清海退養(yǎng)前后近海水域水質(zhì)變化分析研究
——以福建省羅源灣為例

吳如林，謝蓉蓉，張夢(mèng)露

（1.福建師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程院，福建 福州 350007；2.福建師范大學(xué)福建省污染控制與資源循環(huán)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350007）

海灣是深入陸地形成明顯水曲的海域，海灣除包括水域部分外，還應(yīng)包括水域周邊的陸域部分，故可以將海灣看成由海水、水盆、周邊和空域共同組成的綜合地貌體[1]。由于海灣地區(qū)處于陸地和海洋之交的紐帶地位和優(yōu)越的開發(fā)環(huán)境，海產(chǎn)養(yǎng)殖在其中逐漸興起。近年來，隨著漁業(yè)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，飼養(yǎng)規(guī)模和數(shù)量在不斷擴(kuò)大，在促進(jìn)行業(yè)發(fā)展的同時(shí)也帶來了一系列的污染問題[2]。據(jù)2019年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公開資料顯示，2018年全國(guó)海水產(chǎn)品產(chǎn)量約為3301.43萬(wàn)t，其中養(yǎng)殖為2031.22萬(wàn)t，約占總產(chǎn)量的61.5%，其中福建的海產(chǎn)養(yǎng)殖為783.89萬(wàn)t，約占全國(guó)海產(chǎn)養(yǎng)殖的38.6%。海產(chǎn)養(yǎng)殖過程中魚蝦貝類的排泄物和殘余餌料、碎屑已成為重要污染源，導(dǎo)致養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)無機(jī)氮和活性磷酸鹽超標(biāo)，因此，海產(chǎn)養(yǎng)殖的大規(guī)模增長(zhǎng)同時(shí)也導(dǎo)致了近海養(yǎng)殖區(qū)海水富營(yíng)養(yǎng)化[3]。養(yǎng)殖規(guī)模的增長(zhǎng)使海產(chǎn)品養(yǎng)殖區(qū)、增殖區(qū)水質(zhì)多年以來處于較差水平，并且排污量呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，被污染海水所占比例逐年上升，因此，海水養(yǎng)殖污染狀況不容樂觀[4]。

羅源灣位于福建省沿海東北部，閩江口以北約50 km，是全國(guó)少有的天然深水港灣，為福建省六大深水港灣之一。羅源灣形似倒葫蘆狀，北臨鑒江半島和三都澳， 南隔黃岐半島，東起可門口，向西深入羅源縣與連江縣境內(nèi)中部[5]。羅源灣周邊可耕地極少，水產(chǎn)養(yǎng)殖為主要經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，水產(chǎn)銷量一度占到福州水產(chǎn)品市場(chǎng)的五分之一，大量的當(dāng)?shù)厝丝诩尤腽B(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)導(dǎo)致養(yǎng)殖密度增大，海水污染嚴(yán)重[6]。根據(jù)《福建羅源灣環(huán)境容量與海洋生態(tài)保護(hù)規(guī)劃研究報(bào)告》，羅源灣內(nèi)主要養(yǎng)殖貝類（太平洋牡蠣、鮑魚）、藻類（海帶、紫菜）、魚（大黃魚、真繃）、蝦（長(zhǎng)毛對(duì)蝦、沙蝦、南美北對(duì)蝦）等。由于羅源灣局部海域海水富營(yíng)養(yǎng)化問題日益突出，陸源性污染物排放問題未得到有效控制，無機(jī)氮和活性磷酸鹽污染較重[7]。1998年后羅源灣海產(chǎn)養(yǎng)殖大量發(fā)展，養(yǎng)殖投餌造成了灣內(nèi)的氮磷含量超標(biāo)。此后，2000年[8]、2001年[9]、2004年[10]均出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化的現(xiàn)象。 根據(jù)福建省海洋功能區(qū)劃，羅源灣重點(diǎn)發(fā)展港口航運(yùn)、臨港工業(yè)。2015年3月，退養(yǎng)工作啟動(dòng)，福州市要求羅源灣實(shí)施全面退養(yǎng)，包括松山和碧里2個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的13.4萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)箱養(yǎng)殖，涉及31個(gè)村5.08萬(wàn)人[11]。至2018年6月底，羅源灣海域退養(yǎng)面積約84 km2，其中，各類網(wǎng)箱約13.4萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)箱，藻類、吊蠣近20 km2，退養(yǎng)工作基本結(jié)束[12]。

