Distribution characteristics of C, N and P in Liusha Bay surface sediment and their pollution assessment
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摘要:
2012年5月至2013年1月，每季度在流沙湾内湾养殖区、外湾养殖区和外湾非养殖区采集沉积物和水质样品，测定沉积物的总有机碳(TOC)、总氮(TN)和总磷(TP)质量分数，以及底层水溶解氧(DO)和水温(T)，结合水动力分析，研究其表层沉积物中富营养物质碳(C)、氮(N)、磷(P)的分布特征和受污染程度。结果表明，流沙湾的物理地形决定了湾内流场水流缓慢、内外湾之间水交换过程缓慢的固有特征。底层水DO自春季开始逐步升高，冬季达到最大值。内湾养殖区的底层水DO均值低于外湾。表层沉积物TOC和TP质量分数没有明显的季节差异，但TN质量分数在春、夏季明显高于秋、冬季。养殖区的TOC、TN质量分数均显著高于非养殖区，且以内湾养殖区最高，其TP空间差异不显著。流沙湾表层沉积物TOC年平均有机碳污染指数为1.29，TN污染指数达2.98，而TP磷污染指数仅为0.92，表明该海域已受到中等水平的氮污染和低水平的有机碳污染，且现有养殖格局加速了养殖区的富营养物质沉积。
Abstract:We collected the sediment and water samples from breeding areas, farming areas and non-farming areas outside Liusha Bay quarterly during May, 2012 to January, 2013, and determined the total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP) content in the sediment, as well as dissolved oxygen (DO) and temperature (T) in the bottom water, hydrodynamically analyzing the distribution characteristics of C, N, P and their pollution. The results indicate that the physical terrain of Liusha Bay determined the slow flow of water inside the bay and the slow water exchange between inner and outer parts of the bay. The DO in bottom water significantly rose from spring to winter and reached the maximum. The DO in bottom water in inner bay was lower than that in outer bay. The TOC and TP contents in surface sediment had no significant seasonal changes, but the TN contents in spring and summer were obviously higher than those in autumn and winter. The TOC and TN contents in the sediment of the breeding areas were significantly higher than those in the non-breeding area, being the highest in the inner bay. The TP content showed no significant time and spatial difference. The annual average pollution indices for TOC, TN and TP were 1.29, 2.98 and 0.92, respectively, which indicated that the bay had suffered medium organic carbon pollution and low nitrogen pollution, and current aquaculture status had significantly accelerated eutrophic sedimentation in Liusha Bay.
