胡序朋，邵君波，唐靜亮，王益鳴，柴小平，莊彤暉，李俊龍

1.浙江省舟山海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，浙江 舟山 316021

2.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法的研究進(jìn)展和比較

胡序朋1，邵君波1，唐靜亮1，王益鳴1，柴小平1，莊彤暉1，李俊龍2

1.浙江省舟山海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，浙江 舟山 316021

2.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

富營(yíng)養(yǎng)化是沿海經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展面臨的主要環(huán)境問(wèn)題，近些年基于科學(xué)研究成果與經(jīng)驗(yàn)，國(guó)外近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法已有長(zhǎng)足進(jìn)步，與之相比，中國(guó)現(xiàn)行方法仍處于初級(jí)階段。通過(guò)文獻(xiàn)資料分析，總結(jié)了奧斯陸-巴黎委員會(huì)、赫爾辛基委員會(huì)、歐盟水框架指令、美國(guó)海洋和大氣管理局等富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法的特點(diǎn)，并在應(yīng)用范圍、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)要求、程序及結(jié)果等方面進(jìn)行了比較。針對(duì)中國(guó)目前近岸海域監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀提出建議，為建立適合中國(guó)近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化特點(diǎn)的評(píng)價(jià)方法提供借鑒和參考。

富營(yíng)養(yǎng)化；評(píng)價(jià)方法；應(yīng)用范圍；評(píng)價(jià)指標(biāo)

由于人類活動(dòng)的影響，近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題愈發(fā)突出。近海富營(yíng)養(yǎng)化的定義，可以從原因[1-2]和癥狀[3-4]2個(gè)角度進(jìn)行剖析。歐洲海洋框架指令(MSFD)從原因和癥狀2個(gè)角度出發(fā)，將富營(yíng)養(yǎng)化定義為“富營(yíng)養(yǎng)化是一個(gè)由于水體中營(yíng)養(yǎng)鹽特別是氮、磷化合物的富集所驅(qū)動(dòng)的一個(gè)過(guò)程，引起藻類生長(zhǎng)、初級(jí)生產(chǎn)力和生物量的增加、有機(jī)物平衡的改變、水質(zhì)惡化等現(xiàn)象”[5]。

早期第一代富營(yíng)養(yǎng)化概念模型強(qiáng)調(diào)營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷與一系列響應(yīng)之間的密切關(guān)系[6]，認(rèn)為系統(tǒng)的響應(yīng)狀態(tài)與系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入呈直接的線性關(guān)系。在此基礎(chǔ)上發(fā)展了許多富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法，統(tǒng)稱為第一代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法，在我國(guó)應(yīng)用比較普遍的是富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法[7-12]，且尚未開展富營(yíng)養(yǎng)化專項(xiàng)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)[13]。

對(duì)近海生態(tài)系統(tǒng)，營(yíng)養(yǎng)鹽輸入后近海系統(tǒng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的響應(yīng)更加復(fù)雜，系統(tǒng)的特殊屬性起著“過(guò)濾器”的作用[14]，從而調(diào)節(jié)了近海系統(tǒng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽加富的響應(yīng)。近海富營(yíng)養(yǎng)化概念模型也稱作第二代富營(yíng)養(yǎng)化概念模型，主要特點(diǎn)：針對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷，將近海生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)分為直接響應(yīng)和間接響應(yīng)，更真實(shí)地反映了近海生態(tài)系統(tǒng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽輸入所產(chǎn)生的變化；在近海富營(yíng)養(yǎng)化概念模型中增加了一項(xiàng)“緩沖作用”來(lái)調(diào)節(jié)不同河口、近海生態(tài)系統(tǒng)對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽變化響應(yīng)的敏感性；引入了“逆響應(yīng)”的概念，即由于營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷而引起的生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)，如初級(jí)生產(chǎn)、大型藻生物量等的變化，又會(huì)反過(guò)來(lái)影響營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷的改變，導(dǎo)致了營(yíng)養(yǎng)鹽負(fù)荷的“逆響應(yīng)”[15]。

第二代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模型考慮的指標(biāo)體系更加全面，并且能代表系統(tǒng)富營(yíng)養(yǎng)化的不同階段和程度[16]。模型指標(biāo)的選取是基于“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)”框架體系，評(píng)價(jià)結(jié)果除了有綜合富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)和水平外，還可以評(píng)價(jià)人類壓力、系統(tǒng)狀態(tài)等不同方面的水平，以更清晰地認(rèn)識(shí)系統(tǒng)的富營(yíng)養(yǎng)化狀況，進(jìn)而為有針對(duì)性地采取富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)控和管理措施提供依據(jù)。

