河北省海水养殖区水质的时空变化特征

崔力拓,李志伟,胡克寒

(1.中国环境管理干部学院，河北 秦皇岛 066004；2.河北农业大学 海洋学院，河北 秦皇岛 066003)

海水养殖历来是河北省水产业重要的支柱产业。近年来，随着河北省沿海经济和海水养殖业的迅速发展，如海岸工程、陆源污染物的排放、海洋船舶废弃物以及养殖自身污染等,这些因素造成部分近岸海域污染逐步加剧，导致海水养殖环境不同程度的恶化[1-3]。海水养殖环境的恶化直接影响着海水养殖生物的生长和繁殖，从而影响食品卫生和人体健康。因此，研究河北省海水养殖环境质量的变化特征，对今后改善河北省海水养殖的环境和调整养殖布局，使海水养殖业朝着健康的方向发展具有重要的现实意义。

1 材料与方法

1.1 样品的采集与分析

于2000—2010年对河北省昌黎新开口浅海扇贝养殖区、抚宁南戴河扇贝养殖区、黄骅市的李家堡对虾池塘养殖区及冯家堡对虾养殖区、唐山市的乐亭捞鱼尖贝类养殖区及南堡贝类养殖区水质进行了监测(图1)。每个养殖区内设7个站位，分别于每年的7、8、9月进行3次监测。水质监测分析方法按照《海水增养殖区监测技术规程》进行[4]。

1.2 评价指标

按照科学性、主导性、可比性的原则，对6个养殖区42个监测站位11年的监测数据进行统计分析，筛选出磷酸盐( PO3-4-P)、无机氮(DIN)、Pb、Hg、Zn和COD 6项时间或空间变化明显并对海水养殖环境影响严重的因子作为河北省海水养殖区水质变化特征的评价指标。

1.3 评价方法

1.3.1 水质综合评价 采用模糊综合评价法对水质进行综合评价[5-7]。根据模糊综合评价结果，按模糊数学最大隶属度原则,得到各年各养殖区的海水水质级别。由于以隶属度为参数的多单元海水水质优劣比较不能直接以最大的隶属度作为比较标准，因此先以隶属度为基础，根据多单元水质从优到劣的排序原则引入一个海水水质优劣指数(Z)。其评价原理是首先确定海水水质级别，以隶属度的高低评价海水水质的优劣，再对同等隶属度的海水水质用该单元所属等级的邻级较劣级别的隶属度来评价海水水质的优劣。最终得到的Z值整数位的值即为该单元海水水质的等级，且Z值越大，水质就越差[8-9]。计算方法为

Z=Ci+Di+1，当Ci=1,2,3时，

Z=4， 当Ci=4时，

其中：Z为海水水质优劣指数；Ci为该单元的水质等级；Di+1为该单元水质所属等级邻级较劣级别的隶属度。

图1 河北省海水养殖区调查站位Fig.1 The sampling stations in mariculture area in Hebei Province

1.3.2 海水养殖区各污染因子的分担率 以《海水水质标准》(GB3097—2002)二类水质标准作为评价标准，采用综合污染指数法计算各海水养殖区综合污染指数Pj，计算方法如下：

Pj=∑mi=1Pi,

式中:Pi为各污染因子的污染指数；m为参与评价的污染因子的项数。

污染分担率(Ki)为i项污染因子在诸污染因子中的分担率,计算方法如下[10]：

Ki=Pi/Pj×100%。

2 结果与分析

2.1 海水养殖区水质的时间变化特征

根据海水水质模糊综合评价方法和水质优劣指数计算方法，对河北省海水养殖区的水质进行了评价，结果见表1。

表1 海水水质优劣指数

从表1可见：2000—2010年河北省海水养殖区平均水质优劣指数为2.3293～3.4961，平均为3.1233，为三类水质。2000—2007年除南戴河养殖区为二类水质外，其他养殖区均为三类到四类水质，水质达标率仅为16.7%，其中2003—2006年南堡、李家堡和冯家堡养殖区水质均为四类，2007年黄骅市李家堡养殖区水质有所好转，但南堡、冯家堡养殖区水质仍为四类水质。2008年养殖区二类水质达标率为50%，水质优劣指数为1.2415～4.0000，昌黎、南戴河和南堡养殖区水质符合养殖用水标准，冯家堡养殖区仍为四类水质。2009年养殖区二类水质达标率为66.7%，水质优劣指数为1.2502～4.0000，昌黎、南戴河、南堡和乐亭养殖区水质符合养殖用水标准，冯家堡养殖区仍为四类水质。2010年养殖区二类水质达标率为66.7%，水质优劣指数为1.0775～3.1342，昌黎、南戴河、南堡和乐亭养殖区水质符合养殖用水标准，其它区域为三类水质。综合11年来海水养殖区水质评价结果来看，各养殖区时间上变化趋势基本一致，2003—2006年河北省海水养殖区水质较差，均有50%的养殖区处于四类水质的标准，2010年水质状况较好，无四类水质出现，除黄骅市两个养殖区水质为三类外，其余养殖区基本上都达到海水养殖的水质标准。因此，2008—2010年河北省海水养殖区水质呈现出转好的趋势。

