（捕捞学专业论文）海州湾人工鱼礁海域环境质量分析.pdf

上海海洋人学硕十论文 上海海洋大学学位论文原创性声明 ii ! i iiii ii i iiii iiii 18 216 8 7 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体己经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我 学位论文作者虢缈 日期：冲年占月同 上海海洋大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口 ，在年解密后适用本版权书。 学位论文作者虢尹彭 日期：7 啤6 月白 指删币繇码传嗡 日期：澌晖6 月同 上海海洋人学硕七论文 上海海洋大学硕士学位论文 答辩委员会成员名单 姓名工作单位职称备注 王鲁民东海水产研究所研究员主席 宋利明上海海洋大学教授委员 许柳雄上海海洋大学教授委员 叶旭昌上海海洋大学副教授秘书 答辩地点 14 0 7 答辩日期 2 0 10 6 1o 上海海洋大学硕士学位论文 海州湾人工鱼礁海域环境质量分析 摘要 海州湾人工鱼礁于2 0 0 3 年底投放，旨在改善连云港海州湾同益降低的渔业资 源。全国八大渔场之一的海州湾是一个开敝性海湾，曾因盛产鱼虾蟹贝等1 0 0 多 种海产品而久负盛名。然而，由于狂捕滥捞和环境污染，到1 9 9 3 年就再也形不成 规模渔汛，一些鱼类、贝类开始大幅减少，尤其是大小黄鱼、梭子蟹、东方对虾 等特产近乎绝迹。而设置人工鱼礁能够改善海洋资源环境，吸引和保护生物资源。 本文首先系统地整理和分析了自2 0 0 7 年以来对人工鱼礁海域的环境调查数 据，并对该区域水环境、沉积物的变化及其相互问的关系进行了研究，运用灰色 聚类、潜在生态风险评价等方法科学评价人工鱼礁区投礁后的环境现状，深入分 析了鱼礁区化学因子的变化趋势和周围海域的影响，对于该地区海洋资源的可持 续发展和利用具有重要的理论意义和实际意义。 结果表明，投礁前，海州湾海水溶解氧含量为8 4 0m g l ，投礁后2 0 0 7 年、2 0 0 9 年溶解氧含量均大于投礁前。鱼礁区和对照区c o d 含量随着年份呈递减趋势，0 9 年达到国家海水质量标准一类。营养盐的含量变化受生物活动影响，鱼礁区受影 响较大。活性磷酸盐含量逐年降低，0 9 年达国家水质标准二类。春季鱼礁区磷酸 盐含量略高于对照区，高出0 0 0 2 5 m g l 。 底泥总磷含量都在增长，其中，鱼礁区春夏季增加含量均大于对照区，春季 是对照区的4 9 1 倍，夏季是对照区的1 1 l 倍，而秋季对照区底泥总磷大于鱼礁区。 秋季海水运动强烈，底泥不断受到搅动，再加上鱼礁区的阻挡作用，使底泥不易 扩散，而对照区无阻挡，底泥上覆水层被搅乱，露出底泥下层，故取样时的底泥 比鱼礁区的底泥深度相对要深，所以总磷含量要大于鱼礁区。用s u r f e r 5 0 软件做 等值图显示春夏季底泥总磷鱼礁区间含量分布比对照区有较陡的梯度分布，可能 是因为礁体产生的上升流使礁体底部磷元素横向和垂向释放，横向释放使底泥更 往礁体堆积，而垂向释放使底泥中的物质向上输送，造成靠近礁体的底泥总磷浓 度大于附近的浓度，故而等值线梯度比对照区的陡。底泥总氮则与总磷相反，可 能是礁区聚集的底栖生物较多，被生物利用吸收较多，且底泥中的细菌也助长底 泥中的氮元素转化为底栖生物吸收的氨氮。 水质富营养化评价结果表明鱼礁区的营养程度比对照区要稍高。对沉积物重 i 上海海洋大学硕十学位论文 金属的评价中，h g 从单个元素污染程度指数和潜在生态风险指数评价来看，高于 其他5 种重金属，处于中度污染状态。调查海域在秋季潜在生态危害高于春夏季， 按照潜在生态风险评价的等级标准来衡量，该海域各调查区各季节值均小于i 级潜在生态指数值1 5 0 ，说明人工鱼礁区1 、2 和对照区l 、2 总体上潜在生态危害 处于轻微水平。 关键词：海州湾，人工鱼礁，环境变化，环境评价 i i 上海海洋人学硕士学位论文 t h ec h e m i c a le n v i r o nm e n ta n a l y s i so fa r t i f i c i a lr e e fa r e ai n h a i z h o ub a y a bs t r a c t t oi m p r o v et h ed e c l i n i n gf i s h e r yr e s o u r c e ，h a i z h o ub a yp u ta r t i f i c i a lr e e f sa tt h e e n do f2 0 0 3 a so n eo ft h ee i g h tn a t i o