海州湾大竹蛏种质资源保护区生态环境质量分析与评价*

尚聪聪 肖 慧 朱 琳 夏 斌陈碧鹃① 崔正国 唐学玺,3 曲克明

(1. 中国海洋大学海洋生命学院 青岛 266003；2. 中国水产科学研究院黄海水产研究所农业农村部海洋渔业可持续发展重点实验室 山东省渔业资源与生态环境重点实验室 青岛 266071；3. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室 青岛 266071)

水产种质资源保护区是指为保护水产种质资源及其生存环境，在具有较高经济价值和遗传育种价值的水产种质资源的主要生长繁育区域(即产卵场、索饵场、越冬场以及洄游通道等)，依法划定并予以特殊保护和管理的水域、滩涂及其毗邻的岛礁、陆域等(农业部, 2011)。近年来，工程建设、环境污染等大量占用、破坏重要渔业生物栖息地，严重影响到渔业可持续发展和国家生态文明建设。自2007 年起我国积极推进水产种质资源保护区的建立，目前，全国已划定水产种质资源保护区535 处(农业农村部, 2018)。建立水产种质资源保护区是协同推进经济发展和资源环境保护的有效举措，对维护渔业生物资源和水域生态健康具有重要意义。

为了掌握保护区生态环境质量状况，同时，为保护区管理部门制定和调整管理措施提供科学依据，使水产种质资源及其栖息环境得到有效的保护，对保护区生态环境质量状况进行监测和评价是十分重要的。目前，已对国家级水产种质资源保护区开展了一系列生态环境调查、监测和综合质量评价。夏斌等(2010)、崔毅等(2013)和滕瑶等(2018)对靖海湾松江鲈鱼(Trachidermus fasciatus)国家级水产种质资源保护区开展了多年连续监测和环境质量综合评价。结果表明，该海域长期处于富营养化状态且有机污染严重。袁健美等(2013)报道了吕泗渔场小黄鱼(Larimichthys polyactis)、银鲳(Pampus argenteus)国家级水产种质资源保护区春、夏季环境因子水平，监测结果表明，水体中悬浮物、无机氮(DIN)和磷酸盐(PO4-P)超标严重，与历史资料相比，该海区富营养化程度加剧。徐衡等(2016)监测和评价了乐清湾泥蚶(Tegillarca granosa)国家级水产种质资源保护区水质及沉积物质量状况，表明该保护区综合水质为良，优于乐清湾北部海水养殖区的水质状况，但沉积物中Cu、Zn、Cr 和粪大肠菌群超标。

海州湾大竹蛏(Solen grandis)国家级水产种质资源保护区，由农业部于2007 年12 月12 日批准建立，主要保护对象为海珍品——大竹蛏。夏斌等(2014)研究表明，2008～2013 年夏季海州湾水产种质资源保护区海水环境质量均符合国家Ⅰ类海水水质标准，属于尚清洁等级，但近年来，对海州湾保护区海水环境质量状况的研究尚未见报道。本研究根据2018 年5 月和8 月对海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区的生态环境监测数据，运用综合质量指数法对海州湾保护区的海水环境质量进行综合评价，并从水体营养状况和有机污染状况等不同角度对该海域的海水水质状况进行分析，旨在及时掌握海州湾渔业水域的生态环境质量状况，为海州湾水产种质资源保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域

海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区位于山东省日照市东港区邻近的黄海海域。该保护区总面积为42.88 hm2，其中，核心区面积为15.20 hm2，实验区面积为 27.68 hm2。核心区特别保护期为每年4～7 月。该海域海水水质清澈，海底底质为泥砂质，生态环境良好，是大竹蛏天然资源集中生长繁殖的重要场所。

1.2 站位布设与采样时间

在海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区内共布设5 个调查站位进行海洋环境调查。其中，1～4号站位于核心区与实验区交界处，5 号站位于核心区(图1)。采样时间分别为2018 年5 月(春季)和8 月(夏季)，分别为核心区特别保护期中和保护期后。

图1 海州湾保护区调查站位Fig.1 Location of sampling sites in Haizhou Bay

1.3 测定参数与分析方法

海水样品使用Niskin 采水器进行采集，采样层次为表层。检测项目包括水温、盐度、pH、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、DIN、PO4-P、Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As 以及石油类。所有样品的采集、现场处理及检测分析均依据《海洋监测规范》(GB17378.4-2007)中所规定的方法执行。其中，温度、盐度及pH 使用YSI 多参数分析仪(556MPS, 美国)现场测定；DO 采用碘量法测定；COD 采用碱性高锰酸钾法测定；亚硝酸盐采用萘乙二胺分光光度法测定；硝酸盐采用锌–镉还原法测定；铵盐采用次溴酸盐氧化法测定；PO4-P 采用磷钼蓝分光光度法测定；Cu、Zn、Pb、Cd 采用原子吸收分光光度法测定；Hg、As采用原子荧光分光光度法测定；石油类采用荧光分光光度法测定。

