莱州湾和四十里湾贝类养殖海域水质调查

丁敏娜，张书瑞，张盈盈，王旭明，刘晓玲，崔龙波

（烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005）

山东烟台，南邻黄海、北邻渤海，海岸线约910 km，盛产贝类、对虾、海参、鲍鱼等多种海珍品，是我国重要的渔业养殖基地。其中莱州湾和四十里湾因其得天独厚的地理位置成为贝类重要的养殖区。莱州湾是渤海3 大海湾之一，总面积约7 000 km2，海底平坦、滩涂广阔、水浅沙多；四十里湾是黄渤海重要的渔业养殖场，总面积约86.7 km2，著名的养马岛位于该海域中，是典型的北方渔场。由于莱州湾和四十里湾均为半封闭式海湾，水体交换能力弱，且近年来由于工业废水和生活污水向海内排放量的增加，导致海水富营养程度加剧、赤潮频发及水质变差[1]。同时随着贝类养殖量的逐年增加，贝类养殖过于密集，其排泄物和人工活动对海水质量也带来一定的影响[2]。现对莱州湾和四十里湾贝类养殖海域水质进行调查，分析2 处海域无机氮（DIN）、硝酸盐氮、氨氮、亚硝酸盐氮、活性磷（DIP）、总磷（TP）、水温、盐度、pH 值、溶解氧（DO）以及化学需氧量（COD）对贝类养殖区的影响，拟为2 处海域贝类的合理养殖和海洋生态环境保护提供科学依据。

1 调查方法

1.1 时间与地点

2020 年5—11 月（海湾扇贝一个完整养殖周期），于每个月，在莱州湾和四十里湾贝类养殖海域分别采集水样。根据2 处海域贝类养殖区的分布特点，在莱州、招远、龙口和牟平4 处设置12 个点位，分别为L1—L9 和M1—M3，见图1（a）（b）。每个点位均设3 个平行采样点，采用有机玻璃采水器，分别采集上层（2 m）和下层（8 m）水样。

图1 采样位点

1.2 检测项目及方法

检测项目为DIN、硝酸盐氮、氨氮、亚硝酸盐氮、DIP、TP、水温、盐度、pH 值、DO 以及COD。采用美国YSL 水质分析仪对水温、盐度、pH 值和DO 进行检测；另取水样带回实验室，按照《海洋监测规范》[3]检测硝酸盐氮等营养盐。

1.3 评价方法

1.3.1 营养水平评价

采用营养指数法[4]对贝类养殖海域进行营养水平评价。计算公式如下：

式中：COD、DIN 和DIP 为——实测值，mg/L；E——营养指数，表示海水富营养化的程度，E<1 时，水体处于贫、中营养水平；E≥1 时，则水体处于富营养化水平，且E 值越大说明富营养化程度越高。

营养水平评价标准见表1。

表1 营养水平评价标准

1.3.2 有机污染水平评价

采用有机污染指数法[5]对贝类养殖海域进行有机污染水平评价。计算公式如下。公式里评价标准值来自文献[6]二类水质标准。

式中：COD、DIN、DIP、DO 均为实测值，mg/L；

COD0——评价标准值，3.0 mg/L；

DIN0——评价标准值，0.3 mg/L；

DIP0——评价标准值，0.03 mg/L；

DO0——评价标准值，5.0 mg/L。

A——有机污染指数，表示水体受污染的程度，可反映海水质量状况。根据A 的大小，有机污染程度分为6 个等级，见表2。

表2 有机污染水平评价标准

1.3.3 水质综合评价

采用单因子评价指数法[7]和内梅罗环境质量综合评价指数法[7]对贝类养殖海域水质进行综合评价。计算公式如下，公式里标准值来自文献[6]二类水质标准。

（1）COD、DIP、DIN 等污染指数计算公式。Pi=

式中：Pi——各环境因子的污染指数；

Ci——各环境因子的实测值，mg/L；

Ci0——各环境因子的标准值，mg/L。

（2）pH 值的污染指数计算公式。

式中：PpH——pH 值的污染指数，pH——pH 实测值；

pHmax和pHmin——标准的最大值（8.5）和最小值（7.8）。

（3）DO 污染指数计算公式。

式中：PDO——DO 污染指数；

CDO——DO 实测值，mg/L；

CDO0——DO 标准值，mg/L。

（4）内梅罗环境质量综合评价指数法计算公式。

式中：P——内梅罗指数，P 的大小可以表示海水质量状况和污染状况；

Pmax——DO、pH 值、COD、DIN 和DIP 污染指数中最大值。

贝类养殖海域水质综合评价分级见表3。

表3 贝类养殖海域水质综合评价分级标准

2 结果与讨论

2.1 营养盐含量变化

营养盐包括含氮、磷、硅等元素的盐类以及部分微量金属，是海洋生物繁衍生息所必需的物质基础，也是影响浮游生物多样性的重要因素，因此营养盐含量及分布规律改变，可能会引起海洋生态结构的变化[8]。

