我國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價研究進(jìn)展

羅建波　李應(yīng)仁　劉雪華　黃瑛　穆希巖　李緒興　雷云雷　沈公銘

摘要：漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測和評價是管理漁業(yè)生態(tài)環(huán)境的基礎(chǔ)。對于漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價來講，管理上常用單因子法評價。近年來，某些環(huán)境質(zhì)量評價領(lǐng)域常用方法如內(nèi)梅羅指數(shù)法、有機污染指數(shù)法、富營養(yǎng)化指數(shù)法、主成分分析法等也被借鑒應(yīng)用在不同的漁業(yè)水域環(huán)境質(zhì)量評價中。本文結(jié)合漁業(yè)行業(yè)特征，對行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)常用的漁業(yè)生態(tài)環(huán)境評價方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，對方法的原理、運用和優(yōu)缺點進(jìn)行了分析說明;對近年來漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價科研進(jìn)展進(jìn)行了綜述，在此基礎(chǔ)上，總結(jié)提出開展?jié)O業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價的工作步驟;分析了目前漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價在評價方法開發(fā)和實際應(yīng)用管理等方面存在的問題，并對研究發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：漁業(yè)生態(tài)環(huán)境;環(huán)境質(zhì)量評價;評價指標(biāo);評價方法;評價流程

中圖分類號： X822.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）02-0052-05

收稿日期：2018-11-06

作者簡介：羅建波（1985—），男，四川廣安人，博士研究生，助理研究員，主要從事漁業(yè)資源環(huán)境保護(hù)研究。E-mail：luojb@cafs.ac.cn。

通信作者：沈公銘，碩士，副研究員，主要從事漁業(yè)資源環(huán)境管理及研究。E-mail：sgm@cafs.ac.cn。

中華人民共和國漁業(yè)法實施細(xì)則定義漁業(yè)水域是指中華人民共和國管轄水域中魚、蝦、蟹、貝的產(chǎn)卵場、索餌場、越冬場[1]，與普通水域相比，漁業(yè)水域通常是水產(chǎn)品的產(chǎn)地，與人類身體健康和水生生物健康具有更為密切的聯(lián)系，因此漁業(yè)水域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和變化趨勢需要特別的關(guān)注和管理。

開展科學(xué)合理管理的前提是準(zhǔn)確客觀的評價漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，目前在漁業(yè)領(lǐng)域常用的方法包括單因子法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、有機污染指數(shù)法、富營養(yǎng)指數(shù)法、生物多樣性指數(shù)法、灰色關(guān)聯(lián)法、主成分分析法、綜合質(zhì)量指數(shù)法等，適用于不同目的和范圍的評價。其中，單因子評價法是目前漁業(yè)生態(tài)環(huán)境管理實踐中采用的方法，其他方法多見于學(xué)術(shù)研究。

本文目的是對目前實際漁業(yè)環(huán)境管理和學(xué)術(shù)研究中漁業(yè)生態(tài)環(huán)境評價方法進(jìn)展進(jìn)行歸納梳理，對各種方法的優(yōu)缺點進(jìn)行討論。并在總結(jié)目前開展的評價研究基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)開展?jié)O業(yè)生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀評價的過程，分析目前漁業(yè)生態(tài)環(huán)境評價存在的問題，并對未來的研究發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價方法

1.1 單因子法

該方法是目前漁業(yè)環(huán)境評價最為常用的評價方法，也是漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求：“標(biāo)準(zhǔn)值單項超標(biāo)，即表明不能保證魚、蝦、貝正常生長繁殖，并產(chǎn)生危害，危害程度應(yīng)參考背景值、漁業(yè)環(huán)境的調(diào)查數(shù)據(jù)及有關(guān)漁業(yè)水質(zhì)基準(zhǔn)資料進(jìn)行綜合評價[2]?！痹摲椒▽嶋H監(jiān)測值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，得出環(huán)境質(zhì)量好壞的結(jié)論，計算公式：

