南通市重點增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)評價及因子分析

黃強(qiáng)++季寅星

摘要：于2012—2014年分別對江蘇省南通市紫菜、貝類增養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行9個航次共計11個指標(biāo)的水質(zhì)監(jiān)測，采用有機(jī)污染評價指數(shù)法分別評價2個養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)狀況，并采用因子分析法對水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，監(jiān)測期間2個養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)均受到污染，但各月份污染程度不同，污染因子包括亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮、活性磷、化學(xué)需氧量、氨態(tài)氮。貝類養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果的總體方差主要來源于鹽度、溶解氧、硝態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮，其次為亞硝態(tài)氮、活性磷、葉綠素a，再次為pH值、化學(xué)需氧量、氨態(tài)氮，最次為溫度；紫菜養(yǎng)殖區(qū)主要來源于氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷、溫度、葉綠素a，其次為硝態(tài)氮、化學(xué)需氧量、亞硝態(tài)氮，再次為pH值、鹽度、溶解氧。貝類養(yǎng)殖區(qū)的鹽度、溶解氧、硝態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮之間，亞硝態(tài)氮與活性磷之間，pH值、化學(xué)需氧量、氨態(tài)氮之間均呈較好的正相關(guān)，而亞硝態(tài)氮、活性磷、葉綠素a之間呈較好的負(fù)相關(guān)；紫菜養(yǎng)殖區(qū)的氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷之間，溫度與葉綠素a之間，化學(xué)需氧量與亞硝態(tài)氮之間，pH值、鹽度、溶解氧之間均呈較好的正相關(guān)，而氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷與溫度、葉綠素a之間，硝態(tài)氮與化學(xué)需氧量、亞硝態(tài)氮之間均呈較好的負(fù)相關(guān)。

關(guān)鍵詞：南通市；增養(yǎng)殖區(qū)；水質(zhì)評價；因子分析

中圖分類號： S967.2；X824文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0356-04

收稿日期：2015-08-28

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2012BAC07B03）。

作者簡介：黃強(qiáng)（1982—），男，江蘇丹陽人，碩士研究生，工程師，主要從事海洋環(huán)境與漁業(yè)生態(tài)環(huán)境研究。Tel：（0513）83549590；E-mail：q_huang1982@sina.com。江蘇省南通市淺海灘涂可利用開發(fā)面積達(dá) 12.3萬 hm2[1]，養(yǎng)殖品種涵蓋條斑紫菜、文蛤、泥螺等，已形成集養(yǎng)殖、加工、銷售為一體的產(chǎn)業(yè)鏈[2-3]。近年來，隨著海岸帶經(jīng)濟(jì)和養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，營養(yǎng)物質(zhì)的大量輸入使水體中營養(yǎng)鹽體積分?jǐn)?shù)快速提升，進(jìn)而導(dǎo)致養(yǎng)殖海區(qū)富營養(yǎng)化[4-5]。同時，水體中有毒有害物質(zhì)不斷積累，附生性藻類大量孳生，嚴(yán)重影響水產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)[6]。研究南通市重點海水增養(yǎng)殖區(qū)的環(huán)境質(zhì)量及其變化特征，確定污染因子，進(jìn)而改善養(yǎng)殖海域環(huán)境，調(diào)整養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)布局，已成為保持南通市海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問題。

對南通市啟東市貝類增養(yǎng)殖區(qū)、如東縣紫菜增養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行連續(xù)3年共計9個航次的生態(tài)環(huán)境調(diào)查。針對環(huán)境調(diào)查結(jié)果，采用有機(jī)污染評價指數(shù)法分別對2個養(yǎng)殖區(qū)不同時期的水質(zhì)狀況進(jìn)行評價，并采用因子分析法確定各水質(zhì)與環(huán)境指標(biāo)的變化情況，確定不同時期各養(yǎng)殖區(qū)的主要污染因子。水質(zhì)評價及因子分析結(jié)果對該養(yǎng)殖區(qū)的養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)規(guī)劃及水質(zhì)修復(fù)具有指導(dǎo)意義。

