海域富营养化评价方法分析

刘 龙 谢润超 李广庆

二十世纪中期以来，随着人口数量的速增，城市规模的扩大，工业的快速发展，生活和工业污水越来越多，日益增加的海水养殖规模，致使海水中氮磷等营养元素浓度日益增大，导致近海海域富营养化水平越来越高，进而引发一些列生化反应，最终使海域生态环境遭到破坏，严重影响人类健康和社会发展。因此，海洋富营养化已成为一个全球关注的焦点。鉴于海域富营养化主要是由营养盐的加富作用影响，所以目前大部分富营养化评价体系都是以营养盐为主[1]。本文主要分析了我国目前常用的海域富营养化评价方法，并对各种评价方法进行比较分析，发现其不足，从而进一步改进并提高评价方法性能。

1 海域富营养化概念

海域富营养化主要分为两个阶段，即初级过程和次级过程。初级过程是指海洋水体中氮磷等营养盐含量过多，导致浮游植物迅速生长繁殖，引发水体透光率下降等，次级过程是指海洋水体系统受初级过程影响，导致沉水植被消失、赤潮暴发、形成水体低氧区等，从而导致海洋生态系统健康程度恶劣[1]。总体来讲，海域富营养化是指海水中营养元素含量过度，进而引发水体生态系统有机质增多、低氧区形成、赤潮暴发等一系列异常行为的过程[2]。

2 海域富营养化评价方法现状

随着科学技术的进步及富营养化评价方法的发展，目前我国海域富营养化评价体系大体分为两类：以营养盐为主的第一代富营养化评价体系和基于富营养化症状的多参数第二代富营养化评价体系。

2.1 第一代富营养化评价体系

第一代富营养化评价体系主要强调营养盐的重要性，其含量能直接反映海域的富营养化水平。这一体系下评价方法众多，常用的主要有以下几种。

2.1.1 单因子标准指数法[3]

单因子标准指数法公式：

Pi=Ci/ Ci0

式中Pi为i 项环境因子的标准指数；Ci为i 项环境因子的实测浓度；Cio为i 项环境因子的评价标准。单因子指数小于或等于1，表明水体没有受到该环境因子的污染，大于1 表明受到该环境因子污染，值越大表明污染越严重。

2.1.2 隶属度法[4]

隶属度法公式：

Pi=Ci-Ci0/Ci1- Ci0

式中 Pi为对应 Ci所规定的水质隶属度；Ci为实测值；Ci0、Ci1为相邻两级标准值。隶属度越小水质越好，隶属度越大水质越差。

2.1.3 潜在性富营养化评价法[5]

当海水中的藻类或浮游植物的生长受到某一相对不足的营养盐限制时，另一相对过剩的营养盐并不能被藻类或浮游植物吸收利用，从而导致这一海域的营养水平升高。郭卫东等根据这一现象，提出了潜在性富营养化评价方法，该方法一方面反映了水体富营养化水平，一方面也指出了受限营养盐类型。

2.1.4 营养指数法（EI）[6]

营养指数法（EI）公式：

EI=COD×DIN×DIP×106/4500

式中COD、DIN、DIP 为海域水体中实测浓度。EI<1，海域水体为贫营养状态；EI≥1，表明海域水体为富营养状态，EI 值愈大表明富营养状态程度愈严重。

2.1.5 营养状态质量指数(NQI)[7]

营养状态质量指数(NQI)公式：

NQI＝COD/COD0+DIN/DIN0+DIP/DIP0+Chl-a/Chl-a0

式中COD、DIN、DIP 和Chl-a 分别为水体化学需氧量、无机氮、活性磷酸盐和叶绿素 a 的实测浓度，COD0、DIN0、DIP0和Chl-a0分别为水体化学需氧量、无机氮、活性磷酸盐和叶绿素a的评价标准。NQI<2，贫营养；2≤NQI<3，中营养；3≤NQI<4，富营养；NQI>4，高富营养。

