1 材料與方法
1.1 確定擬選海域與海洋牧場類型
研究海域位于煙臺市東北部近海，西至開發(fā)區(qū)沿岸，東至牟平區(qū)沿岸，區(qū)域內包含套子灣、芝罘灣、四十里灣，總面積約4000km2(圖1)。海洋功能區(qū)劃是海洋牧場選址的首要評價因素，功能區(qū)劃沖突或不符合海洋牧場利用的區(qū)域應首先被排除。 根據煙臺市北部海域的海洋功能區(qū)劃，優(yōu)先考慮農漁業(yè)區(qū)及旅游休閑娛樂區(qū)，合理規(guī)避航道，擬選址A、B、C、D、E、F共六個備選區(qū)域進行海洋牧場建設適宜性分析。
其中，C、D、F區(qū)域離岸距離較近，交通可通達度高，基礎設施條件良好，建設成本低，但由于近岸海灣內水深較淺、海域空間有限，不利于大型船舶航行，可吸引私人企業(yè)建設中小型增殖型海洋牧場。此外，由于D、F區(qū)域靠近金沙灘、第二海水浴場及其他旅游風景區(qū)，可借助其豐富的旅游資源，發(fā)展以休閑垂釣和漁業(yè)觀光為主要目的休閑型海洋牧場。A、B、E區(qū)域距離海岸較遠，基礎設施不夠完善，建設成本較高，且可接近性較差，不利于人類及時進入海洋牧場從事漁業(yè)生產工作，但此三個區(qū)域距離陸源污染物較遠，受人類活動干擾小，海洋環(huán)境質量優(yōu)良，且海域面積廣闊，可發(fā)展資源養(yǎng)護型海洋牧場。
因此，根據擬選區(qū)域離岸距離、基礎設施狀況等因素，結合考慮《煙臺市海洋牧場發(fā)展規(guī)劃(2019-2025 年)》內容，擬在A、B、E區(qū)域建設資源養(yǎng)護型海洋牧場，在C、D、F區(qū)域建設增殖型海洋牧場。以傳統(tǒng)生態(tài)資源養(yǎng)護和刺參、牡蠣、海灣扇貝、中國蛤蜊、海帶、蝦蟹類等大宗水產品生產供應為主要目的。
1.2 數據收集與處理
海洋牧場的建設與當地的海洋物理環(huán)境、化學環(huán)境、生物環(huán)境及社會管理等因素息息相關。本文根據前人的研究成果，結合煙臺北部海域環(huán)境狀況，選取水深、流速、底質類型、水質與沉積物質量作為海洋物理化學環(huán)境評價指標，選取葉綠素a含量與富營養(yǎng)化狀況作為海洋生物環(huán)境評價指標。參照相關建設標準及前人研究方法，建立評價體系，對煙臺市北部海域海洋牧場的選址與建設展開適宜性評價。
1.2.1 海洋物理化學環(huán)境指標
水深數據采用水深海圖資料進行數字化提取。流速數據來源于實際測量：分別于擬選區(qū)域A～F各區(qū)域提取一個特征點，在大潮時對各點各層進行流速測取。底質類型是通過對研究海域設置的261個站位點進行表層沉積樣品的采集，用多普勒激光粒度分析儀測量沉積物粒度，以此確定擬選海域沉積物類型。 水質及沉積物質量數據采用煙臺市海洋環(huán)境監(jiān)測預報中心于2020年5月(春季)、2020年8月(夏季)和2020年10月(秋季)在研究海域的環(huán)境質量調查數據進行分析評價，其中水質調查項目主要包括水溫、pH、溶解氧、化學需氧量、磷酸鹽、硝酸鹽-氮、亞硝酸鹽-氮、氨-氮、石油類、葉綠素a、重金屬(包括銅、鋅、鉻、汞、鎘、鉛、砷)等，當站點水深<10 m時，只采取表層樣，當水深≥10 m，采表層和底層水樣;沉積物調查指標包括硫化物、銅、鋅、鉻、總汞、鎘、鉛、砷、石油類、有機碳、氧化還原電位等。各指標選取點的位置如圖1 所示。
參考已有研究，結合實際調查狀況，根據選取的各項指標對海洋牧場選址的重要程度賦予其相應的權重，對于單個指標再根據其對海洋牧場選址的適宜性程度和限制性強度劃分適宜、較適宜、不適宜三個等級，并賦予3～1相應的數值(詳見表1)。
