烟台四十里湾扇贝养殖区水环境质量研究与评价

杨俊丽，李希磊，吴 雪，崔龙波

(烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005)

烟台四十里湾扇贝养殖区水环境质量研究与评价

杨俊丽，李希磊，吴 雪，崔龙波*

(烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005)

根据2016年4—11月对烟台四十里湾扇贝养殖区环境的监测数据，分析了四十里湾海域海水基本理化指标及月变化趋势，并采用有机污染评价指数法(A)、营养状态指数法(E)、海水营养状态质量指数法(NQI)以及内梅罗环境质量综合评价指数法对其水环境质量状况进行了综合评价。结果表明：四十里湾扇贝养殖区海水温度、pH和盐度的变化范围分别是10.06～20.00℃、7.85～8.25和29.61～30.31，均适合扇贝养殖；溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)以及硫化物均符合海水水质一、二类标准，活性磷(DIP)在10月个别养殖区超出海水水质二类标准，总无机氮(DIN)在4月和10月个别养殖区同样超出海水水质二类标准；5—7月环境质量良好，其他月份出现了不同程度的有机污染以及富营养化现象。总体而言，烟台四十里湾扇贝养殖区水环境质量符合扇贝养殖I类区或II类区的要求，但应注意对养殖区的保护，特别是控制陆源污染物的输入。

四十里湾；养殖区；营养盐；环境质量评价

四十里湾位于烟台市莱山区北部海域，面积约8 700 hm2，适合浅海养殖的面积约5 300 hm2，是我国北方重要的养殖海区之一，也是烟台的重要水产养殖场所[1]。但由于四十里湾为半封闭型海域，水体交换能力较差，受沿岸陆源污染的影响较大，其中受工业废水、生活污水和耕地、森林等农业排水中总氮(TN)、总碱(TP)的影响更为强烈[2]，所以该海域环境的富营养化程度比较严重，赤潮频繁发生，据统计四十里湾在1998—2010年间，除2000、2003和2006年外，每年都有赤潮发生，尤其是在扇贝养殖区[3-4]，所以对该海域特别是扇贝养殖区水环境的综合研究具有重要的意义。近几年来，有关四十里湾水环境的研究较多，如邢红艳等[5]于2003—2010年5—10月对该海域富营养化状况和影响变化因素进行了简要分析；李斌等[6]于2006—2010年5、8和10月探讨了该海域不同季节的营养状况与浮游植物数量和多样性的关系等。但这些研究主要注重对该海域水环境营养化状况的年际变化，对该海域扇贝养殖区的研究极少。本文通过2016年4—11月对该海域3个养殖区的8次调查研究，检测了水温、pH、盐度、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、硫化物、活性磷(DIP)、TP、无机氮(DIN)(NH3-N、NO2-N和NO3-N)以及TN，并采用有机污染评价指数(A)、营养状态指数(E)、海水营养状态质量指数法(NQI)以及内梅罗环境质量综合评价指数法对其水环境质量状况进行了综合评价，旨在为扇贝健康养殖以及环境保护提供科学参考。

1 材料与方法

1.1 采样站位设置

根据四十里湾扇贝养殖区的分布状况，选取了3个海湾扇贝养殖区，分别命名为M1、M2和M3，具体位置见图1，每个养殖区设置4个平行采样点，最后取其平均值，记录实验结果。

1.2 样品的采集与检测

于2016年4—11月每月中旬在上述站位水域采集海水样品，采用美国奥立龙便携式水质分析仪(520M-01A)实时监测海水水温、盐度、pH和DO，硫化物使用德国默克Spectroquant NOVA-60光电比色计测定。营养盐水样经冷藏暂存后，带回实验室参照《海洋监测规范》[7]指定方法进行检测，其中COD采用碱性高锰酸钾法测定；NO2-N采用萘-乙二胺分光光度法测定；NO3-N采用镉-柱还原法测定；NH3-N采用靛酚蓝分光光度法测定；DIP采用磷钼蓝分光光度法测定；TN和TP采用过硫酸钾氧化法测定。

1.3 水质评价

1.3.1 有机污染评价

采用有机污染指数法(A)[8]对四十里湾扇贝养殖区的水环境进行评价，公式如下：

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

(1)

式中：COD、DIN、DIP、DO分别为水体中COD、DIN、DIP、DO的实测浓度(mg/L)，COD0、DIN0、DIP0、DO0分别为水体中上述各项指标的海水水质一类标准[9]，其值分别为2.0、0.2、0.015、6.0 mg/L。有机污染评价分级见表1。

