聶永康， 陳丕茂， 余 景， 馮 雪， 袁華榮， 趙 漫

(1.中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源環(huán)境科學觀測實驗站，中國水產(chǎn)科學研究院海洋牧場技術(shù)重點實驗室，廣東廣州 510300；2.上海海洋大學海洋科學學院，上海 201306)

?

大亞灣中央列島海域水質(zhì)分析

聶永康1,2， 陳丕茂1*， 余 景1， 馮 雪1， 袁華榮1， 趙 漫1,2

(1.中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源環(huán)境科學觀測實驗站，中國水產(chǎn)科學研究院海洋牧場技術(shù)重點實驗室，廣東廣州 510300；2.上海海洋大學海洋科學學院，上海 201306)

摘要[目的]調(diào)查并分析大亞灣中央列島海域水質(zhì)情況。[方法]采用單因子指數(shù)法、模糊綜合評價法和富營養(yǎng)化水平評價法對2014年3、6、9和12月大亞灣中央列島海域水質(zhì)情況進行分析與評價。[結(jié)果]大亞灣中央列島海域2014年各調(diào)查時期各站位表層和底層海水溶解氧(DO)、活性磷酸鹽(PO4-P)含量、表層海水石油類含量均達到第一類海水水質(zhì)標準，化學需氧量(COD)含量絕大多數(shù)達到第一類海水水質(zhì)標準，9、12月各調(diào)查時期底層海水無機氮含量均達到第一類海水水質(zhì)標準，其他均有個別站位無機氮未達到第一類海水水質(zhì)標準；模糊綜合評價法評價結(jié)果表明該海域各調(diào)查時期表層和底層整體水質(zhì)均達到了Ⅰ級，整體水質(zhì)良好；該海域各調(diào)查時期各站位表層和底層海水均處于貧營養(yǎng)化狀態(tài)。[結(jié)論]該研究可為大亞灣中央列島生態(tài)環(huán)境的保護和研究提供參考。

關(guān)鍵詞大亞灣；中央列島；水質(zhì)分析

大亞灣位于廣東省東部紅海灣與大鵬灣之間，屬于大灣套小灣的結(jié)構(gòu)，海底較平坦，島嶼暗礁眾多，無大河匯入，鹽度穩(wěn)定，溫度適宜，水產(chǎn)資源豐富，1983年廣東省政府批準建立大亞灣水產(chǎn)資源自然保護區(qū)，現(xiàn)大亞灣水產(chǎn)資源省級自然保護區(qū)核心區(qū)總面積126 km2，中央列島位于大亞灣水產(chǎn)資源自然保護區(qū)核心區(qū)，主要海水水質(zhì)保護管理要求是執(zhí)行海水水質(zhì)一類標準[1]?；葜菔形挥趶V東省中南部東江之濱，南臨大亞灣，該地區(qū)的社會經(jīng)濟和石化工業(yè)發(fā)達，人類活動頻繁，這必然會給大亞灣海洋環(huán)境質(zhì)量帶來較大的壓力，因此，調(diào)查并評價大亞灣的水質(zhì)情況對于該海域的生態(tài)環(huán)境保護和科學管理等方面具有重要意義。

海水水質(zhì)評價是指對某一海域海水環(huán)境因子的分析，依據(jù)相應的標準對其水質(zhì)優(yōu)劣狀況進行定量評價[2]。目前關(guān)于大亞灣水質(zhì)的研究較少，而且僅集中于20世紀末～21世紀初大亞灣整體或近岸海域水質(zhì)的研究，如何桐等[3]對大亞灣海域2007年春季營養(yǎng)狀況進行了分析與評價；袁國明和何桂芳[4]對大亞灣2004～2008年春夏季水環(huán)境進行了分析；吳梅林等[5]用主成分分析法研究了大亞灣2003年生態(tài)環(huán)境的時空變化特征及相應的影響因素。但目前尚未見專門針對中央列島海域水質(zhì)的研究。鑒于此，筆者對2014年3、6、9、12月大亞灣中央列島海域水質(zhì)進行調(diào)查，并對大亞灣中央列島海域水質(zhì)現(xiàn)狀進行分析，進而提出水質(zhì)調(diào)控保護措施，以期為大亞灣中央列島生態(tài)環(huán)境的保護和研究提供參考。

1材料與方法

1.1調(diào)查站位與時間在大亞灣中央列島海域設(shè)置12個調(diào)查站位，如圖1所示。調(diào)查時間分別為2014年3、6、9、12月。