2.2 海水养殖区水质的空间变化特征

从图2可见，水质最差的养殖区为黄骅市的冯家堡和李家堡养殖区，其水质平均优劣指数分别为3.9212和3.7182，接近四类水质；其次为南堡、乐亭和昌黎养殖区，其水质平均优劣指数分别为3.3149、2.9237和2.9367，为三类或接近三类水质；南戴河养殖区水质相对较好，水质平均优劣指数为1.9256，接近二类水质，满足海水养殖用水的要求。总体上来看，秦皇岛市附近海水养殖区水质较好，基本可满足养殖用水需要；唐山市附近海水养殖区水质稍差，基本为二类到三类；海水养殖区水质污染最为严重的是黄骅市附近海水养殖区，水质接近四类水质，已经不能满足养殖用水的要求。河北省海水养殖区水质整体呈现北部海域好于南部海域的特点。这可能与陆源污染、生活污水入海及沿海企业直接排污、养殖自身污染等因素有关。

图2 河北省各海水养殖区水质平均优劣指数Fig.2 The seawater quality index of mariculture area in Hebei Province

2.3 海水养殖区的首要污染物分析

污染分担率表示单项污染因子指数对综合水质污染的贡献大小,污染分担率最高的因子即为水体的首要污染物[10]。选取2000—2010年各养殖区水体 PO3-4-P、DIN、Pb、Hg、Zn和COD 6个参数作为污染因子。将逐年的监测数据平均后，根据“1.3.2”中的方法，计算出河北省海养殖区各污染因子的污染分担率，结果见表2。

表2 海水养殖区各污染因子的分担率及首要污染物

从表2可见：河北省海水养殖区 PO3-4-P为首要污染物，其次是DIN，Pb和Hg的污染也不容忽视，其分担率都超过14%。从不同养殖区的首要污染物看，昌黎新开口浅海扇贝养殖区和唐山乐亭捞鱼尖贝类养殖区为 PO3-4-P，其次为DIN；黄骅市李家堡对虾池塘养殖区及冯家堡对虾养殖区、唐山市南堡贝类养殖区的首要污染物为DIN，其次为 PO3-4-P；抚宁南戴河扇贝养殖区的首要污染物为 PO3-4-P，其次为Pb，DIN污染分担率相对较低。河北省海水养殖区氮、磷污染的主要原因可能是：养殖区附近入海河流流域内生活污水的大量排放，农业生产中化肥施用量的逐年上升,农田灌溉以及农业养殖等生产废水几乎无任何处理就通过河流汇入海洋，同时海水养殖区普遍存在养殖密度过大、海水交换不畅的问题，再加上邻近区域基本都处于大规模开发建设阶段，人口密度大，工业较为发达，工业排污和生活污水量不断增加，使养殖区中氮、磷污染日益加剧。

3 讨论

从河北省海水养殖区的水质变化情况来看，2008年以来水质逐步有所好转。从空间上看，秦皇岛市附近海水养殖区的水质相对要好一些，达到二类以上海水的水质标准；唐山市附近海水养殖区的水质状况近些年也逐步恢复到二类水质，基本可以满足养殖用水的要求；海水养殖区水质污染相对严重的区域依然是黄骅市附近海域，水质依然为三类到四类水质，不能满足养殖用水的要求；污染程度基本呈现北轻南重的格局。这可能与黄骅市沿岸陆源污染、沿海工业企业直接排放污染物、海水养殖密度大等因素有关。

河北省海水养殖区水体中的主要污染物是 PO3-4-P、DIN，其次为Pb和Hg。因此，要实现河北省海水养殖区的可持续发展，必须将氮、磷作为优先控制的污染物，控制和削减陆源污染源的源头,降低海水养殖业的自身污染，适当调整养殖布局,开展养殖区的环境修复，降低污染的影响风险,保证海水养殖业健康可持续的发展。

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