刘澜鼎，王 伟，梅耀杰，刘合叶，崔龙波

(烟台大学生命科学学院，山东 烟台 264005)

养马岛贝类养殖区系黄渤海重要的渔业生物养殖场之一，位于烟台四十里湾海域，面积约86.7 km2，水深在15 m以内，多在8～10 m之间，浮游植物密度较高，沿岸有逛荡河、马家河、辛安河和小鱼鸟河等众多河流汇入，营养物质丰富[1]。与其他海湾相比，烟台四十里湾海域的水体交换能力差，其贝类养殖受营养盐等成分的影响较大。

烟台四十里湾海域的水产养殖面积约为53.3 km2，以海湾扇贝(Argopectenirradians)、栉孔扇贝(Azumapectenfarreri)和虾夷扇贝(Mizuhopectenyessoensis)为主。海湾扇贝原产于美国大西洋沿岸，引入我国后主要在山东、辽宁等沿岸海域进行大规模养殖[2]，栉孔扇贝主要集中在15 m水深的海域[3]；虾夷扇贝是目前经济价值较高的冷水性品种，养殖规模已从刚引入时的4×104hm2增至当前的8.7×104hm2，均为我国北方沿海重要的海水经济养殖品种[4]。作为海水中重要的营养盐，无机氮和活性磷酸盐系浮游生物生长与繁殖的必要物质，适当的含量和比例能稳定海洋生态，但含量变化异常，则可能引发赤潮或降低藻密度，进而影响贝类生长。随着沿岸工业和养殖业的发展，富含营养盐的水体流入养马岛海域，同时海洋贝类养殖也使营养盐负荷增加，海洋生态环境压力增大，因此养殖区营养盐等水质的变化越来越引起人们的关注[5]。一般而言，溶解氧和化学需氧量系衡量水质变化的两个重要因素，直接或间接影响贝类的生长。同时，水温和pH会随着季节改变而变化，也是水质评价中的重要评价因素。

本文对2017—2019年烟台四十里湾海域养马岛贝类养殖区的海水溶解氧、化学需氧量、营养盐、水温和pH等参数进行监测与分析，旨在为养马岛贝类养殖的可持续发展提供一定的科学参考。

1 材料和方法

1.1 水样采集时间和地点

根据贝类养殖周期(5月扇贝苗入海，11月收获)，分别于2017—2019年的5月至11月每月中旬，在山东养马岛贝类养殖区进行水样采集。在该海域设置M1、M2和M3共3个站位(站位具体分布见图1)，并在每个站位各设立4个平行位点。其中M1、M2和M3均为扇贝和牡蛎混合养殖的方式，M1养殖面积为33.3 hm2，M2养殖面积为20.0 hm2，M3养殖面积为46.7 hm2。水样使用有机玻璃采水器进行采集。

1.2 检测成分及方法

1.3 水质评价

1.3.1 单因素分析

1)功能区划

以国家海水水质标准为参照(表1)，根据养马岛贝类养殖区2017—2019年溶解氧、化学需氧量、无机氮和活性磷酸盐的含量，对水质进行评估。

表1 海水水质标准[6]

2)内梅罗单因子指数分析

内梅罗单因子指数法是目前使用较为广泛的一种水质评价方法，可以简洁明了地确定主要污染物及污染程度，以污染指数(Pi)表示，其公式为：

其中，Pi—某污染因子的污染指数；

Ci—某污染因子的实际测量含量；

Ci0—某污染因子的评价标准(海水水质二类标准)。

根据内梅罗评价指数(Pi)的大小，各因素的污染程度分为5级，见表2。

表2 根据单因子指数水质等级分类标准

1.3.2 有机污染评价指数(A)法

有机污染评价指数(A)法根据溶解氧、化学需氧量、无机氮和活性磷酸盐四项指标的污染指数来判断水质，综合考虑了海水的有机污染和无机污染指标，能反映海水水质的整体状况[6]。

有机污染指数(A)法公式为：

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

其中，COD—化学需氧量实测浓度(mg·L-1)；COD0—化学需氧量评价标准，为3.0 mg·L-1；DIN—无机氮实测浓度(mg·L-1)；DIN0—无机氮评价标准，为0.10 mg·L-1；DRP—活性磷酸盐实测浓度(mg·L-1)；DRP0—活性磷酸盐评价标准，为0.015 mg·L-1；DO—溶解氧实测浓度(mg·L-1)；DO0—溶解氧评价标准，为5.0 mg·L-1。