本文選擇較著名的包括奧斯陸-巴黎委員會(huì)(OSPAR)、赫爾辛基委員會(huì)(HELCOM)、歐盟水框架指令-英國(guó)(WFD-UK)、巴斯克國(guó)家(WFD-BC)和美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(ASSETS)等提出的第二代富營(yíng)養(yǎng)化的評(píng)價(jià)方法，針對(duì)這幾種方法的應(yīng)用范圍、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)要求、評(píng)價(jià)程序以及評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)劃分等進(jìn)行比較，為建立適合我國(guó)近岸海域的第二代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法提供理論支持。

1 應(yīng)用范圍

OSPAR主要是針對(duì)東北大西洋海域所制定的評(píng)價(jià)方法，根據(jù)鹽度(S)特征將研究區(qū)域類型劃分為北極冰域、大北海、凱爾特海、比斯開灣和伊比利亞近岸以及大西洋開闊水域。HELCOM方法主要是應(yīng)用在波羅的海區(qū)域，劃分為4個(gè)子區(qū)域(波羅的海專屬區(qū)、波的尼亞灣、芬蘭灣和里加灣)和一個(gè)過(guò)渡區(qū)域(貝爾特海峽/卡特加特海峽)[2]。而WFD-UK和WFD-BC則分別適用于英國(guó)和巴斯克地區(qū)國(guó)家[11-12]，WFD方法中將所研究的水體類型(包括所有河流、運(yùn)河水道、湖泊、河口、濕地)和近岸海域，根據(jù)鹽度劃分為淡水水體、河口水體和近岸海水3種生態(tài)區(qū)域。ASSETS方法根據(jù)鹽度劃分研究區(qū)域，分別劃分為感潮淡水區(qū)(S<0.5)、混合區(qū)(0.5≤S≤25)和海水區(qū)(S>25)。相比之下，ASSETS方法的應(yīng)用范圍較為廣泛，目前除了美國(guó)近岸海域以外，在歐盟、亞洲和澳大利亞地區(qū)的近岸海域都在廣泛使用[16-19]。ASSETS方法目前已在152個(gè)河口和近岸系統(tǒng)應(yīng)用，總涵蓋面積134 984 km2，其中美國(guó)135個(gè)，歐盟13個(gè)，中國(guó)4個(gè)(長(zhǎng)江口、桑溝灣、膠州灣、象山港)。

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

第二代富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法考慮富營(yíng)養(yǎng)化的原因和過(guò)程，根據(jù)現(xiàn)代近海富營(yíng)養(yǎng)化概念模型，評(píng)價(jià)指標(biāo)基本涵蓋了營(yíng)養(yǎng)鹽富集、初級(jí)癥狀、次級(jí)癥狀的一系列指標(biāo)。各種方法應(yīng)用的指標(biāo)詳見表1。

表1 各種方法選擇指標(biāo)對(duì)比

注：“*”表示HELCOM方法中將該指標(biāo)列為直接效應(yīng)；黑色圓點(diǎn)表示該指標(biāo)為評(píng)價(jià)方法選取的指標(biāo)。

