劉 龍 謝潤(rùn)超 李廣慶

二十世紀(jì)中期以來(lái)，隨著人口數(shù)量的速增，城市規(guī)模的擴(kuò)大，工業(yè)的快速發(fā)展，生活和工業(yè)污水越來(lái)越多，日益增加的海水養(yǎng)殖規(guī)模，致使海水中氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素濃度日益增大，導(dǎo)致近海海域富營(yíng)養(yǎng)化水平越來(lái)越高，進(jìn)而引發(fā)一些列生化反應(yīng)，最終使海域生態(tài)環(huán)境遭到破壞，嚴(yán)重影響人類(lèi)健康和社會(huì)發(fā)展。因此，海洋富營(yíng)養(yǎng)化已成為一個(gè)全球關(guān)注的焦點(diǎn)。鑒于海域富營(yíng)養(yǎng)化主要是由營(yíng)養(yǎng)鹽的加富作用影響，所以目前大部分富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系都是以營(yíng)養(yǎng)鹽為主[1]。本文主要分析了我國(guó)目前常用的海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法，并對(duì)各種評(píng)價(jià)方法進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)其不足，從而進(jìn)一步改進(jìn)并提高評(píng)價(jià)方法性能。

1 海域富營(yíng)養(yǎng)化概念

海域富營(yíng)養(yǎng)化主要分為兩個(gè)階段，即初級(jí)過(guò)程和次級(jí)過(guò)程。初級(jí)過(guò)程是指海洋水體中氮磷等營(yíng)養(yǎng)鹽含量過(guò)多，導(dǎo)致浮游植物迅速生長(zhǎng)繁殖，引發(fā)水體透光率下降等，次級(jí)過(guò)程是指海洋水體系統(tǒng)受初級(jí)過(guò)程影響，導(dǎo)致沉水植被消失、赤潮暴發(fā)、形成水體低氧區(qū)等，從而導(dǎo)致海洋生態(tài)系統(tǒng)健康程度惡劣[1]。總體來(lái)講，海域富營(yíng)養(yǎng)化是指海水中營(yíng)養(yǎng)元素含量過(guò)度，進(jìn)而引發(fā)水體生態(tài)系統(tǒng)有機(jī)質(zhì)增多、低氧區(qū)形成、赤潮暴發(fā)等一系列異常行為的過(guò)程[2]。

2 海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法的發(fā)展，目前我國(guó)海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系大體分為兩類(lèi)：以營(yíng)養(yǎng)鹽為主的第一代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系和基于富營(yíng)養(yǎng)化癥狀的多參數(shù)第二代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系。

2.1 第一代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系

第一代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系主要強(qiáng)調(diào)營(yíng)養(yǎng)鹽的重要性，其含量能直接反映海域的富營(yíng)養(yǎng)化水平。這一體系下評(píng)價(jià)方法眾多，常用的主要有以下幾種。

2.1.1 單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法[3]

單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法公式：

Pi=Ci/ Ci0

式中Pi為i 項(xiàng)環(huán)境因子的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；Ci為i 項(xiàng)環(huán)境因子的實(shí)測(cè)濃度；Cio為i 項(xiàng)環(huán)境因子的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。單因子指數(shù)小于或等于1，表明水體沒(méi)有受到該環(huán)境因子的污染，大于1 表明受到該環(huán)境因子污染，值越大表明污染越嚴(yán)重。

2.1.2 隸屬度法[4]

隸屬度法公式：

Pi=Ci-Ci0/Ci1- Ci0

式中 Pi為對(duì)應(yīng) Ci所規(guī)定的水質(zhì)隸屬度；Ci為實(shí)測(cè)值；Ci0、Ci1為相鄰兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值。隸屬度越小水質(zhì)越好，隸屬度越大水質(zhì)越差。

2.1.3 潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)法[5]

