歐陽(yáng)賢清，關(guān) 瑤，李小維，裴木鳳

(1.國(guó)家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣西北海 536000；2.自然資源部第四海洋研究所，自然資源部熱帶海洋生態(tài)系統(tǒng)與生物資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西北海 536000)

河口生態(tài)系統(tǒng)處于陸地、河流和海洋相互作用的界面上，具有一定的開(kāi)放性、敏感性和脆弱性[1]。河口生態(tài)系統(tǒng)在人為活動(dòng)和氣候變化的影響下，容易受到富營(yíng)養(yǎng)化、有害藻華、缺氧和pH值變化等方面的威脅[2]。我國(guó)長(zhǎng)江口[3,4]、珠江口[5]等大型河口近岸海域仍然面臨水質(zhì)污染嚴(yán)重、海洋生態(tài)功能受損、濱海濕地生態(tài)退化等問(wèn)題。相比于大型河流，中小型河流河口在人為活動(dòng)的影響下，更容易出現(xiàn)海洋生態(tài)問(wèn)題，河口生態(tài)環(huán)境的保護(hù)十分重要。廣西北部灣沿岸多為中小河流，河口常有濱海濕地、紅樹(shù)林等生態(tài)系統(tǒng)，具有重要的生態(tài)價(jià)值。廣西北海馮家江是北海唯一的內(nèi)陸潮汐河流，馮家江及江口東面海域是北海濱海國(guó)家濕地公園，擁有200 hm2原生紅樹(shù)林、豐富的鳥(niǎo)類和魚(yú)類資源。馮家江口西面海域?yàn)楸焙ｃy灘，具有較高的旅游觀光價(jià)值[6,7]。馮家江口及其周邊海域旅游開(kāi)發(fā)活動(dòng)活躍，人與海洋環(huán)境關(guān)系密切，海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量對(duì)該區(qū)域的發(fā)展有著重要意義。馮家江流域水環(huán)境未進(jìn)行治理之前，大量未經(jīng)處理的養(yǎng)殖廢水、雨污水、農(nóng)業(yè)廢水等被直接排入馮家江中，使得馮家江及鄰近海域生態(tài)系統(tǒng)承受巨大的環(huán)境壓力，面臨著水質(zhì)惡化、生態(tài)退化和生產(chǎn)力下降等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[8]。2018年廣西北海市開(kāi)展馮家江流域水環(huán)境治理工作，治理效果和治理后研究區(qū)海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量是人們關(guān)注的重點(diǎn)，但在這方面一直缺乏科學(xué)數(shù)據(jù)作為支撐，因此有必要對(duì)馮家江口及其鄰近海域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合性評(píng)價(jià)。

河口及其鄰近海域同時(shí)受河流和海洋影響，生態(tài)系統(tǒng)組成復(fù)雜，其性質(zhì)由該區(qū)域水文物理、地質(zhì)、化學(xué)環(huán)境以及生物所決定[9]。該區(qū)域的生態(tài)環(huán)境容易受人類活動(dòng)影響，對(duì)其進(jìn)行海洋生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)具有一定復(fù)雜性。海洋生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)是目前海洋研究的重要內(nèi)容之一，隨著對(duì)海洋環(huán)境評(píng)價(jià)方法的不斷探索和研究，海洋環(huán)境評(píng)價(jià)方法也從單一指標(biāo)評(píng)價(jià)發(fā)展到海洋生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)?，F(xiàn)在國(guó)外[10-12]和國(guó)內(nèi)[13-15]采用的海洋生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)模型均屬于多參數(shù)評(píng)價(jià)體系，能夠較全面地評(píng)估海域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。賴俊翔等[16,17]曾采用《近岸海洋生態(tài)健康評(píng)價(jià)指南》中的方法對(duì)廣西欽州灣和北侖河口近岸海域進(jìn)行生態(tài)環(huán)境健康評(píng)價(jià)，結(jié)果表明廣西欽州灣和北侖河口近岸海域均處于亞健康狀態(tài)。目前關(guān)于北海馮家江及其周邊海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的研究較少，在前人的調(diào)查研究中，通常只是采用單一指標(biāo)對(duì)海區(qū)中的水質(zhì)[18]、沉積物[19]或生物生態(tài)[20]進(jìn)行評(píng)價(jià)，未對(duì)海區(qū)生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

