粤东柘林湾养殖区海水富营养化评价

 吴锐，  雷永乾，  王畅，  郭鹏然，  潘佳钏

 (中国广州分析测试中心，广东省分析测试技术公共实验室，广东广州510070)

 摘要：根据2011年9月和2013年8月在柘林湾11各位点采样调查，以化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)和溶解氧(DO)为评价指标，采用隶属度模糊综合法对柘林湾海域海水富营养化水平进行评价，并与营养状态质量指数法(NQI)评价结果比较。研究表明，柘林湾西北部海域COD、TN和TP浓度较高，DO浓度较低；2011年COD.TN和Chla在各位点浓度较2013年高。海域各位点2011年全部处于富营养化水平，2013年部分位点营养水平降低。据隶属度权重分析，柘林湾海水富营养化形成主要因素是TN.TP和DO。隶属度模糊综合法对柘林湾海域营养水平评价结果与NQI基本一致。柘林湾海水富营养化主要是由养殖污染、陆源输入污染和航运污染造成，且后二者影响有逐渐增加趋势。

  关键词：柘林湾；富营养化；营养盐；海水养殖；水质评价

  中图分类号： 文献标志码：Adoi:  10.3969/j .issn.1003-6504.2 015.10.036 文章编号：1003-6504(2015)10-0210-06

 Assessment of Eutrophication for Aquaculture Seawater in Zhelin

 Bay, Eastern Guangdong Province

 WU Rui,  LEI Yongqian,  WANG Chang,  GUO Pengran,  PAN Jiachuan

 (Guangdong Provincial Public Laboratory of Analysis and Testing Technology, China National Analytical Center(Guangzhou), Guangzhou 510070, China)

Abstract: Surface sediments from eleven sites were collected from Zhelin Bay in September 2011 and August 2013, and COD, TN, TP, Chla and DO were chosen as the assessment indicators. Fuzzy comprehensive assessment  (FCA) were applied to evaluating the nutrient status of seawater samples in Zhelin Bay, and compared with that by nutritional status quality index  (NQI). The results showed that the concentrations of COD, TN and TP in the northwest areas of Zhelin Bay

 were higher than other areas, whereas the contrary distribution for DO concentrations was observed; and the concentrationsof COD, TN and Chla in the samples of 2011 were higher than those of 2013. All of the sampling sites were at the level of eutrophication in 2011 according to FCA; and the eutrophication levels of some sites decreased in 2013. Based on the weight of assessment parameters, the primary factors of eutrophication formation were TN, TP and DO. The assessment results of FCA and NQI were generally consistent. The eutrophication of Zhelin Bay mainly resulted from the pollution of land-based source and shipping transport, and then mariculture pollution.

Key words: Zhelin Bay; eutrophication; nutrients; mariculture; assessment of water quality

 富营养化是指水体中限制性营养盐的增加及其引起生态系统的相应变化，主要发生在淡水湖泊、水库和沿海海水等。富营养化破坏了水域的生态平衡，使原有的生态系统发生结构的改变，特别是在养殖水体，由于高密度养殖造成养殖水域N、P富集，导致水体富营养化严重，影响水体增养殖功能。

 柘林湾位于闽粤两省交界处饶平县南部，东经116°58’～117005’，北纬23031’～23°37’，是一个半封闭小型河口湾，三面为陆地包围，海域面积约68～70 km2，平均水深4.8 m，柘林湾的潮汐为典型的不规则半日潮，平均潮差1.69 m，黄冈河流经饶平县注入北部海湾。柘林湾海水养殖业在过去30 a发展迅速，现为粤东最大水产养殖基地和南方沿海最大网箱养殖区。南部海湾有多个集装箱海港码头，向国内外出口海水养殖产品。

