于瀟，李希磊，楊俊麗，崔龍波

（煙臺大學生命科學學院 山東 煙臺 264005）

四十里灣位于山東省煙臺海域，總面積達86.7 km2，適合淺水養(yǎng)殖的面積約53.3 km2[1]，是煙臺重要的海水養(yǎng)殖基地。近十年來，四十里灣主要以扇貝和牡蠣養(yǎng)殖為主，輔以海帶、海參和貽貝等。四十里灣的地理環(huán)境為半封閉型海灣，經濟飛速發(fā)展，富營養(yǎng)化加劇，海水養(yǎng)殖業(yè)遭受相當大的損失[2,3]?，F(xiàn)有研究表明：四十里灣海域處于磷限制狀態(tài)，磷酸鹽是該海域浮游植物生長的限制因子[4]，營養(yǎng)狀況從貧營養(yǎng)逐漸過渡到中度營養(yǎng)狀態(tài)[5]。為分析環(huán)境因子與浮游植物間的相關性，了解扇貝養(yǎng)殖區(qū)的營養(yǎng)與水質狀況，本研究通過檢測煙臺四十里灣養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境因子及浮游植物，以期為今后海水養(yǎng)殖，特別是扇貝養(yǎng)殖布局調整和養(yǎng)殖環(huán)境的改善提供一定數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 采樣時間與地點

本研究于2017 年5—11 月進行，即一個海灣扇貝養(yǎng)殖周期內。在煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)設置5 個監(jiān)測站位，編號為M1～M5，調查站位分布見圖1。每月中旬監(jiān)測該區(qū)海水水質。

1.2 樣品采集與檢測方法

用有機玻璃采水器采集水樣，在每個監(jiān)測站位設置四個平行采樣點，每個采樣點采表層和底層水樣，并進行等量混合。采集的水樣按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[6]第3 部分進行保存和處理。

水溫、pH、鹽度和溶氧（DO）含量用美國奧利龍5-star 水質分析儀、硫化物使用德國默克NOVA-60A 進行現(xiàn)場檢測，化學需氧量（COD）、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、無機磷（DIP）、總磷（TP）、總氮（TN）、硫化物含量均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》第4 部分進行檢測，Chl a 和浮游植物按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》第7部分進行檢測。浮游植物的檢測方法為：取1 L 混合后的水樣加入15 mL 魯哥氏液固定、保存，至于陰涼處靜置24～48 h 進行濃縮。濃縮后的樣品采用0.1 mL 浮游生物計數(shù)框在光學顯微鏡下對浮游植物進行分類計數(shù)，對浮游植物密度采用《海洋監(jiān)測規(guī)范》[6]濃縮計數(shù)法進行計算，用Spass19.0 對浮游植物密度與環(huán)境因子進行Pearson 相關性分析。

1.3 評價方法與數(shù)據(jù)分析

1.3.1 海水富營養(yǎng)化評價

采用營養(yǎng)狀態(tài)質量指數(shù)、海水營養(yǎng)指數(shù)和葉綠素a 營養(yǎng)水平指數(shù)評價海水營養(yǎng)狀態(tài)。計算公式為：

營養(yǎng)狀態(tài)質量指數(shù)（NQI）[7]：

其中CCOD為水體中化學需氧量的濃度，單位為mg/L；CT-P為總磷濃度，單位為mg/L；CT-N為總氮濃度，單位為分別為水體的化學需氧量、總磷、總氮的評價標準，其中

根據(jù)NQI 值將海域營養(yǎng)水平分為三級：NQI＞3為富營養(yǎng)水平，NQI 為2～3 為中營養(yǎng)水平，NQI＜2為貧營養(yǎng)水平。

海水營養(yǎng)指數(shù)（E）法[8]：

其中CCOD為水樣中化學需氧量濃度，單位為mg/L；CDIN為溶解態(tài)無機氮的濃度，單位為mg/L；CDIP為溶解態(tài)無機磷的濃度，單位為mg/L。

若E ＞1，則水體呈富營養(yǎng)化狀態(tài)；E 值越大，水體富營養(yǎng)化程度越嚴重。

葉綠素a 營養(yǎng)水平指數(shù)（D）[9]：

其中Chla 為水樣中葉綠素的濃度，單位為mg/L；

分級標準如下：D＜1 為貧營養(yǎng)水域；1≤D＜10為中營養(yǎng)水域；D≥10 為富營養(yǎng)水域。

1.3.2 環(huán)境質量評價

用內梅羅（Nemerow）指數(shù)法及單因子污染指數(shù)法[10]評價海水質量。

其中，P 為內梅羅綜合指數(shù)；Pmax為參數(shù)中最大的污染指數(shù)；Pi為單因子污染指數(shù)（Pi＞1 表明該項環(huán)境因子為污染狀態(tài)）；Ci為某污染因子的測量濃度；Ci0為某污染因子的評價標準；內梅羅綜合指數(shù)法分級標準[10]如表1。

