河北省海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)的時(shí)空變化特征

崔力拓,李志偉,胡克寒

(1.中國環(huán)境管理干部學(xué)院，河北 秦皇島 066004；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 海洋學(xué)院，河北 秦皇島 066003)

海水養(yǎng)殖歷來是河北省水產(chǎn)業(yè)重要的支柱產(chǎn)業(yè)。近年來，隨著河北省沿海經(jīng)濟(jì)和海水養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，如海岸工程、陸源污染物的排放、海洋船舶廢棄物以及養(yǎng)殖自身污染等,這些因素造成部分近岸海域污染逐步加劇，導(dǎo)致海水養(yǎng)殖環(huán)境不同程度的惡化[1-3]。海水養(yǎng)殖環(huán)境的惡化直接影響著海水養(yǎng)殖生物的生長(zhǎng)和繁殖，從而影響食品衛(wèi)生和人體健康。因此，研究河北省海水養(yǎng)殖環(huán)境質(zhì)量的變化特征，對(duì)今后改善河北省海水養(yǎng)殖的環(huán)境和調(diào)整養(yǎng)殖布局，使海水養(yǎng)殖業(yè)朝著健康的方向發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 樣品的采集與分析

于2000—2010年對(duì)河北省昌黎新開口淺海扇貝養(yǎng)殖區(qū)、撫寧南戴河扇貝養(yǎng)殖區(qū)、黃驊市的李家堡對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖區(qū)及馮家堡對(duì)蝦養(yǎng)殖區(qū)、唐山市的樂亭撈魚尖貝類養(yǎng)殖區(qū)及南堡貝類養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)(圖1)。每個(gè)養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)設(shè)7個(gè)站位，分別于每年的7、8、9月進(jìn)行3次監(jiān)測(cè)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析方法按照《海水增養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行[4]。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

按照科學(xué)性、主導(dǎo)性、可比性的原則，對(duì)6個(gè)養(yǎng)殖區(qū)42個(gè)監(jiān)測(cè)站位11年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，篩選出磷酸鹽( PO3-4-P)、無機(jī)氮(DIN)、Pb、Hg、Zn和COD 6項(xiàng)時(shí)間或空間變化明顯并對(duì)海水養(yǎng)殖環(huán)境影響嚴(yán)重的因子作為河北省海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)變化特征的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 水質(zhì)綜合評(píng)價(jià) 采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[5-7]。根據(jù)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，按模糊數(shù)學(xué)最大隸屬度原則,得到各年各養(yǎng)殖區(qū)的海水水質(zhì)級(jí)別。由于以隸屬度為參數(shù)的多單元海水水質(zhì)優(yōu)劣比較不能直接以最大的隸屬度作為比較標(biāo)準(zhǔn)，因此先以隸屬度為基礎(chǔ)，根據(jù)多單元水質(zhì)從優(yōu)到劣的排序原則引入一個(gè)海水水質(zhì)優(yōu)劣指數(shù)(Z)。其評(píng)價(jià)原理是首先確定海水水質(zhì)級(jí)別，以隸屬度的高低評(píng)價(jià)海水水質(zhì)的優(yōu)劣，再對(duì)同等隸屬度的海水水質(zhì)用該單元所屬等級(jí)的鄰級(jí)較劣級(jí)別的隸屬度來評(píng)價(jià)海水水質(zhì)的優(yōu)劣。最終得到的Z值整數(shù)位的值即為該單元海水水質(zhì)的等級(jí)，且Z值越大，水質(zhì)就越差[8-9]。計(jì)算方法為

Z=Ci+Di+1，當(dāng)Ci=1,2,3時(shí)，

Z=4， 當(dāng)Ci=4時(shí)，

其中：Z為海水水質(zhì)優(yōu)劣指數(shù)；Ci為該單元的水質(zhì)等級(jí)；Di+1為該單元水質(zhì)所屬等級(jí)鄰級(jí)較劣級(jí)別的隸屬度。

圖1 河北省海水養(yǎng)殖區(qū)調(diào)查站位Fig.1 The sampling stations in mariculture area in Hebei Province

1.3.2 海水養(yǎng)殖區(qū)各污染因子的分擔(dān)率 以《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097—2002)二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，采用綜合污染指數(shù)法計(jì)算各海水養(yǎng)殖區(qū)綜合污染指數(shù)Pj，計(jì)算方法如下：

