尚聰聰 肖 慧 朱 琳 夏 斌陳碧鵑① 崔正國(guó) 唐學(xué)璽,3 曲克明
(1. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院 青島 266003;2. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東省漁業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266071;3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266071)
水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)是指為保護(hù)水產(chǎn)種質(zhì)資源及其生存環(huán)境,在具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值和遺傳育種價(jià)值的水產(chǎn)種質(zhì)資源的主要生長(zhǎng)繁育區(qū)域(即產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)、越冬場(chǎng)以及洄游通道等),依法劃定并予以特殊保護(hù)和管理的水域、灘涂及其毗鄰的島礁、陸域等(農(nóng)業(yè)部, 2011)。近年來,工程建設(shè)、環(huán)境污染等大量占用、破壞重要漁業(yè)生物棲息地,嚴(yán)重影響到漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展和國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)。自2007 年起我國(guó)積極推進(jìn)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)的建立,目前,全國(guó)已劃定水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)535 處(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部, 2018)。建立水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)是協(xié)同推進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源環(huán)境保護(hù)的有效舉措,對(duì)維護(hù)漁業(yè)生物資源和水域生態(tài)健康具有重要意義。
為了掌握保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況,同時(shí),為保護(hù)區(qū)管理部門制定和調(diào)整管理措施提供科學(xué)依據(jù),使水產(chǎn)種質(zhì)資源及其棲息環(huán)境得到有效的保護(hù),對(duì)保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)是十分重要的。目前,已對(duì)國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)開展了一系列生態(tài)環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測(cè)和綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)。夏斌等(2010)、崔毅等(2013)和滕瑤等(2018)對(duì)靖海灣松江鱸魚(Trachidermus fasciatus)國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)開展了多年連續(xù)監(jiān)測(cè)和環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,該海域長(zhǎng)期處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)且有機(jī)污染嚴(yán)重。袁健美等(2013)報(bào)道了呂泗漁場(chǎng)小黃魚(Larimichthys polyactis)、銀鯧(Pampus argenteus)國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)春、夏季環(huán)境因子水平,監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,水體中懸浮物、無機(jī)氮(DIN)和磷酸鹽(PO4-P)超標(biāo)嚴(yán)重,與歷史資料相比,該海區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化程度加劇。徐衡等(2016)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)了樂清灣泥蚶(Tegillarca granosa)國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)水質(zhì)及沉積物質(zhì)量狀況,表明該保護(hù)區(qū)綜合水質(zhì)為良,優(yōu)于樂清灣北部海水養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)狀況,但沉積物中Cu、Zn、Cr 和糞大腸菌群超標(biāo)。
海州灣大竹蟶(Solen grandis)國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū),由農(nóng)業(yè)部于2007 年12 月12 日批準(zhǔn)建立,主要保護(hù)對(duì)象為海珍品——大竹蟶。夏斌等(2014)研究表明,2008~2013 年夏季海州灣水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)海水環(huán)境質(zhì)量均符合國(guó)家Ⅰ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),屬于尚清潔等級(jí),但近年來,對(duì)海州灣保護(hù)區(qū)海水環(huán)境質(zhì)量狀況的研究尚未見報(bào)道。本研究根據(jù)2018 年5 月和8 月對(duì)海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),運(yùn)用綜合質(zhì)量指數(shù)法對(duì)海州灣保護(hù)區(qū)的海水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),并從水體營(yíng)養(yǎng)狀況和有機(jī)污染狀況等不同角度對(duì)該海域的海水水質(zhì)狀況進(jìn)行分析,旨在及時(shí)掌握海州灣漁業(yè)水域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況,為海州灣水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。
