大亞灣中央列島海域水質(zhì)分析

聶永康， 陳丕茂， 余 景， 馮 雪， 袁華榮， 趙 漫

(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院海洋牧場(chǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510300；2.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306)

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大亞灣中央列島海域水質(zhì)分析

聶永康1,2， 陳丕茂1*， 余 景1， 馮 雪1， 袁華榮1， 趙 漫1,2

(1.中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院海洋牧場(chǎng)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510300；2.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306)

摘要[目的]調(diào)查并分析大亞灣中央列島海域水質(zhì)情況。[方法]采用單因子指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法和富營(yíng)養(yǎng)化水平評(píng)價(jià)法對(duì)2014年3、6、9和12月大亞灣中央列島海域水質(zhì)情況進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。[結(jié)果]大亞灣中央列島海域2014年各調(diào)查時(shí)期各站位表層和底層海水溶解氧(DO)、活性磷酸鹽(PO4-P)含量、表層海水石油類含量均達(dá)到第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，化學(xué)需氧量(COD)含量絕大多數(shù)達(dá)到第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，9、12月各調(diào)查時(shí)期底層海水無(wú)機(jī)氮含量均達(dá)到第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他均有個(gè)別站位無(wú)機(jī)氮未達(dá)到第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果表明該海域各調(diào)查時(shí)期表層和底層整體水質(zhì)均達(dá)到了Ⅰ級(jí)，整體水質(zhì)良好；該海域各調(diào)查時(shí)期各站位表層和底層海水均處于貧營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。[結(jié)論]該研究可為大亞灣中央列島生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和研究提供參考。

關(guān)鍵詞大亞灣；中央列島；水質(zhì)分析

大亞灣位于廣東省東部紅海灣與大鵬灣之間，屬于大灣套小灣的結(jié)構(gòu)，海底較平坦，島嶼暗礁眾多，無(wú)大河匯入，鹽度穩(wěn)定，溫度適宜，水產(chǎn)資源豐富，1983年廣東省政府批準(zhǔn)建立大亞灣水產(chǎn)資源自然保護(hù)區(qū)，現(xiàn)大亞灣水產(chǎn)資源省級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)總面積126 km2，中央列島位于大亞灣水產(chǎn)資源自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)，主要海水水質(zhì)保護(hù)管理要求是執(zhí)行海水水質(zhì)一類標(biāo)準(zhǔn)[1]。惠州市位于廣東省中南部東江之濱，南臨大亞灣，該地區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和石化工業(yè)發(fā)達(dá)，人類活動(dòng)頻繁，這必然會(huì)給大亞灣海洋環(huán)境質(zhì)量帶來(lái)較大的壓力，因此，調(diào)查并評(píng)價(jià)大亞灣的水質(zhì)情況對(duì)于該海域的生態(tài)環(huán)境保護(hù)和科學(xué)管理等方面具有重要意義。

海水水質(zhì)評(píng)價(jià)是指對(duì)某一海域海水環(huán)境因子的分析，依據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其水質(zhì)優(yōu)劣狀況進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[2]。目前關(guān)于大亞灣水質(zhì)的研究較少，而且僅集中于20世紀(jì)末～21世紀(jì)初大亞灣整體或近岸海域水質(zhì)的研究，如何桐等[3]對(duì)大亞灣海域2007年春季營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行了分析與評(píng)價(jià)；袁國(guó)明和何桂芳[4]對(duì)大亞灣2004～2008年春夏季水環(huán)境進(jìn)行了分析；吳梅林等[5]用主成分分析法研究了大亞灣2003年生態(tài)環(huán)境的時(shí)空變化特征及相應(yīng)的影響因素。但目前尚未見專門針對(duì)中央列島海域水質(zhì)的研究。鑒于此，筆者對(duì)2014年3、6、9、12月大亞灣中央列島海域水質(zhì)進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)大亞灣中央列島海域水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，進(jìn)而提出水質(zhì)調(diào)控保護(hù)措施，以期為大亞灣中央列島生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和研究提供參考。

1材料與方法

1.1調(diào)查站位與時(shí)間在大亞灣中央列島海域設(shè)置12個(gè)調(diào)查站位，如圖1所示。調(diào)查時(shí)間分別為2014年3、6、9、12月。

