清海退養前后近海水域水質變化分析研究
——以福建省羅源灣為例

吳如林，謝蓉蓉，張夢露

（1.福建師范大學環境科學與工程院，福建 福州 350007；2.福建師范大學福建省污染控制與資源循環利用重點實驗室，福建 福州 350007）

海灣是深入陸地形成明顯水曲的海域，海灣除包括水域部分外，還應包括水域周邊的陸域部分，故可以將海灣看成由海水、水盆、周邊和空域共同組成的綜合地貌體[1]。由于海灣地區處于陸地和海洋之交的紐帶地位和優越的開發環境，海產養殖在其中逐漸興起。近年來，隨著漁業產業的快速發展，飼養規模和數量在不斷擴大，在促進行業發展的同時也帶來了一系列的污染問題[2]。據2019年國家統計局公開資料顯示，2018年全國海水產品產量約為3301.43萬t，其中養殖為2031.22萬t，約占總產量的61.5%，其中福建的海產養殖為783.89萬t，約占全國海產養殖的38.6%。海產養殖過程中魚蝦貝類的排泄物和殘余餌料、碎屑已成為重要污染源，導致養殖區水質無機氮和活性磷酸鹽超標，因此，海產養殖的大規模增長同時也導致了近海養殖區海水富營養化[3]。養殖規模的增長使海產品養殖區、增殖區水質多年以來處于較差水平，并且排污量呈現顯著上升趨勢，被污染海水所占比例逐年上升，因此，海水養殖污染狀況不容樂觀[4]。

羅源灣位于福建省沿海東北部，閩江口以北約50 km，是全國少有的天然深水港灣，為福建省六大深水港灣之一。羅源灣形似倒葫蘆狀，北臨鑒江半島和三都澳， 南隔黃岐半島，東起可門口，向西深入羅源縣與連江縣境內中部[5]。羅源灣周邊可耕地極少，水產養殖為主要經濟產業，水產銷量一度占到福州水產品市場的五分之一，大量的當地人口加入養殖產業導致養殖密度增大，海水污染嚴重[6]。根據《福建羅源灣環境容量與海洋生態保護規劃研究報告》，羅源灣內主要養殖貝類（太平洋牡蠣、鮑魚）、藻類（海帶、紫菜）、魚（大黃魚、真繃）、蝦（長毛對蝦、沙蝦、南美北對蝦）等。由于羅源灣局部海域海水富營養化問題日益突出，陸源性污染物排放問題未得到有效控制，無機氮和活性磷酸鹽污染較重[7]。1998年后羅源灣海產養殖大量發展，養殖投餌造成了灣內的氮磷含量超標。此后，2000年[8]、2001年[9]、2004年[10]均出現富營養化的現象。 根據福建省海洋功能區劃，羅源灣重點發展港口航運、臨港工業。2015年3月，退養工作啟動，福州市要求羅源灣實施全面退養，包括松山和碧里2個鄉鎮的13.4萬標準網箱養殖，涉及31個村5.08萬人[11]。至2018年6月底，羅源灣海域退養面積約84 km2，其中，各類網箱約13.4萬標準箱，藻類、吊蠣近20 km2，退養工作基本結束[12]。

圖1 羅源灣2015和2019養殖面積

羅源灣2015年和2019年養殖面積如圖1，通過谷歌歷史影像目視解譯可得出2015年海產養殖網箱面積約為131.9 km2，2019年面積約為65.42 km2，5年間削減約一半的網箱面積。基于羅源灣近況，本研究將以此為例，探究退養前后水質的變化趨勢和規律，分析其變化原因，為今后水產養殖重點區域的退養活動提供一定參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

圖2 采樣點位圖

羅源灣在行政區劃上隸屬福州市，北岸屬羅源縣，南岸屬連江縣。根據海峽西岸經濟區規劃，列為福州港的深水外港。其海灣曲折，口窄腹大，總面積227 km2，水域面積214 km2，其中灘涂面積約117 km2，淺海面積88.7 km2。海灣內大小海島32個，岸線長24.75 km，海島面積1.49 km2。

