萊州灣和四十里灣貝類養(yǎng)殖海域水質(zhì)調(diào)查

丁敏娜，張書瑞，張盈盈，王旭明，劉曉玲，崔龍波

（煙臺大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山東 煙臺 264005）

山東煙臺，南鄰黃海、北鄰渤海，海岸線約910 km，盛產(chǎn)貝類、對蝦、海參、鮑魚等多種海珍品，是我國重要的漁業(yè)養(yǎng)殖基地。其中萊州灣和四十里灣因其得天獨(dú)厚的地理位置成為貝類重要的養(yǎng)殖區(qū)。萊州灣是渤海3 大海灣之一，總面積約7 000 km2，海底平坦、灘涂廣闊、水淺沙多；四十里灣是黃渤海重要的漁業(yè)養(yǎng)殖場，總面積約86.7 km2，著名的養(yǎng)馬島位于該海域中，是典型的北方漁場。由于萊州灣和四十里灣均為半封閉式海灣，水體交換能力弱，且近年來由于工業(yè)廢水和生活污水向海內(nèi)排放量的增加，導(dǎo)致海水富營養(yǎng)程度加劇、赤潮頻發(fā)及水質(zhì)變差[1]。同時隨著貝類養(yǎng)殖量的逐年增加，貝類養(yǎng)殖過于密集，其排泄物和人工活動對海水質(zhì)量也帶來一定的影響[2]。現(xiàn)對萊州灣和四十里灣貝類養(yǎng)殖海域水質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，分析2 處海域無機(jī)氮（DIN）、硝酸鹽氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、活性磷（DIP）、總磷（TP）、水溫、鹽度、pH 值、溶解氧（DO）以及化學(xué)需氧量（COD）對貝類養(yǎng)殖區(qū)的影響，擬為2 處海域貝類的合理養(yǎng)殖和海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 調(diào)查方法

1.1 時間與地點(diǎn)

2020 年5—11 月（海灣扇貝一個完整養(yǎng)殖周期），于每個月，在萊州灣和四十里灣貝類養(yǎng)殖海域分別采集水樣。根據(jù)2 處海域貝類養(yǎng)殖區(qū)的分布特點(diǎn)，在萊州、招遠(yuǎn)、龍口和牟平4 處設(shè)置12 個點(diǎn)位，分別為L1—L9 和M1—M3，見圖1（a）（b）。每個點(diǎn)位均設(shè)3 個平行采樣點(diǎn)，采用有機(jī)玻璃采水器，分別采集上層（2 m）和下層（8 m）水樣。

圖1 采樣位點(diǎn)

1.2 檢測項(xiàng)目及方法

檢測項(xiàng)目為DIN、硝酸鹽氮、氨氮、亞硝酸鹽氮、DIP、TP、水溫、鹽度、pH 值、DO 以及COD。采用美國YSL 水質(zhì)分析儀對水溫、鹽度、pH 值和DO 進(jìn)行檢測；另取水樣帶回實(shí)驗(yàn)室，按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[3]檢測硝酸鹽氮等營養(yǎng)鹽。

1.3 評價(jià)方法

1.3.1 營養(yǎng)水平評價(jià)

采用營養(yǎng)指數(shù)法[4]對貝類養(yǎng)殖海域進(jìn)行營養(yǎng)水平評價(jià)。計(jì)算公式如下：

式中：COD、DIN 和DIP 為——實(shí)測值，mg/L；E——營養(yǎng)指數(shù)，表示海水富營養(yǎng)化的程度，E<1 時，水體處于貧、中營養(yǎng)水平；E≥1 時，則水體處于富營養(yǎng)化水平，且E 值越大說明富營養(yǎng)化程度越高。

營養(yǎng)水平評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 營養(yǎng)水平評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.2 有機(jī)污染水平評價(jià)

采用有機(jī)污染指數(shù)法[5]對貝類養(yǎng)殖海域進(jìn)行有機(jī)污染水平評價(jià)。計(jì)算公式如下。公式里評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值來自文獻(xiàn)[6]二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

式中：COD、DIN、DIP、DO 均為實(shí)測值，mg/L；

COD0——評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，3.0 mg/L；

DIN0——評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，0.3 mg/L；

DIP0——評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，0.03 mg/L；

DO0——評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值，5.0 mg/L。

A——有機(jī)污染指數(shù)，表示水體受污染的程度，可反映海水質(zhì)量狀況。根據(jù)A 的大小，有機(jī)污染程度分為6 個等級，見表2。

表2 有機(jī)污染水平評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.3.3 水質(zhì)綜合評價(jià)

