前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的近岸海域生態質量評估方式，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

由于填海造地、海洋資源的不合理開發利用、漁業養殖、污染物排放等人為活動的影響,近岸海域生態環境正遭受著日趨嚴峻的污染和損害,包括物理化學變化、生境衰退、生態多樣性變化等[1].綜合評價人為擾動下近岸海域的生態質量狀況是國內外學者共同關注的問題.目前,國內僅有少量關于近岸海域生態質量狀況綜合評價的研究[2-4],大多海洋環境質量評價尚停留在單一介質的污染評價階段[2],如單項水質評價法、綜合評價指數法和富營養化水平評價法等[5-6],從生物學角度綜合評價的概念還沒有廣泛應用[7].國外近岸海域的生態質量狀況評價研究已從對污染物或物種的評價發展到從生物學角度進行評價,有代表性且應用廣泛的近岸海域生態質量狀況綜合評價方法有歐盟的生態狀況綜合評價方法[8]和美國的沿岸海域狀況綜合評價方法[9].前者以生物學要素為主,以物理化學和水文形態學要素為輔,以未受擾動的水體狀況參數值作為評價參考基準,以所有要素中的最低等級(one-outall-ou,tOOAO)作為綜合評價等級原則對近岸海域生態質量狀況進行評價,但該方法沒有統一的評價標準,且OOAO原則的應用也受到了質疑[10];后者選取水質指數、濱海濕地損失、沉積物污染和底棲生物指數4類指標進行評價,按照評價海域的現狀對這4類指標進行賦分(好為5,一般為3,差為1),這4類指標的平均值即為評價海域的總狀況分值,并據此劃分為相應等級,但該方法僅分為3個評價等級,且3個等級的劃分標準還存在爭議.由于歷史監測資料的缺乏,以及與國外近岸海域的差異,國外的評價指標和方法并不完全適用于國內的情況,因此研究適合我國的生態質量狀況綜合評價方法十分必要.本文在參考國內外近岸海域生態質量狀況綜合評價方法的基礎上,提出以生物學要素為主、物理化學要素為輔的指標體系,通過評價標準的優化和調整,對評價指標賦予權重,建立了近岸海域生態質量狀況模糊綜合評價方法,對方法進行了可靠性驗證,并將該方法應用于廈門同安灣海域,以期為我國近岸海域生態質量狀況綜合評價以及生態綜合管理決策提供科學依據.

1近岸海域生態質量狀況模糊綜合評價方法

1•1評價指標體系的建立

選擇合適的指標在綜合評價中有著舉足輕重的作用,指標體系的建立應遵循科學性、層次性、可比性、可操作性等原則[2].本文中近岸海域生態質量狀況綜合評價指標體系中的生物指標(底棲生物、浮游植物和浮游動物)及水質、沉積物的基本理化狀況指標(表1)用于綜合評價;水質、沉積物中的營養鹽、重金屬和有機污染物等污染物因子用于評價結果的驗證.對于污染物因子,不限于表1中列出的種類,可根據研究海域的主要污染物和特征污染物做出相應調整.本方法將評價指標分為非生物指標和生物指標(圖1),從數量上,以生物指標為主.非生物指標主要是反映海域基本物理化學狀況的指標.參考歐盟的生態質量狀況綜合評價方法[8]和美國的沿岸海域狀況綜合評價方法[9]中的評價指標,本文中的非生物指標選擇水質透光度、化學需氧量(chemicaloxygendemand,COD)、溶解氧(dissolvedoxygen,DO)、沉積物中的硫化物和總有機碳(totalorganiccarbon,TOC).由于近岸海域系統的大部分變化都與鹽度和溫度的變化有關,這兩者與人為活動對生態質量狀況的影響沒有直接關系[11],因此鹽度和溫度不作為評價指標.營養鹽受人為擾動較大,可作為污染因子來分析.底棲生物通常是公認的能夠反映海洋水生生態的指標[12],因此生物指標以底棲生物為主,結合浮游植物和浮游動物.底棲生物質量狀況用個體豐度、物種豐度和香農多樣性指數(H′)來表征,浮游植物和浮游動物用H′來表征.

