渤海灣天津海區漁業生態環境質量評價

王娟娟　張素青　王寶峰　王秀芹　王德興　張丹娜　張亞楠

摘要：根據2020年5月、8月的水質調查數據，運用熵權模糊綜合評價法，對渤海灣天津海區環境質量進行評價。結果表明：渤海灣天津海區水質維持在一個較好的狀況。渤海灣入海口附近海域水質狀況較其他區域要差，近岸的污染物濃度較外海濃度高。生物學評價表明，調查海區生境質量整體較好，但物種豐富度較低，群落結構比較脆弱。

關鍵詞：渤海灣;漁業;生態環境;模糊綜合評價

中圖分類號：X824

渤海灣三面環陸，毗鄰河北、天津以及山東的陸岸。渤海灣面積為1.59萬km，約占渤海面積的五分之一。渤海灣底部由岸邊向海灣中緩緩加深，平均水深12.5 m。天津市海岸為沖積平原海岸，灘涂地勢平坦，坡度小，潮間寬;平均寬度約為3 500 m，海涂面積約為360. 6 km[1]。渤海灣不但是海洋基礎餌料的生產地，而且也是魚、蝦、貝、蟹的洄游、索餌、產卵的良好區域。

近些年來，在我國經濟社會的飛速發展和城鄉格局變化的雙重影響下，人類活動對環境的影響越來越大。渤海灣沿岸區域經濟比較發達，它承載著來自京津冀等環渤海地區的排水， 該海區也面臨著巨大的生態壓力。天津市轄區范圍內，分別有薊運河、永定新河、潮白新河、海河、獨流減河、青靜黃排水渠、北排水河、滄浪渠和子牙新河等9條入海河流，這些河流攜帶著大量有機物、營養鹽以及其他污染物。據文獻記載，渤海灣每年大約承載1億噸來自京津冀等環渤海地區的廢水[2]。渤海灣為典型的半封閉海灣，與外海水交換能力差，導致一些污染物質累積，加劇了渤海灣的污染。

目前，水質評價的方法較多，主要有單因子評價法、模糊綜合評價法、綜合指數法、灰色聚類法、人工神經網絡模型等。由于受到諸多因素制約及自身評價方法的不足，各有優缺點。比如單因子評價法一目了然，操作方便，但是一票否決制的實施無法處理水環境中復雜的內在關系[3]。在綜合指數法中，權重不易確定，沒有考慮水質不同級別的界限具有模糊的特性[4]。灰色聚類法運用了灰色系統理論，對于白化函數的選擇和聚類權重的確定具有主觀性，且傳統的灰色聚類方法計算繁瑣。人工神經網絡模型需要的樣品數據較多，且神經網絡結構因不同的人操作而有所差異。事實上，水體環境是由多種介質的多重關系構成，包含大量的污染因子和可變因素，具有較高的綜合性、復雜性和可變性。近年來，模糊綜合評價方法在水質綜合評價中得到較為廣泛的應用[5-7]，該評價方法采用模糊數學理論，將水質評價參數和水質評價原理相結合，得到更加科學合理的評價結果。

本研究通過對渤海灣天津海區環境進行調查，基于模糊數學原理建立熵權模糊綜合評價法，并應用該方法對渤海灣天津海區進行了水質綜合評價，摸清此水域受污染狀況，以期為該水域漁業生態環境的保護和漁業健康發展提供數據支撐，為食品安全提供保障工作，同時為增殖放流和海洋牧場的建立提供智力支持。

1采樣與分析方法

1.1調查時間與范圍

研究區選擇在渤海灣天津海區，具體位置為東經117°46′44″～118°02′00″，北緯38°37′02″～39°07′01″，共設置監測站位12個。每個站位分別在5月份（枯水期）和8月份（豐水期）進行兩次監測。監測具體位置見圖1。

1.2監測項目與檢測方法

依據海洋調查規范GB 12763.1-2007[8]進行樣品采集。

無機氮、活性磷酸鹽、化學需氧量、石油類、懸浮物、鋅、鉛、鎘的檢測方法依據《海洋監測規范》 GB 17378.4-2007[9]執行。浮游植物、浮游動物的檢測方法依據《海洋調查規范》 GB/T 12763.6—2007[10]執行。

1.3評價方法

水化因子采用熵權模糊綜合評價法對渤海灣天津海區的水質質量進行分析評價，生物評價采用多樣性指數等進行評價。

1.3.1熵權模糊綜合評價法的建立熵權模糊評價法是一種相對客觀的評價方法，根據評價對象在各評價指標上的值的相差程度，根據有效數據計算各項指標的熵權，再通過熵權校正各指標的權重，最終得到一種較為客觀的指標權重。某評價對象在某一評價指標上的值相差越多時，其熵值越低，表明該評價指標所提供的有效信息越大，該項指標的權重也就相應地越大。反之，當某評價對象在某一指標上的值相差越少，其熵值越高，表明該評價指標提供的有效信息越少，其權重也就相應越小[11]。

1.3.1.1評價因子集的建立假設評價指標中參與評價的m個水質指標的實際測定濃度結果組成的模糊子集為：

U={x，x，x，…，x，…，x}，其中，x為評價參數i的實測結果。

1.3.1.2模糊評價集的建立每一個被評價的對象所有會獲得的評價結果的集合即為評價集，環境質量的評價集即m個水質指標相對應的n個水質評價標準等級的集合，可表示為：

V={V，V，…，V，…，V }，其中，V為評價參數x的n個評價標準等級。

依據海水水質標準（GB 3097-1997）[12]，海水水質分為4類水體，因此，確定該評價集為C={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}。海水水質指標評價等級標準見表1。