表1 貝類養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境質量分級標準Tab.1 Grading standards of eco-environmental quality in shellfish culture

表2 煙臺四十里灣環(huán)境因子月份變化Tab.2 Monthly variation in environmental factors in Sishili Bay,Yantai

2 結果與分析

2.1 環(huán)境因子變化情況

2017 年5—11 月煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)溫度、pH、DO、鹽度、COD 和硫化物含量的變化情況如表2。由表2 可知：海水平均溫度為20.19 ℃，變化范圍為9.54～25.07 ℃，其中8 月水溫最高，11 月水溫最低，除11 月外水溫均適宜扇貝的生長（海灣扇貝適宜生長的溫度為18～28 ℃[11]）。pH 的平均值為8.12，變化范圍為8.01～8.24，符合國家二類水質標準（7.8～8.5），適宜扇貝的養(yǎng)殖。DO 的平均值為8.06 mg/L，變化范圍為7.07～8.95 mg/L，夏季DO 明顯低于春、秋兩季，這與楊麗娜等[12]所描述的中國沿岸海域夏季低氧現(xiàn)象十分吻合。鹽度的平均值為30.55，變化范圍為29.90～31.46，適宜扇貝的生長（海灣扇貝適宜生長的鹽度為19～34[13]）。COD 的平均值為1.23 mg/L，變化范圍為0.56～2.19 mg/L，除6 月份外，其他月份均符合國家一類水質標準（COD≤2 mg/L）。硫化物含量的平均值為0.0065 mg/L，變化范圍為0.0039～0.0094 mg/L，均小于0.02 mg/L，符合國家一類水質標準[6]。

2.2 DIN 和DIP 的變化情況

煙臺四十里灣DIN 變化范圍為0.0834～0.3137 mg/L（表3），年平均值為0.1310 mg/L，除5 月份外均達到國家二類水質標準（DIN＜0.3 mg/L），夏季DIN 含量較低，春秋兩季含量較高。DIP 的變化范圍為0.0033～0.0303 mg/L，年平均值為0.0122 mg/L，除6 月份外，其余月份均達到國家二類水質標準（DIP＜0.03 mg/L）。5 月和6 月為海灣扇貝從保苗池轉移至海水養(yǎng)殖的時期，人類的活動可能造成DIN和DIP 的含量超標。

根據(jù)浮游植物對氮、磷營養(yǎng)比的吸收比例，Redfield[14]提出了氮磷比（N/P，氮磷的原子比）的概念，認為浮游植物是按照16/1 從海水中吸收生源元素。Justic[15]認為，海水的N/P 值大于22/1，存在磷限制，小于10/1，存在氮限制。由表3 可知，煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)5—11 月N/P 變化范圍為6.34～89.05。其中6 月份N/P 為6.34，存在氮限制，5 月、8月和9 月N/P 均大于22，存在明顯磷限制。5—11月的N/P 的平均值為36.30。由此可以看出，該海域N/P 整體處于較高值，與趙衛(wèi)紅等[16]調查所得N/P升高近3 倍。這與邢紅艷等的研究所得到的近年來N/P 逐漸偏離了Redficld 系數(shù)，呈不斷升高的趨勢，四十里灣海域正向P 相對缺乏方向演變，且逐年加重的研究結果一致[4]。推測造成N/P 不斷升高的原因是農業(yè)中氮肥大量使用，導致陸源氮輸入量增加[17]。

表3 煙臺四十里灣營養(yǎng)鹽及N/P 變化Tab.3 Changes in nutrient contents and N/P in Sishili Bay,Yantai

