我国渔业生态环境质量评价研究进展

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　　摘要：渔业生态环境质量监测和评价是管理渔业生态环境的基础。对于渔业生态环境质量评价来讲，管理上常用单因子法评价。近年来，某些环境质量评价领域常用方法如内梅罗指数法、有机污染指数法、富营养化指数法、主成分分析法等也被借鉴应用在不同的渔业水域环境质量评价中。本文结合渔业行业特征，对行业领域内常用的渔业生态环境评价方法进行了归纳总结，对方法的原理、运用和优缺点进行了分析说明;对近年来渔业生态环境质量评价科研进展进行了综述，在此基础上，总结提出开展渔业生态环境质量评价的工作步骤;分析了目前渔业生态环境质量评价在评价方法开发和实际应用管理等方面存在的问题，并对研究发展方向进行了展望。
　　关键词：渔业生态环境;环境质量评价;评价指标;评价方法;评价流程
　　中图分类号： X822.1
　　文献标志码： A
　　文章编号：1002-1302（2020）02-0052-05
　　收稿日期：2018-11-06
　　作者简介：罗建波（1985—），男，四川广安人，博士研究生，助理研究员，主要从事渔业资源环境保护研究。E-mail：luojb@cafs.ac.cn。
　　通信作者：沈公铭，硕士，副研究员，主要从事渔业资源环境管理及研究。E-mail：sgm@cafs.ac.cn。
　　中华人民共和国渔业法实施细则定义渔业水域是指中华人民共和国管辖水域中鱼、虾、蟹、贝的产卵场、索饵场、越冬场[1]，与普通水域相比，渔业水域通常是水产品的产地，与人类身体健康和水生生物健康具有更为密切的联系，因此渔业水域生态环境现状和变化趋势需要特别的关注和管理。
　　开展科学合理管理的前提是准确客观的评价渔业生态环境质量状况，目前在渔业领域常用的方法包括单因子法、内梅罗污染指数法、有机污染指数法、富营养指数法、生物多样性指数法、灰色关联法、主成分分析法、综合质量指数法等，适用于不同目的和范围的评价。其中，单因子评价法是目前渔业生态环境管理实践中采用的方法，其他方法多见于学术研究。
　　本文目的是对目前实际渔业环境管理和学术研究中渔业生态环境评价方法进展进行归纳梳理，对各种方法的优缺点进行讨论。并在总结目前开展的评价研究基础上，归纳总结开展渔业生态环境现状评价的过程，分析目前渔业生态环境评价存在的问题，并对未来的研究发展方向进行展望。
　　1 渔业生态环境质量评价方法
　　1.1 单因子法
　　该方法是目前渔业环境评价最为常用的评价方法，也是渔业水质标准要求：“标准值单项超标，即表明不能保证鱼、虾、贝正常生长繁殖，并产生危害，危害程度应参考背景值、渔业环境的调查数据及有关渔业水质基准资料进行综合评价[2]。”该方法将实际监测值与标准值进行比较，得出环境质量好坏的结论，计算公式：
　　该方法具有操作简单、容易理解的优点。单因子评价法对水质从严要求，能够确保水体安全，但有时会由于过于严格的要求把水域使用功能评价得偏低，而且各评价参数之间互不联系，不能全面反映水体污染的综合情况[6]。《2016年中国渔业生态环境状况公报》主要采用单因子评价法，结果显示，中国渔业生态环境状况总体保持稳定，但局部水域氮磷污染严重[7]。蔡燕红等采用单因子评价法评价象山港海水养殖功能区环境质量，结果表明，象山港海水养殖功能区营养盐类超标，导致养殖区整体水质超出四类海水水质标准，已远远超出二類海水水质标准（渔业水质标准），影响了海水增养殖功能区主导功能的发挥[4]。
　　1.2 内梅罗指数法
　　又称最大指数法，是当前国内外进行综合污染指数计算的最常用的方法之一，其计算公式如下：
　　式中：P为环境污染最大指数;Ci是i指标实测值;Si为i指标标准值;CiSimax为单项指标最大值;CiSiavr为单项指标平均值。
　　内梅罗指数充分重视某污染物出现的最大浓度值对水质的影响和作用，是一种兼顾极值的计权型多因子环境质量指数。但在污染物波动大时，可能出现1个由最大值决定的高峰，反映不出其他污染指数的贡献[8-9]。王益昌采用内梅罗指数法，评价了2004—2007年陕西省有关河流、湖泊水库及部分渔场渔业生态环境状况。结果显示，陕西省渔业环境质量整体趋势处于中度污染水平，主要污染物来自总氮、总磷和铜[8]。何歆等采用内梅罗指数等评价了广东省广州市重点渔业增养殖区环境质量评价，结果表明，2004年和2005年广州市重点渔业增养殖区水质内梅罗综合污染指数为1.65和240，分别属于轻度污染和中度污染，并且有逐渐加重的趋势，表明大部分养殖区的水质已经受到不同程度的污染，养殖水体环境质量不容乐观[10]。
　　1.3 有机污染指数法
　　有机污染指数法又叫A指法，用于衡量水质有机污染状况，其计算公式如下：
