有害赤潮在世界各国沿海出现，造成了严重的生态、资源、环境问题和重大的经济损失^[1-3]。有效减少赤潮造成的危害，需要在赤潮影响因子变化规律及影响机制认识的基础上建立赤潮监控预警系统^[4-7]。赤潮重点监控区的选择和长期监测是预警系统建立的基础。从2002年起，国家海洋局在全国沿海省市重点养殖海域先后建立19个赤潮重点监控区，开展综合调查监测，积累赤潮监测资料，掌握近年来我国近岸海域赤潮灾害的特点与规律^[8-9]。海南岛是独立于大陆的热带岛屿，20多年来先后记录到30多起赤潮，对海域生态安全和社会稳定产生了重大影响，亟需划定赤潮监控区，对赤潮进行监控和预警。

国家建立赤潮监控区的原则和数量与区域实际赤潮监控需求存在差距，为了满足区域赤潮监控需要，本文提出赤潮易发程度概念及其识别参数，并以海南岛近岸海域为例，建立赤潮易发程度识别体系，进行易发程度分区，并据此划定赤潮重点监控区域，为赤潮防控提供新的重要参考思路。

1   材料与方法

1.1   研究区域与取样点位

研究区域为海南岛近岸海域，边界参考海南省近岸海域环境功能区划^[10](图 1)。重点海域现场调查站位分别设在污染及赤潮相对严重的区域内，包括海口湾、清澜湾、淇水湾、陵水湾、大东海、红沙湾、洋浦湾及澄迈湾，调查站位共设置38个(图 1)。

图  1  研究区域及现场采样点位

Fig.  1  Study area and sampling sites

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1.2   研究方法

1.2.1   赤潮易发程度识别方法

赤潮易发区域识别主要选取历史赤潮发生状况、近岸海域富营养现状及水动力条件等评价因子。选取历史赤潮发生区及潜在富营养化区作为一级指标，将赤潮发生频率、发生规模、危害程度及原因种毒性等作为历史赤潮发生区的二级指标，综合反映区域的赤潮发生情况，将富营养化指数(EI=(COD×无机氮×无机磷×10⁶)/4500))和水体的扩散能力作为潜在富营养化区二级指标，指示海区赤潮发生的物质来源状况。根据海南岛历史赤潮记录信息，确定重发区、中度区和一般区3个分级标准。依据赤潮发生特点及专家意见，采用AHP层次分析法确定评价因子的权重，3个区域分别赋值为5、3和1，发生频次、发生规模、危害程度、原因种毒性、富营养化指数和扩散条件6个评价因子的权重分别为0.24、0.12、0.12、0.12、0.28和0.12(表 1)。运用GIS手段，通过建模将各因子图层进行空间叠加，得到因子叠加图，显示海南省近岸区域赤潮易发程度的空间分布格局。易发程度分级采用GIS软件提供的自然断点法(natural breaks)，即用Jenk优化公式确定不同类别间的断点。

表  1  海南省近岸海域赤潮易发程度识别指标和分级

Tab.  1  Standards for identifying the Susceptibility of harmful algal blooms in the coastal waters of Hainan Island

一级指标	权重	二级指标	权重	分级标准
				重发区	中度区	一般区
历史赤潮发生区	0.6	发生频次	0.4	次数≥3次	次数=2次	次数=1次
		发生规模	0.2	面积≥50km2或持续天数≥10 d	50 km2﹥面积≥5 km2或10 d﹥持续天数≥5 d	面积﹤5 km2或持续天数﹤5 d
		危害程度	0.2	人群中毒	鱼类死亡	影响生态环境
		原因种毒性	0.2	赤潮毒素	鱼毒	无毒
潜在富营养化区	0.4	富营养化指数	0.7	E≥1	1 > E≥0.5	E＜0.1
		扩散条件	0.3	半封闭海湾	开放式海湾	开阔海域
赋值				5	3	1

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1.2.2   赤潮重点监控区划定原则和方法

国家赤潮监控区的遴选主要基于是否是重要的水产养殖区，海区赤潮发生的历史记录及地理分布的平衡等几个标准。海南赤潮监控区划分在参考国家以养殖区为主的原则下，兼顾海南自身的自然条件和社会经济发展特点，确定以下遴选和划分原则：(1) 所选择的监控海区是否对赤潮敏感；(2) 该海区是否是赤潮高发区。基于海南热带海洋生物资源和海岛旅游资源的重要性及受赤潮影响的可能性^[11-12]，赤潮敏感区域主要包括滨海旅游区、海洋自然(特别)保护区和海产养殖区。基于以上标准，运用GIS手段，划定赤潮监控区。

