南通市重點增養殖區水質評價及因子分析

黃強++季寅星

摘要：于2012—2014年分別對江蘇省南通市紫菜、貝類增養殖區進行9個航次共計11個指標的水質監測，采用有機污染評價指數法分別評價2個養殖區的水質狀況，并采用因子分析法對水質指標進行分析。結果表明，監測期間2個養殖區的水質均受到污染，但各月份污染程度不同，污染因子包括亞硝態氮、硝態氮、活性磷、化學需氧量、氨態氮。貝類養殖區水質監測結果的總體方差主要來源于鹽度、溶解氧、硝態氮、溶解性無機氮，其次為亞硝態氮、活性磷、葉綠素a，再次為pH值、化學需氧量、氨態氮，最次為溫度；紫菜養殖區主要來源于氨態氮、溶解性無機氮、活性磷、溫度、葉綠素a，其次為硝態氮、化學需氧量、亞硝態氮，再次為pH值、鹽度、溶解氧。貝類養殖區的鹽度、溶解氧、硝態氮、溶解性無機氮之間，亞硝態氮與活性磷之間，pH值、化學需氧量、氨態氮之間均呈較好的正相關，而亞硝態氮、活性磷、葉綠素a之間呈較好的負相關；紫菜養殖區的氨態氮、溶解性無機氮、活性磷之間，溫度與葉綠素a之間，化學需氧量與亞硝態氮之間，pH值、鹽度、溶解氧之間均呈較好的正相關，而氨態氮、溶解性無機氮、活性磷與溫度、葉綠素a之間，硝態氮與化學需氧量、亞硝態氮之間均呈較好的負相關。

關鍵詞：南通市；增養殖區；水質評價；因子分析

中圖分類號： S967.2；X824文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）02-0356-04

收稿日期：2015-08-28

基金項目：國家科技支撐計劃（編號：2012BAC07B03）。

作者簡介：黃強（1982—），男，江蘇丹陽人，碩士研究生，工程師，主要從事海洋環境與漁業生態環境研究。Tel：（0513）83549590；E-mail：q_huang1982@sina.com。江蘇省南通市淺海灘涂可利用開發面積達 12.3萬 hm2[1]，養殖品種涵蓋條斑紫菜、文蛤、泥螺等，已形成集養殖、加工、銷售為一體的產業鏈[2-3]。近年來，隨著海岸帶經濟和養殖產業的快速發展，營養物質的大量輸入使水體中營養鹽體積分數快速提升，進而導致養殖海區富營養化[4-5]。同時，水體中有毒有害物質不斷積累，附生性藻類大量孳生，嚴重影響水產品的產量和品質[6]。研究南通市重點海水增養殖區的環境質量及其變化特征，確定污染因子，進而改善養殖海域環境，調整養殖產業布局，已成為保持南通市海水養殖產業可持續發展亟待解決的問題。

對南通市啟東市貝類增養殖區、如東縣紫菜增養殖區進行連續3年共計9個航次的生態環境調查。針對環境調查結果，采用有機污染評價指數法分別對2個養殖區不同時期的水質狀況進行評價，并采用因子分析法確定各水質與環境指標的變化情況，確定不同時期各養殖區的主要污染因子。水質評價及因子分析結果對該養殖區的養殖產業規劃及水質修復具有指導意義。

1材料與方法

1.1樣品采集與測定

于2012—2014年對南通市重點海水增養殖區（121°35′～121°42′E，32°08′～32°32′N）水質進行監測，分別在如東縣紫菜重點海水增養殖區、啟東市貝類重點增養殖區各設置7個采樣站位（圖1）。根據養殖期，分別于8、9、10月在啟東市貝類重點增養殖區進行監測，并于3、4、5月在如東縣紫菜養殖區進行監測。采樣工作于每月小潮平潮期進行，采集水面下15～20 cm的表層水，每站位平行采集3瓶水樣，每瓶 500 mL，并使用HANNA型快速分析儀測定表層水溫、pH值、鹽度、溶解氧。水樣于4 ℃下運至實驗室，按照《海水增養殖區監測技術規程》中的分析方法進行水質監測[7]，測定指標為活性磷、氨態氮、亞硝態氮、硝態氮、化學需氧量、葉綠素a。

1.2水質評價

1.2.1水質綜合評價采用海水有機污染評價指數（A）分別評價貝類、紫菜增養殖區的海水環境狀況，該評價方法利用水體中化學需氧量（COD）、溶解性無機氮（DIN）、溶解性無機磷（DIP）、溶解氧（DO）4項水質指標。該方法綜合考慮水體中有機、無機污染指標，比單因子評價方法更全面地對水質進行評價，計算方法為：

