紫菜养殖对海州湾水质影响分析

王 娟， 曹 雷

（江苏省连云港环境监测中心， 江苏 连云港 222001）

0 引言

紫菜隶属于红藻纲（Bangiophyceae），红毛菜科（Bangiaceae），紫菜属（Pyropia）[1]，我国紫菜养殖种类主要为条斑紫菜和坛紫菜， 条斑紫菜生长于江苏省沿海，连云港为主要产地。上世纪80年代，连云港开始进行大规模的紫菜养殖， 其养殖区主要分布在沿海的连云区、赣榆区、灌云县等海域。 这些地区因为拥有较长的海岸线及十分适合紫菜生长的海域滩涂，因此成为了连云港市紫菜的养殖、加工、销售的重要基地。 紫菜养殖在连云港水产养殖中占绝对的优势地位， 是连云港市海洋渔业经济的重要组成部分。 近年来，随着玻璃钢撑杆、翻板养殖等创新技术的逐步推广，条斑紫菜养殖逐步走向“深海”，养殖面积不断扩大。 2018年，连云港条斑紫菜养殖面积突破2.7 × 108m2。

条斑紫菜养殖分为育苗、挂网、分苗和收割4 个阶段， 养殖周期从每年的10月份持续到次年4月份。 本文通过调研紫菜养殖过程、养殖规模，跟踪监测养殖周期养殖区海水水质， 研究紫菜养殖对海州湾海水水质影响因素， 对推动海州湾近岸海域水环境质量持续改善具有十分重要的意义。

1 材料和方法

1.1 典型养殖场选取

为调查条斑紫菜养殖对海州湾海水水质的影响， 在海州湾紫菜养殖区选取2 个典型的紫菜养殖场，分别位于连岛和青口区域，下称连岛紫菜养殖场和青口紫菜养殖场。 2 个紫菜养殖场均为个人承包制，采用传统的支柱式养殖，四周为其他家紫菜养殖场，2 个养殖场规模均为1.3×105m2，规模适中。

1.2 样品采集与测定

对2 个典型的紫菜养殖场进行跟踪监测， 在连岛和青口养殖场各设置4 个监测点位， 监测时间从2018年10月～2019年4月，频次为每周1 次，采样时间为海水平潮期，监测项目为海水COD、活性磷酸盐、氨氮、硝酸盐氮及亚硝酸盐氮。 样品按照GB 17378.4—2007《海洋监测规范》中的分析方法进行水质分析监测。

连岛和青口紫菜养殖场监测点位见图1。

图1 连岛养殖场和青口养殖场位置示意

1.3 水质评价

采用海水单因子污染指数评价法评价紫菜养殖场海水环境状况，其计算公式为PIi=Ci/Soi。式中：PIi为污染物i 的污染指数；Ci污染物i 的实测浓度；Soi污染物i 的评价标准。 监测区域为沿岸盐业养殖区，执行第二类海水标准。

表1 连岛紫菜养殖场海水监测结果mg·L-1

表2 青口紫菜养殖场海水监测结果mg·L-1

2 结果与讨论

2.1 连岛和青口养殖场海水监测结果

对连岛和青口2 个典型紫菜养殖区进行整个养殖期内的海水水质跟踪监测， 每个养殖场4 个监测点位监测数据计算平均值，监测结果见表1 和表2。

根据监测数据，在紫菜养殖周期内，海水COD除连岛紫菜养殖场10月第2 周监测结果超标外，2个养殖场其他时间的监测质量浓度均小于3 mg/L，整体可达到GB 3097—1997《海水水质标准》第二类海水标准，满足功能区要求；2 个养殖场海水活性磷酸盐质量浓度均小于0.03 mg/L， 满足GB 3097—1997《海水水质标准》第二类海水标准；海水无机氮随紫菜养殖阶段不同而变化， 连岛养殖场10月第2周至12月第1 周监测质量浓度小于0.3 mg/L，其他监测结果均超标， 青口紫菜养殖场海水无机氮从2019年1月第4 周开始陆续开始出现超标现象。 近年来海州湾海域海水例行监测结果显示， 海州湾地区的首要污染物为无机氮[2]。

2.2 海州湾紫菜养殖阶段水质评价结果

养殖场海水无机氮污染指数计算结果见图2。

图2 连岛和青口紫菜养殖场无机氮污染指数变化情况

10月至12月初紫菜挂网期及分苗期， 连岛和青口紫菜养殖场无机氮污染指数均为PIN＜1， 且均呈降低趋势，海水无机氮指标优于二类海水标准，达到一类海水标准；12月下旬至4月初紫菜收割期，连岛养殖场PIN均值为1.454， 青口养殖场PIN均值为1.004，2 个养殖场无机氮污染指数均为PIN＞1，无机氮污染指数急剧升高，海水水质显著恶化。