運用ArcGIS柵格計算器工具對各擬選區(qū)域各項指標的適宜性進行加權疊加計算，得到海洋牧場建設的物理化學環(huán)境適宜性分布圖及各擬選區(qū)域綜合適宜性指數。
其中水深、底質類型、水質及沉積物質量、流速的權重分別為0.35、0.3、0.2、0.15，計算公式如下:
式中: S為海洋牧場建設的物理化學環(huán)境適宜性指數;Yi為各單項指標值;ωi為第i個指標的權重;i為指標數。
1.2.2 季節(jié)海洋生物環(huán)境變化
利用葉綠素a含量與富營養(yǎng)化狀態(tài)對研究海域的生物資源情況及其季節(jié)變化進行評價，葉綠素a的數據來源與水質數據相同。采用營養(yǎng)狀態(tài)質量指數(NQI)法對研究海域三個季節(jié)的海水富營養(yǎng)化狀況進行評價，并運用ArcGIS空間插值法對于各擬選海域的NQI值進行預測，其中，NQI<2為貧營養(yǎng)狀態(tài)， 2≤NQI≤3為中等營養(yǎng)狀態(tài)，NQI>3為富營養(yǎng)狀態(tài)。
2 結果與討論
2.1 海洋物理化學環(huán)境
2.1.1 各項指標適宜性分析
(1) 水深條件分析
調查海域水深為0.39～33 m，水深隨著離岸距離的增加而增大。就水深條件來看，F區(qū)域適宜建設增殖型海洋牧場的海域最大，占整體面積的63.82%，其西南部有1.76 km2的海域水深小于2 m，不適宜人工魚礁的投放。位于套子灣的C、D區(qū)域大部分海域水深大于10 m，建設增殖型海洋牧場的適宜程度為較適宜，僅有D區(qū)域南部邊緣約23.29 km2的海域為適宜。A、B、E區(qū)域大部分水深為15～20 m，坡度和緩，受波浪作用影響小，均適宜資源養(yǎng)護型海洋牧場的建設。
水深條件是影響海洋牧場選址的重要因素，會對海域的水溫、光照及近岸波浪作用產生直接影響。就水深條件來看，六個擬選區(qū)域大部分水深范圍內水溫、光照、波浪影響等條件適中，適合開展?jié)O業(yè)開發(fā)。但D、F海域部分沿海區(qū)域水深較淺，應注意魚礁的規(guī)模和投放密度。
(2) 水動力情況分析
煙臺北部海域為不正規(guī)半日潮，漲潮流流向為偏西北向，落潮流流向為偏東南向，落潮流流速大于漲潮流流速，在岸邊的速度方向與岸線較為一致。套子灣海域潮流流速由西北向東南方向逐漸減弱，漲潮期間最大流速為0.76 m/s，落潮最大流速為0.56 m/s;芝罘灣內海流由灣口向灣內流速逐漸減弱，最大漲潮流速為0.44 m/s，最大落潮流速為0.54 m/s;四十里灣海域潮流漲急時刻流速一般在0.10～0.35 m/s之間，落潮流速與漲潮流速基本相當。A～F特征點流速實測結果如表2所示。
研究海域所測流速在0.07～0.62 m/s，均不超過0.8 m/s。由此可見，研究海域流速適中，具備建設海洋牧場的水動力條件。 對于海洋底質的運輸及人工魚礁的穩(wěn)定性而言，底層海流影響最大，結合各點落潮底層流速來看，A、B、E區(qū)域水動力條件較強，D、F區(qū)域水動力條件較弱。由于D、F區(qū)域位于近岸海灣內，受陸源污染物影響較大，較弱的水動力條件不利于其水體的交換，容易導致水體的惡化，易對海洋生物的生存及品質產生不利影響。
(3) 底質類型分析
煙臺市北部海域底質類型以黏土質粉砂、砂質粉砂和粉砂為主，還有少量的貝類碎片。其中黏土質粉砂含量最高，占比達到63.98%。其次占比較多的是砂質粉砂，所占比例為12.64%。樣品分布點最少的是砂，僅有6個樣品點，占比為2.30%。
