三亞紅塘灣珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)與影響因素分析

李元超,林國堯,陳石泉,吳鐘解,蔡澤富,沈 捷,駱麗珍,龐巧珠

(海南省海洋與漁業(yè)科學(xué)院，?？?570125)

海南島珊瑚礁主要分布于文昌、瓊海、萬寧、陵水、三亞、東方、昌江、臨高、儋州及澄邁等市縣沿岸[1-2]，其中南部的三亞海棠灣至大小洞天沿岸珊瑚礁斷續(xù)分布，離島岸礁主要有蜈支洲、東排、西排、東鑼?shí)u、西鼓島等，是我國重要的岸礁研究區(qū)域[3]。

早在20世紀(jì)60～70年代三亞大東海、鹿回頭和東西瑁洲島的沿岸珊瑚礁就已成為許多科研工作者的科學(xué)考察和研究對(duì)象[4-9]。近幾十年，由于缺乏保護(hù)珊瑚礁意識(shí)，當(dāng)?shù)卮迕耠S意采挖珊瑚，采用珊瑚礁燒石灰或壘砌房子以及在珊瑚礁區(qū)毒魚、炸魚、拋錨、放網(wǎng)等活動(dòng)，給近岸水域珊瑚礁帶來嚴(yán)重破壞，使珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)重威脅[3,10]。同時(shí)，隨著海南城鎮(zhèn)化及國際旅游島建設(shè)進(jìn)程的加快，沿岸各類海洋開發(fā)活動(dòng)持續(xù)增加，導(dǎo)致近海海洋環(huán)境發(fā)生污染、海水水質(zhì)下降及藻類暴發(fā)等一系列生態(tài)環(huán)境問題，加劇了海南近岸珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的退化[11-12]。

紅塘灣位于海南三亞天涯鎮(zhèn)，周圍有旅游區(qū)、航道區(qū)，受到人類旅游、航運(yùn)、圍填海建設(shè)等一系列開發(fā)活動(dòng)的影響。因此，紅塘灣附近海域的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)可能會(huì)發(fā)生變化。

本文對(duì)三亞紅塘灣附近海域的珊瑚礁資源進(jìn)行了調(diào)查，并應(yīng)用健康指數(shù)法(condition index，CI)評(píng)估了調(diào)查區(qū)域珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，分析了影響珊瑚健康狀況的主要環(huán)境因素，旨在為海南三亞珊瑚礁研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及理論參考。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查站位概況

紅塘灣位于三亞市天涯鎮(zhèn)，東鄰天涯海角景區(qū)，西接南山佛文化旅游區(qū)，三面環(huán)山(東為馬嶺，西為紅塘嶺)，南臨廣闊南海。區(qū)域內(nèi)氣候?qū)贌釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，冬季氣候溫暖干燥，雨量較少；夏季高溫多雨，并常有雷電、暴雨、臺(tái)風(fēng)，年均氣溫為25.8℃，年平均相對(duì)濕度78.30%，年平均降水量為1 392 mm。

2017年3月，自馬嶺至紅塘嶺，共布設(shè)珊瑚調(diào)查站位12個(gè)，一般調(diào)查站位選擇在不同的珊瑚礁生境類型、活體珊瑚分布較好區(qū)域或珊瑚分布發(fā)生明顯變化的區(qū)域，調(diào)查站位見圖1。

1.2 調(diào)查方法

珊瑚調(diào)查采用截線法，根據(jù)珊瑚分布的密度、均勻度、優(yōu)劣情況以及海底地形，分別在3、6、9 m水深地段，選擇具有代表性的珊瑚生境，布設(shè)50 m的皮尺，用水下攝像機(jī)拍攝，室內(nèi)判讀。

將珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的本底數(shù)據(jù)分為6類：造礁石珊瑚(hermatypic coral, HC)、死珊瑚(dead coral, DC)、軟珊瑚(soft coral, SC)、非生物物質(zhì)(abiotic, AB)、藻類(algae, AL)和其他生物(other fauna, OT)。

統(tǒng)計(jì)每組50 cm×50 cm 樣框照片中擁有直徑小于5 cm 的珊瑚個(gè)體的數(shù)量，計(jì)算硬珊瑚補(bǔ)充量(單位：個(gè)·m-2)。

通過某一種珊瑚出現(xiàn)在樣帶中的頻度高低確定其是否為優(yōu)勢(shì)種。

歷史數(shù)據(jù)主要來源于海南省海洋生物多樣性調(diào)查項(xiàng)目。

1.3 水環(huán)境評(píng)價(jià)

珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)按照《近岸海洋生態(tài)健康評(píng)價(jià)指南》(HY/T 087-2005)執(zhí)行，水環(huán)境主要評(píng)價(jià)指標(biāo)為pH值、葉綠素a、濁度、活性磷酸鹽及無機(jī)氮，樣品的采樣、儲(chǔ)存、運(yùn)輸和預(yù)處理、檢測分析按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB17378-2007) 執(zhí)行，采樣時(shí)間與珊瑚礁調(diào)查時(shí)間同步進(jìn)行。每項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦值按公式(1)進(jìn)行，水環(huán)境健康指數(shù)按公式(2)進(jìn)行，參考《近岸海洋生態(tài)健康評(píng)價(jià)指南》(HY/T 087-2005)；相關(guān)計(jì)算公式及水體環(huán)境賦值見表1及表2。

1.4 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)評(píng)價(jià)

珊瑚健康指數(shù)(condition index, CI)，表示珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況和遭受環(huán)境壓力的程度，根據(jù)半定性估算尺度[13](表3)評(píng)價(jià)該區(qū)域的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，并計(jì)算公式(3)(表1)。

