銅合金圍欄養殖大黃魚海域水質綜合評價與分析

李 磊，平仙隱，王魯民，黃 艇，王 磊，劉永利，蔣 玫，宋 煒

(1. 中國水產科學研究院東海水產研究所，上海 200090；2. 美國國際銅專業協會上海代表處，上海 200020)

由于國內外傳統作業漁場漁業資源嚴重衰退，海洋捕撈正逐漸由傳統開發型向資源養護管理型轉變，而由于水產養殖行業對現有資源的競爭加劇，再加上規模效益的需求以及提升單位面積生產力的驅動等原因，水產養殖正逐漸向集約化的網箱養殖發展，目前網箱養殖業已在挪威、智利、中國、日本等世界主要漁業國家廣泛開展[1]。我國海水網箱養殖技術的研究與開發起始于1970年代，并在過去的20多年里得到了迅速發展，迄今為止，我國各種類型的海水養殖網箱總數已超過100×104個，其中大型深水抗風浪網箱有3000多個，海水網箱養殖的魚類有30多種，年產量約30 ×104t，海水網箱養殖已發展成為我國海水養殖的支柱產業之一[2-3]。網箱養殖模式具有高密度、高產量、低成本、高收益等特點，但由于傳統小型網箱抗風浪能力差，只能設置在避風條件較好的淺海內灣，大量的網箱集中于局部海區會造成海水流速減緩，同時由于缺乏安全、有效防止污損生物在網箱附著的方法，網箱附著生物繁多，導致網箱內外水體交換能力差，大量有機污染物無法得到有效的稀釋擴散，此外，網箱養殖高密度、高投餌的養殖方式，常常造成大量外源有機質的輸入，加劇水質惡化，局部海域的網箱養殖已成為影響海洋環境的新污染源[4]。

傳統海水養殖網箱的結構型式各有差別，但絕大多數傳統網箱都是竹竿、木板或鋼管結構的小型網箱。隨著深遠海養殖技術的發展，養殖范圍不斷從近岸海水養殖擴展到離岸海域中，大型圍欄養殖設施應運而生。這其中，銅合金圍欄養殖模式是在海洋工程技術結合銅合金網衣新材料養殖應用的基礎上發展起來的，養殖設施利用鋼管樁作為圍欄網衣支撐，連接水下銅合金編織網及水上合成纖維網衣組成圍欄主體，由于銅合金具有天然的“抑菌”特性，因此，由銅合金網衣構成的銅網箱具有抗海洋污損生物附著、防病抑菌、抗風浪等優點，是海水養殖業實現健康養殖的重要設施，目前已經在實際生產中應用[5-6]。

為了評估銅合金圍欄養殖海洋魚類對周邊海域的影響，本文選擇大黃魚(Larimichthyscrocea)銅合金圍欄養殖為研究對象，根據銅合金圍欄大黃魚養殖周期對圍欄設施及周邊海域的關鍵特征海洋環境因子進行了監測并對海水水質現狀進行了綜合評價，以期為促進銅合金圍欄養殖設施的推廣應用以及海水養殖的可持續發展提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

調查銅合金牧場式圍欄養殖區域面積約5 ×104m2，養殖對象為大黃魚，投放尾數約為70×104尾。在銅合金圍欄大黃魚養殖區及周邊海域共設置10個調查站位(圖1，表1)，根據大黃魚一個養殖周期(4-12月)，選擇2017年2月、6月、8月、10月在調查海域大潮期漲潮時進行采樣。使用有機玻璃采水器采集各個站位海水樣品，低溫冷凍保存，帶回實驗室分析，樣品的采集、保存、運輸、分析檢測均嚴格按照《海洋調查規范》(GB/T 12763.1-7-1998)[7]、《海洋監測規范》(GB 17378.1-7-2007)[8]進行。

