铜合金围栏养殖大黄鱼海域水质综合评价与分析

李 磊，平仙隐，王鲁民，黄 艇，王 磊，刘永利，蒋 玫，宋 炜

(1. 中国水产科学研究院东海水产研究所，上海 200090；2. 美国国际铜专业协会上海代表处，上海 200020)

由于国内外传统作业渔场渔业资源严重衰退，海洋捕捞正逐渐由传统开发型向资源养护管理型转变，而由于水产养殖行业对现有资源的竞争加剧，再加上规模效益的需求以及提升单位面积生产力的驱动等原因，水产养殖正逐渐向集约化的网箱养殖发展，目前网箱养殖业已在挪威、智利、中国、日本等世界主要渔业国家广泛开展[1]。我国海水网箱养殖技术的研究与开发起始于1970年代，并在过去的20多年里得到了迅速发展，迄今为止，我国各种类型的海水养殖网箱总数已超过100×104个，其中大型深水抗风浪网箱有3000多个，海水网箱养殖的鱼类有30多种，年产量约30 ×104t，海水网箱养殖已发展成为我国海水养殖的支柱产业之一[2-3]。网箱养殖模式具有高密度、高产量、低成本、高收益等特点，但由于传统小型网箱抗风浪能力差，只能设置在避风条件较好的浅海内湾，大量的网箱集中于局部海区会造成海水流速减缓，同时由于缺乏安全、有效防止污损生物在网箱附着的方法，网箱附着生物繁多，导致网箱内外水体交换能力差，大量有机污染物无法得到有效的稀释扩散，此外，网箱养殖高密度、高投饵的养殖方式，常常造成大量外源有机质的输入，加剧水质恶化，局部海域的网箱养殖已成为影响海洋环境的新污染源[4]。

传统海水养殖网箱的结构型式各有差别，但绝大多数传统网箱都是竹竿、木板或钢管结构的小型网箱。随着深远海养殖技术的发展，养殖范围不断从近岸海水养殖扩展到离岸海域中，大型围栏养殖设施应运而生。这其中，铜合金围栏养殖模式是在海洋工程技术结合铜合金网衣新材料养殖应用的基础上发展起来的，养殖设施利用钢管桩作为围栏网衣支撑，连接水下铜合金编织网及水上合成纤维网衣组成围栏主体，由于铜合金具有天然的“抑菌”特性，因此，由铜合金网衣构成的铜网箱具有抗海洋污损生物附着、防病抑菌、抗风浪等优点，是海水养殖业实现健康养殖的重要设施，目前已经在实际生产中应用[5-6]。

为了评估铜合金围栏养殖海洋鱼类对周边海域的影响，本文选择大黄鱼(Larimichthyscrocea)铜合金围栏养殖为研究对象，根据铜合金围栏大黄鱼养殖周期对围栏设施及周边海域的关键特征海洋环境因子进行了监测并对海水水质现状进行了综合评价，以期为促进铜合金围栏养殖设施的推广应用以及海水养殖的可持续发展提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

调查铜合金牧场式围栏养殖区域面积约5 ×104m2，养殖对象为大黄鱼，投放尾数约为70×104尾。在铜合金围栏大黄鱼养殖区及周边海域共设置10个调查站位(图1，表1)，根据大黄鱼一个养殖周期(4-12月)，选择2017年2月、6月、8月、10月在调查海域大潮期涨潮时进行采样。使用有机玻璃采水器采集各个站位海水样品，低温冷冻保存，带回实验室分析，样品的采集、保存、运输、分析检测均严格按照《海洋调查规范》(GB/T 12763.1-7-1998)[7]、《海洋监测规范》(GB 17378.1-7-2007)[8]进行。

图1 监测站位示意图Fig.1 Location of sampling stations

站位Sampling stations东经East longitude北纬North latitude1121°52′27″28°28′16″2121°52′07″28°28′07″3121°51′59″28°28′02″4121°51′51″28°27′57″5121°51′42″28°27′51″6121°51′32″28°27′45″7121°52′07″28°28′12″8121°52′11″28°28′08″9121°51′59″28°28′08″10121°52′05″28°28′04″

1.2 数据处理与评价方法

1.2.1 数据处理

为了定量反映各站位之间监测指标空间波动程度的大小差异，选用变异系数(coefficient of variation，CV)来表示它们变化程度的大小，变异系数计算公式如下[9]：

(1)

1.2.2 评价方法

利用内梅罗指数[10]评价方法对调查海域水体进行质量综合评价，其计算公式如下：

(2)

式(2)中，P为内梅罗指数，Pmax、Pavg分别为单因子污染指数(Pi)的最大值与平均值。其中，单因子污染指数Pi的计算公式如下：

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(3)

式(3)中，Ci为第i类污染物的实测含量，Si为第i类污染物的评价标准。考虑到本调查海域的用途是养殖海域，因此参照《海水水质标准》(GB 3097-1997)[11]中的二类标准(第二类海水适用于水产养殖区、海水浴场、人体直接接触海水的海上运动或娱乐区，以及与人类食用直接有关的工业用水区)作为水质评价标准。其中pH、溶解氧的单因子污染指数计算公式分别如下：

pH为：

(4)

(5)

(6)

式(4)～式(6)中，pHi、pHsu、pHsd分别为海水pH的实测值、标准上限(8.5)、标准下限(7.8)。

溶解氧为：

Pi=0(溶解氧≥8 mg·L-1)

(7)

(8)

(9)

