煙臺市四十里灣海域赤潮的生態(tài)環(huán)境評價

煙臺四十里灣海域是一個經(jīng)常發(fā)生赤潮的地區(qū)。在1998年至2008年的10年中，除了2000、2003和2006年外，其他年份也發(fā)生了赤潮。這種現(xiàn)象引起了業(yè)界的關(guān)注,本文僅就赤潮發(fā)生的區(qū)域分布與其生態(tài)環(huán)境污染進(jìn)行探討研究。1研究區(qū)域的自然環(huán)境和社會結(jié)構(gòu)1.1農(nóng)田林網(wǎng)的季節(jié)動態(tài)四十里灣位于煙臺市萊山區(qū)北部海域,西北與芝罘灣相連,東鄰養(yǎng)馬島,北面為灣口,毗鄰北黃海,其間散布有崆峒島群,水深在15m以內(nèi),海岸線長20公里,海域面積約13萬畝;沿岸有農(nóng)田林網(wǎng)面積8萬畝,沿海防護(hù)林27公里,有大小河流11條。該灣處北溫帶東亞季風(fēng)型大陸氣候區(qū),季風(fēng)進(jìn)退有序,四季分明,春季平均始于4月13日,止于6月24日,持續(xù)72天;夏季始于6月25日,止于9月3日,持續(xù)70天;秋季始于9月4日,止于11月2日,持續(xù)59天,是一年中最短的季節(jié);冬季始于11月3日,止于次年4月12日,持續(xù)160天(潤年為161天),是一年中最長季節(jié)。年平均氣溫為12.6℃,年平均降雨量737毫米,相對濕度64%,與本省同緯度其他地區(qū)比較,具有夏無酷熱,冬無嚴(yán)寒,空氣濕潤,降水量較多等特點。1.2高端人群集聚四十里灣所在的萊山區(qū)是1994年成立的新區(qū),有強勁的發(fā)展動力。隨著市政府東遷,在灣的西南岸政治、經(jīng)濟、文化、教育、科研、體育等各類設(shè)施相繼建成。良好的人居環(huán)境和巨大的發(fā)展空間吸引了煙臺市大部分高端人群聚集于此。2008年底僅高校在校生及教職工總數(shù)已超過15萬人,全區(qū)常住人口達(dá)30萬余人;根據(jù)該區(qū)經(jīng)濟和社會發(fā)展綱要,“十一五”期間要著力培植機械制造、電子信息、食品加工、生物與制藥四大主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。顯而易見,經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口的急劇增加,勢必加重灣內(nèi)的污染負(fù)荷。2研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境與功能的分布2.1季中等海水水溫四十里灣海岸線綿延,坡緩水清,沙質(zhì)細(xì)柔,夏季中午海水水溫為25℃左右,是煙臺市細(xì)沙微浪的海水浴場之一,西部岸灘分布有濱海東路海水浴場、黃海游樂城海水浴場和游艇、游船停泊區(qū)。2.2水處理廠污水管擴散器概況辛安河西岸建有日處理能力12萬噸的城市污水處理廠,污水排海放流管伸向海水平長度為2752m,末端水深7m,擴散器末端位置37°27′33″、121°33′01″。2.3連島水庫魚鳥河入?？谥两袢詾槟财匠俏鲄^(qū)的污水直排口,河口以東是由養(yǎng)馬島、西堤和大陸相連而形成的一個小海灣,即為牟平港。2.4浮宏觀養(yǎng)殖模式四十里灣海水養(yǎng)殖歷史悠久,早在20世紀(jì)50年代就開展海帶和裙帶菜的養(yǎng)殖實驗。目前,養(yǎng)殖對象有貽貝、櫛孔扇貝、海灣扇貝和海帶等,養(yǎng)殖方式主要為浮筏養(yǎng)殖。淺海5米等深線以外養(yǎng)殖面積由1998年的2.2萬畝增至2005年的9.5萬畝,而后逐年遞減,2008年降至3.68萬畝。