范海梅,蔣曉山,*,紀(jì)煥紅,劉鵬霞,胡茂桂,秦玉濤

1 國家海洋局東海環(huán)境監(jiān)測中心,上海 201206 2 中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所,資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點實驗室,北京 100101

長江口及其鄰近海域位于長江徑流與潮流,淡水與咸水相互作用的區(qū)域,存在各種不同的水系交匯的混合水域的特征,是典型的河口生態(tài)區(qū)。地貌形態(tài)上,長江口三級分叉、四口入海,包括南支、北支、南港、北港、南槽和北槽。長江口是一個復(fù)雜而又特殊的自然綜合體,它對流域的自然變化和人為作用響應(yīng)最敏感,與近岸海域環(huán)境變化密切相連。河口地區(qū)是人類活動最為頻繁、環(huán)境變化影響最為深遠(yuǎn)的地區(qū),對于河口環(huán)境變化及其自適應(yīng)的認(rèn)識,是水資源可持續(xù)利用、人工控制和合理開發(fā)的科學(xué)依據(jù)[1- 3]。沿海經(jīng)濟的迅速發(fā)展,人口的增加,城市化水平的提高,使得長江口地區(qū)在經(jīng)歷自然變化的同時,更為顯著地受到人類活動的深刻影響,長江口區(qū)域正面臨著生態(tài)環(huán)境的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和巨大壓力。正是河口區(qū)域的自然屬性和人文特征,使得長江口區(qū)域成為各方面研究的熱門區(qū)域[4]。

許多國家都曾對河口、海灣以及近岸海域環(huán)境進行過調(diào)查研究[5- 10]。美國和西非沿岸、印度洋、北海、亞得里亞海、日本海、泰國灣等近岸海域的類似調(diào)查顯示,氮、磷等的營養(yǎng)物質(zhì)在近岸海域水體中逐漸增多,且比例正發(fā)生變化。富營養(yǎng)的環(huán)境引起了浮游植物密度的增長、水體透明度的降低、某些藻類的過度增殖、深海魚類和生物群落多樣性的大規(guī)模變化,這一情況遍布整個世界的近岸海域。受長江入海和陸源污染源的影響,長江口及其鄰近海域營養(yǎng)鹽物質(zhì)輸入和分布特征變化是主要特征[11- 14]。陳吉余和陳沈良[4]給出了上海海域水質(zhì)的趨勢,指出河口攔門沙附近水質(zhì)也呈顯著的惡化趨勢,硝酸鹽氮含量近20年增加近4倍;無機氮和活性磷酸鹽年增長率約在5%[15]。據(jù)2000—2017年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報顯示,自徐六涇以下均屬劣四類水質(zhì),其中,水質(zhì)評價依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097—1997)。長江口及其鄰近海域20世紀(jì)80年代基本無富營養(yǎng)化,20世紀(jì)80年代末20世紀(jì)90年代初輕度富營養(yǎng)化,20世紀(jì)90年代中后期為中度富營養(yǎng)化,21世紀(jì)以來基本處于中度或重度富營養(yǎng)化[15- 17]。浮游植物群落結(jié)構(gòu)在1984—2010年間不斷變化,甲藻和硅藻比例也在變化,這與長江排海營養(yǎng)鹽比例的變化相一致,無機氮與活性磷酸鹽比值呈下降趨勢,硅酸鹽排放量也不斷下降[18- 21]。

