海州灣大竹蟶種質資源保護區生態環境質量分析與評價*

尚聰聰 肖 慧 朱 琳 夏 斌陳碧鵑① 崔正國 唐學璽,3 曲克明

(1. 中國海洋大學海洋生命學院 青島 266003；2. 中國水產科學研究院黃海水產研究所農業農村部海洋漁業可持續發展重點實驗室 山東省漁業資源與生態環境重點實驗室 青島 266071；3. 青島海洋科學與技術試點國家實驗室海洋生態與環境科學功能實驗室 青島 266071)

水產種質資源保護區是指為保護水產種質資源及其生存環境，在具有較高經濟價值和遺傳育種價值的水產種質資源的主要生長繁育區域(即產卵場、索餌場、越冬場以及洄游通道等)，依法劃定并予以特殊保護和管理的水域、灘涂及其毗鄰的島礁、陸域等(農業部, 2011)。近年來，工程建設、環境污染等大量占用、破壞重要漁業生物棲息地，嚴重影響到漁業可持續發展和國家生態文明建設。自2007 年起我國積極推進水產種質資源保護區的建立，目前，全國已劃定水產種質資源保護區535 處(農業農村部, 2018)。建立水產種質資源保護區是協同推進經濟發展和資源環境保護的有效舉措，對維護漁業生物資源和水域生態健康具有重要意義。

為了掌握保護區生態環境質量狀況，同時，為保護區管理部門制定和調整管理措施提供科學依據，使水產種質資源及其棲息環境得到有效的保護，對保護區生態環境質量狀況進行監測和評價是十分重要的。目前，已對國家級水產種質資源保護區開展了一系列生態環境調查、監測和綜合質量評價。夏斌等(2010)、崔毅等(2013)和滕瑤等(2018)對靖海灣松江鱸魚(Trachidermus fasciatus)國家級水產種質資源保護區開展了多年連續監測和環境質量綜合評價。結果表明，該海域長期處于富營養化狀態且有機污染嚴重。袁健美等(2013)報道了呂泗漁場小黃魚(Larimichthys polyactis)、銀鯧(Pampus argenteus)國家級水產種質資源保護區春、夏季環境因子水平，監測結果表明，水體中懸浮物、無機氮(DIN)和磷酸鹽(PO4-P)超標嚴重，與歷史資料相比，該海區富營養化程度加劇。徐衡等(2016)監測和評價了樂清灣泥蚶(Tegillarca granosa)國家級水產種質資源保護區水質及沉積物質量狀況，表明該保護區綜合水質為良，優于樂清灣北部海水養殖區的水質狀況，但沉積物中Cu、Zn、Cr 和糞大腸菌群超標。

海州灣大竹蟶(Solen grandis)國家級水產種質資源保護區，由農業部于2007 年12 月12 日批準建立，主要保護對象為海珍品——大竹蟶。夏斌等(2014)研究表明，2008～2013 年夏季海州灣水產種質資源保護區海水環境質量均符合國家Ⅰ類海水水質標準，屬于尚清潔等級，但近年來，對海州灣保護區海水環境質量狀況的研究尚未見報道。本研究根據2018 年5 月和8 月對海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區的生態環境監測數據，運用綜合質量指數法對海州灣保護區的海水環境質量進行綜合評價，并從水體營養狀況和有機污染狀況等不同角度對該海域的海水水質狀況進行分析，旨在及時掌握海州灣漁業水域的生態環境質量狀況，為海州灣水產種質資源保護提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域

海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區位于山東省日照市東港區鄰近的黃海海域。該保護區總面積為42.88 hm2，其中，核心區面積為15.20 hm2，實驗區面積為 27.68 hm2。核心區特別保護期為每年4～7 月。該海域海水水質清澈，海底底質為泥砂質，生態環境良好，是大竹蟶天然資源集中生長繁殖的重要場所。

1.2 站位布設與采樣時間

在海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區內共布設5 個調查站位進行海洋環境調查。其中，1～4號站位于核心區與實驗區交界處，5 號站位于核心區(圖1)。采樣時間分別為2018 年5 月(春季)和8 月(夏季)，分別為核心區特別保護期中和保護期后。

圖1 海州灣保護區調查站位Fig.1 Location of sampling sites in Haizhou Bay

1.3 測定參數與分析方法

海水樣品使用Niskin 采水器進行采集，采樣層次為表層。檢測項目包括水溫、鹽度、pH、溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、DIN、PO4-P、Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As 以及石油類。所有樣品的采集、現場處理及檢測分析均依據《海洋監測規范》(GB17378.4-2007)中所規定的方法執行。其中，溫度、鹽度及pH 使用YSI 多參數分析儀(556MPS, 美國)現場測定；DO 采用碘量法測定；COD 采用堿性高錳酸鉀法測定；亞硝酸鹽采用萘乙二胺分光光度法測定；硝酸鹽采用鋅–鎘還原法測定；銨鹽采用次溴酸鹽氧化法測定；PO4-P 采用磷鉬藍分光光度法測定；Cu、Zn、Pb、Cd 采用原子吸收分光光度法測定；Hg、As采用原子熒光分光光度法測定；石油類采用熒光分光光度法測定。