内梅罗指数具体等级划分标准见表2。

2 结果与分析

2.1 调查海域海水温度、盐度的季节变化

调查海域4次调查海水温度范围为11.6～27.7 ℃，平均值为21.5 ℃，2月温度平均值最低，8月温度平均值最高；4次调查海水盐度范围为26.4～33.1，平均值为29.4，10月盐度平均值最低，8月盐度平均值最高(表3)。温度、盐度的变异系数均较低，范围为0.01～0.02之间，表明4次调查期间调查海域温度、盐度的分布比较均匀，没有大的波动。

2.2 调查海域监测指标的分布与评价

图2 2月份海水监测指标数值Fig.2 Values of monitoring indicators in February

表2 内梅罗污染指数划分水体污染等级Tab.2 Water pollution degrees based on the Nemerow pollution index

表3 水体温度、盐度的季节变化Tab.3 Statistics of temperature and salinity in different seasons

图3 6月份海水监测指标数值Fig.3 Values of monitoring indicators in June

图4 8月份海水监测指标数值Fig.4 Values of monitoring indicators in August

图5 10月份海水监测指标数值Fig.5 Values of monitoring indicators in October

2.3 调查海域水质综合评价

利用内梅罗指数法对调查海域水质的综合评价结果如表4所示。2月调查海域各个站位的内梅罗指数值(P值)范围为0.49～0.80，平均值为0.60，其中2、3、10号站位海水水质均属于Ⅱ类(较清洁)，其余站位海水水质均属于Ⅰ类(清洁)；6月调查海域各个站位的内梅罗指数值(P值)范围为0.63～2.33，平均值为1.21，其中1、5、6、7号站位海水水质均属于Ⅱ类(较清洁)，其余站位海水水质属于Ⅲ类(轻度污染)；8月调查海域各个站位的内梅罗指数值(P值)范围为0.59～2.22，平均值为1.48，其中1号站位海水水质属于Ⅰ类(清洁)、5、7号站位海水水质均属于Ⅱ类(较清洁)，其余站位海水水质属于Ⅲ类(轻度污染)；10月调查海域各个站位的内梅罗指数值(P值)范围为0.65～2.58，平均值为1.69，其中5、6、7号站位海水水质均属于Ⅱ类(较清洁)，其余站位海水水质属于Ⅲ类(轻度污染)。

表4 内梅罗指数评价法水质评价结果Tab.4 Evaluation results of water quality by using the Nemerow pollution index

3 讨论

海水网箱养殖是我国养殖产业的重要组成部分，但传统的网箱养殖受制于材料的抗风浪强度等因素，多集中于港湾等水流交换不畅的区域，网箱网衣生物附着量大，阻塞网眼，进一步减弱了网箱内外水体的交换，此外，出于成本、利润等方面的经济利益驱动，网箱养殖密度通常远高于养殖海域的环境容量，养殖生物的内源性排泄物和人工投喂的颗粒饲料、鱼糜、杂鱼等残饵带来的外源性污染物均无法通过水流交换得到有效的稀释，最终导致网箱养殖海域环境质量下降，并可能引起养殖生物病害频繁发生、死亡等一系列连锁反应，形成恶性循环。

从本次调查的结果可以看出，在大黄鱼的非养殖时间段(2月)调查海域的水质水平整体上属于清洁(Ⅰ)或者较清洁(Ⅱ)状态，而在养殖大黄鱼的养殖时间段(6月、8月、10月)调查海域的水质情况整体下降，海水水质评价结果分布表现为以围栏为污染高值中心，向外缘污染逐渐下降，围栏核心区域水质水平基本属于轻度污染(Ⅲ)状态，在离围栏较远的5号及6号站位，随着海水的稀释作用，海水水质水平基本恢复到清洁(Ⅰ)或者较清洁(Ⅱ)状态(表3)。调查海域海水水质评价结果的分布趋势主要与海水的潮流方向和稀释扩散作用有关，但与传统网箱养殖模式相比较[2]，铜合金围栏养殖模式的稀释作用更显著，能够在较短距离内将内源性、外源性污染物最大稀释。这主要取决于铜合金网衣的优越性能，首先铜合金网衣编制的网箱抗风浪能力强，因此网箱能够选址在水流强劲的离岸海域，其次由于铜合金网衣表面无附着生物附着，网眼通透，进一步改善了水体交换状况，再加上铜合金网衣的天然“抑菌”特性，能够在最短距离内最大程度的将污染物稀释扩散，极大改善养殖水域的环境状况。

铜合金网箱养殖优越性显著，但从本研究的结果看，并没有从根本上解决养殖带来的污染问题。这几年，一种基于生态系统水平管理的可持续发展的海水养殖模式-多营养层次综合养殖(integrated multi-tropic aquaculture，IMTA)目前正成为国际上学者们大力推行的养殖理念[12-15]。这种养殖模式的理论基础在于由不同营养级生物组成的综合养殖系统，系统中投饵性养殖单元产生的残饵、粪便、营养盐等有机或无机物质成为其它类型养殖单元(如滤食性贝类、大型藻类、腐食性生物)的食物或营养物质来源，将系统内多余的物质转化到养殖生物体内，达到系统内物质的有效循环利用，在减轻养殖对环境的压力的同时，提高养殖品种的多样性和经济效益，促进养殖产业的可持续发展[16]。

4 小结

1)大黄鱼的非养殖时间段调查海域的水质水平整体上属于清洁(Ⅰ)或者较清洁(Ⅱ)状态，养殖大黄鱼的养殖时间段(6月、8月、10月)调查海域养殖核心区的水质整体上处于轻度污染(Ⅲ)状态；

2)大黄鱼围栏养殖海域水质分布以围栏为高值中心，向外缘逐渐下降，水流的稀释扩散是其主要动力，铜合金养殖网箱可以改善养殖海域的水质状况，新材料结合多营养层次综合养殖模式是未来养殖发展的方向。