指標(biāo)分類方面：OSPAR和HELCOM方法在進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)將所有指標(biāo)分為致害因素、直接效應(yīng)、間接效應(yīng)和其他效應(yīng)等4個(gè)方面[20-21]。OSPAR和HELCOM方法在影響因素或致害因子指標(biāo)選擇原理方面基本一致，均考慮陸源營(yíng)養(yǎng)鹽的輸入濃度和增長(zhǎng)趨勢(shì)，在HELCOM方法中還考慮了總氮的沉積作用[22]。對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度均采用冬季無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷濃度，營(yíng)養(yǎng)鹽比例指標(biāo)為冬季氮磷比。直接響應(yīng)方面，OSPAR和HELCOM均采用了葉綠素a(Chla)、浮游植物指示物種、大型海藻和沉水植被等指標(biāo)。HELCOM方法在直接響應(yīng)方面還選擇了塞氏深度(水質(zhì)清澈度)、有害藻華等指標(biāo)，而這些指標(biāo)在OSPAR方法中列為間接效應(yīng)和其他效應(yīng)中。間接效應(yīng)方面，OSPAR和HELCOM方法均選擇了溶解氧(DO)，區(qū)別在于OSPAR方法還選擇了水質(zhì)清澈度、底棲動(dòng)物和魚類的死亡、有機(jī)碳/有機(jī)物、藻華等指標(biāo)[23]，而HELCOM方法將水質(zhì)清澈度和藻華列為直接效應(yīng)指標(biāo)，并且HELCOM方法在底棲方面選擇的評(píng)價(jià)指標(biāo)為底棲無(wú)脊椎動(dòng)物。其他效應(yīng)方面，OSPAR方法選擇的指標(biāo)為藻毒素。HELCOM方法最新評(píng)價(jià)方法的核心指標(biāo)為無(wú)機(jī)氮(DIN)、無(wú)機(jī)磷(DIP)、葉綠素a、塞氏深度(Secchi depth)和溶解氧[24]。

WFD-UK方法的評(píng)價(jià)要素分為3類，分別為營(yíng)養(yǎng)鹽輸入、直接影響、間接影響。每類評(píng)價(jià)要素內(nèi)又分成一個(gè)或多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。營(yíng)養(yǎng)鹽輸入的評(píng)價(jià)要素為冬季無(wú)機(jī)氮濃度；直接影響的評(píng)價(jià)要素為生物質(zhì)量要素，包括浮游植物、大型藻類和沉水植物、底棲無(wú)脊椎動(dòng)物；間接影響的評(píng)價(jià)要素為溶解氧濃度[1,25]。

WFD-BC方法依據(jù)的模型為“驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-效應(yīng)-風(fēng)險(xiǎn)”(DPSIR)，在營(yíng)養(yǎng)鹽壓力指標(biāo)評(píng)價(jià)時(shí)綜合考慮了總氮輸入(表層水體區(qū)域?qū)僦?和水體敏感性(稀釋能力和沖刷潛力)[26-27]；在富營(yíng)養(yǎng)化相關(guān)質(zhì)量要素中選擇了4個(gè)生物質(zhì)量元素(浮游植物、大型藻類、底棲生物和魚類)、物理化學(xué)參數(shù)(包括濁度、懸浮物、表層溶解氧飽和度、氨氮、磷酸鹽和硝酸鹽)、水動(dòng)力條件(包括水深、潮汐和底質(zhì)條件)[18]。

ASSETS方法評(píng)價(jià)分為壓力評(píng)價(jià)、狀態(tài)評(píng)價(jià)和預(yù)期響應(yīng)評(píng)價(jià)[4,19]。壓力評(píng)價(jià)選擇的指標(biāo)為氮輸入和系統(tǒng)敏感性(稀釋能力和沖刷潛力)。狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括初級(jí)癥狀和次級(jí)癥狀，初級(jí)癥狀指標(biāo)為葉綠素a(評(píng)價(jià)內(nèi)容為葉綠素a濃度、頻率和空間覆蓋度)、大型藻類(評(píng)價(jià)內(nèi)容為問(wèn)題狀態(tài)和頻率)；次級(jí)癥狀包括底層溶解氧(濃度、空間覆蓋度和頻率)、有毒有害藻華(問(wèn)題狀態(tài)、持續(xù)時(shí)間和頻率)和沉水植被(問(wèn)題狀態(tài)或空間覆蓋率的變化、變化量)。預(yù)期響應(yīng)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括敏感性和未來(lái)壓力的預(yù)期(人口壓力、農(nóng)業(yè)壓力和污水處理等)。

綜合以上分析可知，在富營(yíng)養(yǎng)化致害因素或營(yíng)養(yǎng)鹽壓力方面，各種方法均考慮氮的濃度或負(fù)荷(總氮或無(wú)機(jī)氮)，歐盟OSPAR和HELCOM還考慮了無(wú)機(jī)磷和氮磷比；在直接影響方面，各種方法均考慮葉綠素a、大型海藻和沉水植被(WFD-BC除外)，歐盟OSPAR和HELCOM還考慮了浮游植物指示物種；間接影響方面，各種方法均考慮了溶解氧(除WFD-BC為表層溶解氧外，其他各種方法均為底層溶解氧)；其他癥狀方面，各種方法均考慮了有毒有害藻華指標(biāo)。此外，WFD-BC和ASSETS方法將評(píng)價(jià)區(qū)域的水動(dòng)力條件也納入了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