Pj=∑mi=1Pi,

式中:Pi為各污染因子的污染指數(shù)；m為參與評(píng)價(jià)的污染因子的項(xiàng)數(shù)。

污染分擔(dān)率(Ki)為i項(xiàng)污染因子在諸污染因子中的分擔(dān)率,計(jì)算方法如下[10]：

Ki=Pi/Pj×100%。

2 結(jié)果與分析

2.1 海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)的時(shí)間變化特征

根據(jù)海水水質(zhì)模糊綜合評(píng)價(jià)方法和水質(zhì)優(yōu)劣指數(shù)計(jì)算方法，對(duì)河北省海水養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果見表1。

表1 海水水質(zhì)優(yōu)劣指數(shù)

從表1可見：2000—2010年河北省海水養(yǎng)殖區(qū)平均水質(zhì)優(yōu)劣指數(shù)為2.3293～3.4961，平均為3.1233，為三類水質(zhì)。2000—2007年除南戴河養(yǎng)殖區(qū)為二類水質(zhì)外，其他養(yǎng)殖區(qū)均為三類到四類水質(zhì)，水質(zhì)達(dá)標(biāo)率僅為16.7%，其中2003—2006年南堡、李家堡和馮家堡養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)均為四類，2007年黃驊市李家堡養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)有所好轉(zhuǎn)，但南堡、馮家堡養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)仍為四類水質(zhì)。2008年養(yǎng)殖區(qū)二類水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為50%，水質(zhì)優(yōu)劣指數(shù)為1.2415～4.0000，昌黎、南戴河和南堡養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)符合養(yǎng)殖用水標(biāo)準(zhǔn)，馮家堡養(yǎng)殖區(qū)仍為四類水質(zhì)。2009年養(yǎng)殖區(qū)二類水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為66.7%，水質(zhì)優(yōu)劣指數(shù)為1.2502～4.0000，昌黎、南戴河、南堡和樂亭養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)符合養(yǎng)殖用水標(biāo)準(zhǔn)，馮家堡養(yǎng)殖區(qū)仍為四類水質(zhì)。2010年養(yǎng)殖區(qū)二類水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為66.7%，水質(zhì)優(yōu)劣指數(shù)為1.0775～3.1342，昌黎、南戴河、南堡和樂亭養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)符合養(yǎng)殖用水標(biāo)準(zhǔn)，其它區(qū)域?yàn)槿愃|(zhì)。綜合11年來海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果來看，各養(yǎng)殖區(qū)時(shí)間上變化趨勢(shì)基本一致，2003—2006年河北省海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)較差，均有50%的養(yǎng)殖區(qū)處于四類水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)，2010年水質(zhì)狀況較好，無四類水質(zhì)出現(xiàn)，除黃驊市兩個(gè)養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)為三類外，其余養(yǎng)殖區(qū)基本上都達(dá)到海水養(yǎng)殖的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此，2008—2010年河北省海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)呈現(xiàn)出轉(zhuǎn)好的趨勢(shì)。

2.2 海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)的空間變化特征

從圖2可見，水質(zhì)最差的養(yǎng)殖區(qū)為黃驊市的馮家堡和李家堡養(yǎng)殖區(qū)，其水質(zhì)平均優(yōu)劣指數(shù)分別為3.9212和3.7182，接近四類水質(zhì)；其次為南堡、樂亭和昌黎養(yǎng)殖區(qū)，其水質(zhì)平均優(yōu)劣指數(shù)分別為3.3149、2.9237和2.9367，為三類或接近三類水質(zhì)；南戴河養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)相對(duì)較好，水質(zhì)平均優(yōu)劣指數(shù)為1.9256，接近二類水質(zhì)，滿足海水養(yǎng)殖用水的要求?？傮w上來看，秦皇島市附近海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)較好，基本可滿足養(yǎng)殖用水需要；唐山市附近海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)稍差，基本為二類到三類；海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)污染最為嚴(yán)重的是黃驊市附近海水養(yǎng)殖區(qū)，水質(zhì)接近四類水質(zhì)，已經(jīng)不能滿足養(yǎng)殖用水的要求。河北省海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)整體呈現(xiàn)北部海域好于南部海域的特點(diǎn)。這可能與陸源污染、生活污水入海及沿海企業(yè)直接排污、養(yǎng)殖自身污染等因素有關(guān)。