海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)位于山東省日照市東港區(qū)鄰近的黃海海域。該保護(hù)區(qū)總面積為42.88 hm2,其中,核心區(qū)面積為15.20 hm2,實(shí)驗(yàn)區(qū)面積為 27.68 hm2。核心區(qū)特別保護(hù)期為每年4~7 月。該海域海水水質(zhì)清澈,海底底質(zhì)為泥砂質(zhì),生態(tài)環(huán)境良好,是大竹蟶天然資源集中生長(zhǎng)繁殖的重要場(chǎng)所。
在海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)內(nèi)共布設(shè)5 個(gè)調(diào)查站位進(jìn)行海洋環(huán)境調(diào)查。其中,1~4號(hào)站位于核心區(qū)與實(shí)驗(yàn)區(qū)交界處,5 號(hào)站位于核心區(qū)(圖1)。采樣時(shí)間分別為2018 年5 月(春季)和8 月(夏季),分別為核心區(qū)特別保護(hù)期中和保護(hù)期后。
圖1 海州灣保護(hù)區(qū)調(diào)查站位Fig.1 Location of sampling sites in Haizhou Bay
海水樣品使用Niskin 采水器進(jìn)行采集,采樣層次為表層。檢測(cè)項(xiàng)目包括水溫、鹽度、pH、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、DIN、PO4-P、Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As 以及石油類。所有樣品的采集、現(xiàn)場(chǎng)處理及檢測(cè)分析均依據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17378.4-2007)中所規(guī)定的方法執(zhí)行。其中,溫度、鹽度及pH 使用YSI 多參數(shù)分析儀(556MPS, 美國(guó))現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定;DO 采用碘量法測(cè)定;COD 采用堿性高錳酸鉀法測(cè)定;亞硝酸鹽采用萘乙二胺分光光度法測(cè)定;硝酸鹽采用鋅–鎘還原法測(cè)定;銨鹽采用次溴酸鹽氧化法測(cè)定;PO4-P 采用磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定;Cu、Zn、Pb、Cd 采用原子吸收分光光度法測(cè)定;Hg、As采用原子熒光分光光度法測(cè)定;石油類采用熒光分光光度法測(cè)定。
1.4.1 綜合質(zhì)量指數(shù)法 綜合質(zhì)量指數(shù)法能很好地反映某一海域環(huán)境綜合質(zhì)量(賈曉平等, 2003),評(píng)價(jià)公式:
式中,Q 為綜合質(zhì)量指數(shù),n 為環(huán)境因子項(xiàng)數(shù),Pi為環(huán)境因子的污染指數(shù),Ci為環(huán)境因子實(shí)測(cè)值,Cs為環(huán)境因子評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。
由于海水pH 的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)范圍,其污染指數(shù)計(jì)算公式(崔毅等, 2013)如下:
式中,Si,pH為第i 站pH 的質(zhì)量指數(shù),pHi為第i站pH 實(shí)測(cè)值,pHsu為pH 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)上限,pHsd為pH評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下限。
海水中DO 含量隨污染程度的增大而減少,其污染指數(shù)計(jì)算公式(崔毅等, 2013)如下:
式中,Si,DO為第i 站DO 的質(zhì)量指數(shù),DOf為相同溫度相同鹽度條件下,DO 的飽和濃度值(mg/L),DOi為DO 的實(shí)測(cè)濃度(mg/L),DOs為DO 的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值(mg/L)。
本研究調(diào)查海域位于海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)內(nèi),采用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097-1997)Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值,綜合質(zhì)量指數(shù)與環(huán)境分級(jí)的關(guān)系見表1(夏斌等, 2014)。
1.4.2 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法 海水營(yíng)養(yǎng)水平采用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià),該方法是目前應(yīng)用較為廣泛的一種方法,其計(jì)算公式(鄒景忠等, 1983)為:
式中,E 為富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù),CODi為第i 站化學(xué)需氧量(mg/L),DINi和PO4-Pi分別為第i 站DIN 和PO4-P 的實(shí)測(cè)濃度(μg/L)。當(dāng)0<E<0.5 時(shí),海水為貧營(yíng)養(yǎng);0.5≤E<1 時(shí),海水為中營(yíng)養(yǎng);E≥1 時(shí),海水呈富營(yíng)養(yǎng)化,且E 值越高,海水富營(yíng)養(yǎng)化程度越嚴(yán)重。
表1 綜合質(zhì)量指數(shù)與環(huán)境分級(jí)關(guān)系Tab.1 The relationship between comprehensive quality index and environmental classification
1.4.3 有機(jī)污染指數(shù)法 采用有機(jī)污染指數(shù)法評(píng)價(jià)海水有機(jī)污染程度,其計(jì)算公式(蔣國(guó)昌等,1987)為:
