東營河口貝類增養殖區水質監測及評價

李翠翠，王 璠，宋志珍，周 紅，谷 晶，王 華，楊國軍，霍忠明，閆喜武

(大連海洋大學水產與生命學院，遼寧省貝類良種繁育工程技術研究中心，遼寧 大連 116201)

東營河口貝類增養殖區位于渤海灣南岸黃河三角洲近岸海域，是我國主要的灘涂貝類生產區。但是，隨著區域經濟和城鎮化的發展，近岸海域水質出現富營養化[1]。2009年東營河口貝類增養殖區被劃定為東營市河口淺海貝類生態國家級海洋特別保護區的“環境整治區”，采取多種綜合治理措施進行海域生態環境保護和修復。目前，有關渤海海域水環境的研究包括渤海海域營養鹽時空分布[2-3]、水體富營養評價[4]、營養鹽變化及發展趨勢分析[5-6]等，研究熱點區域包括萊州灣[7]、遼東灣[8]及黃河口海域[9]?！?020年中國海洋生態環境狀況公報》指出，我國近岸海域主要超標物質為無機氮(DIN)和磷酸鹽(PO4-P)，其中遼東灣和黃河口近岸海域出現劣四類海水。為此，有必要對東營河口貝類增養殖區的水質進行監測與評價。

本研究在2020—2021年對東營河口貝類增養殖區海域進行了4個航次的調查，對海水水溫、pH、鹽度、溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、氨態氮(NH3-N)、亞硝酸態氮(NO2-N)、硝酸態氮(NO3-N)和無機磷(DIP)進行監測，并采用內梅羅環境質量綜合評價指數(P)、營養狀態指數(E)以及有機污染評價指數(A)對其水環境質量狀況進行評價，旨在為該區的貝類養殖和環境保護提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 站位布設

如圖1所示，根據東營河口區附近的貝類養殖區的分布狀況，本次調查在灘涂和淺海區域各設置了3個平行調查站位。其中T1、T2和T3站點位于灘涂區(漲潮時水深1.0～1.5 m)；Q1、Q2和Q3站點位于淺海區(水深7～14 m)。

1.2 采樣與檢測方法

本研究分別于2020年12月和2021年3月、6月、10月進行了4個航次的調查，均在大潮日的高潮時進行采樣。每批次樣品的采集均在同一個高潮時內完成。利用多參數水質分析儀(YSI)對水溫、pH和DO進行了現場測定。另取水樣低溫冷藏帶回實驗室，按照《海洋監測規范》方法對水樣的鹽度、NO3-N、NO2-N、NH3-N、DIP和COD等理化指標進行測定與分析。每個水樣均重復測定3次，取其平均值進行比較分析和數理統計。

1.3 評價方法

1.3.1 水質綜合評價

采用單因子評價指數法、內梅羅環境質量綜合評價指數法對河口貝類增養殖區水質狀況進行分析評價，計算公式如下所示：

(1)

(2)

式(1)為單因子評價指數計算公式，其中：Pi為某污染因子的污染指數；Ci為第i項污染物的監測值；Si為第i項污染物海水水質二類標準評價值；評價指數Pi>1，表明該水質參數超過了規定的水質標準，已經不能滿足使用功能的要求。式(2)為內梅羅環境綜合指數計算公式，P為內梅羅綜合指數；Pmax為所測污染指標中最大的污染指數值。

如表1所示，根據內梅羅環境質量綜合評價指數(Nemero environmental composite quality index，P)評價標準對養殖區的水質進行綜合的分析和評價。

表1 貝類養殖環境質量分級標準[10]Tab.1 Environmental quality grading criteria for shellfish culture [10]

1.3.2 營養水平評價

營養狀態指數法(Trophic state index，E)[11]是目前常用于我國近岸海域富營養化評價的方法之一，該方法以海域環境狀況為依據，計算公式如下：

E=(COD×DIN×DIP×106)/4 500

(3)

式(3)中：COD、DIN和DIP分別為水樣中化學需氧量、無機三氮(NH3-N、NO2-N、NO3-N)和無機磷的實測濃度(mg/L)。營養指數(E)≥1表示水體呈富營養化狀態，E<1則表示水質正常。

1.3.3 有機污染評價

有機污染評價指數法(Organic pollution assessment index，A)根據DO、COD、DIN和DIP等4項指標的污染指數來判斷水質狀況，綜合考慮了海水的有機污染和無機污染指標，因此其能綜合反映海水水質的整體狀況[12]。計算公式如下：

(4)

式(4)中，COD、DIN和DIP分別為水體中各自的實測數據，CODB、DINB和DIPB分別為水體中COD、DIN和DIP的評價標準。根據A值將海水污染水平分為6級：A<0為水質良好；0≤A<1為水質較好；1≤A<2為開始受到污染；2≤A<3為輕度污染；3≤A<4為中度污染；A≥4為嚴重污染。

