宁德三沙湾网箱养殖与环境质量的关系

2013-03-20朱峰石志洲凌信文夏永健李阳翁怡婵刘溢馨

海洋通报 2013年2期

朱峰，石志洲，凌信文，夏永健，李阳，翁怡婵，刘溢馨

（1.国家海洋局闽东海洋环境监测中心站，福建宁德 352100；2.海洋赤潮灾害立体监测技术与应用国家海洋局重点实验室，上海 200081）

三沙湾位于福建省宁德市东南部，是一个半封闭形的港湾，海域面积714 km2（黄标等，2002）。三沙湾海区东北部毗邻霞浦县的溪南镇，是全国有名的“大黄鱼之乡”，中部有官井洋野生大黄鱼的产卵场和三都岛、青山岛两个主要的网箱养殖大黄鱼基地，西北部的福安和蕉城区沿岸也有大量的网箱养殖区，整个海区内有22 万个网箱，网箱养殖的品种主要为大黄鱼、鲈鱼、鲷科鱼类等，其中大黄鱼养殖占60%左右（苏跃中，2009）。其中在青山岛周围不到10 hm2的海域上分布着约10 万个网箱，网箱的规格一般为4 m×4 m×7 m，育苗的养殖密度为每箱1×104尾，成鱼的养殖密度约为每箱1 500 尾（廖红梅等，2011）。近年来，随着水产养殖业的迅速发展，三沙湾海区内的网箱数量逐年增加（宋兰芬，2007）。在夏秋季节，富营养化的水体中溶解氧会被大量消耗，各种细菌病和寄生虫病的病原体（如弧菌类、刺激隐核虫、本尼登虫等）也会在网箱内大量滋生（林克冰等，1999），若不及时采取措施改善网箱内的水质环境，极易造成养殖鱼类的突发性疾病并大批死亡，例如2009年5月至8月，福建省宁德市网箱养殖大黄鱼相继发生刺激隐核虫病，造成成鱼损失近万吨，鱼苗损失1 亿多尾，经济损失约1.87 亿元。本文根据2011年5月和8月的监测资料，对三沙湾网箱养殖区和非网箱养殖区的水质现状进行分析对比，研究了水质环境对网箱养殖病害的影响；对水质条件和鱼病发生时的死亡率进行相关性分析和研究，得到三沙湾网箱养殖病害和水文条件的相关性；分析了网箱养殖对底栖生物群落结构的影响。通过本研究，力图为网箱养殖病害的预防和防治提供基础数据，并为网箱养殖的可持续发展以及海区的环境保护提供科学依据。

1 调查与方法

1.1 站点设置

在三沙湾海区内共设置了9 个监测站点，其中4 个位于网箱养殖区（3、4、6、8），4 个位于非网箱养殖区（2、5、7、9），1 号点安置了哈希hydrolab DS5X 多功能水质自动监测探头，位于青山岛和斗帽岛之间网箱养殖最密集的地区，其站点分布详见图1。三沙湾的北面有闽东第一大江赛江又叫白马河入海，西北面有“五江三溪”之一的霍童溪注入三沙湾，两条河流带来的淡水对2、3、4、6 站点的盐度有显著的影响。

图1 2011年三沙湾采样站点分布图

1.2 样品采集及分析

2011年5月16-19日和8月18-20日（即网箱养殖大黄鱼正常期和细菌病暴发期）分别对各个监测站点采样一次，采样水深为0.5 m。8 个站点共同的监测项目有水温、盐度、透明度、pH、叶绿素-a、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、亚硝酸盐（NO2-N）、硝酸盐（NO3-N）、铵盐（NH4-N）、活性磷酸盐（PO4-P）和弧菌总数。

在细菌病暴发、病鱼大量死亡期间（8月23日-9月10日），利用经过校准后的哈希hydrolab DS5X 多功能水质自动监测探头，于每日14 点观测温度、盐度、pH、叶绿素、溶解氧等水质指标，同时在该站点随机选择6 个网箱，每日统计1 龄大黄鱼的平均死亡量。8月份还有3 个站位（4、7、8）用采泥器采集底栖生物一次。样品采集和分析方法按照海洋监测规范（GB 17378-2007，2008）执行。