2.3 浮游植物種類與密度

2017 年在煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)共發(fā)現(xiàn)浮游植物5 門49 屬87 種，其中硅藻門32 屬61 種，占浮游植物總種數(shù)的70.11%；甲藻門9 屬14 種，占浮游植物總種數(shù)的16.09%；金藻門3 屬5 種，占浮游植物總種數(shù)的5.75%；綠藻門4 屬4 種，占浮游植物總種數(shù)的4.60%；隱藻門2 屬3 種占浮游植物總種數(shù)的3.45%。硅藻門中菱形藻屬Nitzschia、角毛藻屬Chaetoceros 種類最多，其中菱形藻屬有10 種，包括谷皮菱形藻Nitzschia palea、洛倫菱形藻N.lorenziana、柔弱偽菱形藻N.pseudonitzschia delicatissima、長菱形藻N.longissima、尖刺偽菱形藻N.pseudonitzschia pungens 等，該屬在夏季、秋季的密度較高；角毛藻屬有8 種，包括并基角毛藻Chaetoceros decipiens、扁面角毛藻C.compressus、密連角毛藻C.densus、垂緣角毛藻C.laciniosus 和窄隙角毛藻C.affinis 等，該屬在春季、夏季密度較高。菱形藻屬與角毛藻屬在海洋浮游植物中占有重要的地位，可作為魚類和貝類等的餌料[6]。在甲藻門中角藻屬Ceratium 和原甲藻屬Protoperidinium 種類最多，其中角藻屬4 種，包括三角角藻Ceratium tripos、叉角藻C.furca、飛燕角藻C.hirundinella 和梭角藻C.fusus，該屬是最常見的海洋浮游甲藻類。原甲藻屬2種，包括海洋原甲藻Protoperidinium oceanicum、尖葉原甲藻P.triestinum，該屬是扇貝、牡蠣和幼魚等的餌料，但其大量繁殖時會引發(fā)赤潮，是太平洋東岸重要的赤潮種[18]。

由圖2 可知：煙臺四十里灣5 個扇貝養(yǎng)殖區(qū)5—11 月浮游植物密度變化中，5 月浮游植物密度變化范圍為36.60×104～123.00×104cell/L，平均值為70.30×104cell/L；6 月浮游植物密度變化范圍為51.00×104～142.00×104cell/L，平均值為89.95×104cell/L；7 月浮游植物密度變化范圍為8.24×104～141.30×104cell/L，平 均 值 為11.13×104cell/L；8 月浮游植物密度變化范圍為4.39×104～19.80×104cell/L，平均值為30.48×104cell/L；9 月浮游植物密度變化范圍為0.87×104～111.22×104cell/L，平均值為25.34×104cell/L；10 月浮游植物密度變化范圍為2.48×104～48.88×104cell/L，平均值為17.98×104cell/L；11 月浮游植物密度變化范圍為1.26×104～12.18×104cell/L，平均值為5.10×104cell/L。由上述數(shù)據(jù)可以看出，5 月和6 月浮游植物密度最大，其次為9 月，即在春季，秋季出現(xiàn)峰值。

2.4 環(huán)境因子與浮游植物相關性

由圖3 可知：浮游植物密度和各環(huán)境因子間的Pearson 相關性中，浮游植物密度與DO 和DIP 含量呈顯著正相關，相關系數(shù)分別達到0.711 和0.698。在浮游植物豐富的海水中，溶解氧主要來源于藻類的光合作用，浮游植物光合作用釋放氧氣使水中溶解氧含量升高，因此浮游植物密度與DO 呈含量顯著正相關，這與武丹等[19]對溶解氧與浮游植物關系的研究結果一致。浮游植物密度與DIP 含量呈顯著正相關，而與DIN 無明顯相關性，表明DIP 對浮游植物生長的影響明顯大于DIN，這可能與DIN 含量過剩而DIP 含量不足有關，相對于過剩的DIN，DIP對浮游植物的影響更為明顯[20]。其他環(huán)境因子如硫化物、溫度和pH 與浮游植物密度呈負相關，即在扇貝養(yǎng)殖期間過高的硫化物含量、溫度和pH 會抑制浮游植物的生長。四十里灣硅藻在浮游植物中占絕大的比重，夏季溫度過高導致大部分硅藻、金藻急速衰亡[21]，浮游植物密度明顯下降。TN、TP、鹽度和COD 與浮游植物密度呈正相關。

