疏浚物持續(xù)傾倒對(duì)遼東灣西部海域的生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究

陳燕珍，計(jì)雅楠，朱文婷，劉希剛

(國(guó)家海洋局大連海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 大連 116015)

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疏浚物持續(xù)傾倒對(duì)遼東灣西部海域的生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究

陳燕珍，計(jì)雅楠，朱文婷，劉希剛

(國(guó)家海洋局大連海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 大連 116015)

為了解錦州港航道工程疏浚物長(zhǎng)期傾倒對(duì)遼東灣西部海域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響情況，文章結(jié)合2009—2014年傾倒海域的監(jiān)測(cè)資料，通過(guò)單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法以及地質(zhì)累積指數(shù)對(duì)比，對(duì)傾倒海域的水質(zhì)、沉積物進(jìn)行評(píng)價(jià)；通過(guò)香農(nóng)-韋弗指數(shù)方程，對(duì)大型底棲生物進(jìn)行評(píng)價(jià)。為對(duì)比疏浚物傾倒和一般人類活動(dòng)對(duì)海域生態(tài)環(huán)境的影響程度，在傾倒活動(dòng)影響范圍之外另選取對(duì)照站位與其他站位同時(shí)展開監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明，除無(wú)機(jī)氮外，監(jiān)測(cè)海域水質(zhì)基本符合《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中的二類標(biāo)準(zhǔn)；沉積物符合《沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的一類標(biāo)準(zhǔn)，傾倒海域水質(zhì)和沉積物未受到污染，并且傾倒活動(dòng)與人類活動(dòng)對(duì)海域環(huán)境產(chǎn)生的影響程度差別不大，但對(duì)表層沉積物和大型底棲生物角產(chǎn)生明顯影響。

海水水質(zhì)；生態(tài)環(huán)境；疏浚物傾倒；海洋監(jiān)測(cè)

遼東灣沿岸位于環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈與東北亞經(jīng)濟(jì)圈的交接地帶，港口等涉海企業(yè)眾多，建設(shè)及運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生了一定量疏浚物。在疏浚物無(wú)法資源性利用的情況下，在遼東灣西部海域批設(shè)了錦州港航道工程疏浚物臨時(shí)海洋傾倒區(qū)，以滿足涉海企業(yè)進(jìn)行傾廢處理，僅2011—2014年傾倒區(qū)容納總量達(dá)407萬(wàn)m3。為此，本研究以海域使用前海洋生態(tài)環(huán)境狀況為背景(2009年)，與2011—2014年疏浚物傾倒之后海域生態(tài)環(huán)境狀況相結(jié)合，從水質(zhì)、沉積物、海洋生態(tài)角度進(jìn)行分析，并與人類活動(dòng)對(duì)海域環(huán)境產(chǎn)生的影響進(jìn)行對(duì)比，來(lái)對(duì)疏浚物持續(xù)傾倒給遼東灣西部海域海洋生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響做出客觀評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 站位布設(shè)與監(jiān)測(cè)頻率

根據(jù)臨時(shí)海洋傾倒區(qū)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3091.2—1997)要求，經(jīng)模擬疏浚泥沙傾倒后擴(kuò)散和沉降的物理過(guò)程，最終預(yù)測(cè)疏浚物的物理歸宿和對(duì)海洋環(huán)境的影響范圍。據(jù)此，在監(jiān)測(cè)海域進(jìn)行站位布設(shè)，對(duì)海域的水質(zhì)、沉積物、大型底棲生物展開調(diào)查。對(duì)照點(diǎn)為分析疏浚物傾倒與一般人類活動(dòng)對(duì)海域生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響程度而設(shè)置的監(jiān)測(cè)站位，與其他站位同時(shí)展開監(jiān)測(cè)。

1.2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 監(jiān)測(cè)指標(biāo)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、石油類、銅、鉛、鋅、鎘、總汞等；沉積物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括：總有機(jī)碳、石油類、銅、鉛、鋅、鎘、汞；海洋生物監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為大型底棲生物。