n a lf i s h e r i e s ，h a i z h o ub a yi sa no p e nb a y ，w h i c h w a sf a m o u so fi t sm o r et h a n10 0k i n d so fs e a f o o d h o w e v e r ，d u et oe x c e s s i v ef i s h i n g a n de n v i r o n m e n tp o l l u t i o n ，i th a dn ol o n g e rs c a l ef i s h i n gs e a s o n ，s o m ef i s h ，s h e l l f i s h b e g a nt os i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e ，p a r t i c u l a r l yt h el a r g ey e l l o wc r o a k e r , t h es m a l ly e l l o w c r o a k e r ，s w i m m n gc r a b ，s h r i m pa n do t h e rs p e c i a l t i e sb e i n ge x t i n c t e d t h es e to f a r t i f i c i a l r e e f sw h i c hw o u l da m e n dt h er e s o u r c ee n v i r o m e n t ，w i l la t t r a c tt oal o to fb i o l o g y r e s o u r c ea n dp r o t e c tt h e m t h et e x tm e t h o d i c a la n a l y s e st h ea r t i f i c i a lr e e f so fe n v i r o n m e n t a lr e s e a r c hd a t a ， r e s e a r c ho nt h ec h a n g e so ft h ew a t e r , s e d i m e n ta n dt h e i rm u t u a lr e l a t i o n sa n du s e s c i e n t i f i ca s s e s s m e n tm e t h o do fg r e yc l u s t e r i n ga n dt h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ke v a l u a t i o n t ot e l lt h ee n v i r o n m e n tc h a n g e sa f t e ra r t i f i c i a lr e e f ss i n k i n g ，d e e p l ya n a l y z et h e c h e m i c a lc h a n g et r e n d sa n dt h ee f f e c to nt h es u r r o u n d i n gs e a s ，h a v ea ni m p o r t a n t t h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c eo ns u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ta n du s eo fm a r i n e r e s o u r c e s t h er e s u l ti st h a tt h ed i s s o l v e do x y g e nc o n c e n t r a t i o no fh a i z h o ub a yo f2 0 0 7 - 2 0 0 8 i sh i g e rt h a n8 4 0m g lt h a to fb e f o r es i n k i n ga r t i f i c i a lr e e f s t h ec o n t e n to fc o d i s b e i n gd e c l i n g s i n c e2 0 0 7a n di nt h ef i r s tc l a s so fs e a w a t e rq u a l i t y t h en u t r i e n t c o n c e n t r a t i o