东寨港海水增养殖区水质状况及变化趋势研究

李仕平，李 仙，张光磊，袁 蕾，符丹凤，严国强，古倩怡，王章义，李洪武*

(1.海口市水产技术推广站，海南 海口 570206；2.海口市海洋环境监测中心，海南 海口 570206；3.海南大学 海洋学院，海南 海口 570228)

东寨港位于海口市境内，地理坐标为东经110°32′01″～110°38′44″，北纬19°53′26″～20°01′07″，与海口市三江农场、三江镇、演丰镇以及文昌市罗豆农场交界[1].东寨港形似漏斗，属溺谷型港湾，海岸线总长84 km，滩涂水域面积5400 hm2，水深一般不超过4 m，年平均降水量1700 mm，年均气温23.8℃，年均水温24.8℃，其潮水为不规则半日潮，潮高1.5～2.0 m，平均潮差1.1 m，水体盐度2.2‰～34.5‰，是孕育海洋生物的天然良港[2].依据海洋功能区划技术导则，将开展增殖或养殖活动的海洋功能区划定为海水增养殖区，主要包括港湾养殖区、滩涂养殖区、浅海养殖区及增殖区等.东寨港海水增养殖区位于东寨港潟湖内，规划面积423.5 hm2，是海南省重要的滩涂养殖基地，主要养殖品种为牡蛎、文蛤、血蚶等.自20世纪90年代初至今，东寨港周边逐渐发展起较多养猪场和规模约1333 hm2的高、低位池对虾养殖场，其养殖废水绝大部分未经处理直接排入东寨港，东寨港海水增养殖区生态环境逐渐受到不同程度的污染，其自身净化能力不断减弱.

本文根据海口市海洋环境监测中心对东寨港海水增养殖区2009-2016年的海水水质监测数据，采用单因子指数法、有机污染指数法和富营养化指数法分析评价其水质污染状况及发展趋势，为东寨港海水增养殖区乃至整个东寨港环境综合治理提供参考.

1 监测区域和方法

1.1 监测站位和监测时间

在东寨港海水增养殖区布设6个水质监测站位，坐标见表1，站号分别标记为D3N077、D3N078、D3N079、D3N080、D3N081、D3N082.于2009-2016年每年春、夏、秋季进行水质监测2～3航次.

表1 监测站位坐标表

1.2 监测项目和监测方法

监测项目包括化学需氧量(COD)、溶解性无机氮(DIN)、溶解性无机磷(DIP)、溶解氧(DO)等.监测方法依据国家标准《海洋监测规范》第4部分：海水分析(GB 17378.4-2007)[3]执行.

1.3 评价方法

1.3.1单因子标准指数法

采用单因子标准指数法[4]对研究区水质环境质量状况进行分析评价.评价公式为：

Si=Ci/Csi

式中：Si—i因子的标准指数；Ci—i因子的实测浓度平均值，mg/L；Csi—i因子第Ⅱ类海水的水质标准，mg/L.

其中溶解氧单因子标准指数评价公式为：

式中：DO—溶解氧的实测浓度平均值，mg/L；DOs—溶解氧的第Ⅱ类海水水质标准，mg/L；DOf—现场温度和盐度下的饱和溶解氧的浓度，mg/L，计算方法参照《海洋调查规范》(GB12763.4-2007)[5].

当水质因子的标准指数大于1时，表明该因子超出第Ⅱ类海水的水质标准，不能满足使用要求.

1.3.2 有机污染指数法

采用有机污染指数法[6]对研究区进行有机污染状况分析评价.评价公式为：

式中：A为有机污染指数；COD、DIN、DIP、DO分别为化学需氧量、溶解性无机氮、溶解性无机磷及溶解氧的实测平均值；CODo、DINo、DIPo、DOo分别为化学需氧量、溶解性无机氮、溶解性无机磷、溶解氧的第Ⅱ类海水水质标准值.

1.3.3 富营养化指数法

采用富营养化指数法[7]对研究区营养状况进行分析评价.评价公式为：

E=(COD×DIN×DIP×106)/4500

式中：E—富营养化指数；COD—化学需氧量的实测平均值，mg/L；DIN—溶解性无机氮的实测平均值，mg/L；DIP—溶解性无机磷的实测平均值，mg/L.