圖1　調(diào)查站位分布示意Fig. 1　Distribution of investigated stations

1.2調(diào)查項(xiàng)目與方法海水水質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目包括溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、無(wú)機(jī)氮(DIN)、活性磷酸鹽(PO4-P)、石油類(Oil)共5項(xiàng)。各項(xiàng)調(diào)查和采樣方法均按《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB12763—2007)[6]和《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17378—2007)[7]規(guī)定方法進(jìn)行。海水分表層(0.5 m)和底層(離底1.0 m)2層采集樣品，石油類只測(cè)表層海水含量。采用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097—1997)[8]中第一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)海水水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定大亞灣中央列島海域各調(diào)查站位海水各評(píng)價(jià)指標(biāo)所隸屬的水質(zhì)類別。

1.3海水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法

1.3.1單因子指數(shù)法。單因子指數(shù)法計(jì)算公式：

Ii=Ci/Si

(1)

式中，Ii為i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；Ci為i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)濃度；Si為i項(xiàng)評(píng)價(jià)因子評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

海水中溶解氧標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)Qj計(jì)算公式：

(2)

式中，Cj為評(píng)價(jià)因子實(shí)測(cè)值；C0為評(píng)價(jià)因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值；Cmax為調(diào)查期間飽和溶解氧的最大值。

1.3.2模糊綜合評(píng)價(jià)法。根據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097—1997)[8]將海水水質(zhì)分為4個(gè)等級(jí)，相應(yīng)的評(píng)價(jià)等級(jí)集合：V={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}(數(shù)字越小代表水質(zhì)越好)。選擇數(shù)據(jù)中表層和底層海水均有的、代表性較強(qiáng)的4項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)(DO、COD、DIN、PO4-P)作為評(píng)價(jià)因子，建立評(píng)價(jià)因子集合：U= {X1(DO)，X2(COD)，X3(DIN)，X4(PO4-P)}。計(jì)算各月份的模糊分析的權(quán)重集W和各月份的隸屬度矩陣[R]，建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)對(duì)象所屬級(jí)別，相關(guān)公式及方法參考文獻(xiàn)[9]。

1.3.3富營(yíng)養(yǎng)化水平評(píng)價(jià)法。海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況采用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法[10]評(píng)價(jià)，公式：

(3)

式中，當(dāng)E值≥1時(shí)即為水體富營(yíng)養(yǎng)化(COD、DIN、DIP的單位均為mg/L)，E值越高，富營(yíng)養(yǎng)化程度越嚴(yán)重。

2結(jié)果與分析

2.1水質(zhì)調(diào)查結(jié)果大亞灣中央列島海域2014年各調(diào)查月份海水水質(zhì)調(diào)查結(jié)果見表1。

表1　2014年大亞灣中央列島海域水質(zhì)調(diào)查結(jié)果

2.2水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果與分析

2.2.1單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果與分析。大亞灣中央列島海域3月調(diào)查期間各站位表、底層海水DO、PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層海水COD含量均達(dá)到第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；8.3%的站位(D5)表層海水COD含量超第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；8.3%的站位(D1)表、底層海水無(wú)機(jī)氮含量超第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，表層海水無(wú)機(jī)氮含量高于底層海水無(wú)機(jī)氮含量。6月調(diào)查期間各站位表、底層海水DO、PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層海水COD含量均達(dá)到第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；8.3%的站位(D5)表層海水COD含量超第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；66.7%的站位(D1～D4、D6、D8、D9、D11)表層海水無(wú)機(jī)氮含量超第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，16.7%的站位(D1、D9)底層海水無(wú)機(jī)氮含量超第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；表層海水無(wú)機(jī)氮含量高于底層海水無(wú)機(jī)氮含量。9月調(diào)查期間表、底層海水DO、COD和PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層海水無(wú)機(jī)氮均達(dá)第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；33.3%的站位(D2、D8～D10)表層海水無(wú)機(jī)氮含量超第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。12月調(diào)查期間各站位表、底層海水DO、COD、PO4-P含量、表層海水石油類含量和底層無(wú)機(jī)氮含量均達(dá)第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；33.3%的站位(D3、D5、D8、D9)表層海水無(wú)機(jī)氮含量超第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由表2可知，除6月表層無(wú)機(jī)氮指數(shù)值大于1.00外，其余各指標(biāo)指數(shù)值均小于1.00，說(shuō)明該海域2014年整體水質(zhì)良好。