ni sd e t e r m i n e dt ot h el i v i n gc r e a t u r e sa c t i v i t y , e s p e c i a l l yi nt h ea r t i f i c i a l r e e f s a c t i v a t e dp h o s p h a t el e v e l sd e c r e a s e d ，i n2 0 0 9i t sc o n t e n tr e a c ht h en a t i o n a lw a t e r q u l i t yi ic l a s s a r t i f i c i a lr e e f sp h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o ni sh i g h e rt h a nc o n t r o la r e a i n s p r i n g ，s l i g h t l y0 0 0 2 5m g l t h et o t a lp h o s p h a t ec o n t e n to fs e d i m e n ti si ng r o w t h ，t h e r e i n t o ，r e e f sa r e a s i n c r e a s e dc o n t e n ti sl a r g e rt h a nc o n t r o la r e a si ns p r i n go f4 91t i m e sa n ds u m m e ro f1 11t i m e s ， i i i 上海海洋大学硕十学位论文 w h i l ea r el o w e ri na u t u m n i nf a l ls e a w a t e rm o v e m e n tb e c o m es t r o n g e r , s t i r r i n g s e d i m e n t ，a n ds t o p i n gs e d i m e n tt os p r e a dw h i l er e e f ss t a n d i n gt h e r e ，b u tn ob l o c kt ot h e c o n t r o la r e a s ot h es u r f a c es e d i m e n ti nc o n t r o la r e a si se a s i l yt om o v ea n de x p o s et h e l o w e rs e d i m e n t ，s ot h es a m p l i n gd e p t hi sl o w e rt h a nt h a to fa r t i f i c i a la r e a s t h u st h et o t a l p h o s p h a t ec o n t e n ti sg r e a t e rt h a nr e e f ss e d i m e n t t h r o u g hs u r f e r8 0s o f t w a r et od ow i t h ac o n t o u rc h a r to ft h et o t a lp h o s p h a t ec o n t e n td i s t r i b u t i o ns h o w st h e r ea r eas t e e p e r g r a d i e n ti na r t i f i c i a lr e e fa r e a p r o b a b l yb e c a u s er e e f sp r o d u c e st h eu p w e l l i n gm a k e b o t t o ms e d i m e n t sp h o s p h o r u sr e l e a s et oh o r i z o n t a la n dv e r t i c a l h o r i z o n t a lm o v em a k e s e d i m e n ta c c u m u l a t i o na n dv e r t i c a lr e l e a s es e d i m e n ts u b s t a n c e st ot h eu p p e rw a t e rc a n c a u s et o t a lp h o s p h o r u sc o n c e n t r a t i o nn e a rt h er e e f sa r e ag