該方法具有操作簡單、容易理解的優(yōu)點。單因子評價法對水質(zhì)從嚴(yán)要求，能夠確保水體安全，但有時會由于過于嚴(yán)格的要求把水域使用功能評價得偏低，而且各評價參數(shù)之間互不聯(lián)系，不能全面反映水體污染的綜合情況[6]?！?016年中國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況公報》主要采用單因子評價法，結(jié)果顯示，中國漁業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況總體保持穩(wěn)定，但局部水域氮磷污染嚴(yán)重[7]。蔡燕紅等采用單因子評價法評價象山港海水養(yǎng)殖功能區(qū)環(huán)境質(zhì)量，結(jié)果表明，象山港海水養(yǎng)殖功能區(qū)營養(yǎng)鹽類超標(biāo)，導(dǎo)致養(yǎng)殖區(qū)整體水質(zhì)超出四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)），影響了海水增養(yǎng)殖功能區(qū)主導(dǎo)功能的發(fā)揮[4]。

1.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法

又稱最大指數(shù)法，是當(dāng)前國內(nèi)外進(jìn)行綜合污染指數(shù)計算的最常用的方法之一，其計算公式如下：

式中：P為環(huán)境污染最大指數(shù);Ci是i指標(biāo)實測值;Si為i指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值;CiSimax為單項指標(biāo)最大值;CiSiavr為單項指標(biāo)平均值。

內(nèi)梅羅指數(shù)充分重視某污染物出現(xiàn)的最大濃度值對水質(zhì)的影響和作用，是一種兼顧極值的計權(quán)型多因子環(huán)境質(zhì)量指數(shù)。但在污染物波動大時，可能出現(xiàn)1個由最大值決定的高峰，反映不出其他污染指數(shù)的貢獻(xiàn)[8-9]。王益昌采用內(nèi)梅羅指數(shù)法，評價了2004—2007年陜西省有關(guān)河流、湖泊水庫及部分漁場漁業(yè)生態(tài)環(huán)境狀況。結(jié)果顯示，陜西省漁業(yè)環(huán)境質(zhì)量整體趨勢處于中度污染水平，主要污染物來自總氮、總磷和銅[8]。何歆等采用內(nèi)梅羅指數(shù)等評價了廣東省廣州市重點漁業(yè)增養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境質(zhì)量評價，結(jié)果表明，2004年和2005年廣州市重點漁業(yè)增養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)為1.65和240，分別屬于輕度污染和中度污染，并且有逐漸加重的趨勢，表明大部分養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)已經(jīng)受到不同程度的污染，養(yǎng)殖水體環(huán)境質(zhì)量不容樂觀[10]。

1.3 有機污染指數(shù)法

有機污染指數(shù)法又叫A指法，用于衡量水質(zhì)有機污染狀況，其計算公式如下：

A=CCODCCOD′+CDINCDIN′+CPO3-4-PCPO3-4-P′-CDOCDO′。（5）

式中：COD為化學(xué)需氧量;DIN為溶解性無機氮;PO3-4為活性磷酸鹽;DO為溶氧量。分子代表各項指標(biāo)實測值，分母表示標(biāo)準(zhǔn)值。當(dāng)A<0，為優(yōu)良;當(dāng)A在0～1之間，為清潔;當(dāng)A在1～2之間，為較清潔;當(dāng)A在2～3之間，為輕度污染;當(dāng)A在3～4之間，為中度污染;當(dāng)A>4，為嚴(yán)重污染[11-12]。賈曉平等用有機污染指數(shù)法，評價了北部灣漁場海水有機污染營養(yǎng)狀況，評價結(jié)果顯示海水有機污染指數(shù)A為-0.881～0.239，平均-0.411，水質(zhì)總體上為優(yōu)良等級。其中最高值出現(xiàn)在夏季，水質(zhì)污染程度為2級，即較好等級，其他3個季節(jié)水質(zhì)均處于優(yōu)良等級[11]。沈公銘等應(yīng)用有機指數(shù)法，評價了2009—2011年間萊州灣漁業(yè)水域水環(huán)境質(zhì)量，從有機污染指數(shù)來看，2010年水質(zhì)質(zhì)量較好，污染程度較輕，但2009年和2011年海水受有機污染較為嚴(yán)重，屬于嚴(yán)重污染狀況[12]。