就區(qū)域差異來看(表3)，調查海域底質類型空間分布的差異性較顯著，近岸沉積物類型相對豐富。C、D、F區(qū)域地處套子灣、四十里灣內，在河流入海挾帶泥沙及波浪、潮流的共同作用下，近岸地區(qū)沉積物類型呈現復雜化、多樣化的特征，套子灣沿岸海域出現了砂、粉砂質砂、砂質粉砂三種不同的較大顆粒沉積物，隨著離岸距離越來越遠，水流攜帶泥沙的能力減弱，沉積物顆粒也逐漸變小。在離岸較遠的A、B、E區(qū)域，沉積物顆粒較細且類型較為單一，以黏土質粉砂為主。
因此，擬選的6個區(qū)域中C、D、F區(qū)域底質較硬，海底表面承載力更強，更適合人工魚礁的投放。但D區(qū)域投放人工魚礁時應考慮避開夾河入海口，從而避免因入海泥沙淤積而導致的人工魚礁下沉。
(4)水質與沉積物質量分析
水質方面 ，5月、10月調查海域表、底層海水水質均滿足二類海水水質標準，且大部分指標滿足一類海水水質標準。8月份調查海域表層海水均滿足二類海水水質標準，但底層海水有19.2%的調查站位溶解氧含量和1.9%的站位化學耗氧量劣于二類海水水質標準，不滿足海洋牧場的建設要求。這10個含氧量較低的站位大多位于調查海域東南側，不在擬選海域范圍內，但可能會對區(qū)域E東側海域海洋生物生存造成缺氧威脅。沉積物質量方面 ，所有站位沉積物質量均符合一類沉積物質量標準，且各區(qū)域差異不大。
經調查發(fā)現，研究海域海水水質相對清潔，沉積物質量優(yōu)良，適合各類海洋生物和餌料生物的生長。 但夏季水質相對較差，尤其是底層海水中溶解氧含量較低，容易威脅到區(qū)域E東側海域海洋生物的生存。就海水污染狀況來看，A、B區(qū)域遠離海岸，受陸源污染影響較小，更適合海洋資源養(yǎng)護;C、D、F區(qū)域離岸距離較近，受陸源污染影響較大，尤其是D區(qū)域同時位于開發(fā)區(qū)近岸與夾河入?？?，受到沿岸工業(yè)污染與河流攜帶污染物污染的風險較大，相比之下發(fā)展增殖型海洋牧場的環(huán)境優(yōu)勢較弱。
2.1.2 海洋物理化學環(huán)境適宜性綜合評價
運用ArcGIS對以上各項海洋物理化學環(huán)境指標進行加權疊加計算和面積計算，得到擬選海域海洋牧場建設的海洋物理化學環(huán)境適宜性情況(圖2)。其中海洋物理化學環(huán)境適宜性指數為2.8～3.0為適宜，2.3～2.8為較適宜，2.3以下為不適宜。
對于建設資源養(yǎng)護型海洋牧場來說，A區(qū)域全部海域及B區(qū)域99%以上的海域建設海洋牧場的適宜性均為較適宜，其適宜性指數分別為2.7與2.5;E區(qū)域有54.36%的海域較適宜海洋牧場的建設，其整個區(qū)域適宜性指數為2.36，由于其面積較大、東西跨度大，可考慮選址于其西部海域。對于建設增殖型海洋牧場來說，C、D、F區(qū)域內適宜性差異顯著。其中，C區(qū)域整體適宜性指數最低，為2.2，僅有其南部2.55 km2的海域為較適宜;D區(qū)域適宜建設海洋牧場的海域2.5;F區(qū)域有15.2 km2的海域適宜海洋牧場建設，其整體適宜性指數為2.47。
整體來看，6個擬選區(qū)域共有36.88 km2的海域十分適宜目標類型海洋牧場的建設，占整個擬選區(qū)域的3.8%;有625.63 km2的區(qū)域較適宜目標類型海洋牧場的建設，占整個擬選區(qū)域的63.7%。整體適宜性指數最高的是A區(qū)域，可作為發(fā)展資源養(yǎng)護型海洋牧場的優(yōu)先考慮海域;整體適宜性指數最低的是C區(qū)域，這主要與其同D、F區(qū)域相比水深較深、沉積物類型較細有關。調查區(qū)域內不同區(qū)塊間水文動力、底質類型及水深、地形的區(qū)域差異和多樣性，為海洋牧場類型的多樣性和場址的多選擇性提供了有利條件。
2.2 海洋生物環(huán)境季節(jié)變化
(1)葉綠素a變化分析
