罗源湾近十年水域环境质量变化趋势研究

吴烨飞

(福建省环境监测中心站，福建 福州 350003)

罗源湾为福建省六大深水港湾之一，位于福建省东北部沿海。罗源湾口小腹大，是典型的半封闭型港湾，总面积226.7 km2，仅在东北角由可门口与东海相通，口宽2 km，是罗源湾出海的唯一通道[1]。罗源湾周边地区共有7个沿海乡镇，根据《2019年福州市统计年鉴》，2009—2018年，该区域常住人口由75.0×104增长到80.5×104，增长7.3%[2]。

2000年以后，罗源湾水质开始恶化(1)陈克亮，林志兰，时亚楼，等.罗源湾氮磷污染特征及其外源输入分析[C]//福建省海洋学会.2014年学术年会暨福建省科协第十四届学术年会分会场论文集，2014.，主要超标指标为无机氮和活性磷酸盐。大规模的围海造地、临港工业生产、高密度的海水养殖活动是影响罗源湾海洋生态环境质量的主要因素。近二十年以来，罗源湾作为福州主要的海水养殖基地，养殖活动几乎完全覆盖了整个海湾[3]，截止至2016年底，湾内已全面完成退养工作。罗源湾围填海活动始于20世纪60年代，大规模的围填海活动基本发生在80年代后[4]，截止至2016年底，填海造地面积约45.1 km2(不含养殖用海)。随着罗源湾周边地区社会经济的发展和产业结构的转变，围填海功能逐渐发生变化，逐步转向以火电能源、钢铁冶炼加工、港口物流、船舶修造等为主的工业活动，因此大规模的工业活动对罗源湾海洋环境造成更大的压力。

本文根据2009—2018年罗源湾海水和沉积物监测数据，采用富营养指数法和环境质量分级综合评价法对罗源湾水域环境质量进行分析，为保护和合理开发罗源湾提供了科学的依据。

1 调查与方法

1.1 调查时间和站位

罗源湾共设置了15个水质和8个沉积物监测站位，于2009至2018年开展水质、沉积物监测，其中：海水监测采集表层水样，沉积物监测采集表层沉积物样品。监测站位分布见图1，01#、02#、05#、08#、09#、11#、13#和15#共计8个站位采集沉积物，监测指标、频率和时间见表1。样品的采集、贮存、运输和预处理及实验内分析测定均按GB 17378—2007《海洋监测规范》进行。

表1 罗源湾海域监测指标、频率和时间Tab.1 Monitoring indicators，frequency and time in Luoyuan Bay

1.2 评价方法

1.2.1 富营养指数法(E)

无机氮和活性磷酸盐是影响罗源湾海域水质的主要超标指标，因此采用营养指数来表征罗源湾水域水质的富营养化状况，富营养化指数(Nutrition index,E)公式如下：

上式单位以mg/L表示，如果E≥1，则水体呈富营养化状态；1≤E≤3为轻度富营养化；39为重度富营养化[5]。

1.2.2 环境质量分级综合评价法

多要素综合评价是目前海洋环境综合评价发展的趋势，本文借鉴美国NCCR[6]中的环境质量分级评价法，结合罗源湾环境特点和现有的海洋环境质量评价标准和技术规程，建立适用于罗源湾的海洋环境质量分级评价法。环境质量分级评价法是指单个指标根据标准定出评价等级，每个区域的总体状况等级通过对现有各项指标按评价等级赋分，然后通过加权平均计算进行综合评价。综合评价前先采用单因子评价法对水环境、沉积环境监测的所有数据进行评价，得到各介质各个指标的评价结果，采用90%保证率的观测值作为海湾环境质量评价的结果[7]。

表2 评价指标选取和说明Tab.2 Selection and description of evaluation indicators

水质评价标准参照NCCR[7]，将分级评价标准的等级定为三级，即良好、一般和较差。沉积物评价标准采用《海洋沉积物质量综合评价技术规程》[8](试行)，等级同样定为良好、一般和较差三级，各单项指标的分级评价标准见表3，各项指标的单个站位和区域状况评价标准见表4。

