中街山列岛海域环境质量季节变化与评价

李振华，徐开达，周永东，梁 君，王忠明

（浙江省海洋水产研究所，浙江省海洋渔业资源可持续利用技术研究重点实验室，浙江舟山 316021）

改革开放以来，沿海地区已成为我国经济和社会发展的支柱。然而，高强度的海洋开发和陆源污染物向海洋的输入，导致海洋环境污染日益严重，并伴有高度的富营养化，严重破坏了河口、海湾和近岸重要水域的海洋环境、渔业资源和生物多样性。享有“东海鱼仓”美誉的中街山列岛海域，位于舟山渔场的中心区域，渔业资源也出现了衰退。为保护渔业资源，自2006 年在该海域设立国家级海洋特别生态保护区后，又相继设立国家级海洋牧场示范区、碳汇渔业实验区，并于2016 年被省政府划为自然生态红线区，保护内容及要求被列入当地首部地方性法规。近年来，不少学者对中街山列岛保护区浮游植物[1]、浮游动物[2]、甲壳类[3]、鱼卵、仔稚鱼[4]、鱼类[5-6]、游泳动物[7]等群落结构特征开展了系统研究，但目前关于该海域海洋环境质量状况研究非常有限。因此，亟需明确海洋生态环境现状水平和变化，以便更有针对性地开展对该海域海洋环境的保护、治理和修复工作。

本研究通过2021-2022 年对中街山列岛海域4 个季度的海洋环境调查与监测，采用单因子指数法、改进内梅罗指数法、富营养化指数法等对海水中12 种元素的污染状况进行分析和评价，为保护区资源开发利用、环境保护和海洋资源管理提供综合的生态数据，有助于更好地评价其生态状况和生态环境变化。

1 材料与方法

1.1 采样与分析

2021 年4 月（春季）、7 月（夏季）、11 月（秋季）、2022 年1 月（冬季）分别在中街山列岛海域设置了18 个代表性采样点（图1），通过4 dm3有机玻璃采水器采集海水，所有海水样品采集、保存、前处理和测定均按照《海洋调查规范》（GB 12763-2007）、《海洋监测规范》（GB 17378-2007）要求操作。监测指标包括水深（D）、温度（T）、盐度（S）、pH、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、无机氮（DIN）、活性磷酸盐（DIP）、悬浮物（SS）、石油类（Oil）、铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）等。评价指标包括pH、DO、COD、DIN、DIP、Oil、Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As。

1.2 评价方法

1）单因子指数法

式中：Pi、Ci、Si分别为评价指标i 的标准指数值，测定值和标准值。对照《浙江省海洋功能区划》，中街山列岛保护区要求海水水质质量执行不劣于第一类海水水质标准。评价标准值按照《海水水质标准》（GB 3097-1997）中的第一类限量值，Pi≤1 表示满足海域功能，否则说明超标。

2）富营养化指数法

富营养化指数（E）是衡量海水富营养化水平的重要因子：

式中：CCOD、CDIN、CDIP分别为海水中的CCOD、CDIN、CDIP的含量，mg·L-1，其中1≤E≤3 为轻度富营养化，3＜E≤9为中度富营养化，E＞9 为重度富营养化。

3）改进内梅罗指数法

传统内梅罗指数法忽略了各评价因子的相对重要性，单一突出了污染最大的因子。为同时兼顾最大权值标准指数和平均标准指数，本研究采用章鑫慧等[8]提出的改进内梅罗指数法。

式中：I 为海域水环境综合质量指数；Wi、Ri分别为评价指标i 的权重值和相关性比值；Simax为参与评价指标中标准值的最大值；Pi′max、Piave分别为修正后标准指数最大值和各标准指数的平均值；PW为权重最大评价指标的标准指数。当I≤0.6 时，质量等级为清洁；0.6＜I≤1.0，为较清洁；1＜I≤2.6，为轻污染；2.6＜I≤5.0，为中度污染；I＞5.0，为严重污染；此五类质量等级分别对应的海水水质标准等级为一类、二类、三类、四类和劣四类。