各擬選海域葉綠素a含量區(qū)域差距較小，但季節(jié)變化明顯(圖3)。就季節(jié)差異來看，5月葉綠素a含量為3.61～5.84 μg/L，平均值為(5.15±0.66) μg/L;8月葉綠素a含量為2.43～3.74 μg/L，平均值為(2.98±0.41) μg/L;10月葉綠素a含量為2.99～5.06 μg/L，平均值為(3.94±0.62) μg/L?？梢姶杭緮M選海域海水葉綠素a含量明顯較高，夏季含量較低。就空間差異來看，各擬選海域海水葉綠素a含量差異不大，其中F區(qū)域各季節(jié)葉綠素a含量略高于其他區(qū)域。
葉綠素a濃度可代表浮游植物生物量，并作為水體生產力高低的評判參考。 擬選海域葉綠素a含量的季節(jié)差異可能與夏季海水水溫升高，水體含氧量下降，浮游植物缺氧死亡有關。秋季隨著水溫的降低，葉綠素a含量有所回升?？臻g差異方面，F區(qū)域各季節(jié)葉綠素a含量均略高，可能是由于該區(qū)域水深較淺，浮游植物有充足的光照進行光合作用;且該海域流速緩慢，有利于水生生物的聚集、附著;此外，沿岸河流帶來了豐富的營養(yǎng)鹽，也為浮游植物生長提供了餌料。
(2) 富營養(yǎng)化狀況變化分析
對擬選海域營養(yǎng)狀態(tài)質量指數(NQI)進行評價及預測可知：調查期間，煙臺北部海域NQI的變化范圍為1.00～4.96，平均值為2.27±0.76。其中，春季研究海域海水富營養(yǎng)化程度最低，NQI的范圍為1.24～2.97，平均值為1.94±0.43，表層與深層海水富營養(yǎng)化程度差距較小，大部分海域處于貧營養(yǎng)狀態(tài)。夏季研究海域NQI的范圍為1.00～4.55，平均值為1.99±0.71，表層與深層海水富營養(yǎng)化程度差距較大，位于四十里灣沿岸的F區(qū)域底層海水富營養(yǎng)化嚴重。秋季研究海域海水富營養(yǎng)化程度最高，NQI的范圍為1.64～4.96，平均值為2.91±0.65，大部分海域處于中等營養(yǎng)狀態(tài)和富營養(yǎng)狀態(tài)，表層與深層海水富營養(yǎng)化程度差距不大，E、F區(qū)域東部有富營養(yǎng)化風險(圖4)。
擬選海域海水富營養(yǎng)化風險多發(fā)生于夏、秋季節(jié)，且集中于東部沿岸海域，這主要與氣象、水文等環(huán)境因素的季節(jié)性變化以及東部沿岸海域水動力較弱、水體交換能力較差有關。夏季四十里灣及其以東海域底層海水最先發(fā)生富營養(yǎng)化，這可能與該海域營養(yǎng)鹽的過剩與沉降有關，之后浮游生物的大量繁殖導致了水體溶解氧含量的下降，浮游生物缺氧死亡后其腐爛分解又導致了化學耗氧量的升高，這與水質調查結果相一致。因此，F區(qū)域和E區(qū)域東部夏、秋季節(jié)發(fā)生富營養(yǎng)化災害的風險較大，海洋牧場的建設應注意富營養(yǎng)化災害防控。
3 結論
(1)在海洋物理化學環(huán)境方面，六個擬選區(qū)域共有36.88 km2的海域適宜、625.63 km2的海域較適宜、 318.88 km2的海域不適宜目標海洋牧場的建設，其中，A區(qū)域海洋物理化學環(huán)境綜合適宜性指數最高、C區(qū)域最低。
(2)在海洋生物環(huán)境方面，各區(qū)域夏季海水葉綠素a含量明顯低于春、秋兩季，F區(qū)域各季節(jié)海水葉綠素a含量略高于其他區(qū)域;F海域和E海域東側在夏、秋季節(jié)易發(fā)生海水富營養(yǎng)化污染，對海洋牧場目標生物的生存有一定危害。
(3)總體來看，建設資源養(yǎng)護型海洋牧場可優(yōu)先考慮A區(qū)域，建設增殖型海洋牧場可優(yōu)先考慮D區(qū)域南部沿岸海域。
