大长山海域人工鱼礁区夏季水质变化特征研究

任浩杰++田涛++付晚涛++刘永虎++杨军

摘要 对2014年、2015年夏季大长山近岸人工鱼礁区和对照区的环境进行监测调查，分析了该区域内海水营养盐的结构组成。结果表明：近岸人工鱼礁区海水营养元素氮、磷相比对照区更加丰富，水中COD含量也更高，磷元素为该海区浮游植物生长限制因子；人工鱼礁的建设对海域的生态环境改善起到了积极作用。

关键词 人工鱼礁；藻场；营养元素；环境监测；大长山海域

中图分类号 X832 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）07-0192-02

Water Quality Change Characteristics of Artificial Reef Area of Dachangshan Seacoast in Summer

REN Hao-jie TIAN Tao FU Wan-tao LIU Yong-hu YANG Jun

（Dalian Ocean University，Dalian Liaoning 116000）

Abstract The environmental monitoring investigation of artificial reef area of Dachangshan seacoast was conducted in summer of 2014 and 2015，the composition of seawater nutrients was analyzed. The results showed that compared with the control area，the nutrient element contents of nitrogen and phosphorus were more abundant，the COD content was also higher，phosphorus was the limiting factor of phytoplankton growth in the area. The construction of artificial reef played a positive role in improving the ecological environment of the sea area.

Key words artificial reef；algae field；nutrient element；environmental monitoring；Dachangshan seacoast

人工魚礁是人为在水域中设置的构造物，作用是改善水生生物憩息环境，为海洋生物提供索饵、繁殖、生长、发育等场所，从而达到保护、增殖生物资源和提高渔获量的目的[1]。经过科学设计，人工鱼礁科学投放后，可以形成一定的流场效应，礁区流场的改变可以提高海域的营养盐和初级生产力水平[2]。目前，人们已认识到人工鱼礁巨大的生态、经济及社会价值，全国沿海城市也广泛开展了人工鱼礁相关的建设工作。大长山岛位于辽东半岛东侧的黄海北部海域，东与朝鲜半岛隔海相望，西、北部隔海毗邻大连市，西南与山东省庙岛群岛相对。该岛处于亚欧大陆与太平洋之间的中纬度地带，属北温带湿润季风气候区，季风明显，受海洋气候影响，周边海域海产资源丰富，产出经济藻类数十种、经济贝类十几种。2013年，大长山岛北部近岸海域投放了一定量的人工鱼礁，开展了近岸藻场建设工作。

人工鱼礁的环境功能已有诸多研究结果。章守宇等认为人工鱼礁海域的海水特质发生了变化，原因是人工鱼礁形成上升流携带营养盐至上层水体[3]；王伟定等对浙江嵊泗人工鱼礁海域调查研究发现鱼礁的投放在一定程度上缓解了水体富营养化进程，能够起到改善水质的作用[4]；陈丕茂等指出利用人工鱼礁改善海洋渔场及增养殖区生态环境是沿海渔业可持续发展的有效措施[5]。海洋中浮游植物是按照一定比例吸收海水营养盐的，浮游植物有机物质组成、生长率等都与海水中营养盐浓度及比例有一定的关系，营养盐结构（氮、磷结构）的组成是影响海洋初级生产力的关键因素，从而影响整个鱼礁生态系统[6]。本文通过对2014—2015年夏季大长山近岸人工鱼礁区和对照区的环境监测调查，得到该区域内营养盐结构组成，合理评估近岸鱼礁区建设对海水营养盐的影响，为海域生境优化提出合理建议。

1 研究方法

1.1 调查海区和调查方法

调查海区为大连长海县大长山岛东北部沿岸海域，地理位置在北纬38°17′13″～38°18′11″、东经122°37′34″～122°39′44″之间，面积为333.33 hm2（图1）。该海域在2013年9月进行了人工鱼礁投放，建设近岸鱼礁人工鱼礁区，海区用于底播刺参增养殖。调查海区平均水深为10 m，海区水深不超过15 m。调查海区共设8个调查站位，其中5个为近岸鱼礁区调查站位，3个为对照区调查站位。调查时间为2014年、2015年8月，调查站位坐标见表1。