表3 各单项指标的评价标准Tab.3 Evaluation criteria of each indicators

表4 各项指标的单个站位和区域状况评价标准Tab.4 Evaluation criteria for individual stations and regional status of each indicators

根据评价标准，依照评价海域的监测结果分别对水质和沉积物指标的各评价指标进行评价，获得各评价指标所属的质量级别。最后通过各指标分值(良好为5分，一般为3分，较差为1分)相加，再除以指标个数而得出。本研究参考美国做法，不考虑指标间的权重，即所有指标均为相同权重。

2 结果

2.1 罗源湾水域海水富营养化状况分析

富营养化指数在海水评价中被广泛应用，从COD、DIN和DIP多方面考虑了各要素对水体富营养化水平的影响[9]。根据富营养化指数公式计算，结果见表5和图2。罗源湾水域海水富营养化指数季节变化明显，1月(冬季)和11月(秋季)普遍高于5月(春季)和8月(夏季)。2009—2014年罗源湾水域富营养化指数E值大于3，达到了中度富营养化程度，2015年后呈现大幅下降趋势，主要是由于2015年福州市颁布了《福州市罗源湾海域水产养殖退出工作总体方案》，全面推进罗源湾水产养殖退养工作，至2016年底，罗源湾已全面完成湾内退养工作。密集的养殖活动是影响海湾水质的重要因素，特别是养殖过程投入的饵料和残饵的生成是造成养殖污染的重要原因。全面退养后网箱养殖污染达到零排放，之前污染物积累不断降解消耗，水质逐渐改善。

表5 2009—2018年罗源湾水域富营养化指数Tab.5 Nutrition index of Luoyuan Bay from 2009 to 2018

2.2 罗源湾水域综合评价结果

根据2009至2018年罗源湾海域水质、沉积物监测数据，采用环境质量分级评价法进行评价，罗源湾水域近十年的环境质量综合评价结果见表6。由表6可见，近十年来罗源湾水域环境质量评价等级由“一般”→“较差”→“良好”，2014年环境质量状况最差，评价等级为“较差”，2018年环境质量状况转为“良好”。近十年来罗源湾海域环境的主要问题为水环境污染严重。

表6 2009—2018年罗源湾水域环境质量分级评价结果

从评价介质来看，2010—2017年水质指标均为“较差”，为更好地分析罗源湾水域历年水质的变化趋势，本文通过计算2009—2018年罗源湾四类、劣四类各站位占比来评价罗源湾水质变化。罗源湾历年水质均以四类、劣四类为主，占比在73.3%～100%之间，2009—2014年呈现逐年恶化趋势，劣四类水质占比达到了100%；2015—2017年呈好转趋势，劣四类水质比例下降到6.7%；2017年出现二、三类水质；2018年水质略微下降，以四类为主，占比93.3%。历年超标指标均为无机氮和活性磷酸盐。近十年罗源湾5月(春季)和8月(夏季)水质优于11月(秋季)和1月(冬季)，1月(冬季)水质最差，其中2011—2015年均为劣四类，8月(夏季)水质最好，优良水质占比在0%～93.3%。5月(春季)和8月(夏季)罗源湾呈现湾口水质优于湾顶和湾中部水质，11月(秋季)和1月(冬季)则整体较差，这和进入秋季后因闽浙沿岸水势力加强而带来大量的营养物质有关[10]。

沉积物中，2014年以前，各监测指标含量均符合第一类海洋沉积物质量标准，2014年部分站位石油烃含量超出第一类海洋沉积物质量标准，个别站位甚至超出第三类标准。2015年起，沉积物质量总体良好，各监测指标含量基本符合第一类海洋沉积物质量标准。

