大長山海域人工魚礁區(qū)夏季水質變化特征研究

任浩杰++田濤++付晚濤++劉永虎++楊軍

摘要 對2014年、2015年夏季大長山近岸人工魚礁區(qū)和對照區(qū)的環(huán)境進行監(jiān)測調查，分析了該區(qū)域內海水營養(yǎng)鹽的結構組成。結果表明：近岸人工魚礁區(qū)海水營養(yǎng)元素氮、磷相比對照區(qū)更加豐富，水中COD含量也更高，磷元素為該海區(qū)浮游植物生長限制因子；人工魚礁的建設對海域的生態(tài)環(huán)境改善起到了積極作用。

關鍵詞 人工魚礁；藻場；營養(yǎng)元素；環(huán)境監(jiān)測；大長山海域

中圖分類號 X832 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）07-0192-02

Water Quality Change Characteristics of Artificial Reef Area of Dachangshan Seacoast in Summer

REN Hao-jie TIAN Tao FU Wan-tao LIU Yong-hu YANG Jun

（Dalian Ocean University，Dalian Liaoning 116000）

Abstract The environmental monitoring investigation of artificial reef area of Dachangshan seacoast was conducted in summer of 2014 and 2015，the composition of seawater nutrients was analyzed. The results showed that compared with the control area，the nutrient element contents of nitrogen and phosphorus were more abundant，the COD content was also higher，phosphorus was the limiting factor of phytoplankton growth in the area. The construction of artificial reef played a positive role in improving the ecological environment of the sea area.

Key words artificial reef；algae field；nutrient element；environmental monitoring；Dachangshan seacoast

人工魚礁是人為在水域中設置的構造物，作用是改善水生生物憩息環(huán)境，為海洋生物提供索餌、繁殖、生長、發(fā)育等場所，從而達到保護、增殖生物資源和提高漁獲量的目的[1]。經過科學設計，人工魚礁科學投放后，可以形成一定的流場效應，礁區(qū)流場的改變可以提高海域的營養(yǎng)鹽和初級生產力水平[2]。目前，人們已認識到人工魚礁巨大的生態(tài)、經濟及社會價值，全國沿海城市也廣泛開展了人工魚礁相關的建設工作。大長山島位于遼東半島東側的黃海北部海域，東與朝鮮半島隔海相望，西、北部隔海毗鄰大連市，西南與山東省廟島群島相對。該島處于亞歐大陸與太平洋之間的中緯度地帶，屬北溫帶濕潤季風氣候區(qū)，季風明顯，受海洋氣候影響，周邊海域海產資源豐富，產出經濟藻類數(shù)十種、經濟貝類十幾種。2013年，大長山島北部近岸海域投放了一定量的人工魚礁，開展了近岸藻場建設工作。

人工魚礁的環(huán)境功能已有諸多研究結果。章守宇等認為人工魚礁海域的海水特質發(fā)生了變化，原因是人工魚礁形成上升流攜帶營養(yǎng)鹽至上層水體[3]；王偉定等對浙江嵊泗人工魚礁海域調查研究發(fā)現(xiàn)魚礁的投放在一定程度上緩解了水體富營養(yǎng)化進程，能夠起到改善水質的作用[4]；陳丕茂等指出利用人工魚礁改善海洋漁場及增養(yǎng)殖區(qū)生態(tài)環(huán)境是沿海漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效措施[5]。海洋中浮游植物是按照一定比例吸收海水營養(yǎng)鹽的，浮游植物有機物質組成、生長率等都與海水中營養(yǎng)鹽濃度及比例有一定的關系，營養(yǎng)鹽結構（氮、磷結構）的組成是影響海洋初級生產力的關鍵因素，從而影響整個魚礁生態(tài)系統(tǒng)[6]。本文通過對2014—2015年夏季大長山近岸人工魚礁區(qū)和對照區(qū)的環(huán)境監(jiān)測調查，得到該區(qū)域內營養(yǎng)鹽結構組成，合理評估近岸魚礁區(qū)建設對海水營養(yǎng)鹽的影響，為海域生境優(yōu)化提出合理建議。

1 研究方法

1.1 調查海區(qū)和調查方法

調查海區(qū)為大連長?？h大長山島東北部沿岸海域，地理位置在北緯38°17′13″～38°18′11″、東經122°37′34″～122°39′44″之間，面積為333.33 hm2（圖1）。該海域在2013年9月進行了人工魚礁投放，建設近岸魚礁人工魚礁區(qū)，海區(qū)用于底播刺參增養(yǎng)殖。調查海區(qū)平均水深為10 m，海區(qū)水深不超過15 m。調查海區(qū)共設8個調查站位，其中5個為近岸魚礁區(qū)調查站位，3個為對照區(qū)調查站位。調查時間為2014年、2015年8月，調查站位坐標見表1。