2.1.1 DIN

2020 年，莱州湾和四十里湾海域DIN、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮变化见图2（a）（b）。由图2 可见，莱州湾DIN 变化幅度较大，为0.056~0.277 mg/L，平均值为0.133 mg/L。5 和6 月ρ（DIN）迅速增加，7 月份达最高值，其中L4 点位的值最高，该点位和L7、L9 点位因硝酸盐氮过高，导致7 月ρ（DIN）超过文献[6]二类水质标准（≤0.30 mg/L）；8 月份，ρ（DIN）降至最低，在L3 点位出现最小值；9—11 月份，ρ（DIN）缓慢上升。

图2 莱州湾和四十里湾海域DIN、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮变化趋势

L4 位点靠近陆地，而L3 点位远离陆地，因此莱州湾海域DIN 的主要来源，可能是陆源输入和城市污水排放[9]。四十里湾ρ（DIN）变化幅度较小，5—11 月份呈缓慢、波动的上升趋势，为0.047~0.143 mg/L，平均值为0.082 mg/L；四十里湾海域各点位ρ（DIN）均符合文献[6]二类水质标准。2 处海域DIN 自8 月起，随着海湾扇贝的生长发育呈逐月增长趋势。石强等[10]研究认为，贝类养殖活动导致ρ（DIN）增加，更易引发水体富营养化。本调查表明，莱州湾ρ（DIN）明显高于四十里湾，因此莱州湾海域可能更易发生富营养化。

无机氮包括硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和氨氮，本调查结果表明，DIN 与硝酸盐氮变化趋势最为接近，说明莱州湾和四十里湾海域的DIN 整体上主要以硝酸盐氮为主，但是莱州湾海域在8 月份以及四十里湾海域在5、7—9 月份DIN 却以氨氮为主，2 处海域硝酸盐氮含量低于氨氮含量的月份，主要集中在水温较高的夏季。邢红艳等[11]研究指出，海域中的DIN 一般在高温时以氨氮的形式存在，低温时则以硝酸盐氮的形式存在，表明水温升高，导致反硝化作用增强——硝酸盐氮转变为氨氮。吴湛辉等[12]将贝类养殖过程中氨氮的安全浓度定为0.15 mg/L。莱州湾和四十里湾海域ρ（氨氮）分别为0.021~0.058 mg/L和0.010~0.057 mg/L，均<0.15 mg/L，故氨氮不会危害2 处海域贝类生长；本调查中，2 处海域的ρ（亚硝酸盐氮）分别为0.006~0.023 mg/L 和0.002~0.022 mg/L。段萃枝等[13]研究认为，贝类生长时亚硝酸盐氮的安全浓度应≤0.030 mg/L，而莱州湾海域7 月的L7 点位、8 月份L9 点位和10 月的L6、L7 点位均超出该浓度，可能对贝类养殖产生不利影响。

2.1.2 DIP 和TP

2020 年莱州湾和四十里湾海域DIP 和TP 变化见图3。由图3 可见，莱州湾海域ρ（DIP）为0.007~0.012 mg/L，平均值为0.009 mg/L；除5 月份L1 点位超标外，5 月份L2、L3、L6 点位和10 月份L6、L7点位符合文献[6]二类水质标准（≤0.030 mg/L），其余点位均符合文献[6]一类水质标准（≤0.015 mg/L）。四十里湾海域ρ（DIP）为0.002~0.019 mg/L，平均值为0.007 mg/L；5—10 月份各点位均符合文献[6]一类水质标准，11 月份各点位均符合文献[6]二类水质标准。尽管2 处海域ρ（DIP）符合贝类养殖标准[7]，但邹景忠等[14]研究指出，浮游植物对海水中DIP 要求的最低值是0.015 mg/L，本调查结果表明，2 处海域ρ（DIP）相对较低，可能会影响浮游植物的生长繁殖，从而限制2 处海域养殖区以浮游植物为饵料的贝类生长。

图3 莱州湾和四十里湾海域DIP 和TP 变化趋势

莱州湾海域ρ（TP）为0.010~0.057 mg/L，平均值为0.022 mg/L；5、6 月份和11 月份均有点位超标，表明莱州湾海域已经受到磷的污染。四十里湾海域ρ（TP）为0.008~0.032 mg/L，平均值为0.018 mg/L，5、6、11 月份均有点位超标，其余月份各位点ρ（TP）均未超标。由于各点位DIP 含量基本正常，因此，磷元素的污染可能主要来自有机磷[15]。

