銅圍網(wǎng)大黃魚養(yǎng)殖海域浮游植物群落結構特征及其環(huán)境效應研究

周龍龍，平仙隱，李 磊，沈盎綠

（1.浙江海洋大學國家海洋設施養(yǎng)殖工程中心，浙江舟山 316022；2.中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部東海與遠洋漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室，上海 200090）

人們對海產(chǎn)品需求的日益增長與有限的海洋漁業(yè)資源的矛盾，極大刺激了沿海海洋產(chǎn)品養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，而網(wǎng)箱養(yǎng)殖在集約化養(yǎng)殖體系中的地位也越來越高［1］。但是隨著海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)的深入發(fā)展，長時間高密度的網(wǎng)箱養(yǎng)殖造成大量剩余餌料、糞便堆積與抗生素濫用，致使海洋水環(huán)境中的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)和底泥硫化物嚴重超標，對近岸海洋生態(tài)環(huán)境造成嚴重破壞［2－4］，也隨之帶來很多疾病，給網(wǎng)箱養(yǎng)殖業(yè)造成很多負面影響［5－7］。

浮游植物是水生態(tài)系統(tǒng)中最重要的有機物生產(chǎn)者，也是海洋生物食物網(wǎng)的開端［8－10］。在評價水環(huán)境質(zhì)量時，浮游植物的種類組成、群落結構和數(shù)量分布的生態(tài)學特征是極其重要的指標，其變化能側面反應出水生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展演變趨勢，因此，浮游植物群落結構變化可以作為衡量水體營養(yǎng)化的重要指示物［11－13］。

臺州市的上、下大陳島附近海域是浙江省重要的近海養(yǎng)殖基地之一，近年來網(wǎng)箱養(yǎng)殖大黃魚發(fā)展迅速。以往關于網(wǎng)箱養(yǎng)殖的環(huán)境問題研究多集中于福建三沙灣、羅源灣，浙江舟山和象山港等地區(qū)［14－17］，關于臺州大陳島網(wǎng)箱養(yǎng)殖的研究相對較少。本研究于2016－2017年對上、下大陳島海域兩個銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)進行了為期一周年的調(diào)查。通過對上、下大陳島海域兩個銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)浮游植物的種類組成、細胞豐度、群落結構的分析，為該海域生態(tài)環(huán)境和網(wǎng)箱養(yǎng)殖規(guī)劃管理提供科學指導。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查站位及采樣方法

本次浮游植物調(diào)查在浙江省臺州市上大陳島正方形銅圍網(wǎng)（新建暫無養(yǎng)殖，對照區(qū)域）外部設4個站位，臺州下大陳島八角形銅圍網(wǎng)（大黃魚養(yǎng)殖）設置9個站位（圖1）。在2016年7月（夏季）、2016年 11月（秋季）、2017年 2月（冬季）和2017年5月（春季）進行了4個航次調(diào)查。

浮游植物監(jiān)測調(diào)查方法按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》第三部分（GB17378.3－2007）［18］進行。采用淺水III型浮游生物網(wǎng)從底至表層垂直拖曳獲取，樣品現(xiàn)場用5%甲醛溶液固定，實驗室靜置沉降濃縮后，采用光顯微鏡（Olympus BX50）對浮游植物進行種類鑒定［19－21］及計數(shù)。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

圖1 調(diào)查采樣站位圖Fig.1 Locations of survey stations

采用香農(nóng)－威納多樣性指數(shù)（H′）、單純度指數(shù)（C）、均勻度指數(shù)（J′）和豐富度指數(shù)（d）來研究浮游植物群落結構的特征，定義優(yōu)勢度指數(shù)（Y）≥0.02的浮游植物種類為優(yōu)勢種［22－23］。 所有調(diào)查及分析數(shù)據(jù)均以平均值±標準誤差（SE）表示，上大陳島和下大陳島銅圍網(wǎng)附近海域浮游植物群落結構的差異性比較采用獨立樣本t檢驗（正態(tài)分布數(shù)據(jù)）或非參數(shù)獨立檢驗（非正態(tài)分布數(shù)據(jù)），上述檢驗的顯著性水平設定為0.05，數(shù)據(jù)處理采用的軟件為PASW Statistics 18.0。群落結構指數(shù)與水體營養(yǎng)化關系參照表1［24］。