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Keywords:
- Liusha Bay /
- sediment /
- organic carbon /
- nitrogen /
- phosphorus /
- pollution assessment
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流沙湾(20°22′~20°31′N, 109°55′~110°1′E)自然地理条件优越，是中国马氏珠母贝(Pinctada martensi)(“南珠”)的主要产区之一[1]。近年来，养殖者们引入了养殖周期短、见效快的网箱鱼类养殖和墨西哥湾扇贝(Argopecten irradians concentricus)养殖，使得流沙湾出现了网箱养殖、扇贝吊养和珍珠贝养殖并存的格局。2007年~2008年的自然灾害更使南珠产业雪上加霜，传统的南珠养殖者们大量转入网箱养鱼行业，导致湾内网箱数目剧增，且大部分设置在内外湾交界处，严重影响水体交换，养殖疾病爆发已成常态[2]。网箱养殖产生大量的沉积物[3-6]。对海域底质和水环境构成严重威胁，从而对该水域的养殖活动产生较大影响。因此，测定和分析沉积物中碳(C)、氮(N)和磷(P)的分布，不仅可以反映海域营养盐的转化规律，同时还可以有效评估流域生态环境的质量。
网箱养殖带来的环境问题也引起了人们的广泛关注，近年来学者们对于流沙湾海域的研究主要集中在养殖海域结构调查、海域水质评估、浮游生物调查等方面[7-9]，但是通过对该海域沉积物的污染评价来分析养殖活动影响的研究尚缺乏报道。笔者对流沙湾不同养殖区域表层沉积物中的N、P和有机碳质量分数及其时空分布特征展开研究，揭示养殖活动对海域污染情况以及沉积物的来源，以期为流沙湾海域养殖容量的研究及养殖区域的合理规划与管理提供参考依据。
1. 材料与方法
1.1 采样站位设定
2012年5月、8月、11月和2013年1月, 分别对流沙湾海域的10个站点(外湾养殖区1#、2#、3#、6#和7#站位，内湾养殖区8#、9#和10#站位，外湾非养殖区4#和5#站位)进行水文、水质和底质调查，采样站位见图 1。
1.2 样品采集与分析
海水水体中的溶解氧(DO)、水温、盐度和pH等理化因子采用便携式水质分析仪(YSI-556型)现场测定(海洋监测规范，GB/T 12763.4-2007)；水文指标采用回声测深仪和测流计(RHCM-445515型)现场监测；沉积物通过采泥器(抓斗式采泥器KH0201型)采集，刮取表层2 cm沉积物样品少许，带回实验室冷冻烘干备用。
将采集的表层沉积物样品置于恒温(60 ℃)下烘干至恒质量，然后研磨并过100目筛，保存于干燥器中以备分析。表层沉积物样品中总有机碳(TOC)与总氮(TN)采用Elementar元素分析仪(VarioEL Ⅲ型)进行测定，其中TOC测定时样品需先经酸化处理[10]。表层沉积物总磷(TP)采用过硫酸钾氧化法测定[11]。
1.3 数据分析
运用SPSS 18.0对各采样站点理化数据进行分析，采用单因子方差分析(AVOVA)和Duncan′s多重比较进行显著性分析，显著度为P＜0.05。所得数值均用平均值±标准差(X ±SD)表示。水文数据采用ArcGIS地理分析系统和Delft 3D水动力平台进行数据分析和流场建模。
1.4 TOC、TN和TP污染评价方法
采用单因子指数法，对流沙湾沉积物中TOC、TN和TP的污染程度进行分析和评价。其评价公式为：
$$ S_i=C_i / C_s $$ (1) 式中Si为沉积物中评价因子i的污染指数；Ci为评价因子的实际测定值；Cs为评价因子的评价标准值。评价标准按照加拿大安大略省环境和能源部制定的沉积物质量评价指南，沉积物具有最低级别生态毒性效应时TOC、TN和TP的质量分数分别为1%、0.055%和0.06%[12-13]。
2. 结果
2.1 流沙湾水文特征及水产养殖布局现状
根据现场调查及ArcGIS地理数据分析，流沙湾水深分布见图 2。整个流沙湾除中央的狭窄航道之外大部分区域水深都不足7 m，且内湾周边存在大片水深3 m以内的浅滩。内湾浅滩主要为珍珠贝插桩养殖区，淤积风险高；外湾大部水深在7~12 m，水交换充足，为墨西哥湾扇贝吊养区域；内外湾之间的航道和港口区域水深大于12 m，是内外湾之间水流交换的通道，也是网箱养鱼的主要分布区域，间有零星珍珠贝筏式养殖(图 1)。
