文莱深水网箱养殖海域环境因子的分析与评价*

韦成昱,彭晓瑜,袁 翔,施兆鸿

(1.广西海世通食品股份有限公司,广西 防城港538000;2.广西大学 动物科学技术学院,广西 南宁530004;3.中国水产科学研究院东海水产研究所,上海200090)

近年来,东南亚国家对海洋资源的保护意识不断加强,在控制捕捞量的同时加强了对水产养殖的开发力度,特别是沿海或离岸的网箱养殖面积不断增加.[1]加之东南亚大部分国家海域开阔,海水网箱养殖有着极大的发展空间.[2-3]但目前除了养殖装备、作业方式相对滞后,且缺乏集约化程度较高的海上养殖作业平台外,对海域的养殖环境也了解不够,致使深水网箱养殖进展缓慢.在地质、气象及水文环境中,东南亚国家除具有偶发的海啸、地震、火山,以及台风等自然灾害外,其岛屿众多,海域的流速、流向多变,且热带或近赤道附近的季风强度大、降雨量集中.[4]如对环境因子掌握不够,在养殖项目开展前的可行性研究时水文、水质等资料收集不全,就会制约投资项目的开展.因此,开展东南亚国家网箱养殖海域的水质状况调查和分析,对发展当地网箱养殖具有实际意义.

文莱是“一带一路”沿线上的重要国家,近年来开始注重除石油产业之外其他产业的拓展.[5]海水养殖是文莱主要发展的项目之一,除了大力引进技术和投资,还在政策上倾斜,包括海域使用、养殖许可、饲料和产品的认证等.但养殖海域的基础资料缺乏,给投资者带来一定的风险.本研究基于文莱深水网箱养殖可持续发展的需求,通过对水质、水文、气象、生物等信息资料的调查与收集,并借助网络资料,分析文莱当地网箱养殖海域的状况,旨在为文莱可持续发展绿色环保的深水网箱养殖提供参考依据.

1 材料与方法

1.1 调查水域

在文莱海域深水网箱养殖一期范围,设4个水质和底质的调查站位,进行水质监测调查,4个点的经纬度位置为：

a.Lat：05°04.8N,Long：114°59.4E

b.Lat：05°04.8N,Long：115°01.00E

c.Lat：05°04.00N,Long：114°59.4E

d.Lat：05°04.00N,Long：115°01.00E

1.2 评价项目和调查方法

1.2.1 水质指标

表层水温、盐度、p H、化学需氧量(COD)、溶解氧(DO)、无机氮、活性磷酸盐、叶绿素、重金属铜(Cu)、锌(Zn)、铅(Pb)、镉(Cd)、镍(Ni)、铬(Cr)、汞(Hg)、砷(As)和石油类.海域水质调查参照中国国家标准(GB 12763-2007)海洋调查规范[6]和中国国家标准(GB 17378-2007)海洋监测规范[7]要求执行.其中,表层水温每天检测,盐度、p H、化学耗氧量、溶解氧每周检测,重金属定时检测,其他参照东南亚渔业发展中心(Southeast Asian Fisheries Development Center,简称SAFDC)和海洋与大气管理局(National O-ceanic and Atmospheric Administration,简称 NOAA)的资料.[8-15]

1.2.2 沉积物质量指标

根据SAFDC资料整理,按照中国国家标准(GB 18668-2002)海洋沉积物质量[16]中的第一类要求执行.

1.2.3 生物量指标

鱼类、底栖动物、浮游生物、浮游植物.参照SAFDC的资料整理.[17-21]

1.2.4 水文气象指标

潮汐、水流、波浪、降水量、风向、风力.潮汐信息根据国家海洋信息中心网站上的资料整理;[22]波浪、降水量、风向、风力等指标参照NOAA、柯东胜等、林贵资料.[23-25]水流参照https：//www.windy.com资料整理.[26]

1.3 评价方法

水质评价按照中国国家标准(GB 3097-1997)海水水质标准[27]中的第一或第二类要求执行(表1),采用常规的单因子标准指数法Pi=Ci/Si.式中,Pi为第i项因子的相对污染值;Ci为第i项因子的实测浓度值;Si为第i项因子的评价标准值.

表1 海水水质标准(GB3097-1997)(mg/L,除p H值外)Tab.1 Sea water quality Standard(GB3097-1997)(mg/L,except p H)

沉积物质量现状评价按照中国国家标准(GB 18668-2002)海洋沉积物质量[28]中的第一类要求执行(表2),评价方法与水质评价方法相同.

水文气象指标除了与养殖的鱼类各种行为生态学相关,更是与养殖的设备密切相关.通常网箱设备的选择与制造是根据养殖海域的水文气象要素来设计制定的.本文将对影响深水网箱养殖的水文气象限制性要素进行描述,以供参考.