圖1　調(diào)查站位分布示意Fig. 1　Distribution of investigated stations

1.2調(diào)查項目與方法海水水質(zhì)調(diào)查項目包括溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、無機氮(DIN)、活性磷酸鹽(PO4-P)、石油類(Oil)共5項。各項調(diào)查和采樣方法均按《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB12763—2007)[6]和《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB17378—2007)[7]規(guī)定方法進行。海水分表層(0.5 m)和底層(離底1.0 m)2層采集樣品，石油類只測表層海水含量。采用《海水水質(zhì)標準》(GB3097—1997)[8]中第一類水質(zhì)標準對海水水質(zhì)進行評價，確定大亞灣中央列島海域各調(diào)查站位海水各評價指標所隸屬的水質(zhì)類別。

1.3海水水質(zhì)評價方法

1.3.1單因子指數(shù)法。單因子指數(shù)法計算公式：

Ii=Ci/Si

(1)

式中，Ii為i項評價因子的標準指數(shù)；Ci為i項評價因子的實測濃度；Si為i項評價因子評價標準。

海水中溶解氧標準指數(shù)Qj計算公式：

(2)

式中，Cj為評價因子實測值；C0為評價因子的評價標準值；Cmax為調(diào)查期間飽和溶解氧的最大值。

1.3.2模糊綜合評價法。根據(jù)《海水水質(zhì)標準》(GB 3097—1997)[8]將海水水質(zhì)分為4個等級，相應的評價等級集合：V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}(數(shù)字越小代表水質(zhì)越好)。選擇數(shù)據(jù)中表層和底層海水均有的、代表性較強的4項水質(zhì)指標(DO、COD、DIN、PO4-P)作為評價因子，建立評價因子集合：U= {X1(DO)，X2(COD)，X3(DIN)，X4(PO4-P)}。計算各月份的模糊分析的權(quán)重集W和各月份的隸屬度矩陣[R]，建立模糊綜合評價模型，評價對象所屬級別，相關(guān)公式及方法參考文獻[9]。

1.3.3富營養(yǎng)化水平評價法。海域富營養(yǎng)化狀況采用富營養(yǎng)化指數(shù)法[10]評價，公式：

(3)

式中，當E值≥1時即為水體富營養(yǎng)化(COD、DIN、DIP的單位均為mg/L)，E值越高，富營養(yǎng)化程度越嚴重。

2結(jié)果與分析

2.1水質(zhì)調(diào)查結(jié)果大亞灣中央列島海域2014年各調(diào)查月份海水水質(zhì)調(diào)查結(jié)果見表1。

表1　2014年大亞灣中央列島海域水質(zhì)調(diào)查結(jié)果

2.2水質(zhì)評價結(jié)果與分析

2.2.1單因子指數(shù)法評價結(jié)果與分析。大亞灣中央列島海域3月調(diào)查期間各站位表、底層海水DO、PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層海水COD含量均達到第一類海水水質(zhì)標準；8.3%的站位(D5)表層海水COD含量超第一類海水水質(zhì)標準；8.3%的站位(D1)表、底層海水無機氮含量超第一類海水水質(zhì)標準，表層海水無機氮含量高于底層海水無機氮含量。6月調(diào)查期間各站位表、底層海水DO、PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層海水COD含量均達到第一類海水水質(zhì)標準；8.3%的站位(D5)表層海水COD含量超第一類海水水質(zhì)標準；66.7%的站位(D1～D4、D6、D8、D9、D11)表層海水無機氮含量超第一類海水水質(zhì)標準，16.7%的站位(D1、D9)底層海水無機氮含量超第一類海水水質(zhì)標準；表層海水無機氮含量高于底層海水無機氮含量。9月調(diào)查期間表、底層海水DO、COD和PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層海水無機氮均達第一類海水水質(zhì)標準；33.3%的站位(D2、D8～D10)表層海水無機氮含量超第一類海水水質(zhì)標準。12月調(diào)查期間各站位表、底層海水DO、COD、PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層無機氮含量均達第一類海水水質(zhì)標準；33.3%的站位(D3、D5、D8、D9)表層海水無機氮含量超第一類海水水質(zhì)標準。由表2可知，除6月表層無機氮指數(shù)值大于1.00外，其余各指標指數(shù)值均小于1.00，說明該海域2014年整體水質(zhì)良好。

