李翠翠，王 璠，宋志珍，周 紅，谷 晶，王 華，楊國(guó)軍，霍忠明，閆喜武

(大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧省貝類良種繁育工程技術(shù)研究中心，遼寧 大連 116201)

東營(yíng)河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)位于渤海灣南岸黃河三角洲近岸海域，是我國(guó)主要的灘涂貝類生產(chǎn)區(qū)。但是，隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，近岸海域水質(zhì)出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化[1]。2009年?yáng)|營(yíng)河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)被劃定為東營(yíng)市河口淺海貝類生態(tài)國(guó)家級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)的“環(huán)境整治區(qū)”，采取多種綜合治理措施進(jìn)行海域生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)。目前，有關(guān)渤海海域水環(huán)境的研究包括渤海海域營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)空分布[2-3]、水體富營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)[4]、營(yíng)養(yǎng)鹽變化及發(fā)展趨勢(shì)分析[5-6]等，研究熱點(diǎn)區(qū)域包括萊州灣[7]、遼東灣[8]及黃河口海域[9]。《2020年中國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》指出，我國(guó)近岸海域主要超標(biāo)物質(zhì)為無(wú)機(jī)氮(DIN)和磷酸鹽(PO4-P)，其中遼東灣和黃河口近岸海域出現(xiàn)劣四類海水。為此，有必要對(duì)東營(yíng)河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。

本研究在2020—2021年對(duì)東營(yíng)河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)海域進(jìn)行了4個(gè)航次的調(diào)查，對(duì)海水水溫、pH、鹽度、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、氨態(tài)氮(NH3-N)、亞硝酸態(tài)氮(NO2-N)、硝酸態(tài)氮(NO3-N)和無(wú)機(jī)磷(DIP)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采用內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)(P)、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(E)以及有機(jī)污染評(píng)價(jià)指數(shù)(A)對(duì)其水環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為該區(qū)的貝類養(yǎng)殖和環(huán)境保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 站位布設(shè)

如圖1所示，根據(jù)東營(yíng)河口區(qū)附近的貝類養(yǎng)殖區(qū)的分布狀況，本次調(diào)查在灘涂和淺海區(qū)域各設(shè)置了3個(gè)平行調(diào)查站位。其中T1、T2和T3站點(diǎn)位于灘涂區(qū)(漲潮時(shí)水深1.0～1.5 m)；Q1、Q2和Q3站點(diǎn)位于淺海區(qū)(水深7～14 m)。

1.2 采樣與檢測(cè)方法

本研究分別于2020年12月和2021年3月、6月、10月進(jìn)行了4個(gè)航次的調(diào)查，均在大潮日的高潮時(shí)進(jìn)行采樣。每批次樣品的采集均在同一個(gè)高潮時(shí)內(nèi)完成。利用多參數(shù)水質(zhì)分析儀(YSI)對(duì)水溫、pH和DO進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。另取水樣低溫冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室，按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》方法對(duì)水樣的鹽度、NO3-N、NO2-N、NH3-N、DIP和COD等理化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定與分析。每個(gè)水樣均重復(fù)測(cè)定3次，取其平均值進(jìn)行比較分析和數(shù)理統(tǒng)計(jì)。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

采用單因子評(píng)價(jià)指數(shù)法、內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)法對(duì)河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，計(jì)算公式如下所示：

(1)

(2)

式(1)為單因子評(píng)價(jià)指數(shù)計(jì)算公式，其中：Pi為某污染因子的污染指數(shù)；Ci為第i項(xiàng)污染物的監(jiān)測(cè)值；Si為第i項(xiàng)污染物海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)值；評(píng)價(jià)指數(shù)Pi>1，表明該水質(zhì)參數(shù)超過(guò)了規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)不能滿足使用功能的要求。式(2)為內(nèi)梅羅環(huán)境綜合指數(shù)計(jì)算公式，P為內(nèi)梅羅綜合指數(shù)；Pmax為所測(cè)污染指標(biāo)中最大的污染指數(shù)值。

