防城港核電站周邊海域綠潮藻類的組成及時(shí)空分布

張燕 ,徐惠民 ,關(guān)春江

(1.廣西北部灣海洋生物多樣性養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 欽州 535011;2.廣西北部灣海洋環(huán)境變化與災(zāi)害研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 欽州 535011;3.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 大連 116023)

0 引言

綠潮自20世紀(jì)70年代成為世界性的海洋生態(tài)環(huán)境問題[1-3]。自2007年開始,石莼屬(Ulva)綠潮于每年的5-7月在我國(guó)黃海海域周期性大規(guī)模暴發(fā),已成為我國(guó)沿海嚴(yán)重的生態(tài)災(zāi)害[4-6]。綠潮嚴(yán)重影響旅游業(yè)、海水養(yǎng)殖業(yè)和海水利用業(yè)等經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)[7-9],尤其大量聚集時(shí)可能堵塞核電冷卻水系統(tǒng),造成安全隱患[10-11]。

綠潮主要由石莼屬藻類形成。石莼屬藻類為綠藻門綠藻綱石莼目石莼科,對(duì)鹽度、溫度和水質(zhì)變化有很高的耐受力,是世界性的廣溫種類,分布范圍從赤道附近延伸到極地,自然生長(zhǎng)于俄羅斯遠(yuǎn)東海岸、日本群島、馬來群島、美洲太平洋和大西洋沿岸以及歐洲沿岸的中、低潮區(qū)砂礫、巖石、灘涂和石沼中[12-14]。

近年來,欽州灣沿岸的快速城鎮(zhèn)化和工業(yè)化使得其近岸海域出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化態(tài)勢(shì)[15]。理論上,水體富營(yíng)養(yǎng)化就有機(jī)會(huì)導(dǎo)致石莼屬藻類暴發(fā)而形成綠潮[16],影響濱海核電站冷卻系統(tǒng)取水安全。目前有關(guān)欽州灣的綠潮狀況尚未見報(bào)道,關(guān)于欽州灣石莼屬藻類生長(zhǎng)的相關(guān)文獻(xiàn)多為定性分析[10,17]。本研究調(diào)查分析欽州灣西側(cè)潮間帶石莼屬藻類的生長(zhǎng)與空間分布狀況,并初步分析石莼屬藻類的生長(zhǎng)特征。

1 材料與方法

欽州灣位于我國(guó)南海北部灣頂部,屬于不正規(guī)全日潮型海灣,潮流形式為往復(fù)流[18]。欽州灣受亞熱帶季風(fēng)氣候控制,年平均氣溫為23.2℃[19],海水溫度冬季為15.9℃、春季為26.0℃[20]。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘,本研究在欽州灣西側(cè)潮間帶設(shè)置8個(gè)調(diào)查站位,其中紅星村潮間帶6個(gè)、飛斗潭村潮間帶2個(gè)(表1)。

表1 調(diào)查站位Table 1 Survey Station

分別于2020年12月至2022年2月在退潮后調(diào)查14次。樣品采集參照《海洋調(diào)查規(guī)范第6 部分:海洋生物調(diào)查》(GB/T 12763.6-2007)中的潮間帶生物調(diào)查要求,取25 cm×25 cm 樣方內(nèi)的石莼屬藻類,編號(hào)后裝入自封袋并帶回實(shí)驗(yàn)室;樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后用水清洗,去除砂礫、其他植物葉子等雜物,使用感量為0.01 g的電子天平稱重,得到石莼屬藻類生物量(濕重,WWT)。

2 結(jié)果與分析

2.1 石莼屬藻類的種類組成

在調(diào)查區(qū)域的樣品中,石莼屬藻類包括長(zhǎng)石莼(緣管滸苔)(Ulvalinza)、條滸苔(Ulvaclathrate)和腸滸苔(Ulvaintestinalis),為南海習(xí)見種。這種組成方式與綠潮海域包括多種石莼屬藻類的一般規(guī)律相符[8,21-22]。

2.2 石莼屬藻類的生物量

2020年12月至2022年2月欽州灣調(diào)查站位石莼屬藻類的生物量為0.07～11.52 kg/m2。其中,紅星村潮間帶石莼屬藻類的生物量為0.11～11.52 kg/m2,最大值出現(xiàn)在2021年1月;飛斗潭村潮間帶石莼屬藻類的生物量為0.07～4.37 kg/m2,最大值出現(xiàn)在2021年1月(表2)。

表2 欽州灣石莼屬藻類生物量Table 2 Wet weight biomass of green algae of Ulva spp.in Qinzhou Bay kg/m2

2.3 石莼屬藻類的生物量分布

欽州灣石莼屬藻類生長(zhǎng)在人類活動(dòng)較少的潮間帶灘涂靠岸一側(cè),固著在巖石、砂礫或貝殼上。

2.3.1 時(shí)間分布

欽州灣石莼屬藻類生長(zhǎng)主要集中于冬、春季,持續(xù)時(shí)間約3個(gè)月,生物量的時(shí)間分布呈典型的山峰型(圖1)。

圖1 石莼屬藻類生物量的月平均分布Fig.1 Monthly average distribution of wet weight of Ulva spp.