1.3 数据分析

水质评价标准执行海水水质标准第二类标准值（pH 7.5-8.5，COD ≤3 mg/L，DIN ≤0.30 mg/L，PO4-P≤0.030 mg/L）（GB 30972-1997， 1998）。Redfield 提出海水中的平均N/P 是15，而浮游植物N/P 的组成为16∶1，用近海海水进行生物培养发现，当N/P＜8 时浮游植物生长受N 限制，N/P＞30时受P 限制。水体营养级的标准按文献（郭卫东等，1998）采用的标准（表1）。

海水富营养程度的评价采用邹景忠提出的方法（林荣根，1996）。

其中各要素的单位是mg/L，当E≥1，既表示该海区富营养化，数值越大既富营养化程度越高。

使用t 检验法分析同一月份养殖区和非养殖区的差异显著性，以及不同季节的同一用海类型的海区差异显著性（各因素显著水平设置为P＜0.05）（GB 17378.2-2007，2008）。

利用SPSS11.0 软件统计各水质因素与死亡数量的均值、标准差和变异系数，并用双因素分析法对所得数据进行Pearson 相关性分析（各因素显著水平均设置为P＜0.05）。

采用PRIMER 6.0 统计软件包计算3 个站位的底栖生物Shannon-Wiever 物种多样性指数（H′）、Margalef 物种丰度指数（d）、Pielous 物种均匀度指数（J）和丰度／生物量比较曲线，即ABC 曲线（Abundance/Biomass Curves）。根据生态演替理论，未受扰动的群落，趋向于由少量的大个体、长生活史的物种主导，生物量曲线完全在丰度曲线之上。在中度干扰的群落将会被短生活史和高种群增长率的物种占据，此时生物量曲线和丰度曲线较为接近。在受严重扰动的群落，群落由小个体机会性物种占据，丰度曲线将完全位于生物量曲线之上（Vergnon et al，2006）。

表1 海水营养级的划分标准

2 结果与分析

2.1 水质质量监测结果

细菌病暴发前后各站点的监测结果见表2。

2.2 养殖区与对照区水质监测结果比较分析

2.2.1 水质状况比较

通过对5月和8月8 个监测站点两次监测数据的分析显示（见表2）：5月份网箱内的水温比对照海区略低，8月份网箱内水温比对照海区略高；而盐度网箱区比对照组都略低，其中5月份有差异（P＜0.05）。这是由于网箱一般都会选择在沿岸水体较浅的地方，水温变化幅度会比中心海区快。沿岸河流和淡水的注入，也会使网箱养殖区的3、4、6号点海水的盐度降低。网箱内的DO 略低，但差异并不显著（P＞0.05）。8月份弧菌数量大于对照组（P＜0.05），这是因为网箱养殖区养殖鱼类排泄物和残饵等有机养料相对丰富，各种细菌病的病原体也会滋生；网箱内无机氮和无机磷的含量均大于对照海区，表现出一定程度的富营养化。

表2 细菌病暴发前（5月）和发病期间（8月）各站点水质调查表

2.2.2 N/P 值比较

养殖区的N/P 值最接近Redfield 值，非养殖区的N/P 值明显高于16∶1。在两个月份N/P 值都是网箱区与对照区有差异（P＜0.05），这是由于5月养殖区的磷酸盐含量显著高于对照区（P＜0.05）所致，而8月份主要是由于养殖区的无机氮和磷酸盐含量都高于对照区而造成的。可见网箱养殖给海区带来的主要污染物是活性磷酸盐和无机氮。

2.2.3 富营养程度比较

海区普遍富营养化，网箱区更为严重（表2）。养殖区绝大部分水质都是富营养，只有夏季8 号点的为中度营养。对照区水质稍好，靠近白马河口的非养殖区2 号点为富营养，位于三沙湾中央的7 号点为磷中等限制潜在性富营养，位于东吾洋的5 号点为中度营养，靠近东冲口的9 号点富营养化指数最低，为中度营养。网箱区除了夏季的8 号点，均不符合二类水质，非养殖区营养盐浓度稍低，但是除了9 号点，也达不到二类水质标准。网箱内的无机氮和磷酸盐都是富营养级水平，对照区磷酸盐偏向中度营养并且5月份平均E 值为还未达到临界值。