2 結果與分析

2.1 浮游植物種類組成

大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域4個季度共鑒定出浮游植物2門39屬80種，其中硅藻68種、甲藻12種，硅藻占據(jù)絕對優(yōu)勢。調(diào)查海域浮游植物種類數(shù)量、空間分布存在較大差異，上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域浮游植物種類數(shù)量要低于下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域，然而兩大區(qū)域的甲藻種類數(shù)量大致相同，主要差別出現(xiàn)在硅藻種類數(shù)量上。大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域浮游植物種類數(shù)量、季節(jié)分布差異也較為明顯，夏季浮游植物種類數(shù)最多（53種），其次是秋季和春季季（分別為37種和34種），冬季（33種）最少。上、下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域4個季節(jié)浮游植物種類分布情況見表2，4個季節(jié)下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域浮游植物種類數(shù)量皆大于上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域，其中4個季度硅藻的種類數(shù)量遠大于甲藻。

調(diào)查海域4個季度共鑒定出浮游植物優(yōu)勢種18種（表3），上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域浮游植物優(yōu)勢種14種，下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域浮游植物優(yōu)勢種15種，兩者在優(yōu)勢種種類和數(shù)量上無明顯差異。秋冬兩個季節(jié)浮游植物的優(yōu)勢種數(shù)量要大于春夏兩個季節(jié)，其中夏季洛氏角毛藻（Chaetoceros lorenzianus）豐度占絕對優(yōu)勢，在上、下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域的優(yōu)勢度指數(shù)分別為0.879和0.935，豐度分別為1.37×106個·m－3和4.52×106個·m－3。上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖海域瓊氏圓篩藻（Coscinodiscus jonesianus）在春秋冬3個季節(jié)中均為優(yōu)勢種，而且在春秋兩季節(jié)中瓊氏圓篩藻都是第一優(yōu)勢種。

2.2 浮游植物豐度與分布特征

調(diào)查海域4個季度浮游植物平均豐度為（8.40×105±7.86×105）個·m－3。其中上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物平均豐度為（4.30×105±3.77×105）個·m－3，下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物平均豐度為（1.25×106±1.19×106）個·m－3。下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域年均浮游植物豐度值接近上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域年均浮游植物豐度值的3倍，但是差異不顯著（非參數(shù)檢驗，P＞0.05），上下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域硅藻豐度值要遠大于甲藻的豐度值。

表1 浮游植物多樣性指數(shù)與水體營養(yǎng)水平及污染程度的關系Tab.1 Relationship among phytoplankton density，water trophic level and pollutional level

表2 調(diào)查海域四季浮游植物種類數(shù)分布情況Tab.2 Distribution of phytoplankton species throughout four seasons in the investigation area

表3 調(diào)查海域浮游植物優(yōu)勢種分布狀況表Tab.3 Distribution of dominant phytoplankton species in the investigation area

在4個季度中夏季浮游植物平均豐度（3.20×106±1.64×106）個·m－3最高，其余依次是春季（6.43×104±1.14×104）個·m－3、冬季（5.80×104±1.26×104）個·m－3和秋季（3.91×104±1.60×104）個·m－3；除秋季外，其余3個季節(jié)上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域的浮游植物豐度都低于下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物豐度（表4）。從浮游植物豐度組成上看，春季上、下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域硅藻和甲藻的豐度值相差不大，仍以硅藻為主，其余3個季節(jié)，硅藻的豐度遠遠大于甲藻（表4）。

