清海退养前后近海水域水质变化分析研究——以福建省罗源湾为例

吴如林，谢蓉蓉，张梦露

（1.福建师范大学环境科学与工程院，福建 福州 350007；2.福建师范大学福建省污染控制与资源循环利用重点实验室，福建 福州 350007）

海湾是深入陆地形成明显水曲的海域，海湾除包括水域部分外，还应包括水域周边的陆域部分，故可以将海湾看成由海水、水盆、周边和空域共同组成的综合地貌体[1]。由于海湾地区处于陆地和海洋之交的纽带地位和优越的开发环境，海产养殖在其中逐渐兴起。近年来，随着渔业产业的快速发展，饲养规模和数量在不断扩大，在促进行业发展的同时也带来了一系列的污染问题[2]。据2019年国家统计局公开资料显示，2018年全国海水产品产量约为3301.43万t，其中养殖为2031.22万t，约占总产量的61.5%，其中福建的海产养殖为783.89万t，约占全国海产养殖的38.6%。海产养殖过程中鱼虾贝类的排泄物和残余饵料、碎屑已成为重要污染源，导致养殖区水质无机氮和活性磷酸盐超标，因此，海产养殖的大规模增长同时也导致了近海养殖区海水富营养化[3]。养殖规模的增长使海产品养殖区、增殖区水质多年以来处于较差水平，并且排污量呈现显著上升趋势，被污染海水所占比例逐年上升，因此，海水养殖污染状况不容乐观[4]。

罗源湾位于福建省沿海东北部，闽江口以北约50 km，是全国少有的天然深水港湾，为福建省六大深水港湾之一。罗源湾形似倒葫芦状，北临鉴江半岛和三都澳， 南隔黄岐半岛，东起可门口，向西深入罗源县与连江县境内中部[5]。罗源湾周边可耕地极少，水产养殖为主要经济产业，水产销量一度占到福州水产品市场的五分之一，大量的当地人口加入养殖产业导致养殖密度增大，海水污染严重[6]。根据《福建罗源湾环境容量与海洋生态保护规划研究报告》，罗源湾内主要养殖贝类（太平洋牡蛎、鲍鱼）、藻类（海带、紫菜）、鱼（大黄鱼、真绷）、虾（长毛对虾、沙虾、南美北对虾）等。由于罗源湾局部海域海水富营养化问题日益突出，陆源性污染物排放问题未得到有效控制，无机氮和活性磷酸盐污染较重[7]。1998年后罗源湾海产养殖大量发展，养殖投饵造成了湾内的氮磷含量超标。此后，2000年[8]、2001年[9]、2004年[10]均出现富营养化的现象。 根据福建省海洋功能区划，罗源湾重点发展港口航运、临港工业。2015年3月，退养工作启动，福州市要求罗源湾实施全面退养，包括松山和碧里2个乡镇的13.4万标准网箱养殖，涉及31个村5.08万人[11]。至2018年6月底，罗源湾海域退养面积约84 km2，其中，各类网箱约13.4万标准箱，藻类、吊蛎近20 km2，退养工作基本结束[12]。

图1 罗源湾2015和2019养殖面积

罗源湾2015年和2019年养殖面积如图1，通过谷歌历史影像目视解译可得出2015年海产养殖网箱面积约为131.9 km2，2019年面积约为65.42 km2，5年间削减约一半的网箱面积。基于罗源湾近况，本研究将以此为例，探究退养前后水质的变化趋势和规律，分析其变化原因，为今后水产养殖重点区域的退养活动提供一定参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

图2 采样点位图

罗源湾在行政区划上隶属福州市，北岸属罗源县，南岸属连江县。根据海峡西岸经济区规划，列为福州港的深水外港。其海湾曲折，口窄腹大，总面积227 km2，水域面积214 km2，其中滩涂面积约117 km2，浅海面积88.7 km2。海湾内大小海岛32个，岸线长24.75 km，海岛面积1.49 km2。

