東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)狀況及變化趨勢(shì)研究

李仕平，李 仙，張光磊，袁 蕾，符丹鳳，嚴(yán)國(guó)強(qiáng)，古倩怡，王章義，李洪武*

(1.?？谑兴a(chǎn)技術(shù)推廣站，海南 ?？?570206；2.?？谑泻Ｑ蟓h(huán)境監(jiān)測(cè)中心，海南 ?？?570206；3.海南大學(xué) 海洋學(xué)院，海南 ?？?570228)

東寨港位于?？谑芯硟?nèi)，地理坐標(biāo)為東經(jīng)110°32′01″～110°38′44″，北緯19°53′26″～20°01′07″，與?？谑腥r(nóng)場(chǎng)、三江鎮(zhèn)、演豐鎮(zhèn)以及文昌市羅豆農(nóng)場(chǎng)交界[1].東寨港形似漏斗，屬溺谷型港灣，海岸線總長(zhǎng)84 km，灘涂水域面積5400 hm2，水深一般不超過4 m，年平均降水量1700 mm，年均氣溫23.8℃，年均水溫24.8℃，其潮水為不規(guī)則半日潮，潮高1.5～2.0 m，平均潮差1.1 m，水體鹽度2.2‰～34.5‰，是孕育海洋生物的天然良港[2].依據(jù)海洋功能區(qū)劃技術(shù)導(dǎo)則，將開展增殖或養(yǎng)殖活動(dòng)的海洋功能區(qū)劃定為海水增養(yǎng)殖區(qū)，主要包括港灣養(yǎng)殖區(qū)、灘涂養(yǎng)殖區(qū)、淺海養(yǎng)殖區(qū)及增殖區(qū)等.東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)位于東寨港潟湖內(nèi)，規(guī)劃面積423.5 hm2，是海南省重要的灘涂養(yǎng)殖基地，主要養(yǎng)殖品種為牡蠣、文蛤、血蚶等.自20世紀(jì)90年代初至今，東寨港周邊逐漸發(fā)展起較多養(yǎng)豬場(chǎng)和規(guī)模約1333 hm2的高、低位池對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)，其養(yǎng)殖廢水絕大部分未經(jīng)處理直接排入東寨港，東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)生態(tài)環(huán)境逐漸受到不同程度的污染，其自身凈化能力不斷減弱.

本文根據(jù)海口市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心對(duì)東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)2009-2016年的海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用單因子指數(shù)法、有機(jī)污染指數(shù)法和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法分析評(píng)價(jià)其水質(zhì)污染狀況及發(fā)展趨勢(shì)，為東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)乃至整個(gè)東寨港環(huán)境綜合治理提供參考.

1 監(jiān)測(cè)區(qū)域和方法

1.1 監(jiān)測(cè)站位和監(jiān)測(cè)時(shí)間

在東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)布設(shè)6個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站位，坐標(biāo)見表1，站號(hào)分別標(biāo)記為D3N077、D3N078、D3N079、D3N080、D3N081、D3N082.于2009-2016年每年春、夏、秋季進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)2～3航次.

表1 監(jiān)測(cè)站位坐標(biāo)表

1.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)方法

監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括化學(xué)需氧量(COD)、溶解性無機(jī)氮(DIN)、溶解性無機(jī)磷(DIP)、溶解氧(DO)等.監(jiān)測(cè)方法依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第4部分：海水分析(GB 17378.4-2007)[3]執(zhí)行.

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法

采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法[4]對(duì)研究區(qū)水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià).評(píng)價(jià)公式為：

Si=Ci/Csi

式中：Si—i因子的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；Ci—i因子的實(shí)測(cè)濃度平均值，mg/L；Csi—i因子第Ⅱ類海水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，mg/L.

其中溶解氧單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)評(píng)價(jià)公式為：

式中：DO—溶解氧的實(shí)測(cè)濃度平均值，mg/L；DOs—溶解氧的第Ⅱ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，mg/L；DOf—現(xiàn)場(chǎng)溫度和鹽度下的飽和溶解氧的濃度，mg/L，計(jì)算方法參照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB12763.4-2007)[5].

當(dāng)水質(zhì)因子的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)大于1時(shí)，表明該因子超出第Ⅱ類海水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，不能滿足使用要求.

