陳丹琴,楊京平,蔡燕紅,楊耀芳

(1.寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江 寧波315012；2.浙江大學 環(huán)境與資源學院，浙江 杭州310058)

海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價

陳丹琴1,楊京平2,蔡燕紅1,楊耀芳1

(1.寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，浙江 寧波315012；2.浙江大學 環(huán)境與資源學院，浙江 杭州310058)

近年來,我國海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展給海洋生態(tài)環(huán)境帶來了相當大的壓力。目前不少學者從不同方面對網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量作了分析和評價，但還沒有1個公認統(tǒng)一的評價標準和方法，也缺乏從整體上進行綜合評價的研究。本文以寧波西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)為例,采用層次分析法，從環(huán)境適宜性和水產(chǎn)品質(zhì)量安全性兩方面構建了網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價指標體系，根據(jù)歷史和現(xiàn)狀監(jiān)測資料以及相關文獻篩選了評價指標，確定了評價標準，并結合指數(shù)評價法對養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀進行了綜合評價。評價結果表明：2011年西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)綜合質(zhì)量等級為較好，主要存在的風險為水體富營養(yǎng)化和水產(chǎn)品中的重金屬污染。

網(wǎng)箱養(yǎng)殖；綜合評價；層次分析法；指數(shù)評價法；水產(chǎn)品質(zhì)量安全

0 引言

海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖是一種通過在自然海區(qū)中設置網(wǎng)箱，依靠人工投餌進行高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖的生產(chǎn)方式[1]。由于網(wǎng)箱主要分布在半封閉的內(nèi)灣，日趨龐大的數(shù)量規(guī)模和高度密集的網(wǎng)箱設置，形成了大范圍嚴重超負荷養(yǎng)殖狀態(tài)，在現(xiàn)有增養(yǎng)殖技術條件下，在封閉或半封閉的增養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)中極易形成污染[2]。國內(nèi)外研究表明，網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)在為社會帶來可觀效益的同時，產(chǎn)生了養(yǎng)殖區(qū)水體富營養(yǎng)化、底質(zhì)老化、病害頻繁、海洋生態(tài)系統(tǒng)結構失衡等環(huán)境問題[3-7]。網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)生態(tài)環(huán)境的逐漸惡化已成為阻礙我國網(wǎng)箱養(yǎng)殖進一步發(fā)展的瓶頸，全面準確評價網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量狀況是保護和修復網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)生態(tài)環(huán)境的首要條件。但目前國內(nèi)在網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量評價方面還沒有公認統(tǒng)一的評價標準和方法，也缺乏從整體上構建評價指標體系并進行綜合評價的研究。

西滬港位于寧波象山港中部南側，是象山港三大內(nèi)港之一，也是寧波市主要的海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)之一。本文以西滬港為例，建立網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價模型，全面客觀評價網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀和存在的問題，以期為科學管理和控制網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動，保護和修復養(yǎng)殖區(qū)生態(tài)環(huán)境提供科學依據(jù)。

1 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境評價方法的選擇

當前，國外學者主要從化學和生態(tài)學角度出發(fā)，通過選擇敏感指標建立模型，對海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境進行分析和評估。如PéREZ et al[8]選擇了水溫、渾濁度、污水源強和水深等4個參數(shù)，用GIS和相關技術建立空間數(shù)據(jù)庫，建立多參數(shù)模型，通過計算綜合得分來評價Tenerife島周邊水質(zhì)條件適合網(wǎng)箱養(yǎng)殖的程度；日本《可持續(xù)水產(chǎn)養(yǎng)殖法》選用了水體中的溶解氧濃度、沉積物中硫化物濃度和大型底棲生物等3個指標來評價網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量[9]。ERVIK et al[10]建立了一個MOM (Modelling-Ongrowing fish farms-Monitoring)管理系統(tǒng)，根據(jù)養(yǎng)殖區(qū)的環(huán)境容量，對海水網(wǎng)箱養(yǎng)魚對環(huán)境造成的影響進行監(jiān)測和評估。