海洋環(huán)境評價從單一指標(biāo)評價(包括水質(zhì)、沉積物等)發(fā)展到海洋生態(tài)環(huán)境綜合評價。廣泛應(yīng)用的河口生態(tài)環(huán)境綜合評價模型包括：歐盟的“生態(tài)狀況評價綜合方法”、美國“沿岸海域狀況綜合評價方法[1]”、美國的河口營養(yǎng)狀況評價[2- 3]、歐盟的綜合評價法[5]等。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合評價模型均屬多參數(shù)評價體系,能夠比較全面地評估河口、沿岸海域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和富營養(yǎng)化狀況,反映了對河口和沿岸海域生態(tài)環(huán)境問題的認(rèn)識水平和科學(xué)研究水平現(xiàn)狀。但是,評價背景值的選擇以及評價指標(biāo)的權(quán)重等難點問題需要不斷探索。自20世紀(jì)80年代,國內(nèi)對海洋環(huán)境評價方法進行了不斷探索和研究,從單因子評價方法(沉積物評價依據(jù)中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《海洋沉積物質(zhì)量》(GB18668—2002))發(fā)展到綜合評價方法,從水體的富營養(yǎng)化評價、沉積物生態(tài)風(fēng)險評價、生物多樣性指數(shù)法評價,發(fā)展到對海洋生態(tài)環(huán)境的綜合評價[22- 24]。目前,海洋功能區(qū)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)法、海水增養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境綜合風(fēng)險指數(shù)等的綜合評價方法在國家海洋局發(fā)布的《2015年中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報》中進行了示范應(yīng)用。

本文基于前人對長江口及其鄰近海域的分區(qū)和評價,結(jié)合生態(tài)紅線的劃分(2017年上海市海洋局發(fā)布《上海市海洋生態(tài)紅線劃定方案》)、排污密集區(qū)分布等,劃分了綜合評價單元,建立了三類三級評價指標(biāo)體系和評價模型,給出長江河口區(qū)域生態(tài)環(huán)境分布特征和趨勢分析。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究區(qū)域位于30°30′—32°00′N, 121°00′—123°20′E范圍之內(nèi),監(jiān)測站位大約70個(圖1)。收集了1984—2015年長江口及其鄰近海域活性磷酸鹽(PO4-P)、無機氮(DIN,無機氮是氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽之和)的表層和底層的數(shù)據(jù)。評價部分主要應(yīng)用了2011—2015年的數(shù)據(jù),包括水質(zhì)環(huán)境、沉積物環(huán)境(本文引用表層沉積物數(shù)據(jù))和生物生態(tài)3個方面,水質(zhì)環(huán)境指標(biāo)包括無機氮(DIN: Dissolved inorganic nitrogen)、活性磷酸鹽(PO4-P)、銅(Cu)、砷(As)、石油類;沉積物環(huán)境指標(biāo)包括粒度、銅(Cu)、鋅(Zn)、鉛(Pb)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、汞(Hg)、砷(As)、滴滴涕(DDT)、多氯聯(lián)苯(PCBs)和石油類;生物生態(tài)指標(biāo)包括浮游植物、浮游動物和底棲生物的多樣性指數(shù)。

圖1 研究區(qū)域和主要監(jiān)測站位分布Fig.1 Study area and location of main sample sites

1.2 水質(zhì)要素處理方法

利用水體的重金屬污染指數(shù)法,對銅(Cu)、砷(As)兩種元素的污染水平進行評價。計算公式如下：

1.3 沉積物要素處理方法

1.3.1重金屬風(fēng)險指數(shù)

表1 沉積物中重金屬生態(tài)風(fēng)險評價背景值及其毒性系數(shù)

1.3.2有機化學(xué)物指數(shù)

利用沉積物中滴滴涕(DDT)和多氯聯(lián)苯(PCBs)的持久性有機污染水平進行評價。計算公式如下：

1.4 生物多樣性指數(shù)

生物多樣性指數(shù)計算公式：

式中,H′為Shannon-Weiver種類多樣性指數(shù),S為樣品中的種類總數(shù),Pi為第i種的個體數(shù)(ni)與總個體數(shù)(N)的比值。

1.5 評價指標(biāo)體系和模型

構(gòu)建長江口及其鄰近海域生態(tài)環(huán)境三級評價指標(biāo)體系,選擇典型指標(biāo)進行生態(tài)環(huán)境綜合評價,具體指標(biāo)見表2。

表2 海域生態(tài)環(huán)境綜合評價指標(biāo)體系

根據(jù)以下模型計算環(huán)境綜合評價指數(shù),確定海洋生態(tài)環(huán)境綜合狀況。評價模型如下：

Ei為第i區(qū)綜合指數(shù);Wi為第i區(qū)水質(zhì)環(huán)境指數(shù),用無機氮濃度賦值(Nwi)、活性磷酸鹽濃度賦值(Pwi)、重金屬污染指數(shù)賦值(Mwi)、石油類濃度賦值(Owi)進行表征;即：

