莱州湾贝类养殖区水质状况调查与评价

刘嘉卓 卢钰博 于潇

摘要 [目的]监测莱州湾贝类养殖区水质状况，旨在为海洋环境保护及贝类养殖提供参考。[方法]在2019年5—11月对莱州湾的8个位点进行水质监测，并采用营养指数法、营养状态质量指数法和内梅罗环境综合质量指数法对水质进行评价。[结果]莱州湾水温、盐度和pH分别为12.24～27.04 ℃、29.05‰～30.72‰和7.52～8.22，适宜贝类的养殖;溶解氧和化学需氧量分别为6.55～8.31和1.24～2.25 mg/L，均符合国家二类水质标准;营养盐含量均在贝类养殖的安全范围内;养殖区内细菌数量均在合理范围之内;营养水平和水质评价总体来说该海域较为清洁，但在个别月份营养水平偏高。[结论]莱州湾贝类养殖区水质状况较好，适宜贝类的养殖。

关键词 贝类养殖区;海水质量;监测;评价;莱州湾

中图分类号 S949  文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）21-0076-04

Abstract [Objective]The research monitored the water quality of shellfish culture areas in Laizhou Bay，aiming to provide scientific reference for marine environmental protection and shellfish culture.[Method]The water quality of 8 sites in Laizhou Bay was investigated from May to November in 2019.The water quality was evaluated by nutrition index method，nutrition quality index method and Nemerow environmental quality index method.[Result]The water temperature，salinity and pH of Laizhou Bay were 12.24-27.04 ℃，29.05‰-30.72‰ and 7.52-8.22，respectively，which were suitable for shellfish culture.The dissolved oxygen and chemical oxygen demand were 6.55-8.31 mg/L and 1.24-2.25 mg/L，which were accorded with Grade Ⅱ water quality standards.The nutrient contents were all within the safe range of shellfish culture.The number of bacteria in shellfish culture area of Laizhou Bay was within a reasonable range.Generally，the sea area was relatively clean in terms of nutrition level and water quality evaluation，but in some months，the nutrition level was on the high side.[Conclusion]The water quality in Laizhou Bay is pretty good that is suitable for shellfish cultivation.

Key words Shellfish culture area;Seawater quality;Monitoring;Evaluation;Laizhou Bay

基金項目 山东省现代农业产业技术体系建设专项（SDAIT-14）;山东省重点研发计划（2019GHY112016）。

作者简介 刘嘉卓（1997—），男，山西运城人，硕士研究生，研究方向：海洋生态。*通信作者，教授，博士，硕士生导师，从事海洋生态研究。

收稿日期 2020-03-24

莱州湾位于山东半岛西北部，是国内重要的海水养殖区。由于周边河水携带大量营养盐流入湾内，使得海水中浮游植物大量生长，为贝类提供了大量的食物来源，因此莱州湾一直是传统的贝类养殖区。但随着近几年养殖区的扩大及周边工、农业的发展，莱州湾海水环境污染及海洋生态破坏等问题日益严重，制约了贝类养殖业的发展。为此许多研究者对莱州湾水质进行了评测，如张亮等[1]调查发现莱州湾海域存在严重的富营养化问题;徐艳东等[2]对湾内海水进行检测，结果表明均符合一类海水水质标准，但存在潜在营养化风险;孙丕喜等[3]分析了莱州湾海水中5项化学指标的分布特征及变化，认为莱州湾近海海域存在富营养化现象，容易发生赤潮;赵玉庭等[4]通过分析莱州湾溶解无机氮和活性磷酸盐的含量，认为该海域处于磷限制潜在性富营养水平。这些研究结果表明莱州湾整体处于富营养化状态。该研究以海洋环境保护以及为贝类养殖提供科学参考为目的，在2019年5—11月对莱州湾贝类养殖区的8个位点进行调查研究，检测了水温、盐度、pH、溶解氧、化学需氧量、硝酸盐、氨氮、亚硝酸盐、活性磷、总磷以及细菌数量，并采用营养指数法[5]和营养状态质量指数法[6]对海水营养水平进行评价，采用内梅罗环境综合质量指数法对海水质量进行综合评价。

1 材料与方法

1.1 采样位点与时间

根据莱州湾贝类养殖区的分布，选取招远、龙口及莱州三地的养殖区共8个位点进行采样（图1），每个位点设4个平行采样点，于2019年5—11月每月中旬采集水样，每个采样位点分别采集上下2个水层的水样，混匀后进行检测，最终试验结果取平均值。

1.2 样品采集与检测

应用有机玻璃采水器采集水样，使用美国奥立龙水质分析仪现场检测水样的水温、盐度、pH及溶解氧，另取水样经无菌冷藏暂存后带回实验室，按照《海洋监测规范》[7]指定方法检测其他化学指标及细菌数量，方法如下：化学需氧量（COD）采用碱性高锰酸钾法测定，硝酸盐（NO3-N）采用镉柱还原法测定，氨氮（NH3-N）采用靛酚蓝分光光度法测定，亚硝酸盐（NO2-N）采用盐酸萘乙二胺分光光度法测定，活性磷（DIP）采用磷钼蓝分光光度法测定，总磷（TP）采用过硫酸钾氧化法测定。弧菌和异养菌数量的检测：将海水适当稀释后分别接种至TCBS选择培养基（培养弧菌）和2116E海洋细菌培养基（培养异养菌），置于25 ℃培养箱内，弧菌和异养菌分别培养2 d和5 d，采用细胞计数法检测细菌数量。