水环境调查包括水温、盐度、溶解氧、pH值、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、活性磷酸盐、化学需氧量（COD）、总氮和总磷。其中，水温、盐度、溶解氧、pH值指标使用YSI5600型多参数水质分析仪进行现场测定，其他水质指标由现场采集水样，低温保存，带回实验室进行检测，由于海区水深不超过10 m，所以海水取样不分表底层，统一取水面下1 m处水样。调查指标的监测、水样采集、保存和检测均按照《海洋调查规范》（（GB/T 12763.2—2007））和《海洋调查规范》（GB/T 12763.4—2007）进行。

1.2 评价方法

1.2.1 单因子污染状况评价。采用单因子污染指数法，评价指标包括pH值、COD、活性磷酸盐、总氮。单因子评价公式为：

PI=CI/CIO（1）

式（1）中，PI—单因子污染指数，CI—某因子的实测浓度，CIO—该因子的评价标准值，标准值参见《海洋调查规范》（GB/T 12763.4—2007）。

1.2.2 海水营养状态评价。海水营养状态评价采用水质富营养化指数计算来进行，计算公式如下：

E=COD×无机氮×活性磷酸盐×106/4 500（2）

式（2）中，COD、无机氮、活性磷酸盐单位均为mg/L。如果E≥1，水体呈富营养化状态；0.5

1.2.3 海水有机污染状况评价。海水有机污染状况根据有机污染物评价指数进行分析，计算公式如下：

A=COD/COD0+DIN/DIN0+DIP/DIP0-DO/DO0（3）

式（3）中：COD—水体的化学需氧量的实测浓度（mg/L）；DIN—溶解态的无机氮的实测浓度（mg/L）；DIP—溶解态的无机磷的实测浓度（mg/L）；DO—溶解氧的实测浓度（mg/L）；COD0、DIN0、DIP0、DO0—分别为水体的上述各项指标的评价标准，其中：COD0=2.0 mg/L，DIN0=0.20 mg/L，DIP0=0.015 mg/L，DO0=6.0 mg/L。

2 结果与分析

2.1 调查海域水质状况

近岸鱼礁区、对照区2015年、2016年8月水质监测指标变化范围及均值见表2。结果表明，各站位海水中COD、pH值、溶解氧、活性磷酸盐含量均远低于国家Ⅰ类海水标准值，海水未受到该因子的污染。鱼礁区与对照区相比，水中的COD含量更高，pH值、溶解氧指数变化范围也更大。无论是鱼礁区还是对照区，海水中的总氮含量都很高，单因子评价指数显示，该海区的总氮含量属国标第Ⅳ类标准。2015年调查结果与2014年相比，整体水质环境监测因子含量都相对较低。

2.2 调查海域海水营养状态

计算鱼礁区、对照区水质富营养化指数时，COD、无机氮、活性磷酸盐数值采用站位平均值。结果显示：2014年夏季，近岸鱼礁区海域海水均处于富营养化状态，对照区海水为中营养化状态，这主要是由于水中无机氮含量偏高；2015年夏季，鱼礁区和對照区的海水均属于中营养化状态（表3）。整体看来，该海区没有进行大面积浮筏养殖，主要用于刺参底播增殖，调查结果优于一般近岸海水特征，符合海岛近岸鱼礁区海水特点。

2.3 调查海域海水有机污染状况

在计算海域海水有机物污染指数时，各调查因子均采用站位平均值来计算。计算结果显示，该区域海水介于开始受到污染到轻度污染水平（表4）。海水有机污染指数>1，出现这一现象的原因是海水中溶解态无机氮含量较高。充足的氮、磷元素可以保证水中的浮游植物生长，从而为海区提供充足的初级生产力。与大多数近岸养殖海区相比，鱼礁区的水质状态良好。