Wi=(Nwi+Pwi+Mwi+Owi)/4

Si為第i區(qū)沉積物環(huán)境指數(shù),用沉積物的重金屬風(fēng)險指數(shù)賦值(RIsi)、有機化學(xué)物指數(shù)賦值(AIsi)、石油類含量賦值(OIsi)進行表征,并根據(jù)沉積物類型進行矯正,各個評價單元的矯正系數(shù)k在綜合分區(qū)中給出;即：

Si=k×(RIsi+AIsi+OIsi)/3

Bi為第i區(qū)生物生態(tài)指數(shù),用浮游植物的生物多樣性指數(shù)賦值(Hbi)、浮游動物的生物多樣性指數(shù)賦值(Zbi)和底棲生物的生物多樣性指數(shù)賦值(Mbi)進行表征;即：

Bi=(Hbi+Zbi+Mbi)/3

2 結(jié)果分析

2.1 評價單元的劃分

評價單元劃分的不確定性一方面源于海洋生態(tài)環(huán)境的周期動態(tài)變化,另外一方面由于樣點數(shù)據(jù)不足以支撐對生態(tài)環(huán)境的全面描述。為了更準(zhǔn)確的刻畫長江口及其鄰近海域水質(zhì)環(huán)境、沉積物環(huán)境、生物生態(tài)等的變異特性,借鑒了已有的分區(qū)研究結(jié)果,例如,基于自然地理特征對長江口水域進行了分區(qū)[9],基于關(guān)鍵要素和梯度法對關(guān)鍵要素的過渡區(qū)進行了劃分[24],基于營養(yǎng)鹽聚類分析確定了春、夏、秋3個季節(jié)長江口環(huán)境分區(qū),基于海域表層沉積物類型的分布特征的分區(qū)[26]?，F(xiàn)有的分區(qū)研究基本是基于地理、水質(zhì)、沉積物等分布特征進行的較大范圍的分區(qū),而沒有考慮主要敏感功能區(qū)(濕地保護區(qū)等)、生態(tài)紅線區(qū)、排污區(qū)以及工程密集區(qū)等的分布特點。另外,已有的分區(qū)是根據(jù)某次監(jiān)測要素的指標(biāo)數(shù)據(jù)進行的,對監(jiān)測數(shù)據(jù)的偶然性和規(guī)律性考慮不足。本文在已有研究結(jié)果的基礎(chǔ)上,考慮海洋環(huán)境功能區(qū)、紅線保護區(qū)和管理需求等,對研究海域進行更細(xì)致的評價單元的劃分,并對各個評價單元進行綜合分區(qū)評價。

結(jié)合海洋生態(tài)紅線區(qū)和重點排污口等,根據(jù)河口懸浮物環(huán)境特征、水團特征、水質(zhì)環(huán)境特征、沉積物環(huán)境特征、生物生態(tài)等進行綜合的評價單元劃分。通過綜合分區(qū)得到的每個子區(qū)域,都是具有一定的生態(tài)環(huán)境特征或者特別功能特征(重點排污口、紅線保護區(qū)等),因此,每個子區(qū)域的獨一無二的屬性,影響或決定了各個子區(qū)域的站位布局、綜合評價和管理需求。重點排污區(qū)、紅線區(qū)等都需要增加監(jiān)測力度、管理措施,為達到控制污染、保護環(huán)境的目的而積累成果。