2.2 其他环境因子

2020 年莱州湾和四十里湾海域温度、盐度、pH值、DO 和COD 变化见表4。文献[16-17]研究表明，贝类在7~32 ℃时均可生存，适温范围为15~25 ℃。莱州湾海域和四十里湾海域水温分别为13.4~28.3 ℃和13.6~24.8 ℃，整体上适宜贝类养殖。尤仲杰等[18]研究指出，扇贝生长的适宜盐度是2.34%~3.66%，莱州湾和四十里湾海域盐度分别为2.72%~3.14%和2.92%~3.22%，均处于贝类生长适宜范围之内。杨凤等[19]研究认为，扇贝养殖的适宜pH 值为7.7~8.2，而莱州湾和四十里湾海域pH 值分别为8.0~8.4和7.9~8.3，基本处于贝类生长适宜范围内，同时也符合文献[6]二类水质标准（7.8~8.5）。莱州湾和四十里湾海域ρ（DO）分别为5.51~9.34 mg/L和5.65~8.78 mg/L，均符合文献[6]二类水质标准（>5 mg/L）；莱州湾和四十里湾海域ρ（COD）分别为0.44~1.92 mg/L和0.32~2.04 mg/L，均符合文献[6]二类水质标准（<3 mg/L）。

2.3 水质评价

2.3.1 营养水平评价

莱州湾和四十里湾周边有黄河、小清河和辛安河等河流汇入湾内，丰水期携带大量营养盐，受城市生活污水等多方面的影响较大[20-21]。如果海水中营养盐含量过高，会导致浮游植物大量繁殖、水质恶化，从而危害贝类生长发育，破坏海洋生态系统。相反，如果海水营养盐水平过低，则会影响浮游植物生长繁殖，导致贝类饵料的不足，不利于贝类生长发育。

2020 年莱州湾和四十里湾海域营养指数以及营养水平见表5。由表5 可见，莱州湾和四十里湾海域营养指数分别为0.015~3.215 和0.011~1.039。莱州湾海域除6 月份L6 点位呈富营养水平（E>1）和7 月份L4 点位呈高富营养水平（E>3）外，其余点位均处于贫营养或中营养水平；四十里湾海域各点位在5—10 月均处于贫营养水平，在11 月份除M2 点位呈富营养水平，其余点位均处于中营养水平。这可能与ρ（DIP）较低有关，由此带来的后果是不利于浮游植物的繁殖，从而影响该海域养殖贝类的生长。

表5 莱州湾和四十里湾海域营养指数及营养水平

2.3.2 有机污染水平评价

有机污染指数可反映水体受到的有机物污染的程度，一般有机物的来源为陆源污染流入[22]和海水养殖产生的粪便及残骸[23]。2020 年莱州湾和四十里湾海域有机污染指数以及水质状况见表6。

表6 莱州湾和四十里湾海域有机污染指数及水质状况

由表6 可见，莱州湾海域7 月份有机污染指数为0~1，水质处于较好状态，其余月份有机污染指数均<0，水质处于良好状态；而四十里湾海域5—11 月份有机污染指数均<0，水质均处于良好状态。有研究结果表明，莱州湾在2009 年和2011 年有机污染状况严重[24]；2013 年莱州湾海域开始受到有机污染[25]；2016 年烟台近海的水质为较好或良好，未受到有机污染[26]；2017—2019 年四十里湾海域水质以良好和较好为主[5]。结合本调查结果，2 处海域受到有机污染的程度逐年减轻，水质状况好转，这可能与人们海洋环保意识的提高以及陆源污染物排入和养殖密度及规模得到有效控制有关。

2.3.3 水质综合评价

单因子评价指数法可以清晰地确定海域中的主要污染物及污染程度，但侧重于某个环境因子，其结果较为消极；而内梅罗环境质量综合评价指数法能够突显最大污染指标，亦能较为全面地分析海域水质，其结果较为积极。因此综合分析二者的结果，可对莱州湾和四十里湾海域水质状况做出更为客观的评价[27]。

2020 年莱州湾和四十里湾海域各环境因子污染指数、内梅罗指数及海域水质综合评价见表7。由表7 可见，莱州湾和四十里湾海域各点位pH值、DO、COD、DIP 和DIN 的污染指数均<1，表明莱州湾和四十里湾海域基本未受到污染，海水质量较高。莱州湾海域中除L4 和L7 点位P>0.5、水质状况为较清洁之外，其余位点P 均<0.5，水质均为清洁。四十里湾海域各位点P 均<0.5，水质状况为清洁。文献[5，15，28]研究表明，近年来，莱州湾和四十里湾海域水质综合评价以清洁和较清洁为主，与本调查结果基本相符。

表7 莱州湾和四十里湾贝类养殖海域水质综合评价

3 结论

莱州湾海域氮、磷含量整体上高于四十里湾，变化幅度较大，个别点位受到DIN、磷元素的污染；四十里湾海域营养盐含量比较稳定；2 处海域贝类生长均受到DIP 的限制，其他环境因子均适宜贝类养殖。莱州湾和四十里湾海域的营养水平均以贫营养水平和中营养水平为主；2 处海域均未受到有机污染；内梅罗指数整体上较低，水体质量较好。