1•2評價標準

本文中的評價標準主要參考我國的相應標準,對于國內沒有相應評價標準的指標參考歐盟水管理框架(EuropeanWaterFrameworkDirective,WFD)和美國沿岸水體的評價標準.生態質量狀況劃分為優、良、中、差、劣5個等級(表2),由于我國的海洋水質和沉積物標準分為4級,所以評價標準參考國內外的研究成果做了一定調整,并且使各等級之間盡量做到等間距,以減少不同等級之間間距不均所帶來的隸屬度誤差.等級優代表生物學要素及一般物理化學要素未受到人類活動的明顯擾動;等級良代表生態質量狀況略差于優等,受到程度較小的污染和輕微的人為活動擾動;等級中代表污染較嚴重,人為活動擾動較大,生態質量狀況處于向差過渡的狀態;等級差代表生態系統失衡,污染嚴重,生態質量狀況有繼續惡化的可能;等級劣代表生態系統已完全失衡,污染十分嚴重[13].

1•3權重的確定和模糊關系矩陣的建立

通過Delphi法,由層次分析軟件YAAHP0•5•2計算各指標的權重因子(表3).根據各指標的實測值和評價標準,建立模糊關系矩陣.對于值越大、生態質量狀況越差的指標采用“降半梯形”分布函數計算,對于值越大、生態質量狀況越好的指標采用“升半梯形”分布函數計算,函數公式見文獻[14].11個評價指標中,生物要素的總權重占2/3,非生物要素的權重占1/3,這與WFD要求的以生物學要素為主的評價指標體系一致[11].底棲生物指標的權重之和為0•47,主要是因為底棲生物具有較小的流動性,生活史較短,能很快通過種群和群落反映環境的變化[2].國外關于底棲生物質量狀況評價的指數主要有AZTI海洋生態指數(AZTImarinebioticindex,AMBI)[15]、多變量AZTI海洋生態指數(multi-variate-AMBI,M-AMBI)[16]、底棲質量指數(benthicqualityindex,BQI)[17]、Bentix指數(Bentixindex)[18]以及底棲多毛類端足類機會種指數(benthicoppor-tunisticpolychaetesamphipodsindex,BOPA)[19]等.DO作為水生生態系統的限制性因子,其權重僅次于底棲生物.透光度和TOC的權重相等,透光度代表光能到達水面以下的深度,決定了光合作用的大小以及水生生物的分布;TOC對污染物和營養元素在沉積物中的遷移、轉化等地球化學行為起著至關重要的作用.浮游植物、浮游動物多樣性以及葉綠素a的權重依次減小.浮游植物是海洋生態系統中最重要的初級生產者,其多樣性與海洋生態系統的穩定性有著密切的關系,重要程度相對較高;浮游動物的權重小于底棲生物和浮游植物,主要是由于浮游動物不定棲于水生系統中,有移動性和一定的隨機性;葉綠素a濃度表示水域初級生產者的現存量,間接反映了海區初級生產力的高低.硫化物含量的高低是衡量海洋底質環境優劣的一項重要指標,COD是水質氧化還原狀況的指標,兩者對生態系統的影響相對較小,因此權重較低.

#p#分頁標題#e# 1•4模糊綜合評價

采用模糊數學的方法[14],將指標的權重向量與模糊關系矩陣進行復合計算,得到生態質量狀況在各等級的分布向量.根據最大模糊隸屬度原則,確定生態質量狀況綜合評價等級.

1•5方法驗證

方法驗證包括兩方面:1)不同生態質量狀況等級能否反映人為擾動(排污口、人工養殖、圍填海等)的差異.如果生態質量狀況等級的空間分布與研究海域人為擾動的空間分布一致,表明本方法能夠反映該海域主要的人為環境壓力.能否反映人為環境壓力是驗證評價結果可靠性的主要依據[20];2)生態質量狀況等級與主要污染物濃度(營養鹽、重金屬、有機物等)的相關性.當相關性大的污染因子與研究海域的主要污染因子一致,表明本方法建立的指標體系能夠客觀反映該海域的生態質量狀況.