表1 有机污染评价分级Tab.1 Classification of organic pollution

1.3.2 海水富营养化评价

采用营养状态指数法(E)[6]和海水营养状态质量指数法(NQI)[6]两种评价方法对调查区域的水体状况进行评价。

E指数法的评价公式为：

(2)

式中：COD、DIN和DIP分别为水体中COD、DIN和DIP的实测浓度(mg/L)，若E>1，则水体呈富营养化状态，E值越大，水体富营养化程度越严重。

NQI指数法的评价公式为：

NQI=COD/COD0+TN/TN0+TP/TP0(3)

式中：COD、TN和TP分别为水体中COD、TN和TP的实测浓度(mg/L)，COD0、TN0和TP0分别为水体中上述各项指标的评价标准，其值分别为3.0、0.6和0.003 mg/L。根据NQI的值将海域分为三级，NQI>3为富营养水平，NQI介于2～3为中营养水平，NQI<2为贫营养水平[6]。

1.3.3 海水质量综合评价

采用单因子污染指数法和内梅罗环境质量综合评价指数法，扩展为扇贝养殖区海水质量指数评价法[10]对海水质量进行评价。

海水质量综合评价公式为：

(4)

式中，P为内梅罗综合指数；Pmax为参数中最大的污染指数；Pi为某污染因子的污染指数，即单因子污染指数；Ci为某污染因子的实测浓度；Ci0为某污染因子的海水水质二类标准。海水质量综合评价分级标准如表2。

表2 海水质量综合评价分级标准[11]Tab.2 The grading standard of seawater quality

2 结果与讨论

2.1 扇贝养殖区水环境基本理化指标含量及月变化

2.1.1 水温、pH和盐度

四十里湾扇贝养殖区水温、pH和盐度的变化范围分别是10.06～20.00℃、7.85～8.25和29.61～30.31，其中水温随着气温的变化而变化，8月最高，4或11月最低；pH基本随水温的升高而降低，但变化幅度很小；盐度在一定范围内波动，变化幅度也较小。

3个养殖区所养殖的扇贝均为海湾扇贝，海湾扇贝是广盐-滤食性扇贝，可耐受的盐度范围为16～43，适宜范围为21～35[6]；耐温范围-1～31℃，在18～28℃生长较快[12]；一般在5月或6月投入浅海养殖，到10月开始收获。四十里湾3个养殖区在5—10月的水温和盐度的变化范围分别是14.96～27.48℃和29.65～30.30，均在海湾扇贝的最佳生长范围之内。此外，有研究表明，海湾扇贝稚贝成活率在pH 7.7～8.2范围内最高[13]，毛蚶稚贝适宜的生存pH范围为7.5～8.5[14]，本研究结果表明四十里湾3个养殖区pH也在水生生物养殖的安全范围之内。

2.1.2 DO、COD和硫化物

四十里湾扇贝养殖区DO、COD和硫化物变化范围分别是6.62～9.85 mg/L、0.55～1.99 mg/L和0.002～0.015 mg/L，其中DO随着水温的升高而降低；COD在4—8月含量较平稳，9月骤然上升；而硫化物8和9月含量较高，其他月均较低且较稳定。

DO是影响扇贝及其饵料生物生存和生长发育的重要指标之一，当DO含量少于扇贝等水生生物呼吸所需的溶氧量时，会产生呼吸受阻甚至窒息死亡。COD是江河入海污染物中的主要污染物，是我国政府衡量水体污染减排的主要因子，其数值的大小可以反映水体受有机污染的程度，一般COD越大，水体受有机污染就越严重[15]。硫化物是海水污染的另一重要指标，当其大量存在时，会溶解在海水中而消耗水中的DO，使海水呈缺氧状态，进而影响扇贝等生物的生长[16]。一般要求海水养殖的DO应在5.0 mg/L以上，COD和硫化物应分别小于3.00 mg/L和0.02 mg/L(海水水质二类标准)。本研究表明 DO、COD和硫化物的含量均在海水养殖安全范围之内。