1.2.3   赤潮高发区域现场调查

2010年12月～2011年5月对海南省典型赤潮高发区进行水环境及赤潮生物调查，营养盐和浮游植物的采样和分析按照“海洋监测规范”第7部分：近海污染生态调查和生物监测(GB17378.7-2007)^[13]进行。

1.3   数据来源

历史赤潮记录数据来源于历年的海南省海洋环境状况公报、海南省环境状况公报、海南省海洋环境监测中心, 国家海洋环境监测中心及海南省环境监测中心站等相关机构的内部赤潮应急资料。历史营养盐数据来源于海南省环境监测中心站常规监测数据库。重点监控区分级数据来源于本研究2010年12月～2011年5月赤潮高发区水环境和赤潮生物的调查。

2   结果与讨论

2.1   赤潮易发程度识别

2.1.1   海南岛赤潮发生历史记录

截至2010年，海南岛近岸共记录到赤潮32起，主要发生在海口湾、洋浦湾等16个区域。根据频次判断标准，重发区包括澄迈湾、海口湾、红沙湾、新村湾和洋浦湾，中度区包括宝陵河入海口及淇水湾，一般区包括博鳌近岸、昌化江入海区、大东海、高隆湾、海尾港新港、后水湾、铺前湾、翁田及亚龙湾(图 2a)。

图  2  海南省近岸海域历史记录赤潮状况(a：发生频次；b：发生规模；c：危害程度；d：原因种毒性)

Fig.  2  Information of recorded harmful algal blooms in coastal waters of Hainan Island (a:frequency; b:scale; c: damage degree; d: causative species toxicity)

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海南岛近岸海域赤潮面积总体较小，持续天数一般也较短，根据历史记录及发生规模判断标准，宝陵河入海口、大东海、亚龙湾、洋浦湾为重发区，澄迈湾、海口湾、海尾港新港、红沙湾、后水湾、翁田近岸海域、新村湾为中度区，博鳌、昌化江入海区、高隆湾、铺前湾、淇水湾为一般区(图 2b)。

赤潮爆发时通过赤潮藻分泌毒素、产生黏液或者藻体死亡引起水体化学环境变化等产生危害，本文中多次发生赤潮的海域凡有一次发生人群中毒或鱼类死亡的，即划为相应等级，执行就高原则。宝陵河入海口、红沙湾、后水湾、新村湾、洋浦湾等地赤潮均发生过鱼类死亡事件，划为中度区；其他发生海域赤潮仅对生态环境产生影响，划分为一般区(图 2c)；海南省未记录到有人群中毒的赤潮事件。

按照赤潮及其赤潮原因种对人类或环境危害性质，将其分为三类，包括有毒赤潮种、鱼毒赤潮种及无毒赤潮种^[14]。本文中多次发生赤潮的海域凡有一次原因种为有毒或鱼毒的，即划为相应等级，执行就高原则。根据原因种毒性判定原则，重发区为博鳌近岸海域、高隆湾及红沙湾，中度区为海口湾、海尾港新港、翁田近岸海域及洋浦湾，其余为一般区(图 2d)。

2.1.2   海南省近岸海域富营养化评价

根据2006年～2010年春、秋季对海南岛近岸海域60个环境质量监测站位的水质监测结果，利用ArcGIS软件的Inverse Distance Weighted空间插值方法，形成多年富营养化均值图层(图 3)。结果发现富营养化区域主要集中在清澜湾及红沙湾。由于评价采用的调查点位较疏，个别重点海区的调查结果需要增密调查验证，具体见2.2.3.1。

图  3  海南省近岸海域富营养化分布

Fig.  3  Distribution of EI

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海湾的形状对海水动力影响较大，总体来讲，半封闭海湾如小海、新村湾、新英湾、东寨港、八门湾等水体扩散能力较差，开放式海湾如海口湾、榆林湾、洋浦湾、澄迈湾等扩散能力中等，开阔海域扩散能力最强，本文根据海岸线形状对海域扩散能力进行初步划分(图 4), 结果与王颖^[15]的研究基本一致。