2.1.1營養(yǎng)鹽基準(zhǔn)值

長江口及其鄰近海域的富營養(yǎng)化嚴(yán)重。1988年是無機氮和活性磷酸鹽含量快速增長的轉(zhuǎn)折年(圖2和圖3),之后無機氮和活性磷酸鹽含量呈波動上升趨勢,可見,營養(yǎng)鹽的發(fā)展變化是從快速增長,到緩慢波動增長的,這與總體水質(zhì)變化趨勢相一致,也說明了營養(yǎng)鹽是該海域水質(zhì)環(huán)境最重要的代表性污染物。該海域營養(yǎng)鹽輸入主要以水平輸運為主,長江徑流攜帶入海、沿岸的污水排放占絕大部分。長江口及其鄰近海域無機氮含量的快速增長與人類活動的影響有關(guān),長江沿江流域的化肥施用量不斷增長,其中氮肥從20世紀(jì)60年代的每年幾十萬噸,增長到20世紀(jì)80年代的400×104—500×104t/a,氮肥用量的快速增長直接或間接地導(dǎo)致了水體中硝酸鹽含量的增加,而生活污水排放量的逐年增加也是氮營養(yǎng)鹽含量增加的主要原因之一。

根據(jù)1984—2015年長江口及其鄰近海域營養(yǎng)鹽數(shù)據(jù),對無機氮(DIN)、活性磷酸鹽(PO4-P)的表、底層年均變化趨勢進行分析評價,發(fā)現(xiàn)：無機氮和活性磷酸鹽具有線性上升趨勢,1988年是營養(yǎng)鹽含量的快速增長的起始年,之后持續(xù)攀升,因此,活性磷酸鹽和無機氮的基準(zhǔn)年確定為1987年,1984—1987年營養(yǎng)鹽要素的平均值為基準(zhǔn)值(表3)。2000年以來,無機氮主要處于高位震蕩狀態(tài),而活性磷酸鹽則直線上升。無機氮表、底含量相差較大,活性磷酸鹽表、底含量差別相對較小。

表3 長江口及其鄰近海域海水營養(yǎng)鹽的基準(zhǔn)值

圖2 1984—2015年研究區(qū)域無機氮年均含量變化趨勢Fig.2 Trend of annual mean DIN from 1984 to 2015 in study area

圖3 1984—2015年研究區(qū)域活性磷酸鹽年均含量變化趨勢Fig.3 Trend of annual mean PO4-P from 1984 to 2015 in study area

2.1.2營養(yǎng)鹽分區(qū)閾值

根據(jù)頻數(shù)分析法,應(yīng)用2000—2015年長江口及其鄰近海域所有站位、所有月份、表底層監(jiān)測數(shù)據(jù)(無機氮和活性磷酸鹽的樣本量均為3397個)頻數(shù)分布,繪制頻數(shù)分布曲線圖(圖4—圖6)。由頻數(shù)分布曲線圖也可以發(fā)現(xiàn),活性磷酸鹽在水體中的濃度變化(時間和空間)分布,是單一峰的正態(tài)曲線,并且標(biāo)準(zhǔn)差比較小(0.0178),說明活性磷酸鹽的濃度分布曲線比較陡峭,其值集中的分布在均值(0.0410)兩側(cè)。無機氮在水體中的濃度值曲線為兩個正態(tài)分布曲線,均值較小分布曲線體現(xiàn)了底層水體的分布狀況,另一個正態(tài)分布曲線體現(xiàn)了表層水體的分布狀況;比較兩者的均值和標(biāo)準(zhǔn)差發(fā)現(xiàn),底層水體分布曲線的均小于表層的,說明表層水體無機氮的分布變化范圍比較大,同時受長江淡水和海水的影響顯著。

圖4 2000—2015年研究區(qū)域活性磷酸鹽頻數(shù)分布曲線 Fig.4 Frequency distribution of PO4-P from 2000 to 2015 in study area

圖5 2000—2015年研究區(qū)域表層無機氮頻數(shù)分布曲線 Fig.5 Frequency distribution of surface DIN from 2000 to 2015 in study area

圖6 2000—2015年研究區(qū)域底層無機氮頻數(shù)分布曲線 Fig.6 Frequency distribution of bottom DIN from 2000 to 2015 in study area