1.4 评价方法与标准

1.4.1 综合质量指数法 综合质量指数法能很好地反映某一海域环境综合质量(贾晓平等, 2003)，评价公式：

式中，Q 为综合质量指数，n 为环境因子项数，Pi为环境因子的污染指数，Ci为环境因子实测值，Cs为环境因子评价标准值。

由于海水pH 的评价标准是一个范围，其污染指数计算公式(崔毅等, 2013)如下：

式中，Si,pH为第i 站pH 的质量指数，pHi为第i站pH 实测值，pHsu为pH 评价标准上限，pHsd为pH评价标准下限。

海水中DO 含量随污染程度的增大而减少，其污染指数计算公式(崔毅等, 2013)如下：

式中，Si,DO为第i 站DO 的质量指数，DOf为相同温度相同盐度条件下，DO 的饱和浓度值(mg/L)，DOi为DO 的实测浓度(mg/L)，DOs为DO 的评价标准值(mg/L)。

本研究调查海域位于海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区内，采用《海水水质标准》(GB 3097-1997)Ⅰ类标准作为评价标准值，综合质量指数与环境分级的关系见表1(夏斌等, 2014)。

1.4.2 富营养化指数法 海水营养水平采用富营养化指数评价，该方法是目前应用较为广泛的一种方法，其计算公式(邹景忠等, 1983)为：

式中，E 为富营养化指数，CODi为第i 站化学需氧量(mg/L)，DINi和PO4-Pi分别为第i 站DIN 和PO4-P 的实测浓度(μg/L)。当0＜E＜0.5 时，海水为贫营养；0.5≤E＜1 时，海水为中营养；E≥1 时，海水呈富营养化，且E 值越高，海水富营养化程度越严重。

表1 综合质量指数与环境分级关系Tab.1 The relationship between comprehensive quality index and environmental classification

1.4.3 有机污染指数法 采用有机污染指数法评价海水有机污染程度，其计算公式(蒋国昌等,1987)为：

式中，A 为有机污染指数，CODi和DOi分别为第i 站COD 和DO 的实测值(mg/L)，DINi和PO4-Pi分别为第i 站DIN 和PO4-P 的实测值(μg/L)，CODs、DINs、PO4-Ps和DOs分别为对应因子的Ⅰ类《海水水质标准》(GB3097-1997)评价值。依据有机污染分级标准(表2)(蒋国昌等, 1987)评价以上公式计算结果。

表2 有机污染指数与海水有机污染等级关系Tab.2 The relationship between organic pollution index and organic pollution classification in seawater

2 结果与讨论

2.1 海水中环境因子的含量水平

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2018 年春季和夏季，海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区海水中相关环境因子的含量见表3。从表3 可以看出，2018 年春季和夏季表层海水盐度的变化范围分别为30.02～30.23 和28.06～28.11，平均值分别为30.13 和28.08。根据我国《海水水质标准》(GB 3097-1997)有关规定，海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区的海水水质应符合第Ⅰ类海水水质标准。实际调查数据显示，2018 年春季2 号站和夏季5 号站的DIN 含量略超出Ⅰ类海水水质标准限值(分别超出1.51%和0.16%)，其他监测因子均符合Ⅰ类海水水质标准，表明海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区的海水水质较好。该结果与2008～2013 年夏季海州湾保护区的海水环境质量评价结果较为相似(夏斌等, 2014)，其中，DIN 含量有所升高，PO4-P、Zn、Cd 和As 含量有所下降。与靖海湾松江鲈鱼国家级水产种质资源保护区近年的海水环境质量(滕瑶等,2018)相比较，海州湾保护区的pH、DO 水平较高，营养盐、重金属含量水平较低。这可能有2 个原因，一是相比于靖海湾保护区，海州湾保护区离陆地较远，受陆源排污影响较小；二是靖海湾为半封闭海湾，而海州湾为半开阔海湾，后者的海水交换能力和自净能力更强。

2.2 海水综合质量评价

基于海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区环境因子指标(表3)，运用综合质量指数法对该保护区的生态环境质量进行综合评价见图2。从图2 可以看出，2018 年春季海州湾调查海域海水综合质量指数范围是0.31～0.39，平均值为0.34；夏季海水综合质量指数范围是0.34～0.38，平均值为0.36。从调查时间分析，海州湾保护区海水综合质量指数春季＜夏季。从调查站位分析，2018 年春季和夏季各站位间海水综合质量指数相差较小。总体而言，2018 年海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区综合质量指数均处于0.31～0.39 之间，平均值为0.35，根据综合质量指数与环境分级关系(表1)，判定调查海域海水质量等级为尚清洁。与历史调查数据比较，2008～2013 年海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区综合质量指数为0.33～0.68，同为尚清洁等级(夏斌等, 2014)，表明近年来海州湾保护区环境质量保持较好。贾晓平等(2003)研究表明，综合评价得出广西北部湾渔场的海水环境综合质量指数为0.45，海州湾保护区综合质量指数与北部湾渔场水平相当，海水环境综合质量较好，有利于保护大竹蛏的生长和繁殖。

