烟台四十里湾扇贝养殖区水质评价及对浮游植物的影响

于潇，李希磊，杨俊丽，崔龙波

（烟台大学生命科学学院 山东 烟台 264005）

四十里湾位于山东省烟台海域，总面积达86.7 km2，适合浅水养殖的面积约53.3 km2[1]，是烟台重要的海水养殖基地。近十年来，四十里湾主要以扇贝和牡蛎养殖为主，辅以海带、海参和贻贝等。四十里湾的地理环境为半封闭型海湾，经济飞速发展，富营养化加剧，海水养殖业遭受相当大的损失[2,3]。现有研究表明：四十里湾海域处于磷限制状态，磷酸盐是该海域浮游植物生长的限制因子[4]，营养状况从贫营养逐渐过渡到中度营养状态[5]。为分析环境因子与浮游植物间的相关性，了解扇贝养殖区的营养与水质状况，本研究通过检测烟台四十里湾养殖区环境因子及浮游植物，以期为今后海水养殖，特别是扇贝养殖布局调整和养殖环境的改善提供一定数据支持。

1 材料与方法

1.1 采样时间与地点

本研究于2017 年5—11 月进行，即一个海湾扇贝养殖周期内。在烟台四十里湾扇贝养殖区设置5 个监测站位，编号为M1～M5，调查站位分布见图1。每月中旬监测该区海水水质。

1.2 样品采集与检测方法

用有机玻璃采水器采集水样，在每个监测站位设置四个平行采样点，每个采样点采表层和底层水样，并进行等量混合。采集的水样按照《海洋监测规范》[6]第3 部分进行保存和处理。

水温、pH、盐度和溶氧（DO）含量用美国奥利龙5-star 水质分析仪、硫化物使用德国默克NOVA-60A 进行现场检测，化学需氧量（COD）、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、无机磷（DIP）、总磷（TP）、总氮（TN）、硫化物含量均按《海洋监测规范》第4 部分进行检测，Chl a 和浮游植物按照《海洋监测规范》第7部分进行检测。浮游植物的检测方法为：取1 L 混合后的水样加入15 mL 鲁哥氏液固定、保存，至于阴凉处静置24～48 h 进行浓缩。浓缩后的样品采用0.1 mL 浮游生物计数框在光学显微镜下对浮游植物进行分类计数，对浮游植物密度采用《海洋监测规范》[6]浓缩计数法进行计算，用Spass19.0 对浮游植物密度与环境因子进行Pearson 相关性分析。

1.3 评价方法与数据分析

1.3.1 海水富营养化评价

采用营养状态质量指数、海水营养指数和叶绿素a 营养水平指数评价海水营养状态。计算公式为：

营养状态质量指数（NQI）[7]：

其中CCOD为水体中化学需氧量的浓度，单位为mg/L；CT-P为总磷浓度，单位为mg/L；CT-N为总氮浓度，单位为分别为水体的化学需氧量、总磷、总氮的评价标准，其中

根据NQI 值将海域营养水平分为三级：NQI＞3为富营养水平，NQI 为2～3 为中营养水平，NQI＜2为贫营养水平。

海水营养指数（E）法[8]：

其中CCOD为水样中化学需氧量浓度，单位为mg/L；CDIN为溶解态无机氮的浓度，单位为mg/L；CDIP为溶解态无机磷的浓度，单位为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。

叶绿素a 营养水平指数（D）[9]：

其中Chla 为水样中叶绿素的浓度，单位为mg/L；

分级标准如下：D＜1 为贫营养水域；1≤D＜10为中营养水域；D≥10 为富营养水域。

1.3.2 环境质量评价

用内梅罗（Nemerow）指数法及单因子污染指数法[10]评价海水质量。

其中，P 为内梅罗综合指数；Pmax为参数中最大的污染指数；Pi为单因子污染指数（Pi＞1 表明该项环境因子为污染状态）；Ci为某污染因子的测量浓度；Ci0为某污染因子的评价标准；内梅罗综合指数法分级标准[10]如表1。