如表1所示，根據(jù)內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)(Nemero environmental composite quality index，P)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)進(jìn)行綜合的分析和評(píng)價(jià)。

表1 貝類養(yǎng)殖環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[10]Tab.1 Environmental quality grading criteria for shellfish culture [10]

1.3.2 營(yíng)養(yǎng)水平評(píng)價(jià)

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法(Trophic state index，E)[11]是目前常用于我國(guó)近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)的方法之一，該方法以海域環(huán)境狀況為依據(jù)，計(jì)算公式如下：

E=(COD×DIN×DIP×106)/4 500

(3)

式(3)中：COD、DIN和DIP分別為水樣中化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)三氮(NH3-N、NO2-N、NO3-N)和無(wú)機(jī)磷的實(shí)測(cè)濃度(mg/L)。營(yíng)養(yǎng)指數(shù)(E)≥1表示水體呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，E<1則表示水質(zhì)正常。

1.3.3 有機(jī)污染評(píng)價(jià)

有機(jī)污染評(píng)價(jià)指數(shù)法(Organic pollution assessment index，A)根據(jù)DO、COD、DIN和DIP等4項(xiàng)指標(biāo)的污染指數(shù)來(lái)判斷水質(zhì)狀況，綜合考慮了海水的有機(jī)污染和無(wú)機(jī)污染指標(biāo)，因此其能綜合反映海水水質(zhì)的整體狀況[12]。計(jì)算公式如下：

(4)

式(4)中，COD、DIN和DIP分別為水體中各自的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，CODB、DINB和DIPB分別為水體中COD、DIN和DIP的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)A值將海水污染水平分為6級(jí)：A<0為水質(zhì)良好；0≤A<1為水質(zhì)較好；1≤A<2為開(kāi)始受到污染；2≤A<3為輕度污染；3≤A<4為中度污染；A≥4為嚴(yán)重污染。

2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)

2.1 河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)的季節(jié)變化

2.1.1 環(huán)境因子的季節(jié)變化

河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)海水的溫度、鹽度、pH、DO和COD的變化如表2所示。養(yǎng)殖區(qū)海域表層海水平均水溫隨著季節(jié)的變化而變化，變化范圍為1.40～27.90℃；鹽度呈明顯的季節(jié)性變化但差距不大，6月和12月的鹽度相對(duì)較高，3月和10月的鹽度較低，變化范圍為25.00～35.50；pH基本隨水溫的升高而降低，在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，pH變化范圍為7.46～8.68，波動(dòng)范圍不明顯。本次調(diào)查測(cè)得河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)的DO為5.33～13.54 mg/L，其中10月DO值最高，6月最低。COD為0.56～2.49 mg/L，在12月、3月以及6月3個(gè)調(diào)查航次中表現(xiàn)為濃度較低且變化平穩(wěn)，而在10月驟然升高。

2.1.2 營(yíng)養(yǎng)鹽的季節(jié)變化

東營(yíng)河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)主要營(yíng)養(yǎng)鹽監(jiān)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3，增養(yǎng)殖區(qū)DIN及其組分NH3-N、NO2-N和NO3-N的濃度分別為0.006～0.726、0.003～0.139、0.001～0.163、0.002～2.490 mg/L。增養(yǎng)殖區(qū)NH3-N的濃度為0.003～0.139 mg/L，表現(xiàn)為10月最高、其他月份濃度相近的特征。本次調(diào)查NO2-N的濃度范圍為 0.001～0.163 mg/L，表現(xiàn)為10月最高、6月次之、3月和6月最低的季節(jié)特征。NO3-N 和 DIN 濃度表現(xiàn)為10月最高、12月和3月次之、6月最低的季節(jié)特征。增養(yǎng)殖區(qū)DIP濃度在4次調(diào)查中均處于較低水平，濃度為0.001～0.010 mg/L。從平均濃度看，增養(yǎng)殖區(qū)的DIP符合海水一類標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)，增養(yǎng)殖區(qū)的NH3-N和DIN在12月、3月以及6月的濃度均符合海水一類標(biāo)準(zhǔn)，但在10月二者均出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象。

