條子泥圍墾工程對(duì)近海生態(tài)環(huán)境的影響

涂琦樂,劉曉東,2,華祖林,2,褚克堅(jiān),2,周媛媛

(1. 河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京　2100982. 河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京　210098)

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條子泥圍墾工程對(duì)近海生態(tài)環(huán)境的影響

涂琦樂1,劉曉東1,2,華祖林1,2,褚克堅(jiān)1,2,周媛媛1

(1. 河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院,江蘇 南京2100982. 河海大學(xué)淺水湖泊綜合治理與資源開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京210098)

摘要：以條子泥一期圍墾為研究對(duì)象,通過對(duì)工程前后近海浮游植物、浮游動(dòng)物、大型底棲動(dòng)物及潮間帶底棲生物進(jìn)行取樣調(diào)查,分析圍墾前后的生態(tài)特性差異。結(jié)果表明:圍墾后浮游植物群落種類及生物密度有所增加,且種類組成發(fā)生變化;墾區(qū)附近浮游動(dòng)物種類增多,優(yōu)勢(shì)種發(fā)生變化;底棲生物種類數(shù)減少,仍以甲殼動(dòng)物為主,相對(duì)于圍墾前的均勻分布,圍墾后僅在部分站位監(jiān)測(cè)到;潮間帶底棲生物種類減少,但仍以四角蛤蜊等經(jīng)濟(jì)貝類為主,生物密度和生物量變化較小。圍墾改變生態(tài)環(huán)境中水動(dòng)力、懸浮物、沉積物特性等多種環(huán)境因子,造成水生生物群落結(jié)構(gòu)及多樣性的變化。

關(guān)鍵詞：灘涂圍墾;水生生物;底棲生物;生物多樣性;群落結(jié)構(gòu);條子泥圍墾工程

灘涂圍墾是促進(jìn)沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和保持用地動(dòng)態(tài)平衡的有效途徑[1],具有可觀的經(jīng)濟(jì)效益。隨著灘涂圍墾技術(shù)的日益成熟,灘涂圍墾面積、規(guī)模正不斷擴(kuò)大。以江蘇省為例,2006年用于工業(yè)和城市建設(shè)的灘涂圍墾面積約73.2 km2,到2013年用于該類型的潮灘圍墾面積達(dá)260 km2,年均增長(zhǎng)率達(dá)20%。灘涂圍墾在為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供土地資源的同時(shí),也引起了沿海灘涂環(huán)境污染、海岸自然景觀破壞、海岸帶生態(tài)系統(tǒng)失衡等生態(tài)問題。

圍墾工程的環(huán)境影響與生態(tài)效應(yīng)成為近年來研究的熱點(diǎn)問題之一,并由此引起了相關(guān)研究者的注意。譬如:研究圍墾工程對(duì)海水入侵的影響及由此造成地下水污染對(duì)土壤生態(tài)的影響[2-3]。研究圍墾后灘涂濕地植被群落的演替與格局變化過程[4-5];探討灘涂圍墾后不同農(nóng)業(yè)發(fā)展模式、土地利用類型變化及生態(tài)環(huán)境因子對(duì)濕地水鳥群落多樣性變化及生態(tài)環(huán)境選擇的影響[6-8];建立水動(dòng)力模型模擬分析圍墾前后河口的潮流場(chǎng)變化[9-11]；探討濕地圍墾及土壤演替過程中微生物數(shù)量變化與土壤肥力的相關(guān)關(guān)系[12]；研究圍墾工程對(duì)近海水域浮游植物[13-14]、浮游動(dòng)物[15-16]和底棲生物[17-18]等環(huán)境因子的影響；建立江蘇沿海圍墾區(qū)生態(tài)環(huán)境長(zhǎng)效管理模式[19]。