采用單因子評價(jià)指數(shù)法[7]和內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指數(shù)法[7]對貝類養(yǎng)殖海域水質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)。計(jì)算公式如下，公式里標(biāo)準(zhǔn)值來自文獻(xiàn)[6]二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

（1）COD、DIP、DIN 等污染指數(shù)計(jì)算公式。Pi=

式中：Pi——各環(huán)境因子的污染指數(shù)；

Ci——各環(huán)境因子的實(shí)測值，mg/L；

Ci0——各環(huán)境因子的標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。

（2）pH 值的污染指數(shù)計(jì)算公式。

式中：PpH——pH 值的污染指數(shù)，pH——pH 實(shí)測值；

pHmax和pHmin——標(biāo)準(zhǔn)的最大值（8.5）和最小值（7.8）。

（3）DO 污染指數(shù)計(jì)算公式。

式中：PDO——DO 污染指數(shù)；

CDO——DO 實(shí)測值，mg/L；

CDO0——DO 標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L。

（4）內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指數(shù)法計(jì)算公式。

式中：P——內(nèi)梅羅指數(shù)，P 的大小可以表示海水質(zhì)量狀況和污染狀況；

Pmax——DO、pH 值、COD、DIN 和DIP 污染指數(shù)中最大值。

貝類養(yǎng)殖海域水質(zhì)綜合評價(jià)分級見表3。

表3 貝類養(yǎng)殖海域水質(zhì)綜合評價(jià)分級標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 營養(yǎng)鹽含量變化

營養(yǎng)鹽包括含氮、磷、硅等元素的鹽類以及部分微量金屬，是海洋生物繁衍生息所必需的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是影響浮游生物多樣性的重要因素，因此營養(yǎng)鹽含量及分布規(guī)律改變，可能會引起海洋生態(tài)結(jié)構(gòu)的變化[8]。

2.1.1 DIN

2020 年，萊州灣和四十里灣海域DIN、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮變化見圖2（a）（b）。由圖2 可見，萊州灣DIN 變化幅度較大，為0.056~0.277 mg/L，平均值為0.133 mg/L。5 和6 月ρ（DIN）迅速增加，7 月份達(dá)最高值，其中L4 點(diǎn)位的值最高，該點(diǎn)位和L7、L9 點(diǎn)位因硝酸鹽氮過高，導(dǎo)致7 月ρ（DIN）超過文獻(xiàn)[6]二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（≤0.30 mg/L）；8 月份，ρ（DIN）降至最低，在L3 點(diǎn)位出現(xiàn)最小值；9—11 月份，ρ（DIN）緩慢上升。

圖2 萊州灣和四十里灣海域DIN、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮變化趨勢

L4 位點(diǎn)靠近陸地，而L3 點(diǎn)位遠(yuǎn)離陸地，因此萊州灣海域DIN 的主要來源，可能是陸源輸入和城市污水排放[9]。四十里灣ρ（DIN）變化幅度較小，5—11 月份呈緩慢、波動的上升趨勢，為0.047~0.143 mg/L，平均值為0.082 mg/L；四十里灣海域各點(diǎn)位ρ（DIN）均符合文獻(xiàn)[6]二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2 處海域DIN 自8 月起，隨著海灣扇貝的生長發(fā)育呈逐月增長趨勢。石強(qiáng)等[10]研究認(rèn)為，貝類養(yǎng)殖活動導(dǎo)致ρ（DIN）增加，更易引發(fā)水體富營養(yǎng)化。本調(diào)查表明，萊州灣ρ（DIN）明顯高于四十里灣，因此萊州灣海域可能更易發(fā)生富營養(yǎng)化。

無機(jī)氮包括硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和氨氮，本調(diào)查結(jié)果表明，DIN 與硝酸鹽氮變化趨勢最為接近，說明萊州灣和四十里灣海域的DIN 整體上主要以硝酸鹽氮為主，但是萊州灣海域在8 月份以及四十里灣海域在5、7—9 月份DIN 卻以氨氮為主，2 處海域硝酸鹽氮含量低于氨氮含量的月份，主要集中在水溫較高的夏季。邢紅艷等[11]研究指出，海域中的DIN 一般在高溫時以氨氮的形式存在，低溫時則以硝酸鹽氮的形式存在，表明水溫升高，導(dǎo)致反硝化作用增強(qiáng)——硝酸鹽氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡钦枯x等[12]將貝類養(yǎng)殖過程中氨氮的安全濃度定為0.15 mg/L。萊州灣和四十里灣海域ρ（氨氮）分別為0.021~0.058 mg/L和0.010~0.057 mg/L，均<0.15 mg/L，故氨氮不會危害2 處海域貝類生長；本調(diào)查中，2 處海域的ρ（亞硝酸鹽氮）分別為0.006~0.023 mg/L 和0.002~0.022 mg/L。段萃枝等[13]研究認(rèn)為，貝類生長時亞硝酸鹽氮的安全濃度應(yīng)≤0.030 mg/L，而萊州灣海域7 月的L7 點(diǎn)位、8 月份L9 點(diǎn)位和10 月的L6、L7 點(diǎn)位均超出該濃度，可能對貝類養(yǎng)殖產(chǎn)生不利影響。