國內(nèi)學者對網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境的評價主要采用單因子分析和常用的指數(shù)計算分析。如黃洪輝 等[11]采用單因子指數(shù)法評價了大亞灣大鵬澳海水魚類網(wǎng)箱養(yǎng)殖海域各環(huán)境因子的超標狀況。蔡清海 等[12]采用標準指數(shù)法、水質(zhì)綜合評價指數(shù)法、多樣性指數(shù)法分析了福建羅源灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖海區(qū)多年水質(zhì)、水域的養(yǎng)殖力以及浮游植物多樣性的變化，并采用潛在生態(tài)危害指數(shù)法對其生態(tài)危害程度現(xiàn)狀進行評價。杜虹 等[13]分析了深澳灣養(yǎng)殖海區(qū)NH4-N、PO4-P等因子的時空分布規(guī)律，并利用營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)對深澳灣水體進行了水質(zhì)量評價。李成高 等[14]采用有機污染指數(shù)和營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)對唐島灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)底層營養(yǎng)化狀況進行了分析。

采用常規(guī)的指數(shù)評價方法雖然可以判斷網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境究竟受何種污染物污染，但無法反映養(yǎng)殖環(huán)境的綜合質(zhì)量，有一定的局限性。網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境質(zhì)量綜合評價應將養(yǎng)殖環(huán)境體系看成一個整體，以人類健康和污染防治作為最終目標，既要考慮它的功能要求，又要突出其中某一項或某幾項主要污染問題，進行總體的質(zhì)量評價。因此需要一個多因素、多層次的評價體系，并根據(jù)現(xiàn)有的有限資料，結合主觀因素，對各層次因素的重要性作出評價。因此，本文嘗試采用層次分析法構建評價指標體系，確定指標權重，并結合指數(shù)評價法建立網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境質(zhì)量綜合評價模型。

層次分析法是一種多準則決策方法，其特點是將決策問題的有關元素分解成目標、準則、方案等層次，構建一個層次結構模型，然后利用較少的定量信息，把系統(tǒng)分析歸結為最底層相對于最高層的相對重要性權值的確定，為多目標、多準則的復雜決策問題，提供了一種簡便科學的數(shù)學方法[15]。目前層次分析法在海洋與漁業(yè)方面的決策和評價上有一定的研究應用，如漁業(yè)資源可持續(xù)利用評價[16]、海洋環(huán)境評價[17]、海洋生態(tài)系統(tǒng)健康綜合評價[18]、圍填海生態(tài)環(huán)境效應評價[19]等。

2 評價指標體系

2.1 評價指標體系框架

評價網(wǎng)箱養(yǎng)殖海區(qū)環(huán)境的綜合質(zhì)量，最終目的是為了人類健康和污染防治，因此，一方面應評價該養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境受污染程度是否適合養(yǎng)殖魚類的生存和生長，即養(yǎng)殖環(huán)境適宜性；另一方面則應評價在該環(huán)境條件下養(yǎng)殖的魚類對人類健康的影響程度，即水產(chǎn)品質(zhì)量安全性。本文從這兩個方面構建了包括目標層、準則層、因素層和指標層四個層次在內(nèi)的海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價指標體系框架(圖1)。

圖1 綜合評價指標體系框架圖Fig.1 Framework of indicator system for integrated assessment

2.2 評價指標篩選

2.2.1 篩選原則

評價指標的篩選應遵循以下原則[15]：

(1)指標應涵蓋為達到評價目的所需的基本內(nèi)容，但宜少不宜多，宜簡不宜繁；

(2)各個指標應內(nèi)涵清晰，相對獨立；同一層次的指標間應盡量不相互重疊，不存在因果關系。

(3)代表性和差異性，既能很好地反映研究對象某方面的特性，又具有可比性。

(4)可行性，指標應符合客觀實際水平，有穩(wěn)定的數(shù)據(jù)來源，易操作，有可測性。

根據(jù)以上原則，本文主要從現(xiàn)有的監(jiān)測資料(包括寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站開展的2002—2011年象山港海洋環(huán)境趨勢性監(jiān)測資料、2011年7月和12月西滬港養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測資料，象山港海洋環(huán)境監(jiān)測站開展的2010年4月—10月象山港月度監(jiān)測資料等)中篩選存在污染風險的指標，以及從現(xiàn)有文獻研究中篩選對養(yǎng)殖魚類生長和水產(chǎn)品質(zhì)量影響較大的指標。