1.2 數據來源

2015至2019年5年間羅源灣逐季的海水水質監測信息水質數據由福建省近海海域水質監測信息提供，水質指標包括無機氮(DIN)、活性磷酸鹽(DIP)、溶解氧(DO)、化學需氧量 (COD)。利用2015-4-29、2016-4-8、2017-4-6、2018-5-5、2019-5-17水質數據的平均值表征羅源灣豐水季水質特征；利用2015-7-15、2016-7-6、2017-7-13、2018-7-14、2019-8-27水質數據的平均值表征羅源灣平水季水質特征；利用2015-11-4、2016-10-9、2017-10-11、2018-9-17、2019-10-21水質數據的平均值表征羅源灣枯水季水質特征。所有樣本的采集及檢測分析按照GB 3097—1997《海水水質標準》中相應的方法。點位選取F1為羅源灣內（E119.7175，N26.4328），F2為北茭（E119.975，N26.4000），見圖2。

1.3 數據分析方法

⑴ 單因子污染指數法是通過評價標準對單項指標進行逐項分析評價，通過指數計算，選取各因子中最大類別為樣本的總體評價結果。該方法計算方式簡單、結果清晰，可以容易判斷評價區主要污染因子及污染狀況，目前廣泛地運用于環境評價領域。采用單因子污染指數法[13]對羅源灣的水質進行評價，將DIN、DO、DIP、及COD濃度值與評價標準對比，給出各評價因子的超標倍數，計算公式為：

式中: Si為單因子污染指數，當 Si＞1，表明該水質指標超過了規定的水質標準限值，Si越大表明相應指標超標越嚴重；ρi為某一水質指標質量濃度的實測值；ρso為某一水質指標質量濃度的標準值。

⑵ 有機污染指數法[14]是根據DIN、DO、DIP、及COD這4項指標的等表指數的和來判斷水質，其計算公式為：

表1 2015～2019年羅源灣海域DIN、DO、DIP、COD濃度及各指標單因子污染指數

式中A為有機污染指數，A＞4 為重污染，3＜A≤4為中污染，2＜A≤3 為輕污染，A≤2為清潔。根據《福建省海洋功能區劃（2011—2020年）》，羅源灣執行海水Ⅱ類標準[15]，則ρS1(DIN)=0.3 mg/L，ρS1(DIP)=0.03mg/L，ρS1(COD)=3 mg/L，ρS1(DO)=5 mg/L。

2 結果與討論

2.1 2015～2019年羅源灣海域水質變化趨勢

基于2015～2019年水質監測信息，各監測站位無機氮、溶解氧、活性磷酸鹽和化學需氧量5年各水季的數值、超標倍數及有機污染指數見表1，各水質指標年平均濃度變化趨勢見圖3。

由表1可見，羅源灣內在過去5年DIN的平均濃度值為0.32 mg/L，達到海水II類標準，羅源灣外的平均濃度值為0.18 mg/L，達到海水I類標準；灣內DO的平均濃度值為6.81 mg/L，灣外的平均濃度值為6.98 mg/L，均達到海水I類標準；灣內DIP的平均濃度值為0.03 mg/L，達到海水II類標準，羅源灣外的平均濃度值為0.01 mg/L，達到海水I類標準；灣內COD的平均濃度值為0.57 mg/L，灣外的平均濃度值為0.53 mg/L，均達到海水I類標準。其中影響羅源灣水質的主要污染因子是無機氮和活性磷酸鹽。

