銅合金圍欄養(yǎng)殖大黃魚海域水質(zhì)綜合評價與分析

李 磊，平仙隱，王魯民，黃 艇，王 磊，劉永利，蔣 玫，宋 煒

(1. 中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所，上海 200090；2. 美國國際銅專業(yè)協(xié)會上海代表處，上海 200020)

由于國內(nèi)外傳統(tǒng)作業(yè)漁場漁業(yè)資源嚴重衰退，海洋捕撈正逐漸由傳統(tǒng)開發(fā)型向資源養(yǎng)護管理型轉(zhuǎn)變，而由于水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)對現(xiàn)有資源的競爭加劇，再加上規(guī)模效益的需求以及提升單位面積生產(chǎn)力的驅(qū)動等原因，水產(chǎn)養(yǎng)殖正逐漸向集約化的網(wǎng)箱養(yǎng)殖發(fā)展，目前網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)已在挪威、智利、中國、日本等世界主要漁業(yè)國家廣泛開展[1]。我國海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖技術的研究與開發(fā)起始于1970年代，并在過去的20多年里得到了迅速發(fā)展，迄今為止，我國各種類型的海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱總數(shù)已超過100×104個，其中大型深水抗風浪網(wǎng)箱有3000多個，海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖的魚類有30多種，年產(chǎn)量約30 ×104t，海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖已發(fā)展成為我國海水養(yǎng)殖的支柱產(chǎn)業(yè)之一[2-3]。網(wǎng)箱養(yǎng)殖模式具有高密度、高產(chǎn)量、低成本、高收益等特點，但由于傳統(tǒng)小型網(wǎng)箱抗風浪能力差，只能設置在避風條件較好的淺海內(nèi)灣，大量的網(wǎng)箱集中于局部海區(qū)會造成海水流速減緩，同時由于缺乏安全、有效防止污損生物在網(wǎng)箱附著的方法，網(wǎng)箱附著生物繁多，導致網(wǎng)箱內(nèi)外水體交換能力差，大量有機污染物無法得到有效的稀釋擴散，此外，網(wǎng)箱養(yǎng)殖高密度、高投餌的養(yǎng)殖方式，常常造成大量外源有機質(zhì)的輸入，加劇水質(zhì)惡化，局部海域的網(wǎng)箱養(yǎng)殖已成為影響海洋環(huán)境的新污染源[4]。

傳統(tǒng)海水養(yǎng)殖網(wǎng)箱的結構型式各有差別，但絕大多數(shù)傳統(tǒng)網(wǎng)箱都是竹竿、木板或鋼管結構的小型網(wǎng)箱。隨著深遠海養(yǎng)殖技術的發(fā)展，養(yǎng)殖范圍不斷從近岸海水養(yǎng)殖擴展到離岸海域中，大型圍欄養(yǎng)殖設施應運而生。這其中，銅合金圍欄養(yǎng)殖模式是在海洋工程技術結合銅合金網(wǎng)衣新材料養(yǎng)殖應用的基礎上發(fā)展起來的，養(yǎng)殖設施利用鋼管樁作為圍欄網(wǎng)衣支撐，連接水下銅合金編織網(wǎng)及水上合成纖維網(wǎng)衣組成圍欄主體，由于銅合金具有天然的“抑菌”特性，因此，由銅合金網(wǎng)衣構成的銅網(wǎng)箱具有抗海洋污損生物附著、防病抑菌、抗風浪等優(yōu)點，是海水養(yǎng)殖業(yè)實現(xiàn)健康養(yǎng)殖的重要設施，目前已經(jīng)在實際生產(chǎn)中應用[5-6]。

為了評估銅合金圍欄養(yǎng)殖海洋魚類對周邊海域的影響，本文選擇大黃魚(Larimichthyscrocea)銅合金圍欄養(yǎng)殖為研究對象，根據(jù)銅合金圍欄大黃魚養(yǎng)殖周期對圍欄設施及周邊海域的關鍵特征海洋環(huán)境因子進行了監(jiān)測并對海水水質(zhì)現(xiàn)狀進行了綜合評價，以期為促進銅合金圍欄養(yǎng)殖設施的推廣應用以及海水養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

調(diào)查銅合金牧場式圍欄養(yǎng)殖區(qū)域面積約5 ×104m2，養(yǎng)殖對象為大黃魚，投放尾數(shù)約為70×104尾。在銅合金圍欄大黃魚養(yǎng)殖區(qū)及周邊海域共設置10個調(diào)查站位(圖1，表1)，根據(jù)大黃魚一個養(yǎng)殖周期(4-12月)，選擇2017年2月、6月、8月、10月在調(diào)查海域大潮期漲潮時進行采樣。使用有機玻璃采水器采集各個站位海水樣品，低溫冷凍保存，帶回實驗室分析，樣品的采集、保存、運輸、分析檢測均嚴格按照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763.1-7-1998)[7]、《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378.1-7-2007)[8]進行。