式中,A 為有機(jī)污染指數(shù),CODi和DOi分別為第i 站COD 和DO 的實(shí)測(cè)值(mg/L),DINi和PO4-Pi分別為第i 站DIN 和PO4-P 的實(shí)測(cè)值(μg/L),CODs、DINs、PO4-Ps和DOs分別為對(duì)應(yīng)因子的Ⅰ類《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)評(píng)價(jià)值。依據(jù)有機(jī)污染分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)(蔣國(guó)昌等, 1987)評(píng)價(jià)以上公式計(jì)算結(jié)果。
表2 有機(jī)污染指數(shù)與海水有機(jī)污染等級(jí)關(guān)系Tab.2 The relationship between organic pollution index and organic pollution classification in seawater
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2018 年春季和夏季,海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)海水中相關(guān)環(huán)境因子的含量見表3。從表3 可以看出,2018 年春季和夏季表層海水鹽度的變化范圍分別為30.02~30.23 和28.06~28.11,平均值分別為30.13 和28.08。根據(jù)我國(guó)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097-1997)有關(guān)規(guī)定,海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)的海水水質(zhì)應(yīng)符合第Ⅰ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,2018 年春季2 號(hào)站和夏季5 號(hào)站的DIN 含量略超出Ⅰ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值(分別超出1.51%和0.16%),其他監(jiān)測(cè)因子均符合Ⅰ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),表明海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)的海水水質(zhì)較好。該結(jié)果與2008~2013 年夏季海州灣保護(hù)區(qū)的海水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果較為相似(夏斌等, 2014),其中,DIN 含量有所升高,PO4-P、Zn、Cd 和As 含量有所下降。與靖海灣松江鱸魚國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)近年的海水環(huán)境質(zhì)量(滕瑤等,2018)相比較,海州灣保護(hù)區(qū)的pH、DO 水平較高,營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬含量水平較低。這可能有2 個(gè)原因,一是相比于靖海灣保護(hù)區(qū),海州灣保護(hù)區(qū)離陸地較遠(yuǎn),受陸源排污影響較??;二是靖海灣為半封閉海灣,而海州灣為半開闊海灣,后者的海水交換能力和自凈能力更強(qiáng)。
基于海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)環(huán)境因子指標(biāo)(表3),運(yùn)用綜合質(zhì)量指數(shù)法對(duì)該保護(hù)區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)見圖2。從圖2 可以看出,2018 年春季海州灣調(diào)查海域海水綜合質(zhì)量指數(shù)范圍是0.31~0.39,平均值為0.34;夏季海水綜合質(zhì)量指數(shù)范圍是0.34~0.38,平均值為0.36。從調(diào)查時(shí)間分析,海州灣保護(hù)區(qū)海水綜合質(zhì)量指數(shù)春季<夏季。從調(diào)查站位分析,2018 年春季和夏季各站位間海水綜合質(zhì)量指數(shù)相差較小??傮w而言,2018 年海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)綜合質(zhì)量指數(shù)均處于0.31~0.39 之間,平均值為0.35,根據(jù)綜合質(zhì)量指數(shù)與環(huán)境分級(jí)關(guān)系(表1),判定調(diào)查海域海水質(zhì)量等級(jí)為尚清潔。與歷史調(diào)查數(shù)據(jù)比較,2008~2013 年海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)綜合質(zhì)量指數(shù)為0.33~0.68,同為尚清潔等級(jí)(夏斌等, 2014),表明近年來海州灣保護(hù)區(qū)環(huán)境質(zhì)量保持較好。賈曉平等(2003)研究表明,綜合評(píng)價(jià)得出廣西北部灣漁場(chǎng)的海水環(huán)境綜合質(zhì)量指數(shù)為0.45,海州灣保護(hù)區(qū)綜合質(zhì)量指數(shù)與北部灣漁場(chǎng)水平相當(dāng),海水環(huán)境綜合質(zhì)量較好,有利于保護(hù)大竹蟶的生長(zhǎng)和繁殖。
圖2 2018 年海州灣調(diào)查站位的綜合質(zhì)量指數(shù)Fig.2 The comprehensive quality index of eachstation in Haizhou Bay in 2018
海水中的N、P 等營(yíng)養(yǎng)鹽是浮游植物生長(zhǎng)、繁殖所必需的物質(zhì),也是限制初級(jí)生產(chǎn)力的關(guān)鍵因子。2018 年春季,海州灣調(diào)查海域N/P 值為27.40~88.18,平均值為 58.97;夏季海州灣調(diào)查海域 N/P 值為43.80~132.05,平均值為87.97。2018 年海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)N/P 值均大于Redfield系數(shù)(Redfield, 1958),平均值為73.47,表明該海域營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)為磷限制。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,該海域海水中PO4-P 含量(表3)遠(yuǎn)低于浮游植物正常生長(zhǎng)所必需的含量(17.98 μg/L)(郭衛(wèi)東等, 1998),可能成為影響浮游植物生長(zhǎng)繁殖的限制因子。夏斌等(2014)研究表明,2008~2013 年海州灣保護(hù)區(qū)的N/P 值為16.44~91.62,平均值為51.67。與本研究2018 年對(duì)海州灣保護(hù)區(qū)的調(diào)查結(jié)果相似,海州灣保護(hù)區(qū)N/P 值遠(yuǎn)大于Redfield比值且PO4-P 含量偏低,可能會(huì)影響浮游植物種群結(jié)構(gòu)特征,進(jìn)而干擾整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)(趙玉庭等, 2016),對(duì)大竹蟶的生長(zhǎng)產(chǎn)生潛在的不利影響??傮w來看,海州灣大竹蟶保護(hù)區(qū)近10 年來營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)失衡狀況日趨嚴(yán)重,這與我國(guó)近岸海域N、P 營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)失衡嚴(yán)重結(jié)論相一致(孫偉等, 2016)。