雖然對(duì)于圍墾近海水域生態(tài)效應(yīng)的國(guó)內(nèi)外報(bào)道較多,但多數(shù)集中在底棲生物研究上,對(duì)于條子泥墾區(qū)水生生物的群落結(jié)構(gòu)和多樣性的研究至今尚未見詳細(xì)報(bào)道。筆者以條子泥一期工程為研究對(duì)象,收集了工程建設(shè)前(2010年4月)的生態(tài)基礎(chǔ)資料,并于2013年9月對(duì)工程建設(shè)后生態(tài)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查監(jiān)測(cè),對(duì)比分析條子泥圍墾工程前后近海生態(tài)環(huán)境的變化，以期為條子泥圍墾工程后續(xù)的灘涂生態(tài)修復(fù)提供相關(guān)的基礎(chǔ)資料和技術(shù)支持。

1研究對(duì)象與方法

1.1　研究對(duì)象

根據(jù)《江蘇沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》,到2020年規(guī)劃圍墾18萬hm2。其中,輻射沙脊群核心區(qū)的條子泥、高泥、東沙共約6.67萬hm2的匡圍任務(wù),并先期啟動(dòng)條子泥灘涂圍墾工程。條子泥墾區(qū)位于江蘇省東臺(tái)市弶港鎮(zhèn)東部,地處我國(guó)典型季風(fēng)氣候區(qū),受海洋性和大陸性氣候雙重影響,年均氣溫14 ℃,年均降水量1 000 mm。墾區(qū)在沿岸陸地部分為近千年來海岸不斷淤長(zhǎng)形成的海積平原,地面高程較高,在弶港附近可達(dá)4.5 m左右,具有較好的灘涂匡圍和開發(fā)基礎(chǔ)。條子泥建設(shè)計(jì)劃分三期實(shí)施,設(shè)計(jì)匡圍230.73 km2,其中,一期圍墾工程從2010年10月開始, 2013年圍墾結(jié)束,主要為梁垛河口至方塘河閘北側(cè)的近岸灘涂,圍墾面積約60.93 km2,主要用于發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖,其墾區(qū)位置見圖1。本次研究以一期圍墾為研究對(duì)象,分析圍墾工程對(duì)近海水生生物的生態(tài)影響。

圖1　條子泥一期墾區(qū)地理位置Fig. 1　Geographical location of Tiaozini reclamation area

1.2　生態(tài)調(diào)查

2013年9月，對(duì)條子泥圍墾區(qū)域進(jìn)行了野外現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),浮游植物和浮游動(dòng)物采樣計(jì)劃站位均為10個(gè),大型底棲生物采樣站位為10個(gè)。潮間帶生物采樣設(shè)4個(gè)斷面,每個(gè)斷面分別采集高、中、低潮位樣品,每個(gè)樣方0.25 m2。監(jiān)測(cè)斷面具體位置見圖2(a),其中第2、5、6、8、10、12號(hào)站點(diǎn)與2010年4月監(jiān)測(cè)站位位于同一區(qū)域。收集的2010年4月在條子泥區(qū)域的采樣調(diào)查布設(shè)生態(tài)站位12個(gè),潮間帶斷面3條,具體位置見圖2(b)。由于在圍墾前后采樣調(diào)查布設(shè)的站位空間位置和范圍分布差異不大,所以對(duì)調(diào)查結(jié)果的影響不大。

圖2　條子泥生態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位及潮間帶布置Fig. 2　Layouts of ecological monitoring sites and intertidal zones in Tiaozini reclamation area

1.3　評(píng)價(jià)方法

根據(jù)灘涂生物群落的特點(diǎn)及取樣數(shù)據(jù),選擇使用了優(yōu)勢(shì)度Y、種類豐富度指數(shù)d、均勻度指數(shù)J′、多樣性指數(shù)H′進(jìn)行分析，其表達(dá)式見式(1)～(4)。

(1)

(2)

(3)

(4)

2結(jié) 果 分 析

2.1　圍墾對(duì)近海浮游植物的影響

2.1.1種類組成及優(yōu)勢(shì)種

圍墾后墾區(qū)附近海域浮游植物種類增多,由圍墾前的25種增加到39種。優(yōu)勢(shì)種全部發(fā)生變化,圍墾前優(yōu)勢(shì)種有中肋骨條藻、諾氏海鏈藻、異常角刺藻、小眼園篩藻、布氏雙尾藻,其中中肋骨條為藻絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種,密度百分比為79.74%,圍墾后優(yōu)勢(shì)種有細(xì)弱海鏈藻、細(xì)長(zhǎng)翼根管藻、短角彎角藻、萎軟幾內(nèi)亞藻、北方婁氏藻、夜光藻,細(xì)弱海鏈藻為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種,占94.1%,圍墾前的優(yōu)勢(shì)種在墾后均未出現(xiàn)。