r e a t e rt h a nt h ea r e ao f ft h e r e e f s ot h eg r a d i e n ti s s e e p e rt h a n c o n t r o la r e a s t o t a l n i t r o g e n c o n t e n ts h o w st h e c o n t r a r yd i s t r i b u t i o n t op h o s p h a t e ，i tm a yb ea s s e m b l e dm o r eb e n t h o na b s o r b i n g n i t r o g e nw h i c hd e c l i n e t h ew a t e re u t r o p h i c a t i o ne v a l u a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h er e e f st r o p h i cl e v e l s h i g h e rt h a nt h ec o n t r o la r e a f r o mt h ei n d i v i d u a le l e m e n t sp o l l u t i o ni n d e xn dp o t e n t i a l e c o l o g i c a lr i s ka s s e s s m e n ti n d e x ，h gi sh i g h e rt h a nt h eo t h e r5h e a v ym e t a l sa n di n m e d i u mp o l l u t i o ns t a t e i n v e s t i g a t i o na r e ai nt h ea u t u m nw h i c hp o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k i sa b o v es p r i n ga n ds u m m e r , a c c o r d i n gt ot h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lv a l u e sc l a s s e s ，t h e i n v e s t i g a t i o na r e aa r el e s st h a nt h eil e v e lv a l u eo f15 0 ，t h a tm e a n sa r t i f i c i a lr e e fa r e a1 ， 2 ，a n dc o n t r o l l e da r e a1a n d2p o t e n t i a le c o l o g i c a lh a r mi si nt h el e v e lo fl i g h t k e y w o r d s ：h a i z h o ub a y , a r t i f i c i a lr e e f s ，e n v i r o n m e n tc h a n g e s ，e n v i r o n m e n t e v a l u a t i o n 上海海洋人学硕士学位论文 目录 中文摘要i 英文摘要i i i 第一章引言l 1 1 问题的提出l 1 2 人工鱼礁的功能。2 1 2 1 改善资源2 1 2 2 改善环境2 1 2 3 产生新的生态系统3 1 3 研究现状3 1 3 1 海州湾自然状况3 1 3 2 海州湾化学环境研究3 1 3 3 人工鱼礁的化学环境研究5 1 4 研究特色5 1 5 研究内容和意义6 第二章海州湾水环境变化7 2 1 材料和方法7 2 1 1 调查时间、地点7 2 1 2 调查方法、内容：8 2 2 水质调查结果8 2 2 1 溶解氧8 2 2 2 化学需氧量1 0 2 2 3 无机磷酸盐1 2 2 2 4 硅酸盐1 4 2 2 5 无机氮15 2 2 6 叶绿素a 17 2 2 7 悬浮物l7 2 2 8 油类1 9 2 2 9 重会属1 9 2 3 评价方法2 1 上海海洋人学硕士学位论文 2 3 1 数据处理2 3 2 3 2 白化权函数2 3 2 3 3 确定聚类权2 5 2 3 4 确定聚类系数仃j 并构造聚类向量伊2 6 2 3 5 确定聚类等级2 7 2 4 讨论2 7 第三章海州湾沉积物变化3 0 3 1 底泥总氮、总磷3 0 3 1 1 调查站位_ 3 0 3 1 2 调查方法3 0 3 1 3 结果分析3 l 3 2 重金属状况3 5 3 2 1 调查时间、站位3 5 3 2 2 调查内容、方法3 6 3 2 3 结果与分析3 6 3 3 评价方法3 9 3 4 讨论4 4 第四章环境因子相关性分析4 6 4 1 投礁前鱼礁区和对照区环境因子相关性分析4 6 4 2 投礁后鱼礁区和对照区环境因子相关性分析4 7 第五章结论4 9 5 1 结论，4 9 5 2 建议4 9 参考文献5l 致谢5 5 上海海洋大学硕十学位论文 第一章引言 1 1 问题的提出 连云港海州湾是我国四大渔业的产卵场和索饵场之一。