發布時間：2021-09-29所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：本文分析了2016-2018年樂清灣養殖區水體中pH、溫度、鹽度、溶解氧(dissolvedoxygen，DO)、葉綠素(chlorophylA，Chla)、氨氮(ammonianitrogen，NH4-N)、亞硝酸鹽氮(nitritenitrogen，NO2-N)、硝酸鹽氮(nitratenitrogen，NO3-N)、可溶性磷酸鹽(solubleac
摘要：本文分析了2016-2018年樂清灣養殖區水體中pH、溫度、鹽度、溶解氧(dissolvedoxygen，DO)、葉綠素(chlorophylA，Chla)、氨氮(ammonianitrogen，NH4-N)、亞硝酸鹽氮(nitritenitrogen，NO2-N)、硝酸鹽氮(nitratenitrogen，NO3-N)、可溶性磷酸鹽(solubleactivephosphors，DIP)等海水水質質量指標，并研究了其水質質量狀況。通過單因子污染指數法的評價結果表明，樂清灣養殖區的pH、溫度、鹽度、DO等指標均符合國家二類水質標準。與其他海域養殖區比較，DO濃度處于偏低狀態;而DIN和DIP的濃度較高。利用水質質量富營養化指標分析法(theanalysisofwaterqualityeutrophicationindex，TRIX)，本研究發現樂清灣養殖區的水質富營養指標值較大，處于較高的富營養化狀態。通過主成分分析(principalcomponentanalysis，PCA)可知，第一主成分相關指標主要是NO2-N、NH4-N、DIP、溫度以及NO3-N，且NH4-N、NO3-N、DIN與TRIX之間存在良好的正相關關系。
關鍵詞：海水養殖;樂清灣;水環境;營養狀態;營養鹽
樂清灣位于浙江南部沿海，是一個深入內地的半封閉海灣，三面環陸，南面與東海相連。由于其良好的避風條件和優越的氣候條件，樂清灣海水養殖業從20世紀80年代起得到了迅猛的發展，隨著養殖規模的不斷擴大，這里已經成為浙江省的重點海水養殖基地之一[1]。在海水養殖的過程中，往往需要人工投喂大量的配合飼料和鮮活餌料，這些餌料僅有一部分被有效利用，其他餌料以殘餌、排泄物和糞便等形式排入周邊的海洋環境中，由此形成了養殖的內源污染物。值得注意的是，高密度的投餌養殖魚、蝦類等養殖方式，往往造成養殖海域氮、磷化合物濃度的增加。海水養殖魚、蝦類等排出的氮、磷廢棄物占投喂飼料總量的70%以上[2-3]，由此可引發水體富營養化。海水富營養化可促使浮游生物迅速生長，造成海水中溶解氧濃度降低，阻礙水生經濟動物的生長，成為海水養殖可持續發展的瓶頸[4]。同時，海水養殖的經濟生物也可能引起海水中營養鹽濃度、結構和浮游植物群落結構的改變[5]。此外，海水營養鹽輸入、輸出的平衡性，也會引起水生生態系統物種、物質與能量流動等的不平衡，最終導致水生生態環境狀況惡化[6-7]。因此，海水質量不僅對海水養殖有重要影響，而且也是海洋生態環境系統良性循環的有力保障。目前，近海富營養化狀態的評價方法有：以化學需氧量(COD)、營養鹽等為參數的單指數法[8]，以總氮、總磷、COD和Chla為參數的營養狀態質量指數法[9]，潛在性富營養化(N/P)法[10]以及富營養化狀態指數法(TRIX法)等綜合指數法[11]，其中，TRIX法是我國海洋環境評價的重要方法。
本文通過對樂清灣養殖區主要海水水質指標的連續性跟蹤調查，評價了養殖環境的海水質量等級，分析了其主要污染因子及來源。通過TRIX方法，分析樂清灣養殖區的海水質量狀況，評價其海洋生態系統的結構與功能，這對于合理開發和利用樂清灣的海洋資源具有十分重要的意義。