2.2.2 表征養(yǎng)殖環(huán)境適宜性的指標篩選

(1)水質(zhì)因子

表征養(yǎng)殖環(huán)境適宜性的水環(huán)境因子可以分為以下幾類：1)養(yǎng)殖水體中的主要污染物，根據(jù)監(jiān)測結果及相關文獻[20]，西滬港海水中超出二類海水水質(zhì)標準的主要污染物為無機氮和磷酸鹽，其中無機氮超四類海水水質(zhì)標準，而磷酸鹽基本超三類標準甚至超四類標準。因此，為了突出營養(yǎng)鹽在指標體系中的重要性，本文將營養(yǎng)鹽分離出來作為一個因素，以無機氮和磷酸鹽作為評價指標；2)從養(yǎng)殖技術角度，影響網(wǎng)箱養(yǎng)殖魚類生長的其它水質(zhì)因子，包括水溫、鹽度、pH和溶解氧等[1, 21-23]，本文選擇西滬港監(jiān)測結果中波動范圍較大的pH和溶解氧作為評價指標；3)有毒有害污染物，包括重金屬，有機污染物等[21]，本文選擇在2002—2011年象山港監(jiān)測結果中存在超二類海水水質(zhì)標準的石油類作為評價指標，而重金屬(Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、Hg、As)、有機氯(六六六、DDT、PCBs)等在監(jiān)測結果中均符合二類海水水質(zhì)標準，為避免與水產(chǎn)品質(zhì)量安全評價指標重疊，均不列入水質(zhì)評價指標。

(2)沉積物因子

總有機碳和硫化物是判斷網(wǎng)箱養(yǎng)殖場環(huán)境健康狀況和老化程度的主要指標[24-25]。在網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中，由于殘餌、養(yǎng)殖生物的排泄物、死亡有機體的殘骸分解物等不斷地向沉積物中沉積，將導致有機物的積累及底質(zhì)向缺氧狀態(tài)轉變[2]，進而加速了厭氧性硫酸鹽還原菌的增殖，導致沉積物中硫化物濃度升高。沉積物中積累過多的硫化物和有機碳，將成為新的污染源，重新向水體中釋放污染。因此，本文將其作為沉積物的評價指標。

此外，沉積物的評價指標還包括在監(jiān)測結果中存在超一類沉積物質(zhì)量標準的重金屬銅。銅是生物體必須的微量元素，缺銅將導致貧血疾病[21]，但銅含量過高將會使魚類的鰓部受到破壞[26]。

(3)微生物因子

糞大腸菌群是衛(wèi)生學和流行病學上公認的安全度指標和重要監(jiān)測項目，被廣泛用來評價港灣、河口、海水浴場、養(yǎng)殖場等水體受到生活污水的污染程度[27-28]。監(jiān)測結果中，西滬港糞大腸菌群數(shù)在個別月份存在超二類海水水質(zhì)標準，因此本文將其作為微生物因素的評價指標。

2.2.3 表征水產(chǎn)品質(zhì)量安全的指標篩選

根據(jù)文獻，對水產(chǎn)品質(zhì)量安全影響較大的，是那些理化性質(zhì)穩(wěn)定，可經(jīng)由食物鏈進行傳遞和濃縮，易于被動物吸收和富集，難以被動物體排除或降解的因子，包括重金屬和有機氯等[26, 29]。

(1)重金屬

海洋生物對重金屬都具有較大的富集能力，重金屬會迅速與生物體中的酶及生物高分子物質(zhì)反應，改變和破壞酶系統(tǒng)，產(chǎn)生極大的危害[21]。本文選擇在魚類生物質(zhì)量監(jiān)測結果中含量較高，超出或接近《無公害食品水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量》(NY5073-2006)的鎘、鉻、鉛和總砷作為評價指標。

(2)有機氯

六六六、DDT、PCBs等持久性有機污染物由于降解慢，殘留期長，且具有較低的水溶性和高的辛醇-水分配系數(shù)，容易被分配到生物脂肪中，通過食物鏈富集，富集倍數(shù)可達幾萬倍以上，在肝、腎和心臟等組織蓄積，危害人類健康[21, 30]。本文選擇監(jiān)測結果中含量相對較高的DDT和PCBs作為評價指標。

綜上所述，評價指標的篩選結果見表1。

表1 指標篩選結果Tab.1 The results of filtered indicators

2.3 指標權重的確定

層次分析法中指標權重的確定分2步[15, 18]：

(1)構造判斷矩陣和層次單排序

邀請有關專家對同一層次的各元素相對上一層次中某一準則的重要性進行兩兩比較，采用1～9標度將判斷定量化，構造判斷矩陣，由判斷矩陣計算被比較元素對于該準則的相對權重，并對矩陣進行一致性檢驗。