紫菜养殖场COD 计算结果见图3。 由图3 可以看出，连岛和青口紫菜养殖场在整个紫菜养殖阶段，COD 污染指数PICOD＜1， 紫菜挂网和分苗期呈降低趋势，收割期呈上升趋势。

图3 连岛和青口紫菜养殖场COD 污染指数变化情况

紫菜养殖场活性磷酸盐计算结果见图4。由图4可以看出， 养殖过程中2 个养殖场活性磷酸盐污染指数PIP＜1，且整个养殖过程中呈现下降趋势。

图4 连岛和青口紫菜养殖场活性磷酸盐污染指数变化情况

3 紫菜养殖对海州湾无机氮影响分析

海州湾紫菜养殖期间，COD、活性磷酸盐变化情况较小， 且均满足第二类海水水质标准， 本文重点分析条斑紫菜养殖对海州湾海域无机氮浓度的影响因素。

3.1 紫菜养殖过程对海州湾无机氮影响分析

3.1.1 紫菜生长

紫菜养殖挂网期和分苗期， 连岛和青口2 个养殖场海水无机氮均呈现下降趋势。这是因为，紫菜下海后，紫菜的生长会吸收转化海水中NH3-N、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等营养盐，从而降低海水中无机氮的浓度[3-6]。

2018年海州湾2.7×108m2紫菜养殖区共产紫菜35 亿张，1 张3 g，即1.05×104t。条斑紫菜中氮质量分数在3.16%到7.68%[7-8]， 以平均值5.42%计，2018年收割的紫菜含氮总量约为569.1 t。

3.1.2 紫菜腐烂和脱落

紫菜生长过程中、收割期均会发生紫菜腐烂、脱落等问题，在反硝化细菌的作用下，释放氮素，导致海水中无机氮升高。调查表明，腐烂和脱落的紫菜量约为产量的5%， 腐烂和脱落的紫菜叶片80%会沉入海底，在海底进行固定，紫菜的快速生长也会打破海底沉积物氮的平衡， 可能会促进氮的释放[9]；20%紫菜经微生物分解后，营养盐重新进入海水中，估算2018年紫菜收割期间进入海水中的氮约为5.7 t。

3.1.3 加药

紫菜分苗期为除去网帘上的浒苔等杂藻幼苗，分苗时需要加药，即除藻剂。 除藻剂主要成分为盐酸或者柠檬酸，其中含有一定的营养盐，在2 个养殖场随机取2 个批次的除藻剂，其营养盐含量见表3。

表3 紫菜分苗期所用除藻剂营养盐含量mg·L-1

分苗期，每亩紫菜所需除藻剂约0.5 ～1 kg,海州湾2.7×108m2紫菜养殖区2018年所用除藻剂约200～400 t，由加药带入海州湾的约2.3 ～4.6 kg，TP 约0.07～0.14 kg，由于海域面积大，加药引入的营养盐对海水水质变化影响较小，忽略不计。

3.1.4 施肥

随着紫菜养殖技术发展， 原本仅能在近岸海域养殖的紫菜逐渐走向远海，由于受陆源影响较小，远海区营养盐浓度较低，无法满足紫菜生长需要，养殖户通过施肥增加海水中营养盐浓度， 施肥成分主要为尿素和氯化铵等。 施肥通常在紫菜收割期进行。

假设紫菜养殖期间陆源污染和海上交通运输、海洋工程等海源污染不变，利用氮平衡，估算2018 ～2019年紫菜养殖周期施肥量。

式中：T 为氮来源质量，t；F 为施肥肥料中氮质量，t；L 为陆源及其他海源污染进入海水中的氮质量，t；M为腐烂、脱落的紫菜经分解进入海水中的氮质量。

式中：C 为氮产出质量，t；Z 为紫菜中氮质量，t；H 为海水中氮质量，t。

根据物质守恒原理，T ≈C， 即F+L+M=Z+H。 由于9月底紫菜尚未下海，F9=0，M9=0，Z9=0，得出L9 =H9，即不考虑其他因素影响，9月底陆源污染进入海水中氮元素量约为近岸海水中氮元素量。 假设紫菜养殖期间陆源及其他海源污染情况未发生变化，则4月份紫菜养殖过程，海水中氮平衡可表示为：F4=Z4+H4–H9-M4 ， 其中，Z4 约569.1 t，M4 约5.7 t。