1.4 富營養(yǎng)化指數(shù)法

海水漁業(yè)水域的富營養(yǎng)化程度評價一般采用營養(yǎng)質(zhì)量指數(shù)法（NQI指數(shù)）或富營養(yǎng)指數(shù)法（E值法）。湖泊漁業(yè)水域可按照湖泊營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TSI）法進(jìn)行營養(yǎng)狀態(tài)評價。

沈公銘等運用浮游植物Shannon-Wienner多樣性指數(shù)，評價2009—2011年萊州灣水環(huán)境質(zhì)量狀況，其評價結(jié)果為3年均屬于α-中度污染;Pielou均勻度指數(shù)其評價結(jié)果均屬于輕度污染[12]。根據(jù)Shannon-Wienner浮游動物多樣性指數(shù)，其評價結(jié)果均屬于α-中度污染;Pielou均勻度指數(shù)其評價結(jié)果均屬于輕度污染。

1.6 灰色聚類法

在環(huán)境質(zhì)量評價中，有限的時空監(jiān)測數(shù)據(jù)所提供的信息是不完全的，污染物與環(huán)境之間存在著復(fù)雜多變的聯(lián)系，這種聯(lián)系往往帶有一定的不確定性，實際上構(gòu)成了灰色系統(tǒng)的基本特征?；疑垲惙治鰬?yīng)用灰色系統(tǒng)理論的思想、方法進(jìn)行分析，根據(jù)關(guān)聯(lián)矩陣或灰數(shù)的白化權(quán)函數(shù)將一些觀測指標(biāo)或觀測對象聚集成若干個可定義類別[20-21]。

灰色聚類計算的一般步驟如下：n個聚類樣本即各個監(jiān)測點;m個聚類指標(biāo)也就是各個污染指標(biāo);把水質(zhì)類別作為聚類灰數(shù)（灰類），用k（k=1，2，…，P）表示，即P個環(huán)境質(zhì)量等級。

第3步，計算聚類權(quán)ηkj（第j個指標(biāo)對第k個灰類的權(quán)重）。按照地面水域的使用目的和保護(hù)目標(biāo)，確定該水域的參考標(biāo)準(zhǔn)，對各灰類進(jìn)行無量化處理。計算權(quán)重的方法即考慮到了同種組分在不同灰類中所占份額，同時還考慮到了同灰類不同組分所占份額，這種相結(jié)合的歸一化方法是比較令人可信的方法。

按聚類系數(shù)最大歸類原則，σki=maxσki判斷聚類對象屬于哪個類別[22-23]。

平仙隱等應(yīng)用灰色聚類方法對2004年長江口及鄰近水域漁業(yè)環(huán)境水質(zhì)狀況進(jìn)行評價[20]，結(jié)果表明，長江口、杭州灣和舟山群島水域?qū)儆诘?類海水水質(zhì)，水質(zhì)污染程度表現(xiàn)為杭州灣>長江口>舟山群島。杭州灣與長江口污染較為嚴(yán)重，舟山群島水域污染較輕。

1.7 主成分分析法

主成分分析法也稱定量分析法，由Hotelling于1933年首先提出，主要是利用降維思想，把多指標(biāo)轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計分析方法。這些指標(biāo)是原指標(biāo)的線性組合，且彼此不相關(guān)，它可以在力保原始數(shù)據(jù)丟失最少情況下，對高維變量空間進(jìn)行降維。主成分分析法能夠客觀地確定各指標(biāo)的權(quán)重，避免主觀隨意性，較其他的方法有一定的優(yōu)越性，是環(huán)境質(zhì)量綜合評價的一種簡單有效的方法，已廣泛運用在重金屬污染以及富營養(yǎng)化評價中[24]。

將各變量標(biāo)準(zhǔn)化，即對同一變量減去其均值再除以標(biāo)準(zhǔn)差，以消除量綱影響;在標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)矩陣的基礎(chǔ)上計算原始指標(biāo)相關(guān)系數(shù)矩陣R;解特征方程，并將其P個特征根按大小順序排列并依據(jù)累計方差貢獻(xiàn)率≥0.85確定1個m值;依據(jù)前m個特征值對應(yīng)的單位特征向量即可以寫出主成分計算公式;將各待評樣點的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)分別代人各主成分的表達(dá)式中，計算得出采樣點的各主成分得分Fi，以方差貢獻(xiàn)率（di）為權(quán)數(shù)求和計算綜合得分：