1材料與方法
1.1采樣點確定
選取浙江省樂清灣海水養殖區的7個站位作為采樣點(圖1)，主要以養殖縊蟶、泥蚶、蛤蜊等濾食性雙殼貝類為主;采樣時間為每年的5月、8月、9月、10月，連續3年(2016-2018年)的海水水質監測數據;采樣點位于水面下0.5m處。
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1.2測定方法
監測指標為pH、溫度、鹽度、DO、Chla、NH4-N、NO2-N、NO3-N和DIP。全部樣品的采集、預處理和保存參照《海洋監測規范》(GB/T12763-2007)和《海洋監測標準》(GB17378-2007)執行。分析項目及方法如下：pH用pH計測定;溫度用表層水溫表法;鹽度采用鹽度計法;DO用碘量法;Chla的測定方法為分光光度法(SL88-2012);NH4-N測定用納氏試劑分光光度法(HJ536-2009);NO2-N用酚二磺酸分光光度法(GB/T7480-1987);NO3-N分析用鋅鎘還原法(HJ346-2007);DIP分析用抗壞血酸還原磷鉬藍法(HJ671-2013);DIN為NH4-N、NO2-N和NO3-N之和。
1.3富營養化狀態指數TRIX指數法
1.4數據處理與統計分析
采用Excel2010軟件，對原始數據進行處理;采用SPSS19.0軟件，分析海水中各水質指標的相關性;采用OriginPro8.0軟件進行繪圖。
2結果與討論
2.1樂清灣養殖海域水質指標分析
從2016年到2018年，每年分別采集5月、8月、9月、10月樂清灣海水養殖區7個有代表性的海水水樣，按照國家《海水水質標準》(GB3097-1997)，分別對水質指標中的pH、溫度、鹽度、DO、Chla、NH4-N、NO2-N、NO3-N、DIP等指標進行測定分析，并對7個采樣點各指標的3年平均值、最大值、最小值進行統計，并與國家標準進行比較，結果見表1。
由表1可知，樂清灣養殖區域中海水pH的變化范圍(平均值)為7.73～8.16(7.89);水溫變化范圍(平均值)為21.03℃～32.80℃(26.41℃)，由于采樣時間設為每年的5月到10月，所以水溫的變化幅度相對較小;鹽度的變化范圍(平均值)為17.13～31.06(23.66);海水中DO濃度變化范圍(平均值)為5.01～7.88mg/L(6.51mg/L);海水中NH4-N的濃度范圍(平均值)為1.10～370.60μg/L(81.69μg/L);海水中NO2-N濃度范圍(平均值)為0.60～157.00μg/L(55.95μg/L);NO3-N濃度范圍(平均值)為230.00～3845.00μg/L(692.21μg/L);DIN的濃度范圍(平均值)為273.10～3942.50μg/L(829.85μg/L);海水中DIP的濃度范圍(平均值)為5.2～152.70μg/L(52.36μg/L);Chla的濃度變化范圍(平均值)為0.20～12.20μg/L(2.09μg/L)。其中，水溫、鹽度、DO各采樣點的3年平均值變化不大，各采樣點海水中DO的平均濃度均大于5mg/L，符合第二類海水水質標準;而DIN和DIP的濃度超標較為嚴重,劣于第四類海水水質標準范圍要求。與其他海域養殖區相比，樂清灣海域水體中DO處于低濃度水平。
2.2樂清灣養殖海域水質指標動態變化分析
