發(fā)布時(shí)間：2021-09-29所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：本文分析了2016-2018年樂清灣養(yǎng)殖區(qū)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(yǎng)殖區(qū)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(zhì)質(zhì)量指標(biāo)，并研究了其水質(zhì)質(zhì)量狀況。通過單因子污染指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果表明，樂清灣養(yǎng)殖區(qū)的pH、溫度、鹽度、DO等指標(biāo)均符合國家二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。與其他海域養(yǎng)殖區(qū)比較，DO濃度處于偏低狀態(tài);而DIN和DIP的濃度較高。利用水質(zhì)質(zhì)量富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)分析法(theanalysisofwaterqualityeutrophicationindex，TRIX)，本研究發(fā)現(xiàn)樂清灣養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)值較大，處于較高的富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。通過主成分分析(principalcomponentanalysis，PCA)可知，第一主成分相關(guān)指標(biāo)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(guān)關(guān)系。
關(guān)鍵詞：海水養(yǎng)殖;樂清灣;水環(huán)境;營(yíng)養(yǎng)狀態(tài);營(yíng)養(yǎng)鹽
樂清灣位于浙江南部沿海，是一個(gè)深入內(nèi)地的半封閉海灣，三面環(huán)陸，南面與東海相連。由于其良好的避風(fēng)條件和優(yōu)越的氣候條件，樂清灣海水養(yǎng)殖業(yè)從20世紀(jì)80年代起得到了迅猛的發(fā)展，隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，這里已經(jīng)成為浙江省的重點(diǎn)海水養(yǎng)殖基地之一[1]。在海水養(yǎng)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(huán)境中，由此形成了養(yǎng)殖的內(nèi)源污染物。值得注意的是，高密度的投餌養(yǎng)殖魚、蝦類等養(yǎng)殖方式，往往造成養(yǎng)殖海域氮、磷化合物濃度的增加。海水養(yǎng)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(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化。海水富營(yíng)養(yǎng)化可促使浮游生物迅速生長(zhǎng)，造成海水中溶解氧濃度降低，阻礙水生經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的生長(zhǎng)，成為海水養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的瓶頸[4]。同時(shí)，海水養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)生物也可能引起海水中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、結(jié)構(gòu)和浮游植物群落結(jié)構(gòu)的改變[5]。此外，海水營(yíng)養(yǎng)鹽輸入、輸出的平衡性，也會(huì)引起水生生態(tài)系統(tǒng)物種、物質(zhì)與能量流動(dòng)等的不平衡，最終導(dǎo)致水生生態(tài)環(huán)境狀況惡化[6-7]。因此，海水質(zhì)量不僅對(duì)海水養(yǎng)殖有重要影響，而且也是海洋生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)良性循環(huán)的有力保障。目前，近海富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)的評(píng)價(jià)方法有：以化學(xué)需氧量(COD)、營(yíng)養(yǎng)鹽等為參數(shù)的單指數(shù)法[8]，以總氮、總磷、COD和Chla為參數(shù)的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)法[9]，潛在性富營(yíng)養(yǎng)化(N/P)法[10]以及富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)法(TRIX法)等綜合指數(shù)法[11]，其中，TRIX法是我國海洋環(huán)境評(píng)價(jià)的重要方法。
本文通過對(duì)樂清灣養(yǎng)殖區(qū)主要海水水質(zhì)指標(biāo)的連續(xù)性跟蹤調(diào)查，評(píng)價(jià)了養(yǎng)殖環(huán)境的海水質(zhì)量等級(jí)，分析了其主要污染因子及來源。通過TRIX方法，分析樂清灣養(yǎng)殖區(qū)的海水質(zhì)量狀況，評(píng)價(jià)其海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，這對(duì)于合理開發(fā)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(diǎn)確定
選取浙江省樂清灣海水養(yǎng)殖區(qū)的7個(gè)站位作為采樣點(diǎn)(圖1)，主要以養(yǎng)殖縊蟶、泥蚶、蛤蜊等濾食性雙殼貝類為主;采樣時(shí)間為每年的5月、8月、9月、10月，連續(xù)3年(2016-2018年)的海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù);采樣點(diǎn)位于水面下0.5m處。
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1.2測(cè)定方法
監(jiān)測(cè)指標(biāo)為pH、溫度、鹽度、DO、Chla、NH4-N、NO2-N、NO3-N和DIP。全部樣品的采集、預(yù)處理和保存參照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB/T12763-2007)和《海洋監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》(GB17378-2007)執(zhí)行。分析項(xiàng)目及方法如下：pH用pH計(jì)測(cè)定;溫度用表層水溫表法;鹽度采用鹽度計(jì)法;DO用碘量法;Chla的測(cè)定方法為分光光度法(SL88-2012);NH4-N測(cè)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(lán)法(HJ671-2013);DIN為NH4-N、NO2-N和NO3-N之和。