本文結(jié)合前人對(duì)研究區(qū)海洋生態(tài)環(huán)境的調(diào)查研究和評(píng)價(jià)結(jié)果，采用指標(biāo)體系法[21,22]，結(jié)合水環(huán)境、沉積物環(huán)境和生物生態(tài)3個(gè)方面構(gòu)建三級(jí)評(píng)價(jià)模型，對(duì)研究區(qū)海洋生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),擬為馮家江河口生態(tài)保護(hù)、濱海濕地管理和區(qū)域旅游開(kāi)發(fā)提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于廣西北海銀海區(qū)馮家江口及其鄰近海域，地理坐標(biāo)為109°6′-109°14′ E，21°22′-21°26′ N。研究區(qū)包含馮家江河口生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)和紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)3種典型的近岸海洋生態(tài)系統(tǒng)。該區(qū)域?qū)俸Ｑ笮约撅L(fēng)氣候，具有典型的亞熱帶特色。年平均氣溫22.6℃，年平均降水量1 832.6 mm，降雨主要集中在每年的5-9月，馮家江上游有鯉魚(yú)地水庫(kù)，在水庫(kù)調(diào)節(jié)下，河流徑流量季節(jié)變化較小。區(qū)域風(fēng)向季節(jié)變化顯著，冬季盛吹北風(fēng)，夏季盛吹偏南風(fēng)。研究區(qū)潮汐類型為不正規(guī)的全日潮。

1.2 樣品及分析

樣品來(lái)自國(guó)家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站2021年9月在廣西北海馮家江口及其鄰近海域開(kāi)展的海洋環(huán)境質(zhì)量調(diào)查，對(duì)研究區(qū)20個(gè)水質(zhì)站位、10個(gè)沉積物站位、12個(gè)生態(tài)站位和3個(gè)潮間帶斷面(圖1)進(jìn)行樣品采集和分析。水質(zhì)要素包括海水溫度、鹽度、pH值、溶解氧、化學(xué)需氧量、硝酸鹽、亞硝酸鹽、銨鹽、活性磷酸鹽、石油類、汞、鎘、鉛、銅和鋅等15項(xiàng)。沉積物要素包括石油類、有機(jī)碳、銅、鉛、鎘、鋅和汞7項(xiàng)。生物生態(tài)調(diào)查內(nèi)容包括浮游植物、大型浮游動(dòng)物、大型底棲生物和潮間帶生物。樣品采集和分析均按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB 17378-2007)[23]中的要求執(zhí)行，其中浮游植物現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查采用淺水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)口面積0.1 m2，網(wǎng)口直徑37 cm，網(wǎng)長(zhǎng)140 cm)由海底至海面作垂直拖網(wǎng)1次；浮游動(dòng)物現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查采用淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)口面積0.2 m2，網(wǎng)口直徑50 cm，網(wǎng)長(zhǎng)145 cm)由海底至海面垂直拖網(wǎng)1次；底棲生物現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查采用開(kāi)口面積為0.05 m2的抓斗式采泥器采集，每站采樣2次。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 水質(zhì)要素評(píng)價(jià)

采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法[24]對(duì)海水中pH值、溶解氧、化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、石油類、汞、鎘、鉛、銅、鋅等水質(zhì)要素進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)研究區(qū)所在海洋功能區(qū)劃管理要求，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097-1997)[25]中的二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。重金屬是影響水質(zhì)的重要因素之一，利用重金屬污染指數(shù)法[22]對(duì)海水中的汞、鎘、鉛、銅、鋅等5種重金屬污染水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了解研究區(qū)海水水質(zhì)要素的空間分布規(guī)律，采用Ocean Data View軟件繪制海水溫度、鹽度、pH值、溶解氧、化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、石油類和重金屬污染指數(shù)的空間分布圖[26]。

圖1 研究區(qū)域及調(diào)查站位

1.3.2 沉積物要素評(píng)價(jià)