A=COD/COD0+DIN/DIN0+DIP/DIP0-DO/DO0。

式中：COD、DIN、DIP、DO分別為4項水質指標的實測濃度，mg/L；COD0、DIN0、DIP0、DO0分別為該評價指標的標準體積分數， 對應值分別為3.000、0.100、0.015、5.000 mg/L。根據計算結果，參照17378.4—2007《海洋監測規范》中規定的評價分級表對海水污染狀況進行評價[8]。

1.2.2因子分析采用R型因子分析法分析各變量之間的關系，運用SPSS軟件進行主成分及相關性分析，計算各因子的貢獻率、載荷矩陣、因子得分，確定各因子的相關性，最終確定不同時期各養殖區的主要污染因子[9]。

2 結果與分析

2.1水質監測結果

將各站位現場測定指標溫度、pH值、鹽度與室內測定指標活性磷含量、氨態氮、亞硝態氮、硝態氮含量、化學需氧量、葉綠素a含量分別求平均值，作為該養殖區當月指標值，以各月平均值代表本年度指標值，從而得到各指標在不同年份的平均值及波動范圍（表1）。

2.2水質評價結果

由養殖區海水有機污染評價指數計算結果（圖2）可知，貝類增養殖區各月份均受到污染。其中，2012年8—9月A值為3.42～4.32，均值為3.98，呈升高趨勢，參照水質分級表可知，2012年8月水質為中度污染，2012年9—10月為重度污染；2013年8—10月，貝類增養殖區A值均在4.00以上，表明2013年養殖區水質為嚴重污染；2014年8—10月，貝類增養殖區A值分別為2.16、3.13、1.85，均值為2.38，表明2014年8—10月貝類養殖區水質整體呈輕度污染。

由水質評價結果（圖3）可知，紫菜養殖區水質均受到污染。其中，2012年3月A值達到10.03，大幅高于其他月份，表明該月份紫菜養殖區嚴重污染；2013年4月A值達到 4.35，水質嚴重污染；其他月份水質基本為輕度以下污染。

2.3水質成分因子分析結果

采用SPSS軟件對監測數據進行因子分析，分別從貝類養殖區、紫菜養殖區監測數據中提取4、3個主因子，并得到旋轉后的因子載荷矩陣（表2、表3）和不同因子在主因子上的得分情況（表4、表5）。

2.3.1旋轉后的因子載荷矩陣由表2可知，貝類養殖區4個主因子的方差累積貢獻率已達到92.01%，可有效反映養殖區的水質狀況[10]。第1主因子正方向載荷鹽度、溶解氧、硝態氮、溶解性無機氮，載荷系數分別達到0.848、0.957、0.911、0.916，均接近于1，表明鹽度、溶解氧、硝態氮、溶解性無機氮之間存在較好的正相關；而負方向不載荷指標。第2主因子正方向載荷亞硝態氮、活性磷，載荷系數分別達到 0.949、0.830，表明亞硝態氮與活性磷之間存在較好的正相關；負方向載荷葉綠素a，載荷系數為-0.767，接近于-1，由于亞硝態氮、活性磷、葉綠素a分別位于第1主因子的正負軸，因此亞硝態氮、活性磷、葉綠素a之間存在較好的負相關。第3主因子正方向載荷pH值、化學需氧量、氨態氮，三者之間呈正相關。第4主因子僅正方向載荷溫度。

各主因子對總方差的貢獻率依次為33.74%、27.03%、20.01%、11.24%，由此可得引起貝類養殖區水質變化的指標主次程度。第1組為鹽度、溶解氧、硝態氮、溶解性無機氮；第2組為亞硝態氮、活性磷、葉綠素a；第3組為pH值、化學需氧量、氨態氮；第4組為溫度。今后對貝類增養殖區水質監測工作的重點應放在鹽度、溶解氧、硝態氮、溶解性無機氮4個變化較大的水質指標上。

由紫菜養殖區旋轉后因子載荷矩陣（表3）可知，第1主因子正向載荷氨態氮、溶解性無機氮、活性磷，載荷系數分別為0.936、0.869、0.843；負向載荷溫度、葉綠素a，載荷系數分別為-0.753、-0.727，表明氨態氮、溶解性無機氮、活性磷呈正相關，溫度與葉綠素a呈正相關，而氨態氮、溶解性無機氮、活性磷與溫度、葉綠素a呈負相關。第2主因子正向載荷硝態氮，載荷系數為0.648；負向載荷化學需氧量、亞硝態氮，載荷系數分別為-0.878、-0.948，表明化學需氧量與亞硝態氮呈正相關，而硝態氮與化學需氧量、亞硝態氮呈負相關。第3主因子正向載荷pH值、鹽度、溶解氧，載荷系數分別為 0.927、0.908、0.834，表明pH值、鹽度、溶解氧呈正相關。