每年的5 6 月是大黄 鱼、带鱼的产卵场，7 1 1 月是大黄鱼、带鱼索饵场，9 1 0 月是大黄鱼的产卵场。 海州湾还是其他经济鱼类的产卵场，如蓝点马鲛、日本鲤鱼、鲳鱼、部分绿鳍马 面纯等。这样一个优势渔场，也因过度捕捞，资源趋向衰竭。 针对海洋渔业资源的严重衰退和海洋生态环境的恶化，近年来，世界各国为 了保护和改善海洋生态环境，修复近海海洋生物栖息地和受损珊瑚礁，增加海洋 生物资源量，都在不同程度地发展自己的人工鱼礁项目。我国也于2 0 世纪末在沿 海地区开展人工鱼礁渔场建设来保护改善近海生态环境、修复近海渔业资源、促 进渔业生产可持续发展。在我国，广东在国家级海洋自然保护区南麂列岛海域率 先投放了第一批2 座人工鱼礁【。浙江舟山、福建汕头、辽宁大连、山东烟台怛j 等地均提出了建设人工鱼礁的规划方案或可行性报告并己实施中。江苏省连云港 海洋与渔业局也在海州湾启动了人工鱼礁建设项目，以养护渔业资源和保护海洋 生态环境，同时促进渔业产业结构的调整，带动水产业、制造业和旅游业等相关 产业的发展，构造一个连云港市经济发展的新平台，为海州湾综合开发利用发挥 巨大的主导作用。 开展连云港海州湾人工鱼礁项目是为了养护该区域的渔业资源和保护海洋生 态环境。海洋生态系统分为沿岸域生态系和外洋域生态系。沿岸域生态系因为接 近陆地所以与人类活动有较密切的关联，同时沿岸域因水浅、阳光充足和营养盐 来源丰富等原因，也具有比外洋域更丰富的生态。但也因为在这区域人类活动频 繁，容易造成沿岸域地形改变和水质污染，以致影响或破坏了生态环境。如生活 污水、城市污水通过临洪河、沙旺等河口排入海州湾，临海工业( 造纸厂、盐化 厂、碱厂) 废水直接排流入海。此外，海上船只和渔船修造业也会产生、排放和 泄漏的污水、柴油、废物等。连云港近岸海洋工程逐年增多，伴随该海域及沿海 地区的开发，也产生一系列的环境问题，如近岸海洋工程的建设及其扩建工程改 变了泥沙的运移路径和水动力条件，引起了近岸海域底质类型的变化，导致了冲 淤变化，危及到底栖生物的生境。还有人工礁区本身投放后，对海域潮流特性及 上海海洋人学硕十学位论文 泥沙运移所产生的环境影响等等，都对海州湾人工鱼礁区的海域环境带来威胁。 海州湾海域在上个世纪8 0 年代末期开始出现赤潮，但赤潮覆盖面积较小，持续时 间也短，对渔场和养殖业的破坏不大。此后赤潮发生渐多，特别是近年来，几乎 每两年就有一次，多发生在夏季暴雨之后，给海洋环境带来了严重破坏。 海州湾人工鱼礁自2 0 0 3 年启用至今已经运行了7 年，但是对该海域人工鱼礁 投放后生态环境质量变化及评价的系统的研究还没有开展。人工鱼礁的设置，改 变了区域的潮流运动特性，增加了多种流态，也改变了泥沙的迁移规律。底质的 营养物质和非营养物质也因此通过上升流和涡流再次进入到水体中，原本稳定的 环境因这些物质的释放，对生物产生促进还是抑制作用；会不会造成生态容量的 改变，从而威胁生态平衡；同时，底泥中的重金属在海流的作用下不断释放到水 体中产生二次污染，生物体通过食物链作用，是否会受到危害? 这些问题都需要 得到关注，也都有必要要对人工鱼礁海域的环境进行监测。本文将根据海州湾人 工鱼礁现场调查资料，通过对照区和鱼礁区的比对，分析人工鱼礁对水环境、沉 积物的影响，探讨人工鱼礁重金属的释放行为及对周围环境的潜在生态危害影响。 希望通过研究，为人工鱼礁的规范化使用和科学运行提供科学依据，有利于该地 区海洋资源的可持续发展。 1 2 人工鱼礁的功能 1 2 1 改善资源 人工鱼礁投放后，礁体上会寄生着各种附着生物，在人工鱼礁周围水域或海 底繁殖着浮游生物、底栖生物等。对于诱集直接摄食鱼礁附着生物的鱼种和摄食 鱼礁周围水域浮游生物的鱼种，人工鱼礁作为这些鱼类的饵料场，对它们的摄食 和生长起着重要作用。人工鱼礁能够提供给弱小幼鱼躲避敌害的港湾，在背流的 位置，海流比较缓慢，也适合游泳能力弱的鱼类躲避强流冲击。鱼礁的设置也抵 抗了拖网作业对幼鱼的迫害，使该鱼种得以保护和补充p j 。 1 2 2 改善环境 人工鱼礁投放后改变了区域的潮流运动特性，鱼礁会产生多种流态，上升流、 线流、涡流等，从而改善环境【4 1 。海中设置鱼礁后，周围光、味、音环境也发生变 化。