采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法對(duì)沉積物中的石油類、有機(jī)碳、汞、鎘、鉛、銅和鋅進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)采用《海洋沉積物質(zhì)量》(GB 18668-2002)[27]中的一類海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)。另外，采用瑞典學(xué)者Hankanson提出的沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法[28]，對(duì)沉積物中5種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。潛在生態(tài)危害指數(shù)能反映沉積物中某一種重金屬的生態(tài)危害污染程度，根據(jù)潛在生態(tài)危害系數(shù)法，先計(jì)算海區(qū)沉積物中的汞、鎘、鉛、銅和鋅等5種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)，然后再結(jié)合毒性系數(shù)計(jì)算出各調(diào)查站位沉積物中多種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RIs)。重金屬RIs反映的是研究區(qū)或調(diào)查站位多種重金屬整體潛在生態(tài)危害程度。重金屬RIs值越高，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)越大。綜合考慮前人研究中沉積物的采樣范圍與采樣時(shí)間[19,29,30]，本文采用1988年在廉州灣和鐵山港灣調(diào)查中的沉積物重金屬平均值作為沉積物重金屬背景參考值[30]。沉積物重金屬含量背景參考值和毒性系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 沉積物重金屬含量背景參考值和毒性系數(shù)

1.3.3 生物生態(tài)評(píng)價(jià)

研究區(qū)的浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲生物和潮間帶生物評(píng)價(jià)采用生物多樣性指數(shù)(H′)進(jìn)行分析，生物多樣性指數(shù)(H′)采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)[31]公式進(jìn)行計(jì)算：

式中，H′為生物多樣性指數(shù)，s為生物總種類數(shù)，Pi為第i種生物的個(gè)體數(shù)與總個(gè)體數(shù)的比值。

生物多樣性指數(shù)(H′)適用于海區(qū)環(huán)境污染程度評(píng)價(jià)，當(dāng)H′值為3-4時(shí)表示環(huán)境清潔，H′值為2-3時(shí)表示環(huán)境受輕度污染，H′值為1-2時(shí)表示環(huán)境受中度污染，H′值<1時(shí)表示環(huán)境受嚴(yán)重污染[32]。

1.3.4 生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和模型

為了能夠更加系統(tǒng)全面地評(píng)價(jià)研究區(qū)海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，本文采用指標(biāo)體系法對(duì)研究區(qū)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。范海梅等[22]曾采用指標(biāo)體系法對(duì)長(zhǎng)江口及其鄰近海域生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，本文在其構(gòu)建的三級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上，將溶解氧、化學(xué)需氧量和有機(jī)碳納入評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系，對(duì)研究區(qū)海洋生態(tài)環(huán)境進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。構(gòu)建的三級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層3層。目標(biāo)層為水環(huán)境、沉積物環(huán)境和生物生態(tài)，準(zhǔn)則層為選擇的典型指標(biāo)，指標(biāo)層為調(diào)查中樣品具體分析要素，各項(xiàng)指標(biāo)見(jiàn)表2。構(gòu)建指標(biāo)體系模型的難處在于對(duì)指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)和賦值評(píng)價(jià)，本文參考前人的相關(guān)研究成果[22]，確定準(zhǔn)則層各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值范圍和對(duì)應(yīng)的賦值(表2)。

表2 海域生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)與賦值

續(xù)表

對(duì)準(zhǔn)則層指標(biāo)進(jìn)行賦值后，可以根據(jù)以下模型計(jì)算環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，確定海洋生態(tài)環(huán)境綜合狀況。評(píng)價(jià)模型如下：

式中，E為環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，W為水環(huán)境指數(shù)，取溶解氧含量賦值(W1)、化學(xué)需氧量賦值(W2)、無(wú)機(jī)氮含量賦值(W3)、活性磷酸鹽含量賦值(W4)、重金屬污染指數(shù)賦值(W5)和石油類含量賦值(W6)的平均值；S為沉積物環(huán)境指數(shù)，取沉積物的重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)賦值(S1)、有機(jī)碳賦值(S2)和石油類含量賦值(S3)的平均值；B為生物生態(tài)指數(shù)，取浮游植物生物多樣性指數(shù)賦值(B1)、浮游動(dòng)物生物多樣性指數(shù)賦值(B2)、底棲生物生物多樣性指數(shù)賦值(B3)和潮間帶生物生物多樣性指數(shù)賦值(B4)的平均值。根據(jù)得分進(jìn)行環(huán)境評(píng)價(jià)，參考前人研究成果[22]，水環(huán)境指數(shù)、沉積物環(huán)境指數(shù)、生物生態(tài)指數(shù)和綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分級(jí)及環(huán)境評(píng)價(jià)見(jiàn)表3。評(píng)價(jià)指數(shù)的數(shù)值為1-4，數(shù)值越大環(huán)境質(zhì)量越好。