1.3.4 趋势分析方法

采用spearman秩相关系数法[8]对2009-2016年东寨港海水增养殖区水质变化趋势进行分析.给出时间周期Y1，…，Yn以及COD、DIN、DIP、DO的监测数据(年均值)从小到大排列后的系数X1，…，Xn，通过以下公式计算秩相关系数：

式中：di=Xi-Yi.

Xi：周期1到周期n(取n=8)，按浓度值从小到大排列的序号.

Yi：按时间顺序排列的序号.

将计算出的秩相关系数rs的绝对值同spearman秩相关系数统计表中的临界值wp进行比较，如果|rs|>wp，表明变化趋势有显著意义，如果rs是负值，表明在评价时段内，有关统计变量指标变化呈下降趋势，如果rs为正值，表明在评价时段内，有关统计变量指标变化呈上升趋势，或加重趋势.如果|rs|≤wp,表明变化趋势没有显著意义，说明在评价时段内，有关统计变量指标变化平稳，或稳定.

1.4 评价标准

根据《海南省海洋功能区划(2011-2020年)》[9]，以《中华人民共和国海水水质标准》(GB 3097-1997)[10]中的第Ⅱ类海水水质标准为评价标准.

2 监测结果与分析评价

2.1 监测结果及水环境质量评价

2009-2016年东寨港海水增养殖区COD、DIN、DIP、DO监测结果和单因子标准指数评价结果见表2.

表2 监测结果和单因子标准指数评价结果

(续表)

2.1.1 化学需氧量(COD)

2009-2016年东寨港海水增养殖区COD的浓度范围为0.68～7.09 mg/L，2014年平均浓度最高为3.313 mg/L，2009年最低为1.135 mg/L.单因子标准指数评价结果显示，该海水增养殖区2014年COD浓度超标，2009年、2011年、2013年、2015年、2016年满足第Ⅰ类海水水质标准，2010年、2012年满足第Ⅱ类海水水质标准.

2.1.2 溶解性无机氮(DIN)

2009-2016年东寨港海水增养殖区DIN的浓度范围为0.048～0.582 mg/L，2010年平均浓度最高为0.517 mg/L，2015年最低为0.199 mg/L.单因子标准指数评价结果显示，该海水增养殖区2009年、2010年、2012年、2013年DIN浓度超标，2015年满足第Ⅰ类海水水质标准，2011年、2014年、2016年满足第II类海水水质标准.

2.1.3 溶解性无机磷(DIP)

2009-2016年东寨港海水增养殖区DIP的浓度为0.001～0.09 mg/L，2012年平均浓度最高为0.05 mg/L，2014年最低为0.033 mg/L.单因子标准指数评价结果显示，该海水增养殖区DIP浓度均超标，2009年、2012年满足劣Ⅳ类海水水质标准，2010年、2011年、2013年、2014年、2015年、2016年满足第Ⅳ类海水水质标准.

2.1.4 溶解氧(DO)

2009-2016年东寨港海水增养殖区 DO的浓度范围为4.18～9.75 mg/L之间，2009年平均浓度最低为5.28 mg/L，2014年最高为6.59 mg/L.单因子标准指数评价结果显示，该海水增养殖区2009年、2010年、2013年、2015年满足第II类海水水质标准，2011年、2012年、2014年、2016年满足第Ⅰ类海水水质标准.

2.2 有机污染程度评价

2009-2016年东寨港海水增养殖区有机污染指数评价结果见表3，2009-2014年该海水增养殖区A值均大于4，污染程度等级为6级，处于严重污染状态；2015-2016年污染程度等级为5级，处于中度污染状态，污染程度有所减轻.

表3 有机污染指数评价结果

2.3 富营养化水平评价

2009-2016年东寨港海水增养殖区富营养化指数评价结果见表4，2009-2014年该海水增养殖区E值均大于4，富营养化水平等级为4级，处于高富营养状态；2015-2016年富营养化水平等级为3级，处于富营养状态，富营养化水平有所降低.

表4 富营养化指数评价结果

3 变化趋势分析

3.1 年际变化

2009-2016年东寨港海水增养殖区单因子标准指数(S)的年际变化见图1，从线性分析结果看，2009-2016年东寨港海水增养殖区COD的S值年际变化趋势总体平稳，DIN的S值呈显著下降趋势，DIP的S值呈较显著下降趋势.