1.4 評價方法與標準

1.4.1 綜合質量指數法 綜合質量指數法能很好地反映某一海域環境綜合質量(賈曉平等, 2003)，評價公式：

式中，Q 為綜合質量指數，n 為環境因子項數，Pi為環境因子的污染指數，Ci為環境因子實測值，Cs為環境因子評價標準值。

由于海水pH 的評價標準是一個范圍，其污染指數計算公式(崔毅等, 2013)如下：

式中，Si,pH為第i 站pH 的質量指數，pHi為第i站pH 實測值，pHsu為pH 評價標準上限，pHsd為pH評價標準下限。

海水中DO 含量隨污染程度的增大而減少，其污染指數計算公式(崔毅等, 2013)如下：

式中，Si,DO為第i 站DO 的質量指數，DOf為相同溫度相同鹽度條件下，DO 的飽和濃度值(mg/L)，DOi為DO 的實測濃度(mg/L)，DOs為DO 的評價標準值(mg/L)。

本研究調查海域位于海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區內，采用《海水水質標準》(GB 3097-1997)Ⅰ類標準作為評價標準值，綜合質量指數與環境分級的關系見表1(夏斌等, 2014)。

1.4.2 富營養化指數法 海水營養水平采用富營養化指數評價，該方法是目前應用較為廣泛的一種方法，其計算公式(鄒景忠等, 1983)為：

式中，E 為富營養化指數，CODi為第i 站化學需氧量(mg/L)，DINi和PO4-Pi分別為第i 站DIN 和PO4-P 的實測濃度(μg/L)。當0＜E＜0.5 時，海水為貧營養；0.5≤E＜1 時，海水為中營養；E≥1 時，海水呈富營養化，且E 值越高，海水富營養化程度越嚴重。

表1 綜合質量指數與環境分級關系Tab.1 The relationship between comprehensive quality index and environmental classification

1.4.3 有機污染指數法 采用有機污染指數法評價海水有機污染程度，其計算公式(蔣國昌等,1987)為：

式中，A 為有機污染指數，CODi和DOi分別為第i 站COD 和DO 的實測值(mg/L)，DINi和PO4-Pi分別為第i 站DIN 和PO4-P 的實測值(μg/L)，CODs、DINs、PO4-Ps和DOs分別為對應因子的Ⅰ類《海水水質標準》(GB3097-1997)評價值。依據有機污染分級標準(表2)(蔣國昌等, 1987)評價以上公式計算結果。

表2 有機污染指數與海水有機污染等級關系Tab.2 The relationship between organic pollution index and organic pollution classification in seawater

2 結果與討論

2.1 海水中環境因子的含量水平

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2018 年春季和夏季，海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區海水中相關環境因子的含量見表3。從表3 可以看出，2018 年春季和夏季表層海水鹽度的變化范圍分別為30.02～30.23 和28.06～28.11，平均值分別為30.13 和28.08。根據我國《海水水質標準》(GB 3097-1997)有關規定，海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區的海水水質應符合第Ⅰ類海水水質標準。實際調查數據顯示，2018 年春季2 號站和夏季5 號站的DIN 含量略超出Ⅰ類海水水質標準限值(分別超出1.51%和0.16%)，其他監測因子均符合Ⅰ類海水水質標準，表明海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區的海水水質較好。該結果與2008～2013 年夏季海州灣保護區的海水環境質量評價結果較為相似(夏斌等, 2014)，其中，DIN 含量有所升高，PO4-P、Zn、Cd 和As 含量有所下降。與靖海灣松江鱸魚國家級水產種質資源保護區近年的海水環境質量(滕瑤等,2018)相比較，海州灣保護區的pH、DO 水平較高，營養鹽、重金屬含量水平較低。這可能有2 個原因，一是相比于靖海灣保護區，海州灣保護區離陸地較遠，受陸源排污影響較小；二是靖海灣為半封閉海灣，而海州灣為半開闊海灣，后者的海水交換能力和自凈能力更強。

2.2 海水綜合質量評價

基于海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區環境因子指標(表3)，運用綜合質量指數法對該保護區的生態環境質量進行綜合評價見圖2。從圖2 可以看出，2018 年春季海州灣調查海域海水綜合質量指數范圍是0.31～0.39，平均值為0.34；夏季海水綜合質量指數范圍是0.34～0.38，平均值為0.36。從調查時間分析，海州灣保護區海水綜合質量指數春季＜夏季。從調查站位分析，2018 年春季和夏季各站位間海水綜合質量指數相差較小。總體而言，2018 年海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區綜合質量指數均處于0.31～0.39 之間，平均值為0.35，根據綜合質量指數與環境分級關系(表1)，判定調查海域海水質量等級為尚清潔。與歷史調查數據比較，2008～2013 年海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區綜合質量指數為0.33～0.68，同為尚清潔等級(夏斌等, 2014)，表明近年來海州灣保護區環境質量保持較好。賈曉平等(2003)研究表明，綜合評價得出廣西北部灣漁場的海水環境綜合質量指數為0.45，海州灣保護區綜合質量指數與北部灣漁場水平相當，海水環境綜合質量較好，有利于保護大竹蟶的生長和繁殖。