2018年9月和2019年4月海州湾紫菜养殖区监测结果平均值见表4。

表4 紫菜养殖前后海州湾例行监测点位无机氮变化情况 mg·L-1

取各点位平均值作为海州湾紫菜养殖区海水无机氮平均浓度，紫菜养殖区面积为2.7×108m2，海水深度以5 m 计， 则2018年9月和2019年4月海水中氮元素量H9，H4 分别为692.5 和627.7 t。

初步估算施肥肥料中氮元素量F4 约498.6 t。 以氯化铵计，则施肥量为1 905 t，平均每m2施肥量约7.1 kg。

3.1.5 紫菜养殖过程对海州湾海域无机氮影响

综合分析紫菜养殖过程中的各影响因素， 对海水中无机氮产生正影响的主要是紫菜生长， 产生负影响的主要是紫菜养殖过程中紫菜的腐烂、 脱落和收割期施肥。 由于海水流动、海域面积大，施肥量很难控制。为了保证紫菜的生长，紫菜养殖过程中施肥量加剧，远远大于紫菜生长所需，直接导致海州湾海域海水无机氮污染。

3.2 紫菜养殖规模对海州湾海水无机氮影响分析

近几年海州湾紫菜养殖规模逐年扩大， 有向远海延伸的趋势， 多源遥感数据提取海州湾条斑紫菜养殖分布情况显示， 紫菜养殖面积由2015年的1.0×108m2，已扩张到2018年的2.7×108m2[10]。 紫菜养殖周期为每年的10月～次年4月，近海海域海水水质例行监测为每年的4，8 和10月，紫菜施肥一般在12月～4月期间， 对海水例行监测的影响也主要体现在4月份的监测结果。 因此，2016 ～2019年4月份海水质量对应2015 ～2018年紫菜养殖规模，2015～2018年海州湾紫菜养殖规模及无机氮浓度变化情况见图5。 由图5 可以看出，2015年以后，海州湾紫菜养殖规模从1.0×108m2急剧扩大到2018年2.7×108m2，养殖范围由近海岸逐渐向深海扩张。 紫菜养殖规模的扩张打破了海水中无机氮的平衡， 无机氮浓度降低，无法供应紫菜生长需要，为了加速紫菜生长，紫菜养殖户不合理施肥，导致整个养殖区海水无机氮浓度急剧升高，海水水质恶化。

图5 2015～2019年海州湾紫菜养殖规模及无机氮浓度变化

4 结论与建议

（1）海州湾海域污染来源分为陆源污染和海源污染，由于2018年4月连云港灌云灌南化工园区关停等原因，排入海州湾近岸海域的污水量、营养盐物质锐减，陆源污染显著减少，但2018年12月中下旬到2019年4月初海水中无机氮浓度仍显著增高。对连岛和青口2 个紫菜养殖场的监测结果表明， 紫菜养殖过程中，COD 和活性磷酸盐污染指数均小于1，整体满足功能区要求；紫菜挂网期和分苗期PIN＜1，且呈下降趋势， 紫菜收割期2 个养殖场PIN＞1，PIN急剧升高，海水水质显著恶化。

（2）海州湾海域条斑紫菜的生长可吸收转化海水中无机氮，降低无机氮浓度；紫菜分苗期加药过程对海水中无机氮影响较小； 紫菜腐烂和施肥使海水中无机氮升高，尤其是大量紫菜养殖收割期的施肥，直接导致海州湾海域无机氮超标； 从2015年起，随着紫菜养殖技术的发展， 海州湾紫菜养殖逐渐从近海走向远海，养殖规模无序扩张，海水中无机氮的浓度无法满足紫菜生长需要， 从而紫菜收割期大量施肥，海水中无机氮急剧升高。

（3）建议控制紫菜养殖规模，使之恢复到2015年以前的规模， 在河口区域划定1.0× 108m2养殖区，充分利用陆源带入海水的营养盐，既可以降低海水中营养盐浓度，也无需另外施肥，从而达到紫菜养殖和海水生态环境的协调发展。

（4）建议多种经济作物轮作。在条斑紫菜养殖区域进行错时坛紫菜养殖，坛紫菜抗病能力强，腐烂情况较少，可以从8月份开始种植坛紫菜，并利用9月下旬到11月上旬利用养殖区现有筏架设施，发展坛紫菜二茬养殖。