表2 海洋沉积物质量(GB18668-2002)(×10-6,有机碳为×10-2)Tab.2 Marine sediment quality(GB18668-2002)(×10-6,organic carbon×10-2)

2 结果与分析

2.1 水质指标

2.1.1 表层水温

文莱海域表层水温相对稳定,周年检测结果见图1.年平均水温29.83℃±0.62℃,最高水温31.04℃(2018年5月26日),最低水温28.49℃(2018年2月14日).水温较低的月份是1、2月;水温较高的月份是5、6月份.

图1 2018年文莱养殖海域表层温度Fig.1 Surface water temperature of the Brunei Sea area in 2018

2.1.2 海域表层盐度

2018年文莱深远海网箱养殖海域的盐度变化见图2.最高和最低盐度分别为33.98(2018年4月9日)和31.72(2018年1月2日).年平均盐度33.15,总体看盐度比较恒定,受雨季影响略有波动.

图2 2018年度文莱海域盐度变化Fig.2 Surface salinity of the Brunei Sea area in 2018

2.1.3 p H

2018年p H检测结果见图3,变化范围在7.92～8.43之间.平均值为8.20±0.14,符合一类水质的标准(p H 7.8～p H 8.5).

图3 2018年度文莱海域p H周变化Fig.3 p H of the Brunei Sea area in 2018

2.1.4 化学需氧量(COD)、溶解氧(OD)

文莱深远海网箱养殖海域属开放水域,受风浪影响其化学耗氧量(COD)范围为0.10～0.41 mg/L,年平均值为0.23±0.06 mg/L(见图4).溶氧量(DO)范围8.96～11.64 mg/L,年平均值10.08±0.63 mg/L(见图5).两项指标均达到了一类水质标准 (COD＜2 mg/L;DO＞6 mg/L).

图4 文莱养殖海域化学耗氧量周变化Fig.4 Change of chemical oxygen consumption in marine areas of Brunei

图5 文莱养殖海域溶解氧周变化Fig.5 Changes of dissolved oxygen in marine areas cultivated in Brunei

2.1.5 无机氮、磷酸盐

2018年4月检测的表层水中无机氮和磷酸盐的平均浓度分别是0.060 mg/L和0.002 mg/L.虽然只检测了一个时间点,不足以说明整年的变化情况,但从检测的数据看仍然都达到了一类水质标准(无机氮≤0.20 mg/L;磷酸盐≤0.015 mg/L).

2.1.6 叶绿素

海洋中的叶绿素代表初级生产力.图6是文莱海域(N5.05,E115.10)在2017年8月至2018年8月叶绿素a的含量变化,[15]平均值2.85±1.02 mg/m3.A-nond报道在雨季前后的两次调查中叶绿素的含量差异不显著.[14]Anond在1996-1997年检测的叶绿素a与NOAA在2002-2018年检测到的数据差异并不显著.表明文莱海域浮游植物的数量相对稳定.

图6 2017/8-2018/8文莱海域叶绿素变化(根据文献[14]整理)Fig.6 Chlorophyll changes of the Brunei Sea area in 2017/8-2018/8(According to[14]Got it.)

2.1.7 石油类及重金属含量

在2018年4月的水样检测中石油类和各重金属含量为：石油类0.16μg/g、铅(Pb)0.08μg/g、镉 (Cd)0.01μg/g、铜(Cu)3.08μg/g、锌(Zn)15.45μg/g、铬(Cr)0.02μg/g、泵(Hg)0.08μg/g、镍(Ni)0.11μg/g、硒(Se)0.42μg/g、砷(As)0.02μg/g.

表3 北加里曼丹海域水中重金属含量与世界其他海域的比较Tab.3 Comparison of the concentrations of dissolved Cd,Cu,Fe,Ni and Pb off Sabah,Sarawak and Brunei Darussalam with others areas of the world(n M)

2.2 沉积物质量

文莱深水网箱海域的底质为幼沙底质.尚合峰(2005)在介绍加里曼丹北部海域的底质时认为多为细泥砂底质,部分为细泥、幼砂底质.海岸线开始向外一直延伸到大陆架边缘,大多为120米水深以内的平坦地形,等深线均匀分布.[28]

沉积物中的重金属分布在季风前期和季风后期呈现不同的格局.Noor等认为沙捞越当地的Rajang河是影响沙捞越附近海底金属分布的主要因素之一.从资料中看文莱海域的重金属含量变动不大,且小于沙捞越海域.[13]

Noor等报道了在文莱西部的沙捞越海域(包括文莱和沙巴海域),表层沉积物中的微量金属的总浓度为63 mg/L.在季风前的检测中,重金属浓度铅(pb)1.01～13.0μg/g,铜(Cu)8.28～99.8μg/g,锌(Zn)27.8～137.0μg/g,铬(Cr)10.1～75.7μg/g,锰(Mn)175～1166μg/g.铝(Al)0.83%～4.57%,铁(Fe)0.16%～2.25%.在季风后巡航中测量到的金属浓度范围为：铅(pb)1.63～18.9μg/g,铜(Cu)7.52～38.0μg/g,锌(Zn)14.4～105μg/g,铬(Cr)19.6～87.6μg/g,锰(Mn)157～1890μg/g.铝(Al)1.37%～9.83%,铁(Fe)0.51%～4.47%.[13]均低于一类沉积物质量标准,数据表明文莱海域沉积物未受污染.