由各主因子對總方差的貢獻率可得各水質指標的主次梯度。第1組為氨態氮、溶解性無機氮、活性磷、溫度、葉綠素a；第2組為硝態氮、化學需氧量、亞硝態氮；第3組為pH值、鹽度、溶解氧。今后對紫菜養殖區水質監測工作的重點應放在氨態氮、溶解性無機氮、活性磷、溫度、葉綠素a 5個變化較大的水質指標上。

2.3.2因子得分由表4可知，對于第1主因子的得分，2013年8、9、10月為較高的正值，分別為0.546、1.538、1.426分，而2014年因子得分均低于-0.500分。第1主因子正向載荷因子為鹽度、溶解氧、硝態氮、溶解性無機氮，因此這4個水質因子在2013年具有較高值，而在2014年具有較低值。由第2主因子的得分可知，亞硝態氮、活性磷在2012年9、10月及2013年8月具有較高值，在2014年9、10月具有較低值；葉綠素a在2012年9、10月及2013年8月具有較低值，在2014年9、10月具有較高值。由第3主因子的得分可知，pH值、化學需氧量、氨態氮在2012年8、9月具有較高值，在2014年8月具有較低值。由第4主因子的得分可知，溫度在2014年8月具有較高值，在2012年10月具有較低值。

貝類養殖區海水水質評價結果表明，2012年8月水質受到中度污染，結合因子得分可知，此時海水污染主要由化學需氧量、氨態氮引起；2012年9月水質重度污染由亞硝態氮、活性磷、化學需氧量、氨態氮引起；2012年10月水質重度污染由亞硝態氮、活性磷引起；2013年8月水質重度污染由亞硝態氮、活性磷引起；2013年9、10月水質重度污染由硝態氮、溶解性無機氮引起。

由表5可知，對于第1主因子的得分，2012年3月具有較高的正值2.500，而2014年5月具有較低的負值 -0.817分。第1主因子正向載荷氨態氮、溶解性無機氮、活性磷，因此這3個水質因子在2012年3月具有較高值，在2014年5月具有較低值。由第2主因子的得分可知，硝態氮在2013年4、5月具有較高值，而化學需氧量、亞硝態氮在2013年3月具有較高值。由第3主因子的得分可知，pH值、鹽度、溶解氧在2013年3、4、5月具有較高值，在2014年3、4、5月具有較低值。

紫菜養殖區海水水質評價結果表明，2012年3月水質受到重度污染，結合因子得分可知，此時海水污染主要由氨態氮、溶解性無機氮、活性磷引起；2013年4、5月水質污染由硝態氮引起。

3結論與討論

養殖區污染已成為海水養殖普遍存在的問題。天津市漢沽貝類增養殖區有機污染程度較高、營養鹽超標嚴重；廈門市同安灣內的養殖區出現海水富營養化狀況[11-12]。南通市重點增養殖區水質評價結果表明，各養殖區水質均受到不同程度的污染，且污染呈現出一定時空差別。2012年9—10月及2013年8—10月，貝類增養殖區水質嚴重污染；2012年3—4月，紫菜增養殖區水質嚴重污染，水質狀況已無法達到健康養殖的要求。養殖區水質年度變化趨勢表明，2012—2014年貝類、紫菜增養殖區的水質整體呈好轉趨勢。

不同養殖區因養殖品種及環境條件的差異，其污染因子也不同。廣東省流沙灣貝類養殖區的主要污染物質為石油類，浙江省舟山市丁嘴門海水養殖區則表現為氮、磷為主的水體污染[13-14]。本研究結果表明，南通市貝類重點增養殖區的污染因子為亞硝態氮、活性磷、化學需氧量、氨態氮、硝態氮；紫菜養殖區的主要污染物為硝態氮、溶解性無機氮，而貝類養殖區的主要污染物為氨態氮、溶解性無機氮、活性磷。可見，南通市重點增養殖區主要受氮、磷污染，這與國家海洋環境質量公報結果一致[15]。

養殖區污染來源包括外源污染和內源污染，根據南通市海水重點增養殖區的養殖品種及養殖方式，該海域不存在投餌導致的內源污染，因此該海域主要為外源污染[16-17]。已有研究表明，該海域外源污染的輸入途徑包括沿海污水的直排入海、長江北上流、降水等[18-19]。實現南通市重點增養殖區養殖活動的可持續發展，必須將降低海區氮、磷營養水平作為首要目標。可控制和削減直排入海污染，通過栽培大型海藻等生物修復手段降低水體中已有營養物質，從而優化水體，確保健康養殖[20-22]。

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