(2)層次總排序

計算D層、C層、B層相對于A層的相對重要性排序權值，實際上是層次單排序的加權組合。

各層次指標權重計算結果見表2。

表2 各層次指標權重Tab.2 Weight of indicators in each hierarchy indicators

3 評價方法

依據(jù)以上評價指標體系及各指標權重，結合綜合指數(shù)法建立網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價模型。

3.1 各指標的計算方法

3.1.1 質(zhì)量指數(shù)

(1)對于監(jiān)測值越大環(huán)境質(zhì)量越差的指標，通過以下公式計算其質(zhì)量指數(shù)：

(1)

式中：Ei為i指標的質(zhì)量指數(shù)，為0～100之間的數(shù)據(jù)；Ci0為i指標的標準值；Ci為i指標的監(jiān)測值；Cimax為i指標的極限值。

當監(jiān)測值≤標準值時，質(zhì)量指數(shù)≥80，監(jiān)測值越大質(zhì)量指數(shù)越小，當監(jiān)測值大于或等于極限值時，質(zhì)量指數(shù)等于0。

(2)pH通過以下公式計算其質(zhì)量指數(shù)：

(2)

(3)溶解氧監(jiān)測值越小，環(huán)境質(zhì)量越差，通過以下公式計算其質(zhì)量指數(shù)：

(3)

3.1.2 區(qū)域質(zhì)量指數(shù)

公式(1)～(3)計算得到的是各評價指標每個站位的質(zhì)量指數(shù)，為了突出質(zhì)量較差站位對整個評價區(qū)域的影響，利用內(nèi)梅羅指數(shù)法計算各指標的區(qū)域質(zhì)量指數(shù)，公式如下：

3.1.3 標準值和極限值

(1)標準值

目前國內(nèi)尚無針對網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的統(tǒng)一認可的評價標準，本文各指標的評價標準主要采用國家和行業(yè)標準。根據(jù)《寧波市海洋功能區(qū)劃》的管理要求：“養(yǎng)殖區(qū)水域執(zhí)行不低于二類的海水水質(zhì)標準，底質(zhì)執(zhí)行一類沉積物質(zhì)量標準”[31]，因此水質(zhì)因子評價原則上采用《海水水質(zhì)標準》(GB3097-1997)中的二類標準，沉積物評價采用《海洋沉積物質(zhì)量》(GB18668-2002)中的一類標準，而魚類生物質(zhì)量評價采用《無公害食品水產(chǎn)品中有毒有害物質(zhì)限量》(NY5073-2006)中的海水魚限值。

(2)極限值

極限值確定的原則：1)與現(xiàn)行質(zhì)量標準相銜接；2)對生物或人有毒有害的污染物嚴格，對營養(yǎng)鹽類污染物適當寬松；3)不偏離養(yǎng)殖區(qū)實際情況；4)利于質(zhì)量等級劃分。

由于浙江省內(nèi)海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)無機氮和磷酸鹽等營養(yǎng)鹽類普遍超二類海水水質(zhì)標準[32-34]，因此，無機氮和磷酸鹽的標準值和極限值應適當增大，以切合實際情況。各指標評價標準值和極限值見表3。

表3 各指標評價標準值和極限值Tab.3 Evaluation standard and the ultimate value of indicators

3.2 養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價方法

網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價采用環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)法，按下式計算：

(5)

式中：E為環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)，Ei全為i評價指標區(qū)域質(zhì)量指數(shù)，WiE為i指標的組合權重值，n為評價指標的數(shù)目。

根據(jù)環(huán)境質(zhì)量綜合評價指數(shù)，將網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量劃分為優(yōu)良、較好、較差和極差四個質(zhì)量等級(表4)。

表4 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合等級劃分Tab.4 Grade classification of integrated environmental quality for cage culture area

4 西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價

根據(jù)公式(1)～(5)，將寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站2011年夏、冬兩季對西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的監(jiān)測結果進行評價，結果見表5。

表5 西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價結果Tab.5 Integrated environmental quality assessment result of cage culture area in the Xihu Bay