图  4  海南省近岸海域水体扩散能力分布

Fig.  4  Diffusing capacity of coastal water

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2.1.3   海南省近岸赤潮易发程度识别

根据因子得分及其权重计算综合值，利用自然断点法(natural breaks)将其分为三级，值≥2.8为赤潮高发区，1.0～2.8为赤潮易发区，＜1.0为潜在赤潮发生区，结果见图 5。赤潮高发区包括海口湾、洋浦湾、新村湾、红沙湾、澄迈湾及清澜湾。这些海域发生赤潮频次较多，规模较大且水体扩散能力较弱，多数为海南岛的重要海湾，人类活动相对密集。赤潮易发区主要分布在铺前湾(包括东寨港)、文昌近岸、小海、三亚近岸、昌江沿海部分区域及后水湾等。这些区域人类活动也相对较多，但赤潮记录较少。潜在赤潮发生区为除以上两类区域外的近岸海域，目前人类活动影响相对较小，水交换能力相对较强，但人类活动若不加约束，污染超出水体的承载力，则存在赤潮爆发的危险。

图  5  海南省近岸海域赤潮易发程度分区

Fig.  5  Susceptibility of harmful algal blooms

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2.2   赤潮重点监控区域划定

2.2.1   赤潮重要敏感区

本研究中赤潮敏感区主要包括滨海旅游区、海洋自然(特别)保护区及海水养殖区。海水养殖区主要包括后水湾、新英湾、昌江、乐东及东方近岸、崖州湾、陵水湾(包括新村湾)及清澜湾。自然保护区及度假旅游区集中在东部、北部、南部及西南部，具体分布见图 6。

图  6  海南省沿岸海域赤潮敏感区域

Fig.  6  Sensitive function zone

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2.2.2   赤潮监控区的划定

将赤潮易发程度识别结果与敏感区叠加(图 7)，发现赤潮高发区的6个海湾中海口湾主要功能为旅游度假区，洋浦湾的内湾新英湾为养殖区，外湾部分区域为旅游度假区，陵水湾内湾新村港为海草床自然保护区，外湾为养殖区，澄迈湾右侧的盈滨半岛属于旅游度假区，清澜湾外部的高隆湾主导功能为旅游度假区，其他未提及区域均在敏感区之外。所有高发区均需要进行监控，是否落在敏感区作为监控区分级的依据。赤潮易发区域基本落在敏感区之内，要重点防控。潜在赤潮发生区大部分落在旅游度假区等敏感区域，少部分落在非敏感区，该区域在利用时要充分考虑海域污染物的消纳能力，避免引发赤潮。

图  7  海南省沿岸海域赤潮发生区与其环境敏感区

Fig.  7  Susceptible and Sensitive zones in coastal water

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海南岛近岸海域的赤潮监控区主要分为赤潮重点监控区、赤潮防控区及赤潮预警区。基于以上分析，赤潮重点监控区包括所有的高发区，即：海口湾、洋浦湾、新村湾、红沙湾、澄迈湾及清澜湾。赤潮防控区包括所有落在敏感区内的赤潮易发区域，即：铺前湾(含东寨港)、文昌近岸(八门湾、翁田近岸、铜鼓岭宝陵河口、淇水湾及冯家湾)、琼海谭门及博鳌近岸、万宁小海、三亚铁炉港、亚龙湾、大东海及三亚湾、昌江的昌化港、临高的后水湾及澄迈的花场湾等，该区域要严格陆源输入，实施区域联防联控。赤潮预警区包括其他所有沿岸海域(图 8)，建议对该区域坚持规划引导，加强监管监视。

图  8  海南省沿岸海域赤潮监控区

Fig.  8  Key monitoring regions in coastal water

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2.2.3   赤潮重点监控区域分级

2.2.3.1   赤潮重点监控区富营养化现状

本研究对海湾富营养状况评价的目的主要立足于对赤潮监控，所以在营养盐评价的基础上参考纳入叶绿素a的状态指数对各调查海区营养状况分级，依次为海口湾、清澜湾、红沙湾、新村湾、新英湾及澄迈湾(表 2)。海口湾营养盐状况与多年数据插值分析结果(图 3)有较大差异，原因是调查点位的覆盖面更大，既包括了重要的河口、污染物直排海区等人类活动影响较大的区域，同时也设定对照点，可以更全面反映海湾的整体情况，所以在监控区分级时提高海口湾营养盐水平级别。

表  2  赤潮重点监控区2010年12月~2011年5月叶绿素a、营养盐含量及营养化水平

Tab.  2  Chl a, nutrients and eutrophication in key monitoring regions of Hainan Island from Dec, 2010 May, 2011

