海南陵水新村港海水增养殖区环境质量状况综合评价

梁泰尔，万 莉，薛东梁，张金华，林 逸

(海南省海洋监测预报中心，海南 海口 570206)

陵水新村港位于海南省陵水县新村镇的东南部(18°23′～18°26′N、109°58′～110°03′E)，是个天然潟湖，港内南北长4 km，东西宽6 km，面积约22.3 km2。新村港口窄内宽，口门处最窄约100 m，东西两面被南湾半岛环抱，风平浪静，避风条件好，是一个得天独厚的天然良港[1]。陵水新村港亦是一个完全被潮汐控制的近封闭状天然潟湖湾，潟湖内形成了海草床、红树林与珊瑚礁三大典型的海洋生态系统，属极为罕见的高生产力海洋生态系统，具有保持海床稳定、吸收二氧化碳、释放氧气、吸收有机营养盐、净化水体等作用，是众多海洋生物理想的栖息和繁殖地，具有极高的生态及经济价值[2]。

2007年，海南省政府批准建立了陵水新村和黎安港海草特别保护区，成为我国首个海草类型特别保护区，是目前海南省海草品种最多、成片面积最大、生长最好的区域[3]。新村港亦是海南重要的海水养殖水域，港内无大的淡水河流注入，常年水温、盐度适中，浮游生物丰富，主要养殖品种有麒麟菜、江篱菜、珍珠贝和经济鱼类等[1]。然而，由于围塘养殖、过度渔业、渔排增多、陆源污水等人为污染日益严重，新村港潟湖生态环境质量逐日下降。潟湖内红树林生长面积逐年减少，目前仅存的红树林面积仅为20世纪80年代的20%左右[2]。海草种群的生长、生物多样性和生态系统稳定性也受到了严重威胁。有研究表明，2016年与2002年相比，陵水新村保护区海草床大型底栖动物的丰度和生物量均显著下降[3]。此外，由于养殖户的生活污水、养殖废水、剩余饵料直接排放入海，容易造成水体富营养化，在气温异常升高、水体交换不畅时，可能会引发赤潮，给养殖产业带来重大的经济损失[1]。经统计，自2006年至2018年，新村港发生赤潮共计2次，分别发生在2006年7月[优势种为柏氏角管藻(Cerataulinabergonii)]和2014年6月[优势种为丹麦细柱藻(Leptocylindrusdanicus)、脆根管藻(Rhizosoleniafragilissima)][4]。

依据《海南省养殖水域滩涂规划(2018—2030年)图件》，陵水新村港区域被划定为禁止养殖区[5]，进一步提高和完善了对该海域水质的目标要求和整治措施。目前，国内学者针对陵水新村的研究多集中在生态群落[2-3]和地形地质[6-7]方面，较少有针对整体环境质量的研究。本文依据海南省海洋监测预报中心对陵水新村港海水增养殖区2011—2018年海水、沉积物、生物全方位监测数据以及海域动态监管遥感监测数据，采用环境质量综合指数(EQI)、富营养化指数(E)对该区域水质综合环境质量状况进行评价；采用季节性Kendall检验法、Spearman相关系数法对水质因子变化趋势和相关性进行定量分析，以期为陵水新村港生态环境保护及综合治理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

在陵水新村港海水增养殖区海域共设置了6个监测站位。自2011年至2018年，每年3月、5月、8月、10月分别开展水质监测1次，并于每年的8月份开展沉积物和海洋贝类监测。监测站位见图1，监测项目、频率、时间和方法见表1。

本实验采用的贝类来源于陵水新村港海水增养殖区海域，种类为文蛤、帘蛤。采集的样品量按照GB 17378.3—2007《海洋监测规范第3部分：样品采集、贮存与运输》(6.6.2 现场样品采集)中的要求，将体质量约1.5 kg、体长大致相似的贝类，用封口聚乙烯袋装好，置于便携低温冰箱中保存运回实验室，并贮存在-18℃的冰箱柜中，待测。

表1 新村港海水增养殖区环境监测要素、频率、时间和方法

1.2 评价标准

根据《海南省海洋功能区划》(2011—2020年)，新村港海水增养殖区海水水质评价执行GB 3097—1997《海水水质标准》第二类标准，沉积物质量评价执行GB 18668—2002《海洋沉积物质量》第一类标准，生物质量评价执行GB 18421—2001《海洋生物质量》第一类标准。

1.3 评价方法

1.3.1 环境质量综合指数(EQI)[8]

1)根据式(1)计算增养殖区超标环境要素的比值：

F1=[NV′/NV]×100

(1)

2)根据式(2)计算各环境要素超标数据个数的比值：

F2=[NT′/NT]×100

(2)