 柘林湾近2a来水体富营养化情况日益加重，赤

潮频繁发生。根据文献报道，柘林湾养殖区1999-2000年处于严重富营养化水平，2001-2002年海区则处于中营养程度以上水平，而近年来对此海区富营养化程度评价研究较少。目前在国外被广泛应用的富营养化评价方法有美国“国家河口富营养化评价”（NEEA/ASSETS）和欧盟的“综合评价法”(OSPAR-COMPP)。但是，由于方法某些评价指标不适用、方法本身的局限性和方法的繁琐性，以上2种方法应用于我国河口／近岸海域尚不能完全适用，我国仍以营养盐为主进行富营养化评价。因此，本文采用隶属度模糊综合评价法，对柘林湾养殖区2011年和2013年采集海水进行富营养化评价，考察柘林湾养殖区目前富营养化水平，研究海区营养盐和富营养化水平的变化，并用营养状态质量指数法(NQI)考察评价结果一致性，为海区的合理开发利用和有效管理提供科学依据。

1材料与方法

1.1样品的采集与调查

 2011年9月和2013年8月，在柘林湾水域对富营养化相关参数指标进行了采样调查调查站位分布在近岸、网箱养殖区、牡蛎养殖区、水道和湾口等11个位点，采集底层水（距底泥高度0.5～1.0 m），具体调查位点见图1。水样采集后立即用0.45 μm的纤维滤膜减压过滤，恒温箱内中4℃保存，于2～3 h内进行测定。

1,2  富营养化指标分析

 调查指标包括水温、pH、盐度、化学耗氧量(COD)、溶解氧(DO)、叶绿素a(Chla)、总氮(TN)和总磷(TP)。水温、pH、盐度和DO采用多参数水质测量仪（美国维塞，YSI ProPlus）现场测定。COD和Chla按《海洋监测规范》（GB 17378-1998）分别采用碱性高锰酸钾法和分光光度法测定，TN和TP按第二次全国海洋污染基线调查技术规程（简称“二基标准”）中直接化学分析法测定。

1.3  富营养化评价方法

1.3.1隶属度模糊综合评价法

 选取COD、Chla、TN、TP和DO为评价指标，运用以模糊数学理论为基础的隶属度模糊综合评价法，对柘林湾海域营养盐水平进行评价。参考《海水水质标准》（GB 3097-1997）、海洋渔业《赤潮监测技术规程》(HY/T 069-2005)、“二基标准”和文献中评价指标的阈值，确定柘林湾模糊综合评价中营养化指标的评价标准如表1。

 根据文献报道，评价因子(评价指标)COD、Chla、TN、TP和DO的隶属度函数用下式表示：

 式中f为隶属度函数，xi为i评价因子实测值，S为评价标准值，下标1、2、3为对应的海水营养水平标准级别。根据上述各式求出i因子分别对各级海水的隶属度，并由此确定模糊矩阵R。

  采用超标加权法来计算各评价指标的权重。此方法确定的权重可在一定程度上反映污染超标程度的影响。

评价因子各级海水营养评价标准的平均值，n为进行评价的因子的个数(n=5)。按上式计算出各评价因子权重模糊矩阵W={ W1，W2，W3，W4，W5}。

 综合评价矩阵A通过矩阵乘法计算。A=RxW，R=( fij)5X3，W=(Wi)1x3，则A为lx3矩阵，分别表示对I、Ⅱ和Ⅲ级营养化水平的隶属度，以隶属度最大的等级为该海域的富营养化等级。

1.3.2  营养状态质量指数法(NQI)

 国家海洋局采用营养状态质量指数法(NQI)对海水养殖区营养水平进行评价，评价指标包括COD、Chla、TN和TP。NQI评价公式如下：

 N QI= CCOD /CCOD'+CTN/CTN'+CTP/CTP'+Ccha/Chla',

 式中，CCOD、CTN、CTP和Cchla为海水实际测定值；CCOD'、CTN’、CIP和Cchia’分别为COD、TN、TP和Chla的评价标准。Ccod'=3.0 mg/L，CTN'=0.6 mg/L，CTP’=0.03mg/L，CChla’=10 ug/L。根据NQI值与海域营养水平关系，分为富营养化水平（污染，NQI>3）、中营养化水平（良，2≤NQI≤3）和贫营养化水平(优，NQl<2)。