表2水質(zhì)單因子指數(shù)法評價結(jié)果

Table 2Evaluation results of single factor index method of water quality

調(diào)查時間InvestigationtimeQDO表層Surface底層BottomICOD表層Surface底層BottomIDIN表層Surface底層BottomIPO4-P表層Surface底層BottomIOil2014-030.480.520.610.530.790.690.210.180.352014-060.290.380.450.371.160.890.080.080.382014-090.140.310.480.350.950.720.080.080.392014-120.350.370.400.290.900.730.070.070.39

注：指數(shù)值小于 1.00表示該因子達到第一類海水水質(zhì)標準。

Note：Index value smaller than 1.00 indicated that this factor reached the sea water quality standard of first class.

2.2.2模糊綜合評價法評價結(jié)果與分析。根據(jù)最大隸屬度原則，大亞灣中央列島海域2014年各調(diào)查時期表層和底層海水均為Ⅰ級水質(zhì)隸屬度最大(表3)，表明各調(diào)查時期各站位表層和底層海水水質(zhì)均為Ⅰ級(表4)，因此，模糊綜合評價法評價結(jié)果顯示該海域2014年整體水質(zhì)良好。

表3　各調(diào)查站位水質(zhì)等級的隸屬度

表4模糊綜合評價法評價結(jié)果

Table 4Evaluation results of fuzzy comprehensive evaluation method

站位Station采樣水層Waterlayer水質(zhì)等級Gradeofwaterquality2014-032014-062014-092014-12D1表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD2表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD3表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD4表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD5表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD6表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD7表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD8表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD9表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD10表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD11表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD12表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠ

2.2.3富營養(yǎng)化指數(shù)法評價結(jié)果與分析。由圖2可知，大亞灣中央列島海域2014年3、6、9、12月各站位表層和底層海水富營養(yǎng)化指數(shù)E值均小于1，表明該海域各調(diào)查時期海水均處于貧營養(yǎng)水平。

3結(jié)論與討論

3.1大亞灣中央列島海域水質(zhì)評價結(jié)果的可靠性單因子指數(shù)法簡單、方便，它是將所評價指標與評價標準進行比較來確定各評價指標的類別，目前使用甚多[11-12]；Zadeh[13]于1965年提出模糊集合的概念，經(jīng)過多年發(fā)展與廣泛應用[14-18]，模糊綜合評價法已成為常見、有效的水質(zhì)評價方法[19-20]，它可反映出各種因子共同作用下的水質(zhì)狀況和各環(huán)境因子對水質(zhì)的貢獻率且考慮到了水質(zhì)界限的模糊性，相對傳統(tǒng)的綜合指數(shù)法而言，其克服了人為清晰化的不足，結(jié)果可比性強；富營養(yǎng)化指數(shù)評價法是水質(zhì)科學管理的基本手段和人們認識水環(huán)境質(zhì)量的重要途徑，可以直觀地反映出調(diào)查海域的富營養(yǎng)化程度。海水水質(zhì)狀況受多個環(huán)境因子共同影響，各因子之間也存在著復雜的聯(lián)系。該研究采用單因子指數(shù)法、模糊綜合評價法和富營養(yǎng)化指數(shù)評價法對大亞灣中央列島海域水質(zhì)狀況進行評價，結(jié)果更加可靠。

3.2大亞灣中央列島海域水質(zhì)變動情況中央列島位于大亞灣水產(chǎn)資源自然保護區(qū)中部核心區(qū)，何桐等[3]于2007年4月對大亞灣海域的調(diào)查結(jié)果顯示，大亞灣中部海域表層與底層海水DIN和PO4-P含量均符合第一類海水水質(zhì)標準，整體屬貧營養(yǎng)水平，水質(zhì)良好；柯東勝等[21]于2005年12月對中央列島附近的大辣甲海域進行研究，結(jié)果表明DIN只有一個樣品輕微超標，DO、COD、PO4-P、石油類均未超標；2004年3、7月及2005年3、7月南海環(huán)境監(jiān)測中心在大辣甲島附近海域進行調(diào)查[22]，2005年5月中國科學院南海海洋研究所對大辣甲島南、北部進行調(diào)查[23]，結(jié)果均顯示DO、COD、DIN、PO4-P和石油類等的濃度達到第一類海水水質(zhì)標準。大辣甲和中央列島距離較近且同處于大亞灣水產(chǎn)資源自然保護區(qū)核心區(qū)，整體水質(zhì)較為接近。綜上所述，20世紀90年代～2007年大亞灣水產(chǎn)資源自然保護區(qū)中部核心區(qū)整體水質(zhì)較好。