2.1.2 DIP 和TP

2020 年萊州灣和四十里灣海域DIP 和TP 變化見圖3。由圖3 可見，萊州灣海域ρ（DIP）為0.007~0.012 mg/L，平均值為0.009 mg/L；除5 月份L1 點(diǎn)位超標(biāo)外，5 月份L2、L3、L6 點(diǎn)位和10 月份L6、L7點(diǎn)位符合文獻(xiàn)[6]二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（≤0.030 mg/L），其余點(diǎn)位均符合文獻(xiàn)[6]一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（≤0.015 mg/L）。四十里灣海域ρ（DIP）為0.002~0.019 mg/L，平均值為0.007 mg/L；5—10 月份各點(diǎn)位均符合文獻(xiàn)[6]一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，11 月份各點(diǎn)位均符合文獻(xiàn)[6]二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。盡管2 處海域ρ（DIP）符合貝類養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)[7]，但鄒景忠等[14]研究指出，浮游植物對海水中DIP 要求的最低值是0.015 mg/L，本調(diào)查結(jié)果表明，2 處海域ρ（DIP）相對較低，可能會影響浮游植物的生長繁殖，從而限制2 處海域養(yǎng)殖區(qū)以浮游植物為餌料的貝類生長。

圖3 萊州灣和四十里灣海域DIP 和TP 變化趨勢

萊州灣海域ρ（TP）為0.010~0.057 mg/L，平均值為0.022 mg/L；5、6 月份和11 月份均有點(diǎn)位超標(biāo)，表明萊州灣海域已經(jīng)受到磷的污染。四十里灣海域ρ（TP）為0.008~0.032 mg/L，平均值為0.018 mg/L，5、6、11 月份均有點(diǎn)位超標(biāo)，其余月份各位點(diǎn)ρ（TP）均未超標(biāo)。由于各點(diǎn)位DIP 含量基本正常，因此，磷元素的污染可能主要來自有機(jī)磷[15]。

2.2 其他環(huán)境因子

2020 年萊州灣和四十里灣海域溫度、鹽度、pH值、DO 和COD 變化見表4。文獻(xiàn)[16-17]研究表明，貝類在7~32 ℃時均可生存，適溫范圍為15~25 ℃。萊州灣海域和四十里灣海域水溫分別為13.4~28.3 ℃和13.6~24.8 ℃，整體上適宜貝類養(yǎng)殖。尤仲杰等[18]研究指出，扇貝生長的適宜鹽度是2.34%~3.66%，萊州灣和四十里灣海域鹽度分別為2.72%~3.14%和2.92%~3.22%，均處于貝類生長適宜范圍之內(nèi)。楊鳳等[19]研究認(rèn)為，扇貝養(yǎng)殖的適宜pH 值為7.7~8.2，而萊州灣和四十里灣海域pH 值分別為8.0~8.4和7.9~8.3，基本處于貝類生長適宜范圍內(nèi)，同時也符合文獻(xiàn)[6]二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（7.8~8.5）。萊州灣和四十里灣海域ρ（DO）分別為5.51~9.34 mg/L和5.65~8.78 mg/L，均符合文獻(xiàn)[6]二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（>5 mg/L）；萊州灣和四十里灣海域ρ（COD）分別為0.44~1.92 mg/L和0.32~2.04 mg/L，均符合文獻(xiàn)[6]二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（<3 mg/L）。

2.3 水質(zhì)評價(jià)

2.3.1 營養(yǎng)水平評價(jià)

萊州灣和四十里灣周邊有黃河、小清河和辛安河等河流匯入灣內(nèi)，豐水期攜帶大量營養(yǎng)鹽，受城市生活污水等多方面的影響較大[20-21]。如果海水中營養(yǎng)鹽含量過高，會導(dǎo)致浮游植物大量繁殖、水質(zhì)惡化，從而危害貝類生長發(fā)育，破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)。相反，如果海水營養(yǎng)鹽水平過低，則會影響浮游植物生長繁殖，導(dǎo)致貝類餌料的不足，不利于貝類生長發(fā)育。