表3 海域生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)中目標(biāo)層的分級(jí)與評(píng)價(jià)

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)

研究區(qū)海水中的溫度、鹽度、pH值、溶解氧、化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、石油類和重金屬調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表4，各水質(zhì)要素的空間分布見(jiàn)圖2。由圖2可知，研究區(qū)海水中的鹽度、pH值和溶解氧由江口向外呈遞增趨勢(shì)，溶解氧在江口附近區(qū)域出現(xiàn)高值區(qū)。海水中化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽和石油類含量由江口向外呈遞減趨勢(shì)，其中無(wú)機(jī)氮與活性磷酸鹽在出江口處迅速下降。海水中重金屬污染在馮家江口鄰近海域較低，在東南面海區(qū)污染水平相對(duì)較高。由1,2,3,4,5,6,9,10號(hào)調(diào)查站位組成的斷面能反映各水質(zhì)要素由江口向外的變化趨勢(shì)(圖3)，以5號(hào)站為界線，江口與鄰近海域海水中各水質(zhì)要素分布存在明顯差異。

圖2 研究區(qū)海水水質(zhì)要素空間分布圖

圖3 研究區(qū)典型斷面海水水質(zhì)要素調(diào)查結(jié)果

采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表4。研究區(qū)海水中pH值、化學(xué)需氧量、石油類、汞、鎘、鉛和銅均符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。溶解氧在馮家江口的1,2,3號(hào)站超出二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中2,3號(hào)站滿足三類標(biāo)準(zhǔn)，1號(hào)站滿足四類標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽在1-4號(hào)站都超出二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，馮家江口4個(gè)站中海水無(wú)機(jī)氮超出四類標(biāo)準(zhǔn)，活性磷酸鹽在1-3號(hào)站超出四類標(biāo)準(zhǔn)，在4號(hào)站滿足四類標(biāo)準(zhǔn)。鋅在17號(hào)站超出二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，滿足三類標(biāo)準(zhǔn)。綜合來(lái)看，馮家江口水體中的溶解氧含量較低，無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽含量較高，馮家江口海水受地表水的影響較大，如果按照地表水的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，則1-4號(hào)站均能滿足地表水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

采用重金屬污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明各站位海水重金屬污染指數(shù)(0.07-0.32)較低，平均值為0.15，研究區(qū)海水重金屬污染水平低。

表4 研究區(qū)水環(huán)境質(zhì)量調(diào)查及評(píng)價(jià)結(jié)果

2.2 沉積物環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

研究區(qū)沉積物中石油類、有機(jī)碳和重金屬的含量不高，石油類和有機(jī)碳的平均含量分別為121.3×10-6和0.45%，汞、鎘、鉛、銅和鋅等重金屬平均含量分別為0.037×10-6，0.14×10-6，5.40×10-6，2.29×10-6和17.8×10-6。單項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，沉積物中有機(jī)碳、石油類、銅、鉛、鋅、鎘、汞等評(píng)價(jià)指標(biāo)均符合一類海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)(表5)。沉積物中的重金屬潛在生態(tài)危害污染程度分析結(jié)果表明，銅、鉛、鋅、鎘、汞等5種重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)均遠(yuǎn)小于40，生態(tài)潛在危害指數(shù)Hg>Cd>Pb>Cu>Zn。海區(qū)各調(diào)查站位的重金屬RIs值為14.34-56.53，平均值為29.61，研究區(qū)沉積物重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低。

表5 研究區(qū)沉積物調(diào)查及評(píng)價(jià)結(jié)果

2.3 生物生態(tài)評(píng)價(jià)