1.2 数据来源

2015至2019年5年间罗源湾逐季的海水水质监测信息水质数据由福建省近海海域水质监测信息提供，水质指标包括无机氮(DIN)、活性磷酸盐(DIP)、溶解氧(DO)、化学需氧量 (COD)。利用2015-4-29、2016-4-8、2017-4-6、2018-5-5、2019-5-17水质数据的平均值表征罗源湾丰水季水质特征；利用2015-7-15、2016-7-6、2017-7-13、2018-7-14、2019-8-27水质数据的平均值表征罗源湾平水季水质特征；利用2015-11-4、2016-10-9、2017-10-11、2018-9-17、2019-10-21水质数据的平均值表征罗源湾枯水季水质特征。所有样本的采集及检测分析按照GB 3097—1997《海水水质标准》中相应的方法。点位选取F1为罗源湾内（E119.7175，N26.4328），F2为北茭（E119.975，N26.4000），见图2。

1.3 数据分析方法

⑴ 单因子污染指数法是通过评价标准对单项指标进行逐项分析评价，通过指数计算，选取各因子中最大类别为样本的总体评价结果。该方法计算方式简单、结果清晰，可以容易判断评价区主要污染因子及污染状况，目前广泛地运用于环境评价领域。采用单因子污染指数法[13]对罗源湾的水质进行评价，将DIN、DO、DIP、及COD浓度值与评价标准对比，给出各评价因子的超标倍数，计算公式为：

式中: Si为单因子污染指数，当 Si＞1，表明该水质指标超过了规定的水质标准限值，Si越大表明相应指标超标越严重；ρi为某一水质指标质量浓度的实测值；ρso为某一水质指标质量浓度的标准值。

⑵ 有机污染指数法[14]是根据DIN、DO、DIP、及COD这4项指标的等表指数的和来判断水质，其计算公式为：

表1 2015～2019年罗源湾海域DIN、DO、DIP、COD浓度及各指标单因子污染指数

式中A为有机污染指数，A＞4 为重污染，3＜A≤4为中污染，2＜A≤3 为轻污染，A≤2为清洁。根据《福建省海洋功能区划（2011—2020年）》，罗源湾执行海水Ⅱ类标准[15]，则ρS1(DIN)=0.3 mg/L，ρS1(DIP)=0.03mg/L，ρS1(COD)=3 mg/L，ρS1(DO)=5 mg/L。

2 结果与讨论

2.1 2015～2019年罗源湾海域水质变化趋势

基于2015～2019年水质监测信息，各监测站位无机氮、溶解氧、活性磷酸盐和化学需氧量5年各水季的数值、超标倍数及有机污染指数见表1，各水质指标年平均浓度变化趋势见图3。

由表1可见，罗源湾内在过去5年DIN的平均浓度值为0.32 mg/L，达到海水II类标准，罗源湾外的平均浓度值为0.18 mg/L，达到海水I类标准；湾内DO的平均浓度值为6.81 mg/L，湾外的平均浓度值为6.98 mg/L，均达到海水I类标准；湾内DIP的平均浓度值为0.03 mg/L，达到海水II类标准，罗源湾外的平均浓度值为0.01 mg/L，达到海水I类标准；湾内COD的平均浓度值为0.57 mg/L，湾外的平均浓度值为0.53 mg/L，均达到海水I类标准。其中影响罗源湾水质的主要污染因子是无机氮和活性磷酸盐。