表3 東營(yíng)河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)主要營(yíng)養(yǎng)鹽的變化Tab.3 Change of main nutrient salt in shellfish culturing areas of Dongying River estuary

2.2 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

2.2.1 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)中各評(píng)價(jià)因子污染指數(shù)和海水質(zhì)量指數(shù)如表4所示。在河口貝類養(yǎng)殖海域中，pH、DO、COD和DIP的評(píng)價(jià)指數(shù)Pi均小于1，均符合海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)，但灘涂區(qū)在10月的DIN評(píng)價(jià)指數(shù)為1.16，超出海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明灘涂區(qū)在10月時(shí)受到了DIN的污染。淺海區(qū)在12月、3月、6月、10月等4次調(diào)查月份中的海水質(zhì)量等級(jí)均為1～2 級(jí)，總體處于較好水平；而灘涂區(qū)在10月的海水質(zhì)量等級(jí)為3級(jí)，水質(zhì)一般，其他調(diào)查月份為1～2級(jí)，處于較清潔或清潔狀態(tài)。整體來(lái)看，河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)海域海水質(zhì)量良好，個(gè)別月份出現(xiàn)DIN污染現(xiàn)象，但均符合海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)一類區(qū)或二類區(qū)貝類養(yǎng)殖環(huán)境的要求。

表4 東營(yíng)河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)海水質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)Tab.4 Comprehensive evaluation of seawater quality in shellfish enrichment areas of Dongying River estuary

2.2.2 水體營(yíng)養(yǎng)水平與有機(jī)污染評(píng)價(jià)

河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)海域?yàn)┩繀^(qū)和淺海區(qū)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(E)和有機(jī)污染評(píng)價(jià)指數(shù)(A)如表5所示。養(yǎng)殖海域各站位在4個(gè)調(diào)查航次的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(E)均小于1，均未達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，其中灘涂區(qū)T1站位在10月的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(E)接近于1，有富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)。因此，在10月時(shí)應(yīng)注意對(duì)灘涂區(qū)養(yǎng)殖貝類的保護(hù)。從有機(jī)污染評(píng)價(jià)指數(shù)(A)來(lái)看，河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)海域在12月與3月時(shí)水體環(huán)境水質(zhì)評(píng)價(jià)良好；養(yǎng)殖海域的淺海區(qū)站位Q1、Q2以及灘涂區(qū)的T1、T2、T3在6月與10月時(shí)的有機(jī)污染指數(shù)(A)均介于0～1之間，水質(zhì)環(huán)境為較好，其余則為良好。

表5 東營(yíng)河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)(E)和有機(jī)污染評(píng)價(jià)指數(shù)(A)Tab.5 Trophic state index (E)and organic pollution assessment index (A)in shellfish enrichment areas of Dongying River estuary