基于Delft 3D水动力建模分析，流沙湾涨落潮的流场见图 3。流场直接反映海湾的水动力特性和水交换潜力。图 3-a显示涨潮时流沙湾80%以上水域流速低于0.3 m · s-1，内湾大部区域流速接近0，只有内外湾交界的航道处流速达到0.5 m ·s-1。图 3-b显示退潮时流沙湾内水流流速比涨潮时更低，除湾口外，只有中央航道狭窄区域流速超过0.3 m · s-1，海湾大部区域水流近乎静止，内湾北部及东部退潮后有大片滩地裸露。总体而言，流沙湾涨落潮期间湾内水流缓慢，其水动力特性非常不利于内湾颗粒沉积物的扩散。
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图 3 流沙湾涨潮(a)和退潮(b)流场示意图Figure 3. distribution at spring tide (a) and neap tide (b) in Liusha Bay2.2 养殖结构布局调查
对流沙湾养殖结构调查结果见表 1。流沙湾内湾和外湾的养殖品种和方式迥异，养殖规模和对环境的压力也不同。外湾水域开阔，主要为大规模墨西哥湾扇贝浮筏吊养，面积达1 132.46 hm2，无需人工投饵。虽有少量抗风浪网箱(1.5 hm2)，但水交换充分，对环境压力不大。内湾的主要养殖方式为传统鱼排(小网箱)养殖和插桩吊养珍珠贝，其中鱼排养殖区位于内外湾交界处的流沙港航道附近，因为此处水深且受风浪影响小，鱼排的分布面积达67.5 hm2，约4.22×104口小网箱；马氏珠母贝养殖区主要位于内湾的东部浅水区域，桩式吊养，面积264.35 hm2；另有零星马氏珠母贝筏式吊养装置位于内湾中央航道北侧(7.2 hm2)。总体而言，内湾的大规模鱼排养殖设施分布严重阻碍内外湾水流交换，且深水区网箱太集中易导致养殖废物大量积累在水底不易扩散分解而形成缺氧区；大规模珍珠贝插桩养殖设施也严重阻碍水流，影响水质和珍珠贝的饵料供应，且加剧浅水区淤积。
表 1 流沙湾水域养殖结构布局调查Table 1. Investigation of structure and layout in Liusha Bay养殖方式
breeding pattern位置
location养殖对象
breeding species饵料
feed养殖规模
farming scale浮筏吊养
raft breeding外湾开阔区域 墨西哥湾扇贝 - 1 132.46 hm2
单个贝笼规格：30 cm×30 cm×10 cm内湾中央航道北侧 马氏珠母贝 - 7.2 hm2单个贝笼规格：30 cm×30 cm×10 cm 鱼排/小网箱
traditional fish cage内外湾交界流沙港航道附近 卵形鲳鲹、红鳍笛鲷、石斑鱼等 鲜杂鱼、冰鲜杂鱼为主，颗粒饲料为辅 67.5 hm2
单个网箱规格：4 m×4 m×3 m抗风浪网箱
anti-wave cage外湾开阔区域 卵形鲳鲹 鲜杂鱼、冰鲜杂鱼为主，颗粒饲料为辅 1.5 hm2
单个网箱规格：直径13 m，深6 m桩式吊养
pile type breeding内湾东部浅水区域 马氏珠母贝 - 264.35 hm2
单个贝笼规格：30 cm×30 cm×10 cm2.3 底层水温和溶解氧的时空变化
流沙湾底层水温和DO的时空变化见图 4。水温的季节变化为夏季＞春季＞秋季＞冬季，各季节水温差异极显著(P＜0.01)。夏季和冬季的平均气温分别为30.66 ℃和19.81 ℃；DO的季节变化为冬季＞秋季＞夏季＞春季，夏季和秋季DO差异不显著(P＞0.05)，其余各季节表现为差异极显著(P＜0.01)。冬季和春季的DO分别为7.220 mg · L-1和6.091 mg · L-1。
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图 4 流沙湾底层水温和溶解氧的时空变化水温、溶解氧均为年均值；图中小写英文字母相同的表示差异不显著(P>0.05)，单个字母不同表示差异显著(P < 0.05)，2个字母都不同表示差异极显著(P < 0.01)Figure 4. Spatial and temporal variation of water temperature and dissolved oxygen in Liusha BayThe temperature and DO were annual average values; the same letters indicate no significant difference (P>0.05);single different letter indicates significant difference (P < 0.05);two different letters indicate very significant difference (P < 0.01).