1.3 评价方法

1.3.1 营养水平评价。

采用营养指数法和营养状态质量指数法对海水营养水平进行评价。

营养指数（E）法的公式如下：

E=（COD×DIN×DIP×106）/4 500（1）

式中，COD、DIN和DIP分別为水样中化学需氧量、无机氮和活性磷的实测数据（mg/L）。如果E大于1，则说明水体呈富营养化状态，数值越大，水体富营养化程度越严重[2]。

营养状态质量指数（NQI）法的公式如下：

NQI=CODCOD0+TPTP0+TNTN0（2）

式中，COD、TP和TN分别为水样中化学需氧量、总磷和总氮的实测数据，COD0、TP0和TN0分别为水体中化学需氧量、总磷和总氮的评价标准，其数值分别为3.0、0.03和0.6 mg/L。根据NQI数值将海水营养水平分为三级，数值小于2为贫营养水平，2～3为中营养水平，大于3为高营养水平[6]。

1.4 相关性分析 为了解海水各项指标之间的相关性，使用SPSS 25.0软件对数据进行分析，根据相关系数的大小判断其相关关系。

2 结果与分析

2.1 各环境因子含量变化

2.1.1 水温、盐度和pH。

从图2可以看出，2019年5—11月份莱州湾贝类养殖区水体温度、盐度和pH分别为12.24～27.04 ℃、29.05‰～30.72‰和7.52～8.22。其中水温随月份产生明显的改变， 8月水温最高，为27.04 ℃，5、10和11月水温较低，11月最低，为12.24 ℃。盐度和pH在7个月检测期间一直较为稳定，仅呈现小幅度的波动。

莱州湾贝类养殖区养殖的贝类主要为海湾扇贝，这种扇贝有极强的适应性[9]，在温度为10～31 ℃时均能正常生长[10]，有研究证明该扇贝在23 ℃下生长速度是14.6 ℃下生长速度的2倍[11]。已有研究证明海湾扇贝幼贝在盐度为21‰～36‰条件下生长较快、存活率较高，在13.2‰～46.4‰正常生长[12]。此外，杨凤等[13]研究认为海湾扇贝幼贝在pH为7.7～8.2的养殖环境下存活率最高。综合上述文献以及该研究结果表明，莱州湾贝类养殖区的水温、盐度和pH均在扇贝适宜生长的范围之内。

2.1.2 溶解氧和化学需氧量。

从图2可以看出，莱州湾贝类养殖区海水中的溶解氧和化学需氧量分别为6.55～8.31和1.24～2.25 mg/L。溶解氧是海洋生物体生长发育必不可缺的环境因素，有研究表明当水体呈低氧水平（小于2.0 mg/L）时，贝类的存活率会迅速下降[14]。化学需氧量作为检验水体污染的指标之一，其数值越大表明污染程度越高[15]。根据海水水质二类标准[16]，养殖海水的溶解氧不低于5.0 mg/L，化学需氧量应低于3.00 mg/L，因此莱州湾贝类养殖区溶解氧和化学需氧量均处于安全范围内。

2.1.3 营养盐。

营养盐是指含氮和磷元素的盐类如无机氮和活性磷等，他们是海洋初级生产者浮游植物生长繁殖的物质基础，对其群落结构和动态有调节作用，因此营养盐的改变可能会引起浮游植物生态结构的变化[17]。海水中无机氮（DIN）包括硝酸盐（NO3-N）、氨氮（NH3-N）和亚硝酸盐（NO2-N）3种形式，其中氨氮和亚硝酸盐含量过高时对贝类有毒害作用，有学者研究证明氨氮含量在0.15 mg/L以下[18]、亚硝酸盐含量在0.1 mg/L以下时不会对贝类造成毒害作用[19]。该研究检测到莱州湾贝类养殖区NO3-N、NH3-N和NO2-N的含量分别为0.055 4～0.260 2、0.008 3～0.087 8和0.007 7～0.041 6 mg/L，其含量分别在5、8和11月达到最大，因此氨氮和亚硝酸盐均不会对贝类造成毒害作用。该研究测得无机氮（DIN）和活性磷（DIP）的含量分别为0.123 4～0.328 5和0.004 9～0.036 8 mg/L，分别在5月和6月达到最高，平均含量分别为0.187 4和0.016 2 mg/L。从平均含量看，DIN和DIP含量分别符合海水一类和二类标准，但在5月DIN含量超过了海水二类标准（0.30 mg/L），在6月DIP含量超过了海水三类标准（0.030 mg/L）[16]。有研究表明，当DIN和DIP分别低于0.080和0.018 mg/L时，会影响浮游植物的生长[20]，因此莱州湾贝类养殖区浮游植物的生长可能会受到营养盐的限制。总体来说，莱州湾贝类养殖区氮和磷的含量基本上均处于安全范围内，但由于该养殖区海域磷含量偏低，可能会通过影响浮游植物的生长进而对贝类养殖产生影响，与此同时在个别月份仍需注意氮和磷污染的情况。