各項得分值即是對水體采樣點污染程度的定量化描述[25]。滕瑤等采用主成分分析法[26]，分析評價靖海灣松江鱸魚種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，結(jié)果顯示，靖海灣保護(hù)區(qū)調(diào)查海域主要污染物為DIN、As和Zn。以后應(yīng)加強對靖海灣保護(hù)區(qū)有機污染、富營養(yǎng)化和重金屬（As和Zn）的監(jiān)測和管理。

1.8 綜合指標(biāo)法

嚴(yán)格來講，綜合指標(biāo)法并不是指唯一的方法，而是研究者根據(jù)可用的數(shù)據(jù)和類型劃分設(shè)計出的一種方法，常用公式如下：

式中：Ip為環(huán)境綜合質(zhì)量指數(shù);Pi為各因子分指數(shù)。當(dāng)Ip=0.2時，漁場綜合環(huán)境質(zhì)量為優(yōu)級;Ip在0.2～0.4之間，為優(yōu)良;Ip在0.4～0.6之間，為良好;Ip在0.6～0.8之間，為一般;Ip在0.8～1.0之間，為較差;Ip>1.0時，為很差。賈曉平等構(gòu)建的分因子指數(shù)包括即海水水質(zhì)指數(shù)、初級生產(chǎn)力水平指數(shù)和餌料生物水平指數(shù)，并用其評價了北部灣漁場環(huán)境綜合質(zhì)量，綜合指數(shù)為0.45，總體上處于良好水平[11]。劉綠葉等使用NQI值法、A值法和標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法等對呂四漁場生態(tài)環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行了綜合評價[27]，綜合評價結(jié)果表明，呂四漁場環(huán)境質(zhì)量狀況大部分時間處于較差狀態(tài)。因此，其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有待改善。鄒麗珍采用水環(huán)境質(zhì)量綜合評價法，分因子為監(jiān)測指標(biāo)單因子評價結(jié)果[28]，綜合評價結(jié)論是福建省三明市7個水庫（庫區(qū)）中街面水庫水環(huán)境綜合評價指數(shù)P值為 0.173<0.20，表明街面水庫水質(zhì)狀況良好;其他水庫評價價指數(shù)P值介于0.21～040之間，表明這些水庫的水環(huán)境質(zhì)量總體情況良好，均符合漁業(yè)用水。

2 漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價過程

筆者通過分析參考文獻(xiàn)和本身參與漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量實際評價，認(rèn)為漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價過程大致可以分為5個步驟：（1）明確評價范圍;（2）選擇合適評價指標(biāo);（3）開展實際監(jiān)測搜集環(huán)境數(shù)據(jù);（4）選擇評價標(biāo)準(zhǔn)和建立分級標(biāo)準(zhǔn);（5）開展環(huán)境質(zhì)量評估并得出評價結(jié)果。

2.1 明確評價范圍

主要包括評價的時間范圍、空間范圍以及環(huán)境介質(zhì)范圍等。時間范圍包括評價是單次評價還是多次評價，是周、月度、季度、年度還是多年評價，單次評價一般為現(xiàn)狀評價，多次或多年評價可以進(jìn)行變化趨勢分析和預(yù)警評價?？臻g范圍是明確單個監(jiān)測點、單個漁業(yè)水域還是流域、海區(qū)評價。環(huán)境介質(zhì)范圍通常是指水質(zhì)評價、底泥評價、水生生物評價以及他們之間的組合。

2.2 其次篩選評價指標(biāo)

漁業(yè)水域生態(tài)環(huán)境指標(biāo)應(yīng)該涵蓋水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)、底泥質(zhì)量指標(biāo)、水生生物環(huán)境指標(biāo)等幾個方面，但在實際操作過程中，部分研究因為資金或者技術(shù)原因，通常會忽略水生生物指標(biāo)的評價。常用評價指標(biāo)包括常規(guī)理化指標(biāo)如溫度、鹽度、pH值等，有機污染指標(biāo)化學(xué)需氧量、揮發(fā)酚含量、石油類含量等，重金屬指標(biāo)銅鋅鉛鎘含量等、水生生物指標(biāo)葉綠素a含量以及浮游植物、浮游動物、底棲生物多樣性等。