在光线到达的范围内，鱼礁的周围形成光学阴影，随着照度的增强，在水中 2 上海海洋人学硕士学位论文 形成暗斟引，有利于鱼类的栖息。 1 2 3 产生新的生态系统 人工鱼礁的设置可能会改变了原有的优势种，继而改变了原有的生态系统。 因鱼礁的设置，海域底层的生物种类发生变化，岩礁性和趋礁性的海洋生物种类 增加，继而出现了以这类生物为主的小型生态系统。 1 3 研究现状 1 3 1 海州湾自然状况 连云港市是我国沿海丌放城市之一，它紧邻黄海，海岸线长约1 6 1 6 k m ，弯曲 的海岸线形成著名的海州湾。海州湾面积7 9 0 6 平方公罩，隶属南黄海，介于东 经1 1 9 0 2 3 1 1 9 。5 l ，北纬3 4 0 3 07 3 5 0 0 8 之间，是江苏四大渔场之一，盛产鳓 鱼、鲅鱼、河豚、鲐鱼、带鱼、对虾等经济鱼虾类的一个开敞性港湾。 该海域岸线北起苏鲁交界的绣针河河口，南到灌河口，岸线长16 1 6k m ，海岸 带总面积约5 6 5 4k m 2 。有陆岸域1 6 2 5k m 2 ，海水水域4 0 2 9k m 2 ，基岩海岛9 个， 岩礁1 1 个。滩涂面积1 1 0 0 6 万亩，其中潮上带8 0 8 5 力亩，潮问带2 9 2 1 力亩。 海岸类型齐全，可分为4 段：绣针河至兴庄河为砂质海岸，全长3 0 0 6k m ，兴庄河 至西墅之间为淤长型泥质海岸，长3 1 8 7k m ，西墅至烧香河北口为江苏省唯一的 基岩海岸，长4 0 2 4k m ；烧香河北口至灌河之间为后退型淤泥质海岸，长5 9 3 9k m 。 底质为砾沙质。 连云港市汇入海州湾的主要排污是河流入海，其排污量约占全部排污量的 7 0 。连云港市沿海主要河流污染源按顺序依次市灌河、沙旺河。河流入海污染负 荷从大到小依次是临洪河( 3 3 ) 、新沂河( 2 8 ) 、灌河( 2 l ) 、沙旺河( 4 ) 【6 】 o 1 3 2 海州湾化学环境研究 ( 1 ) 海州湾水质研究 学者对海州湾水质研究内容包括溶解氧7 1 ，叶绿素a 【8 】，无机氮9 邶】，活性磷酸 盐【l o 】，并用主成分分析法【1 1 1 研究海州湾污染来源的主要因子，结果表明海州湾的 主要污染因子有活性磷酸盐、化学耗氧量、石油类、硝酸盐氮、铜和铅，亚硝酸 盐氮、锡、锌影响较小，同时发现，在我市沿岸人海的众多河流中，沙旺河、临 洪河、烧香河和五图河是带入污染较多的河流，应予优先考虑。用聚类分析和相 3 上海海洋大学硕士学位论文 关性分析法【8 】评价叶绿素a 和水环境因子的关系，发现叶绿素a 随距陆远近而发生 变化，受陆源输入影响较重，同时当地的富营养化程度在夏秋季节较高，影响叶绿素 a 的主要因子为p h 值和水温。 许勇( 2 0 0 8 ) 【9 j 还应用了m o d i s 影像对海州湾无机氮监测，发现海州湾海域 近岸的d i n 质量浓度明显高于远海，d i n 质量浓度最高的区域主要分布在临洪河 口、灌河口、埒子口、烧香河口和绣针河口等河口附近，反映了改海域的营养杨 来源于陆源排放，研究还验证了d i n 质量浓度与叶绿素浓度间呈正相关，即营养盐 主要来自悬浮物释放的结论吻合。宋伟华( 2 0 0 9 ) i o 】对灌河口的无机氮分布情况 与许勇一致。 为了更形象化体现海州湾污染扩散，龚政( 2 0 0 2 ) i 1 1 应用沿深平均二维模型 模拟海州湾潮流，以海州湾湾顶的临洪口为陆源污染源，用数值方法求解物质扩 散方程。谢飞( 2 0 0 8 ) 1 1 2 应用e c o m 3 d 模型模拟海州湾海域潮流和污染扩散分布， 结果表明在w s w 向风作用下，污染物有利于向外海扩散；在e 向风和e s e 向风作用 下污染物向近岸堆积。 近年海州湾赤潮爆发几率增加，规模也变大。为此刘吉堂( 2 0 0 8 ) 【1 3 】，钱燕 ( 2 0 0 8 ) 1 4 】，程军利( 2 0 0 9 ) i s 】，都探讨了赤潮与环境因子间的关系，结果都显 示赤潮发生前，海州湾近岸水域严重富营养化，赤潮发生过程中，天气晴朗、海面风力 小，适合藻类生长。 ( 2 ) 海州湾沉积物研究 海州湾沉积物的研究主要是重金属的分布情况，张慧等( 2 0 0 8 ) 1 1 6 j 对连云港 近岸海域沉积物的重会属进行平面研究，表明重金属c u 是主要污染物；其次分别 为a s ，c d t f ：d p b ，h g 污染水平相对较低，临洪河口、碱厂排污和西大堤工程对连云 港近岸海域沉积物中污染物分布影响较大；3 个区域相比较，碱厂区域沉积物质 量最差，污染呈加重趋势。 同年陈斌林等( 2 0 0 8 ) 1 7 】也对该近岸海域进行了重金属分析并利用潜在生态 危害系数与生态危害指数法对重金属的潜在危害进行了研究，结果表明该海域重 金属的潜在生态危害系数属于轻微生态危害，产生潜在生态危害的主要重金属是 a s ；c d 、c u 次之；p b 、h g 最弱；多种重金属的潜在生态危害指数属于轻微生态危 害。