中街山列島海域環(huán)境質量季節(jié)變化與評價

李振華，徐開達，周永東，梁 君，王忠明

（浙江省海洋水產(chǎn)研究所，浙江省海洋漁業(yè)資源可持續(xù)利用技術研究重點實驗室，浙江舟山 316021）

改革開放以來，沿海地區(qū)已成為我國經(jīng)濟和社會發(fā)展的支柱。然而，高強度的海洋開發(fā)和陸源污染物向海洋的輸入，導致海洋環(huán)境污染日益嚴重，并伴有高度的富營養(yǎng)化，嚴重破壞了河口、海灣和近岸重要水域的海洋環(huán)境、漁業(yè)資源和生物多樣性。享有“東海魚倉”美譽的中街山列島海域，位于舟山漁場的中心區(qū)域，漁業(yè)資源也出現(xiàn)了衰退。為保護漁業(yè)資源，自2006 年在該海域設立國家級海洋特別生態(tài)保護區(qū)后，又相繼設立國家級海洋牧場示范區(qū)、碳匯漁業(yè)實驗區(qū)，并于2016 年被省政府劃為自然生態(tài)紅線區(qū)，保護內容及要求被列入當?shù)厥撞康胤叫苑ㄒ?guī)。近年來，不少學者對中街山列島保護區(qū)浮游植物[1]、浮游動物[2]、甲殼類[3]、魚卵、仔稚魚[4]、魚類[5-6]、游泳動物[7]等群落結構特征開展了系統(tǒng)研究，但目前關于該海域海洋環(huán)境質量狀況研究非常有限。因此，亟需明確海洋生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀水平和變化，以便更有針對性地開展對該海域海洋環(huán)境的保護、治理和修復工作。

本研究通過2021-2022 年對中街山列島海域4 個季度的海洋環(huán)境調查與監(jiān)測，采用單因子指數(shù)法、改進內梅羅指數(shù)法、富營養(yǎng)化指數(shù)法等對海水中12 種元素的污染狀況進行分析和評價，為保護區(qū)資源開發(fā)利用、環(huán)境保護和海洋資源管理提供綜合的生態(tài)數(shù)據(jù)，有助于更好地評價其生態(tài)狀況和生態(tài)環(huán)境變化。

1 材料與方法

1.1 采樣與分析

2021 年4 月（春季）、7 月（夏季）、11 月（秋季）、2022 年1 月（冬季）分別在中街山列島海域設置了18 個代表性采樣點（圖1），通過4 dm3有機玻璃采水器采集海水，所有海水樣品采集、保存、前處理和測定均按照《海洋調查規(guī)范》（GB 12763-2007）、《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378-2007）要求操作。監(jiān)測指標包括水深（D）、溫度（T）、鹽度（S）、pH、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、無機氮（DIN）、活性磷酸鹽（DIP）、懸浮物（SS）、石油類（Oil）、銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）等。評價指標包括pH、DO、COD、DIN、DIP、Oil、Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As。

1.2 評價方法

1）單因子指數(shù)法

式中：Pi、Ci、Si分別為評價指標i 的標準指數(shù)值，測定值和標準值。對照《浙江省海洋功能區(qū)劃》，中街山列島保護區(qū)要求海水水質質量執(zhí)行不劣于第一類海水水質標準。評價標準值按照《海水水質標準》（GB 3097-1997）中的第一類限量值，Pi≤1 表示滿足海域功能，否則說明超標。

2）富營養(yǎng)化指數(shù)法

富營養(yǎng)化指數(shù)（E）是衡量海水富營養(yǎng)化水平的重要因子：

式中：CCOD、CDIN、CDIP分別為海水中的CCOD、CDIN、CDIP的含量，mg·L-1，其中1≤E≤3 為輕度富營養(yǎng)化，3＜E≤9為中度富營養(yǎng)化，E＞9 為重度富營養(yǎng)化。

