秦皇島近岸海域赤潮生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

薛祥生，宋 倫，付志璐

( 1.中國(guó)海洋大學(xué)，山東 青島 266003； 2.秦皇島市海洋和漁業(yè)局，河北 秦皇島 066000；3.遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院，遼寧 大連 116023； 4.廣西民族大學(xué)，海洋生物資源保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530008 )

赤潮是最常見(jiàn)的生態(tài)災(zāi)害，其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)在生物毒素影響水產(chǎn)品質(zhì)量安全，導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)大量死亡、水體缺氧[1]。某些有毒赤潮生物能夠分泌麻痹性貝毒、腹瀉性貝毒、神經(jīng)性貝毒、記憶缺失性貝毒、蝦夷扇貝毒素，以及雪卡毒素(西加魚(yú)毒素)、刺尾魚(yú)毒素等，會(huì)導(dǎo)致貝類(lèi)或魚(yú)類(lèi)染毒，進(jìn)而引發(fā)水產(chǎn)品質(zhì)量安全事件[2-5]；另外，一些有毒赤潮生物能分泌溶血性毒素，可致魚(yú)類(lèi)大量死亡，而赤潮生物死亡分解時(shí)會(huì)消耗大量溶解氧，造成魚(yú)蝦因缺氧而大量死亡；還有些赤潮生物分泌的黏液會(huì)堵塞魚(yú)蝦的鰓部，致其窒息死亡，從而對(duì)漁業(yè)生產(chǎn)和水產(chǎn)養(yǎng)殖造成重大經(jīng)濟(jì)損失[6-7]。

秦皇島海域是渤海赤潮多發(fā)區(qū)[8-9]，為查明秦皇島海域赤潮災(zāi)害的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，提高防災(zāi)減災(zāi)工作的針對(duì)性和有效性，筆者優(yōu)化了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，以評(píng)價(jià)秦皇島近岸海域赤潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)狀況，旨在為海洋生態(tài)災(zāi)害管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 評(píng)價(jià)方法

1.1 模型選取

赤潮生態(tài)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)參考自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有關(guān)模式進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)需要定義災(zāi)害規(guī)模和發(fā)生頻率的有關(guān)指標(biāo)以及反映承載體人口、財(cái)產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的指標(biāo)，并獲取對(duì)應(yīng)的資料[10]。赤潮生態(tài)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基本模型：風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)=危險(xiǎn)度×易損度[11]。

HR=HH×HV

(1)

式中，HR表示赤潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，HH表示赤潮危險(xiǎn)度，HV表示赤潮易損度。

1.1.1 危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型

赤潮危險(xiǎn)度模型評(píng)價(jià)模型為：

HH=αH1+βH2

(2)

式中，HH表示赤潮危險(xiǎn)度，α表示致災(zāi)因子在危險(xiǎn)度評(píng)估中的權(quán)重值，β表示孕災(zāi)因子危險(xiǎn)度在危險(xiǎn)度評(píng)估中的權(quán)重值；α、β利用層次分析法確定[11]。

其中致災(zāi)因子危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型：

(3)

式中，H1表示赤潮致災(zāi)因子危險(xiǎn)度，ai表示致災(zāi)因子危險(xiǎn)度評(píng)估中第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，其值利用層次分析法確定，F(xiàn)i為致災(zāi)因子危險(xiǎn)度評(píng)估中第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)度值[11]。

孕災(zāi)因子危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)模型：

(4)

式中，H2表示孕災(zāi)環(huán)境因子危險(xiǎn)度，bi表示孕災(zāi)環(huán)境因子危險(xiǎn)度評(píng)估中第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，其值利用層次分析法確定，Mi為孕災(zāi)環(huán)境因子危險(xiǎn)度評(píng)估中第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)度值[11]。

1.1.2 易損度評(píng)價(jià)模型

赤潮易損度評(píng)價(jià)模型為：

(5)

式中，HV表示易損度，ci表示易損度評(píng)估中第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重值，Ni為易損度評(píng)估中第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)度值，由海域使用類(lèi)型的價(jià)值決定[11]。

1.2 指標(biāo)選取

指標(biāo)選取的原則主要遵循代表性、簡(jiǎn)明性、可操作性強(qiáng)的原則，主要考慮能反映赤潮災(zāi)害的密切關(guān)聯(lián)指標(biāo)，如赤潮面積、持續(xù)時(shí)間、赤潮藻毒性以及孕災(zāi)環(huán)境因子營(yíng)養(yǎng)指數(shù)等[12-13]。

1.2.1 危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)指標(biāo)

(1)赤潮面積綜合指數(shù)(A)：指評(píng)價(jià)單元近5年每次赤潮面積的等級(jí)賦值與統(tǒng)計(jì)期間該類(lèi)型赤潮發(fā)生次數(shù)占比的乘積之和，即：

(6)