研究區(qū)生物調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表6，浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲生物和潮間帶生物的種類數(shù)、密度和生物量在各調(diào)查站位的變化范圍比較大。海區(qū)浮游植物密度較大，平均密度為297.34×106cells/m3；浮游動(dòng)物平均密度為205 ind./m3，平均生物量為188.5 mg/m3；底棲生物平均密度為513.6 ind./m2，平均生物量為198.86 g/m2；潮間帶生物平均密度為860.4 ind./m2，平均生物量為352.50 g/m2。海區(qū)浮游植物和浮游動(dòng)物的多樣性指數(shù)平均值分別為2.31和2.28，指示海洋環(huán)境為輕度污染，海區(qū)底棲生物和潮間帶生物的生物多樣性指數(shù)平均值分別為1.77和1.97，指示海洋環(huán)境為中度污染。

從各個(gè)調(diào)查站位的生物分布來(lái)看，馮家江口及其鄰近海域存在一定的差異，具體見(jiàn)圖4。位于馮家江口2號(hào)和3號(hào)站的浮游植物種類數(shù)分別為6種和9種，密度分別為48.32×106cells/m3和13.4×106cells/m3，遠(yuǎn)低于研究區(qū)的平均值18種和297.34×106cells/m3。2號(hào)和3號(hào)站的浮游動(dòng)物種類數(shù)分別為1種和2種，密度分別為10 ind./m3和20 ind./m3，也遠(yuǎn)低于研究區(qū)的平均值9種和205 ind./m3。浮游動(dòng)物的種類數(shù)、密度和生物量分布由江口向外呈遞增趨勢(shì)(圖4)。底棲生物的分布與浮游植物和浮游動(dòng)物不同，江口和鄰近海域底棲生物的種類沒(méi)有明顯差異，而密度和生物量江口明顯高于鄰近海域。潮間帶生物的種類數(shù)、密度和生物量分布與底棲生物相似，具有江口高于鄰近海域的特征。馮家江口2號(hào)和3號(hào)站浮游動(dòng)物的生物多樣性指數(shù)較低，分別僅有0和1，與鄰近海域差異較大。浮游植物、底棲生物和潮間帶生物的生物多樣性指數(shù)在江口和鄰近海域差別不大(表6，圖4)。

表6 研究區(qū)生物生態(tài)調(diào)查結(jié)果及生物多樣性指數(shù)

2.4 生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)

對(duì)研究區(qū)各調(diào)查站位的準(zhǔn)則層指標(biāo)進(jìn)行賦值和綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見(jiàn)表7。由賦值結(jié)果可知，在水環(huán)境方面，馮家江口的2號(hào)和3號(hào)站位中的溶解氧、化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽的賦值結(jié)果明顯低于其他站位；在沉積物環(huán)境方面，2號(hào)和3號(hào)站沉積物中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)賦值低于其他站位；在生物生態(tài)方面，2號(hào)和3號(hào)的浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)賦值低于其他站位。其他指標(biāo)賦值結(jié)果在江口和鄰近海域沒(méi)有明顯差異。

研究區(qū)的水環(huán)境指數(shù)為3.5，水環(huán)境良，其中溶解氧、化學(xué)需氧量、活性磷酸鹽賦值結(jié)果為4，無(wú)機(jī)氮、重金屬污染指數(shù)和油類賦值結(jié)果為3。研究區(qū)的沉積物環(huán)境指數(shù)為3.7，沉積物環(huán)境優(yōu)，其中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和有機(jī)碳的賦值結(jié)果為4，石油類的賦值結(jié)果為3。研究區(qū)的生物生態(tài)指數(shù)為2.5，生物生態(tài)環(huán)境中等，其中浮游植物和浮游動(dòng)物的多樣性指數(shù)賦值為3，底棲生物和潮間帶生物多樣性指數(shù)賦值僅為2，相對(duì)較低。研究區(qū)的生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為3.2，海區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為優(yōu)。

圖4 研究區(qū)各站位生物種類數(shù)、密度、生物量和生物多樣性指數(shù)

表7 研究區(qū)各評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值及綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