1材料與方法

1.1樣品采集與測定

于2012—2014年對南通市重點海水增養(yǎng)殖區(qū)（121°35′～121°42′E，32°08′～32°32′N）水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，分別在如東縣紫菜重點海水增養(yǎng)殖區(qū)、啟東市貝類重點增養(yǎng)殖區(qū)各設(shè)置7個采樣站位（圖1）。根據(jù)養(yǎng)殖期，分別于8、9、10月在啟東市貝類重點增養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行監(jiān)測，并于3、4、5月在如東縣紫菜養(yǎng)殖區(qū)進(jìn)行監(jiān)測。采樣工作于每月小潮平潮期進(jìn)行，采集水面下15～20 cm的表層水，每站位平行采集3瓶水樣，每瓶 500 mL，并使用HANNA型快速分析儀測定表層水溫、pH值、鹽度、溶解氧。水樣于4 ℃下運(yùn)至實驗室，按照《海水增養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》中的分析方法進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測[7]，測定指標(biāo)為活性磷、氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮、化學(xué)需氧量、葉綠素a。

1.2水質(zhì)評價

1.2.1水質(zhì)綜合評價采用海水有機(jī)污染評價指數(shù)（A）分別評價貝類、紫菜增養(yǎng)殖區(qū)的海水環(huán)境狀況，該評價方法利用水體中化學(xué)需氧量（COD）、溶解性無機(jī)氮（DIN）、溶解性無機(jī)磷（DIP）、溶解氧（DO）4項水質(zhì)指標(biāo)。該方法綜合考慮水體中有機(jī)、無機(jī)污染指標(biāo)，比單因子評價方法更全面地對水質(zhì)進(jìn)行評價，計算方法為：

A=COD/COD0+DIN/DIN0+DIP/DIP0-DO/DO0。

式中：COD、DIN、DIP、DO分別為4項水質(zhì)指標(biāo)的實測濃度，mg/L；COD0、DIN0、DIP0、DO0分別為該評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)體積分?jǐn)?shù)， 對應(yīng)值分別為3.000、0.100、0.015、5.000 mg/L。根據(jù)計算結(jié)果，參照17378.4—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》中規(guī)定的評價分級表對海水污染狀況進(jìn)行評價[8]。

1.2.2因子分析采用R型因子分析法分析各變量之間的關(guān)系，運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行主成分及相關(guān)性分析，計算各因子的貢獻(xiàn)率、載荷矩陣、因子得分，確定各因子的相關(guān)性，最終確定不同時期各養(yǎng)殖區(qū)的主要污染因子[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

將各站位現(xiàn)場測定指標(biāo)溫度、pH值、鹽度與室內(nèi)測定指標(biāo)活性磷含量、氨態(tài)氮、亞硝態(tài)氮、硝態(tài)氮含量、化學(xué)需氧量、葉綠素a含量分別求平均值，作為該養(yǎng)殖區(qū)當(dāng)月指標(biāo)值，以各月平均值代表本年度指標(biāo)值，從而得到各指標(biāo)在不同年份的平均值及波動范圍（表1）。

2.2水質(zhì)評價結(jié)果

由養(yǎng)殖區(qū)海水有機(jī)污染評價指數(shù)計算結(jié)果（圖2）可知，貝類增養(yǎng)殖區(qū)各月份均受到污染。其中，2012年8—9月A值為3.42～4.32，均值為3.98，呈升高趨勢，參照水質(zhì)分級表可知，2012年8月水質(zhì)為中度污染，2012年9—10月為重度污染；2013年8—10月，貝類增養(yǎng)殖區(qū)A值均在4.00以上，表明2013年養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)為嚴(yán)重污染；2014年8—10月，貝類增養(yǎng)殖區(qū)A值分別為2.16、3.13、1.85，均值為2.38，表明2014年8—10月貝類養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)整體呈輕度污染。

由水質(zhì)評價結(jié)果（圖3）可知，紫菜養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)均受到污染。其中，2012年3月A值達(dá)到10.03，大幅高于其他月份，表明該月份紫菜養(yǎng)殖區(qū)嚴(yán)重污染；2013年4月A值達(dá)到 4.35，水質(zhì)嚴(yán)重污染；其他月份水質(zhì)基本為輕度以下污染。

2.3水質(zhì)成分因子分析結(jié)果

采用SPSS軟件對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，分別從貝類養(yǎng)殖區(qū)、紫菜養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測數(shù)據(jù)中提取4、3個主因子，并得到旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣（表2、表3）和不同因子在主因子上的得分情況（表4、表5）。