參照美國國家環(huán)境保護局推薦的方法[6],分別取第25百分點和75百分點作為目前營養(yǎng)鹽分級的參照狀態(tài),得到2000年后無機氮和活性磷酸鹽的分級閾值(表4)?；钚粤姿猁}表底數(shù)據(jù)頻數(shù)分布曲線的第25百分點和75百分點的值分別為0.0289和0.0530,作為活性磷酸鹽分區(qū)閾值;無機氮表層數(shù)據(jù)頻數(shù)分布曲線的第25百分點和75百分點的值分別為1.15和1.82,底層數(shù)據(jù)頻數(shù)分布曲線的第25百分點和75百分點的值分別為0.195和0.339,選擇底層曲線的第75百分點和表層曲線的第25百分點的值分別為0.339和1.15,作為無機氮分區(qū)閾值。

2.1.3營養(yǎng)鹽分區(qū)

利用無機氮分區(qū)閾值,根據(jù)2015年8月份無機氮分布特征進行分區(qū),總體上整個監(jiān)測區(qū)域分為口內(nèi)區(qū)、過渡區(qū)和口外區(qū)(圖7)。

表4 基于營養(yǎng)鹽要素頻數(shù)分布的分級閾值

圖7 2015年8月無機氮表底層分布特征(實線：表層;虛線：底層)Fig.7 Distribution of DIN on August 2015 (solid lines: surface; dash lines: bottom)

利用活性磷酸鹽分區(qū)閾值,根據(jù)2015年8月份活性磷酸鹽分布特征進行分區(qū),總體上整個監(jiān)測區(qū)域分為口內(nèi)區(qū)、過渡區(qū)和口外區(qū)(圖8)。

圖8 2015年8月活性磷酸鹽表底層分布特征(實線：表層;虛線：底層)Fig.8 Distribution of PO4-P on August 2015 (solid lines: surface; dash lines: bottom)

水體環(huán)境的營養(yǎng)鹽的分布特征相似,基本表現(xiàn)為從口內(nèi)區(qū)域向口外區(qū)域逐漸減少,偶爾沿岸局部區(qū)域出現(xiàn)高值。水體環(huán)境中重金屬污染指數(shù)和石油類分布規(guī)律性較差,區(qū)域特征不明顯,在航道、排污口、港口碼頭偶爾會出現(xiàn)高值。因此,根據(jù)水體物質(zhì)的分布規(guī)律進行分區(qū)的決定要素是無機氮和活性磷酸鹽。

2.1.4綜合分區(qū)

沉積物重金屬風(fēng)險指數(shù)、有機化學(xué)物指數(shù)等主要分布特征為沿岸排污口區(qū)域、口門、港口工程區(qū)或近海區(qū)域偶爾間斷會出現(xiàn)高值或者低值,整個區(qū)域沒有明顯規(guī)律;而沉積物類型分布從口內(nèi)到口外的變化規(guī)律明顯[26]。

浮游植物和浮游動物種類的組成和生態(tài)類型混雜,群落結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)復(fù)合的特征,其單一性群落特征不明顯。浮游植物組成中以近岸低鹽性類群、河口半咸水類群和淡水類群為主,還有外海高鹽類群和海洋廣布性類群,浮游植物分布受溫、鹽影響明顯,具有較明顯的區(qū)域特征。浮游動物種類組成大致可分為五大群落：淡水生態(tài)群落、半咸水河口生態(tài)群落、低鹽近岸生態(tài)群落、溫帶外海高鹽生態(tài)群落和熱帶高溫高鹽生態(tài)群落。

海洋生態(tài)紅線制度是指為維護海洋生態(tài)健康與生態(tài)安全,將重要海洋生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)敏感區(qū)和生態(tài)脆弱區(qū)劃定為重點管控區(qū)域并實施嚴(yán)格分類管控的底線約束制度,旨在對具有重要保護價值和生態(tài)價值的海域?qū)嵤┓诸愔笇?dǎo)、分區(qū)管理和分級保護。上海市海洋生態(tài)紅線區(qū)包括自然保護區(qū)、飲用水水源保護區(qū)、特別保護海島、重要濱海濕地、重要漁業(yè)海域、整治修復(fù)岸線、自然岸線等。