圖1 羅源灣2015和2019養(yǎng)殖面積

羅源灣2015年和2019年養(yǎng)殖面積如圖1，通過谷歌歷史影像目視解譯可得出2015年海產(chǎn)養(yǎng)殖網(wǎng)箱面積約為131.9 km2，2019年面積約為65.42 km2，5年間削減約一半的網(wǎng)箱面積?；诹_源灣近況，本研究將以此為例，探究退養(yǎng)前后水質(zhì)的變化趨勢(shì)和規(guī)律，分析其變化原因，為今后水產(chǎn)養(yǎng)殖重點(diǎn)區(qū)域的退養(yǎng)活動(dòng)提供一定參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

圖2 采樣點(diǎn)位圖

羅源灣在行政區(qū)劃上隸屬福州市，北岸屬羅源縣，南岸屬連江縣。根據(jù)海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃，列為福州港的深水外港。其海灣曲折，口窄腹大，總面積227 km2，水域面積214 km2，其中灘涂面積約117 km2，淺海面積88.7 km2。海灣內(nèi)大小海島32個(gè)，岸線長(zhǎng)24.75 km，海島面積1.49 km2。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2015至2019年5年間羅源灣逐季的海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息水質(zhì)數(shù)據(jù)由福建省近海海域水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息提供，水質(zhì)指標(biāo)包括無機(jī)氮(DIN)、活性磷酸鹽(DIP)、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量 (COD)。利用2015-4-29、2016-4-8、2017-4-6、2018-5-5、2019-5-17水質(zhì)數(shù)據(jù)的平均值表征羅源灣豐水季水質(zhì)特征；利用2015-7-15、2016-7-6、2017-7-13、2018-7-14、2019-8-27水質(zhì)數(shù)據(jù)的平均值表征羅源灣平水季水質(zhì)特征；利用2015-11-4、2016-10-9、2017-10-11、2018-9-17、2019-10-21水質(zhì)數(shù)據(jù)的平均值表征羅源灣枯水季水質(zhì)特征。所有樣本的采集及檢測(cè)分析按照GB 3097—1997《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中相應(yīng)的方法。點(diǎn)位選取F1為羅源灣內(nèi)（E119.7175，N26.4328），F(xiàn)2為北茭（E119.975，N26.4000），見圖2。

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

⑴ 單因子污染指數(shù)法是通過評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行逐項(xiàng)分析評(píng)價(jià)，通過指數(shù)計(jì)算，選取各因子中最大類別為樣本的總體評(píng)價(jià)結(jié)果。該方法計(jì)算方式簡(jiǎn)單、結(jié)果清晰，可以容易判斷評(píng)價(jià)區(qū)主要污染因子及污染狀況，目前廣泛地運(yùn)用于環(huán)境評(píng)價(jià)領(lǐng)域。采用單因子污染指數(shù)法[13]對(duì)羅源灣的水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，將DIN、DO、DIP、及COD濃度值與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，給出各評(píng)價(jià)因子的超標(biāo)倍數(shù)，計(jì)算公式為：

式中: Si為單因子污染指數(shù)，當(dāng) Si＞1，表明該水質(zhì)指標(biāo)超過了規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，Si越大表明相應(yīng)指標(biāo)超標(biāo)越嚴(yán)重；ρi為某一水質(zhì)指標(biāo)質(zhì)量濃度的實(shí)測(cè)值；ρso為某一水質(zhì)指標(biāo)質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)值。

⑵ 有機(jī)污染指數(shù)法[14]是根據(jù)DIN、DO、DIP、及COD這4項(xiàng)指標(biāo)的等表指數(shù)的和來判斷水質(zhì)，其計(jì)算公式為：