該研究結(jié)果表明：大亞灣中央列島海域2014年各調(diào)查時期各站位表層和底層整體水質(zhì)良好，均處于貧營養(yǎng)化狀態(tài)。大亞灣海域能保持整體水質(zhì)良好且較為穩(wěn)定的重要原因是該海域水交換能力總體較強[23]，大亞灣中部海域受灣外南海海水交換影響較大[24]。

注：a. 表層海水；b. 底層海水。Note：a. Surface of sea water; b. Bottom of sea water. 圖2　各調(diào)查站位水體富營養(yǎng)化指數(shù)Fig. 2　Index of water body eutrophication of each investigation station

3.3大亞灣中央列島海域水質(zhì)保護建議人類活動(尤其是陸源污染及水產(chǎn)養(yǎng)殖)、潮流和浮游植物是影響大亞灣N、P營養(yǎng)鹽分布的主要因素[25-28]，大亞灣是個半封閉的海灣，目前大亞灣中央列島海域水質(zhì)狀況良好，為保持位于大亞灣水產(chǎn)資源自然保護區(qū)核心區(qū)的中央列島海域的生態(tài)環(huán)境，應防止水體產(chǎn)生富營養(yǎng)化，所以加大力度保持甚至更進一步提升海洋環(huán)境質(zhì)量是必要的。首先，應加強該海域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測管理；其次，應提高科技和基礎(chǔ)研究能力；再次，注重保護沿岸海域的生態(tài)環(huán)境，限制養(yǎng)殖業(yè)和工業(yè)的不良發(fā)展，對入海污染物及排放量進行嚴格控制，實行分期、分批排放，提高污水再利用率，降低氮、磷等對大亞灣生態(tài)系統(tǒng)健康的不利影響；最后，應持續(xù)拓展生態(tài)漁業(yè)，鼓勵開展島礁養(yǎng)殖、底播養(yǎng)殖，積極探索海洋牧場建設(shè)，推進灣外抗風浪深水網(wǎng)箱、循環(huán)水養(yǎng)殖等設(shè)施養(yǎng)殖。

參考文獻

[1] 廣東省人民政府.廣東省海洋功能區(qū)劃2011-2020年[R].廣州:廣東省人民政府,2012.

[2] 宋科,趙晟,張力,等.基于模糊綜合評價法的東極大黃魚 (Larimichthyscrocea) 養(yǎng)殖區(qū)海水水質(zhì)評價[J].海洋與湖沼,2013(2):383-388.

[3] 何桐,謝健,方宏達,等.大亞灣海域春季營養(yǎng)現(xiàn)狀分析與評價[J].海洋環(huán)境科學,2008,27(3):220-223.

[4] 袁國明,何桂芳.大亞灣水環(huán)境質(zhì)量變化與環(huán)境容量評估[J].應用海洋學學報,2012,31(4):472-478.

[5] 吳梅林,王友紹,林立,等.基于主成分分析研究大亞灣水質(zhì)時空變化特征[J].海洋環(huán)境科學,2009,28(3):279-282.

[6] 國家海洋局．海洋調(diào)查規(guī)范：GB 12763—2007[S].北京：中國標準出版社,2007.

[7] 國家海洋局．海洋監(jiān)測規(guī)范第四部分:海水分析：GB 17378.4—2007[S]．北京:中國標準出版社,2008.

[8] 國家海洋局．海水水質(zhì)標準：GB 3097—1997[S].北京:中國標準出版社,1998.

[9] 萬金保,侯得印,萬興,等.模糊綜合評價法在樂安河水質(zhì)評價中的應用[J].上海環(huán)境科學,2006,24(6):215-218.

[10] 鄒景忠,董麗萍,秦保平.渤海灣富營養(yǎng)化和赤潮問題的初步探討[J].海洋環(huán)境科學,1983,2(2):41-54.

[11] 朱靈峰,王燕,王陽陽,等.基于單因子指數(shù)法的海浪河水質(zhì)評價[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學,2012,40(3):326-327.

[12] 杜娟娟,李榮峰.基于單因子指數(shù)法的沁河水質(zhì)評價與分析[J].山西水利科技,2015(4):22.

[13] ZADEH L A.Fuzzy sets[J].Information and control,1965,8(3):338-353.