2.3.1旋轉(zhuǎn)后的因子載荷矩陣由表2可知，貝類養(yǎng)殖區(qū)4個主因子的方差累積貢獻(xiàn)率已達(dá)到92.01%，可有效反映養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)狀況[10]。第1主因子正方向載荷鹽度、溶解氧、硝態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮，載荷系數(shù)分別達(dá)到0.848、0.957、0.911、0.916，均接近于1，表明鹽度、溶解氧、硝態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮之間存在較好的正相關(guān)；而負(fù)方向不載荷指標(biāo)。第2主因子正方向載荷亞硝態(tài)氮、活性磷，載荷系數(shù)分別達(dá)到 0.949、0.830，表明亞硝態(tài)氮與活性磷之間存在較好的正相關(guān)；負(fù)方向載荷葉綠素a，載荷系數(shù)為-0.767，接近于-1，由于亞硝態(tài)氮、活性磷、葉綠素a分別位于第1主因子的正負(fù)軸，因此亞硝態(tài)氮、活性磷、葉綠素a之間存在較好的負(fù)相關(guān)。第3主因子正方向載荷pH值、化學(xué)需氧量、氨態(tài)氮，三者之間呈正相關(guān)。第4主因子僅正方向載荷溫度。

各主因子對總方差的貢獻(xiàn)率依次為33.74%、27.03%、20.01%、11.24%，由此可得引起貝類養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)變化的指標(biāo)主次程度。第1組為鹽度、溶解氧、硝態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮；第2組為亞硝態(tài)氮、活性磷、葉綠素a；第3組為pH值、化學(xué)需氧量、氨態(tài)氮；第4組為溫度。今后對貝類增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)監(jiān)測工作的重點應(yīng)放在鹽度、溶解氧、硝態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮4個變化較大的水質(zhì)指標(biāo)上。

由紫菜養(yǎng)殖區(qū)旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣（表3）可知，第1主因子正向載荷氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷，載荷系數(shù)分別為0.936、0.869、0.843；負(fù)向載荷溫度、葉綠素a，載荷系數(shù)分別為-0.753、-0.727，表明氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷呈正相關(guān)，溫度與葉綠素a呈正相關(guān)，而氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷與溫度、葉綠素a呈負(fù)相關(guān)。第2主因子正向載荷硝態(tài)氮，載荷系數(shù)為0.648；負(fù)向載荷化學(xué)需氧量、亞硝態(tài)氮，載荷系數(shù)分別為-0.878、-0.948，表明化學(xué)需氧量與亞硝態(tài)氮呈正相關(guān)，而硝態(tài)氮與化學(xué)需氧量、亞硝態(tài)氮呈負(fù)相關(guān)。第3主因子正向載荷pH值、鹽度、溶解氧，載荷系數(shù)分別為 0.927、0.908、0.834，表明pH值、鹽度、溶解氧呈正相關(guān)。

由各主因子對總方差的貢獻(xiàn)率可得各水質(zhì)指標(biāo)的主次梯度。第1組為氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷、溫度、葉綠素a；第2組為硝態(tài)氮、化學(xué)需氧量、亞硝態(tài)氮；第3組為pH值、鹽度、溶解氧。今后對紫菜養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)監(jiān)測工作的重點應(yīng)放在氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷、溫度、葉綠素a 5個變化較大的水質(zhì)指標(biāo)上。

2.3.2因子得分由表4可知，對于第1主因子的得分，2013年8、9、10月為較高的正值，分別為0.546、1.538、1.426分，而2014年因子得分均低于-0.500分。第1主因子正向載荷因子為鹽度、溶解氧、硝態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮，因此這4個水質(zhì)因子在2013年具有較高值，而在2014年具有較低值。由第2主因子的得分可知，亞硝態(tài)氮、活性磷在2012年9、10月及2013年8月具有較高值，在2014年9、10月具有較低值；葉綠素a在2012年9、10月及2013年8月具有較低值，在2014年9、10月具有較高值。由第3主因子的得分可知，pH值、化學(xué)需氧量、氨態(tài)氮在2012年8、9月具有較高值，在2014年8月具有較低值。由第4主因子的得分可知，溫度在2014年8月具有較高值，在2012年10月具有較低值。