3 采樣要求及參與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)

歐盟和美國(guó)各種評(píng)價(jià)方法在樣品采集的時(shí)間和空間框架上要求有所不同(表2和表3)。

表2 不同評(píng)價(jià)方法指標(biāo)樣品采集要求

采樣時(shí)間要求(表2)：OSPAR中評(píng)價(jià)營(yíng)養(yǎng)鹽的指標(biāo)為冬季無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷濃度以及氮磷比，因此營(yíng)養(yǎng)鹽采樣時(shí)間要求為冬季，葉綠素a要求每年生長(zhǎng)季節(jié)的數(shù)據(jù)，浮游植物為每個(gè)月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；HELCOM營(yíng)養(yǎng)鹽采樣時(shí)間要求為冬季，葉綠素a、塞氏深度等指標(biāo)的采樣時(shí)間為夏季。WFD-UK方法中營(yíng)養(yǎng)鹽為冬季監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，葉綠素a數(shù)據(jù)要求較高，要求至少5年月度表層連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。WFD-BC方法中葉綠素a和物理化學(xué)參數(shù)要求每季度采樣1次，分別代表春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)，分高低潮；浮游植物藻華每年2次(春季和夏季)；底棲每年1次(冬季)；大型藻類和魚類每3年1次，分別在春、夏、秋季；浮游植物質(zhì)量評(píng)價(jià)需要6年的數(shù)據(jù)；其他要素的評(píng)價(jià)采用1年的數(shù)據(jù)。ASSETS評(píng)價(jià)對(duì)所有指標(biāo)要求每月采樣。

表3 不同方法參與評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)要求

OSPAR協(xié)議中的“聯(lián)合評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)項(xiàng)目(JAMP)”協(xié)議[28]明確了與富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān)的營(yíng)養(yǎng)鹽、溶解氧、葉綠素a、浮游植物群落組成以及底棲生物的監(jiān)測(cè)指南。營(yíng)養(yǎng)鹽采樣：測(cè)定項(xiàng)目包含無(wú)機(jī)氮、顆粒氮、總氮、正磷酸鹽、總磷、顆粒磷、活性硅酸鹽等，采樣時(shí)間為生物活性較低的時(shí)節(jié)(通常為冬季)。溶解氧：低氧的形成往往發(fā)生在最大初級(jí)生產(chǎn)力之后的大量耗氧，可在夏季監(jiān)測(cè)溶解氧。葉綠素a：生長(zhǎng)季節(jié)分層次采樣。浮游植物物種組成：需要考慮季節(jié)變化，同時(shí)還需要監(jiān)測(cè)顆粒有機(jī)碳(POC)、總有機(jī)碳(TOC)、顆粒有機(jī)氮(PON)、光合有效輻射(PAR)或塞氏深度、溫度、鹽度等參數(shù)。

采樣空間要求(表3)：歐盟和美國(guó)的各種方法在采樣時(shí)均按照不同的鹽度劃分采樣和評(píng)價(jià)區(qū)域，WFD-UK方法中依據(jù)鹽度定義河口和近岸海域分別采樣，評(píng)價(jià)結(jié)果按照不同水體分別評(píng)價(jià)；WFD-BC方法中也是依據(jù)鹽度進(jìn)行區(qū)域劃分，研究海域以河口為多；OSPAR和HELCOM按照鹽度將水體分為河口、近岸和離岸海域，并分別評(píng)價(jià)；ASSETS在不同鹽度區(qū)域采樣，評(píng)價(jià)時(shí)整合到整個(gè)評(píng)價(jià)區(qū)域[29]。

OSPAR方法中葉綠素a參與評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)為生長(zhǎng)季節(jié)(3—10月)的葉綠素a濃度平均值和最大值，同時(shí)考慮濃度、頻率和持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)，也可以選擇累積百分?jǐn)?shù)為90%所對(duì)應(yīng)的數(shù)值與參照狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比[29]；無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷濃度按照鹽度進(jìn)行歸一化后與參照狀態(tài)進(jìn)行比較[23]；溶解氧選擇在生長(zhǎng)季節(jié)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累積百分?jǐn)?shù)為5%所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)與參照狀態(tài)進(jìn)行比較，在進(jìn)行溶解氧評(píng)價(jià)時(shí)還考慮溶解氧的飽和度、水溫和鹽度等指標(biāo)。