2研究區概況和數據處理

同安灣位于廈門島東北部,為口小腹大的半封閉海灣.同安灣污水來源主要為城鎮生活廢水和工業廢水,其主要入海排污口分布如圖2所示.根據《廈門市環境功能區劃》[21],同安灣海域主導功能為港口航運、濱海旅游、海水養殖,為三類海域功能區.本文采用2006年5月對同安灣內各監測點(圖2)水質、沉積物、海洋生物的調查和監測資料進行分析.水樣采集和分析按《海洋監測規范》[22]進行,在5月6日大潮期(10:30—16:30)和小潮期(16:30—22:30)的高、低平潮各一個航次(共4個Fig.2DistributionofthesamplingstationsandprimaryoutfallsincoastalwatersofTong’anBay.T:同安灣內部的站位ThestationsattheinnerpartofTong’anBay;D:東坑灣內的站位ThestationsinDongkengBay;XM:靠近廈門島的站位ThestationsclosetoXiamenIsland.航次),分表層(水面以下0•1~1•0m)和底層(水深10~25m處,距海底2m)采集水樣,每個站位每層每次采1個水樣,測定各層的水溫、pH、鹽度、DO、COD、無機磷(dissolvedinorganicphosphorus,DIP)和無機氮(dissolvedinorganicnitrogen,DIN),僅分析表層樣品的重金屬和油類含量.用抓斗式采泥器采集沉積物樣品,取表層10cm樣,樣品分析參見《海洋監測規范》[22].海洋生物樣品的采集和分析以及數據處理均嚴格按《海洋調查規范》(GB12763•3—1991)[23]的有關規定進行.將生態質量狀況等級相同的站位歸為一組(共5組),分別計算各組所有站位水質、沉積物中各污染物的平均濃度.生態質量狀況等級的優、良、中、差、劣分別賦值為5、4、3、2、1.運用SPSS16•0軟件對生態質量狀況等級與污染物(DIP、DIN、重金屬和油類)濃度進行相關分析.相關性分析采用Pearson相關系數,雙尾檢驗,差異顯著性水平設為α=0•05.

3結果與分析

3•1同安灣近岸海域生態質量現狀

3•1•1水質和沉積物中物理化學要素的分布特征由表4可以看出,同安灣近岸海域水質中DO、pH以及沉積物中硫化物和TOC狀況較好,除個別站點外,基本都符合海洋水質、沉積物一類標準.部分站點COD、DIP和DIN含量的超標現象較嚴重,尤其是DIP和DIN,幾乎全部超出海水水質四類標準,富營養化較嚴重,是同安灣近岸海域的主要污染因子.水質中的Cr濃度介于《海水水質標準》[24]的二類與三類之間,除T14站位的Cd和油類外,其他水質指標都符合《海水水質標準》一類標準.沉積物指標中,除T15站位的Cu濃度超一類標準外,其他都符合《海洋沉積物質量》[25]一類標準.

3•1•2葉綠素a濃度的分布特征調查海域表層水體的葉綠素a平均含量為4•9mg•m-3,底層平均5•22mg•m-3,灣口(XM017)葉綠素a含量明顯高于灣內(圖3),可能是由于灣口較高的透明度所致.

3•1•3浮游植物和浮游動物的分布特征由于本次調查時間為春季,故浮游植物種類繁多、豐度較高,灣口的XM017和XM018站位處于內外海水交匯區,浮游植物的種類和數量最多,尤其是XM017站點,浮游植物細胞密度達到23627×104ind•m-3,已接近或達到赤潮的數量級.D4和D5站點位于水產養殖區,浮游植物種類少,污染較嚴重,尤其是D5站點(圖4),其多樣性指數值已處在富營養化的水平范圍內(<1•0).本次調查中浮游動物共26種,優勢種為太平洋紡錘水蚤(Acartiapacifica),各站位浮游動物香農多樣性指數的差異較大,變化范圍在0•69~2•77,最高值出現在灣口的XM017站點.

3•1•4大型底棲生物的分布特征本次調查的大型底棲生物以多毛類最多,占總數的47•9%,其次為甲殼動物、軟體動物和棘皮動物等.研究區底棲生物物種較豐富,位于灣口的XM017站點的種類數最多,達46種,位于灣頂且臨近排污口的T15站點最少,只有4種(表5).

3•2同安灣近岸海域生態質量狀況綜合評價結果

由表6可以看出,同安灣12個監測點中,生態質量狀況等級為優的有4個,分別為XM017、XM018、T6和D3站點;等級為良的有3個站點,分別為T7、T10和D1;等級為中的站點有3個,分別為T9、D4和D5;等級為差的站點包括T14和T15站點;沒有等級為劣的站點;整個調查海域平均生態質量狀況等級為中級.

