吴海燕，吴耀建 ，陈克亮，陈朝华，洪宜斌，吴吉春，陈庆辉，张景飞

(1.国家海洋局第三海洋研究所，厦门 361005;2.污染控制与资源化研究国家重点实验室，南京大学水科学系，南京 210093;3.中国石化管道储运公司，南京211100)

近岸海域是与人类活动最密切相关的海域。由于填海造地、海洋资源的不合理开发利用、渔业养殖、海上溢油、危险化学品泄漏、陆源污染物排放等人为活动的影响，近岸海域生态环境状况日益恶化，包括物理化学变化、生境衰退、生态多样性变化等［1］。近些年，由于欧洲境内的近岸海域面临越来越多的人为环境压力，欧盟出台了一系列水管理法令，包括水框架指令(WFD)，海洋发展战略、海洋政策等，这些法令都强调了保护近岸海域生态系统和海洋综合管理的必要性［2］。为了执行WFD，欧盟下设的“生态质量状态工作组”于2000年提出了“生态质量状况综合评价方法”，用于指导欧盟所有成员国所辖水域的生态质量状况评价工作。该方法认为水体质量状况主要是指海洋生态系统的结构、功能和过程，同时包括物理、化学、形态学、地理和气候要素，还要综合考虑影响这些要素的相关区域的人为影响和人类活动［3］。该方法在欧盟得到了广泛的应用［4-6］，但在我国的应用报道还很少。美国近岸海域生态质量状况评价方法［7］在国际上也有着较为广泛的应用，但是由于其评价体系中的滨海湿地指标在我国缺乏相应的历史数据，以及基于毒理试验建立的鱼类组织污染指标，在我国几乎为空白，无法构成有效的指标体系，也就无法开展应用。我国近岸海域正面临着日益增大的人为环境压力，但国内关于近岸海域生态质量状况综合评价的研究总体上还很匮乏［7-10］，科学、合理、有效的具有普遍意义的综合评价体系和方法尚未建立。借鉴国外相对成熟的评价体系、方法和标准，建立适合我国近岸海域特点的海洋生态质量状况综合评价方法以及相应的监测和管理体系已成为我国海洋生态综合管理的迫切需要。

本文以WFD提出的近岸海域生态质量状况综合评价体系为参照，根据收集到的数据资料对指标体系进行一定的调整后，应用于福建罗源湾。根据罗源湾的多年监测数据，建立罗源湾专属的生态要素和物理化学要素参考基准值，基于“OOAO原则”对罗源湾的生态质量状况进行综合评价，并通过与人为环境压力分布的一致性分析对评价的结果进行验证，以期为我国近岸海域生态质量综合评价和管理体系的建立提供参考。

1 研究区概况

罗源湾位于福建省东北部(图1)，海域总面积216.44 km2，滩涂面积78.18 km2。罗源湾湾口宽仅950 m，四面环山，是一个典型的口小腹大的半封闭性海湾。虽然罗源湾周边有几条溪河汇入，但年总径流量仅3.18×108m3，径流对湾内海水影响较小，湾内水体交换主要靠潮汐来完成。罗源湾周边的临海工业尚处于开发利用初期，陆源污染物的主要来源是城镇生活污水、港口运输、农田污染与工业废水。随着经济开发力度的加大，罗源湾面临的人为环境压力将越来越大。罗源湾的主要特征参数见表1。用于罗源湾生态质量综合评价的数据来源于2009年的生态调查，其中水质监测4次(3、5、8和11月)，沉积物的监测时间为8月，生物调查时间为春季(5月)和秋季(11月)。