表2水質(zhì)單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果

Table 2Evaluation results of single factor index method of water quality

調(diào)查時(shí)間InvestigationtimeQDO表層Surface底層BottomICOD表層Surface底層BottomIDIN表層Surface底層BottomIPO4-P表層Surface底層BottomIOil2014-030.480.520.610.530.790.690.210.180.352014-060.290.380.450.371.160.890.080.080.382014-090.140.310.480.350.950.720.080.080.392014-120.350.370.400.290.900.730.070.070.39

注：指數(shù)值小于 1.00表示該因子達(dá)到第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

Note：Index value smaller than 1.00 indicated that this factor reached the sea water quality standard of first class.

2.2.2模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果與分析。根據(jù)最大隸屬度原則，大亞灣中央列島海域2014年各調(diào)查時(shí)期表層和底層海水均為Ⅰ級(jí)水質(zhì)隸屬度最大(表3)，表明各調(diào)查時(shí)期各站位表層和底層海水水質(zhì)均為Ⅰ級(jí)(表4)，因此，模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示該海域2014年整體水質(zhì)良好。

表3　各調(diào)查站位水質(zhì)等級(jí)的隸屬度

表4模糊綜合評(píng)價(jià)法評(píng)價(jià)結(jié)果

Table 4Evaluation results of fuzzy comprehensive evaluation method

站位Station采樣水層Waterlayer水質(zhì)等級(jí)Gradeofwaterquality2014-032014-062014-092014-12D1表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD2表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD3表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD4表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD5表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD6表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD7表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD8表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD9表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD10表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD11表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠD12表層ⅠⅠⅠⅠ底層ⅠⅠⅠⅠ

2.2.3富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果與分析。由圖2可知，大亞灣中央列島海域2014年3、6、9、12月各站位表層和底層海水富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)E值均小于1，表明該海域各調(diào)查時(shí)期海水均處于貧營(yíng)養(yǎng)水平。

3結(jié)論與討論

3.1大亞灣中央列島海域水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性單因子指數(shù)法簡(jiǎn)單、方便，它是將所評(píng)價(jià)指標(biāo)與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較來(lái)確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的類別，目前使用甚多[11-12]；Zadeh[13]于1965年提出模糊集合的概念，經(jīng)過(guò)多年發(fā)展與廣泛應(yīng)用[14-18]，模糊綜合評(píng)價(jià)法已成為常見、有效的水質(zhì)評(píng)價(jià)方法[19-20]，它可反映出各種因子共同作用下的水質(zhì)狀況和各環(huán)境因子對(duì)水質(zhì)的貢獻(xiàn)率且考慮到了水質(zhì)界限的模糊性，相對(duì)傳統(tǒng)的綜合指數(shù)法而言，其克服了人為清晰化的不足，結(jié)果可比性強(qiáng)；富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)法是水質(zhì)科學(xué)管理的基本手段和人們認(rèn)識(shí)水環(huán)境質(zhì)量的重要途徑，可以直觀地反映出調(diào)查海域的富營(yíng)養(yǎng)化程度。海水水質(zhì)狀況受多個(gè)環(huán)境因子共同影響，各因子之間也存在著復(fù)雜的聯(lián)系。該研究采用單因子指數(shù)法、模糊綜合評(píng)價(jià)法和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)法對(duì)大亞灣中央列島海域水質(zhì)狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果更加可靠。

3.2大亞灣中央列島海域水質(zhì)變動(dòng)情況中央列島位于大亞灣水產(chǎn)資源自然保護(hù)區(qū)中部核心區(qū)，何桐等[3]于2007年4月對(duì)大亞灣海域的調(diào)查結(jié)果顯示，大亞灣中部海域表層與底層海水DIN和PO4-P含量均符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，整體屬貧營(yíng)養(yǎng)水平，水質(zhì)良好；柯東勝等[21]于2005年12月對(duì)中央列島附近的大辣甲海域進(jìn)行研究，結(jié)果表明DIN只有一個(gè)樣品輕微超標(biāo)，DO、COD、PO4-P、石油類均未超標(biāo)；2004年3、7月及2005年3、7月南海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心在大辣甲島附近海域進(jìn)行調(diào)查[22]，2005年5月中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所對(duì)大辣甲島南、北部進(jìn)行調(diào)查[23]，結(jié)果均顯示DO、COD、DIN、PO4-P和石油類等的濃度達(dá)到第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。大辣甲和中央列島距離較近且同處于大亞灣水產(chǎn)資源自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)，整體水質(zhì)較為接近。綜上所述，20世紀(jì)90年代～2007年大亞灣水產(chǎn)資源自然保護(hù)區(qū)中部核心區(qū)整體水質(zhì)較好。