表1 2015～2019年羅源灣海域DIN、DO、DIP、COD濃度及各指標(biāo)單因子污染指數(shù)

式中A為有機(jī)污染指數(shù)，A＞4 為重污染，3＜A≤4為中污染，2＜A≤3 為輕污染，A≤2為清潔。根據(jù)《福建省海洋功能區(qū)劃（2011—2020年）》，羅源灣執(zhí)行海水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)[15]，則ρS1(DIN)=0.3 mg/L，ρS1(DIP)=0.03mg/L，ρS1(COD)=3 mg/L，ρS1(DO)=5 mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 2015～2019年羅源灣海域水質(zhì)變化趨勢(shì)

基于2015～2019年水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息，各監(jiān)測(cè)站位無機(jī)氮、溶解氧、活性磷酸鹽和化學(xué)需氧量5年各水季的數(shù)值、超標(biāo)倍數(shù)及有機(jī)污染指數(shù)見表1，各水質(zhì)指標(biāo)年平均濃度變化趨勢(shì)見圖3。

由表1可見，羅源灣內(nèi)在過去5年DIN的平均濃度值為0.32 mg/L，達(dá)到海水II類標(biāo)準(zhǔn)，羅源灣外的平均濃度值為0.18 mg/L，達(dá)到海水I類標(biāo)準(zhǔn)；灣內(nèi)DO的平均濃度值為6.81 mg/L，灣外的平均濃度值為6.98 mg/L，均達(dá)到海水I類標(biāo)準(zhǔn)；灣內(nèi)DIP的平均濃度值為0.03 mg/L，達(dá)到海水II類標(biāo)準(zhǔn)，羅源灣外的平均濃度值為0.01 mg/L，達(dá)到海水I類標(biāo)準(zhǔn)；灣內(nèi)COD的平均濃度值為0.57 mg/L，灣外的平均濃度值為0.53 mg/L，均達(dá)到海水I類標(biāo)準(zhǔn)。其中影響羅源灣水質(zhì)的主要污染因子是無機(jī)氮和活性磷酸鹽。

圖3 羅源灣2015～2017灣內(nèi)外各水質(zhì)指標(biāo)平均濃度

由圖3可見，在實(shí)行全面退養(yǎng)政策之后，羅源灣內(nèi)的DIN全年平均濃度呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，在2017年達(dá)到最低值，灣內(nèi)外平均濃度分別為0.21 mg/L、0.14 mg/L，羅源灣外因其接近于外海濃度得到稀釋呈較為平緩的下降趨勢(shì)；羅源灣內(nèi)外的DO全年平均濃度在2016年位于最低值，灣內(nèi)外平均濃度分別為6.21 mg/L、6.47 mg/L，而后又呈現(xiàn)上升趨勢(shì)；羅源灣內(nèi)的DIP全年平均濃度在2015～2019呈現(xiàn)逐年下降的趨勢(shì)，在2019年的濃度已達(dá)到0.02 mg/L，而羅源灣內(nèi)則出現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)，因?yàn)闉惩獾臐舛仁芡夂Ｍ鈦硇訢IP濃度的影響；羅源灣內(nèi)的COD全年平均濃度在2015～2017期間呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，在2017達(dá)到峰值0.78 mg/L，之后呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，而在羅源灣外則是比較平緩的上升。

2.2 羅源灣水質(zhì)不同水季的分布特征

選取2015～2019期間豐水期、平水期、枯水期的平均值得出圖4。由圖可知，羅源灣內(nèi)外DIN的平均濃度均呈現(xiàn)枯水季最高，豐水季次之，而平水期呈現(xiàn)最低；羅源灣灣內(nèi)DO的平均濃度在枯水期最高，豐水季次之，平水期最低，灣外則是豐水季最高，枯水季次之，平水季最低；羅源灣內(nèi)外DIP的平均濃度均在枯水季最高，其余2水季相同；羅源灣內(nèi)COD的平均濃度同樣是在枯水季最高，豐水季次之，平水季最低?？傮w呈現(xiàn)枯水季高于豐水季高于平水季。