由表5可見，在養(yǎng)殖環(huán)境適宜性方面，西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)營養(yǎng)鹽評價等級為極差，而其它水質(zhì)因素、沉積物以及微生物指數(shù)評價等級為優(yōu)良，表明養(yǎng)殖區(qū)富營養(yǎng)化嚴重，其它影響魚類生長的水質(zhì)條件優(yōu)良，養(yǎng)殖場老化風險較低，且受陸源生活污染影響較小。綜合這4個因素，西滬港評價區(qū)域網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境適宜性較好。

在水產(chǎn)質(zhì)量安全方面，西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖生物體中重金屬評價等級為較差，而有機氯評價等級為優(yōu)良，表明養(yǎng)殖生物受到重金屬污染的風險較高，而受持久性有機污染物污染的風險極低，綜合這2個因素，西滬港評價區(qū)域網(wǎng)箱養(yǎng)殖水產(chǎn)品質(zhì)量安全性較差。

綜合以上各方面因素，2011年西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境質(zhì)量綜合評價等級為較好，但綜合質(zhì)量指數(shù)接近該等級的最低限值(60)，表明西滬港評價區(qū)域環(huán)境條件基本適宜網(wǎng)箱養(yǎng)殖的繼續(xù)開展，但需注意水體富營養(yǎng)化和水產(chǎn)品中的重金屬污染風險，應加強對水產(chǎn)品質(zhì)量的監(jiān)測。

5 結論

本文結合層次分析法和指數(shù)評價法初步構建了網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價指標體系和評價方法，并對2011年西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量進行了綜合評價。評價結果表明，西滬港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)綜合質(zhì)量等級為較好，主要存在的風險為水體富營養(yǎng)化和水產(chǎn)品中的重金屬污染。本研究在評價指標篩選、評價標準和極限值的確定等方面均是全新的嘗試，因此在后續(xù)研究中還需要作進一步探討。而且環(huán)境質(zhì)量綜合評價結果與網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的監(jiān)測站位布設、監(jiān)測時間和監(jiān)測頻率等密切相關，因此，還需要在這幾個方面進行更全面合理的設置，使得評價結果更科學。

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Integrated environmental quality assessment of marine cage culture area

CHEN Dan-qin1, YANG Jing-ping2, CAI Yan-hong1, YANG Yao-fang1

(1.NingboMarineEnvironmentalMonitoringCenter,Ningbo315012,China; 2.CollegeofEnvironment&ResourceScienceofZhejiangUniversity,Hangzhou310058,China)

The rapid development of cage culture has brought high pressure to the marine ecological environment in recent years. Although the environmental quality of cage culture area has been analysed and evaluated at different aspects by scholars, there is lack of universally accepted evaluation criterias and methods, and integrated assessment in these researches. In this study, by using analytic hierarchy process(AHP), a comprehensive indicator system for environmental quality evaluation of cage culture area was constructed from two aspects: the environmental suitability, the quality and safety of aquatic products. Based on the historical and current monitoring data of cage culture area in the Xihu Bay, Ningbo City, along with related literatures, the evaluating indicators were selected, and the evaluation criterias were determined. Combined with the index evaluation, these indicators were applied to evaluate the environmental quality of cage culture area in the Xihu Bay. The evaluation results show that the comprehensive quality of the cage culture area in the Xihu Bay in 2011 was rated as ‘comparatively good’, and the main risks identified were eutrophication and the heavy metal pollution in aquatic products.

cage culture; integrated evaluation; AHP; index evaluation; quality security of aquatic products

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.009.

2014-11-28

2015-05-04

國家海洋局海洋環(huán)境評價專項項目資助(DOMEP(MEA)-03-02)

陳丹琴(1979-)，女，浙江玉環(huán)縣人，高級工程師，主要從事海洋環(huán)境監(jiān)測與評價方面的研究。E-mail:cdq2009@sina.com

X826

A

1001-909X(2015)03-0062-08

10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.009

陳丹琴,楊京平,蔡燕紅，等. 海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合評價[J]. 海洋學研究,2015,33(3):62-69,

CHEN Dan-qin, YANG Jing-ping, CAI Yan-hong, et al. Integrated environmental quality assessment of marine cage culture area[J]. Journal of Marine Sciences, 2015,33(3):62-69, doi:10.3969/j.issn.1001-909X.2015.03.009.