表7 2009—2018年罗源湾水质情况一览表Tab.7 Water quality in Luoyuan Bay from 2009 to 2018

3 讨论

3.1 罗源湾入海污染源分析

2009—2014年罗源湾水域环境质量状况持续恶化，2015年开始趋向好转，罗源湾主要问题为水环境污染严重，超标指标为无机氮和活性磷酸盐。

罗源湾的污染源主要来自陆域和海域两大部分，其中海域污染源中的水产养殖污染是影响罗源湾水质的重要因素，根据2010年统计数据[11]，罗源湾养殖面积8 203 hm2，占低潮线以下水域面积的97.2%，养殖活动几乎完全覆盖了整个海湾，养殖产量达205 617 t，养殖品种主要有鱼类、贝类、藻类、虾类和蟹类，分别占总产量的12%、41%、40%、5%、2%，分别占总养殖面积的7%、35%、20%、21%、14%，其中鱼类和虾蟹类为投饵集约型养殖类型，养殖过程中投入的饵料和残饵的生成是造成污染的重要原因。陈克亮等①对罗源湾氮磷污染外源输入进行分析，2009—2010年海水养殖对总磷的贡献达66%，对总氮的贡献达36%，说明养殖密度过大和不合理的投放饵料是造成罗源湾氮磷严重超标的主要原因之一。2010—2013年罗源湾水产养殖规模持续壮大，养殖产量连年攀高，养殖污染不断加剧[12]，2015年开始推进罗源湾水产养殖退养工作，截止至2016年底，罗源湾所有的水产养殖设施和养殖水产品实现了全面退养，这一举措对罗源湾环境质量状况改善起到了很大的促进作用。从监测结果也可以看出，2015年至2018年水质和沉积物质量均呈现好转趋势，水质中劣四类水质比例下降，沉积物中各监测指标含量基本符合第一类海洋沉积物质量标准。

根据陈克亮等①研究，2009—2010年罗源湾陆源总氮输入1 826 t/a，对总氮的贡献为46%，总磷输入177.5 t/a，对总磷的贡献为26%。罗源湾内基本无大河溪注入，仅在湾的西北部有一条小溪(起步溪)注入，年径流量小，对湾内水环境影响较小。湾内现有直排海排污口6个，2018年总氮、总磷排放量为145.3 t/a、7.2 t/a，氮磷贡献量小。陆源输入中，面源污染是氮磷的主要输入源，因此要从非点源污染进行相应的削减。

3.2 围填海活动对罗源湾环境质量影响

2016年底罗源湾全面退养，但水质仍然超标，这与大规模的围填海活动有很大的关系，根据福建省海域动态管理中心数据及谷歌影像和现场勘查相结合，截至2016年底，罗源湾累计围填海面积为45.1 km2(不含养殖用海)，主要用于工业港口、运输等方面。由图4可以看出，罗源湾北岸和南岸均开展了大量的围填海工程，多数内湾和岬角已被围填，曲折的自然岸线已被人工岸线取代，目前人工岸线比例已达到39.71%，导致海湾纳潮量下降，水动力条件发生较大变化，进一步影响污染物的迁移扩散，降低了海湾的自净能力，根据王勇智等研究表明2012年罗源湾内水体半交换时间为13.89 d，较1960年代和1996年延长了约2.42 d和0.59 d[13]。同时能够吸收氮、磷，缓解海水富营养化，降低污染程度的养殖藻类[14]的清退，是罗源湾网箱退养后无机氮和活性磷酸盐仍然超标的客观原因。

4 结论

本文以罗源湾水域海水和沉积物为研究对象，研究了2009至2018年罗源湾水域环境质量综合状况变化特征，探讨了罗源湾近十年环境质量变化的原因，为进行综合整治提供重要参考。

1)运用富营养化指数法对罗源湾水域营养状况进行评价，结果表明近十年罗源湾海水整体上处于富营养化状态，其中2009—2014年罗源湾水域富营养化指数E值大于3，达到了中度富营养化程度，2015年后呈现大幅下降趋势。

2)近十年来罗源湾水域环境质量综合评价等级由“一般”→“较差”→“良好”，2014年环境质量状况最差，评价等级为“较差”，2018年环境质量状况转为“良好”。近十年来罗源湾海域环境的主要问题为水环境污染严重，超标指标为无机氮和活性磷酸盐。

3)湾内水产养殖和陆源面源排污是影响罗源湾水域环境质量的重要因素，截止至2016年底，罗源湾所有的水产养殖设施和养殖水产品实现了全面退养，对罗源湾环境质量状况改善起到了很大的促进作用。但是退养后水质仍未达标，这与罗源湾大规模围填海活动造成的纳潮量下降和水动力发生变化有关。