2.1.2生物密度及多樣性

圍墾后浮游生物密度為5.3×108cells/m3,而圍墾前為0.358×108cells/m3,生物密度大幅增加。

圍墾后浮游植物的平均多樣性指數(shù)為1.51,范圍為1.07～1.62,與圍墾前的1.35(0.49～2.18)相比,平均多樣性指數(shù)有所增大且浮動(dòng)范圍減小,各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)多樣性指數(shù)分布較圍墾前分布均勻。圍墾后平均均勻度指數(shù)為0.48(0.333～0.509),與圍墾前0.4(0.17～0.68)相比有所增加,各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)間變化幅度減小,分布較均勻。平均豐富度指數(shù)圍墾后為0.63(0.42～0.96),較圍墾前1.42(1.19～1.55)大幅度減小,且圍墾后各站點(diǎn)指數(shù)值均低于懇前最低水平。

浮游植物作為水域的初級(jí)生產(chǎn)者在海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)中具有重要作用,浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化能夠指示海洋環(huán)境質(zhì)量狀況[20]。條子泥圍墾中浮游植物在圍墾后生物密度及物種數(shù)均較圍墾前明顯增加,這與王春葉等[14]的研究結(jié)果相一致,其研究發(fā)現(xiàn)圍墾后浮游植物豐度維持在較高水平,認(rèn)為圍墾工程過程是影響海域浮游植物種群變化的重要原因。從長(zhǎng)期影響結(jié)果趨勢(shì)來看,拓浚工程有利于水生生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的恢復(fù)與重建。

2.2　圍墾對(duì)近海浮游動(dòng)物的影響

2.2.1種類組成及優(yōu)勢(shì)種

圍墾后墾區(qū)附近海域浮游動(dòng)物種類增多,從圍墾前的27種增加到37種。圍墾后優(yōu)勢(shì)種有小擬哲水蚤、平大眼劍水蚤、橈足類幼體、克氏紡錘水蚤、沙蠶幼體、太平洋紡錘水蚤(幼體所占比例較大),絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種為小擬哲水蚤,密度百分比為53%。圍墾前優(yōu)勢(shì)種有真刺唇角水蚤,小擬哲水蚤,漂浮囊糠蝦,真刺唇角水蚤所占比例最大,為31.04%,在12個(gè)站位均有出現(xiàn)。其中,圍墾前后小擬哲水蚤均作為優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)。

2.2.2生物密度和生物量

圍墾前后各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)生物密度和生物量分別見圖3(a)及圖3(b)。墾后平均生物密度大幅增加,為4 874 ind./m3,圍墾前僅為84 ind./m3。而生物量卻呈相反趨勢(shì),墾后浮游動(dòng)物平均生物量?jī)H為1.31 mg/m3,圍墾前為77 mg/m3,這可能與墾后所測(cè)浮游動(dòng)物幼體個(gè)體數(shù)所占比例較大有關(guān)。

圖3　調(diào)查海域浮游動(dòng)物各站點(diǎn)生物密度和生物量Fig. 3　Biological density and biomass of zooplankton at different monitoring sites in investigation area

2.2.3多樣性

圍墾前后監(jiān)測(cè)海域內(nèi)生物多樣性各指數(shù)對(duì)比情況見圖4。由圖4可知,圍墾后浮游動(dòng)物的平均多樣性與平均均勻度指數(shù)均呈減小趨勢(shì)且變化幅度減小。圍墾后浮游動(dòng)物的平均多樣性指數(shù)為2.26,范圍為1.85～2.64。平均均勻度指數(shù)為0.75,范圍為0.68～0.89,各監(jiān)測(cè)站點(diǎn)多樣性與均勻度指數(shù)分布與圍墾前相比較為均勻,平均豐富度指數(shù)圍墾后增大。

圖4　圍墾前后浮游動(dòng)物生物多樣性指數(shù)對(duì)比Fig. 4　Comparison of biodiversity index of zooplankton before and after reclamation