圖2 2018 年海州灣調查站位的綜合質量指數Fig.2 The comprehensive quality index of eachstation in Haizhou Bay in 2018

2.3 營養狀況評價

海水中的N、P 等營養鹽是浮游植物生長、繁殖所必需的物質，也是限制初級生產力的關鍵因子。2018 年春季，海州灣調查海域N/P 值為27.40～88.18，平均值為 58.97；夏季海州灣調查海域 N/P 值為43.80～132.05，平均值為87.97。2018 年海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區N/P 值均大于Redfield系數(Redfield, 1958)，平均值為73.47，表明該海域營養鹽結構為磷限制。調查數據顯示，該海域海水中PO4-P 含量(表3)遠低于浮游植物正常生長所必需的含量(17.98 μg/L)(郭衛東等, 1998)，可能成為影響浮游植物生長繁殖的限制因子。夏斌等(2014)研究表明，2008～2013 年海州灣保護區的N/P 值為16.44～91.62，平均值為51.67。與本研究2018 年對海州灣保護區的調查結果相似，海州灣保護區N/P 值遠大于Redfield比值且PO4-P 含量偏低，可能會影響浮游植物種群結構特征，進而干擾整個生態系統(趙玉庭等, 2016)，對大竹蟶的生長產生潛在的不利影響。總體來看，海州灣大竹蟶保護區近10 年來營養鹽結構失衡狀況日趨嚴重，這與我國近岸海域N、P 營養鹽結構失衡嚴重結論相一致(孫偉等, 2016)。

2018 年海州灣保護區海水中DIN 出現超標，而PO4-P 含量缺乏，進一步使用富營養化指數對該海域的營養狀況進行綜合評價。結果表明，2018 年春季海州灣調查海域富營養化指數的變化范圍為0.05～0.27，平均值為0.12；夏季海州灣調查海域富營養化指數為0.07～0.22，平均值為0.12。總體來看，2018 年所有調查站位富營養化指數均＞0.5，海水為貧營養狀況。賈曉平等(2003)評價了廣西北部灣漁場海水富營養化指數范圍為0.003～0.083，平均值為0.022，海水處于貧營養狀態，與本研究調查結果相似。胡益峰等(2015)研究了浙江嵊泗馬鞍列島國家級海洋特別保護區的富營養化指數范圍為1.29～4.65，該海區在不同季節均呈富營養化，且富營養化程度較嚴重。海州灣大竹蟶保護區海水營養水平與天然漁場相似，水質較好，主要得益于海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區的建立，更好地保護了該海域的水質，為大竹蟶提供了良好的棲息環境。

2.4 有機污染評價

根據有機污染評價方法計算得出海州灣保護區的有機污染指數。2018 年春季海州灣調查海域有機污染指數為–0.24～0.57，平均值為0.13；夏季海州灣調查海域有機污染指數為0.54～0.81，平均值為0.64。總體而言，2018 年海州灣大竹蟶國家級水產種質資源保護區有機污染指數的平均值為0.39。從調查時間分析，海州灣保護區有機污染指數春季＜夏季。從調查站位分析，春季1 號站和5 號站A＜0，屬于良好等級，春季其他站位和夏季各站位0＜A＜1，屬于較好等級。有機污染指數表明，海州灣保護區有機污染程度較輕。對比富營養化指數和有機污染指數2 種評價方法。結果表明，海州灣保護區海水水質較好，富營養化程度和有機污染程度輕微。與其他海域相比，2012～2013 年浙江嵊泗馬鞍列島保護區有機污染指數為3.31～4.53，屬中度及重度污染(胡益峰等, 2015)。2013 年萊州灣海域(包括單環刺螠近江牡蠣國家級水產種質資源保護區)有機污染指數平均值為1.61，開始受到有機污染(趙玉庭等, 2016)。2014～2016 年靖海灣松江鱸魚保護區有機污染指數的變化范圍為4.66～9.23，處于嚴重污染狀態(滕瑤等, 2018)。

3 結論

2018 年海州灣大竹蟶保護區海水綜合質量指數范圍為0.31～0.39，海水質量等級為尚清潔。核心區和實驗區內各調查站位間海水綜合質量指數變化較小。與2008～2013 年調查數據相比，海水綜合質量指數有所下降，表明近年來海州灣保護區環境質量保持較好。

從營養結構分析，2018 年海州灣保護區營養鹽結構為磷限制，海水中較低的PO4-P 含量成為影響浮游植物生長繁殖的限制因子。根據富營養化評價，2018 年海州灣保護區內各調查站位富營養化指數均小于0.5，海水為貧營養狀況。根據有機污染評價，2018 年海州灣保護區有機污染指數為–0.24～0.81，表明該水域有機污染程度較輕。