根据有机污染评价指数(A)的大小，有机污染程度分为6级[7](表3)。

表3 有机污染评价分级标准

1.3.3 潜在富营养化分析

在营养盐中，无机氮和活性磷酸盐是制约浮游植物生长的主要因子，所以通常将无机氮和活性磷酸盐的含量及氮磷比值(N∶P)作为参考标准来划分海域的营养等级。根据无机氮和活性磷酸盐的含量将海域分为三级，分别是贫营养、中度营养和富营养；根据氮磷比值(N∶P)大小，划分为氮限制和磷限制[8]。通过上述分级原则，可将营养化状况分为9个等级(表4)。

表4 潜在富营养化分级标准

1.3.4 相关性分析

使用SPASS 26.0软件，分析溶解氧、化学需氧量、亚硝酸盐、硝酸盐、铵盐、活性磷酸盐、水温和pH等指标之间的相关性，并根据相关系数的大小，来判断各指标之间的相关性。

2 结果与讨论

2.1 营养盐含量变化

山东养马岛贝类养殖区无机氮和活性磷酸盐浓度变化如图2所示。2017年无机氮含量在5月、9月和11月相对较高，6月和10月相对较低；活性磷酸盐的含量在6月和10月较高，5月、8月和11月较低。2018年无机氮和活性磷酸盐峰值变化的时间与2017年基本相似。2019年无机氮峰值呈明显的“W”型，含量在5月、9月和11月月较高，6月和10月相对较低。同2017年一致；活性磷酸盐含量的最大值相对提前，在6月、9月和11月含量较高，最小值则相对延后，5月、8月和10月含量相对较低。三年来的检测结果表明，养马岛贝类养殖区在贝类养殖周期内夏季营养盐含量最低。

海水中无机氮和活性磷酸盐的含量主要受周边工农业生产、生活排污、海水养殖、气沉降以及沉积物-水界面交换[9]等因素的影响。养马岛贝类养殖区5月无机氮含量较高，因为此时以海湾扇贝为主的贝类养殖活动开始进行，贝类作为滤食性动物，可以通过加速环境中生物的沉降，使含营养盐的颗粒迁移聚集[10]，同时水温的升高使水中生物的代谢和耗氧增加，但通过反硝化作用消除无机氮含量的百分比不变，为43%[11]，导致无机氮的来源增加但降解去路未变。另外刘喜会等[12]观察到环流的出现也会导致污染物含量增高，从而促进无机氮含量的升高。7至8月营养盐含量相对较低，根据卢钰博等的研究发现，7至8月浮游藻类大量繁殖，Margalef物种丰富度指数达到峰值[13]，由于藻类消耗海水中的营养盐等物质，从而使营养盐含量相对较低。之后由于长大的贝类新陈代谢活动的增加和浮游藻类繁殖速度的降低，使营养盐含量再度升高。

2.2 单因素评价

2.2.1 功能区划

养马岛贝类养殖区2017—2019年溶解氧、化学耗氧量、无机氮和活性磷酸盐实测值范围及平均值如表5所示。三年来溶解氧含量年平均值均在7 mg·L-1以上，且每个月的溶解氧含量均大于6 mg·L-1，符合国家一类海水水质标准。三年来化学需氧量含量年平均值均在2 mg·L-1以下，其中2017年6月、2018年11月和2019年9月的含量在2～3 mg·L-1之间，符合国家一、二类海水水质标准。三年来无机氮含量年平均值均小于0.20 mg·L-1，其中2018年11月和2019年9月含量在0.2～0.3 mg·L-1之间，符合国家一、二类海水水质标准，但2017年5月无机氮含量为0.420 2 mg·L-1，仅符合国家四类海水水质标准。活性磷酸盐含量2017年和2018年平均值均小于0.015 mg·L-1，符合国家一类海水水质标准，仅2017年9月和10月活性磷酸盐含量在0.015～0.030 mg·L-1之间，符合国家二(三)类海水水质标准；2019年平均值为0.019 0 mg·L-1，符合国家二(三)类海水水质标准，其中2019年11月为0.044 6 mg·L-1，属于第四类海水水质标准，其余月份均符合国家一类海水水质标准。总体来说，溶解氧、化学需氧量、无机氮和活性磷酸盐三年来的平均含量基本符合国家一类海水水质标准。根据标准，符合国家二类海水水质标准就可用于水产养殖[14]，养马岛贝类养殖区的溶解氧、化学需氧量、无机氮和活性磷酸盐含量均适合贝类养殖。