表1 贝类养殖生态环境质量分级标准Tab.1 Grading standards of eco-environmental quality in shellfish culture

表2 烟台四十里湾环境因子月份变化Tab.2 Monthly variation in environmental factors in Sishili Bay,Yantai

2 结果与分析

2.1 环境因子变化情况

2017 年5—11 月烟台四十里湾扇贝养殖区温度、pH、DO、盐度、COD 和硫化物含量的变化情况如表2。由表2 可知：海水平均温度为20.19 ℃，变化范围为9.54～25.07 ℃，其中8 月水温最高，11 月水温最低，除11 月外水温均适宜扇贝的生长（海湾扇贝适宜生长的温度为18～28 ℃[11]）。pH 的平均值为8.12，变化范围为8.01～8.24，符合国家二类水质标准（7.8～8.5），适宜扇贝的养殖。DO 的平均值为8.06 mg/L，变化范围为7.07～8.95 mg/L，夏季DO 明显低于春、秋两季，这与杨丽娜等[12]所描述的中国沿岸海域夏季低氧现象十分吻合。盐度的平均值为30.55，变化范围为29.90～31.46，适宜扇贝的生长（海湾扇贝适宜生长的盐度为19～34[13]）。COD 的平均值为1.23 mg/L，变化范围为0.56～2.19 mg/L，除6 月份外，其他月份均符合国家一类水质标准（COD≤2 mg/L）。硫化物含量的平均值为0.0065 mg/L，变化范围为0.0039～0.0094 mg/L，均小于0.02 mg/L，符合国家一类水质标准[6]。

2.2 DIN 和DIP 的变化情况

烟台四十里湾DIN 变化范围为0.0834～0.3137 mg/L（表3），年平均值为0.1310 mg/L，除5 月份外均达到国家二类水质标准（DIN＜0.3 mg/L），夏季DIN 含量较低，春秋两季含量较高。DIP 的变化范围为0.0033～0.0303 mg/L，年平均值为0.0122 mg/L，除6 月份外，其余月份均达到国家二类水质标准（DIP＜0.03 mg/L）。5 月和6 月为海湾扇贝从保苗池转移至海水养殖的时期，人类的活动可能造成DIN和DIP 的含量超标。

根据浮游植物对氮、磷营养比的吸收比例，Redfield[14]提出了氮磷比（N/P，氮磷的原子比）的概念，认为浮游植物是按照16/1 从海水中吸收生源元素。Justic[15]认为，海水的N/P 值大于22/1，存在磷限制，小于10/1，存在氮限制。由表3 可知，烟台四十里湾扇贝养殖区5—11 月N/P 变化范围为6.34～89.05。其中6 月份N/P 为6.34，存在氮限制，5 月、8月和9 月N/P 均大于22，存在明显磷限制。5—11月的N/P 的平均值为36.30。由此可以看出，该海域N/P 整体处于较高值，与赵卫红等[16]调查所得N/P升高近3 倍。这与邢红艳等的研究所得到的近年来N/P 逐渐偏离了Redficld 系数，呈不断升高的趋势，四十里湾海域正向P 相对缺乏方向演变，且逐年加重的研究结果一致[4]。推测造成N/P 不断升高的原因是农业中氮肥大量使用，导致陆源氮输入量增加[17]。

表3 烟台四十里湾营养盐及N/P 变化Tab.3 Changes in nutrient contents and N/P in Sishili Bay,Yantai

