煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)及對(duì)浮游植物的影響

于瀟，李希磊，楊俊麗，崔龍波

（煙臺(tái)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264005）

四十里灣位于山東省煙臺(tái)海域，總面積達(dá)86.7 km2，適合淺水養(yǎng)殖的面積約53.3 km2[1]，是煙臺(tái)重要的海水養(yǎng)殖基地。近十年來(lái)，四十里灣主要以扇貝和牡蠣養(yǎng)殖為主，輔以海帶、海參和貽貝等。四十里灣的地理環(huán)境為半封閉型海灣，經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，富營(yíng)養(yǎng)化加劇，海水養(yǎng)殖業(yè)遭受相當(dāng)大的損失[2,3]?，F(xiàn)有研究表明：四十里灣海域處于磷限制狀態(tài)，磷酸鹽是該海域浮游植物生長(zhǎng)的限制因子[4]，營(yíng)養(yǎng)狀況從貧營(yíng)養(yǎng)逐漸過(guò)渡到中度營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)[5]。為分析環(huán)境因子與浮游植物間的相關(guān)性，了解扇貝養(yǎng)殖區(qū)的營(yíng)養(yǎng)與水質(zhì)狀況，本研究通過(guò)檢測(cè)煙臺(tái)四十里灣養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境因子及浮游植物，以期為今后海水養(yǎng)殖，特別是扇貝養(yǎng)殖布局調(diào)整和養(yǎng)殖環(huán)境的改善提供一定數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間與地點(diǎn)

本研究于2017 年5—11 月進(jìn)行，即一個(gè)海灣扇貝養(yǎng)殖周期內(nèi)。在煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)設(shè)置5 個(gè)監(jiān)測(cè)站位，編號(hào)為M1～M5，調(diào)查站位分布見(jiàn)圖1。每月中旬監(jiān)測(cè)該區(qū)海水水質(zhì)。

1.2 樣品采集與檢測(cè)方法

用有機(jī)玻璃采水器采集水樣，在每個(gè)監(jiān)測(cè)站位設(shè)置四個(gè)平行采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)采表層和底層水樣，并進(jìn)行等量混合。采集的水樣按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[6]第3 部分進(jìn)行保存和處理。

水溫、pH、鹽度和溶氧（DO）含量用美國(guó)奧利龍5-star 水質(zhì)分析儀、硫化物使用德國(guó)默克NOVA-60A 進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，化學(xué)需氧量（COD）、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、無(wú)機(jī)磷（DIP）、總磷（TP）、總氮（TN）、硫化物含量均按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第4 部分進(jìn)行檢測(cè)，Chl a 和浮游植物按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第7部分進(jìn)行檢測(cè)。浮游植物的檢測(cè)方法為：取1 L 混合后的水樣加入15 mL 魯哥氏液固定、保存，至于陰涼處?kù)o置24～48 h 進(jìn)行濃縮。濃縮后的樣品采用0.1 mL 浮游生物計(jì)數(shù)框在光學(xué)顯微鏡下對(duì)浮游植物進(jìn)行分類(lèi)計(jì)數(shù)，對(duì)浮游植物密度采用《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[6]濃縮計(jì)數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，用Spass19.0 對(duì)浮游植物密度與環(huán)境因子進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析。

1.3 評(píng)價(jià)方法與數(shù)據(jù)分析

1.3.1 海水富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

采用營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)、海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)和葉綠素a 營(yíng)養(yǎng)水平指數(shù)評(píng)價(jià)海水營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。計(jì)算公式為：

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)（NQI）[7]：

其中CCOD為水體中化學(xué)需氧量的濃度，單位為mg/L；CT-P為總磷濃度，單位為mg/L；CT-N為總氮濃度，單位為分別為水體的化學(xué)需氧量、總磷、總氮的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，其中

根據(jù)NQI 值將海域營(yíng)養(yǎng)水平分為三級(jí)：NQI＞3為富營(yíng)養(yǎng)水平，NQI 為2～3 為中營(yíng)養(yǎng)水平，NQI＜2為貧營(yíng)養(yǎng)水平。

海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（E）法[8]：

其中CCOD為水樣中化學(xué)需氧量濃度，單位為mg/L；CDIN為溶解態(tài)無(wú)機(jī)氮的濃度，單位為mg/L；CDIP為溶解態(tài)無(wú)機(jī)磷的濃度，單位為mg/L。

若E ＞1，則水體呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)；E 值越大，水體富營(yíng)養(yǎng)化程度越嚴(yán)重。

葉綠素a 營(yíng)養(yǎng)水平指數(shù)（D）[9]：

其中Chla 為水樣中葉綠素的濃度，單位為mg/L；

分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如下：D＜1 為貧營(yíng)養(yǎng)水域；1≤D＜10為中營(yíng)養(yǎng)水域；D≥10 為富營(yíng)養(yǎng)水域。