HELCOM方法中葉綠素a為夏季采樣的濃度(包括最大濃度和平均濃度)，同時(shí)還有濃度、頻率和持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)；冬季無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷為評(píng)價(jià)年份內(nèi)表層測(cè)定平均值參與統(tǒng)計(jì)評(píng)價(jià)；塞氏深度選擇夏季測(cè)量數(shù)據(jù)；溶解氧選擇鹽躍層以下年均濃度。

WFD-UK方法中底層溶解氧取年度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(每月采集)累積百分?jǐn)?shù)為5%所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)依據(jù)；冬季無(wú)機(jī)氮濃度根據(jù)水體懸浮物濃度的不同選擇歸一化至鹽度為25的濃度平均值或累積百分?jǐn)?shù)為99%所對(duì)應(yīng)的數(shù)值；葉綠素a選擇6年連續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均濃度、中值濃度、低于10 μg/L樣品比例、低于20 μg/L樣品比例和高于50 μg/L樣品比例等5個(gè)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)參與評(píng)價(jià)，也可選擇生長(zhǎng)季節(jié)(3—10月)累積百分?jǐn)?shù)為90%所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)參與評(píng)價(jià)。

WFD-BC方法中采用表層溶解氧飽和度，葉綠素a采用累積百分?jǐn)?shù)為90%所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，藻華采用細(xì)胞計(jì)數(shù)大于7.5×105個(gè)/L的物種，大型藻類采用4個(gè)數(shù)據(jù)的組合：豐富度，耐受物種的覆蓋，敏感物種的覆蓋，綠色與其他顏色的比例。底棲類采用3個(gè)數(shù)據(jù)的組合：豐富度，多樣性，AMBI指數(shù)[30]。魚類和甲殼類動(dòng)物采用9個(gè)數(shù)據(jù)的組合，主要依據(jù)豐富度、不同營(yíng)養(yǎng)組的組成和不健康物種的百分比。而水動(dòng)力條件主要考慮河口水動(dòng)力條件的改變。

ASSETS方法中葉綠素a參與評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)為累積百分?jǐn)?shù)90%所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，同時(shí)考慮空間覆蓋度和頻率等，藻華考慮對(duì)生物資源有消極影響的因素(如高濃度無(wú)毒性藻華會(huì)引發(fā)缺氧、缺氧癥和濾食性生物損失；毒性藻華會(huì)引發(fā)病態(tài)和死亡)、持續(xù)時(shí)間和頻率等。大型藻類主要考慮對(duì)生物資源的消極影響(如海草的窒息，引發(fā)低氧時(shí)間等)和頻率。溶解氧主要統(tǒng)計(jì)底層溶解氧累積百分?jǐn)?shù)為10%所對(duì)應(yīng)的濃度、空間覆蓋度和頻率等[31]。

對(duì)比各種評(píng)價(jià)方法的指標(biāo)在采樣時(shí)間和空間方面的特點(diǎn)可知，在采樣時(shí)間方面，對(duì)于營(yíng)養(yǎng)鹽，歐盟各種評(píng)價(jià)方法均選擇冬季作為采樣時(shí)間，而且OSPAR方法在評(píng)價(jià)不同鹽度海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度時(shí)還考慮了營(yíng)養(yǎng)鹽的鹽度歸一化；對(duì)于葉綠素a指標(biāo)，歐盟OSPAR、HELCOM、WFD-UK方法均選擇在浮游植物生長(zhǎng)季節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，歐盟WFD-BC和美國(guó)ASSETS評(píng)價(jià)方法則選擇年度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；對(duì)于溶解氧指標(biāo)，OSPAR、HELCOM、WFD-BC方法選擇生長(zhǎng)季節(jié)監(jiān)測(cè)，而WFD-UK和ASSETS選擇年度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

OSPAR評(píng)價(jià)方法的締約國(guó)家較多，每個(gè)國(guó)家沿岸海域根據(jù)歷史研究結(jié)果確定區(qū)域?qū)俦尘皾舛?，并以偏離背景濃度一定比例(一般為50%)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判斷該指標(biāo)是否處于超標(biāo)水平。指標(biāo)參與評(píng)價(jià)的數(shù)值超出評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)則記為 “超標(biāo)”(+)，否則記為 “不超標(biāo)”(-)。HELCOM方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)則是以生態(tài)目標(biāo)為依據(jù)。表4比較了各種方法主要指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