3）改進內梅羅指數(shù)法

傳統(tǒng)內梅羅指數(shù)法忽略了各評價因子的相對重要性，單一突出了污染最大的因子。為同時兼顧最大權值標準指數(shù)和平均標準指數(shù)，本研究采用章鑫慧等[8]提出的改進內梅羅指數(shù)法。

式中：I 為海域水環(huán)境綜合質量指數(shù)；Wi、Ri分別為評價指標i 的權重值和相關性比值；Simax為參與評價指標中標準值的最大值；Pi′max、Piave分別為修正后標準指數(shù)最大值和各標準指數(shù)的平均值；PW為權重最大評價指標的標準指數(shù)。當I≤0.6 時，質量等級為清潔；0.6＜I≤1.0，為較清潔；1＜I≤2.6，為輕污染；2.6＜I≤5.0，為中度污染；I＞5.0，為嚴重污染；此五類質量等級分別對應的海水水質標準等級為一類、二類、三類、四類和劣四類。

2 結果與討論

2.1 水質監(jiān)測結果

2021-2022 年4 個季度中街山列島海域水質調查因子監(jiān)測結果如圖2 所示。平均水深4 個季度差異不明顯（31.1～34.2 m）。水溫受季節(jié)影響較大，平均水溫春季（15.6 ℃）、冬季（13.3 ℃）顯著低于夏季（22.9 ℃）、秋季（21.9 ℃）。年平均海水鹽度為28.7，平均鹽度春季（30.6）、夏季（30.5）略高于秋季（25.9）、冬季（27.8），4 個季節(jié)差異不大。溶解氧平均濃度夏季最低（6.88 mg·L-1）、冬季最高（8.57 mg·L-1）、春季（8.18 mg·L-1）、秋季（7.99 mg·L-1），差異不顯著。懸浮物和化學需氧量，冬季（SS：83 mg·L-1；COD：1.05 mg·L-1）顯著高于其它3 季（26～39 mg·L-1；0.46～0.67 mg·L-1）。無機氮，4 個季度平均含量為0.261～0.337 mg·L-1，季節(jié)變化不大?；钚粤姿猁}，春季平均濃度（0.012 mg·L-1）略小于其它3 季（0.02～0.025 mg·L-1）。石油類（0.002 0～0.010 0 mg·L-1）、Cu（1.2～1.4 μg·L-1）、Pb（0.11～0.31 μg·L-1）、Zn（0.003 2～0.014 0 mg·L-1）、Cd（0.022～0.043 μg·L-1）、Hg（0.015～0.034 μg·L-1）、As（1.2～1.5 μg·L-1）等重金屬4 個季度平均濃度均相對較低。與仁敏等[9]2005 年2 月（冬季）在中街山列島附近海域調查結果相比，本次2022 年1 月調查中DO、DIN、Oil、Cu、Pb、Zn、Cd 平均含量略有下降，下降幅度分別為7.25%、31.03%、95%、70%、73.08%、66.32%和71.72%，pH、COD、DIP、Hg、As 略有上升，上升幅度分別為0.98%、50%、33.33%、90%和60.92%。總體而言，從2005 至2022 年，各指標含量變化均在正常波動范圍內。

圖2 2021～2022 年中街山列島海域水質監(jiān)測結果Fig.2 Water quality monitoring results of Zhongjieshan Islands from 2021 to 2022

2.2 水質單因子污染指數(shù)評價

經(jīng)公式（1）計算，除了DIN 和DIP，4 個季度pH、DO、COD、Oil、Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As 等監(jiān)測指標的單因子污染指數(shù)計算值均≤1（圖3），均符合《海水水質標準》中的第一類標準。全年來看，中街山列島海域海水單因子污染指數(shù)大小順序為DIN＞DIP＞pH＞DO＞Hg＞Zn＞COD＞Cu＞Pb＞Oil＞As＞Cd。海水中主要污染指標為DIN（Pi=1.49）和DIP（Pi=1.34），其平均標準指數(shù)＞1，說明DIN 和DIP 的平均含量不符合《海水水質標準》中的第一類標準。春、夏、秋、冬季DIN 和DIP 的站位超標率（超過一類標準）分別為100%和44.44%、100%和94.44%、100%和100%、100%和88.89%。