四十里灣功能分布如圖1所示。3研究區(qū)域生態(tài)環(huán)境的問題3.1水產(chǎn)養(yǎng)殖3.1.1貽貝roas養(yǎng)殖貝類養(yǎng)殖所排出的糞便和假糞的數(shù)量很大。1998年吳玉霖等對四十里灣扇貝及貽貝排糞量進(jìn)行了計算,該灣扇貝養(yǎng)殖面積12000畝,按每畝養(yǎng)殖櫛孔扇貝1.0×105只計算,則每畝每年向水體排放6.53噸(干重)糞量,年總排糞量高達(dá)7.84萬噸(干重);灣內(nèi)貽貝養(yǎng)殖面積6000畝,每畝約有1.6×105個,以每個每天排糞135mg計算,則年總排糞量約為4.7萬噸。由于筏式養(yǎng)殖架及扇貝籠等提供了附著基,引來大量附著生物,主要有柄海鞘(Styelaplicata)、玻璃海鞘(Cionaintestinalis)、貽貝(Mytilusedulis)和牡蠣(Crassostreasp.)。依據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的附著生物及相關(guān)資料(土屋誠,1986),估算四十里灣海三個季度合計約為2.41萬噸(冬季未調(diào)查,未估計在內(nèi))。3.1.2磷dop的溶解周毅等對四十里灣多種經(jīng)濟雙殼貝類和養(yǎng)殖中的污損動物的N、P排泄進(jìn)行了測定,在這些動物的N排泄中,籠式養(yǎng)殖的雙殼貝類NH4-N占總N排泄的平均值范圍為70.8%~80.1%;在P排泄中,有機磷(DOP)約占總?cè)芙饬?TDP)排泄的15%~27%。對面積為1.8×104畝的養(yǎng)殖區(qū)而言,貝類的N、P排泄分別能滿足浮游植物生產(chǎn)所需N、P的44%和40%。同時考慮附著生物的N、P排泄,就能滿足四十里灣養(yǎng)殖海區(qū)浮游藻類生產(chǎn)所需N、P的50%,而其中NH4-N和DIP(溶解無機磷)的排泄能分別提供藻類所需N、P的40%和39%,高密度的貝類養(yǎng)殖對養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)循環(huán)的影響是很顯著的(表1)。3.1.3年際變化綜上計算,四十里灣貝類養(yǎng)殖污染物排泄量年際變化見表2。由表2可知,四十里灣由于貝類養(yǎng)殖而排入水中的基礎(chǔ)物質(zhì)和營養(yǎng)鹽為赤潮生物的生長繁殖提供了豐厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。3.2污水管網(wǎng)和污水廠建設(shè)情況匯入四十里灣的陸源污染物主要包括工業(yè)廢水、生活污水和耕地、森林農(nóng)業(yè)及畜牧業(yè)等排水。1998年前,四十里灣南岸的工業(yè)廢水及生活污水是經(jīng)逛蕩河和魚鳥河及岸邊18個排放口無序排放入海。2003年下半年,新建濱海路和觀海路拓寬工程完工,污水管網(wǎng)同時建成,18個排污口和芝罘區(qū)南郊的工業(yè)廢水及生活污水約4萬立方米/日,全部匯集逛蕩河入海;魚鳥河則匯集了牟平西部城區(qū)約2萬立方米/日污水直排入海。辛安河污水廠一期工程于2003年底開始試運轉(zhuǎn),2005年3月份逛蕩河大部分污水截留入廠處理,其進(jìn)水量最大已經(jīng)達(dá)到4.0萬立方米/日,出水水質(zhì)除總磷、硝酸鹽氮、總氮不達(dá)標(biāo)外,其它指標(biāo)基本達(dá)到設(shè)計要求。二期工程于2008年4月投于運營,但牟平區(qū)匯集于魚鳥河的污水和逛蕩河部分污水仍直排入海。陸源污染物入海量年際變化見表3。