水温的水平分布表现为内湾养殖区高于外湾养殖区和外湾非养殖区, 各区域年均温度差异未出现显著性差异(P＞0.05)。其中10#站位(内湾养殖区)年平均温度最高(26.95 ℃)，4#站位(外湾非养殖区)温度最低(25.95 ℃)。DO的空间变化表现为外湾非养殖区高于外湾养殖区和内湾养殖区，各站位间年均DO差异不显著(P＞0.05)。其中4#站位(外湾非养殖区)DO年均值最高(6.93 mg ·L-1)，8#站位(内湾网箱养殖区)DO年均值最低(6.31 mg · L-1)。
2.4 表层沉积物中TOC、TN和TP的时空变化
流沙湾表层沉积物中TOC、TN和TP质量分数的季节变化见图 5。TOC质量分数夏季最高，平均为1.464%；冬季最低(平均1.171%)。各季节的TOC质量分数未出现显著性差异(P＞0.05)。TN质量分数春季最高(平均0.206%)，冬季平均质量分数最低(0.144%)，夏季和秋季的平均质量分数分别为0.180%和0.145%。其中春季显著高于秋和冬季(P＜0.05)，其他季节间差异不显著(P＞0.05)。秋季TP质量分数最高(平均0.062%)；冬季质量分数最低(平均0.052 7%)。春季和夏季T P质量分数分别为0.057 5%和0.056 6%，各季节TP质量分数差异不显著(P＞0.05)。
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图 5 流沙湾表层沉积物中总有机碳、总氮和总磷质量分数的季节变化TOC、TN、TP质量分数为年均值，图中小写英文字母相同表示差异不显著(P>0.05)，不同的为差异显著(P < 0.05)Figure 5. Seasonal variation of TOC, TN and TP contents in surface sediment of Liusha BayThe TOC, TN and TP contents were annual average values; the same lowercase letters indicate no significant difference (P>0.05), while different ones indicate significant difference (P < 0.05).流沙湾表层沉积物中TOC、TN和TP质量分数的空间变化见表 2。年均TOC质量分数内湾养殖区最高(1.39%)，外湾非养殖区最低(0.911%)，养殖区与外湾非养殖区出现显著差异(P＜0.05)。TN质量分数最高的区域为内湾养殖区(0.188%)，外湾非养殖区最低(0.142%)，养殖区域与外湾非养殖区域差异显著(P＜0.05)。TP质量分数的空间变化为内湾养殖区＞外湾养殖区＞外湾非养殖区，各区域质量分数差异不明显(P＞0.05)。
表 2 流沙湾表层沉积物中总有机碳、总氮和总磷质量分数的空间变化Table 2. Spatial variation of TOC, TN and TP contents in surface sediment of Liusha Bay站位
stationTOC质量分数/%
TOC contentTN质量分数/%
TN contentTP质量分数/%
TP contentT/N N/P 外湾养殖区breeding area of outer bay 1# 1.357±0.029a 0.159±0.005a 0.029±0.001a 8.5 5.5 2# 1.428±0.056a 0.154±0.065a 0.052±0.007ab 9.3 3.0 3# 1.434±0.337a 0.143±0.033a 0.071±0.004b 10.0 2.0 6# 1.112±0.095a 0.198±0.014b 0.049±0.005ab 5.6 4.1 7# 1.519±0.701c 0.146±0.029a 0.058±0.004b 10.4 2.5 内湾养殖区breeding area of inner bay 8# 1.295±0.380a 0.199±0.035b 0.078±0.003b 6.5 2.6 9# 1.409±0.314a 0.149±0.024a 0.064±0.004b 9.5 2.3 10# 1.466±0.523a 0.216±0.071b 0.052±0.008ab 6.8 4.2 外湾非养殖区non-farming area of outer bay 4# 0.830±0.032b 0.141±0.048b 0.048±0.002ab 5.9 3.3 5# 0.992±0.041b 0.143±0.033b 0.053±0.007b 6.9 2.3 注：TOC、TN、TP为全年的平均值；同列上标小写英文字母相同的为差异不显著(P>0.05)，不同的为差异显著(P < 0.05)