2020 年萊州灣和四十里灣海域營養(yǎng)指數(shù)以及營養(yǎng)水平見表5。由表5 可見，萊州灣和四十里灣海域營養(yǎng)指數(shù)分別為0.015~3.215 和0.011~1.039。萊州灣海域除6 月份L6 點(diǎn)位呈富營養(yǎng)水平（E>1）和7 月份L4 點(diǎn)位呈高富營養(yǎng)水平（E>3）外，其余點(diǎn)位均處于貧營養(yǎng)或中營養(yǎng)水平；四十里灣海域各點(diǎn)位在5—10 月均處于貧營養(yǎng)水平，在11 月份除M2 點(diǎn)位呈富營養(yǎng)水平，其余點(diǎn)位均處于中營養(yǎng)水平。這可能與ρ（DIP）較低有關(guān)，由此帶來的后果是不利于浮游植物的繁殖，從而影響該海域養(yǎng)殖貝類的生長。

表5 萊州灣和四十里灣海域營養(yǎng)指數(shù)及營養(yǎng)水平

2.3.2 有機(jī)污染水平評價(jià)

有機(jī)污染指數(shù)可反映水體受到的有機(jī)物污染的程度，一般有機(jī)物的來源為陸源污染流入[22]和海水養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便及殘骸[23]。2020 年萊州灣和四十里灣海域有機(jī)污染指數(shù)以及水質(zhì)狀況見表6。

表6 萊州灣和四十里灣海域有機(jī)污染指數(shù)及水質(zhì)狀況

由表6 可見，萊州灣海域7 月份有機(jī)污染指數(shù)為0~1，水質(zhì)處于較好狀態(tài)，其余月份有機(jī)污染指數(shù)均<0，水質(zhì)處于良好狀態(tài)；而四十里灣海域5—11 月份有機(jī)污染指數(shù)均<0，水質(zhì)均處于良好狀態(tài)。有研究結(jié)果表明，萊州灣在2009 年和2011 年有機(jī)污染狀況嚴(yán)重[24]；2013 年萊州灣海域開始受到有機(jī)污染[25]；2016 年煙臺近海的水質(zhì)為較好或良好，未受到有機(jī)污染[26]；2017—2019 年四十里灣海域水質(zhì)以良好和較好為主[5]。結(jié)合本調(diào)查結(jié)果，2 處海域受到有機(jī)污染的程度逐年減輕，水質(zhì)狀況好轉(zhuǎn)，這可能與人們海洋環(huán)保意識的提高以及陸源污染物排入和養(yǎng)殖密度及規(guī)模得到有效控制有關(guān)。

2.3.3 水質(zhì)綜合評價(jià)

單因子評價(jià)指數(shù)法可以清晰地確定海域中的主要污染物及污染程度，但側(cè)重于某個環(huán)境因子，其結(jié)果較為消極；而內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量綜合評價(jià)指數(shù)法能夠突顯最大污染指標(biāo)，亦能較為全面地分析海域水質(zhì)，其結(jié)果較為積極。因此綜合分析二者的結(jié)果，可對萊州灣和四十里灣海域水質(zhì)狀況做出更為客觀的評價(jià)[27]。

2020 年萊州灣和四十里灣海域各環(huán)境因子污染指數(shù)、內(nèi)梅羅指數(shù)及海域水質(zhì)綜合評價(jià)見表7。由表7 可見，萊州灣和四十里灣海域各點(diǎn)位pH值、DO、COD、DIP 和DIN 的污染指數(shù)均<1，表明萊州灣和四十里灣海域基本未受到污染，海水質(zhì)量較高。萊州灣海域中除L4 和L7 點(diǎn)位P>0.5、水質(zhì)狀況為較清潔之外，其余位點(diǎn)P 均<0.5，水質(zhì)均為清潔。四十里灣海域各位點(diǎn)P 均<0.5，水質(zhì)狀況為清潔。文獻(xiàn)[5，15，28]研究表明，近年來，萊州灣和四十里灣海域水質(zhì)綜合評價(jià)以清潔和較清潔為主，與本調(diào)查結(jié)果基本相符。

表7 萊州灣和四十里灣貝類養(yǎng)殖海域水質(zhì)綜合評價(jià)

3 結(jié)論

萊州灣海域氮、磷含量整體上高于四十里灣，變化幅度較大，個別點(diǎn)位受到DIN、磷元素的污染；四十里灣海域營養(yǎng)鹽含量比較穩(wěn)定；2 處海域貝類生長均受到DIP 的限制，其他環(huán)境因子均適宜貝類養(yǎng)殖。萊州灣和四十里灣海域的營養(yǎng)水平均以貧營養(yǎng)水平和中營養(yǎng)水平為主；2 處海域均未受到有機(jī)污染；內(nèi)梅羅指數(shù)整體上較低，水體質(zhì)量較好。