欽州灣石莼屬藻類生長(zhǎng)的具體時(shí)間為當(dāng)年12月至翌年2 月,其中最大生物量出現(xiàn)在1 月(表2,圖1),通常相鄰月份的生物量相差約1倍,最大相差 達(dá)58 倍(2021 年1 月 與2 月,F1 站 位)。3月石莼屬藻類生物量銳減且部分站位已消失,4-6月未發(fā)現(xiàn)石莼屬藻類,8月出現(xiàn)零星石莼屬藻類,10月石莼屬藻類生長(zhǎng)較旺盛,12 月石莼屬藻類進(jìn)入全面生長(zhǎng)期。其中,D6站位附近藻類按出現(xiàn)時(shí)間依次為條滸苔、腸滸苔、長(zhǎng)石莼。

D1站位位于紅樹林邊緣,石莼屬藻類生物量包括退潮時(shí)紅樹根部刮落纏繞的部分,估算這部分約占50%;該站位的石莼屬藻類最大生物量出現(xiàn)在2021年1月,達(dá)11.52 kg/m2。排序第二位的石莼屬藻類最大生物量出現(xiàn)在2021年1月的D2站位,達(dá)5.23 kg/m2。

2022年1月石莼屬藻類平均生物量是2021年1月的0.6倍,2022年2月石莼屬藻類平均生物量是2021年2月的1.6倍,即2022年1月的生物量小于2021 年1 月,而2022 年2 月的生物量大于2021年2月(圖2)。

圖2 石莼屬藻類生物量的時(shí)間分布Fig.2 Time distribution of wet weight of Ulva spp.

2.3.2 空間分布

欽州灣石莼屬藻類生物量北部高于南部,生長(zhǎng)時(shí)間北部長(zhǎng)于南部,即藻類出現(xiàn)時(shí)間北部早于南部、消失時(shí)間北部晚于南部。2020年12月和2021年1月,紅星村潮間帶(北部)石莼屬藻類平均生物量是飛斗潭村潮間帶(南部)的2倍以上,2021年2月達(dá)到20倍。2021年3月,飛斗潭村潮間帶的石莼屬藻類先于紅星村潮間帶消亡;2022年夏季,紅星村潮間帶的石莼屬藻類先于飛斗潭村潮間帶出現(xiàn)(圖3)。

圖3 石莼屬藻類生物量的空間分布Fig.3 Space distribution of wet weight of Ulva spp.

紅星村潮間帶位于欽州灣北部(灣頂方向),以巖石灘為主,細(xì)分為3個(gè)小灣。①北灣(D1、D2)為巖石灘,其中D1站位位于紅樹林邊緣,D2站位位于巖石灘邊緣,石莼屬藻類生物量最高;②中灣北部為礫石灘(D3),南部為巖石灘(D4),石莼屬藻類生物量居中;③南灣(D5、D6)為泥沙質(zhì)灘,間有碎石-粗礫,石莼屬藻類生物量最低。

受人類活動(dòng)影響,紅星村潮間帶的石莼屬藻類分布從高潮線向低潮線延伸到養(yǎng)殖區(qū)戛然而止。D3站位向岸邊約80 m 處(高潮線)自2021年8月初出現(xiàn)條滸苔;D6站位北側(cè)30 m 處有養(yǎng)殖池塘并排放養(yǎng)殖廢水,充足的營(yíng)養(yǎng)鹽促進(jìn)石莼屬藻類的生長(zhǎng)[16],2021 年8 月末出現(xiàn)條滸苔,10 月出現(xiàn)腸滸苔,11 月出現(xiàn)長(zhǎng)石莼。此外,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)上述2處地點(diǎn)有貝克喜鹽草(HalophilabeccariiAscherson)生長(zhǎng)。2020年12月,取自紅星村潮間帶的長(zhǎng)石莼碎片最寬,為5.9 cm。

飛斗潭村潮間帶位于欽州灣南部(灣口方向)的岸堤和欖埠江之間,灘涂為沙灘。退潮后,欖埠江在灘涂上汩汩流過,呈現(xiàn)1條平行于岸邊的河流水道。飛斗潭村潮間帶的石莼屬藻類2021年自岸向海止步于欖埠江向海一側(cè);2022年超過欖埠江邊界,向向海一側(cè)潮間帶延伸至養(yǎng)殖區(qū)灘涂,在貝類養(yǎng)殖田埂處生長(zhǎng)。

F1站位位于近岸蠔柱區(qū)側(cè)方的欖埠江水道之間,F2站位位于欖埠江水道之中。2020年12月和2021年2月,F1站位的石莼屬藻類生物量低于F2站位;2021年1月,F1站位的石莼屬藻類生物量高于F2站位;2022年,F1站位的石莼屬藻類生物量低于F2站位。