3 討論

3.1 環(huán)境因子的季節(jié)變化分析

東營(yíng)河口及近海潮間帶灘涂是埋棲性貝類的主要棲息場(chǎng)所，本次調(diào)查的養(yǎng)殖區(qū)位于東營(yíng)的馬新河入?？谔?，養(yǎng)殖區(qū)主要出產(chǎn)文蛤和四角蛤蜊等經(jīng)濟(jì)貝類。其中，文蛤?qū)購(gòu)V溫和廣鹽性灘涂埋棲性雙殼貝類，研究表明文蛤稚貝生長(zhǎng)的溫度和鹽度范圍分別為7.0～35.4℃、7.3～38.7[13]，同時(shí)在低溫-5.5℃下文蛤仍可正常存活。本次調(diào)查監(jiān)測(cè)到養(yǎng)殖區(qū)6個(gè)站位水體水溫和鹽度的變化分別是1.40～27.90℃、25.00～35.50，均在文蛤生長(zhǎng)適宜范圍內(nèi)。此外，楊杰青等[14]發(fā)現(xiàn)文蛤最適生長(zhǎng)的pH為7.7～8.7。本研究結(jié)果表明河口養(yǎng)殖區(qū)的pH(7.93～8.48)較為穩(wěn)定，且在養(yǎng)殖貝類適宜生長(zhǎng)范圍之內(nèi)。海水pH變化與海水中無(wú)機(jī)碳平衡體系密切相關(guān)，而該平衡與溫度、鹽度、壓力、無(wú)機(jī)碳平衡體系各組分含量變化密切相關(guān)。當(dāng)溫度升高時(shí)，由于電離常數(shù)增大，導(dǎo)致海水pH降低；同時(shí)，當(dāng)降水及地表徑流流入導(dǎo)致海水鹽度下降時(shí)，離子強(qiáng)度變小，海水中碳酸的表觀電離常數(shù)變小，導(dǎo)致海水的pH下降。因此，監(jiān)測(cè)區(qū)夏季pH降低的原因，可能是受季節(jié)和水溫的影響，其次是受降水量和黃河徑流量等因素的影響[15]。DO是水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中影響?zhàn)B殖生物存活和生長(zhǎng)的關(guān)鍵環(huán)境因子，本次調(diào)查測(cè)得河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)的DO變化趨勢(shì)與前人報(bào)道的大遼河口的變化趨勢(shì)一致[16]。本次調(diào)查養(yǎng)殖區(qū)的COD隨季節(jié)變化趨勢(shì)與2010年調(diào)查結(jié)果相似，但測(cè)定的COD值相比2010年明顯降低。COD是傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中反映海水有機(jī)質(zhì)的重要參數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)COD與DIN有顯著正相關(guān)關(guān)系，過(guò)高的COD易使海水出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化，從而引發(fā)赤潮，最終對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象產(chǎn)生危害[17]。根據(jù)海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)，養(yǎng)殖水體的DO應(yīng)在5.0 mg/L以上，COD小于3.00 mg/L。本研究海域DO濃度均在海水養(yǎng)殖安全范圍之內(nèi)，而COD濃度除10月灘涂區(qū)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)外，其他站位的COD濃度均符合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，應(yīng)注意養(yǎng)殖區(qū)秋季海水的有機(jī)污染狀況以及COD濃度變化，特別是近海灘涂區(qū)。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)COD與赤潮浮游植物濃度呈極顯著正相關(guān)關(guān)系[18]，因此在COD濃度升高時(shí)，養(yǎng)殖區(qū)需加強(qiáng)對(duì)海水中浮游植物的跟蹤監(jiān)測(cè)。