[14] ICAGA Y.Fuzzy evaluation of water quality classification[J].Ecological indicators,2007,7(3):710-718.

[15] GONG L,JIN C.Fuzzy comprehensive evaluation for carrying capacity of regional water resources[J].Water resources management,2009,23(12):2505-2513.

[16] ZHENG Z,WEI M.Water environment fuzzy comprehensive evaluation based on improved set pair analysis (SPA)[J].Nature environment and pollution technology,2013,12(2):267.

[17] ZHOU J,LI Y,TIAN X.Fuzzy evaluation and analysis of surface water[J].Nature environment and pollution technology,2013,12(3):497.

[18] ZHANG Y,FAN C H,DIAO Z,et al.Evaluation of water quality in Er-longshan reservoir by fuzzy model[J].Interdisciplinary sciences：Computational life sciences,2009,1(1):30-39.

[19] 萬會平,張燕萍,鄧勇輝,等.基于模糊綜合評價法的軍山湖水環(huán)境質(zhì)量評價[J].江西水產(chǎn)科技,2015(2):11-14.

[20] 趙昕,鄭慧.海洋水環(huán)境質(zhì)量的模糊評價：以渤海為例[J].漁業(yè)經(jīng)濟研究,2009(5):12-14.

[21] 柯東勝,江志華,劉孟蘭,等.大亞灣大辣甲島環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀分析[J].海洋環(huán)境科學,2008,27(5):496-498.

[22] 國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心.2004-2005年大亞灣生態(tài)監(jiān)控區(qū)報告[R].廣州:國家海洋局南海環(huán)境監(jiān)測中心,2005.

[23] 中國科學院南海海洋研究所.2005年大亞灣海域水質(zhì)監(jiān)測報告[R].廣州:中國科學院南海海洋研究所,2005.

[24] 楊志浩,劉基.模糊C-均值聚類分析研究大亞灣水質(zhì)空間分布規(guī)律[J].科技廣場,2010(1):211-214.

[25] 姜犁明,董良飛,楊季芳,等.大亞灣海域 N,P 營養(yǎng)鹽分布特征研究[J].常州大學學報(自然科學版),2013,25(2):12-15.

[26] 任秀文,姜國強,劉愛萍,等.大亞灣主要入海河流污染物通量估算研究[C]//2013 中國環(huán)境科學學會學術(shù)年會論文集 (第四卷).昆明：中國環(huán)境科學學會,2013.

[27] 王朝暉,楊宇峰,宋淑華,等.大亞灣海域營養(yǎng)鹽的季節(jié)變化及微表層對營養(yǎng)鹽的富集作用[J].環(huán)境科學學報,2011,31(2):307-315.

[28] 柯東勝,李秀芹,彭曉鵑,等.大亞灣生態(tài)環(huán)境問題及其調(diào)控策略[J].生態(tài)科學,2010(2):186-191.

基金項目國家科技支撐計劃項目(2012BAD18B02，2012BAD18B01-2)；海洋公益行業(yè)科研專項經(jīng)費項目(201205021-3)。

作者簡介聶永康(1990 -)，男，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，研究方向：海洋生態(tài)修復。*通訊作者，研究員，從事漁業(yè)資源保護與利用研究。

收稿日期2016-05-11

中圖分類號X 824

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)16-057-04

Analysis of Water Quality in the Central Islands of Daya Bay

NIE Yong-kang1,2,CHEN Pi-mao1*，YU Jing1et al

(1. South China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Scientific Observing and Experimental Station of South China Sea Fishery Resources and Environment of Ministry of Agriculture,Key Laboratory of Marine Ranch Technology of CAFS,Guangzhou,Guangdong 510300; 2. College of Marine Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306)

Abstract[Objective] To investigate and analyze the water quality in the central islands of Daya Bay. [Method] By using the single factor index method,fuzzy comprehensive evaluation method and the eutrophication level evaluation method,the water quality of the central islands in Daya Bay was analyzed and evaluated in March,June,September and December 2014. [Result] DO,PO4-P content and oil content all reached the first category water quality standards. Most COD content reached the first category water quality standards. The whole water quality of each survey period reached grade Ⅰ by fuzzy comprehensive evaluation. Surface and bottom seawater in each survey period was in the state of poor nutrition. [Conclusion] This research provides references for the protection and research of ecological environment in central islands of Daya Bay.

Key wordsDaya Bay; Central islands; Water quality evaluation