3)根据式(3)计算不符合环境质量标准的测定结果偏离标准的程度：

(3)

式中：F3为不符合环境质量标准的测定结果偏离标准的程度；Pi为第i个超标测定值的污染指数值，其计算分为以下两种情况：

当环境质量标准为不得大于目标值时，按式(4)计算：

Pi=(NMi/Msi)-1

(4)

式中：NMi为超标要素的测定值；Msi为该超标要素的环境质量标准值。

当环境质量标准为不得小于目标值时，按式(5)计算：

Pi=(Msi/NMi)-1

(5)

4)根据式(6)计算海水增养殖区环境质量综合指数(EQI)：

(6)

EQI依据得分划分质量等级(表2)，并给予环境质量现状能否满足功能区环境质量需求的解释性说明，有利于以养殖区为单元的综合评价。

表2 海水增养殖区环境质量等级划分

1.3.2 富营养化指数(E)[9]

(7)

式中：COD为化学需氧量(mg/L)；DIP为活性磷酸盐含量(mg/L)；DIN为无机氮含量(mg/L)。水质营养水平分级见表3。

表3 水质营养水平评价分级

1.3.3 季节性Kendall检验法[10]

季节性Kendall检验是Mann-Kendall检验[11-12]的一种推广，1982年由Robert等[13]提出，并由Smith等[14]和Van等[15]作了进一步修订，可排除影响水质的复杂因素和非正态分布等原因[16]。本研究选取8年数据进行季节性Kendall检验，能保证趋势分析的可靠性。水质变化趋势的显著性可根据显著性水平α或|Z|确定(表4)。

水质变化趋势可以分为三类五级，三类分别为上升、下降和无趋势，五级分别为高度显著上升、显著上升、无趋势、显著下降和高度显著下降[9]。当Z为正值时，趋势为上升；当Z为负值时，趋势为下降。

表4 显著性水平的确定

1.3.4 Spearman相关系数法

采用SPSS 21.0进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 环境质量综合指数(EQI)变化趋势

由图2可见，2011—2018年新村港海水增养殖区环境质量综合状况呈现稳中有升的趋势。8年来环境质量等级均为优良，能够满足功能区环境质量要求。其中2011年EQI值最低，此后数值趋于平稳。从监测数据分析可知，水体污染因子超标值主要集中在10月份，其原因可能与当年9月底登陆海南的强台风“纳沙”有关。在台风期间，海水通过狭窄的口门倒灌入潟湖，海洋的物质随着海水大量进入，对新村潟湖的海洋环境造成较大扰动[17]，致使监测数据产生较大波动。

2.2 富营养化指数(E)变化趋势

由图3可见，2011—2018年新村港海水增养殖区富营养化指数(E)呈波浪式变化。整体来看水质富营养化状况良好，其中有三年均处于贫营养化状态，有三年处于中营养化状态，2011年和2016年均处于富营养化状态。其原因可能与2011年9月和 2016年10月分别登陆海南的两个14级强台风的影响有关，这两次台风对陵水都造成了重大影响，当潟湖受到台风影响时，海水通过口门倒灌进入潟湖，海洋物质随之进入[17]，有机物短时间增加导致该区域海水富营养化。

2.3 主要污染因子和变化趋势

根据水质监测数据，取各污染因子历年3、5、8、10月均值进行季节性Kendall趋势检验，结果见表5。由表5结果可见，只有水温为显著水平，呈上升趋势；COD、石油类、汞、砷、铬为高度显著水平，其中COD、石油类、砷呈上升趋势，汞、铬呈下降趋势；其余9项指标为非显著水平，其中盐度、pH、镉、铜呈上升趋势，溶解氧、DIN、DIP、粪大肠菌群、铅等呈下降趋势。

表5 污染因子季节性Kendall趋势检验结果

表6 2011—2018年污染因子超标情况

2.4 Spearman相关分析评价结果

据表7可知，新村港水质指标间pH与盐度呈极显著正相关关系；DIP与盐度、pH呈显著负相关关系；石油类与COD呈极显著正相关关系；粪大肠菌群与DIN呈显著正相关关系；汞与COD呈极显著负相关关系，并与石油类呈显著负相关关系；镉与无机氮呈显著负相关关系；砷与COD、石油类呈显著正相关关系，与汞存在极显著负相关关系；铬与COD呈极显著负相关关系，与石油类呈显著负相关关系，与汞呈极显著正相关关系。

3 讨论

在已有的新村潟湖研究中对于长时间跨度、针对整体环境质量评价的研究较少，本文基于2011—2018年新村港海水增养殖区水质、沉积物、生物指标数据进行测算，以期为陵水新村潟湖生态环境保护及综合治理提供指导和建议，为新村潟湖治理成效提供评价依据。