2.3 開展實際監(jiān)測搜集環(huán)境數(shù)據(jù)

按照相關(guān)國家或行業(yè)監(jiān)測規(guī)范開展監(jiān)測的布點、樣品采集、樣品運輸存儲、前處理、分析測試、數(shù)據(jù)處理等工作。目前常用環(huán)境數(shù)據(jù)采集過程一般依照《漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》《海水增養(yǎng)殖區(qū)監(jiān)測技術(shù)規(guī)程》《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB 12763.1～GB 12763.7—2007）和《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378.1～GB 17378.5—2007）等技術(shù)規(guī)定。

2.4 建立評價的方法和分級判斷的標(biāo)準(zhǔn)

評價方法通常為單獨使用或綜合“1.1”節(jié)～“18”節(jié)的方法，評價方法和分級標(biāo)準(zhǔn)通常建立在《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》《無公害食品水產(chǎn)品有毒有害物質(zhì)限量》《貝類凈化技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范基礎(chǔ)上。

2.5 得出漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況的評價結(jié)論

根據(jù)采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)和評價方法進(jìn)行數(shù)據(jù)計算，得到環(huán)境狀況的評價結(jié)果。

3 結(jié)論及展望

漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價是對漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中各要素優(yōu)劣程度的定量和定性描述，是環(huán)境系統(tǒng)分析的基本方法，通過質(zhì)量評價可以為環(huán)境污染的綜合治理、環(huán)境規(guī)劃及管理提供科學(xué)依據(jù)。雖然漁業(yè)水域環(huán)境直接關(guān)系到人和水生動物的健康，具有非常重要的意義，但當(dāng)相對于環(huán)境領(lǐng)域水環(huán)境質(zhì)量評價來講，目前研究還存在以下不足：（1）學(xué)術(shù)研究不重視，開展?jié)O業(yè)生態(tài)環(huán)境評價的研究比較少，難以對實際管理提供支撐。實際管理過程以單因子評價法為主，但單因子方法有明顯的缺陷，難以滿足綜合管理需求。（2）漁業(yè)環(huán)境質(zhì)量評價方法研究主要集中在借鑒應(yīng)用環(huán)境領(lǐng)域存在的方法，缺乏對原理的研究和闡述，且不同方法之間缺少對比性研究，各個研究均屬自說自話，對方法的合理性難以評價。（3）對于綜合性評價方法，沒有大家公認(rèn)的統(tǒng)一的指標(biāo)和分級標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)選取和質(zhì)量分級均比較主觀，不能準(zhǔn)確客觀反映漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，評價結(jié)果缺少對比性。如對于富營養(yǎng)化狀況評價研究，當(dāng)E值>1，公式（7）和公式（8）均可判斷水質(zhì)為富營養(yǎng)化，但二者計算公式卻完全不一樣，公式（7）計算的E值是公式（8）的3倍。（4）對于新出現(xiàn)的一些環(huán)境質(zhì)量評價方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、層次分析法等缺少應(yīng)用和研究。

對于漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價，筆者認(rèn)為下一步應(yīng)該開展?jié)O業(yè)水質(zhì)基準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)的研究，構(gòu)建科學(xué)合理的漁業(yè)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)體系，為開展客觀科學(xué)評價打下基礎(chǔ)。加強環(huán)境評價和數(shù)學(xué)之間的交叉滲透，從原理上建立更科學(xué)合理的評價方法。建立公認(rèn)統(tǒng)一的評價指標(biāo)和分級標(biāo)準(zhǔn)，讓相關(guān)研究具有可對比性，從而便于推廣實施。同時，可以結(jié)合GIS遙感環(huán)境數(shù)據(jù)，當(dāng)?shù)貪O業(yè)水域污染源分布和種類，與主要污染物評價結(jié)果相符合程度等，交叉驗證評價方法的科學(xué)性。

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