1.3.2 有機(jī)污染指數(shù)法

采用有機(jī)污染指數(shù)法[6]對(duì)研究區(qū)進(jìn)行有機(jī)污染狀況分析評(píng)價(jià).評(píng)價(jià)公式為：

式中：A為有機(jī)污染指數(shù)；COD、DIN、DIP、DO分別為化學(xué)需氧量、溶解性無機(jī)氮、溶解性無機(jī)磷及溶解氧的實(shí)測(cè)平均值；CODo、DINo、DIPo、DOo分別為化學(xué)需氧量、溶解性無機(jī)氮、溶解性無機(jī)磷、溶解氧的第Ⅱ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值.

1.3.3 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法

采用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法[7]對(duì)研究區(qū)營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià).評(píng)價(jià)公式為：

E=(COD×DIN×DIP×106)/4500

式中：E—富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)；COD—化學(xué)需氧量的實(shí)測(cè)平均值，mg/L；DIN—溶解性無機(jī)氮的實(shí)測(cè)平均值，mg/L；DIP—溶解性無機(jī)磷的實(shí)測(cè)平均值，mg/L.

1.3.4 趨勢(shì)分析方法

采用spearman秩相關(guān)系數(shù)法[8]對(duì)2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)變化趨勢(shì)進(jìn)行分析.給出時(shí)間周期Y1，…，Yn以及COD、DIN、DIP、DO的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(年均值)從小到大排列后的系數(shù)X1，…，Xn，通過以下公式計(jì)算秩相關(guān)系數(shù)：

式中：di=Xi-Yi.

Xi：周期1到周期n(取n=8)，按濃度值從小到大排列的序號(hào).

Yi：按時(shí)間順序排列的序號(hào).

將計(jì)算出的秩相關(guān)系數(shù)rs的絕對(duì)值同spearman秩相關(guān)系數(shù)統(tǒng)計(jì)表中的臨界值wp進(jìn)行比較，如果|rs|>wp，表明變化趨勢(shì)有顯著意義，如果rs是負(fù)值，表明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)，有關(guān)統(tǒng)計(jì)變量指標(biāo)變化呈下降趨勢(shì)，如果rs為正值，表明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)，有關(guān)統(tǒng)計(jì)變量指標(biāo)變化呈上升趨勢(shì)，或加重趨勢(shì).如果|rs|≤wp,表明變化趨勢(shì)沒有顯著意義，說明在評(píng)價(jià)時(shí)段內(nèi)，有關(guān)統(tǒng)計(jì)變量指標(biāo)變化平穩(wěn)，或穩(wěn)定.

1.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《海南省海洋功能區(qū)劃(2011-2020年)》[9]，以《中華人民共和國(guó)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097-1997)[10]中的第Ⅱ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).

2 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析評(píng)價(jià)

2.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果及水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)COD、DIN、DIP、DO監(jiān)測(cè)結(jié)果和單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見表2.

表2 監(jiān)測(cè)結(jié)果和單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

(續(xù)表)

2.1.1 化學(xué)需氧量(COD)

2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)COD的濃度范圍為0.68～7.09 mg/L，2014年平均濃度最高為3.313 mg/L，2009年最低為1.135 mg/L.單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，該海水增養(yǎng)殖區(qū)2014年COD濃度超標(biāo)，2009年、2011年、2013年、2015年、2016年滿足第Ⅰ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，2010年、2012年滿足第Ⅱ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

2.1.2 溶解性無機(jī)氮(DIN)

2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)DIN的濃度范圍為0.048～0.582 mg/L，2010年平均濃度最高為0.517 mg/L，2015年最低為0.199 mg/L.單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，該海水增養(yǎng)殖區(qū)2009年、2010年、2012年、2013年DIN濃度超標(biāo)，2015年滿足第Ⅰ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，2011年、2014年、2016年滿足第II類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

2.1.3 溶解性無機(jī)磷(DIP)

2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)DIP的濃度為0.001～0.09 mg/L，2012年平均濃度最高為0.05 mg/L，2014年最低為0.033 mg/L.單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，該海水增養(yǎng)殖區(qū)DIP濃度均超標(biāo)，2009年、2012年滿足劣Ⅳ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，2010年、2011年、2013年、2014年、2015年、2016年滿足第Ⅳ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

2.1.4 溶解氧(DO)

2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū) DO的濃度范圍為4.18～9.75 mg/L之間，2009年平均濃度最低為5.28 mg/L，2014年最高為6.59 mg/L.單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，該海水增養(yǎng)殖區(qū)2009年、2010年、2013年、2015年滿足第II類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，2011年、2012年、2014年、2016年滿足第Ⅰ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn).

2.2 有機(jī)污染程度評(píng)價(jià)

2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見表3，2009-2014年該海水增養(yǎng)殖區(qū)A值均大于4，污染程度等級(jí)為6級(jí)，處于嚴(yán)重污染狀態(tài)；2015-2016年污染程度等級(jí)為5級(jí)，處于中度污染狀態(tài)，污染程度有所減輕.