图2 2018 年海州湾调查站位的综合质量指数Fig.2 The comprehensive quality index of eachstation in Haizhou Bay in 2018

2.3 营养状况评价

海水中的N、P 等营养盐是浮游植物生长、繁殖所必需的物质，也是限制初级生产力的关键因子。2018 年春季，海州湾调查海域N/P 值为27.40～88.18，平均值为 58.97；夏季海州湾调查海域 N/P 值为43.80～132.05，平均值为87.97。2018 年海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区N/P 值均大于Redfield系数(Redfield, 1958)，平均值为73.47，表明该海域营养盐结构为磷限制。调查数据显示，该海域海水中PO4-P 含量(表3)远低于浮游植物正常生长所必需的含量(17.98 μg/L)(郭卫东等, 1998)，可能成为影响浮游植物生长繁殖的限制因子。夏斌等(2014)研究表明，2008～2013 年海州湾保护区的N/P 值为16.44～91.62，平均值为51.67。与本研究2018 年对海州湾保护区的调查结果相似，海州湾保护区N/P 值远大于Redfield比值且PO4-P 含量偏低，可能会影响浮游植物种群结构特征，进而干扰整个生态系统(赵玉庭等, 2016)，对大竹蛏的生长产生潜在的不利影响。总体来看，海州湾大竹蛏保护区近10 年来营养盐结构失衡状况日趋严重，这与我国近岸海域N、P 营养盐结构失衡严重结论相一致(孙伟等, 2016)。

2018 年海州湾保护区海水中DIN 出现超标，而PO4-P 含量缺乏，进一步使用富营养化指数对该海域的营养状况进行综合评价。结果表明，2018 年春季海州湾调查海域富营养化指数的变化范围为0.05～0.27，平均值为0.12；夏季海州湾调查海域富营养化指数为0.07～0.22，平均值为0.12。总体来看，2018 年所有调查站位富营养化指数均＞0.5，海水为贫营养状况。贾晓平等(2003)评价了广西北部湾渔场海水富营养化指数范围为0.003～0.083，平均值为0.022，海水处于贫营养状态，与本研究调查结果相似。胡益峰等(2015)研究了浙江嵊泗马鞍列岛国家级海洋特别保护区的富营养化指数范围为1.29～4.65，该海区在不同季节均呈富营养化，且富营养化程度较严重。海州湾大竹蛏保护区海水营养水平与天然渔场相似，水质较好，主要得益于海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区的建立，更好地保护了该海域的水质，为大竹蛏提供了良好的栖息环境。

2.4 有机污染评价

根据有机污染评价方法计算得出海州湾保护区的有机污染指数。2018 年春季海州湾调查海域有机污染指数为–0.24～0.57，平均值为0.13；夏季海州湾调查海域有机污染指数为0.54～0.81，平均值为0.64。总体而言，2018 年海州湾大竹蛏国家级水产种质资源保护区有机污染指数的平均值为0.39。从调查时间分析，海州湾保护区有机污染指数春季＜夏季。从调查站位分析，春季1 号站和5 号站A＜0，属于良好等级，春季其他站位和夏季各站位0＜A＜1，属于较好等级。有机污染指数表明，海州湾保护区有机污染程度较轻。对比富营养化指数和有机污染指数2 种评价方法。结果表明，海州湾保护区海水水质较好，富营养化程度和有机污染程度轻微。与其他海域相比，2012～2013 年浙江嵊泗马鞍列岛保护区有机污染指数为3.31～4.53，属中度及重度污染(胡益峰等, 2015)。2013 年莱州湾海域(包括单环刺螠近江牡蛎国家级水产种质资源保护区)有机污染指数平均值为1.61，开始受到有机污染(赵玉庭等, 2016)。2014～2016 年靖海湾松江鲈鱼保护区有机污染指数的变化范围为4.66～9.23，处于严重污染状态(滕瑶等, 2018)。

3 结论

2018 年海州湾大竹蛏保护区海水综合质量指数范围为0.31～0.39，海水质量等级为尚清洁。核心区和实验区内各调查站位间海水综合质量指数变化较小。与2008～2013 年调查数据相比，海水综合质量指数有所下降，表明近年来海州湾保护区环境质量保持较好。

从营养结构分析，2018 年海州湾保护区营养盐结构为磷限制，海水中较低的PO4-P 含量成为影响浮游植物生长繁殖的限制因子。根据富营养化评价，2018 年海州湾保护区内各调查站位富营养化指数均小于0.5，海水为贫营养状况。根据有机污染评价，2018 年海州湾保护区有机污染指数为–0.24～0.81，表明该水域有机污染程度较轻。