　　A=CCODCCOD′+CDINCDIN′+CPO3-4-PCPO3-4-P′-CDOCDO′。（5）
　　式中：COD为化学需氧量;DIN为溶解性无机氮;PO3-4为活性磷酸盐;DO为溶氧量。分子代表各项指标实测值，分母表示标准值。当A<0，为优良;当A在0～1之间，为清洁;当A在1～2之间，为较清洁;当A在2～3之间，为轻度污染;当A在3～4之间，为中度污染;当A>4，为严重污染[11-12]。贾晓平等用有机污染指数法，评价了北部湾渔场海水有机污染营养状况，评价结果显示海水有机污染指数A为-0.881～0.239，平均-0.411，水质总体上为优良等级。其中最高值出现在夏季，水质污染程度为2级，即较好等级，其他3个季节水质均处于优良等级[11]。沈公铭等应用有机指数法，评价了2009—2011年间莱州湾渔业水域水环境质量，从有机污染指数来看，2010年水质质量较好，污染程度较轻，但2009年和2011年海水受有机污染较为严重，属于严重污染状况[12]。 　　1.4 富营养化指数法
　　海水渔业水域的富营养化程度评价一般采用营养质量指数法（NQI指数）或富营养指数法（E值法）。湖泊渔业水域可按照湖泊营养状态指数（TSI）法进行营养状态评价。
　　沈公铭等运用浮游植物Shannon-Wienner多样性指数，评价2009—2011年莱州湾水环境质量状况，其评价结果为3年均属于α-中度污染;Pielou均匀度指数其评价结果均属于轻度污染[12]。根据Shannon-Wienner浮游动物多样性指数，其评价结果均属于α-中度污染;Pielou均匀度指数其评价结果均属于轻度污染。
　　1.6 灰色聚类法
　　在环境质量评价中，有限的时空监测数据所提供的信息是不完全的，污染物与环境之间存在着复杂多变的联系，这种联系往往带有一定的不确定性，实际上构成了灰色系统的基本特征。灰色聚类分析应用灰色系统理论的思想、方法进行分析，根据关联矩阵或灰数的白化权函数将一些观测指标或观测对象聚集成若干个可定义类别[20-21]。
　　灰色聚类计算的一般步骤如下：n个聚类样本即各个监测点;m个聚类指标也就是各个污染指标;把水质类别作为聚类灰数（灰类），用k（k=1，2，…，P）表示，即P个环境质量等级。
　　第3步，计算聚类权ηkj（第j个指标对第k个灰类的权重）。按照地面水域的使用目的和保护目标，确定该水域的参考标准，对各灰类进行无量化处理。计算权重的方法即考虑到了同种组分在不同灰类中所占份额，同时还考虑到了同灰类不同组分所占份额，这种相结合的归一化方法是比较令人可信的方法。
　　按聚类系数最大归类原则，σki=maxσki判断聚类对象属于哪个类别[22-23]。
　　平仙隐等应用灰色聚类方法对2004年长江口及邻近水域渔业环境水质状况进行评价[20]，结果表明，长江口、杭州湾和舟山群岛水域属于第3类海水水质，水质污染程度表现为杭州湾>长江口>舟山群岛。杭州湾与长江口污染较为严重，舟山群岛水域污染较轻。
　　1.7 主成分分析法
　　主成分分析法也称定量分析法，由Hotelling于1933年首先提出，主要是利用降维思想，把多指标转化为少数几个综合指标的多元统计分析方法。这些指标是原指标的线性组合，且彼此不相关，它可以在力保原始数据丢失最少情况下，对高维变量空间进行降维。主成分分析法能够客观地确定各指标的权重，避免主观随意性，较其他的方法有一定的优越性，是环境质量综合评价的一种简单有效的方法，已广泛运用在重金属污染以及富营养化评价中[24]。
　　将各变量标准化，即对同一变量减去其均值再除以标准差，以消除量纲影响;在标准化数据矩阵的基础上计算原始指标相关系数矩阵R;解特征方程，并将其P个特征根按大小顺序排列并依据累计方差贡献率≥0.85确定1个m值;依据前m个特征值对应的单位特征向量即可以写出主成分计算公式;将各待评样点的标准化数据分别代人各主成分的表达式中，计算得出采样点的各主成分得分Fi，以方差贡献率（di）为权数求和计算综合得分：
　　各项得分值即是对水体采样点污染程度的定量化描述[25]。滕瑶等采用主成分分析法[26]，分析评价靖海湾松江鲈鱼种质资源保护区生态环境质量状况，结果显示，靖海湾保护区调查海域主要污染物为DIN、As和Zn。以后应加强对靖海湾保护区有机污染、富营养化和重金属（As和Zn）的监测和管理。
　　1.8 综合指标法
　　严格来讲，綜合指标法并不是指唯一的方法，而是研究者根据可用的数据和类型划分设计出的一种方法，常用公式如下：