三个区域潜在生态危害程度由大n d , 的次序为：碱厂区域 港口区域 核电区域， 这个结论和张慧的结论一致。张存勇等( 2 0 0 8 ) 【l8 】对海州湾南部即连云港临洪河 和碱厂区域的沉积物进行垂向研究并且也用了潜在生态危害指数法评价重金属潜 4 上海海洋人学硕士学位论文 在生态危害。结果表明，海州湾南部近岸柱状样重金属浓度随深度基本呈锯齿状 变化；同有机质的相关性分析表明a s 、c u 、p b 与人为污染有关；重会属污染水平 总体轻微，其中主要污染元素是h g ，已达极强生态危害。 1 3 3 人工鱼礁的化学环境研究 关于人工鱼礁的研究在发达国家十分活跃。在m a r kb a i n e ( 2 0 0 1 ) 1 1 9 j 对人工鱼 礁的综述中认为：3 6 的文章是研究渔业生态和管理方面的，需要大量的采样。1 8 的文章研究人工鱼礁的设计，主要是如何集鱼。而对于人工鱼礁的化学环境研究， 更多的是鱼礁材料的影响，在其对人工鱼礁的研究中发现制作鱼礁的材料种类非 常丰富，达2 4 9 种。而对于人工鱼礁投放后环境化学因子变化的研究较少，m f a l c a o ，m n s a n t o s ( 2 0 0 6 ) 1 2 0 j 对位于葡萄牙南部海岸人工礁的生物地球化学过程 和养分循环过程进行了分析。结果表明：鱼礁区沉积物中的有机碳和叶绿素a 有着显著的指数拟合关系，显示底层生产率的提高；鱼礁区的颗粒态有机碳和 氮含量是投礁前的4 倍；水体中的营养盐和叶绿素a 的含量，鱼礁区高于对照 区。投礁两年后，近底层水的溶解有机质和无机质，要高3 0 6 0 ，特别强调的是 鱼礁区沉积物中丰富的有机质有再矿化的作用。 我国沿海现有多个鱼礁试验海域，也展开了相关的科研跟踪调查工作。目前， 这些科研研究主要体现在礁体设训2 1 也3 1 ，调查选址【2 4 之8 1 和生物资源状况【2 9 。3 。对 于人工鱼礁区化学环境的研究也是投礁前期的本底调查【3 2 。3 1 ，包括投礁礁体的材 料【3 4 】和礁体所处的底质问题【3 5 】，很少有涉及投礁后化学环境的变化分析【3 6 。3 7 1 。章 守字，张焕君等( 2 0 0 6 ) t 3 6 j 曾根据2 0 0 3 2 0 0 4 年对海州湾人工鱼礁海域进t 7 4 个航次的 调查数据显示，人工鱼礁投放所产生的上升流将沉积于底泥的氮营养盐携带至上 层，使得鱼礁区的海水特性由氮限制转变为磷限制，人工鱼礁对于海域生态环境 的改善作用得到了确认；王伟定，梁君，章守宇等( 2 0 1 0 ) 【3 7 】通过对2 0 0 3 2 0 0 7 年 嵊泗人工鱼礁区调查数据分析得，无机氮大多数处于阂值范围或低于最小阈值， 活性磷酸盐含量则严重超标，n p 值范围为0 6 2 8 0 1 4 8 2 7 3 ，嵊泗海域处于氮限制， 溶解氧不成为该海域浮游生物的生长限制因子。投放人工鱼礁后，生态效应不能 在短期罩得以体现，鱼礁区的水质情况要好于对照区，海域对p 的富集强度大于n ， 人工鱼礁建设对再生生产力影响较大，对新生产力的贡献很小。 1 4 研究特色 ( 1 ) 本文是注重从环境化学的角度对海州湾人工鱼礁建设对海域海洋环境改 善效果方面进行研究，分析人工鱼礁投放后对海洋环境变化过程，以期为今后鱼 5 上海海洋人学硕士学位论文 礁工程的建设提供一定的理论依据。 ( 2 ) 海州湾隶属于南黄海一部分，目f j 大多数研究区域只是南黄海1 2 0 0 e 以 东的区域，而对于连云港的海洋环境研究内容都是独立的。本文研究的是1 2 0 0 e 以西区域，涉及水环境和底质环境的内容，并将通过对比以往的研究，较全面地 了解海州湾的海洋环境变化。 1 5 研究内容和意义 2 0 0 7 年2 0 0 9 年对海州湾鱼礁区海域进行每年春夏秋三个季度的调查，根据 海洋监测规范例和海洋调查规范【3 9 1 及相关专业文献，测定d o 、c o d 、 悬浮物、叶绿素a 、无机磷酸盐、活性硅酸盐、无机氮、底泥总磷、底泥总氮、重 金属( 铜、锌、铅、镉、汞、砷) 这些水化学因子，通过与同期对照区的比对， 分析鱼礁区的环境变化，最后用灰色聚类分析评价海水水质富营养程度，用单因 子指数法，综合指数法及潜在生态危害系数法评价底泥重金属质量。 通过对人工鱼礁区域水质和底泥环境的调查，从直观上了解人工鱼礁带来的 环境改变，评价人工鱼礁对改善生态环境的重要性，进而推广人工鱼礁的有利效 应，为人工鱼礁建设事业提供科学依据和理论指导。 