Note：The TOC，TN and TP contents were annual average；the same superscript letters in the same coloum indicate no significant difference (P>0.05)，while the different ones indicate significant difference (P < 0.05).2.5 表层沉积物中TOC、TN和TP的污染指数变化
表层沉积物中TOC、TN和TP的污染指数的季节变化见表 3。TOC全年平均污染指数为1.29，其中夏季最高(1.46)，冬季最低(1.17)；TN全年平均污染指数为3.07，其中春季最高(3.74)，冬季最低(2.62)；TP全年平均污染指数为0.95，其中秋季最高(1.03)，冬季污染最低(0.88)。
表 3 流沙湾表层沉积物中总有机碳、总氮和总磷的污染指数的季节变化Table 3. Seasonal change of pollution indices for TOC, TN and TP in surface sediment of Liusha Bay春季
spring夏季
summer秋季
autumn冬季
winter年均值
annual averageTOC污染指数pollution index of TOC 1.24 1.46 1.29 0.91 1.29 TN污染指数pollution index of TN 3.74 3.27 2.64 2.32 2.98 TP污染指数pollution index of TP 0.89 0.96 1.02 0.82 0.92 各采样区域表层沉积物中TOC、TN和TP年平均污染指数见表 4。TOC年平均污染指数空间变化为内湾养殖区＞外湾养殖区＞外湾非养殖区，其中7#站位(外湾养殖区)TOC污染指数最高(1.52)，4#站位(外湾非养殖区)污染指数最低(0.83)；TN年平均污染指数空间变化为内湾养殖区＞外湾养殖区＞外湾非养殖区。其中10#站位(内湾养殖区)TN污染指数最高(年均3.93)，4#站位(外湾养殖区)TN污染指数最低(年均2.56)；TP年平均污染指数的空间变化为外湾养殖区＞内湾养殖区＞外湾非养殖区，其中8#站位(内湾养殖区)污染指数最高(1.31)，1#站位(外湾养殖区)污染指数最低(0.48)。
表 4 流沙湾表层沉积物中总有机碳、总氮和总磷年平均污染指数的空间变化Table 4. Spatial change of pollution indices for TOC, TN and TP in surface sediment of Liusha Bay外湾养殖区
breeding area of outer bay内湾养殖区
breeding area of inner bay外湾非养殖区
non-farming area of outer bayTOC污染指数pollution index of TOC 1.37 1.39 0.91 TN污染指数pollution index of TN 2.93 3.42 2.60 TP污染指数pollution index of TP 1.08 0.85 0.83 3. 讨论
3.1 采样站点理化因子分析
海水中的DO主要来源于大气中氧气的溶解及海洋浮游植物的光合作用。对于近岸水体而言，海水DO除受到动物活动、海水温度影响外还会受到降雨的影响。笔者研究结果表明，流沙湾底层水中DO冬季最高，春季最低，各季节间相互差异显著(P＜0.05)。在空间分布上，外湾非养殖区DO年均质量浓度为6.86 mg · L-1，外湾养殖区年均质量浓度为6.77 mg · L-1，内湾养殖区年均质量浓度为6.51 mg · L-1。其中4#站位(外湾非养殖区)DO最高(6.93 mg · L-1)，而8#站位(内湾网箱养殖区)DO最低(6.31 mg · L-1)。外湾养殖区主要进行扇贝筏式吊养，不需要投饵，水流速较快且与外海交换充分；内湾养殖区主要进行网箱养殖和珍珠贝的养殖，网箱养殖规模大且集中，残饵和代谢废物大量沉入海底，其氧化分解过程需要大量消耗氧气，甚至形成缺氧区。同时，由于流沙湾的地形和水动力特征导致湾内外海水的交换较差，而内湾大规模网箱和插桩养殖设施也严重阻碍了水流交换，也是导致内湾溶氧水平低的原因。