水團特征、水體營養(yǎng)鹽分布、沉積物類型、生物生態(tài)組成等水體基本屬性是評價單元劃分的基礎(chǔ),然后結(jié)合生態(tài)紅線區(qū)、污染源分布、海洋工程區(qū)等具有開發(fā)管理屬性的分區(qū),具體劃分8個評價單元(表5、表6、圖9)。

2.2 指標(biāo)分級與賦值評價

指標(biāo)分級和賦值評價是指標(biāo)體系模型的難點之一,海域生態(tài)環(huán)境的周期性和趨勢性變化既是分級評價的基礎(chǔ),又是評價的結(jié)果,因此,為了準(zhǔn)確的確定研究海域環(huán)境指標(biāo)體系的特征,本文參考了前人的相關(guān)研究成果。鄭丙輝基于多年營養(yǎng)鹽數(shù)據(jù)在分區(qū)的基礎(chǔ)上進行了長江口區(qū)域基準(zhǔn)值的研究[27],本文借鑒其研究方法并豐富了數(shù)據(jù)源,進一步研究了水體中無機氮、活性磷酸鹽等水質(zhì)要素的分級與賦值?；陂L江口及毗鄰海域沉積物生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價和潛在生態(tài)風(fēng)險評價,給出了沉積物質(zhì)量指標(biāo)的分級與賦值[28- 29]。在長江口海域環(huán)境指標(biāo)閾值的研究方法和相關(guān)成果的基礎(chǔ)上,本文根據(jù)長江口及其鄰近海域多年監(jiān)測數(shù)據(jù)和環(huán)境特征,確定各個評價指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值范圍及其對應(yīng)的評價指數(shù),具體見表7。

表5 長江口及其鄰近海域各分區(qū)的環(huán)境特征

“Sz I”代表subzone I,“Sz Ⅱ”代表subzone Ⅱ,...,“Sz VIII”代表subzone VIII

表6 各分區(qū)重點污染源、生態(tài)紅線分布以及管理目標(biāo)*

*本表中未出現(xiàn)具體排污口名稱或生態(tài)紅線區(qū)名稱,“—”表示分區(qū)內(nèi)不存在

圖9 綜合分區(qū)Fig.9 Comprehensive subzones

根據(jù)綜合評價指標(biāo)體系模型,計算獲得綜合指數(shù)Ei在1—4之間,數(shù)值越大代表環(huán)境越好,具體水質(zhì)環(huán)境指數(shù)、沉積物環(huán)境指數(shù)、生物生態(tài)指數(shù)、綜合評價指數(shù)分級及其環(huán)境特征見表8。

表7 海域生態(tài)環(huán)境綜合評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)與賦值

表8 海域生態(tài)環(huán)境綜合評價中目標(biāo)層的分級與評價

2.3 水質(zhì)環(huán)境、沉積物環(huán)境、生物生態(tài)評價

2.3.1水質(zhì)環(huán)境評價

2012—2015年水質(zhì)環(huán)境評價發(fā)現(xiàn)(表9),水質(zhì)總體有改善向好的趨勢,其中口外區(qū)域的趨勢較明顯?？臻g分布表現(xiàn)為從口內(nèi)區(qū)域向口外區(qū)域逐漸變好：口內(nèi)區(qū)域除了Ⅴ區(qū)(杭州灣北部)在2012年出現(xiàn)水質(zhì)環(huán)境評級為差和Ⅲ區(qū)(北港)在2014年水質(zhì)環(huán)境評級為較好,其他區(qū)域和年份評級均為一般;口外區(qū)域除了Ⅵ區(qū)(過渡區(qū))在2012年和2013年出現(xiàn)評級一般,其他區(qū)域和年份評級均為較好。

綜合多年的比較,各區(qū)域從差到好的排序為：Ⅴ區(qū)<Ⅰ區(qū)<Ⅳ區(qū)<Ⅱ區(qū)<Ⅲ區(qū)<Ⅵ區(qū)<Ⅶ區(qū)<Ⅷ區(qū)。研究區(qū)域海水水質(zhì)主要受長江陸源入海污染物的影響,使得該區(qū)域呈顯著的富營養(yǎng)化狀態(tài)。但是,上海市沿岸的排污影響也不容忽視,尤其是杭州灣北部、南槽、北槽是人類活動強度較大區(qū)域,同時又是重要濱海濕地和自然岸線的保護區(qū)域。