2.5 海水富營養(yǎng)化評價

海水營養(yǎng)狀態(tài)質量指數(shù)（NQI）表明（表4）：6 月煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水質處于富營養(yǎng)狀態(tài)，7月和8 月為中營養(yǎng)狀態(tài)，5 月、9 月、10 和11 月為貧營養(yǎng)狀態(tài)。海水營養(yǎng)指數(shù)（E）結果表明，6 月養(yǎng)殖區(qū)海水營養(yǎng)指數(shù)（E）大于1，呈富營養(yǎng)化狀態(tài)，其他月份養(yǎng)殖區(qū)海水營養(yǎng)指數(shù)（E）均小于1，這與海水營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（NQI）評價結果一致。葉綠素a 營養(yǎng)水平指數(shù)（D）結果顯示，5—11 月份煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)均處于中營養(yǎng)水平。營養(yǎng)狀態(tài)不一的原因可能是：6 月份水溫升高，海洋生物新陳代謝活動加強，COD 和有機物含量升高，且四十里灣屬于溫帶季風氣候，6 月降雨增多，將大量的陸源營養(yǎng)鹽帶入灣內，導致海水呈富營狀態(tài)。春季、秋季浮游植物密度較高，對營養(yǎng)鹽的吸收量較大，營養(yǎng)鹽含量降低使營養(yǎng)狀態(tài)質量指數(shù)在5 月、9 月、10 月和11 月偏低。

表4 不同月份煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水營養(yǎng)狀態(tài)質量指數(shù)（NQI）、海水營養(yǎng)指數(shù)（E）和葉綠素a 營養(yǎng)水平指數(shù)（D）Tab.4 Seawater nutrient status index （NQI）,seawater nutrient index （E） and Chl a nutrient levels index（D）in scallop culture areas in Sishili Bay in Yantai in different months

表5 不同月份煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水綜合質量評價指數(shù)Tab.5 Comprehensive seawater quality assessment index in scallop culture areas in Sishili Bay in Yantai in different months

2.6 海水綜合質量評價

5—11 月煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)單因子污染指數(shù)（Pi）、內梅羅綜合指數(shù)（P）及生態(tài)環(huán)境質量分級見表5。由表5 可知：除5 月份DIN、6 月份DIP 單因子污染指數(shù)大于1 外，pH、DO、COD、硫化物、DIN等指標的單因子污染指數(shù)均小于1，符合海水水質二類標準，這表明在5—11 月該養(yǎng)殖海域水質情況沒有受到上述指標污染；8 月和11 月為Ⅰ類水質，處于清潔狀態(tài)；5 月、6 月、7 月、9 月和10 月為Ⅱ類水質，其中7 月、9 月、10 月處于較清潔狀態(tài)，5 月、6月處于輕度污染狀態(tài)。整體看來，2017 年四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)在扇貝養(yǎng)殖期間水質狀況較適宜扇貝養(yǎng)殖。浮游植物密度與水質狀況存在一定聯(lián)系，海水質量狀況取決于多種環(huán)境因子，而浮游植物的密度與DO 和DIP 含量呈顯著正相關（P＜0.05），5月、6 月水質處于輕度污染狀態(tài)，海水中無機氮、磷含量高，浮游植物密度在全年較高，由此可見水質狀況與浮游植物密度變化在一定程度上具有一致性。

3 結論

2017 年5—11 月調查了煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水的環(huán)境因子，如水溫、pH、鹽度、DO、COD、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、DIP、TP、TN、硫化物以及Chl a 含量等12 項指標。除5 月份DIN、6 月份DIP沒有達到國家二類水質標準外，其他各項指標均適宜扇貝生長。Pearson 相關性表明，浮游植物密度與DO 和DIP 含量呈顯著正相關（P＜0.05）。海水富營養(yǎng)化評價表明：扇貝養(yǎng)殖區(qū)在6 月處于富營養(yǎng)化狀態(tài)；海水綜合質量評價表明：8 月和11 月為Ⅰ類水質，處于清潔狀態(tài)，5 月、6 月、7 月、9 月和10 月為Ⅱ類水質，其中7 月、9 月、10 月處于較清潔狀態(tài)，5月、6 月處于輕度污染狀態(tài)。整體來看，煙臺四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)僅在6 月份出現(xiàn)輕度富營養(yǎng)化，5 月、6 月出現(xiàn)輕度污染外，其他月份水質狀態(tài)良好，生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定，適宜扇貝的養(yǎng)殖。海水養(yǎng)殖是影響四十里灣環(huán)境變化的主要因素，養(yǎng)殖密度過大，養(yǎng)殖模式過于單一，大量的養(yǎng)殖廢物直接排放于海中，導致海水質量變差，環(huán)境惡化加劇[22]，但近年來煙臺市已拆除四十里灣340 多hm2筏架，積極構建海洋牧場，實現(xiàn)生態(tài)養(yǎng)殖，對海洋環(huán)境的改善起到積極的作用。