水環(huán)境調查包括水溫、鹽度、溶解氧、pH值、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、活性磷酸鹽、化學需氧量（COD）、總氮和總磷。其中，水溫、鹽度、溶解氧、pH值指標使用YSI5600型多參數(shù)水質分析儀進行現(xiàn)場測定，其他水質指標由現(xiàn)場采集水樣，低溫保存，帶回實驗室進行檢測，由于海區(qū)水深不超過10 m，所以海水取樣不分表底層，統(tǒng)一取水面下1 m處水樣。調查指標的監(jiān)測、水樣采集、保存和檢測均按照《海洋調查規(guī)范》（（GB/T 12763.2—2007））和《海洋調查規(guī)范》（GB/T 12763.4—2007）進行。

1.2 評價方法

1.2.1 單因子污染狀況評價。采用單因子污染指數(shù)法，評價指標包括pH值、COD、活性磷酸鹽、總氮。單因子評價公式為：

PI=CI/CIO（1）

式（1）中，PI—單因子污染指數(shù)，CI—某因子的實測濃度，CIO—該因子的評價標準值，標準值參見《海洋調查規(guī)范》（GB/T 12763.4—2007）。

1.2.2 海水營養(yǎng)狀態(tài)評價。海水營養(yǎng)狀態(tài)評價采用水質富營養(yǎng)化指數(shù)計算來進行，計算公式如下：

E=COD×無機氮×活性磷酸鹽×106/4 500（2）

式（2）中，COD、無機氮、活性磷酸鹽單位均為mg/L。如果E≥1，水體呈富營養(yǎng)化狀態(tài)；0.5

1.2.3 海水有機污染狀況評價。海水有機污染狀況根據(jù)有機污染物評價指數(shù)進行分析，計算公式如下：

A=COD/COD0+DIN/DIN0+DIP/DIP0-DO/DO0（3）

式（3）中：COD—水體的化學需氧量的實測濃度（mg/L）；DIN—溶解態(tài)的無機氮的實測濃度（mg/L）；DIP—溶解態(tài)的無機磷的實測濃度（mg/L）；DO—溶解氧的實測濃度（mg/L）；COD0、DIN0、DIP0、DO0—分別為水體的上述各項指標的評價標準，其中：COD0=2.0 mg/L，DIN0=0.20 mg/L，DIP0=0.015 mg/L，DO0=6.0 mg/L。

2 結果與分析

2.1 調查海域水質狀況

近岸魚礁區(qū)、對照區(qū)2015年、2016年8月水質監(jiān)測指標變化范圍及均值見表2。結果表明，各站位海水中COD、pH值、溶解氧、活性磷酸鹽含量均遠低于國家Ⅰ類海水標準值，海水未受到該因子的污染。魚礁區(qū)與對照區(qū)相比，水中的COD含量更高，pH值、溶解氧指數(shù)變化范圍也更大。無論是魚礁區(qū)還是對照區(qū)，海水中的總氮含量都很高，單因子評價指數(shù)顯示，該海區(qū)的總氮含量屬國標第Ⅳ類標準。2015年調查結果與2014年相比，整體水質環(huán)境監(jiān)測因子含量都相對較低。

2.2 調查海域海水營養(yǎng)狀態(tài)

計算魚礁區(qū)、對照區(qū)水質富營養(yǎng)化指數(shù)時，COD、無機氮、活性磷酸鹽數(shù)值采用站位平均值。結果顯示：2014年夏季，近岸魚礁區(qū)海域海水均處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，對照區(qū)海水為中營養(yǎng)化狀態(tài)，這主要是由于水中無機氮含量偏高；2015年夏季，魚礁區(qū)和對照區(qū)的海水均屬于中營養(yǎng)化狀態(tài)（表3）。整體看來，該海區(qū)沒有進行大面積浮筏養(yǎng)殖，主要用于刺參底播增殖，調查結果優(yōu)于一般近岸海水特征，符合海島近岸魚礁區(qū)海水特點。