3 讨论

营养盐是海洋生态系统的物质基础，浮游植物群落组成及数量变动和水体中营养盐的组成和含量有密切的关系[6]。海水中的营养盐水平与结构对浮游植物的生长起着非常重要的制约作用。Redfield的研究结果显示，当海水中氮、磷元素在适量范围内时，氮、磷含量比例为16∶1，最适宜浮游植物的吸收生长，这一比例过高或过低，相应的营养元素就变成了浮游植物生长的限制因子。在远海，光照或微量元素造成的浮游植物固氮作用改变是造成氮元素或磷元素限制的主要影响因素；在近海岸，关于氮、磷的限制还存在一定的争论。20世纪初期，氮元素被认为是控制海洋初级生产力的限制性营养盐；20世纪中期，Ryther认为氮造成了Moriches Bay的富营养化[7]；70年代以来，更多的证据表明近海主要是氮元素促进了富营养化作用，是主要的限制营养盐。根据实际调查结果，调查海域海水呈现了富营养化，这一结果与上述前人研究相一致。大长山近岸鱼礁区的氮、磷营养元素比平均为56∶1，远大于16∶1。Darley认为，高氮磷比（>30）意味着磷限制，低氮磷比（<5）意味着氮限制[8]，在不考虑光照、铁离子等因子的情况下，这时水体中的磷元素开始成为限制浮游植物生长的限制因子，这一调查结果可能与当地海水特点有关。

近岸人工鱼礁区海水与对照区相比，营养元素氮、磷含量更加丰富，海水中的COD测定值也偏高。陈 勇等研究表明，人工鱼礁（鱼礁）的投放可以使周围水体的流常随之发生变化，产生上升流和背涡流，上升流能够将海底的沉积物和营养盐带到表层，加快物质循环速度，提高海域的基础饵料水平，从而提高海区的初级生产力[9]。本研究表明，鱼礁区2014年夏季海水出现了富营养化状态，这可能是因为近岸鱼礁投放时间不久，鱼礁区内未形成稳定的生态系统，而大量的营养盐被上升流从海底带到表层水体，导致水体短期出现了海水富营养化现象。

王伟定认为人工鱼礁的建设对改善和修复海洋生态起到积极作用[4]。从此次实际调查结果来看，鱼礁区建设在一定程度上改善了区域海水水质，2015年鱼礁区海水为开始受到污染状态，而对照区海水则为轻度污染状态；单因子评价结果显示，对照区的营养元素含量要低于鱼礁区，这说明鱼礁区的生态结构更加合理，各营养元素与环境生物更加有机统一。鱼礁区相比对照区，海底有更多的大型藻类附着生存，大型藻类通过光合作用产生大量氧气，使水体中溶解氧含量更高，有利于近岸网箱、浮筏养殖。大型海藻的生长会消耗水中氮、磷等营养物质，水中初级生产力的提高会吸引鱼虾、贝类、鱼类的生长聚集，对水中氮元素的移除起积极作用。大长山近岸鱼礁区位于海岛近岸浅海海域，其营养盐含量一定程度上会受到陆源影响，人为活动的不确定性可能会导致海区营养盐的不稳定变化，这给调查结果带来了一定的偶然性。近岸鱼礁投放在海底会对海洋环境产生长期性影响，这种影响由季节变化、生物作用等多方面因素共同构成，对这些因素的相互作用影响还有待监测研究。

4 参考文献

[1] 杨吝，刘同渝，黄汝堪.中国人工鱼礁理论于实践[M].1版.广州：广东科技出版社，2005.

[2] 林军，章守宇.人工鱼礁物理稳定性及其生态效应的研究进展[J].海洋渔业，2006，28（3）：257-262.

[3] 章守宇，张焕君，焦俊鹏.海州湾人工鱼礁海域生态环境的变化[J].水产学报，2006，30（4）：475-480.

[4] 王伟定，梁君，章守宇，等.人工鱼礁建设对浙江嵊泗海域营养盐与水质的影响[J].水生生物学报，2010，34（1）：78-87.

[5] 陈丕茂，袁华荣，贾晓平，等.大亚湾杨梅坑人工鱼礁区渔业资源变动初步研究[J].南方水产科学，2013，42（5）：85-92.

[6] 陈菊芳，齐雨藻，徐宁，等.大亚湾澳头水域浮游植物群落结构及周年数量变动[J].水生生物学报，2006，30（4）：475-480.

[7] RYTHER J H.Photosynthesis and fish production in the sea[J].Science，1969（166）：72-76.

[8] DARLEY W M.Algal Biology：A physiological approach[M].London：Black-well，Scientific Publication，1982.

[9] 陈勇，杨军，田涛，等.獐子岛海洋牧场人工鱼礁区鱼类资源养护效果的初步研究[J].大连海洋大学学报，2014，34（2）：112-123.