2.1.4 细菌。

该研究测得弧菌和异养菌数量分别为54.75～2 541.45和102.15～4 179.00 CFU/mL，分别在9月和11月达到最大。弧菌可在10～35 ℃的环境下生存，大多都生活在海水中，在水产养殖中普遍存在[21]，有研究表明弧菌是引起贝类发病的主要细菌性病原体[22]。该研究结果显示，莱州湾贝类养殖区整体弧菌数量不高，处于安全范围内，只是在9月份突增，此时应需注意其他海水环境污染因素对贝类养殖的叠加影响。异养菌在养殖水体中能够提高自净能力[23]，但当海水环境恶化时，异养菌也会污染贝类。该研究结果显示，莱州湾贝类养殖区整体异养菌数量偏高，但处于合理范围之内，同时也应该注意异养菌的污染情况，以防止其对贝类养殖造成不良影响。

2.2 水质评价

2.2.1 营养水平评价。

莱州湾贝类养殖区的营养指数（E）和营养状态质量指数（NQI）如表2所示。根据营养指数（E）来看，L1和L3在5、6和9月，L2在5和6月，L4在6和9月，L5在6月，L6在6、9和11月，L7在5、6、8、9和11月，L8在5、6、9和11月均呈富营养化状态;总体来看，莱州湾贝类养殖区水体多在6和9月呈富营养化状态。根据营养状态质量指数（NQI）来看，L1、L2和L7在5和6月，L3在5、6、9和10月，L4在5月，L5、L6和L8在5、6和9月都为高营养水平，L2、L3在7月，L4和L7在7和10月，L5在10月，L6、L8在7和8月都为贫营养水平;总体来看，莱州湾贝类养殖区在5和6月易出现高营养水平，在8、9、10和11月基本为中营养水平，7月基本为贫营养水平。由于2种评价方法选用的指标不同，导致营养水平评价结果稍有不同，但2种结果均表明莱州湾贝类养殖区在夏秋季易出现高营养水平，已有研究表明莱州湾海域在夏季出现了富营养化现象[24]。因此莱州湾贝类养殖区富营养化问题应该加以重视并采取有效措施，以防止其程度加剧对贝类的养殖造成影响。

2.2.2 水质综合评价。

从表3可以看出，莱州湾贝类养殖区各位点pH、DO、COD、DIN和DIP的单因子污染指数（Pi）均小于1，表明該海域基本上均未受到这些因子的污染，符合海水水质二类标准[25]。内梅罗环境综合质量指数法是较为准确全面评价环境质量的方法，该方法对平均值与极值兼顾，在考虑各项化学指标对海水污染状况的同时，又突显对海水污染较为严重的指标[26]。内梅罗综合指数（P）分析结果表明，莱州湾贝类养殖区 L4和L5两地的海水质量等级为1级，达到清洁状态，其他各地的海水质量等级为2级，均为较清洁状态，已有研究报道2017年莱州湾海域的水质类别主要为一、二类海水[26]。总体来说，莱州湾贝类养殖区海水质量较为良好，符合贝类养殖环境质量的一、二类标准[8]。

2.3 相关性分析

从莱州湾贝类养殖区各项环境因子之间的相关性（表4）可以看出，莱州湾pH与盐度呈显著的正相关（P<0.05），与总磷和硝酸盐呈显著的负相关（P<0.05）;盐度与总磷呈极显著的负相关（P<0.01）;溶解氧与总磷和硝酸盐呈显著的正相关（P<0.05）;化学需氧量与弧菌呈显著的正相关（P<0.05）;总磷与硝酸盐呈显著的正相关（P<0.05）。张亮等[1]分析莱州湾海域各项指标的相关性发现，盐度与无机氮、化学需氧量、磷酸盐均呈现负相关性，并认为该海域的无机氮、化学需氧量、磷酸盐与河流入海有很大的关系。该研究相关性结果表明，化学需氧量对弧菌的影响很大，因此应严加关注莱州湾贝类养殖区污染的程度，防止污染程度严重时弧菌的大量增殖。

3 结论

（1）莱州湾贝类养殖区水温、盐度和pH均满足贝类养殖的条件;溶解氧和化学需氧量均处于安全范围内;DIN和DIP平均含量分别符合海水一类和二类标准，适宜贝类的养殖;弧菌和异养菌数量均在贝类养殖的合理范围之内。

（2）营养指数（E）表明莱州湾贝类养殖区在6月和9月呈富营养化状态，营养状态质量指数（NQI）表明该养殖区在5月和6月易出现高营养水平，水质综合评价结果表明莱州湾海域海水质量总体来说较为清洁。

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