2.3 調查海域海水有機污染狀況

在計算海域海水有機物污染指數(shù)時，各調查因子均采用站位平均值來計算。計算結果顯示，該區(qū)域海水介于開始受到污染到輕度污染水平（表4）。海水有機污染指數(shù)>1，出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因是海水中溶解態(tài)無機氮含量較高。充足的氮、磷元素可以保證水中的浮游植物生長，從而為海區(qū)提供充足的初級生產力。與大多數(shù)近岸養(yǎng)殖海區(qū)相比，魚礁區(qū)的水質狀態(tài)良好。

3 討論

營養(yǎng)鹽是海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質基礎，浮游植物群落組成及數(shù)量變動和水體中營養(yǎng)鹽的組成和含量有密切的關系[6]。海水中的營養(yǎng)鹽水平與結構對浮游植物的生長起著非常重要的制約作用。Redfield的研究結果顯示，當海水中氮、磷元素在適量范圍內時，氮、磷含量比例為16∶1，最適宜浮游植物的吸收生長，這一比例過高或過低，相應的營養(yǎng)元素就變成了浮游植物生長的限制因子。在遠海，光照或微量元素造成的浮游植物固氮作用改變是造成氮元素或磷元素限制的主要影響因素；在近海岸，關于氮、磷的限制還存在一定的爭論。20世紀初期，氮元素被認為是控制海洋初級生產力的限制性營養(yǎng)鹽；20世紀中期，Ryther認為氮造成了Moriches Bay的富營養(yǎng)化[7]；70年代以來，更多的證據(jù)表明近海主要是氮元素促進了富營養(yǎng)化作用，是主要的限制營養(yǎng)鹽。根據(jù)實際調查結果，調查海域海水呈現(xiàn)了富營養(yǎng)化，這一結果與上述前人研究相一致。大長山近岸魚礁區(qū)的氮、磷營養(yǎng)元素比平均為56∶1，遠大于16∶1。Darley認為，高氮磷比（>30）意味著磷限制，低氮磷比（<5）意味著氮限制[8]，在不考慮光照、鐵離子等因子的情況下，這時水體中的磷元素開始成為限制浮游植物生長的限制因子，這一調查結果可能與當?shù)睾Ｋ攸c有關。

近岸人工魚礁區(qū)海水與對照區(qū)相比，營養(yǎng)元素氮、磷含量更加豐富，海水中的COD測定值也偏高。陳 勇等研究表明，人工魚礁（魚礁）的投放可以使周圍水體的流常隨之發(fā)生變化，產生上升流和背渦流，上升流能夠將海底的沉積物和營養(yǎng)鹽帶到表層，加快物質循環(huán)速度，提高海域的基礎餌料水平，從而提高海區(qū)的初級生產力[9]。本研究表明，魚礁區(qū)2014年夏季海水出現(xiàn)了富營養(yǎng)化狀態(tài)，這可能是因為近岸魚礁投放時間不久，魚礁區(qū)內未形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，而大量的營養(yǎng)鹽被上升流從海底帶到表層水體，導致水體短期出現(xiàn)了海水富營養(yǎng)化現(xiàn)象。

王偉定認為人工魚礁的建設對改善和修復海洋生態(tài)起到積極作用[4]。從此次實際調查結果來看，魚礁區(qū)建設在一定程度上改善了區(qū)域海水水質，2015年魚礁區(qū)海水為開始受到污染狀態(tài)，而對照區(qū)海水則為輕度污染狀態(tài)；單因子評價結果顯示，對照區(qū)的營養(yǎng)元素含量要低于魚礁區(qū)，這說明魚礁區(qū)的生態(tài)結構更加合理，各營養(yǎng)元素與環(huán)境生物更加有機統(tǒng)一。魚礁區(qū)相比對照區(qū)，海底有更多的大型藻類附著生存，大型藻類通過光合作用產生大量氧氣，使水體中溶解氧含量更高，有利于近岸網箱、浮筏養(yǎng)殖。大型海藻的生長會消耗水中氮、磷等營養(yǎng)物質，水中初級生產力的提高會吸引魚蝦、貝類、魚類的生長聚集，對水中氮元素的移除起積極作用。大長山近岸魚礁區(qū)位于海島近岸淺海海域，其營養(yǎng)鹽含量一定程度上會受到陸源影響，人為活動的不確定性可能會導致海區(qū)營養(yǎng)鹽的不穩(wěn)定變化，這給調查結果帶來了一定的偶然性。近岸魚礁投放在海底會對海洋環(huán)境產生長期性影響，這種影響由季節(jié)變化、生物作用等多方面因素共同構成，對這些因素的相互作用影響還有待監(jiān)測研究。

4 參考文獻

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