2.3 浮游植物种类与密度

2017 年在烟台四十里湾扇贝养殖区共发现浮游植物5 门49 属87 种，其中硅藻门32 属61 种，占浮游植物总种数的70.11%；甲藻门9 属14 种，占浮游植物总种数的16.09%；金藻门3 属5 种，占浮游植物总种数的5.75%；绿藻门4 属4 种，占浮游植物总种数的4.60%；隐藻门2 属3 种占浮游植物总种数的3.45%。硅藻门中菱形藻属Nitzschia、角毛藻属Chaetoceros 种类最多，其中菱形藻属有10 种，包括谷皮菱形藻Nitzschia palea、洛伦菱形藻N.lorenziana、柔弱伪菱形藻N.pseudonitzschia delicatissima、长菱形藻N.longissima、尖刺伪菱形藻N.pseudonitzschia pungens 等，该属在夏季、秋季的密度较高；角毛藻属有8 种，包括并基角毛藻Chaetoceros decipiens、扁面角毛藻C.compressus、密连角毛藻C.densus、垂缘角毛藻C.laciniosus 和窄隙角毛藻C.affinis 等，该属在春季、夏季密度较高。菱形藻属与角毛藻属在海洋浮游植物中占有重要的地位，可作为鱼类和贝类等的饵料[6]。在甲藻门中角藻属Ceratium 和原甲藻属Protoperidinium 种类最多，其中角藻属4 种，包括三角角藻Ceratium tripos、叉角藻C.furca、飞燕角藻C.hirundinella 和梭角藻C.fusus，该属是最常见的海洋浮游甲藻类。原甲藻属2种，包括海洋原甲藻Protoperidinium oceanicum、尖叶原甲藻P.triestinum，该属是扇贝、牡蛎和幼鱼等的饵料，但其大量繁殖时会引发赤潮，是太平洋东岸重要的赤潮种[18]。

由图2 可知：烟台四十里湾5 个扇贝养殖区5—11 月浮游植物密度变化中，5 月浮游植物密度变化范围为36.60×104～123.00×104cell/L，平均值为70.30×104cell/L；6 月浮游植物密度变化范围为51.00×104～142.00×104cell/L，平均值为89.95×104cell/L；7 月浮游植物密度变化范围为8.24×104～141.30×104cell/L，平 均 值 为11.13×104cell/L；8 月浮游植物密度变化范围为4.39×104～19.80×104cell/L，平均值为30.48×104cell/L；9 月浮游植物密度变化范围为0.87×104～111.22×104cell/L，平均值为25.34×104cell/L；10 月浮游植物密度变化范围为2.48×104～48.88×104cell/L，平均值为17.98×104cell/L；11 月浮游植物密度变化范围为1.26×104～12.18×104cell/L，平均值为5.10×104cell/L。由上述数据可以看出，5 月和6 月浮游植物密度最大，其次为9 月，即在春季，秋季出现峰值。

2.4 环境因子与浮游植物相关性

由图3 可知：浮游植物密度和各环境因子间的Pearson 相关性中，浮游植物密度与DO 和DIP 含量呈显著正相关，相关系数分别达到0.711 和0.698。在浮游植物丰富的海水中，溶解氧主要来源于藻类的光合作用，浮游植物光合作用释放氧气使水中溶解氧含量升高，因此浮游植物密度与DO 呈含量显著正相关，这与武丹等[19]对溶解氧与浮游植物关系的研究结果一致。浮游植物密度与DIP 含量呈显著正相关，而与DIN 无明显相关性，表明DIP 对浮游植物生长的影响明显大于DIN，这可能与DIN 含量过剩而DIP 含量不足有关，相对于过剩的DIN，DIP对浮游植物的影响更为明显[20]。其他环境因子如硫化物、温度和pH 与浮游植物密度呈负相关，即在扇贝养殖期间过高的硫化物含量、温度和pH 会抑制浮游植物的生长。四十里湾硅藻在浮游植物中占绝大的比重，夏季温度过高导致大部分硅藻、金藻急速衰亡[21]，浮游植物密度明显下降。TN、TP、盐度和COD 与浮游植物密度呈正相关。