該研究結(jié)果表明：大亞灣中央列島海域2014年各調(diào)查時(shí)期各站位表層和底層整體水質(zhì)良好，均處于貧營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。大亞灣海域能保持整體水質(zhì)良好且較為穩(wěn)定的重要原因是該海域水交換能力總體較強(qiáng)[23]，大亞灣中部海域受灣外南海海水交換影響較大[24]。

注：a. 表層海水；b. 底層海水。Note：a. Surface of sea water; b. Bottom of sea water. 圖2　各調(diào)查站位水體富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)Fig. 2　Index of water body eutrophication of each investigation station

3.3大亞灣中央列島海域水質(zhì)保護(hù)建議人類活動(dòng)(尤其是陸源污染及水產(chǎn)養(yǎng)殖)、潮流和浮游植物是影響大亞灣N、P營(yíng)養(yǎng)鹽分布的主要因素[25-28]，大亞灣是個(gè)半封閉的海灣，目前大亞灣中央列島海域水質(zhì)狀況良好，為保持位于大亞灣水產(chǎn)資源自然保護(hù)區(qū)核心區(qū)的中央列島海域的生態(tài)環(huán)境，應(yīng)防止水體產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化，所以加大力度保持甚至更進(jìn)一步提升海洋環(huán)境質(zhì)量是必要的。首先，應(yīng)加強(qiáng)該海域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)管理；其次，應(yīng)提高科技和基礎(chǔ)研究能力；再次，注重保護(hù)沿岸海域的生態(tài)環(huán)境，限制養(yǎng)殖業(yè)和工業(yè)的不良發(fā)展，對(duì)入海污染物及排放量進(jìn)行嚴(yán)格控制，實(shí)行分期、分批排放，提高污水再利用率，降低氮、磷等對(duì)大亞灣生態(tài)系統(tǒng)健康的不利影響；最后，應(yīng)持續(xù)拓展生態(tài)漁業(yè)，鼓勵(lì)開展島礁養(yǎng)殖、底播養(yǎng)殖，積極探索海洋牧場(chǎng)建設(shè)，推進(jìn)灣外抗風(fēng)浪深水網(wǎng)箱、循環(huán)水養(yǎng)殖等設(shè)施養(yǎng)殖。

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基金項(xiàng)目國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAD18B02，2012BAD18B01-2)；海洋公益行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目(201205021-3)。

作者簡(jiǎn)介聶永康(1990 -)，男，河南新鄉(xiāng)人，碩士研究生，研究方向：海洋生態(tài)修復(fù)。*通訊作者，研究員，從事漁業(yè)資源保護(hù)與利用研究。

收稿日期2016-05-11

中圖分類號(hào)X 824

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2016)16-057-04

Analysis of Water Quality in the Central Islands of Daya Bay

NIE Yong-kang1,2,CHEN Pi-mao1*，YU Jing1et al

(1. South China Sea Fisheries Research Institute,Chinese Academy of Fishery Sciences,Scientific Observing and Experimental Station of South China Sea Fishery Resources and Environment of Ministry of Agriculture,Key Laboratory of Marine Ranch Technology of CAFS,Guangzhou,Guangdong 510300; 2. College of Marine Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306)

Abstract[Objective] To investigate and analyze the water quality in the central islands of Daya Bay. [Method] By using the single factor index method,fuzzy comprehensive evaluation method and the eutrophication level evaluation method,the water quality of the central islands in Daya Bay was analyzed and evaluated in March,June,September and December 2014. [Result] DO,PO4-P content and oil content all reached the first category water quality standards. Most COD content reached the first category water quality standards. The whole water quality of each survey period reached grade Ⅰ by fuzzy comprehensive evaluation. Surface and bottom seawater in each survey period was in the state of poor nutrition. [Conclusion] This research provides references for the protection and research of ecological environment in central islands of Daya Bay.

Key wordsDaya Bay; Central islands; Water quality evaluation