1.3富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)指數(shù)TRIX指數(shù)法
1.4數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析
采用Excel2010軟件，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理;采用SPSS19.0軟件，分析海水中各水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性;采用OriginPro8.0軟件進(jìn)行繪圖。
2結(jié)果與討論
2.1樂清灣養(yǎng)殖海域水質(zhì)指標(biāo)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(yǎng)殖區(qū)7個(gè)有代表性的海水水樣，按照國家《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)，分別對(duì)水質(zhì)指標(biāo)中的pH、溫度、鹽度、DO、Chla、NH4-N、NO2-N、NO3-N、DIP等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定分析，并對(duì)7個(gè)采樣點(diǎn)各指標(biāo)的3年平均值、最大值、最小值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，結(jié)果見表1。
由表1可知，樂清灣養(yǎng)殖區(qū)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(shí)間設(shè)為每年的5月到10月，所以水溫的變化幅度相對(duì)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(diǎn)的3年平均值變化不大，各采樣點(diǎn)海水中DO的平均濃度均大于5mg/L，符合第二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);而DIN和DIP的濃度超標(biāo)較為嚴(yán)重,劣于第四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍要求。與其他海域養(yǎng)殖區(qū)相比，樂清灣海域水體中DO處于低濃度水平。
2.2樂清灣養(yǎng)殖海域水質(zhì)指標(biāo)動(dòng)態(tài)變化分析
2016年5月到2018年10月連續(xù)3年養(yǎng)殖環(huán)境水質(zhì)指標(biāo)的動(dòng)態(tài)分布見圖2。3年間變化幅度較小的指標(biāo)有pH、水溫、鹽度、DO和NO3-N，變化幅度較大的指標(biāo)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求;其次，水溫的變化范圍為21.50℃～32.09℃，最高海水溫度出現(xiàn)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(xiàn)在2018年5月，為7.50mg/L，而最低值出現(xiàn)在2016年8月，僅為5.31mg/L，當(dāng)海水中DO濃度低于3mg/L時(shí)稱為低氧環(huán)境，不利于海水中好氧微生物的生長(zhǎng)。DIP的濃度較高，最高值出現(xiàn)在2017年10月，結(jié)果為89.59mg/L，最低值出現(xiàn)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(xiàn)在2016年5月和2018年8月，部分海域劣于第四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中，2016年5月監(jiān)測(cè)結(jié)果平均值超出標(biāo)準(zhǔn)近3倍。在DIN的3種形態(tài)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(tài)，這說明該海水水域環(huán)境氧化能力較強(qiáng)，水體具有較好的自凈能力，這與Cutrim等[7]的研究結(jié)果一致。不同時(shí)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(xiàn)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(jié)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)指標(biāo)，這與養(yǎng)殖環(huán)境大量的餌料投入有關(guān)
2.3與其他海域水質(zhì)質(zhì)量狀況比較
為進(jìn)一步了解樂清灣海域養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)指標(biāo)及營(yíng)養(yǎng)鹽水平，將該海域水體中各指標(biāo)從2016-2018年3年的濃度變化范圍和平均值，與國內(nèi)外其他海水養(yǎng)殖區(qū)中的指標(biāo)進(jìn)行分析比較，結(jié)果見表2。從表2可知，pH的平均值略低于其他地區(qū)，且各海水養(yǎng)殖區(qū)的變化幅度較小;水溫平均值明顯高于其他養(yǎng)殖區(qū)，這與該研究的采樣時(shí)間為每年的5-10月有關(guān)。與其他海域水質(zhì)指標(biāo)的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，各水質(zhì)指標(biāo)存在明顯的地域差異，樂清灣海水養(yǎng)殖區(qū)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(yǎng)殖區(qū)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(yǎng)殖區(qū)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(yǎng)殖區(qū)海水中DO的平均值為6.5mg/L，遠(yuǎn)低于其他養(yǎng)殖區(qū)，如大連海域[16]海水養(yǎng)殖區(qū)DO的平均濃度高達(dá)9.5mg/L，theMarano海灣[7]養(yǎng)殖區(qū)海水中的DO為8.8mg/L。與此結(jié)果類似，楊平等[17]研究發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖塘水體較高的DO濃度有利于水生生物的生長(zhǎng)，因此，在海水養(yǎng)殖初期，水中DO濃度較低，但在養(yǎng)殖中、后期，海水中DO濃度會(huì)不斷增加;王顥等[18]也發(fā)現(xiàn)低氧區(qū)的出現(xiàn)可能與網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動(dòng)有關(guān)。有研究表明，低氧環(huán)境不利于水生動(dòng)物的生長(zhǎng)，如孫元敏等[19]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷低氧變動(dòng)模式的鯔魚代謝速率下降，同時(shí)需要消耗較多的物質(zhì)和能量參與氧化應(yīng)激，用于生長(zhǎng)的物質(zhì)和能量需求減少，從而導(dǎo)致其生長(zhǎng)速度下降。因此，需要對(duì)該區(qū)域的低氧原因作深入分析，并采取適當(dāng)措施。NH4-N的濃度處于中等水平，但與其他海水養(yǎng)殖區(qū)相比，NO2-N、NO3-N、DIN、DIP的濃度均處于濃度偏高水平。