圖1 監(jiān)測站位示意圖Fig.1 Location of sampling stations

站位Sampling stations東經(jīng)East longitude北緯North latitude1121°52′27″28°28′16″2121°52′07″28°28′07″3121°51′59″28°28′02″4121°51′51″28°27′57″5121°51′42″28°27′51″6121°51′32″28°27′45″7121°52′07″28°28′12″8121°52′11″28°28′08″9121°51′59″28°28′08″10121°52′05″28°28′04″

1.2 數(shù)據(jù)處理與評價方法

1.2.1 數(shù)據(jù)處理

為了定量反映各站位之間監(jiān)測指標空間波動程度的大小差異，選用變異系數(shù)(coefficient of variation，CV)來表示它們變化程度的大小，變異系數(shù)計算公式如下[9]：

(1)

1.2.2 評價方法

利用內(nèi)梅羅指數(shù)[10]評價方法對調(diào)查海域水體進行質(zhì)量綜合評價，其計算公式如下：

(2)

式(2)中，P為內(nèi)梅羅指數(shù)，Pmax、Pavg分別為單因子污染指數(shù)(Pi)的最大值與平均值。其中，單因子污染指數(shù)Pi的計算公式如下：

最后，無論你是熱愛戶外森林、野生動物，還是著迷抽象景物，請跟隨本文中的專業(yè)技巧，拿起手中的相機，現(xiàn)在就走到大自然中去吧。

(3)

式(3)中，Ci為第i類污染物的實測含量，Si為第i類污染物的評價標準?？紤]到本調(diào)查海域的用途是養(yǎng)殖海域，因此參照《海水水質(zhì)標準》(GB 3097-1997)[11]中的二類標準(第二類海水適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)、海水浴場、人體直接接觸海水的海上運動或娛樂區(qū)，以及與人類食用直接有關的工業(yè)用水區(qū))作為水質(zhì)評價標準。其中pH、溶解氧的單因子污染指數(shù)計算公式分別如下：

pH為：

(4)

(5)

(6)

式(4)～式(6)中，pHi、pHsu、pHsd分別為海水pH的實測值、標準上限(8.5)、標準下限(7.8)。

溶解氧為：

Pi=0(溶解氧≥8 mg·L-1)

(7)

(8)

(9)

內(nèi)梅羅指數(shù)具體等級劃分標準見表2。

2 結果與分析

2.1 調(diào)查海域海水溫度、鹽度的季節(jié)變化

調(diào)查海域4次調(diào)查海水溫度范圍為11.6～27.7 ℃，平均值為21.5 ℃，2月溫度平均值最低，8月溫度平均值最高；4次調(diào)查海水鹽度范圍為26.4～33.1，平均值為29.4，10月鹽度平均值最低，8月鹽度平均值最高(表3)。溫度、鹽度的變異系數(shù)均較低，范圍為0.01～0.02之間，表明4次調(diào)查期間調(diào)查海域溫度、鹽度的分布比較均勻，沒有大的波動。

2.2 調(diào)查海域監(jiān)測指標的分布與評價

圖2 2月份海水監(jiān)測指標數(shù)值Fig.2 Values of monitoring indicators in February

表2 內(nèi)梅羅污染指數(shù)劃分水體污染等級Tab.2 Water pollution degrees based on the Nemerow pollution index

表3 水體溫度、鹽度的季節(jié)變化Tab.3 Statistics of temperature and salinity in different seasons

圖3 6月份海水監(jiān)測指標數(shù)值Fig.3 Values of monitoring indicators in June

圖4 8月份海水監(jiān)測指標數(shù)值Fig.4 Values of monitoring indicators in August

圖5 10月份海水監(jiān)測指標數(shù)值Fig.5 Values of monitoring indicators in October

2.3 調(diào)查海域水質(zhì)綜合評價

利用內(nèi)梅羅指數(shù)法對調(diào)查海域水質(zhì)的綜合評價結果如表4所示。2月調(diào)查海域各個站位的內(nèi)梅羅指數(shù)值(P值)范圍為0.49～0.80，平均值為0.60，其中2、3、10號站位海水水質(zhì)均屬于Ⅱ類(較清潔)，其余站位海水水質(zhì)均屬于Ⅰ類(清潔)；6月調(diào)查海域各個站位的內(nèi)梅羅指數(shù)值(P值)范圍為0.63～2.33，平均值為1.21，其中1、5、6、7號站位海水水質(zhì)均屬于Ⅱ類(較清潔)，其余站位海水水質(zhì)屬于Ⅲ類(輕度污染)；8月調(diào)查海域各個站位的內(nèi)梅羅指數(shù)值(P值)范圍為0.59～2.22，平均值為1.48，其中1號站位海水水質(zhì)屬于Ⅰ類(清潔)、5、7號站位海水水質(zhì)均屬于Ⅱ類(較清潔)，其余站位海水水質(zhì)屬于Ⅲ類(輕度污染)；10月調(diào)查海域各個站位的內(nèi)梅羅指數(shù)值(P值)范圍為0.65～2.58，平均值為1.69，其中5、6、7號站位海水水質(zhì)均屬于Ⅱ類(較清潔)，其余站位海水水質(zhì)屬于Ⅲ類(輕度污染)。