表5 养马岛贝类养殖区水质各单项指标检测结果

2.2.2 内梅罗指数分析法

养马岛贝类养殖区2017—2019年内梅罗污染指数见表6。由表6可知，烟台贝类养殖区三年来的化学需氧量、无机氮和活性磷酸盐的内梅罗指数均<1，评价为清洁。溶解氧2017年和2019年内梅罗指数在1～2之间，评价为轻污染。

表6 养马岛贝类养殖区内梅罗指数法评价结果

2.3 有机污染评价

养马岛贝类养殖区有机污染指数值见表7。结合表2有机污染评价分级标准，养马岛贝类养殖区2017年7月、2018年5月和6月以及2019年8月和11月，有机污染指数<0，水质评价为良好；2017年8月和10月、2018年11月以及2019年6月、7月、9月和10月有机污染指数在0～1之间，水质评价为较好；2017年5月和9月以及2018年7月、8月和10月有机污染指数在1～2之间，水质评价为开始受到污染；2017年6月有机污染指数在2～3之间，水质评价为轻度污染；2019年5月有机污染指数在3～4之间，水质评价为中度污染，2017年11月有机污染指数>4，水质评价为严重污染。

表7 养马岛贝类养殖区有机污染指数

2.4 潜在富营养化分析

2017—2019年5月至11月养马岛贝类养殖区无机氮和活性磷酸盐的含量、氮磷比值(N∶P)，以及根据潜在富营养化分析方法得到的潜在富营养化等级如表8所示。

表8 养马岛贝类养殖区营养化程度

续表8

富营养化指数是由日本学者冈是有利提出后，我国学者结合中国水域特征并参考我国海水水质标准后而改进的海水营养化程度的分析方法[15]，但在近年来的研究中发现，过剩的氮和磷中有部分是未被浮游植物吸收和利用的，这些氮和磷不应该作为富营养化的参考指标，而只是具有一种潜在性，郭卫东等[8]认为应将未被浮游植物利用的氮和磷作为影响水域富营养化的潜在因素进行评估，因此提出新的评价水体富营养化的方法，即潜在性富营养化。根据潜在性富营养化评价结果表明，养马岛贝类养殖海域2017年评价级别主要为ⅤN(氮中度限制潜在性富营养)，其次是I(贫营养)；2018年评价级别主要为I(贫营养)，其次是II(中度营养)；2019年主要为ⅣN(氮限制中度营养)，该结果显示三年来该养殖海域主要为氮限制的贫营养化水平，这与前人的研究结果[16-17]一致。

贝类等生物摄食含氮和磷的食物后，又以粪便、尸体分解等形式，将氮和磷以无机氮和活性磷酸盐的形式溶解在海水中[18]，活性磷酸盐相较无机氮更容易矿化，所以当无机氮得不到及时补充时，氮限制会更加显著。因此，在养殖贝类时，要合理规划养殖的数量，防止无机氮含量不足而影响浮游植物增殖，进而影响贝类的生长和繁殖。

2.5 相关性分析

通过SPASS 26.0分析，养马岛2017—2019年溶解氧、化学需氧量、亚硝酸盐、硝酸盐、铵盐、活性磷酸盐、水温和pH之间的相关性如表9所示。由表9可以看出，养马岛硝酸盐与铵盐呈显著的正相关(P<0.05)；水温分别与溶解氧、亚硝酸盐呈极显著负相关(P<0.01)。

表9 养马岛贝类养殖区环境因子之间相关性分析

3 小结

1)养马岛贝类养殖区2017至2019年的营养盐含量不断变化，在贝类养殖周期内，通常是夏季营养盐含量最低。

2)溶解氧和化学需氧量的每月含量均符合国家一类或二类海水水质标准；无机氮和活性磷酸盐除各有一个月不符合标准外，其余月份均符合国家一类或二类海水水质标准。

3)养马岛贝类养殖区溶解氧、无机氮和活性磷酸盐污染评价等级均为清洁，溶解氧2017年和2019年污染等级评价为轻污染。

4)有机污染指数评价分析表明，三年来养马岛贝类养殖海域级别以良好和较好为主。

5)潜在富营养化分析表明，养马岛海域主要为氮限制的贫营养化水平。

6)养殖海域营养盐浓度受温度变化影响较明显，应更加关注季节变化对环境风险的影响。