1.3.2 環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

用內(nèi)梅羅（Nemerow）指數(shù)法及單因子污染指數(shù)法[10]評(píng)價(jià)海水質(zhì)量。

其中，P 為內(nèi)梅羅綜合指數(shù)；Pmax為參數(shù)中最大的污染指數(shù)；Pi為單因子污染指數(shù)（Pi＞1 表明該項(xiàng)環(huán)境因子為污染狀態(tài)）；Ci為某污染因子的測(cè)量濃度；Ci0為某污染因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[10]如表1。

表1 貝類(lèi)養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Grading standards of eco-environmental quality in shellfish culture

表2 煙臺(tái)四十里灣環(huán)境因子月份變化Tab.2 Monthly variation in environmental factors in Sishili Bay,Yantai

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子變化情況

2017 年5—11 月煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)溫度、pH、DO、鹽度、COD 和硫化物含量的變化情況如表2。由表2 可知：海水平均溫度為20.19 ℃，變化范圍為9.54～25.07 ℃，其中8 月水溫最高，11 月水溫最低，除11 月外水溫均適宜扇貝的生長(zhǎng)（海灣扇貝適宜生長(zhǎng)的溫度為18～28 ℃[11]）。pH 的平均值為8.12，變化范圍為8.01～8.24，符合國(guó)家二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（7.8～8.5），適宜扇貝的養(yǎng)殖。DO 的平均值為8.06 mg/L，變化范圍為7.07～8.95 mg/L，夏季DO 明顯低于春、秋兩季，這與楊麗娜等[12]所描述的中國(guó)沿岸海域夏季低氧現(xiàn)象十分吻合。鹽度的平均值為30.55，變化范圍為29.90～31.46，適宜扇貝的生長(zhǎng)（海灣扇貝適宜生長(zhǎng)的鹽度為19～34[13]）。COD 的平均值為1.23 mg/L，變化范圍為0.56～2.19 mg/L，除6 月份外，其他月份均符合國(guó)家一類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（COD≤2 mg/L）。硫化物含量的平均值為0.0065 mg/L，變化范圍為0.0039～0.0094 mg/L，均小于0.02 mg/L，符合國(guó)家一類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[6]。

2.2 DIN 和DIP 的變化情況

煙臺(tái)四十里灣DIN 變化范圍為0.0834～0.3137 mg/L（表3），年平均值為0.1310 mg/L，除5 月份外均達(dá)到國(guó)家二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（DIN＜0.3 mg/L），夏季DIN 含量較低，春秋兩季含量較高。DIP 的變化范圍為0.0033～0.0303 mg/L，年平均值為0.0122 mg/L，除6 月份外，其余月份均達(dá)到國(guó)家二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（DIP＜0.03 mg/L）。5 月和6 月為海灣扇貝從保苗池轉(zhuǎn)移至海水養(yǎng)殖的時(shí)期，人類(lèi)的活動(dòng)可能造成DIN和DIP 的含量超標(biāo)。

根據(jù)浮游植物對(duì)氮、磷營(yíng)養(yǎng)比的吸收比例，Redfield[14]提出了氮磷比（N/P，氮磷的原子比）的概念，認(rèn)為浮游植物是按照16/1 從海水中吸收生源元素。Justic[15]認(rèn)為，海水的N/P 值大于22/1，存在磷限制，小于10/1，存在氮限制。由表3 可知，煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)5—11 月N/P 變化范圍為6.34～89.05。其中6 月份N/P 為6.34，存在氮限制，5 月、8月和9 月N/P 均大于22，存在明顯磷限制。5—11月的N/P 的平均值為36.30。由此可以看出，該海域N/P 整體處于較高值，與趙衛(wèi)紅等[16]調(diào)查所得N/P升高近3 倍。這與邢紅艷等的研究所得到的近年來(lái)N/P 逐漸偏離了Redficld 系數(shù)，呈不斷升高的趨勢(shì)，四十里灣海域正向P 相對(duì)缺乏方向演變，且逐年加重的研究結(jié)果一致[4]。推測(cè)造成N/P 不斷升高的原因是農(nóng)業(yè)中氮肥大量使用，導(dǎo)致陸源氮輸入量增加[17]。

表3 煙臺(tái)四十里灣營(yíng)養(yǎng)鹽及N/P 變化Tab.3 Changes in nutrient contents and N/P in Sishili Bay,Yantai