表4 內(nèi)梅羅指數(shù)評價法水質(zhì)評價結果Tab.4 Evaluation results of water quality by using the Nemerow pollution index

3 討論

海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖是我國養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，但傳統(tǒng)的網(wǎng)箱養(yǎng)殖受制于材料的抗風浪強度等因素，多集中于港灣等水流交換不暢的區(qū)域，網(wǎng)箱網(wǎng)衣生物附著量大，阻塞網(wǎng)眼，進一步減弱了網(wǎng)箱內(nèi)外水體的交換，此外，出于成本、利潤等方面的經(jīng)濟利益驅(qū)動，網(wǎng)箱養(yǎng)殖密度通常遠高于養(yǎng)殖海域的環(huán)境容量，養(yǎng)殖生物的內(nèi)源性排泄物和人工投喂的顆粒飼料、魚糜、雜魚等殘餌帶來的外源性污染物均無法通過水流交換得到有效的稀釋，最終導致網(wǎng)箱養(yǎng)殖海域環(huán)境質(zhì)量下降，并可能引起養(yǎng)殖生物病害頻繁發(fā)生、死亡等一系列連鎖反應，形成惡性循環(huán)。

從本次調(diào)查的結果可以看出，在大黃魚的非養(yǎng)殖時間段(2月)調(diào)查海域的水質(zhì)水平整體上屬于清潔(Ⅰ)或者較清潔(Ⅱ)狀態(tài)，而在養(yǎng)殖大黃魚的養(yǎng)殖時間段(6月、8月、10月)調(diào)查海域的水質(zhì)情況整體下降，海水水質(zhì)評價結果分布表現(xiàn)為以圍欄為污染高值中心，向外緣污染逐漸下降，圍欄核心區(qū)域水質(zhì)水平基本屬于輕度污染(Ⅲ)狀態(tài)，在離圍欄較遠的5號及6號站位，隨著海水的稀釋作用，海水水質(zhì)水平基本恢復到清潔(Ⅰ)或者較清潔(Ⅱ)狀態(tài)(表3)。調(diào)查海域海水水質(zhì)評價結果的分布趨勢主要與海水的潮流方向和稀釋擴散作用有關，但與傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖模式相比較[2]，銅合金圍欄養(yǎng)殖模式的稀釋作用更顯著，能夠在較短距離內(nèi)將內(nèi)源性、外源性污染物最大稀釋。這主要取決于銅合金網(wǎng)衣的優(yōu)越性能，首先銅合金網(wǎng)衣編制的網(wǎng)箱抗風浪能力強，因此網(wǎng)箱能夠選址在水流強勁的離岸海域，其次由于銅合金網(wǎng)衣表面無附著生物附著，網(wǎng)眼通透，進一步改善了水體交換狀況，再加上銅合金網(wǎng)衣的天然“抑菌”特性，能夠在最短距離內(nèi)最大程度的將污染物稀釋擴散，極大改善養(yǎng)殖水域的環(huán)境狀況。

銅合金網(wǎng)箱養(yǎng)殖優(yōu)越性顯著，但從本研究的結果看，并沒有從根本上解決養(yǎng)殖帶來的污染問題。這幾年，一種基于生態(tài)系統(tǒng)水平管理的可持續(xù)發(fā)展的海水養(yǎng)殖模式-多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖(integrated multi-tropic aquaculture，IMTA)目前正成為國際上學者們大力推行的養(yǎng)殖理念[12-15]。這種養(yǎng)殖模式的理論基礎在于由不同營養(yǎng)級生物組成的綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)，系統(tǒng)中投餌性養(yǎng)殖單元產(chǎn)生的殘餌、糞便、營養(yǎng)鹽等有機或無機物質(zhì)成為其它類型養(yǎng)殖單元(如濾食性貝類、大型藻類、腐食性生物)的食物或營養(yǎng)物質(zhì)來源，將系統(tǒng)內(nèi)多余的物質(zhì)轉(zhuǎn)化到養(yǎng)殖生物體內(nèi)，達到系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)的有效循環(huán)利用，在減輕養(yǎng)殖對環(huán)境的壓力的同時，提高養(yǎng)殖品種的多樣性和經(jīng)濟效益，促進養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[16]。

4 小結

1)大黃魚的非養(yǎng)殖時間段調(diào)查海域的水質(zhì)水平整體上屬于清潔(Ⅰ)或者較清潔(Ⅱ)狀態(tài)，養(yǎng)殖大黃魚的養(yǎng)殖時間段(6月、8月、10月)調(diào)查海域養(yǎng)殖核心區(qū)的水質(zhì)整體上處于輕度污染(Ⅲ)狀態(tài)；

2)大黃魚圍欄養(yǎng)殖海域水質(zhì)分布以圍欄為高值中心，向外緣逐漸下降，水流的稀釋擴散是其主要動力，銅合金養(yǎng)殖網(wǎng)箱可以改善養(yǎng)殖海域的水質(zhì)狀況，新材料結合多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖模式是未來養(yǎng)殖發(fā)展的方向。