圖2 河北省各海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)平均優(yōu)劣指數(shù)Fig.2 The seawater quality index of mariculture area in Hebei Province

2.3 海水養(yǎng)殖區(qū)的首要污染物分析

污染分擔(dān)率表示單項(xiàng)污染因子指數(shù)對(duì)綜合水質(zhì)污染的貢獻(xiàn)大小,污染分擔(dān)率最高的因子即為水體的首要污染物[10]。選取2000—2010年各養(yǎng)殖區(qū)水體 PO3-4-P、DIN、Pb、Hg、Zn和COD 6個(gè)參數(shù)作為污染因子。將逐年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均后，根據(jù)“1.3.2”中的方法，計(jì)算出河北省海養(yǎng)殖區(qū)各污染因子的污染分擔(dān)率，結(jié)果見表2。

表2 海水養(yǎng)殖區(qū)各污染因子的分擔(dān)率及首要污染物

從表2可見：河北省海水養(yǎng)殖區(qū) PO3-4-P為首要污染物，其次是DIN，Pb和Hg的污染也不容忽視，其分擔(dān)率都超過14%。從不同養(yǎng)殖區(qū)的首要污染物看，昌黎新開口淺海扇貝養(yǎng)殖區(qū)和唐山樂亭撈魚尖貝類養(yǎng)殖區(qū)為 PO3-4-P，其次為DIN；黃驊市李家堡對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖區(qū)及馮家堡對(duì)蝦養(yǎng)殖區(qū)、唐山市南堡貝類養(yǎng)殖區(qū)的首要污染物為DIN，其次為 PO3-4-P；撫寧南戴河扇貝養(yǎng)殖區(qū)的首要污染物為 PO3-4-P，其次為Pb，DIN污染分擔(dān)率相對(duì)較低。河北省海水養(yǎng)殖區(qū)氮、磷污染的主要原因可能是：養(yǎng)殖區(qū)附近入海河流流域內(nèi)生活污水的大量排放，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥施用量的逐年上升,農(nóng)田灌溉以及農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖等生產(chǎn)廢水幾乎無任何處理就通過河流匯入海洋，同時(shí)海水養(yǎng)殖區(qū)普遍存在養(yǎng)殖密度過大、海水交換不暢的問題，再加上鄰近區(qū)域基本都處于大規(guī)模開發(fā)建設(shè)階段，人口密度大，工業(yè)較為發(fā)達(dá)，工業(yè)排污和生活污水量不斷增加，使養(yǎng)殖區(qū)中氮、磷污染日益加劇。

3 討論

從河北省海水養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)變化情況來看，2008年以來水質(zhì)逐步有所好轉(zhuǎn)。從空間上看，秦皇島市附近海水養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)相對(duì)要好一些，達(dá)到二類以上海水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；唐山市附近海水養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)狀況近些年也逐步恢復(fù)到二類水質(zhì)，基本可以滿足養(yǎng)殖用水的要求；海水養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)污染相對(duì)嚴(yán)重的區(qū)域依然是黃驊市附近海域，水質(zhì)依然為三類到四類水質(zhì)，不能滿足養(yǎng)殖用水的要求；污染程度基本呈現(xiàn)北輕南重的格局。這可能與黃驊市沿岸陸源污染、沿海工業(yè)企業(yè)直接排放污染物、海水養(yǎng)殖密度大等因素有關(guān)。

河北省海水養(yǎng)殖區(qū)水體中的主要污染物是 PO3-4-P、DIN，其次為Pb和Hg。因此，要實(shí)現(xiàn)河北省海水養(yǎng)殖區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，必須將氮、磷作為優(yōu)先控制的污染物，控制和削減陸源污染源的源頭,降低海水養(yǎng)殖業(yè)的自身污染，適當(dāng)調(diào)整養(yǎng)殖布局,開展養(yǎng)殖區(qū)的環(huán)境修復(fù)，降低污染的影響風(fēng)險(xiǎn),保證海水養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)的發(fā)展。

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