歐盟各種方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)主要依據(jù)各個(gè)區(qū)域的環(huán)境背景值確定參照狀態(tài)，因此不同國(guó)家和區(qū)域在評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方面有很大的地區(qū)差異性。而美國(guó)ASSETS方法采用統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。OSPAR使用區(qū)域?qū)俚谋尘爸底鳛樵u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是其優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)檫@樣可以比較準(zhǔn)確地區(qū)分人為影響和自然變化，充分體現(xiàn)了富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的人為性；但同時(shí)也是其主要缺點(diǎn)之一，因?yàn)閰^(qū)域?qū)俦尘爸档拇_定是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程，需要較長(zhǎng)時(shí)間序列的資料、尤其是早期的資料，以及深入、細(xì)致的科學(xué)研究，而且目前尚缺乏統(tǒng)一的操作程序，因而其可操作性較差。ASSETS 則使用統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，且具備較完善的一系列分值計(jì)算方法和公式，具有較好的可操作性[32]。我國(guó)海岸線綿長(zhǎng)，不同海區(qū)環(huán)境狀況差異較大，如果采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一刀切模式的評(píng)價(jià)，無(wú)法客觀進(jìn)行富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)。應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同地區(qū)的常年研究結(jié)果確定其參照狀態(tài)，合理制定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，這是今后開展進(jìn)一步研究的主要方向。

5 評(píng)價(jià)過(guò)程原理和評(píng)價(jià)結(jié)果等級(jí)劃分及原則

各種評(píng)價(jià)方法總結(jié)見表5。

OSPAR評(píng)價(jià)程序分為2個(gè)步驟：第一步為初始篩選程序，第二步進(jìn)行全面評(píng)價(jià)。在全面評(píng)價(jià)程序中又分為3個(gè)環(huán)節(jié)：①根據(jù)通用方法，設(shè)置評(píng)價(jià)參數(shù)及其對(duì)應(yīng)的區(qū)域性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，此步驟所得評(píng)價(jià)結(jié)果以統(tǒng)一的格式上報(bào)；②將第一步所得結(jié)果進(jìn)行整合，對(duì)特定區(qū)域給出初步分類結(jié)果；③對(duì)所有與歸一化評(píng)價(jià)參數(shù)相關(guān)的信息進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并給出相應(yīng)的評(píng)價(jià)水平和支撐性環(huán)境條件，從而得到該區(qū)域最終的分類結(jié)果。采用“一損俱損”的評(píng)價(jià)原則，即某一類指標(biāo)中如果有一項(xiàng)指標(biāo)判定為富營(yíng)養(yǎng)化水域/問(wèn)題海域，則該類指標(biāo)即為富營(yíng)養(yǎng)化水域/問(wèn)題海域?？傮w評(píng)價(jià)結(jié)果按表6進(jìn)行判斷[22]。

HELCOM最新方法中將5個(gè)核心指標(biāo)劃分為3類，營(yíng)養(yǎng)鹽富集類內(nèi)含冬季無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷濃度(權(quán)重依據(jù)重要性不同有所區(qū)分)，直接效應(yīng)類內(nèi)含葉綠素a濃度和塞氏深度(權(quán)重依據(jù)重要性不同有所區(qū)分)，間接效應(yīng)類指標(biāo)為溶解氧。通過(guò)計(jì)算每類指標(biāo)內(nèi)核心指標(biāo)評(píng)價(jià)值與目標(biāo)值之間的比值，確定每類指標(biāo)的等級(jí)，最后按照“一損俱損”的原則得到富營(yíng)養(yǎng)化質(zhì)量比值(ER)[24]。最終等級(jí)劃分見表7。

HEAT3.0評(píng)價(jià)過(guò)程分為4個(gè)步驟：計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的富營(yíng)養(yǎng)化質(zhì)量比例(監(jiān)測(cè)值與目標(biāo)值的比值)；指標(biāo)分類(營(yíng)養(yǎng)鹽水平、直接效應(yīng)和間接效應(yīng))；每組指標(biāo)的狀態(tài)分類(指標(biāo)之間考慮權(quán)重因素)；綜合評(píng)價(jià)結(jié)果(“一損俱損”原則)。