结合单因子污染指数、富营养化指数(E)、环境质量综合指数(EQI)分析结果来看，自2011年至2018年，新村港海水增养殖区环境质量整体状况优良，能够满足养殖区功能需求，环境质量综合指数(EQI)稳中有升的趋势，海域环境质量状况逐渐改善。调查期间，新村港海水增养殖区污染因子主要为粪大肠菌群、溶解氧、DIP、石油类，此外DIN、铅、pH也有数次超标。COD、石油类、砷含量呈高度显著上升，DIP、DIN、粪大肠菌群呈非显著下降。表明新村港养殖水域水体以有机污染为主[18]，其次为磷营养盐污染，此外重金属污染中铅出现了10次超标且超标倍数最高达2倍多，说明重金属铅相比其他金属元素污染更严重，与巩慧敏等[19]研究结果一致，其主要来源于船舶航运排污，而砷含量虽未超标但呈现高度显著上升趋势，均需加以关注。此外，生物体和沉积物中的石油烃和农残(滴滴涕)在8年中有5～6年超标，说明周边海鲜市场的海鲜药物残留问题也需引起关注。

通过水质指标之间的相关性分析，结果显示COD、石油类与砷呈显著正相关，与汞、铬呈极显著负相关，表明COD、石油类与砷有着共同的来源，与汞、铬没有共同来源，且砷与其他元素相关系数小，甚至呈负相关关系，说明砷的来源与大多数金属元素不同[19]。新村港周边主要以网箱养殖和船舶运输为主，石油类和砷可能来源于船舶航运排污，而汞、铬可能来源于海水养殖投放的饵料、药物[20]。周业和等[21]研究发现，在渔船停靠的码头附近，水体的有机物难以生化降解，而在网箱养殖水域易生化降解的有机物占据较大比例，这部分有机物可以通过水体的“自净化”过程逐渐降解掉，因此水中难降解的有机物随着时间的推移，积累的量也在逐渐增加。结合污染因子趋势分析可知，COD、石油类与砷呈高度显著上升，汞、铬呈高度显著下降，且粪大肠菌群、氮磷营养盐均呈下降趋势，表明新村港养殖区域由船舶航运造成的污染加重，而由养殖造成的污染有所减轻。

表7 新村港水质指标间的相关分析

根据《海南省近岸海域遥感监测图集(2014—2018年)》[22]统计显示，陵水县用海类型主要包含渔业用海、交通运输用海和旅游娱乐用海三大类，其中渔业用海面积呈现大幅缩小趋势。随着《海南省养殖水域滩涂规划(2018—2030年)》的实施，陵水新村港被划定为禁养殖区，随着养殖渔排的清退，由养殖带来的污染风险将会进一步减少。值得注意的是，自2012年以来，陵水新村中心渔港建设项目竣工验收后该渔港可接纳1 000艘渔船进港停泊避、装卸和交易，年渔获卸港量为8×104t[23]；此外港内还新增了一些旅游项目用海，由此造成的石油类和重金属污染风险可能会进一步加剧。

4 结论与建议

1)2011—2018年，新村港海水增养殖区水质整体状况优良，能够满足养殖区功能需求。

2)新村港增养殖区海域水质富营养化状况良好，自2011年后整体处于贫营养和中营养水平，仅在2016年变为富营养，主要受气候影响显著。

3)水体污染以有机污染为主，其次为磷营养盐污染，同时对重金属铅、砷污染也需加以关注，还应重点关注周边港口市场海鲜药物残留问题，定期开展检验检测。

4)船舶航运污染加重，养殖污染有所减轻，关注船舶航运排污带来的石油类和铅污染问题。于此，为保护和改善陵水新村港海水增养殖区生态环境，协调海洋经济与生态环境的共同发展，提出建议如下：1)依据《陵水黎族自治县养殖水域滩涂规划(2018—2030年)》，严格推进禁养区养殖场清退和渔排整治工作。2)加快渔业产业转型升级。引导渔业往岸上走，大力发展工厂化养殖；往深海走，发展深海网箱养殖产业；往休闲渔业走，创新发展第三产业[24]。3)坚持陆海统筹、绿色发展。合理规划布局陆海空间、资源配置；提升涉海企业海洋科技创新能力，着力推广绿色产业模式；重点应加强入海污染物的控制，严格控制陆源输入的有机物和营养物质的入海通量。4)充分考虑区域自然禀赋，因地制宜开展保护修复[25]，例如海草床、珊瑚礁、红树林，利用生物修复手段有效防止海水富营养化等问题的发生。