貝類養(yǎng)殖區(qū)海水水質(zhì)評價結(jié)果表明，2012年8月水質(zhì)受到中度污染，結(jié)合因子得分可知，此時海水污染主要由化學(xué)需氧量、氨態(tài)氮引起；2012年9月水質(zhì)重度污染由亞硝態(tài)氮、活性磷、化學(xué)需氧量、氨態(tài)氮引起；2012年10月水質(zhì)重度污染由亞硝態(tài)氮、活性磷引起；2013年8月水質(zhì)重度污染由亞硝態(tài)氮、活性磷引起；2013年9、10月水質(zhì)重度污染由硝態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮引起。

由表5可知，對于第1主因子的得分，2012年3月具有較高的正值2.500，而2014年5月具有較低的負(fù)值 -0.817分。第1主因子正向載荷氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷，因此這3個水質(zhì)因子在2012年3月具有較高值，在2014年5月具有較低值。由第2主因子的得分可知，硝態(tài)氮在2013年4、5月具有較高值，而化學(xué)需氧量、亞硝態(tài)氮在2013年3月具有較高值。由第3主因子的得分可知，pH值、鹽度、溶解氧在2013年3、4、5月具有較高值，在2014年3、4、5月具有較低值。

紫菜養(yǎng)殖區(qū)海水水質(zhì)評價結(jié)果表明，2012年3月水質(zhì)受到重度污染，結(jié)合因子得分可知，此時海水污染主要由氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷引起；2013年4、5月水質(zhì)污染由硝態(tài)氮引起。

3結(jié)論與討論

養(yǎng)殖區(qū)污染已成為海水養(yǎng)殖普遍存在的問題。天津市漢沽貝類增養(yǎng)殖區(qū)有機(jī)污染程度較高、營養(yǎng)鹽超標(biāo)嚴(yán)重；廈門市同安灣內(nèi)的養(yǎng)殖區(qū)出現(xiàn)海水富營養(yǎng)化狀況[11-12]。南通市重點增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)評價結(jié)果表明，各養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)均受到不同程度的污染，且污染呈現(xiàn)出一定時空差別。2012年9—10月及2013年8—10月，貝類增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)嚴(yán)重污染；2012年3—4月，紫菜增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)嚴(yán)重污染，水質(zhì)狀況已無法達(dá)到健康養(yǎng)殖的要求。養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)年度變化趨勢表明，2012—2014年貝類、紫菜增養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)整體呈好轉(zhuǎn)趨勢。

不同養(yǎng)殖區(qū)因養(yǎng)殖品種及環(huán)境條件的差異，其污染因子也不同。廣東省流沙灣貝類養(yǎng)殖區(qū)的主要污染物質(zhì)為石油類，浙江省舟山市丁嘴門海水養(yǎng)殖區(qū)則表現(xiàn)為氮、磷為主的水體污染[13-14]。本研究結(jié)果表明，南通市貝類重點增養(yǎng)殖區(qū)的污染因子為亞硝態(tài)氮、活性磷、化學(xué)需氧量、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮；紫菜養(yǎng)殖區(qū)的主要污染物為硝態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮，而貝類養(yǎng)殖區(qū)的主要污染物為氨態(tài)氮、溶解性無機(jī)氮、活性磷?？梢?，南通市重點增養(yǎng)殖區(qū)主要受氮、磷污染，這與國家海洋環(huán)境質(zhì)量公報結(jié)果一致[15]。

養(yǎng)殖區(qū)污染來源包括外源污染和內(nèi)源污染，根據(jù)南通市海水重點增養(yǎng)殖區(qū)的養(yǎng)殖品種及養(yǎng)殖方式，該海域不存在投餌導(dǎo)致的內(nèi)源污染，因此該海域主要為外源污染[16-17]。已有研究表明，該海域外源污染的輸入途徑包括沿海污水的直排入海、長江北上流、降水等[18-19]。實現(xiàn)南通市重點增養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖活動的可持續(xù)發(fā)展，必須將降低海區(qū)氮、磷營養(yǎng)水平作為首要目標(biāo)?？煽刂坪拖鳒p直排入海污染，通過栽培大型海藻等生物修復(fù)手段降低水體中已有營養(yǎng)物質(zhì)，從而優(yōu)化水體，確保健康養(yǎng)殖[20-22]。

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