2.4水質(zhì)質(zhì)量富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)分析
為了進(jìn)一步了解樂清灣養(yǎng)殖區(qū)的水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化狀況，對(duì)2016-2018年7個(gè)不同采樣點(diǎn)的TRIX進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表3。由表3可知，該區(qū)域水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象比較嚴(yán)重，各點(diǎn)3年平均值為6.06～6.41，每個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)均處于高富營(yíng)養(yǎng)化(6≤TRIX<8)狀態(tài)。2016年5月、6月，2017年5月、8月、10月，2018年10月，該區(qū)域水質(zhì)均處于高富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài);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(diǎn)水質(zhì)為低富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)(4≤TRIX<5)，其他采樣點(diǎn)均為高富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。對(duì)照其他海水養(yǎng)殖水質(zhì)的富營(yíng)養(yǎng)化指標(biāo)TRIX，該區(qū)域的富營(yíng)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(qū)[13]、渤海[3]，其平均值分別為5.65、5.79。TRIX值超過6時(shí)，海水處于典型的高生產(chǎn)力狀態(tài)，易產(chǎn)生水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，富營(yíng)養(yǎng)化頻發(fā)可以導(dǎo)致海域底層缺氧，但TRIX值低于4時(shí)，不利于海水養(yǎng)殖生產(chǎn)力提高[15]。因此，海水養(yǎng)殖區(qū)域往往具有較高的TRIX值，也有暴發(fā)水體富營(yíng)養(yǎng)化災(zāi)害的危險(xiǎn)。
2.5樂清灣水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性及來源分析
為進(jìn)一步研究水質(zhì)指標(biāo)對(duì)海水養(yǎng)殖產(chǎn)量及水體富營(yíng)養(yǎng)化的影響，對(duì)樂清灣養(yǎng)殖區(qū)域中的水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性和來源分析。利用主成分分析法分別對(duì)pH、溫度、鹽度、DO、Chla、NH4-N、NO2-N、NO3-N、DIN、DIP和TRIX等指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性的來源分析，分別提取第1、2、3主成分，其方差貢獻(xiàn)率分別為64.07%、13.05%和11.27%，累計(jì)貢獻(xiàn)率為88.38%;再對(duì)3個(gè)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(guān)因子對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的貢獻(xiàn)率，分析該區(qū)域水體富營(yíng)養(yǎng)化的可能原因。由圖3可知，第一主成分的方差貢獻(xiàn)率最大，達(dá)64.07%，與第一主成分相關(guān)的指標(biāo)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(guān)系數(shù)最大，為0.99，其次為NH4-N，其相關(guān)系數(shù)為0.95，與DO、鹽度和pH存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，這說明氮、磷濃度的升高，以及鹽度和pH的降低是導(dǎo)致該區(qū)域水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。鹽度與第一主成分存在明顯的負(fù)相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)為−0.96，說明鹽度越低，其水體中富營(yíng)養(yǎng)化程度越高。褚帆等[20]也發(fā)現(xiàn)鹽度低的入海口海水富營(yíng)養(yǎng)化程度相對(duì)較高，說明鹽度對(duì)海域富營(yíng)養(yǎng)化狀況有重要的影響。首先，鹽度對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化狀況的影響體現(xiàn)在氮磷等營(yíng)養(yǎng)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(qiáng)，高鹽度海水的污染物濃度會(huì)降低，呈顯著負(fù)相關(guān)性。其次，第一主成分與DO之間也存在明顯的負(fù)相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)為−0.89，DO的高低直接影響水中生物生長(zhǎng)情況，水生動(dòng)物過度繁殖、有機(jī)物含量過高的區(qū)域消耗大量的氧，DO會(huì)隨生物量的增加迅速下降[21]，較低濃度的DO是水體富營(yíng)養(yǎng)化結(jié)果的重要表現(xiàn)，由此推斷該海域易發(fā)生水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象。第二主成分與Chla之間存在明顯的相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.83，為影響該海域水體富營(yíng)養(yǎng)化的次要驅(qū)動(dòng)因子，Chla是反映水體藻類生長(zhǎng)的主要生物量之一，處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)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(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)為0.63，是影響該海域水體富營(yíng)養(yǎng)化的重要因子。同時(shí)，從圖3可以發(fā)現(xiàn)，NH4-N、NO3-N、DIN與TRIX之間存在良好的正相關(guān)性，說明該區(qū)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