3.2 表层沉积物中营养物质的来源分析
沉积物中的C/N可以有效地指示有机质的来源[14-16]，海源有机物的C/N约为7，陆源有机物C/N一般大于20[17]。C/N还可以作为沉积物中有机物稳定性的指标值，低的C/N通常意味着沉积物中含有较高的不稳定有机物[18]。此次测定流沙湾表层沉积物中C/N介于5.9~10.4，平均为7.9。故此次调查流沙湾海域各站点表层沉积物中的有机物质主要来源于海源有机物。其中外湾扇贝养殖区年均TOC质量分数为1.37%，C/N的平均为8.8；内湾网箱养殖区年均TOC质量分数为1.39%，C/N的平均为7.6，表明内湾网箱养殖区表层沉积物中TN的质量分数高于外湾养殖区，而且网箱沉积物中的有机质较多，这与饵料类型和投饵量有关[3]，流沙湾鱼类网箱集中在深水区域，深水区水体易分层，养殖鱼类的残饵和排泄物大量沉积于养殖区底部，养殖废物难于消解自净，且极易孳生病害，这也很可能是导致2011年流沙湾网箱养殖区鱼病大暴发的根本原因[2]。
3.3 表层沉积物中TOC、TN和TP的污染评价分析
该调查结果发现，流沙湾表层沉积物中TOC与TN的污染情况受养殖活动的变化影响较大。TOC全年处于轻度污染状态，其中夏季污染指数最高，冬季最低；TN全年处于中等污染状态，污染指数春季最高(这与2011年年底的鱼病大爆发有关[2])，冬季最低，这与夏季养殖活动较多、冬季养殖活动较少有关；表层沉积物中TP质量分数受季节变化的影响不大，年均污染指数为0.95。已有研究表明，大风浪会导致水体中溶解性磷酸盐增加，进而增加了可利用性磷[19]。秋季作为风浪高发季，同时11月正处贝类收获之时，生产活动难免会引起沉积物的扰动，导致上覆水可利用磷增加，因此秋季TP质量分数较高。
流沙湾各养殖区域沉积物TOC质量分数受养殖活动的影响较明显。TOC质量分数变化具体表现为内湾养殖区＞外湾养殖区＞外湾非养殖区，养殖区和外湾非养殖区差异明显(P＜0.05)。其中内湾养殖区TOC年平均质量分数为1.39%，污染指数为1.39，表明流沙湾全年处于轻度污染状态。外湾非养殖区年均质量分数为0.911%，污染指数为0.911，表明受到污染的程度不明显。其中4#站位(外湾非养殖区)TOC污染指数最小(0.83)，表明外湾非养殖区还未受到其他区域养殖活动的影响。7#站位距离岸边最近，TOC质量分数较高，可能是由于陆源物质的影响，这与郭媛等[20]的研究结果相近。所以流沙湾距离岸边较近的区域会由于降雨而输入大量的陆源有机质，从而导致有机质水平的增加。
各调查区域TN质量分数表现为内湾养殖区＞外湾养殖区＞外湾非养殖区，其中养殖区和非养殖区出现显著差异(P＜0.05)。其中内湾网箱养殖区TN质量分数最高(0.188%)，污染指数为3.42，达到中等程度污染水平；外湾扇贝养殖区TN质量分数为0.161%，污染指数为2.93，处于轻度污染状态。外湾养殖区主要以扇贝吊养为主，扇贝以滤食浮游藻类为生，减少了投放饵料对海域水体造成的污染。有研究表明，网箱养殖区水体中TN质量分数最高[21]，网箱养殖对沉积物中的总氮质量分数有直接影响[3]。此次调查发现流沙湾网箱养殖以传统鱼排为主，所用饲料主要为鲜杂鱼和冰鲜鱼(表 1)。有研究发现，传统鱼排养殖饲料利用率低[22]，投喂鲜杂鱼饵料的同化利用率不到30%，绝大部分以残饵的形式直接进入周边水域环境中，其对海洋沉积环境的污染负荷比配合饲料高2~3倍[23-24]。同时，调查还发现传统鱼排养殖区主要分布在内外湾水交界处的航道附近区域，严重阻碍内外湾水流交换，且该区域水深超过10 m，水体易分层，残饵沉积在网箱底部附近不易扩散，将直接导致养殖区底部沉积物中N含量增加[20]。外湾养殖区水域开阔，水流流速较高，水体交换能力显著强于内湾，而且主养滤食性贝类，没有人工投饵压力，因此外湾TN质量分数较低。另外，内湾养殖区底层水DO含量最低，这可能与网箱区域水体分层及有机沉积物大量耗氧并释放N有关[25]。
流沙湾海域表层沉积物中TN与TP质量分数与其他典型海域的调查数据对比结果见表 5。总体而言，流沙湾＞象山港＞柘林湾＞胶州湾＞长江口。其中流沙湾、象山港、柘林湾、胶州湾均为养殖海域，以流沙湾的养殖面积覆盖率占比最大[26]，表明海水养殖规模的过大会加重海域表层沉积物N、P的积累，形成有机污染，从而对养殖活动造成负面影响。