1.2.2 評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)

(1)水質(zhì)。根據(jù)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097—1997)，按二類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)傾倒區(qū)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法計(jì)算監(jiān)測(cè)指標(biāo)的污染指數(shù)(Sij)，應(yīng)用算數(shù)平均法對(duì)水質(zhì)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)(Qi)，并根據(jù)綜合污染指數(shù)對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的水質(zhì)污染程度進(jìn)行劃分[1-2](表1)。

單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法：

(1)

式中：Sij為站i評(píng)價(jià)因子j的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；Cij為站j評(píng)價(jià)因子i的實(shí)測(cè)值；Coi為評(píng)價(jià)因子i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。

Sij大于1時(shí)，表明當(dāng)前環(huán)境質(zhì)量不滿足功能需求。

綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法：

(2)

式中：Qi為綜合評(píng)價(jià)指數(shù)；n為參與評(píng)價(jià)的項(xiàng)目數(shù)。

表1 水質(zhì)污染程度分級(jí)

(2)沉積物。根據(jù)《海洋沉積物質(zhì)量》(GB18668—2002)按一類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法對(duì)沉積物進(jìn)行評(píng)價(jià)。為明確疏浚物傾倒以來(lái)對(duì)表層沉積物的影響情況，應(yīng)用Muller于1979年提出的地質(zhì)累積指數(shù)法，對(duì)沉積物中重金屬的污染等級(jí)進(jìn)行劃分[3]。遼東灣傾倒區(qū)位于渤海北部，沉積物中重金屬的環(huán)境背景值選用李淑媛等于1994年分析得出的數(shù)據(jù)[4]，李淑媛等揭示渤海表層沉積物中銅、鉛、鋅、鉻的背景值，因此針對(duì)這4種重金屬目前的污染情況進(jìn)行評(píng)價(jià)(表2和表3)。

地質(zhì)累積指數(shù)法的計(jì)算公式為：

(3)

式中：Cn為樣品中元素n的濃度；Bn為背景濃度；K為修正指數(shù)、取1.5。

表2 渤海沉積物中重金屬的環(huán)境背景值(平均值)

表3 地質(zhì)累積指數(shù)與污染程度分級(jí)

(3)海洋生物。海洋生物評(píng)價(jià)采用香農(nóng)-韋弗(Shannon-Weaver)多樣性指數(shù)法。根據(jù)監(jiān)測(cè)海域大型底棲生物的種數(shù)、棲息密度對(duì)海洋生物的多樣性指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)分析，并根據(jù)香農(nóng)-韋弗指數(shù)(H′)對(duì)生物的污染程度進(jìn)行等級(jí)劃分[5-6](表4)。

香農(nóng)-韋弗指數(shù)(H′)的計(jì)算公式為

(4)

式中：H′為種類多樣性指數(shù)；n為樣品中的種類總數(shù)；Pi為第i種個(gè)體數(shù)(ni)與總個(gè)體數(shù)(N)的比值。

表4 生物種類多樣性指數(shù)與污染程度分級(jí)

2 結(jié)果與討論

2.1 海水水質(zhì)評(píng)價(jià)