2020年12月,取自F2站位附近的長(zhǎng)石莼樣本最長(zhǎng),達(dá)124.6 cm,超出一般情況下長(zhǎng)石莼的生長(zhǎng)長(zhǎng)度即90 cm[23],表明綠潮的發(fā)生不但有株數(shù)的增加,更有單株生物量的增加[22],即繁殖和生長(zhǎng)共同促進(jìn)綠潮的發(fā)生。2022年1月,取自F1站位附近的長(zhǎng)石莼碎片寬度達(dá)11.5 cm。

2.4 石莼屬藻類的來源與移動(dòng)

石莼屬藻類的來源可分為本土生長(zhǎng)和漂移而來2個(gè)類型。調(diào)查發(fā)現(xiàn),欽州灣石莼屬藻類為固著生長(zhǎng),退潮后鋪在灘涂上;部分石莼屬藻類在潮水中搖曳,纏掛在漁業(yè)設(shè)施上或紅樹根部,進(jìn)一步可能會(huì)隨海水漂移。

3 討論

3.1 綠潮的定義

綠潮是指藻類種群大量增殖、快速累積,并在河口和沿海瀉湖的底棲群落中形成致密的冠層[1]。通常認(rèn)為藻類生物量大于0.5 kg/m2或冠層厚度大于0.5 m 即形成綠潮[24]。

參考這一定義,2020年12月至2021年2月以及2022年1-2月,欽州灣紅星村潮間帶石莼屬藻類生物量均大于0.5 kg/m2,形成綠潮;2020 年12月至2021年1月以及2022年1-2月,欽州灣飛斗潭村潮間帶石莼屬藻類生物量均大于0.5 kg/m2,形成綠潮。2021 年10-11 月,欽州灣紅星村潮間帶D1站位和D6站位石莼屬藻類生物量均大于0.5 kg/m2,已達(dá)到綠潮標(biāo)準(zhǔn);但現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn),這2 個(gè)站位的藻類分布面積較小(小于50 m2),僅是孤立的2個(gè)斑塊,盡管單位面積生物量較高,但難以對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)造成直接或間接的明顯影響,因此這2個(gè)站位的石莼屬藻類難以歸為綠潮。

由此,在綠潮的定義中可對(duì)藻類分布面積或可能產(chǎn)生的災(zāi)害后果加以說明,即藻類種群大量增殖、快速累積,并在河口和沿海瀉湖的一定范圍內(nèi)(如大于1 km2)的底棲群落中形成致密的冠層,當(dāng)藻類生物量大于0.5 kg/m2或冠層厚度大于0.5 m,可能對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)或社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生不利影響時(shí),即形成綠潮。

3.2 欽州灣綠潮受溫度控制

綠潮出現(xiàn)和持續(xù)的時(shí)間與溫度有關(guān)。綠潮藻類的生長(zhǎng)受到溫度的影響,長(zhǎng)石莼生長(zhǎng)的適宜水溫為15℃～25℃[25]。欽州灣石莼屬藻類生長(zhǎng)在潮間帶,受海水溫度和氣溫的雙重影響,2022年2月溫度偏低使得當(dāng)月藻類生物量較2021 年同比偏高。紅星村潮間帶的綠潮持續(xù)時(shí)間比飛斗潭村潮間帶長(zhǎng)1個(gè)月,主要原因?yàn)?①紅星村潮間帶位于核電站冷卻水取水口附近,而飛斗潭村潮間帶位于核電站溫排水排水口附近,受溫排水影響,海水溫度略高;②紅星村潮間帶附近陸地的地表溫度低于飛斗潭村潮間帶。

不同石莼屬藻類對(duì)溫度的適應(yīng)性存在差異[7,26],同時(shí)與所處地理位置的緯度有關(guān)[1]。欽州灣石莼屬藻類的生長(zhǎng)時(shí)間為12月至翌年2月,與廈門相近[27],也與印度的帕爾克灣(11月)相近[28];但與中高緯度區(qū)域有較大區(qū)別,如我國(guó)的渤海金夢(mèng)灣為4-9月[9,29]、江蘇海岸為2-5 月[26]、南黃海為5-7月[30],又如法國(guó)的圣布里厄海岸和海利安海岸為6-9 月[8,31]、美國(guó)的納拉甘塞特灣為5-10月[32]、愛爾蘭的托爾卡灣和阿爾吉登灣為4-10月[21]。

3.3 綠潮藻類的生長(zhǎng)與移動(dòng)

綠潮的發(fā)生通常與沿海水體的富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān)[1,33],欽州灣海水中大量的氮元素刺激石莼屬藻類的大量生長(zhǎng)[15-16,19,34]。多年來,欽州灣海水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度分布穩(wěn)定,呈從內(nèi)灣、灣口到外灣遞減的趨勢(shì)[35-38],即紅星村海域的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度高于飛斗潭村海域,有利于紅星村潮間帶石莼屬藻類的生長(zhǎng)。

若石莼屬藻類發(fā)生脫落,脫落的藻體將隨海流漂移,近年來我國(guó)南黃海的滸苔綠潮即屬于此類。藻體漂移可能對(duì)周邊核電廠的冷源取水系統(tǒng)帶來危害,進(jìn)一步可能造成停機(jī)或停堆事件[11],須引起高度關(guān)注。