2.3 浮游植物多樣性指數(shù)及其環(huán)境效應

調(diào)查海域浮游植物周年平均多樣性指數(shù)（H′）、均勻度指數(shù)（J′）、單純度指數(shù)（C）、豐富度指數(shù)（d）分別為 2.05、0.56、0.41和 0.75。其中秋季和冬季兩個季節(jié)浮游植物群落結構指數(shù)要優(yōu)于其余兩個季節(jié)，其平均多樣性指數(shù)（H′）、均勻度指數(shù)（J′）、單純度指數(shù)（C）、豐富度指數(shù)（d）分別為 2.89、2.96；0.75、0.78；0.21、0.21；0.90、0.87。春季平均多樣性指數(shù)（H′）、均勻度指數(shù)（J′）、單純度指數(shù)（C）、豐富度指數(shù)（d）分別為1.64、0.52、0.43、0.53，夏季浮游植物群落結構狀態(tài)最差，其平均多樣性指數(shù)（H′）、均勻度指數(shù)（J′）、單純度指數(shù)（C）、豐富度指數(shù)（d）分別為0.72、0.18、0.82、0.71。

上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物周年平均多樣性指數(shù)（H′）為2.03，均勻度指數(shù)（J′）為0.55，單純度指數(shù)（C）為0.40，豐富度指數(shù)（d）為0.78。下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物周年平均多樣性指數(shù)（H′）、均勻度指數(shù)（J′）、單純度指數(shù)（C）、豐富度指數(shù)（d）分別為2.08、0.57、0.41、0.73。上、下大陳島4個季節(jié)的浮游植物各項群落結構指數(shù)值具體見圖2。

冬季和秋季大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物群落結構比較穩(wěn)定，下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物群落結構狀態(tài)略優(yōu)于上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物，但兩者無明顯差異（t檢驗，P＞0.05）；夏季大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物多樣性最差，浮游植物群落組成單一，結構比較脆弱，上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物群落結構狀態(tài)略優(yōu)于下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物，但兩者無明顯差異（t檢驗，P＞0.05）。

從各個季節(jié)浮游植物群落結構各項指數(shù)（圖2和表5）的對比可以看出，四個季度上、下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域水質(zhì)年變化規(guī)律呈現(xiàn)出一致性，水質(zhì)狀態(tài)均為冬季＞秋季＞春季＞夏季。秋冬水質(zhì)中度污染，貧營養(yǎng)型；春季水質(zhì)中度污染，中營養(yǎng)型；夏季水質(zhì)重度污染，富營養(yǎng)型。春夏兩個季節(jié)上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域的水質(zhì)狀況優(yōu)于下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域；秋冬狀況則相反。

3 討論

3.1 銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖與傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖模式下浮游植物群落結構特征比較

傳統(tǒng)網(wǎng)箱通常指3 m×3 m或4 m×4 m的木質(zhì)浮式網(wǎng)箱，網(wǎng)衣深度一般在4～6 m之間，這種網(wǎng)箱抗風浪強度低，因此人們往往把傳統(tǒng)網(wǎng)箱放置于海流較緩，風浪較小的港灣內(nèi)側或近岸［25］。傳統(tǒng)網(wǎng)箱的網(wǎng)衣一般是由傳統(tǒng)合成纖維制作而成，生物附著性強，長時間養(yǎng)殖會造成網(wǎng)孔堵塞，極大地降低水體交換速率［26］，為解決這一問題，在20世紀80年代，挪威、日本等發(fā)達沿海國家開始使用銅網(wǎng)衣進行網(wǎng)箱養(yǎng)魚，我國自2009年開始用銅制作網(wǎng)衣。以銅作為基礎成分經(jīng)冶煉加工而成的銅合金材料制作而成的網(wǎng)箱，具有“防污損生物附著、耐腐蝕、抑制病害、安全環(huán)?！钡忍攸c，同時還具有增加水體流動和含氧量的功效，有利于魚類的健康和成長、阻止捕食者的攻擊、防止魚類逃逸、保持網(wǎng)箱容積、提高飼料轉化率和可回收再利用等優(yōu)點［27－29］。傳統(tǒng)網(wǎng)箱由于自身結構問題的限制，其養(yǎng)殖面積小，密度大，而且為了方便管理與提高抗風浪強度，傳統(tǒng)網(wǎng)箱相互連接，成為魚排，導致養(yǎng)殖海域網(wǎng)箱密度增大，因此傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖海域水體交換能力差，大量剩余餌料、養(yǎng)殖對象的排泄物與尸體都會在底部堆積。相關研究［16，30－34］表明傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)氮磷超標嚴重，造成水體富營養(yǎng)化，使浮游植物大量繁殖，從而引發(fā)養(yǎng)殖型赤潮。相比于傳統(tǒng)網(wǎng)箱，銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖面大，放養(yǎng)密度低，水體交換能力強。強大的水體交換能力為魚類養(yǎng)殖帶來天然餌料，同時人工投喂的剩余餌料被水流帶走被其它海洋生物分解吸收，而且銅網(wǎng)衣有“0”附著性的特點，可保持網(wǎng)衣持續(xù)的水流交換能力，相比傳統(tǒng)網(wǎng)箱污染物的堆積速率要小很多，水體質(zhì)量保持較好。