表 5 中国典型海域表层沉积物中总氮和总磷质量分数的比较Table 5. Comparison of TN and TP contents in surface sediment among different typical coastal bays in China流沙湾
Liusha Bay象山港
Xiangshan Bay柘林湾
Zhelin Bay胶州湾
Jiaozhou Bay长江口
Yangtze River estuarinew(总氮)/% TN content 0.169 0.068 0.064 3 0.041 0.034 3 w(总磷)/% TP content 0.056 0.055 8 0.052 6 0.029 0.040 9 4. 结论
笔者研究表明，流沙湾的物理地形决定了湾内流场水流缓慢、内外湾之间水交换过程缓慢的固有特征，而现有养殖格局明显加速了海区的富营养物质沉积和内湾的淤积，海区已呈中低度有机污染，这给海区环境质量和养殖活动带来巨大压力。在笔者研究现场调查中发现，流沙湾养殖覆盖率大，尤其是内外区域鱼排几乎占据了大半中央深水区域，浅水区以贝类养殖设施为主，现有养殖格局严重阻碍了湾内外的水体交换，养殖废物不能迅速扩散自净，很可能是导致海湾水体污染及今年来养殖病害频发的主要原因。为避免流沙湾再次爆发大规模养殖病害[2]，必须对流沙湾的养殖对象和养殖布局重新进行合理规划。笔者提出以下建议：1)扇贝的滤食能力强于珍珠贝，可将扇贝养殖区域规划到外湾湾口周边区域，避免对内湾的珍珠贝的饵料资源构成威胁。此外，网箱养殖的主体应转移到外湾，外湾水体空间更大，水交换能力强，而且网箱养殖产生的部分颗粒物可以被扇贝滤食，从而减少污染和疾病。2)内湾作为珍珠贝的主要养殖区域，应大幅削减内湾网箱养殖的规模，同时给养殖者普及科学养鱼知识，减少冰鲜鱼的投喂，避免盲目投料，这样就有利于防止有机沉积物的过量积累，减轻氮污染。3)在流沙湾湾口中央区域及内、外湾连接处不宜进行规模化养殖，以免阻碍湾内外水流交换及养殖废物的自然净化。
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图 3 流沙湾涨潮(a)和退潮(b)流场示意图
Figure 3. distribution at spring tide (a) and neap tide (b) in Liusha Bay
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图 4 流沙湾底层水温和溶解氧的时空变化
水温、溶解氧均为年均值；图中小写英文字母相同的表示差异不显著(P>0.05)，单个字母不同表示差异显著(P < 0.05)，2个字母都不同表示差异极显著(P < 0.01)
Figure 4. Spatial and temporal variation of water temperature and dissolved oxygen in Liusha Bay
The temperature and DO were annual average values; the same letters indicate no significant difference (P>0.05);single different letter indicates significant difference (P < 0.05);two different letters indicate very significant difference (P < 0.01).
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图 5 流沙湾表层沉积物中总有机碳、总氮和总磷质量分数的季节变化
TOC、TN、TP质量分数为年均值，图中小写英文字母相同表示差异不显著(P>0.05)，不同的为差异显著(P < 0.05)
Figure 5. Seasonal variation of TOC, TN and TP contents in surface sediment of Liusha Bay
The TOC, TN and TP contents were annual average values; the same lowercase letters indicate no significant difference (P>0.05), while different ones indicate significant difference (P < 0.05).