2016年5月到2018年10月連續3年養殖環境水質指標的動態分布見圖2。3年間變化幅度較小的指標有pH、水溫、鹽度、DO和NO3-N，變化幅度較大的指標有Chla、NH4-N和NO2-N等。其中，pH的變化幅度最小，范圍為7.74～8.12，且均符合第一類海水水質標準要求;其次，水溫的變化范圍為21.50℃～32.09℃，最高海水溫度出現在8月，5月和10月溫度差別較小，鹽度的變化幅度也較小，為18.09～30.41。DO的最高濃度出現在2018年5月，為7.50mg/L，而最低值出現在2016年8月，僅為5.31mg/L，當海水中DO濃度低于3mg/L時稱為低氧環境，不利于海水中好氧微生物的生長。DIP的濃度較高，最高值出現在2017年10月，結果為89.59mg/L，最低值出現在2018年9月，為21.53mg/L，每年10月，海水中DIP的濃度均明顯高于其他月的平均值。DIN濃度范圍為421.80～1357.99mg/L，最高值和最低值分別出現在2016年5月和2018年8月，部分海域劣于第四類海水水質標準，其中，2016年5月監測結果平均值超出標準近3倍。在DIN的3種形態中,NO3-N所占的比例最高，為NH4-N和NO2-N的5～10倍，是DIN的主要存在形態，這說明該海水水域環境氧化能力較強，水體具有較好的自凈能力，這與Cutrim等[7]的研究結果一致。不同時期，NH4-N的變化幅度較大，范圍為8.55～204.86μg/L，其中，最高濃度出現在2017年8月，為最低濃度2018年9月的3倍以上，海水中NH4-N的濃度高低沒有明顯的季節特性。NO2-N的變化幅度較大，范圍為12.53～143.00mg/L,最大值和最小值分別出現在2016年8月和2017年9月。NO3-N的總體水平較高，其變化幅度范圍為321.29～1288.14mg/L,最大值和最小值分別出現在2016年5月和2018年8月，高濃度的NO3-N是海水中DIN的主要貢獻指標，這與養殖環境大量的餌料投入有關
2.3與其他海域水質質量狀況比較
為進一步了解樂清灣海域養殖區水質指標及營養鹽水平，將該海域水體中各指標從2016-2018年3年的濃度變化范圍和平均值，與國內外其他海水養殖區中的指標進行分析比較，結果見表2。從表2可知，pH的平均值略低于其他地區，且各海水養殖區的變化幅度較小;水溫平均值明顯高于其他養殖區，這與該研究的采樣時間為每年的5-10月有關。與其他海域水質指標的對比分析發現，各水質指標存在明顯的地域差異，樂清灣海水養殖區的鹽度、Chla的濃度平均值處于中等偏下的水平，如鹽度和Chla濃度較高的海水養殖區有IzmirBay[12]、黃海[13]、BizerteLagoon,Mediterranean[14]、大連[15]等;而鹽度和Chla濃度較低的海水養殖區域如lagoonsofWesternGreece[16]等，其濃度分別是最高值海域的1/3和1/7。而樂清灣增養殖區海水中DO的平均值為6.5mg/L，遠低于其他養殖區，如大連海域[16]海水養殖區DO的平均濃度高達9.5mg/L，theMarano海灣[7]養殖區海水中的DO為8.8mg/L。與此結果類似，楊平等[17]研究發現，養殖塘水體較高的DO濃度有利于水生生物的生長，因此，在海水養殖初期，水中DO濃度較低，但在養殖中、后期，海水中DO濃度會不斷增加;王顥等[18]也發現低氧區的出現可能與網箱養殖活動有關。有研究表明，低氧環境不利于水生動物的生長，如孫元敏等[19]發現，經歷低氧變動模式的鯔魚代謝速率下降，同時需要消耗較多的物質和能量參與氧化應激，用于生長的物質和能量需求減少，從而導致其生長速度下降。因此，需要對該區域的低氧原因作深入分析，并采取適當措施。NH4-N的濃度處于中等水平，但與其他海水養殖區相比，NO2-N、NO3-N、DIN、DIP的濃度均處于濃度偏高水平。
2.4水質質量富營養化指標分析