續(xù)表

綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，位于馮家江口的2號(hào)和3號(hào)站的生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)指數(shù)較低，分別僅有2.4和2.8，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量分別為中等和良好。鄰近海域的生態(tài)環(huán)境綜合指數(shù)均大于3，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為優(yōu)。各調(diào)查站位的水環(huán)境指數(shù)(Indices of MwENV)、沉積物環(huán)境指數(shù)(Indices of SdENV)、生物生態(tài)指數(shù)(Indices of BeCHA)和綜合評(píng)價(jià)指數(shù)(Integrated indices)見(jiàn)圖5。其中2號(hào)站和3號(hào)站的水環(huán)境指數(shù)都較低，2號(hào)站的生物生態(tài)指數(shù)較低，2號(hào)、3號(hào)和6號(hào)站的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)有明顯的遞增趨勢(shì)，表明由馮家江口向外生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐漸變好。

圖5 調(diào)查站位評(píng)價(jià)指數(shù)直方圖

3 討論

3.1 水環(huán)境和沉積物環(huán)境影響因素分析

廣西北海馮家江口及其鄰近海域水環(huán)境總體評(píng)價(jià)為良好，馮家江口水環(huán)境污染相對(duì)嚴(yán)重，超標(biāo)的水質(zhì)要素主要有溶解氧、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽。與2016年海區(qū)環(huán)境質(zhì)量調(diào)查結(jié)果[18]相比，2021年研究區(qū)海水中無(wú)機(jī)氮的超標(biāo)率由30%降到20%，石油類超標(biāo)率由60%降到0，化學(xué)需氧量超標(biāo)率由25%降為0，研究海區(qū)經(jīng)過(guò)治理后水環(huán)境質(zhì)量得到改善。

馮家江屬于潮汐河流，所在流域過(guò)去排污情況嚴(yán)重。得益于2018年馮家江水環(huán)境治理工程，大量的排污口和養(yǎng)殖排水被整治清理，馮家江口海水中的石油類和化學(xué)需氧量含量明顯降低。受城鎮(zhèn)生活污染物、人畜糞便及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥施用等影響，馮家江流域地表徑流的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽含量較高[34]，地表徑流將較多的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽帶入馮家江中，導(dǎo)致馮家江口的無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽超標(biāo)。研究區(qū)1-4號(hào)站位位于馮家江口，該區(qū)域受河流和潮汐的共同影響，由江口向外水體交換能力逐漸增強(qiáng)。地表徑流帶來(lái)的無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽被不斷稀釋，因此由江口向外呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)(圖3)。

馮家江口海水中溶解氧、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽在部分站位超出四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，但這種超標(biāo)現(xiàn)象影響范圍較小，溶解氧、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽含量在出江口位置迅速恢復(fù)到正常水平，鄰近海域的各項(xiàng)水質(zhì)要素均能滿足二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，因此研究區(qū)整體水環(huán)境仍為良好。

沉積物是持久性有機(jī)污染物、石油類和重金屬主要的匯，沉積物若受到污染將會(huì)對(duì)海區(qū)的浮游生物、底棲生物乃至紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。本文的分析結(jié)果表明研究區(qū)的沉積物環(huán)境處于優(yōu)良狀態(tài)，調(diào)查結(jié)果顯示沉積物中有機(jī)碳、石油類、銅、鉛、鋅、鎘、汞含量均較低，這與前人的研究結(jié)果[19]相同，馮家江口及其鄰近海域沉積物仍保持清潔狀態(tài)，重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)低。

3.2 生物多樣性影響因素分析

由于淡水和陸源物質(zhì)的注入，河口及其鄰近水域形成了獨(dú)特的河口類型海洋生態(tài)系統(tǒng)。一般情況下河口區(qū)生物的種類組成較為復(fù)雜，多樣性指數(shù)較高，不過(guò)馮家江口及其鄰近海域的生物多樣性指數(shù)并不高(表6)。調(diào)查結(jié)果顯示研究區(qū)的浮游植物和浮游動(dòng)物的生物多樣性整體處于中等水平，而底棲生物和潮間帶生物的生物多樣性整體處于較低水平。