一般認(rèn)為浮游動(dòng)物受鹽度、溫度、徑流及食物等因子的影響。水中浮游植物是浮游動(dòng)物的食物來源,浮游植物的數(shù)量變化關(guān)系到浮游動(dòng)物的分布及數(shù)量。本次調(diào)查研究中,浮游植物、浮游動(dòng)物種類數(shù)及生物密度在圍墾后均呈大幅增大的趨勢(shì)。主要是由于圍墾造成近海水域懸浮物濃度、溶解氧發(fā)生變化以及由此造成的浮游植物數(shù)量變化,條子泥墾區(qū)整體海域水質(zhì)圍墾后較圍墾前懸浮物濃度有所增加、溶解氧濃度略有下降。

2.3　圍墾對(duì)底棲生物的影響

2.3.1圍墾對(duì)近海底棲生物的影響

2.3.1.1種類組成及優(yōu)勢(shì)種

圍墾后在調(diào)查區(qū)域10個(gè)站點(diǎn)(僅在4個(gè)站點(diǎn)采集到生物樣本)共采集到大型底棲生物23種。而圍墾前在調(diào)查區(qū)域12個(gè)站點(diǎn)共采集到底棲生物29 種,圍墾后圍墾水域底棲生物種類減少,但其種類組成中,仍以甲殼動(dòng)物為主,分別占總類別的52%及48%,其中圍墾后魚類所占比例有所減小。

2.3.1.2生物密度和生物量

圍墾后只在第2、3、9、11站位采集到生物樣本,大型底棲生物密度為30～50 ind./m2,平均40 ind./m2;生物量0.72～1.55 g/m2,平均1.04 g/m2。而在圍墾前的監(jiān)測(cè)中所有站位均采集到生物樣本,底棲生物平均密度范圍為0.010 8～0.221 3 ind./m2,平均0.052 8 ind./m2,圍墾后近海域底棲生物密度大幅增加;生物量108 ～2 213 g/m2,平均527.8 g/m2。

2.3.2圍墾對(duì)潮間帶底棲生物的影響

2.3.2.1種類組成及優(yōu)勢(shì)種

圍墾前后分別發(fā)現(xiàn)潮間帶底棲生物39種和28種,圍墾后物數(shù)減少。圍墾造成部分優(yōu)勢(shì)種發(fā)生變化,圍墾前主要優(yōu)勢(shì)種有異足索沙蠶、四角蛤蜊、青蛤,調(diào)查發(fā)現(xiàn)圍墾后主要優(yōu)勢(shì)種有泥螺、四角蛤蜊、托氏蟲昌螺、圓筒原盒螺、 寬身大眼蟹,仍以四角蛤蜊等經(jīng)濟(jì)貝類為主。其中,圍墾前優(yōu)勢(shì)種異足索沙蠶在墾后潮間帶監(jiān)測(cè)中未出現(xiàn),泥螺、寬身大眼蟹等成為區(qū)域生物量?jī)?yōu)勢(shì)種。

2.3.2.2生物密度及生物量

圍墾后潮間帶底棲生物密度有所增加,而生物量減少,但變化范圍較小。潮間帶斷面監(jiān)測(cè)中各類底棲生物生物量和生物密度及各斷面上底棲生物生物量和生物密度分別見圖5(a)、圖5(b)及圖6(a)、圖6(b)。

通過對(duì)比圖5(a)、圖5(b)可知,圍墾后總生物量相對(duì)減少,仍以軟體動(dòng)物為主,但甲殼動(dòng)物量增加;通過對(duì)比圖6(a)、圖6(b)可知,條子泥一期墾區(qū)北側(cè)圍墾前后潮間帶生物密度變化幅度較小,圍墾后使得物種生物量減少。墾區(qū)南側(cè)圍墾后潮間帶生物密度及生物量增大。

圖5　調(diào)查海域潮間帶各類底棲生物生物密度和生物量Fig. 5　Biological density and biomass of benthos in intertidal zones in investigation area

圖6　各潮間帶生物量與密度分布Fig. 6　Distribution of biomass and density in different intertidal zones