2.1.3 营养盐

NH3-N、NO3-N和NO2-N是DIN的三个组成部分，它们在4—11月之间3个养殖区调查的平均变化范围分别为0.001 7～0.133 6、0.011 3～0.412 6和0.000 7～0.031 5 mg/L，其中NH3-N和NO2-N在10月含量最高，NO3-N在4月含量最高，其他月含量均较稳定。DIN的变化范围为0.014 5～0.423 5 mg/L，变化规律与水体中NO3-N的月变化规律基本保持一致，主要原因是NO3-N占DIN的绝大部分。TN的变化范围为0.496 5～1.111 5 mg/L，整体呈“W”型变化趋势，在4、7和11月含量均偏高，其他月均偏低，含量变化受DIN的影响较小。DIP的变化范围为0.001 7～0.031 6 mg/L，总体在6月含量最低，10或11月含量最高。TP的变化范围为0.021 7～0.111 3 mg/L，M1养殖区4月TP含量较高，其余月份含量相近，其余两个养殖区在11月含量较高，其余月份含量相近。

NH3-N和NO2-N含量对扇贝养殖具有重要影响，超过其安全范围会对扇贝产生毒害作用。一般规定，NO2-N的安全浓度为0.1 mg/L[17]，吴湛辉等[18]建议将0.15 mg/L NH3- N作为海湾扇贝幼体培育的安全浓度。本研究结果表明，NO2-N和NH3-N含量均在海水安全养殖范围之内。

DIN和DIP是浮游植物生长所必须的营养元素，一般认为浮游植物吸收DIN和DIP是按照DIN/DIP为16∶1的原子比进行吸收的，比值过高或过低，均可导致浮游植物的生长受到某一相对低含量元素的限制，并显著影响水体中浮游植物的种类组成，而DIN/DIP的大小对浮游植物的种类组成又有着响应作用[19]。浮游植物是扇贝的天然饵料，其种类的变化又进一步影响着扇贝的生长。四十里湾3个扇贝养殖区水体中的DIN/DIP见图2。由图2可知，在4月和5月3个养殖区水体中DIN/DIP明显大于16，其他月在16水平上下波动，说明4月和5月浮游植物的生长主要受到DIP的限制，其他月份限制元素不明显。主要原因可能是5—10月为扇贝养殖时期，扇贝的摄食活动使海水中浮游植物的种类及组成发生了变化，进而影响到DIN和DIP含量及比值的变化。

2.2 水环境质量评价

2.2.1 有机污染评价

四十里湾3个扇贝养殖区水体有机污染指数(A)每月的平均值见表3。根据表1有机污染评价分级标准，3个养殖区在5—7月的环境质量均处于良好状态，在8月处于较好状态，但是，M1和M2养殖区在9月、M2和M3养殖区在4月开始受到有机污染，M2养殖区在10和11月、M3养殖区在9和11月已经达到轻度有机污染，M1养殖区在4月、M3养殖区在10月甚至达到中度有机污染。

表3 四十里湾扇贝养殖区水体有机污染指数(A)Tab.3 The organic pollution index(A)in scallops culture areas of Sishili Bay

注：-表示该养殖区在该月未采样。
Note：-indicated the samples were not collected in that month.

2.2.2 海水营养化评价

四十里湾3个养殖区的E指数和NQI指数每月的平均值如表4所示。由表4可知：1)3个养殖区在4—8月的E指数均小于1，均未达到富营养化状态，但M1养殖区在9月、M2养殖区在10—11月以及M3养殖区在9—11月的E指数均大于1，呈现富营养化状态。因此，在9—11月应注意对扇贝养殖区的保护。2)M1养殖区在6月的NQI指数为1.98，略呈贫营养水平；M1养殖区在4月，M2养殖区在4、9和11月以及M3养殖区在6、10和11月的NQI指数均大于3，为富营养水平；其余月份各养殖区均为中营养水平。综合两个营养指数评价法，评价结果略为不同，可能是因为E指数法中DIN和DIP的含量主要受海洋水产养殖自身污染的影响，而NQI指数法中TN和TP的含量主要受陆源污染物汇入的影响。据统计，每年汇入四十里湾的陆源污染物中TN为1 910 t，TP为150 t[2]。

表4 四十里湾扇贝养殖区的E指数和NQI指数Tab.4 E index and NQI index of scallops culture areas in Sishili Bay

注：-表示该养殖区在该月未采样。
Notes：-indicated the samples were not collected in that month.