图1 罗源湾的地理位置以及采样点分布Fig.1 Location and sampling sites of Luoyuan Bay

表1 罗源湾的主要特征参数Table 1 The main characteristic of Luoyuan Bay

2 罗源湾生态质量状况综合评价方法

2.1 指标体系

参考欧盟近岸海域生态质量状况综合评价体系，根据收集到的数据，调整后的罗源湾EcoQS综合评价指标体系包括生物学质量要素、化学要素、物理化学质量要素和水文形态学质量要素(表2)，与WFD的综合评价指标体系的主要区别在于:(1)采用浮游动物指标代替大型藻类指标。大型藻类是固着生活的底栖植物，生态环境的破坏会给它们带来明显的负面影响，因此，大型藻类也是海洋生态环境的指示物种之一。但由于大型藻类的分布有一定的区域性，并不是我国的常规监测指标。罗源湾大型藻类分布较少，没有相应的监测，所以采用常规监测指标浮游动物代替。(2)WFD评价体系中，沉积物的总有机碳(TOC)和硫化物包含在化学要素中，本研究出于分类的考虑，将这两个指标放在物理化学指标中。(3)化学要素只包括水质和沉积物中的优先控制污染物(有机污染物和重金属)，数量偏少。我国监测的重金属一般只有5—7种，由于费用较高，有机污染物的监测更少。对于生物体内的污染物监测，仅对全湾采集一组样品进行分析，并没有对各站位区分监测。当然，指标越多意味着监测代价越大，并不是越多越好，WFD允许欧盟各成员国根据各国具体情况进行相应调整。

表2 基于“OOAO原则”的罗源湾生态质量状况综合评价指标体系Table 2 The integrative EcoQS assessment index system for Luoyuan Bay based on‘OOAO principle’

2.2 综合评价方法

基于“OOAO原则”进行综合评价，评价框架如图2所示。生态质量状况的评价结果共划分为五个级别，依次为优、良、中、差和劣。等级优代表站点没有受到污染，或者生态系统没有表现出退化或者表现出极小退化迹象。等级良代表比等级优略差，站点受到轻微的污染或者由于人为活动生态系统表现出较小的退化。等级中代表受到的人为扰动明显比等级良要明显，站点受到中等程度的污染或者由于人为活动的影响生态系统表现出中等程度的退化。等级差代表站点受到严重的污染，或者与等级优有本质的差别。等级劣代表站点受到特别严重的污染或者表现出严重的退化［11］。

2.3 各要素评价方法

2.3.1 生态要素评价方法

由图2可知，生态要素质量是评价体系的核心，因而生态要素质量等级的评价方法在整个生态质量综合评价中起着至关重要的作用。生态要素包括浮游植物、浮游动物和底栖生物，评价方法如下:

(1)底栖生物质量评价

图2 生态质量状况等级综合评价流程图［5］Fig.2 Framework used in the integrative EcoQS assessment

底栖生物具有较小的流动性，生活史较短，能很快通过种群和群落反映环境的变化，最能代表生态要素的质量，成为研究的热点。M-AMBI［12］是底栖无脊椎动物AMBI指数、香农多样性指数(H')以及物种丰度的复合指数，该指数已经在不同的区域得到了应用，被证明能够识别污染和人为环境压力［13］。M-AMBI指数的应用首先要确定AMBI、多样性指数以及物种丰度的参考基准值。M-AMBI指数的计算采用WFD提供的免费软件(http://www.azti.es v.4)。最后根据M-AMBI的参考基准值进行等级划分。

(2)浮游植物质量评价

浮游植物主要反映研究海域水质的营养状况以及赤潮状况。本文采用Revilla［14］提出的评价方法。该方法中采用两个指标——叶绿素a和赤潮概率来进行评价，评价等级分为优、良和中3个等级。叶绿素a评价采用全年平均值，等级优和良的阈值为3.5 μg/L，良和中的阈值为7.0 μg/L。赤潮概率评价是将每个站位每个浮游植物物种的数量与赤潮阈值(750 000个/L)进行比较，如果该站位超过这个阈值的浮游植物物种数小于20%，则赤潮概率评价等级为优，在20%到40%之间，等级为良，大于40%则等级为中。对这两个指标的优、良、中3个等级分别赋值1.0、0.8、0.6，计算两个指标的平均值。平均值=1，则浮游植物质量状况等级为优;0.8≤平均值＜1，等级为良;0.6≤平均值＜0.8，等级为中。

(3)浮游动物质量评价

浮游动物是我国海洋生态监测的常规指标。浮游动物有一定的随机性，但是对环境的变化较为敏感，一定程度上能够反映周边的环境质量状况。该指标采用常规评价指标香农多样性指数来进行评价。