表 1 流沙湾水域养殖结构布局调查
Table 1 Investigation of structure and layout in Liusha Bay
养殖方式
breeding pattern位置
location养殖对象
breeding species饵料
feed养殖规模
farming scale浮筏吊养
raft breeding外湾开阔区域 墨西哥湾扇贝 - 1 132.46 hm2
单个贝笼规格：30 cm×30 cm×10 cm内湾中央航道北侧 马氏珠母贝 - 7.2 hm2单个贝笼规格：30 cm×30 cm×10 cm 鱼排/小网箱
traditional fish cage内外湾交界流沙港航道附近 卵形鲳鲹、红鳍笛鲷、石斑鱼等 鲜杂鱼、冰鲜杂鱼为主，颗粒饲料为辅 67.5 hm2
单个网箱规格：4 m×4 m×3 m抗风浪网箱
anti-wave cage外湾开阔区域 卵形鲳鲹 鲜杂鱼、冰鲜杂鱼为主，颗粒饲料为辅 1.5 hm2
单个网箱规格：直径13 m，深6 m桩式吊养
pile type breeding内湾东部浅水区域 马氏珠母贝 - 264.35 hm2
单个贝笼规格：30 cm×30 cm×10 cm
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表 2 流沙湾表层沉积物中总有机碳、总氮和总磷质量分数的空间变化
Table 2 Spatial variation of TOC, TN and TP contents in surface sediment of Liusha Bay
站位
stationTOC质量分数/%
TOC contentTN质量分数/%
TN contentTP质量分数/%
TP contentT/N N/P 外湾养殖区breeding area of outer bay 1# 1.357±0.029a 0.159±0.005a 0.029±0.001a 8.5 5.5 2# 1.428±0.056a 0.154±0.065a 0.052±0.007ab 9.3 3.0 3# 1.434±0.337a 0.143±0.033a 0.071±0.004b 10.0 2.0 6# 1.112±0.095a 0.198±0.014b 0.049±0.005ab 5.6 4.1 7# 1.519±0.701c 0.146±0.029a 0.058±0.004b 10.4 2.5 内湾养殖区breeding area of inner bay 8# 1.295±0.380a 0.199±0.035b 0.078±0.003b 6.5 2.6 9# 1.409±0.314a 0.149±0.024a 0.064±0.004b 9.5 2.3 10# 1.466±0.523a 0.216±0.071b 0.052±0.008ab 6.8 4.2 外湾非养殖区non-farming area of outer bay 4# 0.830±0.032b 0.141±0.048b 0.048±0.002ab 5.9 3.3 5# 0.992±0.041b 0.143±0.033b 0.053±0.007b 6.9 2.3 注：TOC、TN、TP为全年的平均值；同列上标小写英文字母相同的为差异不显著(P>0.05)，不同的为差异显著(P < 0.05)
Note：The TOC，TN and TP contents were annual average；the same superscript letters in the same coloum indicate no significant difference (P>0.05)，while the different ones indicate significant difference (P < 0.05).
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表 3 流沙湾表层沉积物中总有机碳、总氮和总磷的污染指数的季节变化
Table 3 Seasonal change of pollution indices for TOC, TN and TP in surface sediment of Liusha Bay
春季
spring夏季
summer秋季
autumn冬季
winter年均值
annual averageTOC污染指数pollution index of TOC 1.24 1.46 1.29 0.91 1.29 TN污染指数pollution index of TN 3.74 3.27 2.64 2.32 2.98 TP污染指数pollution index of TP 0.89 0.96 1.02 0.82 0.92
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表 4 流沙湾表层沉积物中总有机碳、总氮和总磷年平均污染指数的空间变化
Table 4 Spatial change of pollution indices for TOC, TN and TP in surface sediment of Liusha Bay
外湾养殖区
breeding area of outer bay内湾养殖区
breeding area of inner bay外湾非养殖区
non-farming area of outer bayTOC污染指数pollution index of TOC 1.37 1.39 0.91 TN污染指数pollution index of TN 2.93 3.42 2.60 TP污染指数pollution index of TP 1.08 0.85 0.83
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表 5 中国典型海域表层沉积物中总氮和总磷质量分数的比较
Table 5 Comparison of TN and TP contents in surface sediment among different typical coastal bays in China
流沙湾
Liusha Bay象山港
Xiangshan Bay柘林湾
Zhelin Bay胶州湾
Jiaozhou Bay长江口
Yangtze River estuarinew(总氮)/% TN content 0.169 0.068 0.064 3 0.041 0.034 3 w(总磷)/% TP content 0.056 0.055 8 0.052 6 0.029 0.040 9
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