1.3.1.4模糊關系矩陣的建立在U和V都確定完成之后，通過對每個污染指標進行評判，得出各個污染指標與各個評價標準之間的模糊關系，從而建立模糊關系矩陣R：

1.3.1.5權重的確定對原始矩陣進行數據的標準化處理，從而使各指標處于同一數量級，得到：R=（rij）m×n。

1.3.1.6熵值的確定在評價指標和評價對象分別為m和n的評價體系中，第i個指標的熵定義為：

1.3.1.7熵權的確定在熵值的定義基礎之上，對第i項指標進行熵權的定義，即：

1.3.2生物評價方法Shannon-Wiener多樣性指數[13]、Margalef種類豐富度指數[14]、Pielou均勻度指數[15]用于評價浮游生物群落的多樣性水平，反映水環境的污染狀況。公式如下：

2結果與分析

2.1監測水域水質檢測結果與評價

2.1.1水質檢測結果渤海灣天津海區各站位5月份和8月份水質檢測平均值如表2所示。

2.1.2渤海灣天津海區水化指標的模糊評價結果R為渤海灣天津海區監測指標的模糊關系矩陣。各監測站位檢測結果的隸屬矩陣由各項評價指標的隸屬度函數得到，例如渤海灣天津海區KF23站位隸屬矩陣如下：

2.2生物評價結果

2.2.1浮游植物評價結果監測到的浮游植物分屬硅藻門、甲藻門，共24種，其中：硅藻門21種，甲藻門3種。5月浮游植物密度范圍為（9 000～38 588）cells/m，8月浮游植物密度范圍為（32 000～1 632 941）cells/m3。5月份Shannon-Wiener多樣性指數范圍為1.685～2.447，平均值為2.120。8月份監測多樣性指數范圍為1.594～2.623，平均值為2.20。表明該海區浮游植物生境質量一般，表現為輕度污染。5月份Margalef種類豐富度范圍為0.226～0.539，平均值為0.347。8月份種類豐富度范圍為0.255～0.489，平均值為0.360。表明該海區浮游植物群落結構比較脆弱，物種豐富度較低。5月份Pielou均勻度范圍為0.729～0.934，平均值為0.839;8月份均勻度范圍為0.616～0.900，平均值為0.753。表明該海區浮游植物個體分布較為均勻，生境質量為輕污染或無污染。

2.2.2浮游動物評價結果監測到的種類分屬于4個類群16種。其中毛顎類1種，橈足類6種，水母類3種，幼蟲類6種。5月份生物量范圍（1.67～1 990.45）mg/m，8月生物量范圍（0.94～2 084.86）mg/m。5月份Shannon-Wiener浮游動物多樣性指數范圍為0.620～2.541，平均為1.855。8月浮游動物多樣性指數范圍為1.171～2.858，平均為2.268。表明該海區浮游動物生境質量一般，表現為輕度污染。5月份Margalef種類豐富度范圍為0.283～1.562，平均為1.088;8月份種類豐富度范圍為0.813～1.971，平均為1.336。表明該海區浮游動物群落結構也比較脆弱，物種豐富度較低。5月份Pielou均勻度范圍為0.469～0.855，平均為0.670;8月份監測均勻度范圍為0.417～0.953，平均為0.804。表明該海區浮游動物個體分布較為均勻，生境質量為輕污染或無污染。

總而言之，渤海灣天津海區生態環境處于良好的狀態，對于渤海灣天津區域漁業發展具有重要的支撐作用。2018年以來，為貫徹落實中共中央、國務院《關于全面加強生態環境保護 堅決打好污染防治攻堅戰的意見》，天津市政府加大了渤海灣天津海區生態環境修復和漁業資源養護的力度。近幾年，天津市漁業主管部門在放流傳統經濟物種、凈水品種的基礎上，圍繞海洋牧場建設，開展了貝類增殖、趨礁魚類增殖，同時為進一步保護珍稀瀕危物種，開展了松江鱸魚放流工作。渤海灣天津海區生態環境質量和漁業資源量均有所提高。

3結語

本研究中污染相對嚴重的區域在渤海灣入海口附近海域，近岸的污染物濃度較外海濃度高，監測所在位置海水流動性較差，難以海水的水動力作用使海水得到凈化，與海洋功能區規劃中的排污口以及排污口外海區基本吻合。

研究表明，通過熵權模糊綜合評價方法對渤海灣天津海區進行評價，較為全面客觀地反映了渤海灣天津海區水質狀況。近些年來陸源污染防治對改善渤海灣海水污染起到了明顯的效果。今后一段時間，控制陸源污染排放仍是海洋污染防治工作的重點。

生物學評價表明，渤海灣天津海區生境質量整體較好，但物種豐富度較低，群落結構比較脆弱。

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for the sea area of Bohai Bay in Tianjin

WANG Juanjuan， ZHANG Suqing， WANG Baofeng，

WANG Xiuqin， WANG Dexing， ZHANG Danna， ZHANG Yanan

（Tianjin Agriculture Eco-Environmental Monitoring and Agro-product Quality Testing Center， Tianjin 300221， China）

Abstract：Based on data of water quality collected from the sea area of Bohai Bay in Tianjin in May 2020 and August 2020， the environmental quality was assessed using the entropy weight fuzzy synthetic evaluating method. The results showed that the water quality of Bohai Bay in Tianjin maintained in a good condition. The water quality of the estuary was slightly polluted than other area， and the pollution in the offshore area was higher than the open area.The biological assessment indicated that the habitat quality was well in the investigated area， but the species richness was low， and the community structure was slightly vulnerable.

Key words：Bohai Bay; fishery; eco-environment; fuzzy synthetic evaluating method