2.3 5月与8月水质监测结果比较分析

2.3.1 水质状况比较

从5月到8月，养殖区和非养殖区在温度升高的同时，DO 下降、叶绿素含量和弧菌数量升高（P＜0.05)，这是因为8月份养殖鱼类及海洋生物生长旺盛，虽然浮游植物的光合作用会产生大量的溶解氧，但由于高密度的网箱养殖鱼类，以及微生物对有机物的降解作用，溶解氧被大量消耗（Holmer,2008），另外水温的升高也会降低海水溶解氧的饱和浓度；浮游植物大量繁盛，叶绿素含量上升；排泄物和残饵等有机养料相对丰富，此时水温更适合微生物繁殖，同时各种细菌病的病原体也会滋生。养殖海区有显著性季节变化的还有8月份盐度和亚硝酸盐显著升高，pH 值显著降低（P＜0.05）；非养殖海区8月份的COD 和富营养盐指数也显著的升高（P＜0.05），可见网箱养殖和陆源污染物在夏季对海区的影响更为广泛。

2.3.2 N/P 值以及富营养程度的比较

对照本监测结果（见表2），5月份和8月份海区的N/P 值绝大部分在8 至30 之间。通过t 检验，两个月份的N/P 值差异不显著（P＜0.05)。从表2可以看出，8月份无论网箱内还是对照区的富营养化程度比5月份更加严重。由此可以看出，8月份更为活跃的网箱养殖业和陆源污染给水体带来明显的营养盐污染。

2.4 水质环境与网箱养殖鱼类死亡率的关系

2011年8月三都澳海区内网箱养殖的大黄鱼等普遍暴发了刺激隐核虫病，细菌病爆发期间hydrolab DS5X 水质探头每日14 点的数据经校准后如表3 所示。

海水水质和死亡量各因素均值、标准差和变异系数见表4。

各因素间相关系数列于表5。网箱养殖大黄鱼在细菌病暴发时期内的死亡量与海水温度呈极显著正相关（P＜0.01），与盐度呈极显著负相关（P＜0.01），与pH、叶绿素和溶解氧无显著相关。

表4 各因素均值、标准差和变异系数统计表

表5 各水质因素与死亡数间的相关系数表

大潮期间（8月27-9月1日，农历28 至初4），海水交换速率快，受外海高盐海水的影响盐度升高，网箱内和对照区的温度和盐度变化趋于平衡，死亡数量下降；小潮期间（9月2-9月10日，农历初5 至13），海水交换速率缓慢，网箱内（浅水海区）的水温要比对照区略高，由于沿岸淡水河流的注入，也使沿岸的网箱养殖海区盐度下降，正逢夏季海水富营养化程度和细菌密度较高，鱼类死亡数量增加。

2.5 网箱养殖与底栖生物群落多样性的关系

2.5.1 底栖生物的种类组成和优势种

三沙湾海区有底栖生物3 门17 种，其中环节动物种类最多，有9 种，占总种数的52.9 %；甲壳动物6 种，占总种数的35.3%；棘皮动物2 种，占总种数的11.8%。

三沙湾海域底栖生物丰度优势种有4 种（优势度（Y） ≥0.05）。

优势种分别为多毛类的半球索沙蚕（Lumbrineris spharocephala），甲壳动物的日本鼓虾（Alpheus japonicus）、变态蟳（Charybdis variegata），棘皮动物的马氏刺蛇尾（Ophiothrix marenzelleri）（表6）。