生物多樣性與海洋環(huán)境中的水質(zhì)、沉積物質(zhì)量關(guān)系密切，環(huán)境污染會(huì)對(duì)海區(qū)的生物多樣性造成不利影響。環(huán)境對(duì)生物多樣性的影響主要是對(duì)敏感種的影響，當(dāng)環(huán)境受到污染，不耐污種會(huì)消失，耐污種大量繁殖，導(dǎo)致種類單一，個(gè)體數(shù)量較多，生物多樣性下降[35]。研究海區(qū)的大型底棲生物優(yōu)勢(shì)種為珠帶擬蟹守螺(Cerithideacingulata)和斜肋齒蜷(Sermylariqueti)，潮間帶生物的優(yōu)勢(shì)種為斜肋齒蜷、珠帶擬蟹守螺、奧萊彩螺(Clithonoualaniensis)和毛掌活額寄居蟹(Diogenespenicillatus)，耐污種的優(yōu)勢(shì)明顯，這與該海區(qū)2017年的調(diào)查結(jié)果[20]相似。馮家江流域經(jīng)過(guò)治理后，水環(huán)境和沉積物環(huán)境質(zhì)量得到改善，但是大型底棲生物和潮間帶生物種群結(jié)構(gòu)仍以耐污種為主，生物多樣性仍未得到恢復(fù)。這可能與底棲生物對(duì)環(huán)境的敏感性較低有關(guān)，因?yàn)閷?duì)環(huán)境變化不敏感，底棲生物種群結(jié)構(gòu)變化可能滯后。底棲生物多樣性指數(shù)較低的情況在北部灣近岸海域較為常見(jiàn)，龐碧劍等[36]研究發(fā)現(xiàn)北部灣近岸海域底棲生物多樣性指數(shù)平均值僅為1.32，如果采用底棲生物的多樣性指數(shù)進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，污染程度評(píng)價(jià)結(jié)果會(huì)比用浮游植物多樣性指數(shù)作出的評(píng)價(jià)結(jié)果污染程度更嚴(yán)重，因此認(rèn)為底棲生物多樣性指數(shù)不適于用來(lái)評(píng)價(jià)像北部灣這樣較為清潔的海域。

海區(qū)浮游植物和浮游動(dòng)物的生物多樣性整體處于中等水平，與鄰近海域相比，馮家江口浮游植物和浮游動(dòng)物都具有種類少、密度低的特征(圖4)。浮游動(dòng)物在江口內(nèi)外的分布差異特征更加明顯，江口浮游動(dòng)物生物多樣性指數(shù)也明顯低于鄰近海域。研究區(qū)浮游植物和浮游動(dòng)物沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)種，馮家江口也未出現(xiàn)耐污種(指示環(huán)境受到污染)。馮家江口海水中的鹽度、pH值、營(yíng)養(yǎng)鹽、溶解氧等要素變化較大(圖3)。浮游動(dòng)物對(duì)這種環(huán)境變化反應(yīng)較為敏感，表現(xiàn)為種類數(shù)、密度和生物多樣性指數(shù)由河口向外呈遞增的趨勢(shì)，這種分布特征與北部灣浮游動(dòng)物的空間分布規(guī)律一致[37]。

3.3 綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與主要影響因素分析

廣西北海馮家江口及其鄰近海域生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果整體為優(yōu)，其中馮家江口海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相對(duì)較差，由江口向外生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈逐漸變好趨勢(shì)。馮家江口海水溶解氧含量較低，無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽含量高，浮游動(dòng)物生物多樣性較低，導(dǎo)致江口海洋生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果只達(dá)到中等或良好水平。

為了研究影響海區(qū)綜合生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的主要因素，本文對(duì)海水溫度、pH值、鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、重金屬污染指數(shù)、石油類，沉積物中的重金屬風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)、有機(jī)碳、石油類，生物生態(tài)中的浮游植物生物多樣性指數(shù)、浮游動(dòng)物生物多樣性指數(shù)、底棲生物生物多樣性指數(shù)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表8。