表4 5種方法主要指標(biāo)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表5 5種評(píng)價(jià)方法總結(jié)

表6 OSPAR和HELCOM富營(yíng)養(yǎng)化最終等級(jí)評(píng)判原則

注：“+”表示富營(yíng)養(yǎng)化水域；“-”表示未受污染的水域。

表7 HELCOM方法最終富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)劃分

WFD-UK將評(píng)價(jià)要素分為3類，分別為營(yíng)養(yǎng)鹽輸入、直接影響和間接影響。對(duì)于每類評(píng)價(jià)要素中的各個(gè)指標(biāo)，與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)比較確定每類指標(biāo)內(nèi)各個(gè)指標(biāo)的EQR，取平均值得到該類指標(biāo)的EQR，最后根據(jù)3類指標(biāo)的EQR，按照“一損俱損”原則確定最終的富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)。

WFD-BC在進(jìn)行影響評(píng)價(jià)時(shí)，首先評(píng)價(jià)生物質(zhì)量要素，如果評(píng)價(jià)結(jié)果為中、差、劣，則最終狀態(tài)亦為中、差、劣；如果評(píng)價(jià)結(jié)果為優(yōu)、良，則需要評(píng)價(jià)物理化學(xué)要素和水動(dòng)力條件以完成最終狀態(tài)的評(píng)價(jià)。影響評(píng)價(jià)可依據(jù)Borja等[26-27]提出的方法進(jìn)行。

ASSETS方法中分別評(píng)價(jià)壓力、狀態(tài)和響應(yīng)3類指標(biāo)：壓力評(píng)價(jià)最初是通過(guò)海水區(qū)和河口區(qū)不同的無(wú)機(jī)氮濃度來(lái)計(jì)算總?cè)藶橛绊?OHI)指數(shù)，根據(jù)指數(shù)大小劃分壓力狀態(tài)等級(jí)，壓力評(píng)價(jià)根據(jù)敏感性和營(yíng)養(yǎng)鹽輸入組合矩陣劃分為低、中低、中、中高、高5個(gè)等級(jí)(圖1)，狀態(tài)評(píng)價(jià)根據(jù)初級(jí)癥狀和次級(jí)癥狀評(píng)價(jià)結(jié)果的組合確定(初級(jí)癥狀取平均、次級(jí)癥狀取最嚴(yán)重)，預(yù)期響應(yīng)根據(jù)海域敏感性和未來(lái)營(yíng)養(yǎng)鹽壓力的組合判定，其中敏感性根據(jù)稀釋能力和沖刷潛力的組合確定。最后根據(jù)壓力、狀態(tài)、響應(yīng)3類指標(biāo)的得分按照組合矩陣劃分為5個(gè)富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)(High，Good，Moderate，Poor和Bad，即優(yōu)、良、中、差、劣)，組合矩陣表中狀態(tài)指標(biāo)的權(quán)重較高[19]。

通過(guò)比較可知，歐盟OSPAR、HELCOM和WFD-UK富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法在確定最終的富營(yíng)養(yǎng)化等級(jí)時(shí)均采用了“一損俱損”的原則，與我國(guó)目前海水和沉積物質(zhì)量評(píng)價(jià)中所采用的單因子評(píng)價(jià)方法的原理一致。而WFD-BC和ASSETS富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法在確定最終等級(jí)時(shí)主要依據(jù)組合矩陣的邏輯原理?！耙粨p俱損”原則可以更加嚴(yán)格地控制富營(yíng)養(yǎng)化的治理，因?yàn)橹灰幸活愔笜?biāo)超出目標(biāo)范圍即表示海域受到富營(yíng)養(yǎng)化影響；而組合矩陣方法是賦予了癥狀類指標(biāo)較高權(quán)重之后所得，2種方法的側(cè)重點(diǎn)有所差異。