圖4 羅源灣水質(zhì)不同水季分布特征

2.3 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果

由富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果（見表1）可知，羅源灣在2015年到2019年的有機(jī)污染指數(shù)A值均值分別為3.8、2.9、2.8、3.0、2.9，實(shí)現(xiàn)了從中污染到輕污染的轉(zhuǎn)變。2015年羅源灣水質(zhì)僅符合海水Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)，2016年和2017年水質(zhì)符合海水Ⅲ標(biāo)準(zhǔn)版，2018年和2019年水質(zhì)符合海水Ⅱ標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，羅源灣的退養(yǎng)工作對(duì)于灣內(nèi)水質(zhì)的改善有積極作用。

依據(jù)富營(yíng)養(yǎng)化分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[16]的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，羅源灣海域在2015年?duì)I養(yǎng)程度達(dá)到氮限制性中度潛在性營(yíng)養(yǎng)水平，接近富營(yíng)養(yǎng)化水平；在2016年達(dá)到中度營(yíng)養(yǎng)；在2017年達(dá)到貧營(yíng)養(yǎng)；在2018年和2019年都是中度營(yíng)養(yǎng)。N/P呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但整體富營(yíng)養(yǎng)化呈現(xiàn)好轉(zhuǎn)趨勢(shì)。

3 成因分析

在海水養(yǎng)殖過程中，人工合成餌料的投入、殘餌的分解、生物排泄物的產(chǎn)生、使用的藥物等，都使養(yǎng)殖水富含各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[17，18]，養(yǎng)殖過程中所投放的餌料，除去生物生長(zhǎng)、能量消耗等生理代謝外，剩余的餌料相當(dāng)一部分進(jìn)入大海。以養(yǎng)蝦為例，即使是管理最好的對(duì)蝦養(yǎng)蝦場(chǎng)，也有約30%的餌料未被攝食，殘餌溶失的氮、磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是蝦池及其鄰近淺海的主要污染物[19]。羅源灣在進(jìn)行全面退養(yǎng)之后，隨著海產(chǎn)養(yǎng)殖量的逐年減少，由海產(chǎn)養(yǎng)殖帶來的水質(zhì)問題也進(jìn)一步得到改善。

不同水季之間的分布呈現(xiàn)枯水季最高，豐水季次之，平水季最低的現(xiàn)象，這是由于海產(chǎn)養(yǎng)殖在枯水季為投苗期[20]，投加的飼料等會(huì)污染水體，而平水季的夏季水溫升高，海產(chǎn)品會(huì)降低對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需求，投加飼料的減少會(huì)降低對(duì)水體的污染[21]。

4 結(jié)論

⑴ 自2015年退養(yǎng)活動(dòng)開展后，羅源灣水質(zhì)得到明顯改善，羅源灣內(nèi)DIN、DIP濃度分別在2017、2019年達(dá)到最低，平均濃度分別為0.21 mg/L、0.02 mg/L，比污染最嚴(yán)重的2015年分別下降約46%、68%。COD在2015～2017年上升后呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，但是，海灣外因受外海稀釋，總體呈下降趨勢(shì)且幅度較為平緩。

⑵ 退養(yǎng)活動(dòng)對(duì)近海海域富營(yíng)養(yǎng)化情況也有一定改善作用。2015年，羅源灣氮含量達(dá)限制性中度潛在性營(yíng)養(yǎng)水平，總體接近富營(yíng)養(yǎng)化，此后逐漸向中度營(yíng)養(yǎng)、貧營(yíng)養(yǎng)程度轉(zhuǎn)變，2018、2019年都保持在中度營(yíng)養(yǎng)水平。N/P略有上升但整體情況有所好轉(zhuǎn)。

⑶ 在同一年不同水季之間的水質(zhì)變化不同，具體表現(xiàn)為枯水季高于豐水季高于平水季。