2 水質監測與評價

2.1 河口貝類增養殖區水質的季節變化

2.1.1 環境因子的季節變化

河口貝類增養殖區海水的溫度、鹽度、pH、DO和COD的變化如表2所示。養殖區海域表層海水平均水溫隨著季節的變化而變化，變化范圍為1.40～27.90℃；鹽度呈明顯的季節性變化但差距不大，6月和12月的鹽度相對較高，3月和10月的鹽度較低，變化范圍為25.00～35.50；pH基本隨水溫的升高而降低，在一定范圍內波動，pH變化范圍為7.46～8.68，波動范圍不明顯。本次調查測得河口貝類增養殖區的DO為5.33～13.54 mg/L，其中10月DO值最高，6月最低。COD為0.56～2.49 mg/L，在12月、3月以及6月3個調查航次中表現為濃度較低且變化平穩，而在10月驟然升高。

2.1.2 營養鹽的季節變化

東營河口貝類增養殖區主要營養鹽監測結果見表3，增養殖區DIN及其組分NH3-N、NO2-N和NO3-N的濃度分別為0.006～0.726、0.003～0.139、0.001～0.163、0.002～2.490 mg/L。增養殖區NH3-N的濃度為0.003～0.139 mg/L，表現為10月最高、其他月份濃度相近的特征。本次調查NO2-N的濃度范圍為 0.001～0.163 mg/L，表現為10月最高、6月次之、3月和6月最低的季節特征。NO3-N 和 DIN 濃度表現為10月最高、12月和3月次之、6月最低的季節特征。增養殖區DIP濃度在4次調查中均處于較低水平，濃度為0.001～0.010 mg/L。從平均濃度看，增養殖區的DIP符合海水一類標準，同時，增養殖區的NH3-N和DIN在12月、3月以及6月的濃度均符合海水一類標準，但在10月二者均出現超標現象。

表3 東營河口貝類增養殖區主要營養鹽的變化Tab.3 Change of main nutrient salt in shellfish culturing areas of Dongying River estuary

2.2 水質綜合評價

2.2.1 水質綜合評價

河口貝類增養殖區中各評價因子污染指數和海水質量指數如表4所示。在河口貝類養殖海域中，pH、DO、COD和DIP的評價指數Pi均小于1，均符合海水水質二類標準，但灘涂區在10月的DIN評價指數為1.16，超出海水水質二類標準，說明灘涂區在10月時受到了DIN的污染。淺海區在12月、3月、6月、10月等4次調查月份中的海水質量等級均為1～2 級，總體處于較好水平；而灘涂區在10月的海水質量等級為3級，水質一般，其他調查月份為1～2級，處于較清潔或清潔狀態。整體來看，河口貝類增養殖區海域海水質量良好，個別月份出現DIN污染現象，但均符合海水水質標準一類區或二類區貝類養殖環境的要求。

表4 東營河口貝類增養殖區海水質量綜合評價Tab.4 Comprehensive evaluation of seawater quality in shellfish enrichment areas of Dongying River estuary

2.2.2 水體營養水平與有機污染評價

河口貝類增養殖區海域灘涂區和淺海區的營養狀態指數(E)和有機污染評價指數(A)如表5所示。養殖海域各站位在4個調查航次的營養狀態指數(E)均小于1，均未達到富營養化狀態，其中灘涂區T1站位在10月的營養狀態指數(E)接近于1，有富營養化趨勢。因此，在10月時應注意對灘涂區養殖貝類的保護。從有機污染評價指數(A)來看，河口貝類增養殖區海域在12月與3月時水體環境水質評價良好；養殖海域的淺海區站位Q1、Q2以及灘涂區的T1、T2、T3在6月與10月時的有機污染指數(A)均介于0～1之間，水質環境為較好，其余則為良好。

表5 東營河口貝類增養殖區的營養狀態指數(E)和有機污染評價指數(A)Tab.5 Trophic state index (E)and organic pollution assessment index (A)in shellfish enrichment areas of Dongying River estuary