圖1 ASSETS方法壓力影響級(jí)別劃分組合矩陣圖

在等級(jí)劃分方面，ASSETS、WFD-UK和HELCOM將富營(yíng)養(yǎng)化程度劃分為5個(gè)等級(jí)，分別為“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”、“劣”。其中HELCOM將等級(jí)為“中”、“差”、“劣”的水體歸為富營(yíng)養(yǎng)化水域，等級(jí)為“優(yōu)”、“良”的水體歸為未受污染水域。WFD-BC根據(jù)富營(yíng)養(yǎng)化程度的不同劃分為“低”、“中”、“高”3個(gè)等級(jí)，其中等級(jí)為“低”的水體與ASSETS分類中“優(yōu)”和“良”的水體富營(yíng)養(yǎng)化程度接近，等級(jí)為“高”的水體與ASSETS分類中“差”和“劣”的富營(yíng)養(yǎng)化程度接近。OSPAR則根據(jù)水體各類指標(biāo)的評(píng)判原則將水體劃分為“問(wèn)題海域”和“無(wú)問(wèn)題海域”，其中“無(wú)問(wèn)題海域”與WFD-BC等級(jí)“低”和HELCOM未受污染水域的富營(yíng)養(yǎng)化程度接近，“問(wèn)題海域”與WFD-BC等級(jí)“中”、“高”和HELCOM富營(yíng)養(yǎng)化水域的富營(yíng)養(yǎng)化程度接近。

6 結(jié)論

所選5種富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法均是依據(jù)近海富營(yíng)養(yǎng)化概念模型，選取體現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)鹽壓力、直接響應(yīng)和間接響應(yīng)的相關(guān)指標(biāo)來(lái)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。營(yíng)養(yǎng)鹽類指標(biāo)的測(cè)定時(shí)間均選擇在生物活性較低的冬季，而直接響應(yīng)和間接響應(yīng)等指標(biāo)選擇在浮游植物生長(zhǎng)季節(jié)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析結(jié)果更加合理客觀地體現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化的影響。歐盟各種方法根據(jù)地區(qū)差異選擇不同的生態(tài)目標(biāo)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，而ASSETS方法則采用統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，各有優(yōu)點(diǎn)。確定富營(yíng)養(yǎng)化最終等級(jí)時(shí)采用“一損俱損”原則或者組合矩陣的方法而不是單純的計(jì)算平均值，結(jié)果較為合理。

建議建立完善富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。目前我國(guó)近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)模型和方法尚停留在以營(yíng)養(yǎng)鹽為基礎(chǔ)的第一代評(píng)價(jià)體系，無(wú)法滿足近海富營(yíng)養(yǎng)化概念模型的需要。應(yīng)當(dāng)借鑒國(guó)外先進(jìn)的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)方法，選擇反映富營(yíng)養(yǎng)化癥狀的指標(biāo)建立營(yíng)養(yǎng)鹽富集、直接效應(yīng)、間接效應(yīng)指標(biāo)體系。建立科學(xué)的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。海洋環(huán)境具有明顯的區(qū)域特征，在監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)時(shí)要根據(jù)各個(gè)不同海域的背景狀況，充分考慮營(yíng)養(yǎng)鹽含量的區(qū)域差異，并開展相關(guān)營(yíng)養(yǎng)鹽背景濃度研究或根據(jù)已有研究成果建立合理的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合目前近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀，豐富拓展監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，完善監(jiān)測(cè)頻次，開展富營(yíng)養(yǎng)化專項(xiàng)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)近岸海域富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行，為近岸海域環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)提供有益的補(bǔ)充。

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Research Progress and Comparison of Eutrophication Assessment Methods for Coastal Waters

HU Xupeng1, SHAO Junbo1, TANG Jingliang1, WANG Yiming1, CHAI Xiaoping1, ZHUANG Tonghui1, LI Junlong2

1.Zhejiang Provincial Zhoushan Marine Ecological Environmental Monitoring Station, Zhoushan 316021, China

2.State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China

Eutrophication has been the major environmental problem which restricting the economic and social development in coastal areas. Foreign coastal eutrophication assessment methods have made great strides based on the results of scientific research and experience in recent years, while the eutrophication assessment methods used in China is still at an early stage. Characteristics of eutrophication assessment methods in the Oslo-Paris Commission, the Helsinki Convention, the EU water framework directive, the United States National Oceanic and Atmospheric Administration were summarized by literature analysis. And the application scopes, indicators, standards, data requirements, procedures and results were compared which could provide some successful experiences and references to establish eutrophication assessment method adapt to characteristics of Chinese coastal waters.

eutrophication;assessment methods;application scope;indicators

2015-01-13;

2015-02-21

國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201309008)

胡序朋(1982-)，男，山東肥城人，碩士，工程師。

李俊龍

X824

A

1002-6002(2016)01- 0035- 09