3.2 營(yíng)養(yǎng)鹽的季節(jié)變化分析

營(yíng)養(yǎng)鹽是浮游植物生長(zhǎng)繁殖的營(yíng)養(yǎng)因子，而浮游植物又是多種貝類的餌料來(lái)源。因此，海洋中營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度與分布會(huì)間接影響貝類的生長(zhǎng)與繁殖，適量的營(yíng)養(yǎng)鹽可以促進(jìn)浮游植物的生長(zhǎng)，同時(shí)也為貝類提供充足的餌料，而過(guò)量的營(yíng)養(yǎng)鹽可能導(dǎo)致赤潮發(fā)生[19]。本次調(diào)查養(yǎng)殖區(qū)NH3-N的濃度變化特征與2010年相比略有不同，這可能與當(dāng)?shù)亟涤炅?、海域環(huán)流速度、浮游動(dòng)物的排泄、有機(jī)物分解，以及氮元素的氨化及硝化作用的程度等因素有關(guān)[20-21]。由于NO2-N是氮元素氧化還原的中間價(jià)態(tài)，NO2-N濃度變化可能與海水溫度有關(guān)，適宜水溫使細(xì)菌生命活動(dòng)較為活躍，也會(huì)導(dǎo)致氮元素硝化作用和反硝化作用增強(qiáng)。同時(shí)，海水中NH3-N和NO2-N濃度過(guò)高會(huì)對(duì)各種海洋生物產(chǎn)生毒害作用[22]。研究證明，NH3-N≤0.15 mg/L[23]、NO2-N≤0.1 mg/L不會(huì)對(duì)貝類造成毒害作用[24]。相關(guān)研究表明，過(guò)量的氮輸入會(huì)導(dǎo)致水體酸化、生態(tài)系統(tǒng)富營(yíng)養(yǎng)化以及產(chǎn)生毒性等副作用，危害水生生物的生長(zhǎng)繁殖，對(duì)養(yǎng)殖產(chǎn)生不利的影響[25-26]。2010年姜?dú)g歡[27]對(duì)渤海近岸的7個(gè)貝類增殖區(qū)進(jìn)行了水質(zhì)監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)分析，發(fā)現(xiàn)該養(yǎng)殖區(qū)域水體富營(yíng)養(yǎng)化，其中DIN和PO4-P濃度超標(biāo)；劉瀾鼎等[28]于2017—2019年對(duì)煙臺(tái)養(yǎng)馬島貝類養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析，結(jié)果顯示養(yǎng)殖區(qū)水體營(yíng)養(yǎng)鹽含量符合國(guó)家養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但海域水質(zhì)處于氮限制的貧營(yíng)養(yǎng)化水平；何榮等[29]于2014年對(duì)渤海西部海域的天津漢沽貝類增養(yǎng)殖區(qū)的環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)測(cè)與綜合評(píng)價(jià)，研究顯示養(yǎng)殖區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽超標(biāo)，水體嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化；姜磊[30]于2015—2018年對(duì)黃河三角洲近岸海域海水生態(tài)環(huán)境進(jìn)行了連續(xù)4年的跟蹤調(diào)查，并分析了變化趨勢(shì)，研究結(jié)果表明DIN、COD和PO4-P是黃河三角洲近岸海域水質(zhì)主要污染物，DIN和PO4-P濃度整體均呈上升趨勢(shì)。研究表明，當(dāng)DIN和DIP分別低于0.080、0.018 mg/L時(shí)，會(huì)影響浮游植物的生長(zhǎng)[31]，若養(yǎng)殖區(qū)海水中DIP濃度相對(duì)偏低，其可能成為該區(qū)域浮游植物生長(zhǎng)繁殖的限制因子，使得浮游植物對(duì)磷濃度變化比較敏感。因此，一旦大量排污和大量徑流輸入等，將導(dǎo)致磷濃度增加，可能會(huì)促使養(yǎng)殖區(qū)浮游植物大量繁殖生長(zhǎng)，甚至引發(fā)赤潮[32]?？傮w來(lái)說(shuō)，河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)氮磷平均濃度基本上雖處于安全濃度范圍內(nèi)，但養(yǎng)殖區(qū)秋季的NH3-N和NO2-N以及DIN濃度均超出海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)該養(yǎng)殖區(qū)海域DIP一直處于低濃度狀態(tài)，可能會(huì)限制浮游植物的正常生長(zhǎng)，對(duì)貝類養(yǎng)殖區(qū)產(chǎn)生影響，因此應(yīng)特別注意對(duì)秋季養(yǎng)殖區(qū)氮、磷濃度陸源輸入量的跟蹤監(jiān)測(cè)，防止其對(duì)貝類產(chǎn)生毒害作用，影響?zhàn)B殖容量和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

1)東營(yíng)河口貝類養(yǎng)殖區(qū)的DO、COD、DIN和DIP均符合養(yǎng)殖生物的海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2)內(nèi)梅羅環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)指數(shù)表明，河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)污染評(píng)價(jià)等級(jí)均為較清潔或清潔狀態(tài)，海水質(zhì)量良好，總體符合海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)一類區(qū)或二類區(qū)貝類養(yǎng)殖環(huán)境的要求。

3)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)和有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)分析表明，東營(yíng)河口貝類增養(yǎng)殖區(qū)水域水質(zhì)整體處于良好狀態(tài)，且在海水養(yǎng)殖環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但應(yīng)注意秋季養(yǎng)殖區(qū)DIN的輸入。