2009—2014年監(jiān)測(cè)海域水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果如表5所示。除無(wú)機(jī)氮外，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的單因子污染指數(shù)均小于1，水質(zhì)基本符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)監(jiān)測(cè)海域水質(zhì)的評(píng)價(jià)顯示水質(zhì)清潔。分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，監(jiān)測(cè)海域主要污染因子為無(wú)機(jī)氮，除2013年外均出現(xiàn)超標(biāo)；其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的污染指數(shù)均在一定范圍內(nèi)波動(dòng)；活性磷酸鹽在2009年和2013年含量較高。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽在同步進(jìn)行監(jiān)測(cè)的對(duì)照點(diǎn)含量較高，且含量相近。根據(jù)2009—2014年遼寧省海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)可看出，無(wú)機(jī)氮一直為遼寧近岸的主要污染物，這些污染物主要來(lái)源于陸源污染。因而，無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽的來(lái)源可能和疏浚物傾倒沒有直接關(guān)系，而是與整個(gè)海區(qū)的大環(huán)境狀況有關(guān)。綜上所述，傾倒區(qū)監(jiān)測(cè)海域水質(zhì)總體較好，疏浚物傾倒對(duì)海域水質(zhì)沒有產(chǎn)生明顯影響，并且與一般人類活動(dòng)對(duì)海水水質(zhì)產(chǎn)生的影響相近。

2.2 表層沉積物評(píng)價(jià)

海洋沉積物具有很高的理化穩(wěn)定性，其特點(diǎn)可以反映出海洋環(huán)境的平均狀況[7]。2009—2014年對(duì)傾倒區(qū)監(jiān)測(cè)海域以及對(duì)照點(diǎn)表層沉積物的8個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)查，監(jiān)測(cè)海域沉積物的各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的污染指數(shù)均小于1，各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目在表層沉積物中的變化幅度不大，并且在對(duì)照點(diǎn)的含量和在疏浚物影響區(qū)域的含量接近，表明表層沉積物尚未出現(xiàn)污染(表6)。

為分析疏浚物傾倒對(duì)表層沉積物產(chǎn)生的影響情況，將目前表層沉積物中重金屬的含量與渤海沉積物中重金屬的背景值進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明疏浚物傾倒引起表層沉積物中鉻的輕度污染(2009年疏浚物傾倒之前l(fā)geo=-0.96)、表層沉積物中的鉛在2012年出現(xiàn)輕度污染(表7)。

2.3 海洋生物評(píng)價(jià)

海洋生物調(diào)查對(duì)象為傾倒海域的大型底棲生物(未設(shè)置對(duì)照站位)(表8)。大型底棲生物運(yùn)動(dòng)能力差、地域性較強(qiáng)，直接與沉積物接觸，能更加客觀地反映監(jiān)測(cè)海域宏觀、長(zhǎng)期的環(huán)境變化情況，目前廣泛用來(lái)指示海洋環(huán)境質(zhì)量狀況[8-12]。2011年該監(jiān)測(cè)海域大型底棲生物的種數(shù)和密度較低，可能源于當(dāng)時(shí)該海域本底生物種群的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中種類數(shù)和密度較低。到2012年和2013年，在疏浚量較小情況下底棲生物的種數(shù)和密度得到恢復(fù)。2014年疏浚物傾倒量較大，底棲生物尚未得到充分恢復(fù)，因而其種類和密度出現(xiàn)下降。大型底棲生物對(duì)疏浚物的傾倒量比較敏感，應(yīng)用香農(nóng)-韋弗計(jì)算公式統(tǒng)計(jì)監(jiān)測(cè)海域大型底棲生物的多樣性指數(shù)。雖然在一段時(shí)間內(nèi)底棲生物的種類和密度能夠得到暫時(shí)性恢復(fù)，但從多樣性指數(shù)角度可以看出，污染程度有逐年加重的趨勢(shì)，傾倒活動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)海域的底棲生物產(chǎn)生一定影響。

表5 海水Sij值、Qi值及水質(zhì)污染分級(jí)

注：本底值是指傾倒區(qū)監(jiān)測(cè)站位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均值；2010年傾倒區(qū)未使用，無(wú)跟蹤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù).