圖1 監測站位示意圖Fig.1 Location of sampling stations

站位Sampling stations東經East longitude北緯North latitude1121°52′27″28°28′16″2121°52′07″28°28′07″3121°51′59″28°28′02″4121°51′51″28°27′57″5121°51′42″28°27′51″6121°51′32″28°27′45″7121°52′07″28°28′12″8121°52′11″28°28′08″9121°51′59″28°28′08″10121°52′05″28°28′04″

1.2 數據處理與評價方法

1.2.1 數據處理

為了定量反映各站位之間監測指標空間波動程度的大小差異，選用變異系數(coefficient of variation，CV)來表示它們變化程度的大小，變異系數計算公式如下[9]：

(1)

1.2.2 評價方法

利用內梅羅指數[10]評價方法對調查海域水體進行質量綜合評價，其計算公式如下：

(2)

式(2)中，P為內梅羅指數，Pmax、Pavg分別為單因子污染指數(Pi)的最大值與平均值。其中，單因子污染指數Pi的計算公式如下：

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(3)

式(3)中，Ci為第i類污染物的實測含量，Si為第i類污染物的評價標準。考慮到本調查海域的用途是養殖海域，因此參照《海水水質標準》(GB 3097-1997)[11]中的二類標準(第二類海水適用于水產養殖區、海水浴場、人體直接接觸海水的海上運動或娛樂區，以及與人類食用直接有關的工業用水區)作為水質評價標準。其中pH、溶解氧的單因子污染指數計算公式分別如下：

pH為：

(4)

(5)

(6)

式(4)～式(6)中，pHi、pHsu、pHsd分別為海水pH的實測值、標準上限(8.5)、標準下限(7.8)。

溶解氧為：

Pi=0(溶解氧≥8 mg·L-1)

(7)

(8)

(9)

內梅羅指數具體等級劃分標準見表2。

2 結果與分析

2.1 調查海域海水溫度、鹽度的季節變化

調查海域4次調查海水溫度范圍為11.6～27.7 ℃，平均值為21.5 ℃，2月溫度平均值最低，8月溫度平均值最高；4次調查海水鹽度范圍為26.4～33.1，平均值為29.4，10月鹽度平均值最低，8月鹽度平均值最高(表3)。溫度、鹽度的變異系數均較低，范圍為0.01～0.02之間，表明4次調查期間調查海域溫度、鹽度的分布比較均勻，沒有大的波動。

2.2 調查海域監測指標的分布與評價

圖2 2月份海水監測指標數值Fig.2 Values of monitoring indicators in February

表2 內梅羅污染指數劃分水體污染等級Tab.2 Water pollution degrees based on the Nemerow pollution index

表3 水體溫度、鹽度的季節變化Tab.3 Statistics of temperature and salinity in different seasons

圖3 6月份海水監測指標數值Fig.3 Values of monitoring indicators in June

圖4 8月份海水監測指標數值Fig.4 Values of monitoring indicators in August

圖5 10月份海水監測指標數值Fig.5 Values of monitoring indicators in October

2.3 調查海域水質綜合評價

利用內梅羅指數法對調查海域水質的綜合評價結果如表4所示。2月調查海域各個站位的內梅羅指數值(P值)范圍為0.49～0.80，平均值為0.60，其中2、3、10號站位海水水質均屬于Ⅱ類(較清潔)，其余站位海水水質均屬于Ⅰ類(清潔)；6月調查海域各個站位的內梅羅指數值(P值)范圍為0.63～2.33，平均值為1.21，其中1、5、6、7號站位海水水質均屬于Ⅱ類(較清潔)，其余站位海水水質屬于Ⅲ類(輕度污染)；8月調查海域各個站位的內梅羅指數值(P值)范圍為0.59～2.22，平均值為1.48，其中1號站位海水水質屬于Ⅰ類(清潔)、5、7號站位海水水質均屬于Ⅱ類(較清潔)，其余站位海水水質屬于Ⅲ類(輕度污染)；10月調查海域各個站位的內梅羅指數值(P值)范圍為0.65～2.58，平均值為1.69，其中5、6、7號站位海水水質均屬于Ⅱ類(較清潔)，其余站位海水水質屬于Ⅲ類(輕度污染)。