3.3有機碳的含量初級生產(chǎn)力又稱“原始生產(chǎn)力”,是指綠色植物利用太陽光進(jìn)行光合作用,把無機碳(CO2)固定、轉(zhuǎn)化為有機碳(如葡萄糠、淀粉等)這一過程的能力,以每年、每平方米有機碳的含量(克數(shù))表示,單位為gC/m2·a(本文按該海灣面積100km2計)。黃永建等對海洋有機碳轉(zhuǎn)化為生物碳進(jìn)行了報道,根據(jù)文中計算方法和本文作者實驗室所得數(shù)據(jù),估算出陸源及貝類養(yǎng)殖對四十里灣初級生產(chǎn)力貢獻(xiàn)率年際變化見表4。3.4馬島以外的東北流域四十里灣平均水深不足10m,是一個半封閉的淺海,灣底較平。落潮流向由西向東,最大流發(fā)生在養(yǎng)馬島以外的東北水域,流速一般在17~20cm/s左右,受養(yǎng)馬島影響,島的西南端潮流由南向北,流速一般在7~10cm/s左右,牟平港灣內(nèi)流速更小,一般在7cm/s以下;漲潮流由東向西,養(yǎng)馬島東北角流速為10cm/s左右,養(yǎng)馬島西南端流速較低,僅為4~5cm/s左右,見圖2。3.4.1最大流速和最大流速四十里灣海域大量養(yǎng)殖扇貝的吊籠和其他吊養(yǎng)設(shè)施明顯阻礙了海流的正常流動,山東沿岸潮流流速為30~150cm/s,一般為50~90cm/s,而四十里灣海域在正常情況下最大流速僅為山東沿岸潮流流速的四分之一。1998年赤潮發(fā)生時,該扇貝養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)潮流流速為10cm/s左右。2005年養(yǎng)殖區(qū)面積已擴張了3倍,預(yù)計該養(yǎng)殖區(qū)流速還將有所減緩。3.4.2污染物入海的域內(nèi)環(huán)境基養(yǎng)馬島與南陸連堤工程使島峽之間水域不通,影響了堤兩側(cè)的海水交換,潮流不暢大大降低了海域的自凈和自我調(diào)節(jié)能力。牟平港灣內(nèi)流速在7cm/s以下,港內(nèi)及魚鳥河入海的污染物,只能隨落潮流繞向養(yǎng)馬島東北海域。由于港內(nèi)及河口坡緩,極容易出現(xiàn)有機污染物在海底堆積和水體的富營養(yǎng)化,水體相對穩(wěn)定、水體交換率低以及適宜的水溫和鹽度等都是產(chǎn)生赤潮的環(huán)境條件。3.5赤潮的發(fā)生頻率和赤潮生物的“種子”群落3.5.1保幼期耗氧實驗四十里灣海域自1998年至2008年間赤潮頻發(fā)的月份、赤潮生物種、密度范圍以及發(fā)生的區(qū)域和面積詳見表5。從表5可看出,四十里灣除了2004年5月份曾由夜光藻引發(fā)過赤潮外,其余赤潮均發(fā)生在8月至10月間,此時正是貝類生長和呼吸代謝最旺盛的季節(jié)。本區(qū)4~5月間為貝類育苗及暫養(yǎng)期一般在港池內(nèi)進(jìn)行,而6月份后養(yǎng)成期即進(jìn)入淺海分苗吊養(yǎng),成貝生長期一般在200天左右。2009年2月,采用5~7cm櫛孔扇貝和貽貝,對其進(jìn)行耗氧實驗。在18℃時,櫛孔扇貝和貽貝耗氧量分別為4.68、7.32mgO2//天·只,在1.0℃時耗氧量分別為0.92、1.48mgO2/天·只。從以上數(shù)據(jù)可知,貝類生長和代謝旺盛期均在夏秋季節(jié),與本海域赤潮頻發(fā)期是相吻合的,赤潮發(fā)生頻次疊加圖見圖3。3.5.2浮游植物與赤潮生物的組成赤潮生物“種子”群落是赤潮發(fā)生最基本的生物因子。赤潮種子可以是在所在海區(qū)已有的赤潮生物細(xì)胞和底棲休眠孢囊,也可以是其他海區(qū)遷移和擴散過來的,四十里灣浮游植物與赤潮生物種群組成見表6。