2.5 海水富营养化评价

海水营养状态质量指数（NQI）表明（表4）：6 月烟台四十里湾扇贝养殖区水质处于富营养状态，7月和8 月为中营养状态，5 月、9 月、10 和11 月为贫营养状态。海水营养指数（E）结果表明，6 月养殖区海水营养指数（E）大于1，呈富营养化状态，其他月份养殖区海水营养指数（E）均小于1，这与海水营养状态指数（NQI）评价结果一致。叶绿素a 营养水平指数（D）结果显示，5—11 月份烟台四十里湾扇贝养殖区均处于中营养水平。营养状态不一的原因可能是：6 月份水温升高，海洋生物新陈代谢活动加强，COD 和有机物含量升高，且四十里湾属于温带季风气候，6 月降雨增多，将大量的陆源营养盐带入湾内，导致海水呈富营状态。春季、秋季浮游植物密度较高，对营养盐的吸收量较大，营养盐含量降低使营养状态质量指数在5 月、9 月、10 月和11 月偏低。

表4 不同月份烟台四十里湾扇贝养殖区海水营养状态质量指数（NQI）、海水营养指数（E）和叶绿素a 营养水平指数（D）Tab.4 Seawater nutrient status index （NQI）,seawater nutrient index （E） and Chl a nutrient levels index（D）in scallop culture areas in Sishili Bay in Yantai in different months

表5 不同月份烟台四十里湾扇贝养殖区海水综合质量评价指数Tab.5 Comprehensive seawater quality assessment index in scallop culture areas in Sishili Bay in Yantai in different months

2.6 海水综合质量评价

5—11 月烟台四十里湾扇贝养殖区单因子污染指数（Pi）、内梅罗综合指数（P）及生态环境质量分级见表5。由表5 可知：除5 月份DIN、6 月份DIP 单因子污染指数大于1 外，pH、DO、COD、硫化物、DIN等指标的单因子污染指数均小于1，符合海水水质二类标准，这表明在5—11 月该养殖海域水质情况没有受到上述指标污染；8 月和11 月为Ⅰ类水质，处于清洁状态；5 月、6 月、7 月、9 月和10 月为Ⅱ类水质，其中7 月、9 月、10 月处于较清洁状态，5 月、6月处于轻度污染状态。整体看来，2017 年四十里湾扇贝养殖区在扇贝养殖期间水质状况较适宜扇贝养殖。浮游植物密度与水质状况存在一定联系，海水质量状况取决于多种环境因子，而浮游植物的密度与DO 和DIP 含量呈显著正相关（P＜0.05），5月、6 月水质处于轻度污染状态，海水中无机氮、磷含量高，浮游植物密度在全年较高，由此可见水质状况与浮游植物密度变化在一定程度上具有一致性。

3 结论

2017 年5—11 月调查了烟台四十里湾扇贝养殖区海水的环境因子，如水温、pH、盐度、DO、COD、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、DIP、TP、TN、硫化物以及Chl a 含量等12 项指标。除5 月份DIN、6 月份DIP没有达到国家二类水质标准外，其他各项指标均适宜扇贝生长。Pearson 相关性表明，浮游植物密度与DO 和DIP 含量呈显著正相关（P＜0.05）。海水富营养化评价表明：扇贝养殖区在6 月处于富营养化状态；海水综合质量评价表明：8 月和11 月为Ⅰ类水质，处于清洁状态，5 月、6 月、7 月、9 月和10 月为Ⅱ类水质，其中7 月、9 月、10 月处于较清洁状态，5月、6 月处于轻度污染状态。整体来看，烟台四十里湾扇贝养殖区仅在6 月份出现轻度富营养化，5 月、6 月出现轻度污染外，其他月份水质状态良好，生态系统较稳定，适宜扇贝的养殖。海水养殖是影响四十里湾环境变化的主要因素，养殖密度过大，养殖模式过于单一，大量的养殖废物直接排放于海中，导致海水质量变差，环境恶化加剧[22]，但近年来烟台市已拆除四十里湾340 多hm2筏架，积极构建海洋牧场，实现生态养殖，对海洋环境的改善起到积极的作用。