表6 表層沉積物Sij值

表7 2011—2014年表層沉積物lgeo值

表8 監(jiān)測(cè)海域海洋生物指數(shù)

3 結(jié)論

首先，截至2014年年末遼東灣西部?jī)A倒區(qū)監(jiān)測(cè)海域的水質(zhì)、沉積物研究表明：海水水質(zhì)基本符合《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(只有無(wú)機(jī)氮出現(xiàn)超標(biāo))，表層沉積物符合《沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中一類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。但通過(guò)與渤海沉積物中重金屬環(huán)境背景值比較發(fā)現(xiàn)，疏浚物傾倒引起了部分時(shí)段鎘和鉛的污染。海洋生物研究發(fā)現(xiàn)，大型底棲生物受到一定程度污染并有逐年加重的趨勢(shì)。

水質(zhì)和沉積物質(zhì)量達(dá)標(biāo)可能源于海水具有一定的自凈化能力、疏浚物較為潔凈。大型底棲生物出現(xiàn)污染是由于其對(duì)海洋環(huán)境擾動(dòng)敏感并對(duì)污染物具有聚集效應(yīng)，種群結(jié)構(gòu)恢復(fù)也需要更長(zhǎng)時(shí)間。

其次，通過(guò)傾倒活動(dòng)影響范圍內(nèi)調(diào)查數(shù)據(jù)與傾倒活動(dòng)影響范圍外調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，疏浚物傾倒對(duì)海水水質(zhì)產(chǎn)生的影響狀況與人類活動(dòng)影響程度相近；水質(zhì)主要污染物無(wú)機(jī)氮來(lái)源于陸源污染物。

最后，通過(guò)水質(zhì)、沉積物和大型底棲生物以及傾倒活動(dòng)與人類一般活動(dòng)對(duì)比3個(gè)方面的綜合分析可知，錦州航道工程長(zhǎng)期進(jìn)行疏浚傾倒對(duì)遼東灣西部海域的水質(zhì)影響較小，與沒有工程進(jìn)行疏浚傾倒時(shí)的變化狀況相近；從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，表層沉積物中重金屬個(gè)別元素累積增加，如鎘和汞；工程疏浚傾倒對(duì)海洋生物的影響逐漸顯現(xiàn)，已經(jīng)出現(xiàn)污染并有逐年加重趨勢(shì)。因此，相關(guān)主管部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)疏浚物傾倒頻率、傾倒時(shí)間、傾倒量、疏浚物質(zhì)量等的管理，給予海洋充分的自我恢復(fù)時(shí)間，尤其是給予海洋生物良好的生存環(huán)境以繁衍恢復(fù)種群，降低疏浚物傾倒對(duì)其的影響。

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Evaluation on Marine Ecological Environment and Analysis of Continuing Dumping Affecting the West of Liaodong Gulf

CHEN Yanzhen，JI Yanan，ZHU Wenting，LIU Xigang

(Marine Environment Monitoring Central Station of Dalian，State Oceanic Administration，Dalian 116015，China)

In order to find out the influence of Jinzhou waterway engineering dredged-materials to the west of Liaodong Gulf，this paper combined the monitoring data from 2009 to 2014，with the methods of single factor index，comprehensive pollution index and geological accumulation index to evaluate the seawater and surface sediment quality；analyzed the diversity index by Shannon-Weaver exponential equation to evaluate the phytoplankton.At the same time，points outside the affecting waters were selected to compare with the monitoring data which were in the affecting waters，in order to analyze the contamination degree of marine ecological environment quality between dredged-materials dumping and human activity.The results indicated that excepted inorganic nitrogen，the water quality of investigating area reached the second-class water quality from The Chinese National Standard of Seawater Quality；the sediment quality reached the first-class sediment quality from The Chinese National Standard of Sediment Quality，the water and sediment had not been polluted.By contrast，the influence degree between dredged-material dumping and human activity to ecological environmental showed that the effect was similar，however，they had far-reaching influence to sediment quality and large benthic.

Sea water quality，Ecological environment，Dumping of dredging material，Ocean monitoring

2016-07-22；

2016-11-28

陳燕珍，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境污染與評(píng)價(jià)，電子信箱：dlhyhjjcz@sina.com

X7；P7

A

1005-9857(2016)12-0067-05