2.3 生物量指标

2.3.1 鱼类资源

SAFDC的资料报道,[17-18]在北加里曼丹沿岸有鱼类24目,108科,518种.其中经济鱼类130种.在1996-1997年的拖网捕捞调查中发现,46.9%的渔获量是底栖鱼类为主,其他鱼类占41.6%、另有7.8%的远洋鱼类和3.1%的头足类.文莱海域的鱼类资源分布与季风有密切关联.其中对网箱养殖危害较大的鱼种是金梭鱼(Sphyraenidae sp.)、真鲨(Carcharhinus spp.).经常发现这两种鱼冲击网衣造成破损,导致养殖鱼被食并外逃.

2.3.2 底栖动物

在1996年7月4日至8月8日和1997年5月25日至31日的两次调查中,共采集到90多种生物.北加里曼丹的大型底栖动物的总体密度,在季风前大型底栖生物的平均密度为100 ind./m2,季风后平均为167 ind./m2(见表4).大多数物种是肉食性动物或杂食性动物,其次是底栖杂食性动物,在季风前和季风后都很少有滤食性动物或植食性动物.动物随季节有明显的变化,在季风前期,多毛类动物数量最多,其次是甲壳动物,而在季风后期,甲壳类动物数量最多,其次是多毛类和大型底栖动物.物种的多样性随雨季而下降.[19]

表4 加里曼丹岛北部季风前后底栖生物的平均丰度Tab.4 Average abundance of macrobenthic fauna in the first and second periods in the South China Sea(Sarawak,Brunei and Sabah)

2.3.3 浮游生物、浮游植物

Jutamas在加里曼丹北部水域进行的两次(1996年7-8月和1997年4-5月)调查中发现了38组浮游动物.桡足纲(Copopoda)在浮游动物种群中占主导地位,其次是介形纲(Ostracoda)和毛颚类(Chaetognatha).两次调查的生物量分别是0.44±0.25 ml/m3(0.11～1.54)和0.45±0.33 ml/m3(0.09～1.76).两次调查的丰度分别为232±125 no/m3(72～681)和251±216 no/m3(35～1383).两次调查的生物量和丰度没有显著差异.[20]

Sopana在1996年7-8月和1997年5月进行的两次调查中,确定了加里曼丹北部海域中由2种蓝绿藻、139种硅藻和150种甲藻组成的310个分类种群.[21]

2.4 水文气象指标

2.4.1 潮汐信息

连续查阅中国海事服务网上的资料,[22]在文莱海域约同一潮汐站点(纳闽)的信息资料得知,最大潮差：228 cm,最小潮差：4 cm,涨潮时长 ：16 h 42 m ～2 h 19 m,退潮时长：8 h 8 m～2 h 10 m.潮汐特征：大部分日期退潮快、涨潮慢;仅5天左右退涨时间相当.属不规则全日潮,潮差较小.与俞幕耕等(1991)报道的中国海南部海域的海况相似.[29]

2.4.2 波浪

文莱海域北邻南中国海的南沙海域,根据柯东胜等(1998)[24]和林贵(1988)[25]的资料,近文莱海域的南沙海域的波浪情况为：4、5月波高较小,一般为l m左右;6～9月的月平均波高为1.0～1.3 m,涌浪约为1.5～1.9 m,2 m以上的大浪频率为20%左右,大涌频率为30%～40%;10月至翌年3月大浪频率为35%～50%,大涌频率为40%～70%.这与文莱深水养殖海域的实际相符,即11月至翌年2月风浪最大,潮流最急.

而当拉尼娜现象出现,在拉尼娜年的上半年波浪和海况都较无拉尼娜现象年份要好,但到了下半年受热带气旋天数增多的影响,恶劣海况和大浪频率均比无拉尼娜年有显著增加,随后的第2年也有显著增多,大浪频率也比无拉尼娜现象的年份要大.[24]近几年尚未遇见,但值得警惕注意.