图3 罗源湾2015～2017湾内外各水质指标平均浓度

由图3可见，在实行全面退养政策之后，罗源湾内的DIN全年平均浓度呈现明显的下降趋势，在2017年达到最低值，湾内外平均浓度分别为0.21 mg/L、0.14 mg/L，罗源湾外因其接近于外海浓度得到稀释呈较为平缓的下降趋势；罗源湾内外的DO全年平均浓度在2016年位于最低值，湾内外平均浓度分别为6.21 mg/L、6.47 mg/L，而后又呈现上升趋势；罗源湾内的DIP全年平均浓度在2015～2019呈现逐年下降的趋势，在2019年的浓度已达到0.02 mg/L，而罗源湾内则出现逐年上升的趋势，因为湾外的浓度受外海外来性DIP浓度的影响；罗源湾内的COD全年平均浓度在2015～2017期间呈现上升趋势，在2017达到峰值0.78 mg/L，之后呈现明显下降趋势，而在罗源湾外则是比较平缓的上升。

2.2 罗源湾水质不同水季的分布特征

选取2015～2019期间丰水期、平水期、枯水期的平均值得出图4。由图可知，罗源湾内外DIN的平均浓度均呈现枯水季最高，丰水季次之，而平水期呈现最低；罗源湾湾内DO的平均浓度在枯水期最高，丰水季次之，平水期最低，湾外则是丰水季最高，枯水季次之，平水季最低；罗源湾内外DIP的平均浓度均在枯水季最高，其余2水季相同；罗源湾内COD的平均浓度同样是在枯水季最高，丰水季次之，平水季最低。总体呈现枯水季高于丰水季高于平水季。

图4 罗源湾水质不同水季分布特征

2.3 富营养化评价结果

由富营养化评价结果（见表1）可知，罗源湾在2015年到2019年的有机污染指数A值均值分别为3.8、2.9、2.8、3.0、2.9，实现了从中污染到轻污染的转变。2015年罗源湾水质仅符合海水Ⅳ标准，2016年和2017年水质符合海水Ⅲ标准版，2018年和2019年水质符合海水Ⅱ标准。由此可见，罗源湾的退养工作对于湾内水质的改善有积极作用。

依据富营养化分级标准[16]的评价结果表明，罗源湾海域在2015年营养程度达到氮限制性中度潜在性营养水平，接近富营养化水平；在2016年达到中度营养；在2017年达到贫营养；在2018年和2019年都是中度营养。N/P呈现上升趋势，但整体富营养化呈现好转趋势。

3 成因分析

在海水养殖过程中，人工合成饵料的投入、残饵的分解、生物排泄物的产生、使用的药物等，都使养殖水富含各种营养物质[17，18]，养殖过程中所投放的饵料，除去生物生长、能量消耗等生理代谢外，剩余的饵料相当一部分进入大海。以养虾为例，即使是管理最好的对虾养虾场，也有约30%的饵料未被摄食，残饵溶失的氮、磷营养物质是虾池及其邻近浅海的主要污染物[19]。罗源湾在进行全面退养之后，随着海产养殖量的逐年减少，由海产养殖带来的水质问题也进一步得到改善。

不同水季之间的分布呈现枯水季最高，丰水季次之，平水季最低的现象，这是由于海产养殖在枯水季为投苗期[20]，投加的饲料等会污染水体，而平水季的夏季水温升高，海产品会降低对营养物质的需求，投加饲料的减少会降低对水体的污染[21]。

4 结论

⑴ 自2015年退养活动开展后，罗源湾水质得到明显改善，罗源湾内DIN、DIP浓度分别在2017、2019年达到最低，平均浓度分别为0.21 mg/L、0.02 mg/L，比污染最严重的2015年分别下降约46%、68%。COD在2015～2017年上升后呈现明显下降趋势，但是，海湾外因受外海稀释，总体呈下降趋势且幅度较为平缓。

⑵ 退养活动对近海海域富营养化情况也有一定改善作用。2015年，罗源湾氮含量达限制性中度潜在性营养水平，总体接近富营养化，此后逐渐向中度营养、贫营养程度转变，2018、2019年都保持在中度营养水平。N/P略有上升但整体情况有所好转。

⑶ 在同一年不同水季之间的水质变化不同，具体表现为枯水季高于丰水季高于平水季。