當(dāng)海水中的藻類(lèi)或浮游植物的生長(zhǎng)受到某一相對(duì)不足的營(yíng)養(yǎng)鹽限制時(shí)，另一相對(duì)過(guò)剩的營(yíng)養(yǎng)鹽并不能被藻類(lèi)或浮游植物吸收利用，從而導(dǎo)致這一海域的營(yíng)養(yǎng)水平升高。郭衛(wèi)東等根據(jù)這一現(xiàn)象，提出了潛在性富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法，該方法一方面反映了水體富營(yíng)養(yǎng)化水平，一方面也指出了受限營(yíng)養(yǎng)鹽類(lèi)型。

2.1.4 營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法（EI）[6]

營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法（EI）公式：

EI=COD×DIN×DIP×106/4500

式中COD、DIN、DIP 為海域水體中實(shí)測(cè)濃度。EI<1，海域水體為貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；EI≥1，表明海域水體為富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，EI 值愈大表明富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)程度愈嚴(yán)重。

2.1.5 營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(NQI)[7]

營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)(NQI)公式：

NQI＝COD/COD0+DIN/DIN0+DIP/DIP0+Chl-a/Chl-a0

式中COD、DIN、DIP 和Chl-a 分別為水體化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽和葉綠素 a 的實(shí)測(cè)濃度，COD0、DIN0、DIP0和Chl-a0分別為水體化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽和葉綠素a的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。NQI<2，貧營(yíng)養(yǎng)；2≤NQI<3，中營(yíng)養(yǎng)；3≤NQI<4，富營(yíng)養(yǎng)；NQI>4，高富營(yíng)養(yǎng)。

2.1.6 有機(jī)污染評(píng)價(jià)指數(shù)法[8]

有機(jī)污染評(píng)價(jià)指數(shù)法（A）公式：

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

式中 COD、DIN、DIP、DO 為海域水體中實(shí)測(cè)濃度，COD0、DIN0、DIP0、DO0為海域水體中上述對(duì)應(yīng)指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。A<0，良好；0≤A<1，較好；1≤A<2，受到污染；2≤A<3，輕度污染；3≤A<4，中度污染；A≥4，嚴(yán)重污染。

2.2 基于富營(yíng)養(yǎng)化癥狀的多參數(shù)第二代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系

第二代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系是以壓力- 狀態(tài)- 響應(yīng)(PSR)指標(biāo)框架為基礎(chǔ)。我國(guó)第二代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系建立剛剛起步，尚未形成通用的評(píng)價(jià)方法，目前常用的主要有以下幾種。

2.2.1 PSR 框架富營(yíng)養(yǎng)化綜合評(píng)價(jià)法[9]

PSR 框架富營(yíng)養(yǎng)化綜合評(píng)價(jià)法有四類(lèi)指標(biāo)：（1）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)壓力指標(biāo)：無(wú)機(jī)氮濃度、溶解無(wú)機(jī)磷濃度和化學(xué)需要量濃度；（2）富營(yíng)養(yǎng)化初級(jí)癥狀指標(biāo)：葉綠素a 濃度、浮游植物數(shù)量、多樣性指數(shù)；（3）富營(yíng)養(yǎng)化次級(jí)癥狀包括浮游動(dòng)物密度、大型底棲動(dòng)物密度、水體透明度、溶解氧濃度、沉積物總有機(jī)碳含量；（4）富營(yíng)養(yǎng)化其他癥狀指標(biāo)：海域赤潮狀況。

該評(píng)價(jià)方法分三步進(jìn)行：第一步，對(duì)站位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子評(píng)價(jià)；第二步，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的站位達(dá)標(biāo)率進(jìn)行評(píng)級(jí)賦分；第三步，對(duì)所有評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)級(jí)賦分進(jìn)行加和。

2.2.2 壓力- 狀態(tài)- 響應(yīng)綜合評(píng)價(jià)法[10]