海湾	区域	Chl a/μg·L-1	DIN/mg·L-1	PO4-P/mg·L-1	N/P	状态指数(1)	营养化水平(2)
海口湾	海甸港区	3.98	0.613	0.049	28.0	3.9	富营养
	海口港&西海岸	2.26	0.216	0.008	58.0	1.3	P限制中营养
清澜湾	清澜湾	7.00	0.105	0.006	42.3	1.9	贫营养
新村湾	新村湾	6.47	0.032	0.005	14.0	1.5	贫营养
红沙湾	红沙湾	5.89	0.079	0.010	17.5	1.7	贫营养
洋浦湾	新英湾	2.48	0.143	0.007	45.2	1.1	贫营养
	洋浦外湾	2.23	0.081	0.005	34.0	0.8	贫营养
澄迈湾		2.37	0.124	0.008	34.2	1.1	贫营养
注： (1)DIN、PO4-P及Chl a与其标准浓度比值的和，各参数标准值分别取0.3 mg/L、0.045 mg/L和5μg/L；(2)评价方法采用郭卫东等(1998)[16]的潜在性富营养化评价模式

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2.2.3.2   赤潮高发区赤潮生物现状

调查海域中浮游植物及其赤潮种种类以清澜湾和陵水湾相对较多，鱼毒型赤潮种各海域均未发现，有毒赤潮种除红沙湾和洋浦湾外均有发现(表 3)。赤潮种及其有毒类型占浮游植物种类数的比例分别在29.7%～39.3%和6.14%～7.04%(没有考虑无此类型的区域)之间，差别较小，故只根据海湾有无鉴定到有毒赤潮种将其分级，分别定为赤潮生物Ⅰ级和Ⅱ级，红沙湾和洋浦湾为Ⅱ级，其余海湾为Ⅰ级(表 3)。

表  3  赤潮重点监控区赤潮生物及其分级情况

Tab.  3  Phytoplankton compodsition and the gradation based on potential toxicity in key monitoring regions

		海口湾	新村湾	红沙湾	洋浦湾	澄迈湾	清澜湾
种类数	总浮游植物	74	107	64	68	71	114
	总赤潮种	22	42	21	23	22	38
	有毒赤潮种	5	7	0	0	5	7
	鱼毒赤潮种	0	0	0	0	0	0
	无毒赤潮种	17	35	21	23	17	31
百分比/(%)	总赤潮种	29.73	39.25	32.81	33.82	30.99	33.33
	有毒赤潮种	6.76	6.54	0.00	0.00	7.04	6.14
	无毒赤潮种	22.97	32.71	32.81	33.82	23.94	27.19
	分级	Ⅰ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅱ	Ⅰ	Ⅰ

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2.2.3.3   赤潮监控重点区域分级

现场营养盐结果表明，海口湾处于富营养化水平，据此对赤潮易发程度识别时用到的富营养化参数(EI)插值进行调整，上升一个级别，即由赋值为3(中度营养区)提高为5(富营养化区)，易发程度判定综合值由3.24上升为3.78。其他区域与多年数据插值结果基本一致，不作调整。根据综合值及区域是否落在敏感区进行三级筛选，综合值小于3或者处于敏感区外均划为三级，包括清澜湾、澄迈湾及红沙湾。其余3个区域中新村湾的综合值显著低于海口湾和洋浦湾，故将其划为二级。海口湾和洋浦湾综合值相当，但赤潮生物分级前者高于后者，故将海口湾划为一级，洋浦湾划为二级(表 4)。建议对赤潮监控重点区进行长期定位大面监测，其中对一级区域海口湾进行每月一次监测，在赤潮高发期进行加密监测；对二级区域进行季度监测，在赤潮高发期进行加密监测；三级区域只在赤潮高发期进行监测。

表  4  赤潮重点监控区分级

Tab.  4  Harmful algal bloom gradation of key monitoring regions in coastal water of Hainan Island

分级	重点监控区	分级参数
		综合值*	是否处于敏感区	赤潮生物分级
一级	海口湾	3.78	是	Ⅰ
二级	洋浦湾	3.72	是	Ⅱ
	新村湾	3.48	是	Ⅰ
三级	清澜湾	2.84	是	Ⅰ
	红沙湾	4.82	否	Ⅱ
	澄迈湾	3.00	否	Ⅰ
*注：综合值为赤潮易发程度的综合判断值，详见2.1.3

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3   结论

(1) 本研究提出赤潮易发程度概念和易发程度识别参数。识别参数包括赤潮发生频次、赤潮发生规模、赤潮危害、原因种毒性、区域富营养化指数及水体扩散能力等。

(2) 构建了赤潮易发程度识别系统，并依据海南岛近岸海域历史赤潮发生情况和区域环境特征，对海南岛近岸海域赤潮易发程度进行了分区。

(3) 确定了海南岛赤潮重点监控区划定原则并提出分级参数，在易发程度识别的基础上，结合近岸海域环境功能区划和大面现场调查数据，初步划定了赤潮重点监控区并进行了分级。