圖3 羅源灣2015～2017灣內外各水質指標平均濃度

由圖3可見，在實行全面退養政策之后，羅源灣內的DIN全年平均濃度呈現明顯的下降趨勢，在2017年達到最低值，灣內外平均濃度分別為0.21 mg/L、0.14 mg/L，羅源灣外因其接近于外海濃度得到稀釋呈較為平緩的下降趨勢；羅源灣內外的DO全年平均濃度在2016年位于最低值，灣內外平均濃度分別為6.21 mg/L、6.47 mg/L，而后又呈現上升趨勢；羅源灣內的DIP全年平均濃度在2015～2019呈現逐年下降的趨勢，在2019年的濃度已達到0.02 mg/L，而羅源灣內則出現逐年上升的趨勢，因為灣外的濃度受外海外來性DIP濃度的影響；羅源灣內的COD全年平均濃度在2015～2017期間呈現上升趨勢，在2017達到峰值0.78 mg/L，之后呈現明顯下降趨勢，而在羅源灣外則是比較平緩的上升。

2.2 羅源灣水質不同水季的分布特征

選取2015～2019期間豐水期、平水期、枯水期的平均值得出圖4。由圖可知，羅源灣內外DIN的平均濃度均呈現枯水季最高，豐水季次之，而平水期呈現最低；羅源灣灣內DO的平均濃度在枯水期最高，豐水季次之，平水期最低，灣外則是豐水季最高，枯水季次之，平水季最低；羅源灣內外DIP的平均濃度均在枯水季最高，其余2水季相同；羅源灣內COD的平均濃度同樣是在枯水季最高，豐水季次之，平水季最低。總體呈現枯水季高于豐水季高于平水季。

圖4 羅源灣水質不同水季分布特征

2.3 富營養化評價結果

由富營養化評價結果（見表1）可知，羅源灣在2015年到2019年的有機污染指數A值均值分別為3.8、2.9、2.8、3.0、2.9，實現了從中污染到輕污染的轉變。2015年羅源灣水質僅符合海水Ⅳ標準，2016年和2017年水質符合海水Ⅲ標準版，2018年和2019年水質符合海水Ⅱ標準。由此可見，羅源灣的退養工作對于灣內水質的改善有積極作用。

依據富營養化分級標準[16]的評價結果表明，羅源灣海域在2015年營養程度達到氮限制性中度潛在性營養水平，接近富營養化水平；在2016年達到中度營養；在2017年達到貧營養；在2018年和2019年都是中度營養。N/P呈現上升趨勢，但整體富營養化呈現好轉趨勢。

3 成因分析

在海水養殖過程中，人工合成餌料的投入、殘餌的分解、生物排泄物的產生、使用的藥物等，都使養殖水富含各種營養物質[17，18]，養殖過程中所投放的餌料，除去生物生長、能量消耗等生理代謝外，剩余的餌料相當一部分進入大海。以養蝦為例，即使是管理最好的對蝦養蝦場，也有約30%的餌料未被攝食，殘餌溶失的氮、磷營養物質是蝦池及其鄰近淺海的主要污染物[19]。羅源灣在進行全面退養之后，隨著海產養殖量的逐年減少，由海產養殖帶來的水質問題也進一步得到改善。

不同水季之間的分布呈現枯水季最高，豐水季次之，平水季最低的現象，這是由于海產養殖在枯水季為投苗期[20]，投加的飼料等會污染水體，而平水季的夏季水溫升高，海產品會降低對營養物質的需求，投加飼料的減少會降低對水體的污染[21]。

4 結論

⑴ 自2015年退養活動開展后，羅源灣水質得到明顯改善，羅源灣內DIN、DIP濃度分別在2017、2019年達到最低，平均濃度分別為0.21 mg/L、0.02 mg/L，比污染最嚴重的2015年分別下降約46%、68%。COD在2015～2017年上升后呈現明顯下降趨勢，但是，海灣外因受外海稀釋，總體呈下降趨勢且幅度較為平緩。

⑵ 退養活動對近海海域富營養化情況也有一定改善作用。2015年，羅源灣氮含量達限制性中度潛在性營養水平，總體接近富營養化，此后逐漸向中度營養、貧營養程度轉變，2018、2019年都保持在中度營養水平。N/P略有上升但整體情況有所好轉。

⑶ 在同一年不同水季之間的水質變化不同，具體表現為枯水季高于豐水季高于平水季。