6 上海海洋大学硕士学位论文 2 1 材料和方法 第二章海州湾水环境变化 2 1 1 调查时间、地点 ( 1 ) 时间：2 0 0 7 年、2 0 0 8 年、2 0 0 9 年，每年5 月( 春季) 、8 月( 夏季) 、 1 1 月( 秋季) ，根据海洋监测规范和海洋调查规范对海州湾人工鱼礁投放 海域及对照海域进行3 个航次的水环境调查。 ( 2 ) 地点：鱼礁区经度为1 1 9 0 2 57 4 4 ”e 1 1 9 0 3 0 3 2 ”e ，纬度为3 4 0 5 2 6 ，n 3 4 0 5 8 4 ”n ，对照区选择主要环境要素( 潮流、水深、底质状况) 与鱼礁区相似， 且距离鱼礁区4 海里外的区域( 1 1 9 0 2 47 5 6 ”e ，3 4 0 5 7 3 0 ，n 、1 1 9 0 3 3 4 5 ”e - 1 1 9 。3 4 5 1 ”e ， 3 4 0 5 3 1 1 ”n 3 4 0 5 5 1 0 ”) 。具体调查站点见图2 1 。 图2 1 海州湾人工鱼礁调查站位 f i g 2 - 1s a m p l i n gs t a t i o n si nh a i z h o ub a y 7 上海海洋大学硕士学位论文 2 1 2 调查方法、内容 ( 1 ) 调查方法：海水和表层沉积物样品的采集、保存及分析按中华人民共和 国国家标准海洋调查规范( g b l 7 3 7 8 - - 1 9 9 8 ) 的有关规定进行，规范上没有涉及 到的试验方法，按各行业标准进行。溶解氧碘量法，c o d 碱性高锰酸钾法，亚硝 酸盐重氮偶氮法，硝酸盐锌镉还原法，铵盐次溴酸纳氧化法，活性磷酸盐抗坏血 酸还原磷钼蓝法，活性硅酸盐硅钼黄法，叶绿素a 分光光度法。 ( 2 ) 调查内容：根据调查方案要求，海水水质监测项目有溶解氧、c o d 、无 机氮、活性磷酸盐、活性硅酸盐、叶绿素a 、悬浮物等7 个项目：表层沉积物调查 项目有总氮、总磷2 个项目。从2 0 0 8 年起又增加了油类和重金属铜、锌、铅、镉、 汞、砷的监测。 2 2 水质调查结果 2 2 1 溶解氧 ( 1 ) 年变化： 鱼礁区溶解氧含量呈现递减趋势，而对照区先降后增。同年度的溶解氧含量 来看，鱼礁区和对照区溶解氧含量相差并不大。2 0 0 7 年鱼礁区溶解氧均值为9 0 9 m e ：a ，对照区为9 3 8m g l ；2 0 0 8 年鱼礁区溶解氧均值为8 3 9m e c l ，对照区为 8 1 0m g l ；0 9 年鱼礁区为8 1 7m g l ，对照区为8 3 0m g l 。 ( 2 ) 季节变化： 溶解氧季节变化：鱼礁区和对照区都表现为秋季 春季 夏季。 春季：鱼礁区和对照区的溶解氧范围为8 3 0 9 7 1m e c l ，其中鱼礁区溶解氧均 值8 7 2m e c l ，对照区9 0 3m e , l 。对照区的表层溶解氧含量都高于底层溶解氧含量； 鱼礁区也基本上呈现出这种现象，除了0 8 年鱼礁区2 ，鱼礁区4 ，0 9 年鱼礁区2 ， 鱼礁区6 。0 8 年鱼礁区间溶解氧的含量分布和0 9 年趋势类似，除了礁区4 和礁区 6 。 夏季：溶解氧范围6 7 0 1 0 4 0m e c l ，鱼礁区的溶解氧均值为8 4 3m g l ，对照 区的溶解氧均值为9 0 2m g l 。和春季规律一样，溶解氧含量是表层大于底层，对 照区表底层的差距比较均匀，而鱼礁区表底层的差距有的大，有的小。总体0 9 年 表底层差大于0 8 年表底层差。鱼礁区3 一直处于表底层差距很小。表层溶解氧同 一季度随年份呈现递增趋势，底层溶解氧6 个溶解氧趋势和0 9 年完全一致，只是 r 上海海洋大学硕士学位论文 值略有不同。我们可以认为人工鱼礁区投放后，底层流态效应在礁区已经稳定了。 秋季：因0 9 年天气原因，无法顺利采得样品，只取了部分站点的表层样品。 溶解氧范围6 4 5 l o 9 0m g l ，其中鱼礁区的溶解氧均值为8 7 8m g l ，对照区的溶解 氧均值为9 2 3m g l 。对照区表底层溶解氧含量不一致，对照区2 1 溶解氧含量表 层含量小于底层含量，相差o 2m g l ，而对照区2 2 表现为表层大于底层，溶解氧 量相差0 6m g l 。同一个对照区0 9 年溶解氧含量小于上一年。秋季海水运动剧烈， 鱼礁区的底层溶解氧都大于表层，秋天温度最低，氧气的溶解度增加，且秋季浮 游植物的活动丌始变得缓慢，使得表层海水中的d o 值最大。 1 2 0 0 i o o o 8 0 0 6 0 0 4 0 0 2 o o 0 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 8 0 ( ) 6o ( ) 4 0 0 2 0 0 0 0 0 1 2 0 0 1 0 0 0 80 0 6 i j ( ) 4 )