2 结果与讨论

2.1 水质监测结果

2021-2022 年4 个季度中街山列岛海域水质调查因子监测结果如图2 所示。平均水深4 个季度差异不明显（31.1～34.2 m）。水温受季节影响较大，平均水温春季（15.6 ℃）、冬季（13.3 ℃）显著低于夏季（22.9 ℃）、秋季（21.9 ℃）。年平均海水盐度为28.7，平均盐度春季（30.6）、夏季（30.5）略高于秋季（25.9）、冬季（27.8），4 个季节差异不大。溶解氧平均浓度夏季最低（6.88 mg·L-1）、冬季最高（8.57 mg·L-1）、春季（8.18 mg·L-1）、秋季（7.99 mg·L-1），差异不显著。悬浮物和化学需氧量，冬季（SS：83 mg·L-1；COD：1.05 mg·L-1）显著高于其它3 季（26～39 mg·L-1；0.46～0.67 mg·L-1）。无机氮，4 个季度平均含量为0.261～0.337 mg·L-1，季节变化不大。活性磷酸盐，春季平均浓度（0.012 mg·L-1）略小于其它3 季（0.02～0.025 mg·L-1）。石油类（0.002 0～0.010 0 mg·L-1）、Cu（1.2～1.4 μg·L-1）、Pb（0.11～0.31 μg·L-1）、Zn（0.003 2～0.014 0 mg·L-1）、Cd（0.022～0.043 μg·L-1）、Hg（0.015～0.034 μg·L-1）、As（1.2～1.5 μg·L-1）等重金属4 个季度平均浓度均相对较低。与仁敏等[9]2005 年2 月（冬季）在中街山列岛附近海域调查结果相比，本次2022 年1 月调查中DO、DIN、Oil、Cu、Pb、Zn、Cd 平均含量略有下降，下降幅度分别为7.25%、31.03%、95%、70%、73.08%、66.32%和71.72%，pH、COD、DIP、Hg、As 略有上升，上升幅度分别为0.98%、50%、33.33%、90%和60.92%。总体而言，从2005 至2022 年，各指标含量变化均在正常波动范围内。

图2 2021～2022 年中街山列岛海域水质监测结果Fig.2 Water quality monitoring results of Zhongjieshan Islands from 2021 to 2022

2.2 水质单因子污染指数评价

经公式（1）计算，除了DIN 和DIP，4 个季度pH、DO、COD、Oil、Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As 等监测指标的单因子污染指数计算值均≤1（图3），均符合《海水水质标准》中的第一类标准。全年来看，中街山列岛海域海水单因子污染指数大小顺序为DIN＞DIP＞pH＞DO＞Hg＞Zn＞COD＞Cu＞Pb＞Oil＞As＞Cd。海水中主要污染指标为DIN（Pi=1.49）和DIP（Pi=1.34），其平均标准指数＞1，说明DIN 和DIP 的平均含量不符合《海水水质标准》中的第一类标准。春、夏、秋、冬季DIN 和DIP 的站位超标率（超过一类标准）分别为100%和44.44%、100%和94.44%、100%和100%、100%和88.89%。

图3 中街山列岛海域不同季节水质评价指标标准指数值Fig.3 Standard index values of water quality evaluation indexes in different seasons of Zhongjieshan Islands

2.3 富营养化现状

根据公式（2），不同季节富营养化指数如图4 所示，春季E 值在0.02～1.88 之间，平均值为0.57，未发生富营养化和发生轻度富营养化的站位分别占66.67%和33.33%；夏季E 值在0.34～1.92 之间，平均值为0.83，未发生富营养化和发生轻度富营养化的站位均占50%；秋季E 值在0.24～2.75 之间，平均值为0.90，未发生富营养化和发生轻度富营养化的站位分别占38.89%和61.11%；冬季E 值在0.02～2.88之间，平均值为1.40，未发生富营养化、发生轻度富营养化的站位分别占11.11%和88.89%。冬季富营养化程度高于春、夏、秋季。全年平均E 值为0.93，说明整体上中街山列岛海域未发生富营养化。

图4 中街山列岛海域不同季节水质富营养化指数Fig.4 Eutrophication index of water quality evaluation indexes in different seasons of Zhongjieshan Islands

2.4 水质改进内梅罗指数法评价

通过改进内梅罗指数法计算中街山列岛海域水环境综合质量指数。经计算，春、夏、秋、冬季I 值分别为0.89、0.94、0.99 和0.91，说明春、夏、秋、冬4 个季度海域均处于较清洁状态，对应海水水质标准等级为二类。全年来说，I 值为0.92，也表明中街山列岛海域处于较清洁状态，对应海水水质标准等级为二类。由于中街山列岛属于国家级海洋特别生态保护区，按照海洋功能区要求海水水质标准等级为一类，因此，仍应继续加强对中街山列岛海域海水水质的监测与管理。

但需要指出的是，中街山列岛海域流系复杂，不仅受长江、钱塘江径流控制，还同时受北上的台湾暖流和南下的黄海水团的交汇影响。大陆径流和长江口的“丛生流”给海区带来了大量的营养物质[10]，是中街山列岛DIN、DIP 超标，但海域处于较清洁状态的主要原因。

3 结论

通过2021 年4 月-2022 年1 月对中街山列岛海域海水水质调查监测，分析了主要超标污染物、富营养化状况，并探讨了海水质量状况和趋势。其中，DIN 和DIP 是主要的海水污染物，4 个季度DIN 站位超标率均为100%，DIP 为44.44%～100%。与2006 年历史数据相比，各水质调查指标在正常波动范围内。富营养化指数评价表明，全年平均而言，研究区域整体未发生富营养化，冬季富营养化程度高于其它3 季，冬季呈轻度富营养化。改进内梅罗指数评价表明中街山列岛海域处于较清洁状态，对应海水水质标准等级为二类，应继续加强对中街山列岛海域海水水质的监测与管理。