　　式中：Ip为环境综合质量指数;Pi为各因子分指数。当Ip=0.2时，渔场综合环境质量为优级;Ip在0.2～0.4之间，为优良;Ip在0.4～0.6之间，为良好;Ip在0.6～0.8之间，为一般;Ip在0.8～1.0之间，为较差;Ip>1.0时，为很差。贾晓平等构建的分因子指数包括即海水水质指数、初级生产力水平指数和饵料生物水平指数，并用其评价了北部湾渔场环境综合质量，综合指数为0.45，总体上处于良好水平[11]。刘绿叶等使用NQI值法、A值法和标准指数法等对吕四渔场生态环境质量进行了综合评价[27]，综合评价结果表明，吕四渔场环境质量状况大部分时间处于较差状态。因此，其生态环境质量有待改善。邹丽珍采用水环境质量综合评价法，分因子为监测指标单因子评价结果[28]，综合评价结论是福建省三明市7个水库（库区）中街面水库水环境综合评价指数P值为 0.173<0.20，表明街面水库水质状况良好;其他水库评价价指数P值介于0.21～040之间，表明这些水库的水环境质量总体情况良好，均符合渔业用水。
　　2 渔业生态环境质量评价过程
　　笔者通过分析参考文献和本身参与渔业生态环境质量实际评价，认为渔业生态环境质量评价过程大致可以分为5个步骤：（1）明确评价范围;（2）选择合适评价指标;（3）开展实际监测搜集环境数据;（4）选择评价标准和建立分级标准;（5）开展环境质量评估并得出评价结果。
　　2.1 明确评价范围
　　主要包括评价的时间范围、空间范围以及环境介质范围等。时间范围包括评价是单次评价还是多次评价，是周、月度、季度、年度还是多年评价，单次评价一般为现状评价，多次或多年评价可以进行变化趋势分析和预警评价。空间范围是明确单个监测点、单个渔业水域还是流域、海区评价。环境介质范围通常是指水质评价、底泥评价、水生生物评价以及他们之间的组合。
　　2.2 其次筛选评价指标
　　渔业水域生态环境指标应该涵盖水环境质量指标、底泥质量指标、水生生物环境指标等几个方面，但在实际操作过程中，部分研究因为资金或者技术原因，通常会忽略水生生物指标的评价。常用评价指标包括常规理化指标如温度、盐度、pH值等，有机污染指标化学需氧量、挥发酚含量、石油类含量等，重金属指标铜锌铅镉含量等、水生生物指标叶绿素a含量以及浮游植物、浮游动物、底栖生物多样性等。 　　2.3 开展实际监测搜集环境数据
　　按照相关国家或行业监测规范开展监测的布点、样品采集、样品运输存储、前处理、分析测试、数据处理等工作。目前常用环境数据采集过程一般依照《渔业生态环境监测规范》《海水增养殖区监测技术规程》《海洋调查规范》（GB 12763.1～GB 12763.7—2007）和《海洋监测规范》（GB 17378.1～GB 17378.5—2007）等技术规定。
　　2.4 建立评价的方法和分级判断的标准
　　评价方法通常为单独使用或综合“1.1”节～“18”节的方法，评价方法和分级标准通常建立在《渔业水质标准》《海水水质标准》《无公害食品水产品有毒有害物质限量》《贝类净化技术规范》等标准和规范基础上。
　　2.5 得出渔业生态环境质量状况的评价结论
　　根据采集到的环境数据和评价方法进行数据计算，得到环境状况的评价结果。
　　3 结论及展望
　　渔业生态环境质量评价是对渔业生态系统中各要素优劣程度的定量和定性描述，是环境系统分析的基本方法，通过质量评价可以为环境污染的综合治理、环境规划及管理提供科学依据。虽然渔业水域环境直接关系到人和水生动物的健康，具有非常重要的意义，但当相对于环境领域水环境质量评价来讲，目前研究还存在以下不足：（1）学术研究不重视，开展渔业生态环境评价的研究比较少，难以对实际管理提供支撑。实际管理过程以单因子评价法为主，但单因子方法有明显的缺陷，难以满足综合管理需求。（2）渔业环境质量评价方法研究主要集中在借鉴应用环境领域存在的方法，缺乏对原理的研究和阐述，且不同方法之间缺少对比性研究，各个研究均属自说自话，对方法的合理性难以评价。（3）对于综合性评价方法，没有大家公认的统一的指标和分级标准，指标选取和质量分级均比较主观，不能准确客观反映渔业生态环境质量状况，评价结果缺少对比性。如对于富营养化状况评价研究，当E值>1，公式（7）和公式（8）均可判断水质为富营养化，但二者计算公式却完全不一样，公式（7）计算的E值是公式（8）的3倍。（4）对于新出现的一些环境质量评价方法，如神经网络、层次分析法等缺少应用和研究。
　　对于渔业生态环境质量评价，笔者认为下一步应该开展渔业水质基准和标准的研究，构建科学合理的渔业生态环境质量指标体系，为开展客观科学评价打下基础。加强环境评价和数学之间的交叉渗透，从原理上建立更科学合理的评价方法。建立公认统一的评价指标和分级标准，让相关研究具有可对比性，从而便于推广实施。同时，可以结合GIS遥感环境数据，当地渔业水域污染源分布和种类，与主要污染物评价结果相符合程度等，交叉验证评价方法的科学性。
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