3 討論

3.1 環境因子的季節變化分析

東營河口及近海潮間帶灘涂是埋棲性貝類的主要棲息場所，本次調查的養殖區位于東營的馬新河入?？谔?，養殖區主要出產文蛤和四角蛤蜊等經濟貝類。其中，文蛤屬廣溫和廣鹽性灘涂埋棲性雙殼貝類，研究表明文蛤稚貝生長的溫度和鹽度范圍分別為7.0～35.4℃、7.3～38.7[13]，同時在低溫-5.5℃下文蛤仍可正常存活。本次調查監測到養殖區6個站位水體水溫和鹽度的變化分別是1.40～27.90℃、25.00～35.50，均在文蛤生長適宜范圍內。此外，楊杰青等[14]發現文蛤最適生長的pH為7.7～8.7。本研究結果表明河口養殖區的pH(7.93～8.48)較為穩定，且在養殖貝類適宜生長范圍之內。海水pH變化與海水中無機碳平衡體系密切相關，而該平衡與溫度、鹽度、壓力、無機碳平衡體系各組分含量變化密切相關。當溫度升高時，由于電離常數增大，導致海水pH降低；同時，當降水及地表徑流流入導致海水鹽度下降時，離子強度變小，海水中碳酸的表觀電離常數變小，導致海水的pH下降。因此，監測區夏季pH降低的原因，可能是受季節和水溫的影響，其次是受降水量和黃河徑流量等因素的影響[15]。DO是水產養殖過程中影響養殖生物存活和生長的關鍵環境因子，本次調查測得河口貝類增養殖區的DO變化趨勢與前人報道的大遼河口的變化趨勢一致[16]。本次調查養殖區的COD隨季節變化趨勢與2010年調查結果相似，但測定的COD值相比2010年明顯降低。COD是傳統水質監測中反映海水有機質的重要參數，研究發現COD與DIN有顯著正相關關系，過高的COD易使海水出現富營養化，從而引發赤潮，最終對養殖對象產生危害[17]。根據海水水質二類標準，養殖水體的DO應在5.0 mg/L以上，COD小于3.00 mg/L。本研究海域DO濃度均在海水養殖安全范圍之內，而COD濃度除10月灘涂區的監測點外，其他站位的COD濃度均符合水質標準。因此，應注意養殖區秋季海水的有機污染狀況以及COD濃度變化，特別是近海灘涂區。同時，研究發現COD與赤潮浮游植物濃度呈極顯著正相關關系[18]，因此在COD濃度升高時，養殖區需加強對海水中浮游植物的跟蹤監測。

3.2 營養鹽的季節變化分析

營養鹽是浮游植物生長繁殖的營養因子，而浮游植物又是多種貝類的餌料來源。因此，海洋中營養鹽的濃度與分布會間接影響貝類的生長與繁殖，適量的營養鹽可以促進浮游植物的生長，同時也為貝類提供充足的餌料，而過量的營養鹽可能導致赤潮發生[19]。本次調查養殖區NH3-N的濃度變化特征與2010年相比略有不同，這可能與當地降雨量、海域環流速度、浮游動物的排泄、有機物分解，以及氮元素的氨化及硝化作用的程度等因素有關[20-21]。由于NO2-N是氮元素氧化還原的中間價態，NO2-N濃度變化可能與海水溫度有關，適宜水溫使細菌生命活動較為活躍，也會導致氮元素硝化作用和反硝化作用增強。同時，海水中NH3-N和NO2-N濃度過高會對各種海洋生物產生毒害作用[22]。研究證明，NH3-N≤0.15 mg/L[23]、NO2-N≤0.1 mg/L不會對貝類造成毒害作用[24]。相關研究表明，過量的氮輸入會導致水體酸化、生態系統富營養化以及產生毒性等副作用，危害水生生物的生長繁殖，對養殖產生不利的影響[25-26]。2010年姜歡歡[27]對渤海近岸的7個貝類增殖區進行了水質監測與評價分析，發現該養殖區域水體富營養化，其中DIN和PO4-P濃度超標；劉瀾鼎等[28]于2017—2019年對煙臺養馬島貝類養殖區水質進行了監測分析，結果顯示養殖區水體營養鹽含量符合國家養殖區水質標準，但海域水質處于氮限制的貧營養化水平；何榮等[29]于2014年對渤海西部海域的天津漢沽貝類增養殖區的環境進行了監測與綜合評價，研究顯示養殖區營養鹽超標，水體嚴重富營養化；姜磊[30]于2015—2018年對黃河三角洲近岸海域海水生態環境進行了連續4年的跟蹤調查，并分析了變化趨勢，研究結果表明DIN、COD和PO4-P是黃河三角洲近岸海域水質主要污染物，DIN和PO4-P濃度整體均呈上升趨勢。研究表明，當DIN和DIP分別低于0.080、0.018 mg/L時，會影響浮游植物的生長[31]，若養殖區海水中DIP濃度相對偏低，其可能成為該區域浮游植物生長繁殖的限制因子，使得浮游植物對磷濃度變化比較敏感。因此，一旦大量排污和大量徑流輸入等，將導致磷濃度增加，可能會促使養殖區浮游植物大量繁殖生長，甚至引發赤潮[32]?？傮w來說，河口貝類增養殖區氮磷平均濃度基本上雖處于安全濃度范圍內，但養殖區秋季的NH3-N和NO2-N以及DIN濃度均超出海水水質二類標準，同時該養殖區海域DIP一直處于低濃度狀態，可能會限制浮游植物的正常生長，對貝類養殖區產生影響，因此應特別注意對秋季養殖區氮、磷濃度陸源輸入量的跟蹤監測，防止其對貝類產生毒害作用，影響養殖容量和經濟效益。

4 結論

1)東營河口貝類養殖區的DO、COD、DIN和DIP均符合養殖生物的海水水質標準。

2)內梅羅環境質量綜合評價指數表明，河口貝類增養殖區污染評價等級均為較清潔或清潔狀態，海水質量良好，總體符合海水水質標準一類區或二類區貝類養殖環境的要求。

3)富營養化指數評價和有機污染指數評價分析表明，東營河口貝類增養殖區水域水質整體處于良好狀態，且在海水養殖環境標準范圍內，但應注意秋季養殖區DIN的輸入。