有机污染指数(A)和富营养化指数(E)的年际变化见图2，从线性分析结果看， 2009-2016年东寨港海水增养殖区A值呈平缓下降趋势，E值呈显著下降趋势.

图2 A值和E值年际变化Fig.2 The annual change of A-value and E-value

3.2 趋势分析

采用spearman秩相关系数对2009～2016年东寨港海水增养殖区COD、DIN、DIP及DO的年平均实测浓度进行趋势分析，结果见表5. DIN变化趋势在0.05和0.01水平上有显著意义，呈显著下降趋势；COD、DIP、DO变化趋势无显著意义，其中COD呈平稳趋势，DIP呈不显著下降趋势，DO呈不显著上升趋势.

表5 秩相关系数分析结果

4 讨论

从有机污染评价、富营养化评价和秩相关系数分析结果综合来看，东寨港海水增养殖区2009-2016年有机污染程度由严重污染变为中度污染，营养水平从高富营养水平变为富营养化水平，水质状况呈逐年显著变好趋势，说明2012年开始实施的东寨港环境综合整治工作[11]成效显著.从污染评价和趋势分析结果可以看出，东寨港海水增养殖区水质污染的主要原因是溶解性无机磷和溶解性无机氮浓度超标，说明东寨港海水增养殖区水质污染可能跟周边居民生活、畜禽及水产养殖等过程中排放的氮、磷等污染因子有关.

将东寨港海水增养殖区与广西茅尾海海水增养殖区2010-2013年水质进行比较发现，东寨港海水增养殖区水质DIN浓度总体远低于广西茅尾海海水增养殖区的0.462～0.747 mg/L，但DIP浓度远高于后者的0.016～0.025 mg/L[12].说明不同海水增养殖区水质污染因子不同，这可能跟养殖品种、养殖模式和养殖密度有关.

为进一步做好东寨港环境综合整治工作，改善东寨港海水增养殖区水质，笔者提出以下建议：(1)继续加大东寨港环境综合整治力度，加快建设三江、演丰等周边村镇的污水处理厂和污水管网截污工程，实施雨水、污水管网分流，从源头上减少周边居民生活污水向东寨港的排放；(2)整治东寨港周边畜禽养殖场、水产养殖场，完善环保设施，大力推广水产生态养殖技术，改善养殖环境，确保养殖废水达标排放；(3)在调查分析东寨港地质的基础上，实施东寨港贝类底播增养殖试验示范，选取适合该海域自然属性的底栖滤食性贝类，进行底播增殖放流，改善海区水质环境.

[1] 吴瑞,王道儒.东寨港国家级自然保护区现状与管理对策研究[J].海洋开发与管理,2013(8):73-76.

[2]吴瑞，詹夏菲，张光星，等. 海南岛东寨港红树林研究进展[J]. 湿地科学与管理，2015，11(4)：60-62.

[3] 国家质量监督检验检疫总局.海洋监测规范第4部分 海水分析：GB17378.4-2007[S].北京:中国标准出版社，2007.

[4]第二次全国海洋污染基线调查领导小组办公室.第二次全国海洋污染基线调查技术规程[Z].北京:海洋出版社,1997.

[5]国家质量监督检验检疫总局.海洋调查规范第4部分 海水化学要素调查：GB 12763.4-2007[S].北京:中国标准出版社，2007.

[6]贾晓平,林钦,甘居利，等.红海湾水产养殖示范区水质综合评价[J].湛江海洋大学学报,2002,22(4)：37-43.

[7]邹景忠,董丽萍,秦保平.渤海湾富营养化与赤潮问题的初步探讨[J].海洋环境科学,1983,2(2):41-53.

[8]鲁志文,莫小平.采用秩相关系数法分析东江干流CODMn变化趋势[J].人民珠江,2006(1):45-46.

[9]海南省海洋与渔业厅.《海南省海洋功能区划(2011-2020年)》[Z]，2012.

[10] 国家环境保护局.海水水质标准：GB 3097-1997[S].北京:中国标准出版社,1997.

[11]光明.海口启动红树林保护区新一轮环境综合整治[N].海口晚报,2013-9-16(2A).

[12]李晓飞,黄鹄,佟智成.广西茅尾海增养殖区海水水质现状评价[J].钦州学院学报,2015，30(2)：1-6.