2.2.3 海水质量综合评价

四十里湾3个扇贝养殖区海水中各评价因子污染指数和海水质量指数及其水平等级每月的平均值见表5。由表5可知：1)四十里湾海域3个扇贝养殖区中DO、pH、COD和硫化物等评价因子在4—11月的Pi均小于1，均符合海水水质二类标准[20]，表明这3个扇贝养殖区海水均未受到这些评价因子的污染。但M1养殖区在4月的PDIN为1.41，M3养殖区在10月的PDIN为1.05，均超出海水水质二类标准，说明M1和M3养殖区分别在4月和10月受到了DIN不同程度的污染。M3养殖区在10月的PDIP为1.05，同样超出海水水质二类标准，说明M3养殖区在10月受到了DIP污染。2)不同扇贝养殖区在同一时间以及同一养殖区在不同时间海水质量综合评价差异较明显，3个扇贝养殖区在5—7月的海水质量水平为1级，总体处于良好水平；M1养殖区在8—9月、M2养殖区在8—10月、M3养殖区在4月和8月的海水质量水平均为2级，总体处于较好水平；M2扇贝养殖区在11月以及M3养殖区在9—11月的海水质量水平均为3级，总体为轻度污染；而M1养殖区在4月的海水质量水平为4级，已达到中度污染。整体来看，3个养殖区在5—7月海水质量良好，其他月出现不同程度的污染现象，但均符合扇贝养殖环境I类区或II类区的要求[11]。

表5 四十里湾扇贝养殖区海水质量综合评价Tab.5 The comprehensive evaluation of sea water quality in scallops culture areas of Sishili Bay

注：-表示该养殖区在该月未采样。
Notes：-indicated the samples were not collected in that month.

3 结论

1)四十里湾扇贝养殖区海水温度、pH和盐度的变化范围分别是10.06～20.00℃、7.85～8.25和29.61～30.31，均适合扇贝养殖；DO、COD以及硫化物均符合海水水质一、二类标准，DIP在10月个别养殖区超出海水水质二类标准，DIN在4月和10月个别养殖区同样超出海水水质二类标准。

2)A指数评价表明，四十里湾3个养殖区在5—7月均处于良好状态，其他月份均开始受到污染，有的已达到中度污染水平，但仍处于海水养殖环境标准范围内。

3)E指数评价表明，四十里湾3个养殖区在4—8月的E指数均小于1，均未达到富营养化状态，其他月份均达到不同程度的富营养化状态；NQI指数评价表明除7月和8月之外，其他月份均呈现不同程度的富营养化状态，原因与其评价方法选择的指标有关，E指数评价法选用的DIN和DIP受扇贝养殖活动的影响较大，而NQI指数评价法选用的TN和TP受陆源因素的影响较大。

4)海水综合质量评价表明，3个养殖区在5—7月海水质量良好，其他月份均出现不同程度的污染，特别是4月，但总体符合扇贝养殖环境I类区或II类区的要求。

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Study and evaluation on water environment quality of scallops culture area of Sishili Bay in Yantai

YANG Junli，LI Xilei，WU Xue，CUI Longbo*

(College of Life Science，Yantai University，Yantai 264005，China)

According to the environmental detection of the scallops culture area at Sishili Bay of Yantai in 2016 from April to November，the basic physical and chemical indexes and the change trend of the sea in Sishili Bay were analyzed. The assessment of organic pollution index(A)，nutritional index(E)，seawater nutrient quality index(NQI)and Nemerow comprehensive evaluation of environmental quality index were used to evaluate the water environment quality in Sishili Bay. The results showed that：the sea water temperature，pH as well as salinity in Sishili Bay were suitable for scallops culture and the range of variation of which were 10.06～20.00℃，7.85～8.25 and 29.61～30.31，respectively; the dissolved oxygen(DO)，pH，chemical oxygen demand(COD)and sulfide were in accordance with the first or second category of national quality standards，the total inorganic phosphorus(DIP)at some scallops culture areas exceeded the second category standards of national quality in October，total inorganic nitrogen(DIN)at some scallops culture areas exceeded the second category standards of national quality in April and October; The environmental quality was good from May to July，and the other months are subjected to varying degrees of organic pollution and eutrophication. Overall，the Sishili Bay scallops culture areas were in line with the first or second classes of requirements of scallops culture area，but we should pay attention to the protection of scallops culture area，especially the control of land sourced pollutants input.

Sishili Bay; culture area; nutrient salt; environmental quality assessment

2017-05-09

山东省现代农业产业技术体系建设专项资金(SDAIT-14).

杨俊丽(1990-)，女，硕士研究生，研究方向：海洋生态.E-mail：yjl1059153916@163.com

崔龙波(1962-)，男，教授，博士，硕士生导师，研究方向：海洋动物细胞学.E-mail：lbcui@163.com

杨俊丽，李希磊，吴 雪，等.烟台四十里湾扇贝养殖区水环境质量研究与评价[J].渔业研究，2017，39(3)：209-216.

S949；X52

A

1006-5601(2017)03-0209-08