2.3 浮游植物種類(lèi)與密度

2017 年在煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)共發(fā)現(xiàn)浮游植物5 門(mén)49 屬87 種，其中硅藻門(mén)32 屬61 種，占浮游植物總種數(shù)的70.11%；甲藻門(mén)9 屬14 種，占浮游植物總種數(shù)的16.09%；金藻門(mén)3 屬5 種，占浮游植物總種數(shù)的5.75%；綠藻門(mén)4 屬4 種，占浮游植物總種數(shù)的4.60%；隱藻門(mén)2 屬3 種占浮游植物總種數(shù)的3.45%。硅藻門(mén)中菱形藻屬Nitzschia、角毛藻屬Chaetoceros 種類(lèi)最多，其中菱形藻屬有10 種，包括谷皮菱形藻Nitzschia palea、洛倫菱形藻N.lorenziana、柔弱偽菱形藻N.pseudonitzschia delicatissima、長(zhǎng)菱形藻N.longissima、尖刺偽菱形藻N.pseudonitzschia pungens 等，該屬在夏季、秋季的密度較高；角毛藻屬有8 種，包括并基角毛藻Chaetoceros decipiens、扁面角毛藻C.compressus、密連角毛藻C.densus、垂緣角毛藻C.laciniosus 和窄隙角毛藻C.affinis 等，該屬在春季、夏季密度較高。菱形藻屬與角毛藻屬在海洋浮游植物中占有重要的地位，可作為魚(yú)類(lèi)和貝類(lèi)等的餌料[6]。在甲藻門(mén)中角藻屬Ceratium 和原甲藻屬Protoperidinium 種類(lèi)最多，其中角藻屬4 種，包括三角角藻Ceratium tripos、叉角藻C.furca、飛燕角藻C.hirundinella 和梭角藻C.fusus，該屬是最常見(jiàn)的海洋浮游甲藻類(lèi)。原甲藻屬2種，包括海洋原甲藻Protoperidinium oceanicum、尖葉原甲藻P.triestinum，該屬是扇貝、牡蠣和幼魚(yú)等的餌料，但其大量繁殖時(shí)會(huì)引發(fā)赤潮，是太平洋東岸重要的赤潮種[18]。

由圖2 可知：煙臺(tái)四十里灣5 個(gè)扇貝養(yǎng)殖區(qū)5—11 月浮游植物密度變化中，5 月浮游植物密度變化范圍為36.60×104～123.00×104cell/L，平均值為70.30×104cell/L；6 月浮游植物密度變化范圍為51.00×104～142.00×104cell/L，平均值為89.95×104cell/L；7 月浮游植物密度變化范圍為8.24×104～141.30×104cell/L，平 均 值 為11.13×104cell/L；8 月浮游植物密度變化范圍為4.39×104～19.80×104cell/L，平均值為30.48×104cell/L；9 月浮游植物密度變化范圍為0.87×104～111.22×104cell/L，平均值為25.34×104cell/L；10 月浮游植物密度變化范圍為2.48×104～48.88×104cell/L，平均值為17.98×104cell/L；11 月浮游植物密度變化范圍為1.26×104～12.18×104cell/L，平均值為5.10×104cell/L。由上述數(shù)據(jù)可以看出，5 月和6 月浮游植物密度最大，其次為9 月，即在春季，秋季出現(xiàn)峰值。

2.4 環(huán)境因子與浮游植物相關(guān)性

由圖3 可知：浮游植物密度和各環(huán)境因子間的Pearson 相關(guān)性中，浮游植物密度與DO 和DIP 含量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0.711 和0.698。在浮游植物豐富的海水中，溶解氧主要來(lái)源于藻類(lèi)的光合作用，浮游植物光合作用釋放氧氣使水中溶解氧含量升高，因此浮游植物密度與DO 呈含量顯著正相關(guān)，這與武丹等[19]對(duì)溶解氧與浮游植物關(guān)系的研究結(jié)果一致。浮游植物密度與DIP 含量呈顯著正相關(guān)，而與DIN 無(wú)明顯相關(guān)性，表明DIP 對(duì)浮游植物生長(zhǎng)的影響明顯大于DIN，這可能與DIN 含量過(guò)剩而DIP 含量不足有關(guān)，相對(duì)于過(guò)剩的DIN，DIP對(duì)浮游植物的影響更為明顯[20]。其他環(huán)境因子如硫化物、溫度和pH 與浮游植物密度呈負(fù)相關(guān)，即在扇貝養(yǎng)殖期間過(guò)高的硫化物含量、溫度和pH 會(huì)抑制浮游植物的生長(zhǎng)。四十里灣硅藻在浮游植物中占絕大的比重，夏季溫度過(guò)高導(dǎo)致大部分硅藻、金藻急速衰亡[21]，浮游植物密度明顯下降。TN、TP、鹽度和COD 與浮游植物密度呈正相關(guān)。

2.5 海水富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)