相關(guān)性分析結(jié)果顯示各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間具有較強(qiáng)的相關(guān)性。由表8可知海水中化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽三者相互之間具有顯著的正相關(guān)性，化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽分別與pH值、鹽度和溶解氧具有顯著的負(fù)相關(guān)性。無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽由地表徑流帶入海區(qū)，化學(xué)需氧量能反映水體中還原性物質(zhì)的污染程度，三者具有顯著正相關(guān)性，說(shuō)明地表徑流也將部分還原性物質(zhì)帶到海區(qū)。無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽由河口向鄰近海域逐漸擴(kuò)散，濃度逐漸降低，而在河口位置海水由于地表水的注入，pH值和鹽度由鄰近海域向河口也呈現(xiàn)逐漸降低趨勢(shì)，因此海水中的無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽分別與pH值、鹽度具有顯著的負(fù)相關(guān)性。海水中還原性物質(zhì)含量越高，則需要消耗越多的溶解氧，使得水體中溶解氧降低，因此海水中化學(xué)需氧量與溶解氧具有一定的負(fù)相關(guān)性。

相關(guān)性分析結(jié)果顯示浮游動(dòng)物的生物多樣性指數(shù)與海水中的化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽和石油類具有顯著負(fù)相關(guān)性，與海水的鹽度和pH值具有顯著正相關(guān)性，與溶解氧和浮游植物多樣性指數(shù)具有正相關(guān)性，這表明浮游動(dòng)物的多樣性可能受多種因素影響。營(yíng)養(yǎng)鹽可能是影響浮游動(dòng)物生物多樣性的因素之一，入海河流通常會(huì)攜帶大量的營(yíng)養(yǎng)鹽入海，使得河口區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化程度較高，對(duì)近岸海域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響[38]。馮家江口海水營(yíng)養(yǎng)鹽含量較高，改變了河口水生生物的生境，一定程度導(dǎo)致浮游動(dòng)物種類、密度和生物多樣性指數(shù)降低[39,40]。河口浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)會(huì)受到溫度、鹽度、食物和動(dòng)物攝食等因素的影響,鹽度是決定浮游動(dòng)物分布的關(guān)鍵性因素之一[41]。本文中馮家江口浮游動(dòng)物生物多樣性指數(shù)較低，江口海水中的鹽度、pH值、溶解氧等水環(huán)境因子也可能是浮游動(dòng)物生物多樣性降低的影響因素。與浮游動(dòng)物不同，浮游植物和底棲生物多樣性指數(shù)與各評(píng)價(jià)指標(biāo)均不存在相關(guān)性，這也說(shuō)明了浮游植物和底棲生物對(duì)河流引起的生境變化反應(yīng)不敏感。

表8 評(píng)價(jià)指標(biāo)的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析結(jié)果還顯示海水中的石油類、沉積物重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與海水中的化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽具有正相關(guān)性，與海水中的pH值、鹽度和溶解氧具有負(fù)相關(guān)性。這說(shuō)明研究區(qū)海水中的石油類和沉積物中的重金屬也可能受地表徑流的影響。

綜合來(lái)看，馮家江口及其鄰近海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體為優(yōu)，但在河口位置海水仍存在水體富營(yíng)養(yǎng)化和缺氧的風(fēng)險(xiǎn)，河口水生生物多樣性也處于中低水平。馮家江口生態(tài)保護(hù)需要重視河口營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入控制和海洋生物多樣性的恢復(fù)。

4 結(jié)論

(1)廣西北海馮家江口及其鄰近海域整體水環(huán)境良好。馮家江口海水中溶解氧含量較低，無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽含量較高，個(gè)別站位超出四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，鄰近海域海水水質(zhì)均能滿足二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。沉積物環(huán)境為優(yōu)，沉積物中有機(jī)碳、石油類和重金屬指標(biāo)都符合一類海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)，其中重金屬含量低，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低。

(2)海區(qū)浮游植物和浮游動(dòng)物多樣性處于中等水平，底棲生物和潮間帶生物的生物多樣性處于較低水平。與其他類型生物相比，浮游動(dòng)物對(duì)水環(huán)境變化反應(yīng)較為敏感，馮家江口的浮游動(dòng)物生物多樣性較差。

(3)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，海區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量整體為優(yōu)，其中馮家江口的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相對(duì)較差，由江口向外呈逐漸向好趨勢(shì)。

(4)馮家江口水體中溶解氧含量較低，無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽含量較高，浮游動(dòng)物多樣性較差，導(dǎo)致江口海洋生態(tài)環(huán)境綜合評(píng)價(jià)結(jié)果相對(duì)較差，只達(dá)到中等或良好水平。