2.4.3 潮流

一般而言,潮流与潮汐有对应关系,文莱养殖海域属不规则全日潮,不规则全日潮性质与潮汐一致;而潮流与半日潮则不完全对应.俞幕耕等报道,南沙群岛南部的潮流流速为0.05～0.57 m/s,在开阔海域的最大流速仅0.21 m/s.[29]文莱的养殖海域离岸边仅2 km,受离岸流和往复流的双重影响,平均流速在0.31 m/s,每月的大潮约一周时间,潮流足以使80 m周长的大网箱网底可漂移(水平距离)达10 m以上.尤其在11月至翌年2月,流速更大且不规律.从http：//www.windy.com上连续观察洋流情况,文莱海域的流速与上述报道相近.[26]

2.4.4 降水量

文莱年降雨量为2500～3500 mm,一年分旱季和雨季.其中,每年11月至次年2月是雨季,12月雨量最大;每年3月至10月是旱季.但近年来旱季和雨季区分不是很明显,从图7中可见反而5至8月雨量较大.

图7 文莱海域降水量2016/8-2017/8(根据[23]整理)Fig.7 Precipitation in Brunei Sea area in 2016/8-2017/8(according to references[23]organized)

2.4.5 风向

文莱处于东亚季风区内,受南、北两半球相互作用影响十分明显.同时靠近赤道,也属于赤道气候区,季风气候特征明显.4、5月为西南季风前期,6～9月为西南季风后期,10月是过渡季节期,11月～翌年3月则是东北季风期(见表5).西南季风期的季风潮每月可达2次,每次5～10 d,风力最大达8级.一般季风潮过程前海域风向多变,对流旺盛,并可持续整个白天.还伴随着降温降压,能见度也下降至3～4级,出现大浪.虽然西南风期出现的季风潮频率比冬季东北风期频率小18.4%,但大于或等于6级风的频率西南风比东北风多7.3%.[26]

表5 文莱海域风力、风向Tab.5 Wind and wind direction in Brunei Sea area

2.4.6 风力

图8所示文莱养殖海域东南侧文莱湾内2018年的风速纪录.基本集中在2～10 m/s,即2～5级,测到的最大风速(7月17日)13.72 m/s,也就是7级风,此观察点的位置在文莱湾内,与养殖海域有较大的差异,但能看出6-9月的季风较11月-翌年3月的季风风力更强,且间隔明显.林贵(1988)和柯东胜(1998)报道,南中国海的南部海域西南季风期(6-9月)和东北季风期(11月-翌年3月)的季风潮阵风达6级(10.8～13.8 m/s),西南季风期间的最大风力可达8级(17.2～20.7 m/s),在海上可出现大浪.西南季风期风力大于东北季风期.[25-26]

图8 文莱湾 (N5.00,E115.00)的风速变化Fig.8 Wind speed change in Brunei Bay(N5.00,E115.00)

因纬度低,自转偏向力小,文莱海域一般不能形成台风和较强的热带低气压.历史上南中国海南部(近加里曼丹岛北岸)有记载的台风仅2个,都出现在11月中旬至1月中旬,风速达到了17.2 m/s,但都处于消亡阶段.[25]

3 结论

文莱划定的首期深水网箱养殖范围在离岸2千米的海域,平均水深30米以上,面积约5万平方米.目前周边无大型网箱设施,岸上也无大型鱼虾类养殖企业.石油钻井平台远离养殖海域30千米之外,并且近年随近岸油气产量的枯竭正逐渐外移.

本研究调查和收集的资料表明,文莱深水网箱养殖海域水质指标全部达到一类海水水质标准,并且指标稳定.水产养殖的卫生质量优良.表层叶绿素浓度指标和初级生产力从20世纪90年代起至今变化不大,周年变化不显著,表明养殖水域未受陆源或其他产业发展的影响.海域的表层沉积物中重金属含量低,重金属的生态危害很小.

生物量指标调查表明,文莱养殖海域具有较高的生物多样性.但其中大中型的凶猛鱼类或生物会对传统的聚乙烯网衣造成破坏,在选材时应考虑防冲击和撕咬的材质.

水文与气象要素具有如下特征：潮汐和潮流不构成大型网箱养殖的主要危害因素.文莱海域不具有形成台风和较强的热带低气压的外部条件,也不是深水网箱养殖的影响因素,但季风对网箱养殖影响较大.尽管西南季风(6-9月)的风力大于东北季风(11月-翌年3月),但风浪或涌浪对网箱养殖的影响更大,每年11月至翌年3月海域的大浪频率为35%～50%,大涌频率达40%～70%,涌浪可高达2 m以上,可见东北季风期对网箱养殖影响较大,在网箱设备选材和日常管理中需加以重视.

目前养殖海域的水质指标、沉积物质量指标完全符合一类标准,但也存在随深水网箱养殖的发展速度而下降的可能,故应对深水网箱养殖的自身污染引起足够的重视,研究养殖容量与环境的自净能力,做到合理规划.对养殖环境指标持续监测,并增加营养盐的动态监测分析,确保在文莱网箱养殖的健康发展的同时又维护养殖海域的生态环境.