表9 2012—2015年水質(zhì)環(huán)境指數(shù)及其評價結(jié)果

2.3.2沉積物環(huán)境評價

2012—2015年沉積物環(huán)境評價發(fā)現(xiàn)(表10),沉積物環(huán)境穩(wěn)定,Ⅲ區(qū)、Ⅳ區(qū)(北港、南港、南槽、北槽)略有向好趨勢。各分區(qū)之間比較,從差到好為：首先Ⅳ區(qū)(南港、南槽和北槽)最差;其次是Ⅵ區(qū)、Ⅷ區(qū)(過渡區(qū)和近海區(qū)域);然后是Ⅴ區(qū)、Ⅶ區(qū)(杭州灣北部和北支外區(qū)域);Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)(南支、北支和北港)最好。與水質(zhì)區(qū)域分布特征不同,南支、北支和北港的沉積物質(zhì)量好于口外區(qū)域。南港、南槽和北槽和杭州灣北部是碼頭、排污口、工程分布集中,有機化學(xué)物指數(shù)、重金屬風(fēng)險指數(shù)、石油類均為沉積物質(zhì)量污染因素。

從4年沉積物環(huán)境評價發(fā)現(xiàn),北支和北支外區(qū)域受持久性化合物污染較嚴(yán)重;南槽、北槽和口外區(qū)域石油類明顯高于其他區(qū)域;重金屬風(fēng)險指數(shù)北支低于其他區(qū)域。研究區(qū)域沉積物重金屬風(fēng)險指數(shù)排序：汞>鎘>鉛>砷>銅>鉻>鋅。

表10 2012—2015年沉積物環(huán)境指數(shù)及其評價結(jié)果

“*”表示未檢出

2.3.3生物生態(tài)評價

2012—2015年生物生態(tài)評價發(fā)現(xiàn)(表11),口內(nèi)區(qū)域生物生態(tài)略有趨好,口外區(qū)域變化不明顯。各區(qū)域之間比較結(jié)果為：Ⅵ區(qū)、Ⅶ區(qū)、Ⅷ區(qū)(口外區(qū)域)最好;Ⅰ區(qū)(北支)其次;其他區(qū)域較差。生物生態(tài)與水質(zhì)環(huán)境的區(qū)域特征相似。

表11 2012—2015年生物生態(tài)指數(shù)及其評價結(jié)果

2.4 生態(tài)環(huán)境綜合評價

2012—2015年通過指標(biāo)體系方法(表12),對水質(zhì)環(huán)境、沉積物環(huán)境和生物生態(tài)評價發(fā)現(xiàn),總體上,研究海域的生態(tài)環(huán)境有所改善。各分區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合排序為：Ⅳ區(qū)<Ⅴ區(qū)<Ⅲ區(qū)<Ⅰ區(qū)<Ⅱ區(qū)<Ⅵ區(qū)<Ⅷ區(qū)<Ⅶ區(qū)。

Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)(南港、南槽、北槽和杭州灣北部)從水質(zhì)環(huán)境、沉積物環(huán)境和生物生態(tài)3個方面均是污染嚴(yán)重的區(qū)域;而Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)(南支、北支和北港)沉積物環(huán)境明顯好于Ⅳ區(qū)、Ⅴ區(qū)(南港、南槽、北槽和杭州灣北部),因此,雖然整個口內(nèi)區(qū)域的水質(zhì)環(huán)境差異不明顯,但是綜合考慮時,Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)(南支、北支和北港)表現(xiàn)出了優(yōu)勢。而口外區(qū)域Ⅵ區(qū)、Ⅶ區(qū)、Ⅷ區(qū)的水質(zhì)環(huán)境、生物生態(tài)是所有區(qū)域中較好。

比較不同的年份,總體有向好趨勢?？谕鈪^(qū)域的年度變化為：2015年綜合環(huán)境最好,其次是2013年較好,2014年較差,2012年綜合環(huán)境最差?？趦?nèi)區(qū)域則表現(xiàn)為：2014年和2015年綜合環(huán)境持平最好,其次是2013年,2012年也是最差的。