2.1.6 有机污染评价指数法[8]

有机污染评价指数法（A）公式：

A=COD/ COD0+DIN/DIN0+DIP/DIP0- DO/DO0

式中 COD、DIN、DIP、DO 为海域水体中实测浓度，COD0、DIN0、DIP0、DO0为海域水体中上述对应指标的评价标准值。A<0，良好；0≤A<1，较好；1≤A<2，受到污染；2≤A<3，轻度污染；3≤A<4，中度污染；A≥4，严重污染。

2.2 基于富营养化症状的多参数第二代富营养化评价体系

第二代富营养化评价体系是以压力- 状态- 响应(PSR)指标框架为基础。我国第二代富营养化评价体系建立刚刚起步，尚未形成通用的评价方法，目前常用的主要有以下几种。

2.2.1 PSR 框架富营养化综合评价法[9]

PSR 框架富营养化综合评价法有四类指标：（1）营养物质压力指标：无机氮浓度、溶解无机磷浓度和化学需要量浓度；（2）富营养化初级症状指标：叶绿素a 浓度、浮游植物数量、多样性指数；（3）富营养化次级症状包括浮游动物密度、大型底栖动物密度、水体透明度、溶解氧浓度、沉积物总有机碳含量；（4）富营养化其他症状指标：海域赤潮状况。

该评价方法分三步进行：第一步，对站位监测数据进行单因子评价；第二步，对评价指标的站位达标率进行评级赋分；第三步，对所有评价指标评级赋分进行加和。

2.2.2 压力- 状态- 响应综合评价法[10]

压力- 状态- 响应综合评价法指标包含三类。（1）富营养化压力指标：一个年度周期内中累积90%的总氮、总磷和无机氮、无机磷浓度最大值。（2）状态指标：初级症状的评价指标为一个年度周期内累积90%的叶绿素a 浓度最大值；次级症状包含缺氧程度和赤潮状况指标，缺氧程度采用一个年度周期内累积10%的溶解氧浓度值；赤潮状况采用一个年度周期内海域赤潮发生频率、持续时间。（3）响应指标：海域富营养化的发展趋势通过未来五年内该海域营养盐排放量的年变化率来推算。

该评价方法分三步进行：第一步，对各指标进行分级和赋分；第二步，对各类指标分值进行集合。第三步，富营养化最终级别划分，通过矩阵法对三大类指标得分集合，权重分配中状态指标最大、压力指标次之、响应指标最小。

2.2.3 基于水质状态和生态响应的富营养化综合评价法[1]

该评价方法指标包括两类：水质状态指标和生态响应指标。（1）水质状态指标：无机氮、溶解无机磷和化学需氧量。（2）生态响应指标分为两类：初级生态响应内容为叶绿素- a、浮游植物细胞总丰度和大藻过度生长问题，次级生态响应内容为有毒有害藻华问题和底层溶解氧浓度。

该评价方法分四步进行：（1）计算水质状态表达水平和状态类型；（2）计算初级和次级生态响应的表达水平；（3）根据初级和次级生态响应的表达水平采用矩阵得出初级和次级生态响应的类型和总的生态响应类型；（4）根据水质状态类型和生态响应类型得到整个海域的综合富营养化评价结果。

3 结语

日益严重的海域富营养化以及频发的海洋赤潮，已影响了我国的人民生存环境和海洋生态系统健康。而长久以来，我国近岸海域富营养化评价体系，仍为以基于氮、磷和溶解氧等公式计算值为主的第一代评价体系，这一体系并未完全反映出海域富营养化的程度，从未不能满足我国海洋环境保护与海洋开发利用现状。而作为当前近岸海域富营养化评价主流的第二代富营养化评价体系，我国虽已起步，但尚未建立起适用于我国现状的评价方法，主要问题是缺乏关于鱼类生态健康、水下植被及水动力等级的调查资料。因此，进一步设计完善我国海洋监测指标体系，建立适用于我国近岸海域富营养化评价的方法显得尤为重要。