4赤潮生物多樣性綜合以上排入灣內(nèi)N、P和C可見,1998年至2008年排入四十里灣的各類污染物總量以貝類養(yǎng)殖排泄物居首,赤潮發(fā)生的幾率及范圍與貝類養(yǎng)殖面積、N、P和C排泄物年際變化有直接關(guān)系;在貝類生長和代謝最旺盛的夏秋季節(jié),灣內(nèi)初級生產(chǎn)力較高,由貝類養(yǎng)殖排泄轉(zhuǎn)化的無機碳占灣內(nèi)基礎(chǔ)物質(zhì)總量的65%~90%;2009年灣內(nèi)鑒定出赤潮生物16種,優(yōu)勢種有紅色裸甲藻、中肋骨條藻、海鏈藻,尤其是紅色裸甲藻是該灣引起赤潮最常見的生物種子;四十里灣最大流發(fā)生在養(yǎng)馬島以外的東北水域,流速在17~20cm/s左右,養(yǎng)馬島西南端流速最低,僅為4~5cm/s左右,受筏式養(yǎng)殖和水建工程的干擾,養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)流速有所減緩,不利于污染物擴散。由于上述物質(zhì)條件及地理、氣候特征對藻類生長繁殖非常有利,一旦遇到適宜的水文氣象條件,如風(fēng)雨過后、天氣連續(xù)晴朗、陽光充足、水體穩(wěn)定性高、水溫偏高,赤潮藻即有驟然快速增殖而形成赤潮。5關(guān)于討論和提案5.1大型藻類養(yǎng)殖隨著社會和經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展,四十里灣海洋功能區(qū)劃留給水產(chǎn)養(yǎng)殖功能區(qū)大大縮小,水產(chǎn)養(yǎng)殖面臨嚴(yán)峻的環(huán)境威脅。因此,四十里灣的養(yǎng)殖規(guī)劃及布局需做合理調(diào)整。近10年來四十里灣大型藻類的養(yǎng)殖極少,大量排海的N、P等營養(yǎng)鹽過剩,水體富營養(yǎng)化,不時發(fā)生赤潮。因此,規(guī)劃時必須在網(wǎng)箱及吊籠區(qū)套養(yǎng)或間養(yǎng)大型藻類,減緩海水養(yǎng)殖自身對海洋生態(tài)環(huán)境的影響。選擇對水質(zhì)有凈化作用的養(yǎng)殖品種進(jìn)行多品種混養(yǎng)、輪養(yǎng)和立體養(yǎng)殖,充分利用水體,合理開發(fā)。在污水排放口混合區(qū)附近布設(shè)一定的大型藻類養(yǎng)殖區(qū),估計灣內(nèi)大型藻類養(yǎng)殖區(qū)應(yīng)不少于1萬畝,實現(xiàn)生態(tài)養(yǎng)殖,保護(hù)生態(tài)與環(huán)境。因此,四十里灣必須增加大型藻類養(yǎng)殖量,以解決赤潮頻發(fā)的生態(tài)環(huán)境危機。5.2自養(yǎng)型和異養(yǎng)型的海水養(yǎng)殖系統(tǒng)組成養(yǎng)殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化體現(xiàn)在生態(tài)關(guān)系方面基本上是既不相互捕食,也不相互競爭,而在利用生境與餌料資源上有互補作用的經(jīng)濟生物,以適宜的比例關(guān)系養(yǎng)殖于同一水域內(nèi)。根據(jù)海洋的特點和海水養(yǎng)殖系統(tǒng)的特性,將整個海灣視為一體,從物質(zhì)來源的角度可將海水養(yǎng)殖系統(tǒng)分為自養(yǎng)型和異養(yǎng)型兩類,兩者是互補的系統(tǒng)。海帶和扇貝養(yǎng)殖系統(tǒng)是自養(yǎng)型,鮑、對蝦和魚類網(wǎng)箱養(yǎng)殖系統(tǒng)則是異養(yǎng)型。在鮑魚沉箱養(yǎng)殖系統(tǒng)中配養(yǎng)濾食性貝類和大型海藻就是很好