2.3.2 物理化学、化学要素评价

物理化学要素的评价参照参考基准值，以年均值进行等级评价。化学要素(水质和沉积物中的优先控制重金属和有机污染物)的综合评价，按照文献［5，15］的评价方法进行。水质优先控制污染物的评价参考基准值采用美国环境保护署发布的水质基准［16］，沉积物优先控制污染物评价参考基准值则参考文献［17］。

2.3.3 水文动力学条件评价

这项评价主要是指水文状况、生境状况与未受干扰状况的偏离程度，目前没有定量评价的方法，主要采用专家判断法进行评判。水文形态学要素相对历史状况的变化评价分为5个等级:未变化(等级优)、轻度变化(等级良)、中等变化(等级中)、重要的变化(等级差)、严重的变化(等级劣)。该项要素是针对海域总体状况的评价，对于各个站位则不包括该项评价。根据图2，如果所有的物理化学要素都达到等级优并且优先控制污染物都低于相应的标准，就需要进行水文形态学状况评价。

2.3.4 参考基准值

参考基准值的确定是WFD中最重要的部分［18］。参考基准值的获得通常有以下4种方法［4］:以未受到或者受到人为扰动较小的站点作为参考基准值站位;历史信息或者资料;模型;专家判断。WFD要求使用类型专属的区域背景值作为评价标准，可以比较准确地区分人为影响和自然变化。由于历史资料以及未受人类活动影响的区域几乎不存在，参考基准值的确定常常根据已有的数据进行序列分析。底栖无脊椎动物AMBI、H'和物种丰度以及浮游动物H'的参考基准值确定方法参见文献［13］:根据已有的数据，建立数据序列，采用SPSS16.0进行分析，去除数据序列的异常值，H'和物种丰度取数据序列的第90%位值为参考基准值，AMBI取数据序列的第10%位值为参考基准值。M-AMBI和物理化学要素评价标准边界值确定方法［13］:收集研究区多年的监测数据，计算序列数据的平均值和标准偏差。对于值越大生态质量状况越好(差)的指标，等级优和良(差和劣)的边界值为平均值和标准偏差的和，再以此边界值除以4依次确定其他等级之间的边界值。

2.4 评价结果验证

评价结果的校验是综合评价非常重要的一部分。WFD要求近岸海域生态质量状况综合评价方法评价的结果应该反映人为扰动对生态质量状况的影响，而不是自然变化［15］。本研究通过对人为环境压力的定量分析对评价结果进行验证。根据文献［19］，对各站点的人为环境压力类型(非点源、点源、生境损失、工业废水、港口航运以及养殖)进行识别，并对各压力程度进行定量化赋值(1-压力低;2-压力中等;3-压力高)，求得压力总值并分级(0—2，低;2—4，较低;4—6，中;6—8，高;＞8，很高)。EcoQS评价等级与压力等级一致或上下浮动一个等级，则认为评价结果合理。

3 结果

3.1 参考基准值的确定

罗源湾生态要素参考基准值的确定采用2005—2010年的共79组数据的序列，物理化学要素采用1985—2010年的共305组数据的序列(图3为以活性磷酸盐和无机氮的累积百分位分布图)。根据数据序列累积百分位分布分析的结果，罗源湾底栖生物AMBI、H'和物种丰度的参考基准值分别为0.64、4.5和46，生态要素和物理化学要素的评价基准见表3。

图3 无机氮和活性磷酸盐的累积百分位分布图Fig.3 The cumulative percent distribution of DIN and DRP

参考基准值是WFD提出的生态质量状况综合评价方法最核心的科学理念和基本原则，决定着评价结果是否客观合理。将本研究建立的罗源湾物理化学要素的参考基准值与我国相应的海水水质、沉积物的评价标准进行比较，活性磷酸盐和无机氮等级优和良的边界值与我国海水水质标准中的Ⅰ类和Ⅱ类的边界值接近，溶解氧以及沉积物TOC和硫化物等级优和良的边界值标准则要高于相应的水质标准和沉积物标准。由此可见，目前我国使用统一的评价标准，可能会忽略各水域自然条件的差异而导致评价结果误差较大。