海水營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)（NQI）表明（表4）：6 月煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，7月和8 月為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，5 月、9 月、10 和11 月為貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（E）結(jié)果表明，6 月養(yǎng)殖區(qū)海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（E）大于1，呈富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，其他月份養(yǎng)殖區(qū)海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（E）均小于1，這與海水營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（NQI）評(píng)價(jià)結(jié)果一致。葉綠素a 營(yíng)養(yǎng)水平指數(shù)（D）結(jié)果顯示，5—11 月份煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)均處于中營(yíng)養(yǎng)水平。營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)不一的原因可能是：6 月份水溫升高，海洋生物新陳代謝活動(dòng)加強(qiáng)，COD 和有機(jī)物含量升高，且四十里灣屬于溫帶季風(fēng)氣候，6 月降雨增多，將大量的陸源營(yíng)養(yǎng)鹽帶入灣內(nèi)，導(dǎo)致海水呈富營(yíng)狀態(tài)。春季、秋季浮游植物密度較高，對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收量較大，營(yíng)養(yǎng)鹽含量降低使?fàn)I養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)在5 月、9 月、10 月和11 月偏低。

表4 不同月份煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)（NQI）、海水營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（E）和葉綠素a 營(yíng)養(yǎng)水平指數(shù)（D）Tab.4 Seawater nutrient status index （NQI）,seawater nutrient index （E） and Chl a nutrient levels index（D）in scallop culture areas in Sishili Bay in Yantai in different months

表5 不同月份煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)Tab.5 Comprehensive seawater quality assessment index in scallop culture areas in Sishili Bay in Yantai in different months

2.6 海水綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)

5—11 月煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)單因子污染指數(shù)（Pi）、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)（P）及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分級(jí)見(jiàn)表5。由表5 可知：除5 月份DIN、6 月份DIP 單因子污染指數(shù)大于1 外，pH、DO、COD、硫化物、DIN等指標(biāo)的單因子污染指數(shù)均小于1，符合海水水質(zhì)二類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，這表明在5—11 月該養(yǎng)殖海域水質(zhì)情況沒(méi)有受到上述指標(biāo)污染；8 月和11 月為Ⅰ類(lèi)水質(zhì)，處于清潔狀態(tài)；5 月、6 月、7 月、9 月和10 月為Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，其中7 月、9 月、10 月處于較清潔狀態(tài)，5 月、6月處于輕度污染狀態(tài)。整體看來(lái)，2017 年四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)在扇貝養(yǎng)殖期間水質(zhì)狀況較適宜扇貝養(yǎng)殖。浮游植物密度與水質(zhì)狀況存在一定聯(lián)系，海水質(zhì)量狀況取決于多種環(huán)境因子，而浮游植物的密度與DO 和DIP 含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），5月、6 月水質(zhì)處于輕度污染狀態(tài)，海水中無(wú)機(jī)氮、磷含量高，浮游植物密度在全年較高，由此可見(jiàn)水質(zhì)狀況與浮游植物密度變化在一定程度上具有一致性。

3 結(jié)論

2017 年5—11 月調(diào)查了煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水的環(huán)境因子，如水溫、pH、鹽度、DO、COD、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、DIP、TP、TN、硫化物以及Chl a 含量等12 項(xiàng)指標(biāo)。除5 月份DIN、6 月份DIP沒(méi)有達(dá)到國(guó)家二類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均適宜扇貝生長(zhǎng)。Pearson 相關(guān)性表明，浮游植物密度與DO 和DIP 含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。海水富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)表明：扇貝養(yǎng)殖區(qū)在6 月處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)；海水綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)表明：8 月和11 月為Ⅰ類(lèi)水質(zhì)，處于清潔狀態(tài)，5 月、6 月、7 月、9 月和10 月為Ⅱ類(lèi)水質(zhì)，其中7 月、9 月、10 月處于較清潔狀態(tài)，5月、6 月處于輕度污染狀態(tài)。整體來(lái)看，煙臺(tái)四十里灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)僅在6 月份出現(xiàn)輕度富營(yíng)養(yǎng)化，5 月、6 月出現(xiàn)輕度污染外，其他月份水質(zhì)狀態(tài)良好，生態(tài)系統(tǒng)較穩(wěn)定，適宜扇貝的養(yǎng)殖。海水養(yǎng)殖是影響四十里灣環(huán)境變化的主要因素，養(yǎng)殖密度過(guò)大，養(yǎng)殖模式過(guò)于單一，大量的養(yǎng)殖廢物直接排放于海中，導(dǎo)致海水質(zhì)量變差，環(huán)境惡化加劇[22]，但近年來(lái)煙臺(tái)市已拆除四十里灣340 多hm2筏架，積極構(gòu)建海洋牧場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)養(yǎng)殖，對(duì)海洋環(huán)境的改善起到積極的作用。