表4 調(diào)查海域浮游植物豐度分布表Tab.4 Distribution of phytoplankton abundances throughout four seasons in the investigation area（×104個·m－3）

圖2 調(diào)查海域四季浮游植物多樣性指數(shù)對比圖Fig.2 Comparison of phytoplankton diversity indices in the investigation area注：A：春季；B：夏季；C：秋季；D：冬季Note：A：Spring；B：Summer；C：Autumn；D：Winter

表5 調(diào)查海域水質(zhì)營養(yǎng)狀態(tài)評價表Tab.5 Water quality assessment based on phytoplankton Shannon－Wiener index（H′）

下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物年均多樣性指數(shù)（H′）為2.08，年均均勻度指數(shù)為0.57，與一些歷史資料的對比可發(fā)現(xiàn)（表6），下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物年均多樣性指數(shù)（H′）和年均均勻度指數(shù)高于大部分傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)，說明銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖在環(huán)境影響效應上是要低于傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖。下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域秋季浮游植物多樣性指數(shù)（H′）和均勻度指數(shù)（J′）數(shù)據(jù)（圖 2-C）也略高于蔡清海等［14］對羅源灣傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)的調(diào)查結果。

3.2 上、下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域之間浮游植物群落結構比較

本研究4個季度航次調(diào)查結果顯示，上、下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物群落結構主要由硅藻和甲藻組成，從浮游植物種類數(shù)和豐度上看，硅藻均占據(jù)絕對優(yōu)勢，但是下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物在種類和數(shù)量上都要高于上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域（表2），下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域全年出現(xiàn)的浮游植物種類數(shù)是上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域的1.37倍，浮游植物年平均豐度是上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域的3倍。這一調(diào)查結果也正驗證了林永泰等［37］和賀詩水［38］的觀點。林永泰等［37］曾指出網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)浮游植物種類數(shù)量和豐度均高于非網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)。賀詩水［38］認為，網(wǎng)箱養(yǎng)殖對浮游植物的豐度和種類數(shù)量有較大影響，但是養(yǎng)殖區(qū)和非網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)浮游植物群落結構組成基本相同。

浮游植物生物多樣性指數(shù)可以指示海水環(huán)境條件的優(yōu)劣，正常環(huán)境下浮游植物多樣性指數(shù)會高于污染環(huán)境下浮游植物多樣性指數(shù)，環(huán)境污染越嚴重，浮游植物多樣性指數(shù)就越低［24］。從4個季度浮游植物群落結構的各項指數(shù)及環(huán)境效應看（圖2和表5），春秋冬3個季節(jié)，上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域水質(zhì)都處于中度污染狀態(tài)，水體屬于中營養(yǎng)型；春季下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域水質(zhì)都處于中度污染狀態(tài)，水體屬于中營養(yǎng)型，而秋冬兩個季節(jié)則處于輕度污染狀態(tài)，水體屬于貧營養(yǎng)型；夏季上、下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域水質(zhì)都處于重度污染狀態(tài)，水體屬于富營養(yǎng)型。總的來說，春夏兩季上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物多樣性指數(shù)略高于下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域，秋冬兩季則正好相反（圖2）。上大陳島銅圍網(wǎng)屬于新建項目，附近海域目前暫無大黃魚養(yǎng)殖，外圍有部分傳統(tǒng)網(wǎng)箱魚類養(yǎng)殖（圖1），而下大陳島銅圍網(wǎng)大黃魚養(yǎng)殖已經(jīng)有3年時間，靠島一側也有少量傳統(tǒng)網(wǎng)箱魚類養(yǎng)殖，然而兩個海域之間的水質(zhì)差異并不明顯，說明銅圍網(wǎng)大黃魚養(yǎng)殖并沒有對該海域造成明顯的水體污染。