壓力- 狀態(tài)- 響應(yīng)綜合評(píng)價(jià)法指標(biāo)包含三類(lèi)。（1）富營(yíng)養(yǎng)化壓力指標(biāo)：一個(gè)年度周期內(nèi)中累積90%的總氮、總磷和無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷濃度最大值。（2）狀態(tài)指標(biāo)：初級(jí)癥狀的評(píng)價(jià)指標(biāo)為一個(gè)年度周期內(nèi)累積90%的葉綠素a 濃度最大值；次級(jí)癥狀包含缺氧程度和赤潮狀況指標(biāo)，缺氧程度采用一個(gè)年度周期內(nèi)累積10%的溶解氧濃度值；赤潮狀況采用一個(gè)年度周期內(nèi)海域赤潮發(fā)生頻率、持續(xù)時(shí)間。（3）響應(yīng)指標(biāo)：海域富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展趨勢(shì)通過(guò)未來(lái)五年內(nèi)該海域營(yíng)養(yǎng)鹽排放量的年變化率來(lái)推算。

該評(píng)價(jià)方法分三步進(jìn)行：第一步，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)和賦分；第二步，對(duì)各類(lèi)指標(biāo)分值進(jìn)行集合。第三步，富營(yíng)養(yǎng)化最終級(jí)別劃分，通過(guò)矩陣法對(duì)三大類(lèi)指標(biāo)得分集合，權(quán)重分配中狀態(tài)指標(biāo)最大、壓力指標(biāo)次之、響應(yīng)指標(biāo)最小。

2.2.3 基于水質(zhì)狀態(tài)和生態(tài)響應(yīng)的富營(yíng)養(yǎng)化綜合評(píng)價(jià)法[1]

該評(píng)價(jià)方法指標(biāo)包括兩類(lèi)：水質(zhì)狀態(tài)指標(biāo)和生態(tài)響應(yīng)指標(biāo)。（1）水質(zhì)狀態(tài)指標(biāo)：無(wú)機(jī)氮、溶解無(wú)機(jī)磷和化學(xué)需氧量。（2）生態(tài)響應(yīng)指標(biāo)分為兩類(lèi)：初級(jí)生態(tài)響應(yīng)內(nèi)容為葉綠素- a、浮游植物細(xì)胞總豐度和大藻過(guò)度生長(zhǎng)問(wèn)題，次級(jí)生態(tài)響應(yīng)內(nèi)容為有毒有害藻華問(wèn)題和底層溶解氧濃度。

該評(píng)價(jià)方法分四步進(jìn)行：（1）計(jì)算水質(zhì)狀態(tài)表達(dá)水平和狀態(tài)類(lèi)型；（2）計(jì)算初級(jí)和次級(jí)生態(tài)響應(yīng)的表達(dá)水平；（3）根據(jù)初級(jí)和次級(jí)生態(tài)響應(yīng)的表達(dá)水平采用矩陣得出初級(jí)和次級(jí)生態(tài)響應(yīng)的類(lèi)型和總的生態(tài)響應(yīng)類(lèi)型；（4）根據(jù)水質(zhì)狀態(tài)類(lèi)型和生態(tài)響應(yīng)類(lèi)型得到整個(gè)海域的綜合富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果。

3 結(jié)語(yǔ)

日益嚴(yán)重的海域富營(yíng)養(yǎng)化以及頻發(fā)的海洋赤潮，已影響了我國(guó)的人民生存環(huán)境和海洋生態(tài)系統(tǒng)健康。而長(zhǎng)久以來(lái)，我國(guó)近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系，仍為以基于氮、磷和溶解氧等公式計(jì)算值為主的第一代評(píng)價(jià)體系，這一體系并未完全反映出海域富營(yíng)養(yǎng)化的程度，從未不能滿(mǎn)足我國(guó)海洋環(huán)境保護(hù)與海洋開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀。而作為當(dāng)前近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)主流的第二代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)體系，我國(guó)雖已起步，但尚未建立起適用于我國(guó)現(xiàn)狀的評(píng)價(jià)方法，主要問(wèn)題是缺乏關(guān)于魚(yú)類(lèi)生態(tài)健康、水下植被及水動(dòng)力等級(jí)的調(diào)查資料。因此，進(jìn)一步設(shè)計(jì)完善我國(guó)海洋監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系，建立適用于我國(guó)近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)的方法顯得尤為重要。