表4 內梅羅指數評價法水質評價結果Tab.4 Evaluation results of water quality by using the Nemerow pollution index

3 討論

海水網箱養殖是我國養殖產業的重要組成部分，但傳統的網箱養殖受制于材料的抗風浪強度等因素，多集中于港灣等水流交換不暢的區域，網箱網衣生物附著量大，阻塞網眼，進一步減弱了網箱內外水體的交換，此外，出于成本、利潤等方面的經濟利益驅動，網箱養殖密度通常遠高于養殖海域的環境容量，養殖生物的內源性排泄物和人工投喂的顆粒飼料、魚糜、雜魚等殘餌帶來的外源性污染物均無法通過水流交換得到有效的稀釋，最終導致網箱養殖海域環境質量下降，并可能引起養殖生物病害頻繁發生、死亡等一系列連鎖反應，形成惡性循環。

從本次調查的結果可以看出，在大黃魚的非養殖時間段(2月)調查海域的水質水平整體上屬于清潔(Ⅰ)或者較清潔(Ⅱ)狀態，而在養殖大黃魚的養殖時間段(6月、8月、10月)調查海域的水質情況整體下降，海水水質評價結果分布表現為以圍欄為污染高值中心，向外緣污染逐漸下降，圍欄核心區域水質水平基本屬于輕度污染(Ⅲ)狀態，在離圍欄較遠的5號及6號站位，隨著海水的稀釋作用，海水水質水平基本恢復到清潔(Ⅰ)或者較清潔(Ⅱ)狀態(表3)。調查海域海水水質評價結果的分布趨勢主要與海水的潮流方向和稀釋擴散作用有關，但與傳統網箱養殖模式相比較[2]，銅合金圍欄養殖模式的稀釋作用更顯著，能夠在較短距離內將內源性、外源性污染物最大稀釋。這主要取決于銅合金網衣的優越性能，首先銅合金網衣編制的網箱抗風浪能力強，因此網箱能夠選址在水流強勁的離岸海域，其次由于銅合金網衣表面無附著生物附著，網眼通透，進一步改善了水體交換狀況，再加上銅合金網衣的天然“抑菌”特性，能夠在最短距離內最大程度的將污染物稀釋擴散，極大改善養殖水域的環境狀況。

銅合金網箱養殖優越性顯著，但從本研究的結果看，并沒有從根本上解決養殖帶來的污染問題。這幾年，一種基于生態系統水平管理的可持續發展的海水養殖模式-多營養層次綜合養殖(integrated multi-tropic aquaculture，IMTA)目前正成為國際上學者們大力推行的養殖理念[12-15]。這種養殖模式的理論基礎在于由不同營養級生物組成的綜合養殖系統，系統中投餌性養殖單元產生的殘餌、糞便、營養鹽等有機或無機物質成為其它類型養殖單元(如濾食性貝類、大型藻類、腐食性生物)的食物或營養物質來源，將系統內多余的物質轉化到養殖生物體內，達到系統內物質的有效循環利用，在減輕養殖對環境的壓力的同時，提高養殖品種的多樣性和經濟效益，促進養殖產業的可持續發展[16]。

4 小結

1)大黃魚的非養殖時間段調查海域的水質水平整體上屬于清潔(Ⅰ)或者較清潔(Ⅱ)狀態，養殖大黃魚的養殖時間段(6月、8月、10月)調查海域養殖核心區的水質整體上處于輕度污染(Ⅲ)狀態；

2)大黃魚圍欄養殖海域水質分布以圍欄為高值中心，向外緣逐漸下降，水流的稀釋擴散是其主要動力，銅合金養殖網箱可以改善養殖海域的水質狀況，新材料結合多營養層次綜合養殖模式是未來養殖發展的方向。