圖3 中街山列島海域不同季節(jié)水質評價指標標準指數(shù)值Fig.3 Standard index values of water quality evaluation indexes in different seasons of Zhongjieshan Islands

2.3 富營養(yǎng)化現(xiàn)狀

根據(jù)公式（2），不同季節(jié)富營養(yǎng)化指數(shù)如圖4 所示，春季E 值在0.02～1.88 之間，平均值為0.57，未發(fā)生富營養(yǎng)化和發(fā)生輕度富營養(yǎng)化的站位分別占66.67%和33.33%；夏季E 值在0.34～1.92 之間，平均值為0.83，未發(fā)生富營養(yǎng)化和發(fā)生輕度富營養(yǎng)化的站位均占50%；秋季E 值在0.24～2.75 之間，平均值為0.90，未發(fā)生富營養(yǎng)化和發(fā)生輕度富營養(yǎng)化的站位分別占38.89%和61.11%；冬季E 值在0.02～2.88之間，平均值為1.40，未發(fā)生富營養(yǎng)化、發(fā)生輕度富營養(yǎng)化的站位分別占11.11%和88.89%。冬季富營養(yǎng)化程度高于春、夏、秋季。全年平均E 值為0.93，說明整體上中街山列島海域未發(fā)生富營養(yǎng)化。

圖4 中街山列島海域不同季節(jié)水質富營養(yǎng)化指數(shù)Fig.4 Eutrophication index of water quality evaluation indexes in different seasons of Zhongjieshan Islands

2.4 水質改進內梅羅指數(shù)法評價

通過改進內梅羅指數(shù)法計算中街山列島海域水環(huán)境綜合質量指數(shù)。經(jīng)計算，春、夏、秋、冬季I 值分別為0.89、0.94、0.99 和0.91，說明春、夏、秋、冬4 個季度海域均處于較清潔狀態(tài)，對應海水水質標準等級為二類。全年來說，I 值為0.92，也表明中街山列島海域處于較清潔狀態(tài)，對應海水水質標準等級為二類。由于中街山列島屬于國家級海洋特別生態(tài)保護區(qū)，按照海洋功能區(qū)要求海水水質標準等級為一類，因此，仍應繼續(xù)加強對中街山列島海域海水水質的監(jiān)測與管理。

但需要指出的是，中街山列島海域流系復雜，不僅受長江、錢塘江徑流控制，還同時受北上的臺灣暖流和南下的黃海水團的交匯影響。大陸徑流和長江口的“叢生流”給海區(qū)帶來了大量的營養(yǎng)物質[10]，是中街山列島DIN、DIP 超標，但海域處于較清潔狀態(tài)的主要原因。

3 結論

通過2021 年4 月-2022 年1 月對中街山列島海域海水水質調查監(jiān)測，分析了主要超標污染物、富營養(yǎng)化狀況，并探討了海水質量狀況和趨勢。其中，DIN 和DIP 是主要的海水污染物，4 個季度DIN 站位超標率均為100%，DIP 為44.44%～100%。與2006 年歷史數(shù)據(jù)相比，各水質調查指標在正常波動范圍內。富營養(yǎng)化指數(shù)評價表明，全年平均而言，研究區(qū)域整體未發(fā)生富營養(yǎng)化，冬季富營養(yǎng)化程度高于其它3 季，冬季呈輕度富營養(yǎng)化。改進內梅羅指數(shù)評價表明中街山列島海域處于較清潔狀態(tài)，對應海水水質標準等級為二類，應繼續(xù)加強對中街山列島海域海水水質的監(jiān)測與管理。