2018 年海州灣保護(hù)區(qū)海水中DIN 出現(xiàn)超標(biāo),而PO4-P 含量缺乏,進(jìn)一步使用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)對(duì)該海域的營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明,2018 年春季海州灣調(diào)查海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)的變化范圍為0.05~0.27,平均值為0.12;夏季海州灣調(diào)查海域富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)為0.07~0.22,平均值為0.12??傮w來看,2018 年所有調(diào)查站位富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)均>0.5,海水為貧營(yíng)養(yǎng)狀況。賈曉平等(2003)評(píng)價(jià)了廣西北部灣漁場(chǎng)海水富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)范圍為0.003~0.083,平均值為0.022,海水處于貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài),與本研究調(diào)查結(jié)果相似。胡益峰等(2015)研究了浙江嵊泗馬鞍列島國(guó)家級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)的富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)范圍為1.29~4.65,該海區(qū)在不同季節(jié)均呈富營(yíng)養(yǎng)化,且富營(yíng)養(yǎng)化程度較嚴(yán)重。海州灣大竹蟶保護(hù)區(qū)海水營(yíng)養(yǎng)水平與天然漁場(chǎng)相似,水質(zhì)較好,主要得益于海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)的建立,更好地保護(hù)了該海域的水質(zhì),為大竹蟶提供了良好的棲息環(huán)境。
根據(jù)有機(jī)污染評(píng)價(jià)方法計(jì)算得出海州灣保護(hù)區(qū)的有機(jī)污染指數(shù)。2018 年春季海州灣調(diào)查海域有機(jī)污染指數(shù)為–0.24~0.57,平均值為0.13;夏季海州灣調(diào)查海域有機(jī)污染指數(shù)為0.54~0.81,平均值為0.64。總體而言,2018 年海州灣大竹蟶國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)有機(jī)污染指數(shù)的平均值為0.39。從調(diào)查時(shí)間分析,海州灣保護(hù)區(qū)有機(jī)污染指數(shù)春季<夏季。從調(diào)查站位分析,春季1 號(hào)站和5 號(hào)站A<0,屬于良好等級(jí),春季其他站位和夏季各站位0<A<1,屬于較好等級(jí)。有機(jī)污染指數(shù)表明,海州灣保護(hù)區(qū)有機(jī)污染程度較輕。對(duì)比富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)和有機(jī)污染指數(shù)2 種評(píng)價(jià)方法。結(jié)果表明,海州灣保護(hù)區(qū)海水水質(zhì)較好,富營(yíng)養(yǎng)化程度和有機(jī)污染程度輕微。與其他海域相比,2012~2013 年浙江嵊泗馬鞍列島保護(hù)區(qū)有機(jī)污染指數(shù)為3.31~4.53,屬中度及重度污染(胡益峰等, 2015)。2013 年萊州灣海域(包括單環(huán)刺螠近江牡蠣國(guó)家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū))有機(jī)污染指數(shù)平均值為1.61,開始受到有機(jī)污染(趙玉庭等, 2016)。2014~2016 年靖海灣松江鱸魚保護(hù)區(qū)有機(jī)污染指數(shù)的變化范圍為4.66~9.23,處于嚴(yán)重污染狀態(tài)(滕瑤等, 2018)。
2018 年海州灣大竹蟶保護(hù)區(qū)海水綜合質(zhì)量指數(shù)范圍為0.31~0.39,海水質(zhì)量等級(jí)為尚清潔。核心區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)各調(diào)查站位間海水綜合質(zhì)量指數(shù)變化較小。與2008~2013 年調(diào)查數(shù)據(jù)相比,海水綜合質(zhì)量指數(shù)有所下降,表明近年來海州灣保護(hù)區(qū)環(huán)境質(zhì)量保持較好。
從營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)分析,2018 年海州灣保護(hù)區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)為磷限制,海水中較低的PO4-P 含量成為影響浮游植物生長(zhǎng)繁殖的限制因子。根據(jù)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià),2018 年海州灣保護(hù)區(qū)內(nèi)各調(diào)查站位富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)均小于0.5,海水為貧營(yíng)養(yǎng)狀況。根據(jù)有機(jī)污染評(píng)價(jià),2018 年海州灣保護(hù)區(qū)有機(jī)污染指數(shù)為–0.24~0.81,表明該水域有機(jī)污染程度較輕。