濃度；紫菜分苗期加藥過(guò)程對(duì)海水中無(wú)機(jī)氮影響較小； 紫菜腐爛和施肥使海水中無(wú)機(jī)氮升高，尤其是大量紫菜養(yǎng)殖收割期的施肥，直接導(dǎo)致海州灣海域無(wú)機(jī)氮超標(biāo)； 從2015年起，隨著紫菜養(yǎng)殖技術(shù)的發(fā)展， 海州灣紫菜養(yǎng)殖逐漸從近海走向遠(yuǎn)海，養(yǎng)殖規(guī)模無(wú)序擴(kuò)張，海水中無(wú)機(jī)氮的濃度無(wú)法滿足紫菜生長(zhǎng)需要， 從而紫菜收割期大量施肥，海水中無(wú)機(jī)氮急劇升高。

（3）建議控制紫菜養(yǎng)殖規(guī)模，使之恢復(fù)到2015年以前的規(guī)模， 在河口區(qū)域劃定1.0× 108m2養(yǎng)殖區(qū)，充分利用陸源帶入海水的營(yíng)養(yǎng)鹽，既可以降低海水中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，也無(wú)需另外施肥，從而達(dá)到紫菜養(yǎng)殖和海水生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

（4）建議多種經(jīng)濟(jì)作物輪作。在條斑紫菜養(yǎng)殖區(qū)域進(jìn)行錯(cuò)時(shí)壇紫菜養(yǎng)殖，壇紫菜抗病能力強(qiáng)，腐爛情況較少，可以從8月份開(kāi)始種植壇紫菜，并利用9月下旬到11月上旬利用養(yǎng)殖區(qū)現(xiàn)有筏架設(shè)施，發(fā)展壇紫菜二茬養(yǎng)殖。