3.3 夏季優(yōu)勢種組成及其影響因素

在大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域調(diào)查的4個季節(jié)中，夏季浮游植物優(yōu)勢種對整個浮游植物群落結構影響最大。夏季上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物優(yōu)勢種為洛氏角毛藻、尖刺偽菱形藻（Nitzschia pungens）和翼根管藻（Rhizosolenia alata），三者優(yōu)勢度指數(shù)為0.88、0.05和0.03（表3）。下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域浮游植物優(yōu)勢種為洛氏角毛藻和尖刺偽菱形藻，兩者優(yōu)勢度指數(shù)分別為0.94和0.02（表3）。洛氏角毛藻在上、下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域的植物群落結構中都占有絕對優(yōu)勢，豐度分別為1.37×106個·m－3和4.52×106個·m－3。下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域洛氏角毛藻的豐度是上大陳的4倍多，接近赤潮級別（＞1×106個·dm－3，赤潮標準）［39］。洛氏角毛藻分布的溫度范圍為12～28℃，鹽度區(qū)間為19～35。夏季溫度上升，光照增強，暖水種藻類增殖較快［40］，該海區(qū)是浙江省臺州市重要的海產(chǎn)品養(yǎng)殖基地，夏季養(yǎng)殖密度和強度都高于其它季節(jié)。大量養(yǎng)殖伴隨而來的是高密度飼料投喂，相關研究指出在網(wǎng)箱養(yǎng)殖過程中高密度投入的餌料只有25%～35%能被真正利用，其余都流入水體中，因此帶來大量營養(yǎng)鹽過剩［41］，為浮游生物種群快速繁殖奠定了營養(yǎng)基礎。雖然夏季下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域洛氏角毛藻在浮游植物群落結構中占絕對優(yōu)勢地位，致使整個群落結構比較單一脆弱，水質(zhì)嚴重污染，水體富營養(yǎng)化，但是與上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域對比，兩者在夏季并無顯著差異，所以說，夏季大陳島的水質(zhì)污染不只是銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖的原因，而是臺州沿岸流（椒江等河流的匯入）和整個大陳島大疆域海產(chǎn)品養(yǎng)殖共同造成的結果。另外，目前洛氏角毛藻雖然沒有報道會分泌藻毒素，但是它屬于大型浮游硅藻（寬 10～80 μm）［19］，并且具有很多角毛，高密度洛氏角毛藻的角毛可能會給魚類攝食和呼吸帶來不適感，因此，夏季水溫較高的季節(jié)，洛氏角毛藻極易快速增殖的時候應該適當降低銅圍網(wǎng)魚類養(yǎng)殖密度。

表6 多樣性指數(shù)和勻度指數(shù)歷史資料對比Tab.6 Comparision of H′and J′between investigation area and other regions

4 小結

1）通過對傳統(tǒng)網(wǎng)箱和銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖模式的比較，可以得出銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖要優(yōu)于傳統(tǒng)網(wǎng)箱，是可持續(xù)、有前景的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式。

2）4個季度調(diào)查結果看，下大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域在浮游植物種類和豐度上都高于上大陳島銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖附近海域，銅圍網(wǎng)養(yǎng)殖大黃魚對于海洋環(huán)境污染有加重趨勢。

3）上、下大陳島海域春秋冬3個季節(jié)屬于中度污染，夏季屬于重度污染。這與大陳島整個近岸大面積養(yǎng)殖密不可分，因此需要適當降低銅圍網(wǎng)大黃魚養(yǎng)殖密度，從而保證大黃魚的養(yǎng)殖品質(zhì)。

致謝：中國水產(chǎn)科學研究院東海水產(chǎn)研究所宋煒副研究員、王磊助理研究員、劉永利助理研究員等人協(xié)助海上浮游植物樣品采集等工作，謹致謝忱！