由于底栖生物在该综合评价方法中的核心地位，对底栖底栖无脊椎动物的评价研究非常多，由于复合指数比单因子指数更能反映海域实际的质量状况［19］，因此本研究中采用H'、AMBI和物种丰度的复合指数M-AMBI作为评价指标。将得到的参考基准值与文献［13］中列举的已经建立M-AMBI参考基准值的区域进行比较，本研究与地中海区域的亚得里亚海相同，要高于其他的区域。但该指数是基于地中海海域建立的，本研究中的部分底栖无脊柱动物物种并不包含在软件提供的物种数据库中，2009年5月和11月各站位的平均不包含率分别为7.91%和12.84%，其中11月份LY09和LY15的不包含率分别为27%和25%，超出了警戒值(20%)，存在一定的误差。

表3 罗源湾综合评价指标体系各指标的评价基准Table 3 Evaluation criterion for each index of Luoyuan Bay EcoQS integrated assessment system

3.2 生态质量现状

罗源湾2009年生态要素、物理化学和化学要素的监测数据见表4。根据美国EPA水质基准［16］，除个别站位外，罗源湾水质中的总DDT都在基准连续浓度值(Criteria Continuous Concentration，CCC)和基准最大浓度值(Criteria Maximum Concentration，CMC)之间，存在一定的生态风险。对照美国EPA的近岸海域质量报告Ⅲ［17］中的沉积物标准，罗源湾大部分站位沉积物中的总DDT都超过了ERL值(Effects Range-Low)，部分站位的As也超过了ERL值，也存在一定的生态风险。物理化学要素中，绝大部分站位无机氮和无机磷浓度较高，在中级左右;溶解氧状况良好，都处于等级良的状况;透光度状况都介于等级良和差之间。沉积物TOC和硫化物状况良好，都在等级良以上。

浮游植物指标中，罗源湾的叶绿素a含量很低，都达到优级标准(＜3.5 μg/L)，赤潮概率都为零。根据福建省海洋环境质量公报(http://www.fjof.gov.cn/_xxgk/sjgg/index.htm1)，罗源湾在监测年没有发生赤潮，说明赤潮概率指标能够客观反映现状。浮游动物的质量等级都处于等级良或中。罗源湾的底栖无脊柱动物多样性较高、物种丰富并且耐物种较少，生态质量状况较好。从罗源湾2009年5月份和11月份的M-AMBI分布(图4)可以看出，除少数站位外，罗源湾的底栖生物质量状况都达到等级良，受到的人为扰动较小。

表4 罗源湾物理化学要素和生态要素的平均值、最大值和最小值Table 4 Mean，maximum and minimum values of physicochemical and biological elements of Luoyuan Bay

图4 2009年5月和11月罗源湾各站位的M-AMBI分布图Fig.4 The M-AMBI values distribution of each station within Luoyuan Bay in May and November，2009

根据专家评判，罗源湾水文形态学要素的变化程度为轻度变化(等级良)。

3.3 生态质量状况综合评价

根据表5基于“OOAO原则”的综合评价结果，罗源湾除LY17站位EcoQS为等级“良”外，其他站位以及平均生态质量状况都为“中”级，受到明显的人为扰动和中等程度的污染，生态系统表现出一定程度的退化。从生态要素质量来看，罗源湾的生态要素状况较好，除LY16站位外，等级都为良。由于物理化学要素中活性磷酸盐和无机氮指标普遍不达标，并且化学要素中水质和沉积物中的绝大部分站位滴滴涕超标，使得最终的生态质量状况等级较低。LY17处于湾口外部的位置，污染较小，因此生态状况和物理状况指标都达到了等级良，化学要素监测值未超标，最终的生态质量状况为等级良。

表5 2009年罗源湾生态质量状况综合评价结果Table 5 EcoQS integrated assessment results of Luoyuan Bay in 2009

3.4 评价结果验证

由表6所列的人为环境压力分析可以看出，站位LY01、LY02的人为环境压力比较高，LY09和LY17压力较低，其他站位的压力都是中级。除了LY01，其余站位的生态质量状况评价等级与人为环境压力基本一致，一致性比例为88.9%。LY01站位位于罗源湾顶，人为环境压力类型较多，压力很高，水动力条件较差。一般来说，人为环境压力类型较多的站位其生态质量状况受到的影响要大于单个压力类型的站位［19］。但该站位的生态质量状况等级为良，评价结果明显偏高，可能是由于砂质底质、水动力交换小的站位底栖生物质量相对更稳定［20-21］，导致生态质量状况评价出现正偏差。