2结果

2.1  柘林湾海水营养盐分布特征

 柘林湾中海水营养指标的测定结果见表2。除TP和DO外，在各位点其它营养指标2011年测定值明显高于2013年测定值。COD在柘林湾西北部海区浓度较高，但处于《海水水质标准》（GB 3097-1997）一类水平，在湾口外含量较低。TN在湾西北部近岸位点和牡蛎养殖区海水中浓度较高，在湾南部和湾口外浓度较低。TP浓度2013年高于2011年，TP在湾西北部浓度较高而湾口附近和湾口外位点浓度较低。网箱渔排养殖区及其附近位点的海水中Chla浓度较低，近岸牡蛎养殖区及湾口外Chla浓度较高；2011年绝大多数位点Chla高于“二基标准”值（6.9 μg/L），而2013年低于“二基标准”值。柘林湾海域DO浓度在湾西北部区域较低；2013年DO浓度较2011年略有升高，按《海水水质标准》( GB3097-1997)DO总体处于二类和三类水质之间水平，已不利于水产养殖。

2.2柘林湾海水中营养盐水平评价

 据隶属度模糊评价结果，海水营养盐营养水平年度变化见图2。据图中所示结果，COD和Chla营养水平较低，大多数位点处于贫营养和中营养水平；而TN和TP在大多数位点处于富营养水平。另外，DO(图未显示)大多数位点也处于富营养化水平。值得注意的是在S6和Sl0位点2013年TP的营养水平较2011年高。COD营养水平在养殖区西北部(Sl、S2)和中部(S3～S5)区域随年份变化明显降低；TN和TP营养水平在养殖区中部(S5)南部(S6、S8、S9、Sll)在2013年明显降低；Chla除S4、S7和S9（航道）位点外，其它区域营养水平明显降低。DO在S5、S6和S8位点从2011年富营养水平分别降低到2013年中营养水平和贫营养水平，其它位点仍处于富营养水平。

2.3柘林湾研究位点海水营养水平模糊综合评价

 通过隶属度模糊综合法计算的柘林湾海水富营养化评价结果见表3。201 1年所有研究位点海水隶属于营养水平Ⅲ级（富营养化）的可能性皆大于87%；2013年除少数位点外，大多数研究位点海水仍隶属于营养程度Ⅲ级（可能性40%～86%）而处于汛洲岛网箱养殖区的S5和S8位点营养水平分别降至I～Ⅱ级和Ⅱ级。2011年和2013年柘林湾海域总体综合模糊评价结果分别为A2011={0.033，0.124，0.843}和A2003={ 0.150，0.222，0.628}，2011年和2013年柘林湾隶属于Ⅲ级营养水平的可能性分别为84%和63%，皆处于富营养化状态。相比于柘林湾2001-2002年海水营养水平（以中营养化水平为主），目前海域富营养化程度明显加剧，但2013年海水营养水平较2011年有降低趋势。

3讨论

3.1评价指标对海水营养水平的影响

 海水营养水平评价指标的权重见表4。据表4结果，由于COD在各指标中权重最小，因而不是柘林湾富营养化的主要因素。TN和TP归一化权重之和在0.53~0.77范围（除2013年Sll），它们可能是使海域形成富营养化的主要原因。由于2013年TN较TP营养水平降低位点较多（图2），因而最大权重评价因子在2011年TN变化为2013年TP。除S7位点外，其它位点Chla权重百分比低于20%，在这些位点Chla并非是海域形成富营养化主要原因。2011年DO在各位点隶属于Ⅲ级富营养水平，虽然2013年一些位点下降为中营养和贫营养水平，权重结果表明DO是海域富营养化形成的一个重要因素。值得注意的是，2013年湾口外Sll位点富营养化的主要原因不是陆源污染和海水养殖污染输入的TN和TP，而是DO浓度较低所致。