表12 2012—2015年生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)及其評價結(jié)果

3 討論

(1)綜合分區(qū)與環(huán)境變化及海域功能劃分相輔相成

研究海域水體中的無機氮和活性磷酸鹽主要來源于長江徑流,從20世紀(jì)80年代起,長江排海通量的年增長率和研究海域年均濃度增長率之間具有顯著的相關(guān)性[15]。營養(yǎng)鹽物質(zhì)濃度分布特征受徑流和潮流動力交換的影響,體現(xiàn)了河口區(qū)此消彼長的動力過程。綜合分區(qū)隨著徑流與潮流的動力過程而變化的,從而產(chǎn)生環(huán)境特征的季節(jié)年度變化。在長江河口區(qū)域典型的口內(nèi)區(qū)(淡水區(qū))、過渡區(qū)(最大渾濁帶區(qū))和口外區(qū)(咸水區(qū))的基礎(chǔ)上,還要考慮環(huán)境變化、海域功能特性、紅線劃分等多方面的因素,實現(xiàn)研究區(qū)域評價單元的動態(tài)劃分,可見,分區(qū)與評價相輔相成。

(2)評價模型中指標(biāo)及其權(quán)重、分級標(biāo)準(zhǔn)與評價等問題有待深入探索

本文建立了基于三級三類評價指標(biāo)體系的綜合評價模型,包括水質(zhì)環(huán)境指標(biāo)、沉積物環(huán)境指標(biāo)、生物生態(tài)指標(biāo)。但是,針對特定的海洋功能區(qū)選擇具有代表性的評價指標(biāo)、指標(biāo)權(quán)重,相應(yīng)的指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)的劃分和綜合指數(shù)等級評價等,均為綜合評價模型中涉及到的重點問題,需要繼續(xù)深入分析探索。

(3)通過生態(tài)環(huán)境評價發(fā)現(xiàn)環(huán)境保護管理問題

南港、南槽、北槽、杭州灣北部區(qū)域生態(tài)環(huán)境比較差,除了陸源入海污染物的影響外,沿岸人類活動開發(fā)強度較大使之成為生態(tài)環(huán)境的敏感脆弱區(qū)。2015年來,在全國污染防治行動計劃的指導(dǎo)下,上海市非常重視海洋生態(tài)環(huán)境保護與陸海統(tǒng)籌建設(shè),實施了強化入河入海排污口監(jiān)督,提標(biāo)改造排放工程,削減養(yǎng)殖總量,優(yōu)化養(yǎng)殖布局等一系列環(huán)保措施。研究海域的生態(tài)環(huán)境綜合狀況隨時間向好趨勢明顯,2015年以后該海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量必然呈波動式趨好態(tài)勢,繼續(xù)跟蹤趨勢性監(jiān)測評價,更有助于海洋環(huán)境保護和資源環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié)論

長江口及其鄰近海域無機氮和活性磷酸鹽的基準(zhǔn)年是1987年,基準(zhǔn)值分別是0.0705 mg/L和0.000751 mg/L;無機氮的分區(qū)閾值為0.339 mg/L和1.15 mg/L,活性磷酸鹽的分區(qū)閾值為0.0289 mg/L和0.0530 mg/L。結(jié)合生態(tài)環(huán)境分布特征和生態(tài)紅線區(qū),將長江口及其鄰近海域劃分為8個評價單元,利用評價模型進行區(qū)域生態(tài)環(huán)境評價,生態(tài)環(huán)境由差向好的區(qū)域變化特征為：Ⅳ區(qū)<Ⅴ區(qū)<Ⅲ區(qū)<Ⅰ區(qū)<Ⅱ區(qū)<Ⅵ區(qū)<Ⅷ區(qū)<Ⅶ區(qū);隨時間向好趨勢明顯。

致謝：國家海洋局東海環(huán)境監(jiān)測中心工作人員幫助現(xiàn)場采樣、實驗室分析及數(shù)據(jù)處理，特此致謝。