式中，A1指發(fā)生面積≤100 km2的赤潮，賦值為1；A2指發(fā)生面積100 km21000 km2的赤潮，賦值為3。Ai%為評(píng)價(jià)單元統(tǒng)計(jì)期間Ai等級(jí)赤潮發(fā)生次數(shù)占總發(fā)生次數(shù)的百分比。

(2)赤潮年度持續(xù)時(shí)間(d/年)：評(píng)價(jià)單元近5年赤潮天數(shù)的年度均值。

(3)赤潮類(lèi)型綜合指數(shù)(T)：赤潮藻種類(lèi)型及其所占百分比的綜合指數(shù)，由評(píng)價(jià)單元內(nèi)每次赤潮的赤潮藻種類(lèi)型的賦值與統(tǒng)計(jì)期間該類(lèi)型赤潮發(fā)生次數(shù)占比的乘積之和，即：

(7)

式中，赤潮藻種類(lèi)型Ti分3類(lèi)，分別為無(wú)毒赤潮藻種T1、魚(yú)毒赤潮藻種T2、有毒赤潮藻種T3[14-15]，分別賦值1、2、3。Ti%為評(píng)價(jià)單元統(tǒng)計(jì)期間Ti類(lèi)型赤潮發(fā)生次數(shù)占比。

(4)營(yíng)養(yǎng)指數(shù)(E)：赤潮發(fā)生海域海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)背景值，營(yíng)養(yǎng)指數(shù)：

E=COD×DIN×DIP×106/4500

(8)

式中，E為評(píng)價(jià)單元近5年5、8月海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)，COD為海水中化學(xué)需氧量(mg/L)，DIN為海水中無(wú)機(jī)氮(mg/L)，DIP為海水中無(wú)機(jī)磷(mg/L)。

1.2.2 易損度評(píng)價(jià)指標(biāo)

指評(píng)價(jià)單元中敏感區(qū)面積的比例：評(píng)價(jià)單元中敏感區(qū)面積占評(píng)價(jià)單元面積的百分比，其中，敏感區(qū)指的是重要漁業(yè)海域(包括養(yǎng)殖區(qū)、產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)、洄游通道)和重要濱海旅游區(qū)，數(shù)據(jù)以目前海域?qū)嶋H使用情況為準(zhǔn)。根據(jù)中國(guó)漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，目前該海域敏感區(qū)面積按800 km2統(tǒng)計(jì)，評(píng)價(jià)單元面積按4000 km2統(tǒng)計(jì)[16]。

1.3 指標(biāo)體系及風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

赤潮生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)見(jiàn)表1。

表1 赤潮生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)

1.4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

赤潮危險(xiǎn)度為各危險(xiǎn)度指標(biāo)的加權(quán)平均值，易損度為各易損度指標(biāo)的加權(quán)平均值[17]。危險(xiǎn)度劃分為高、中、低3個(gè)等級(jí)，等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與顏色標(biāo)識(shí)見(jiàn)表2。

赤潮風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃等級(jí)劃分為低、中、高3個(gè)等級(jí)，風(fēng)險(xiǎn)矩陣見(jiàn)表3，等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與顏色標(biāo)識(shí)見(jiàn)表4。

表2 赤潮危險(xiǎn)度劃分及顏色標(biāo)識(shí)

表3 風(fēng)險(xiǎn)矩陣

表4 赤潮風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃等級(jí)劃分及顏色標(biāo)識(shí)

近5年赤潮發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、面積、致災(zāi)種等相關(guān)信息參考相關(guān)文獻(xiàn)[18-23]。

2 結(jié)果與分析

秦皇島近岸海域2013—2017年間共記錄發(fā)現(xiàn)赤潮28次，100 km2<赤潮發(fā)生面積≤1000 km2的赤潮2次，赤潮發(fā)生面積≤100 km2的赤潮26次。赤潮致災(zāi)種主要為夜光藻(Noctilucascintillans)、多環(huán)旋溝藻(Cochlodiniumpolykrikoides)、微小原甲藻(Prorocentrumminimum)、米氏凱倫藻(Kareniamikimotoi)、赤潮異灣藻(Heterosigmaakashiwo)等，大部分均含有毒素，海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)為1.5～1.8[24]，赤潮發(fā)生的敏感區(qū)域均為重要漁業(yè)海域、海水養(yǎng)殖區(qū)、海水浴場(chǎng)(表5)。

表5 2013—2017年秦皇島近岸海域赤潮災(zāi)害統(tǒng)計(jì)表

續(xù)表5

編號(hào)監(jiān)測(cè)初始日期監(jiān)測(cè)消失日期發(fā)生海域記錄最大面積/km2赤潮種類(lèi)252017-06-222017-06-27秦皇島東山浴場(chǎng)附近海域1.8紅色中縊蟲(chóng)262017-07-042017-07-12秦皇島附近海域1.6夜光藻、微小原甲藻、錐狀斯克里普藻(Scrippsiellatrochoidea)272017-08-092017-08-26秦皇島戴河口—金夢(mèng)海灣附近海域50叉狀角藻、血紅哈卡藻、紅色中縊蟲(chóng)282017-09-142017-09-23秦皇島湯河口—金山嘴附近海域18春膝溝藻(Gonyaulaxverior)、錐狀斯克里普藻