3.2柘林湾营养状态质量指数法评价

 采用营养状态质量指数法评价（见表5），比较模糊数学评价法与其它方法评价结果的一致性。由表5评价结果，2011年各研究位点的NQI均大于3，整个海区NQI值在6.1～9.1范围内，按照营养水平划分依据，柘林湾海域201 1年总体上处于富营养化水平，海水水质较差，与隶属度模糊评价结果一致。相比2011年，2013年NQI值明显降低，整个海区NQI值在2.1~7.3范围内，平均值高达4.8，柘林湾多数研究位点仍处于富营养化水平，S8和Sll位点已降低至中营养化水平。评价结果基本与隶属度模糊评价结果一致。然而由于NQI没有考虑海水溶解氧影响，因而造成与隶属度模糊评价在DO权重较大位点产生差异（Sll位点营养水平降低而S5仍处于富营养化水平）。

 由于NQI公式特点，当只有一两项指标很高而其它指标较低时，计算所得NQI值可能较低而掩盖了高浓度指标的影响，如2013年S8位点TN和TP超标、Sll位点TN超标等。另外，营养水平的分级界限本身是一些客观存在的模糊概念和模糊现象，采用模糊数学评价方法可以体现营养水平由轻到重变化的模糊特性，评价结果比较合理和接近客观实际。

3.3柘林湾海域营养盐可能来源

 据柘林湾各位点营养水平归一化权重分析（表6）和NQI结果（表5），海域富营养化程度总体呈现西北部海区大于东南部海区的趋势。西北部海区Sl和S2位点，Sl和S2位于较为封闭湾西北近岸区域，且邻近的三百门港是商贸和渔业港口，陆源排污和船只排污的影响严重，同时受澄饶联围污水渗漏和大规模自身养殖污染，造成这部分区域富营养化程度一直较为严重。柘林湾北部潮州港是粤东地区最大的商贸和渔业港口，S3靠近黄冈河河口，且位于港口运输水道处，陆源输入污染和船运污染影响明显；S4位点处于湾内渔船航行水路且邻近网箱鱼排养殖区，船只排污和养殖污染影响明显。由位点所处位置，S5、S8和Sl0位点网箱养殖污染对富营养化形成影响较大，S6和S7位点牡蛎养殖对富营养化形成影响明显。S9位点邻近网箱养殖区且处于出湾航输水道，船运污染和养殖污染影响严重。比较S3、S4和S9位点富营养化程度的年际变化，2011年S9位点富营养化程度严重，而2013年S3和S4位点富营养化程度较高，推测陆源输入污染和湾内船只运输污染对水体富营养化影响逐渐加重。

4结论

 (1)柘林湾海水中COD、TN和TP在湾西北部区域浓度较高。COD处于《海水水质标准》(GB 3097-1997)一类水平。TN和TP高于第二次全国海洋污染基线调查值（“二基标准”值）。Chla在近岸牡蛎养殖区及湾口外浓度较高。DO浓度在湾西北部较低，处于海水水质标准二类和三类之间水平。营养指标在各位点2013年测定值相比2011年大多数明显降低。

 (2)由隶属度模糊综合评价法，柘林湾各研究位点201 1年皆处于富营养化水平，2013年部分位点营养水平降低。由单项评价指标隶属度和权重分析，柘林湾海水营养水平评价的主要决定因素为TN和TP，其次为DO和Chla，COD非柘林湾富营养化的主要因素。

 (3)除部分为点由于DO变化的影响富营养化评价有差异外，NQI法与隶属度模糊综合法对柘林湾大多数位点营养水平评价结果一致。

 (4)柘林湾海域富营养化形成主要由养殖污染、陆源输入污染和航运污染造成，且陆源输入污染和航运污染对柘林湾海域富营养化影响有逐渐严重趋势。