3•3同安灣近岸海域生態質量狀況綜合評價結果驗證

3•3•1與人為擾動的空間分布一致性分析同安灣近岸海域生態質量狀況等級的空間分布呈現出從灣口到灣內逐漸下降的規律.位于灣頂且臨近排污口的T14和T15站點的生態質量狀況最差,主要是由于2個上游入海河流排污口(東溪和西溪)排入的大量工農業、生活廢水所致,這2條河流是同安灣廢水排放量最大的排污口,廢水排放量占所有排污口排放量的50%以上,并且富營養化嚴重.T9、D4、D5站點的生態質量狀況等級為中,其中T9站點受到的主要人為擾動是與T9站點較近的位于丙洲島的排污口,同時與丙洲島近年來大規模的圍填海工程有關;D4、D5站點生態質量狀況較差的原因在于東坑灣密集的人工養殖.D1和D3站點同樣位于人工養殖區,但其生態質量狀況比相鄰的D4、D5站點好,除了相對較好的水動力交換條件外,主要是由于砂質底質,通常砂質不容易富集污染物,其底棲環境好于淤泥質和泥砂混合質[26].其他站點的生態質量狀況相對較好,主要是由于距離排污口較遠和較好的水動力交換條件.由于近岸海域生態質量狀況受到自然因素和人為因素的雙重影響,WFD要求基于生態要素的評價方法應該反映人為環境壓力而不是自然變化[27].因此是否能夠反映人為環境壓力是評價該方法合理性的依據之一.本研究中同安灣近岸海域生態質量狀況的綜合評價結果能夠反映較大的人為擾動,包括排污口、人工養殖以及圍填海工程對海洋生態環境的壓力.#p#分頁標題#e#

3•3•2與污染因子的相關性分析由表7可以看出,同安灣近岸海域生態質量狀況等級與水體中Cu濃度呈顯著相關(P<0•05),水體中的Cu可能來源于周邊工業廢水的排放,但其檢測濃度符合水質一類標準,由此可見,未超標的指標也可能對生態質量存在潛在影響;生態質量狀況等級與DIN、DIP呈負相關關系,DIN、DIP主要來源于排入同安灣的生活污水和農業污染,是同安灣水質的主要超標因子,說明該評價結果能夠反映影響研究海域的主要污染因子;其他的重金屬、油類指標與同安灣近岸海域生物質量狀況的相關性不顯著,主要原因可能是由于沒有明顯的人為環境壓力[26],也可能是本次調查樣本量較小所致.

4討論

本文建立的近岸海域生態質量狀況綜合評價指標體系包括水質、沉積物的物理化學要素和生物學要素,在數量和權重上都以生物學要素為主,與傳統的從污染物角度進行綜合評價的方法相比,該指標體系符合國際上對近岸海域生態質量狀況評價指標的選擇要求[11],并且指標數量較少,且均為我國典型的常規監測指標,易于運用.該評價方法采用模糊數學的方法,用隸屬度函數描述各指標評價等級的分級界限,彌補了僅用一個確定性的標準值進行歸一化評價的不足,使評價結果更客觀.目前國內的相關研究[2-4]忽略了對方法評價結果的驗證,無法考量評價結果的客觀性和可靠性.本文采用國外相關研究中常用的方法[12,26],通過生態質量狀況等級與人為擾動(排污口、人工養殖、圍填海等)的空間分布特征分析以及生態質量狀況等級與主要污染物濃度(DIP、DIN、重金屬、有機物等)的相關性分析,對所選指標體系的合理性和評價方法的可靠性進行了驗證,增強了方法的可信度.該方法對同安灣近岸海域的評價結果比較客觀,基本反映了研究海域主要的污染風險因子以及人為擾動,對未超標的污染物因子也提供了一定的預警作用.但由于數據資料的限制,本文提出的近岸海域生態質量狀況綜合評價法沒有得到該海域多年歷史數據或其他海域的驗證,其適用性還需要進一步檢驗.

近岸海域生態質量狀況綜合評價方法的研究正在不斷發展,目前還沒有統一的標準和方法.雖然國外的相關研究起步較早,研究相對充分,但真正意義上的綜合評價幾乎沒有[7],存在的問題主要包括:1)評價指標主要關注結構指標,而沒有關注生態系統水平上的功能指標;2)方法過于復雜,沒有廣泛的適用性;3)方法應用中存在較大的不確定性問題;4)沒有體現新的環境壓力(如氣候變化、淤積、外來物種等)對生態質量狀況的影響[10,28].這將是今后相關研究應該注意的問題.國內對近岸海域的系統監測較少,同一區域的監測點、監測項目沒有連續性,且側重于污染物的監測,生態監測數據不多,因此,調整現有的海洋環境監測體系和方法,建立相應的海洋生態環境綜合監測和管理體系也是迫切需要.