表3 有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3 富營(yíng)養(yǎng)化水平評(píng)價(jià)

2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果見表4，2009-2014年該海水增養(yǎng)殖區(qū)E值均大于4，富營(yíng)養(yǎng)化水平等級(jí)為4級(jí)，處于高富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；2015-2016年富營(yíng)養(yǎng)化水平等級(jí)為3級(jí)，處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，富營(yíng)養(yǎng)化水平有所降低.

表4 富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

3 變化趨勢(shì)分析

3.1 年際變化

2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)(S)的年際變化見圖1，從線性分析結(jié)果看，2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)COD的S值年際變化趨勢(shì)總體平穩(wěn)，DIN的S值呈顯著下降趨勢(shì)，DIP的S值呈較顯著下降趨勢(shì).

有機(jī)污染指數(shù)(A)和富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)(E)的年際變化見圖2，從線性分析結(jié)果看， 2009-2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)A值呈平緩下降趨勢(shì)，E值呈顯著下降趨勢(shì).

圖2 A值和E值年際變化Fig.2 The annual change of A-value and E-value

3.2 趨勢(shì)分析

采用spearman秩相關(guān)系數(shù)對(duì)2009～2016年東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)COD、DIN、DIP及DO的年平均實(shí)測(cè)濃度進(jìn)行趨勢(shì)分析，結(jié)果見表5. DIN變化趨勢(shì)在0.05和0.01水平上有顯著意義，呈顯著下降趨勢(shì)；COD、DIP、DO變化趨勢(shì)無顯著意義，其中COD呈平穩(wěn)趨勢(shì)，DIP呈不顯著下降趨勢(shì)，DO呈不顯著上升趨勢(shì).

表5 秩相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果

4 討論

從有機(jī)污染評(píng)價(jià)、富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)和秩相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果綜合來看，東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)2009-2016年有機(jī)污染程度由嚴(yán)重污染變?yōu)橹卸任廴?，營(yíng)養(yǎng)水平從高富營(yíng)養(yǎng)水平變?yōu)楦粻I(yíng)養(yǎng)化水平，水質(zhì)狀況呈逐年顯著變好趨勢(shì)，說明2012年開始實(shí)施的東寨港環(huán)境綜合整治工作[11]成效顯著.從污染評(píng)價(jià)和趨勢(shì)分析結(jié)果可以看出，東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)污染的主要原因是溶解性無機(jī)磷和溶解性無機(jī)氮濃度超標(biāo)，說明東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)污染可能跟周邊居民生活、畜禽及水產(chǎn)養(yǎng)殖等過程中排放的氮、磷等污染因子有關(guān).

將東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)與廣西茅尾海海水增養(yǎng)殖區(qū)2010-2013年水質(zhì)進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)DIN濃度總體遠(yuǎn)低于廣西茅尾海海水增養(yǎng)殖區(qū)的0.462～0.747 mg/L，但DIP濃度遠(yuǎn)高于后者的0.016～0.025 mg/L[12].說明不同海水增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)污染因子不同，這可能跟養(yǎng)殖品種、養(yǎng)殖模式和養(yǎng)殖密度有關(guān).

為進(jìn)一步做好東寨港環(huán)境綜合整治工作，改善東寨港海水增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)，筆者提出以下建議：(1)繼續(xù)加大東寨港環(huán)境綜合整治力度，加快建設(shè)三江、演豐等周邊村鎮(zhèn)的污水處理廠和污水管網(wǎng)截污工程，實(shí)施雨水、污水管網(wǎng)分流，從源頭上減少周邊居民生活污水向東寨港的排放；(2)整治東寨港周邊畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)、水產(chǎn)養(yǎng)殖場(chǎng)，完善環(huán)保設(shè)施，大力推廣水產(chǎn)生態(tài)養(yǎng)殖技術(shù)，改善養(yǎng)殖環(huán)境，確保養(yǎng)殖廢水達(dá)標(biāo)排放；(3)在調(diào)查分析東寨港地質(zhì)的基礎(chǔ)上，實(shí)施東寨港貝類底播增養(yǎng)殖試驗(yàn)示范，選取適合該海域自然屬性的底棲濾食性貝類，進(jìn)行底播增殖放流，改善海區(qū)水質(zhì)環(huán)境.

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[4]第二次全國(guó)海洋污染基線調(diào)查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室.第二次全國(guó)海洋污染基線調(diào)查技術(shù)規(guī)程[Z].北京:海洋出版社,1997.

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