2.3.2.3多樣性

圍墾后潮間帶底棲生物的平均多樣性指數(shù)和平均均勻度指數(shù)分別為2.31和0.88,與圍墾前的2.27和0.82相比有所增加,但變化幅度較小。平均豐富度指數(shù)圍墾后為3.26,與圍墾前的1.14相比,增加較多。

圍墾工程使條子泥區(qū)域原有的底棲動(dòng)物分布格局發(fā)生了改變。由于底棲動(dòng)物生活所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和食物來自于潮汐作用,而圍墾施工后灘涂高程發(fā)生了變化,改變了匡圍區(qū)域的潮汐動(dòng)力作用,使底棲動(dòng)物缺少食物來源,導(dǎo)致種類數(shù)發(fā)生變化、生物量和密度下降;同時(shí)灘涂促淤使底質(zhì)發(fā)生改變,導(dǎo)致底棲動(dòng)物生態(tài)環(huán)境變化,原有底棲動(dòng)物中部分因不適應(yīng)生態(tài)環(huán)境變化而消失,同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)新的物種。

3結(jié)論

研究表明,圍墾后各水生生物物種數(shù)、物種組成、生物密度、生物量及多樣性均發(fā)生一定變化。導(dǎo)致這些變化的重要原因是圍墾改變了灘涂高程、水動(dòng)力、懸浮物、沉積物特性等多種環(huán)境因子。圍墾對(duì)近海生態(tài)系統(tǒng)的影響可通過該區(qū)域水生生物群落及密度的變化表現(xiàn)出來。

a. 圍墾后工程區(qū)浮游植物及浮游動(dòng)物群落種類及生物密度增加,且種類組成發(fā)生變化;圍墾帶來的人為干擾改變了浮游植物、浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境之間的相關(guān)關(guān)系。

b. 底棲生物種類數(shù)減少,且分布不均勻,僅在部分站位監(jiān)測(cè)到,說明圍墾工程影響底棲生物分布;潮間帶底棲生物圍墾后種類減少,生物密度和生物量變化較小。因此必須采取科學(xué)的圍墾方式,實(shí)施“生態(tài)型圍墾”以保護(hù)原有生物群落并對(duì)圍墾區(qū)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。

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Effect of Tiaozini reclamation project on offshore ecological environment

TU Qile1, LIU Xiaodong1,2, HUA Zulin1,2, CHU Kejian1,2, ZHOU Yuanyuan1

(1.CollegeofEnvironment,HohaiUniversity,Nanjing210098,China;

2.KeyLaboratoryofIntegratedRegulationandResourceDevelopmentof

ShallowLakesofMinistryofEducation,HohaiUniversity,Nanjing210098,China)

Abstract:Using the Tiaozini reclamation project as a case study, the offshore phytoplankton, zooplankton, macrobenthos, and intertidal benthos before and after reclamation were surveyed, and the variations of ecological characteristics were analyzed. The results show that phytoplankton species and biological density increased and species composition changed after reclamation; the number of zooplankton species near the reclamation area increased, and the dominant species changed; the number of benthic species decreased, with crustaceans being the main species, uniformly distributed at all monitoring stations before reclamation but only at some stations after reclamation; the number of intertidal benthos species decreased, but the dominant species were still shellfish with economic value, such as Mactra veneriformis; and the variations of biological density and biomass were small. It is concluded that reclamation changes a variety of environmental factors in the habitat, such as hydrodynamic conditions, suspended solids, and sediment characteristics, resulting in variations in biodiversity and community structure of aquatic organisms.

Key words:reclamation of tidal flats; aquatic organisms; benthos; biodiversity; community structure; Tiaozini reclamation project

中圖分類號(hào)：Q143

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1000-1980(2015)06-0542-06

作者簡(jiǎn)介：涂琦樂(1993—),女,江西景德鎮(zhèn)人,碩士研究生,主要從事環(huán)境生態(tài)水力學(xué)研究。E-mail:15295527223@163.com

基金項(xiàng)目：“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAB03B04);國(guó)家自然科學(xué)基金(51479064,51379060,51379058)

收稿日期：2015-06-16

DOI：10.3876/j.issn.1000-1980.2015.06.007