2.5.2 各站位底栖生物的群落多样性

分析生物群落的多样性一般考虑群落中物种的丰富性和异质性。三沙湾各站位的底栖生物的种类数、栖息密度、生物量、物种多样性指数、均匀度和丰度见表7 所示。

表6 底栖生物优势种

由于鱼类不能摄食和吸收全部的饵料，大约只有1/5 的饵料被有效利用，残饵和鱼粪沉降到海底成为底质污染的主要来源（董双林等，2000），易造成养殖区沉积物有机碳、硫化物含量和底层海水DO 浓度的超标（黄洪辉等，2007），TP 及各形态P 含量的高值都出现在青山岛和斗帽岛之间、三都岛南岸及礁头、城澳北岸等大黄鱼养殖海域，低值出现在非养殖区（吴芳等，2005）。从表7 中可得本次监测结果三都澳海区非养殖区的7 号站位的底栖生物种类数最高，物种多样性指数和丰度也明显高于养殖区（P＜0.05）。

表7 养殖区和对照区海域各站位底栖生物的种类数、生物量、密度、物种多样性指数、均匀度指数和丰富度指数

2.5.3 ABC 曲线

通过三沙湾海区3 个站位底栖生物的丰度/生物量比较曲线（图2），可以看出3 个站位底栖生物的生物量和丰度曲线相距较近且生物量曲线在丰度曲线之上，说明了三沙湾海区的底栖生物均受到较小程度的扰动。非养殖区的7 号点丰度和生物量相差的距离要比养殖海区的4 号点和8 号点更为接近，这说明非养殖区对底栖生物的扰动更强烈。非养殖海区的干扰主要来自航道清淤和轮船行驶带来的底质搅动和翻耕，对大型底栖生物有严重的影响。养殖区虽然会降低底层水质溶解氧、增加底质有机物（黄洪辉等，2007；吴芳等，2005），并最终影响大型底栖动物的丰富度、多样性等（Pearson et al，1978），但是也杜绝了航道清淤等其他的人为扰动，对保护大型底栖生物有一定的积极意义（韩庆喜等，2011）。

图2 三沙湾海区底栖生物丰度/生物量比较曲线

3 结论和建议

三沙湾大部分海区已呈现富营养化，主要超标污染物是无机氮和磷酸盐。养殖区和对照区的对比显示，高密度网箱养殖改变了海区的水质环境，使海域细菌浓度升高，营养盐特别是活性磷酸盐浓度升高，N/P 值降低，富营养化程度加剧。由于季节变化和高密度网箱养殖的影响，8月份水温升高的同时，pH 和DO 值显著降低，弧菌密度升高。网箱内的鱼类体质下降，摄食量降低。由于此时正处于高温期，网箱内的水体富营养化程度比较高，浮游生物大量繁殖，细菌密度明显增多，由刺激隐核虫病引起的继发性细菌性感染愈发严重。由水质环境和网箱养殖鱼类死亡率的相关性分析可以得出，鱼类病情的危害程度与三沙湾水文环境有一定的关系。大潮期间死亡率下降，小潮期间死亡率上升。

本次三沙湾底栖生物调查的优势种类为多毛类和甲壳动物，网箱养殖降低了底栖生物的种类和物种多样性，但是对保护大型底栖生物有一定的积极意义。

针对三都澳海区网箱养殖鱼类高温期细菌病频发的现状，为改善养殖区自然环境，促进网箱养殖业的可持续健康发展，现提出以下几点措施：1、规划网箱布局，降低养殖密度，合理投饵（廖红梅等，2011；Cai et al，2007），加强环保宣传工作增强渔民的卫生意识，减轻网箱内的富营养化程度。2、增加养殖容量，开发推广健康养殖技术。渔排内部要适当留出空网箱以加快网箱内部区域的水流循环，网箱内可适当混养贝类、甲壳类、大型藻类或滤食性鱼类，可有效地降低水体的富营养化程度，促进网箱内营养物质的可循环再利用（董双林等，1998；蔡惠文等，2009）。3、加强海洋环境监测和监督管理（Mohammad et al，2008）。统筹海陆污染物排放，控制污染物总量。国家海洋局东海分局目前在现有三沙湾增养殖区大面监测的基础上逐步增加水质在线监控探头和远红外视频监控探头，可以实时反映海水养殖污染状况，以建立海洋环境预警系统，并监测主要江河和排污口的污染物入海通量。为进一步研究三沙湾网箱养殖容量，科学划分海洋功能区域提供参考资料。

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