表6 罗源湾主要人为环境压力来源以及与生态质量状况等级的一致性分析Table 6 The anthropogenic pressure source of each station and the consistency analysis with EcoQS classifications

4 讨论和结论

指标体系的建立是近岸海域生态质量综合评价的第一步。指标的选择应该遵循4个原则［22］:(1)代表性——能够代表生态系统的整体状况;(2)可取性——指标较为容易获取并且成本不高;(3)敏感性——能够快速响应人为活动;(4)可比性——能够适用于大部分区域。Borja等［2］强调评价指标应该是生态系统功能水平上选取，应包括生物要素和非生物要素。本研究参照WFD近岸海域生态质量状况综合评价方法体系建立的罗源湾生态质量状况综合评价指标体系以生态学要素(底栖生物、浮游植物和浮游动物)为主，物理化学要素(溶解氧、营养盐、透光度、沉积物TOC和硫化物)、化学要素(优先控制污染物)和水文形态学要素为辅。该指标体系中的指标大多为我国的常规监测指标，并可以根据实际状况进行了一定的调整(化学要素和物理化学要素指标的数量)，对于我国近岸海域具有广泛的适用性，特别是浙江、福建、海南等省的近岸海域。

WFD要求使用地区特定的类型专属基准值进行评价，但类型专属区域背景值的确定是一个非常复杂的过程［7］，缺少未受人类干扰的区域是参考基准值难以获得的主要原因。我国的海洋研究起步相对较晚，缺少历史监测数据和未受人为活动干扰的区域，难以建立类型专属参考基准值。本文中罗源湾底栖无脊柱动物AMBI、H'和物种丰度的参考基准值分别为0.64、4.5和46，物理化学要素的参考基准值则与我国目前的评价标准有一定的差别，说明目前统一的评价标准可能忽略了不同研究区域自然条件的差异。但是，罗源湾生态要素的参考基准值的数据始于2005年，此时罗源湾已经受到了明显的人为活动的影响，建立的参考基准值的准确性还有待进一步检验。如何在缺乏详细的历史数据的情况下，探索我国近岸海域类型专属参考基准值的建立方法也是海洋生态质量综合评价和管理的重要内容。

目前对各要素评价的研究非常多，但是将这些要素综合起来对水体进行评价的方法却很少［2］。WFD提出的近岸海域生态质量状况综合评价方法是基于“OOAO”原则建立的，该原则以最低的生态要素等级为最终的水体生态状况等级。这一原则的应用已经受到了一些研究者的质疑［23-24］，认为该原则具有不客观的降低生态状况的倾向，结果使得评价等级偏低，造成后期不必要的生态修复投入的后果。尽管如此，该方法的优势在于广泛的适用性［23］。从本文应用的情况来看，所有站位都不存在评价结果偏低的情况(站位LY01过高评价了生态质量状况)，可见，该方法对罗源湾基本是适用的，当然也存在对受到人为扰动较大的站位敏感性较低的可能。

基于综合评价结果中的不确定性和评价可能存在的误差，对评价结果的验证就显得尤为重要。通常通过人为环境压力识别对评价结果进行验证。本文中评价结果与人为环境压力分布基本一致，一致性比例达88.9%。说明调整后的指标体系、建立的参考基准值以及基于“OOAO原则”的评价体系，能够较客观地评价罗源湾的生态质量状况。但是人为环境压力的识别对于多重压力的环境、大尺度的环境压力以及没有受到人为环境压力的区域存在较大的困难［18］，因此，建立海洋生态保护区作为人为环境压力识别的参照，以及建立准确而详细的压力类型定量方法也是进一步研究的主要内容。

近岸海域生态质量状况综合评价方法正在不断的研究和发展中。虽然国外的相关研究很多，但真正意义上的综合评价几乎没有［2］。主要问题在于评价指标过分关注结构指标，没有体现新的环境压力(如气候变化、外来物种等)对生态质量状况的影响等。这是目前相关研究的主要内容之一，也是我国相关研究中值得关注的问题。同时，建立统一的海洋监测体系，也是我国海洋生态综合管理的迫切需要。

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