根據(jù)赤潮生態(tài)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估模型，秦皇島近岸海域赤潮風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域僅有1個(gè)高危險(xiǎn)度區(qū)域，其他主要風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域暫處于中危險(xiǎn)度和中風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)(表6、表7)。

表6 渤海西部海域赤潮危險(xiǎn)度劃分及顏色標(biāo)識(shí)

表7 秦皇島附近海域赤潮風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分及顏色標(biāo)識(shí)

3 討 論

3.1 評(píng)價(jià)模型可行性

目前，赤潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型主要是從赤潮災(zāi)害危險(xiǎn)度和海洋社會(huì)經(jīng)濟(jì)易損度兩方面進(jìn)行評(píng)估[25-26]，通過(guò)建立指標(biāo)體系進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。張曉霞等[10]基于赤潮災(zāi)害歷史資料建立了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)遼寧近岸海域赤潮災(zāi)害進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)大連市赤潮災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)遠(yuǎn)高于其他各市。建立的承災(zāi)體易損度評(píng)估模型的結(jié)果與赤潮災(zāi)害實(shí)際發(fā)生情況基本吻合[11]。

筆者所建立的赤潮生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型是在前期研究基礎(chǔ)上進(jìn)行了指標(biāo)優(yōu)化，精簡(jiǎn)了與赤潮災(zāi)害直接影響關(guān)聯(lián)較小的指標(biāo)，比如人員、社會(huì)指標(biāo)，所選指標(biāo)更能直接體現(xiàn)赤潮所造成的危害，選取的赤潮面積綜合指數(shù)、赤潮年度持續(xù)時(shí)間、赤潮類(lèi)型綜合指數(shù)、水環(huán)境營(yíng)養(yǎng)指數(shù)、所在敏感區(qū)面積的比例等指標(biāo)可直接反映赤潮災(zāi)害所造成的風(fēng)險(xiǎn)，所得結(jié)果與已發(fā)生的赤潮災(zāi)害進(jìn)行驗(yàn)證，與實(shí)際也相吻合，這說(shuō)明本研究構(gòu)建的評(píng)價(jià)模型更具可操作性。

3.2 新型赤潮的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

自2009年起，秦皇島近岸海域連年暴發(fā)微微型藻赤潮，最大面積達(dá)3400 km2，該種赤潮對(duì)貝類(lèi)養(yǎng)殖業(yè)影響巨大，可導(dǎo)致貝類(lèi)滯長(zhǎng)、最終大規(guī)模死亡。由于該赤潮致災(zāi)種個(gè)體微小(2～3 μm)，形態(tài)學(xué)鑒定較為困難，直至2012年才鑒定出該致災(zāi)種為抑食金球藻(Aureococcusanophagefferens)，屬棕鞭藻門(mén)、海金藻綱，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)破壞較為嚴(yán)重。目前已發(fā)現(xiàn)其在渤海遼東灣擴(kuò)散跡象，致災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較高，應(yīng)引起足夠的重視[28]。

3.3 赤潮頻發(fā)的主要原因

影響秦皇島海域赤潮頻發(fā)的環(huán)境因素有氮磷比、無(wú)機(jī)氮、磷酸鹽、化學(xué)需氧量和降水[29-32]。而這些因素主要來(lái)源于陸上、海上及大氣3個(gè)方面，其中陸源污染物是渤海污染的主要來(lái)源，約占80%以上。陸地污染源主要有工業(yè)廢水、城鎮(zhèn)(包括近岸旅游)生活污水、攜帶農(nóng)藥和化肥的入海徑流、沿海油田排污等；海上污染源主要有船舶排污、海上平臺(tái)排污、油輪泄漏、近岸水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水和海上的傾廢等；大氣污染源主要有空氣中許多自然物質(zhì)和污染物質(zhì)沉降等[8]。

3.4 赤潮災(zāi)害管理建議

建議在赤潮易發(fā)時(shí)段和易發(fā)海域加強(qiáng)監(jiān)視監(jiān)測(cè)工作，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)要素和水文氣象要素變化異常，具備赤潮暴發(fā)的可能條件時(shí)，及時(shí)向當(dāng)?shù)卣l(fā)布赤潮災(zāi)害預(yù)警。強(qiáng)化政府在赤潮管理方面的職能，加強(qiáng)對(duì)赤潮減災(zāi)和防災(zāi)工作的重視，加大對(duì)赤潮管理工作的投入。控制富營(yíng)養(yǎng)化物質(zhì)入海負(fù)荷量、嚴(yán)格控制陸源污染的入海總量，尤其是有機(jī)污染物的入海控制。