為了進一步了解樂清灣養殖區的水質富營養化狀況，對2016-2018年7個不同采樣點的TRIX進行統計分析，結果見表3。由表3可知，該區域水體富營養化現象比較嚴重，各點3年平均值為6.06～6.41，每個采樣點的水質均處于高富營養化(6≤TRIX<8)狀態。2016年5月、6月，2017年5月、8月、10月，2018年10月，該區域水質均處于高富營養化狀態;2017年9月、2018年5月、2018年8月、2018年9月，分別有71.42%、85.71%、57.14%、42.86%的采樣點水質為低富營養化狀態(4≤TRIX<5)，其他采樣點均為高富營養化狀態。對照其他海水養殖水質的富營養化指標TRIX，該區域的富營化屬中等偏上的水平，TRIX值較高的海域如JansenLagoon[7]和IzmirBay[12]，其平均值分別為8.04和6.70;TRIX值較低的海域如中國的黃東海海區[13]、渤海[3]，其平均值分別為5.65、5.79。TRIX值超過6時，海水處于典型的高生產力狀態，易產生水體富營養化現象，富營養化頻發可以導致海域底層缺氧，但TRIX值低于4時，不利于海水養殖生產力提高[15]。因此，海水養殖區域往往具有較高的TRIX值，也有暴發水體富營養化災害的危險。
2.5樂清灣水質指標相關性及來源分析
為進一步研究水質指標對海水養殖產量及水體富營養化的影響，對樂清灣養殖區域中的水質指標進行相關性和來源分析。利用主成分分析法分別對pH、溫度、鹽度、DO、Chla、NH4-N、NO2-N、NO3-N、DIN、DIP和TRIX等指標進行相關性的來源分析，分別提取第1、2、3主成分，其方差貢獻率分別為64.07%、13.05%和11.27%，累計貢獻率為88.38%;再對3個主成分的變量載荷PC1作為x軸，PC2和PC3作為y軸，分別作圖PC1—PC2、PC1—PC3(如圖3所示)，研究各相關因子對水體富營養化的貢獻率，分析該區域水體富營養化的可能原因。由圖3可知，第一主成分的方差貢獻率最大，達64.07%，與第一主成分相關的指標是NO2-N、NH4-N、DIP、溫度以及NO3-N的載荷較大，其中與NO2-N的相關系數最大，為0.99，其次為NH4-N，其相關系數為0.95，與DO、鹽度和pH存在明顯的負相關關系，這說明氮、磷濃度的升高，以及鹽度和pH的降低是導致該區域水體富營養化的主要原因。鹽度與第一主成分存在明顯的負相關性，其相關系數為−0.96，說明鹽度越低，其水體中富營養化程度越高。褚帆等[20]也發現鹽度低的入海口海水富營養化程度相對較高，說明鹽度對海域富營養化狀況有重要的影響。首先，鹽度對富營養化狀況的影響體現在氮磷等營養鹽來源為陸源，隨著向近海的排放，必然存在濃度梯度。隨著稀釋作用的加強，高鹽度海水的污染物濃度會降低，呈顯著負相關性。其次，第一主成分與DO之間也存在明顯的負相關性，其相關系數為−0.89，DO的高低直接影響水中生物生長情況，水生動物過度繁殖、有機物含量過高的區域消耗大量的氧，DO會隨生物量的增加迅速下降[21]，較低濃度的DO是水體富營養化結果的重要表現，由此推斷該海域易發生水體富營養化現象。第二主成分與Chla之間存在明顯的相關關系，其相關系數為0.83，為影響該海域水體富營養化的次要驅動因子，Chla是反映水體藻類生長的主要生物量之一，處于富營養化狀態中的水體，Chla的濃度一般處于較高的水平[22]。第三主成分與NO3-N之間存在最大的相關關系，其相關系數為0.63，是影響該海域水體富營養化的重要因子。同時，從圖3可以發現，NH4-N、NO3-N、DIN與TRIX之間存在良好的正相關性，說明該區域水體中的氮和磷可能具有相同的來源。——論文作者：李妙聰1，劉文勝2，江錦花3
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