圖1 三亞紅塘灣珊瑚調(diào)查站位分布示意圖Fig.1 Distribution of coral survey stations in the Hongtang Bay

表1 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境評(píng)價(jià)Tab.1 Evaluation of water environment of the coral reef ecosystem

表2 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境評(píng)價(jià)Tab.2 Evaluation of water environment of the coral reef ecosystem

表3 半定性估算尺度Tab.3 Semi-qualitative scale for the assessment

2 結(jié)果與分析

2.1 珊瑚種類

紅塘灣分布造礁石珊瑚11科25屬55種，優(yōu)勢(shì)種主要是多孔鹿角珊瑚(Acroporamillepora)、風(fēng)信子鹿角珊瑚(A.hyacinthus)、平展薔薇珊瑚(Montiporasolanderi)、葉狀薔薇珊瑚(M.foliosa)，常見珊瑚種類主要有叢生盔形珊瑚(Galaxeafascicularis)、澄黃濱珊瑚(Poriteslutea)、二異角孔珊瑚(Gonioporaduofasciata)、精巧扁腦珊瑚(Platygyradaeda)、盾形陀螺珊瑚(Turbinariapeltata)等。珊瑚群體較大，如鹿角珊瑚和薔薇珊瑚可以出現(xiàn)大面積群體的現(xiàn)象，在海南島其他海區(qū)較少見到。軟珊瑚主要種類有豆莢軟珊瑚Lobophytumsp.、短指軟珊瑚Sinulariasp.、肉芝軟珊瑚Sarcophytonsp.以及柳珊瑚目(Gorgonacea)一種。

經(jīng)珊瑚形態(tài)類群統(tǒng)計(jì)，紅塘灣造礁石珊瑚形態(tài)類群主要以團(tuán)塊狀、分枝狀及葉片狀為主，分別占總形態(tài)類群的30.91%、23.64%及21.82%，其次為皮殼狀、板狀以及錐狀，分別占總類群比例的12.73%、5.45%及1.82%。

2.2 珊瑚分布情況

紅塘灣海域海底珊瑚分布沿岸呈半連續(xù)分布，沿岸分布寬度多在100～300 m，天涯海角景區(qū)以西為砂質(zhì)底，無珊瑚分布，垂直岸線上呈明顯的分帶現(xiàn)象；水深1 m以淺的區(qū)域相對(duì)狹窄，底質(zhì)類型主要有細(xì)砂、小塊的礁石和珊瑚碎屑等，有零星的珊瑚分布或無珊瑚分布。

隨著水深增加珊瑚分布逐漸減少，水深1～4 m為主要的珊瑚生長帶，分布有多種造礁石珊瑚，造礁石珊瑚覆蓋率較高，珊瑚個(gè)體較大；4 m以深的區(qū)域底質(zhì)類型由礁石向砂質(zhì)底過渡；5 m以深海域珊瑚明顯減少；6 m以深主要為砂質(zhì)底，基本無珊瑚分布。

造礁石珊瑚平均覆蓋率為14.67%，珊瑚分布較好的主要有兩塊區(qū)域，一是三美灣附近海域(站位H1)，造礁石珊瑚覆蓋率可以達(dá)到45.00%，另一塊是人工島附近區(qū)域(站位H5和站位H6)，造礁石珊瑚覆蓋率可以達(dá)到20.00%以上。研究區(qū)域內(nèi)平均珊瑚補(bǔ)充量范圍在0.00～0.67個(gè)·m-2，平均補(bǔ)充量為0.15個(gè)·m-2(表4)。

軟珊瑚主要出現(xiàn)在2～4 m左右水深海區(qū)，覆蓋率在0.00%～2.00%，平均覆蓋率為0.17%。種類雖然不多，但多群體出現(xiàn)，呈地毯狀(斑塊狀)分布，形態(tài)萬千，顏色極其鮮艷，極具觀賞性。此外，柳珊瑚主要分布于4 m以深區(qū)域。

2.3 健康狀況評(píng)價(jià)

通過對(duì)研究區(qū)域各站位5類底質(zhì)類型及健康指數(shù)分析，并結(jié)合半定性估算尺度判斷研究海域珊瑚生長狀況。結(jié)果顯示，調(diào)查站位H1、H2及H6的珊瑚礁健康狀況非常好(CI>0.602)，調(diào)查站位H4及H5珊瑚礁健康狀況較好(0.176

表4 珊瑚分布情況Tab.4 Distribution of coral reef

表5 各站位5類底質(zhì)類型及健康指數(shù)Tab.5 Five benthic life forms and condition index

2.4 歷史數(shù)據(jù)對(duì)比

根據(jù)研究區(qū)域2014年、2016年及2017年珊瑚礁分布情況可見，2014年至2017年造礁石珊瑚種類、石珊瑚覆蓋率、軟珊瑚覆蓋率以及珊瑚補(bǔ)充量均有一定的下降(圖2，表6)。其中造礁石珊瑚種類從57種下降到55種，覆蓋率從17.33%下降到14.58%；軟珊瑚覆蓋率從2.01%下降到0.17%，造礁石珊瑚補(bǔ)充量從0.22個(gè)·m-2下降到0.17個(gè)·m-2。

圖2 珊瑚覆蓋率Fig.2 Coverage of coral

3 討論

海南島周邊海域珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)都面臨珊瑚退化發(fā)生的趨勢(shì)，主要原因有近岸工程、棘冠海星(Acanthasterplanci)侵蝕、采挖珊瑚、炸魚、礁區(qū)排放污水污物等，甚至過度的潛水旅游觀光活動(dòng)也會(huì)對(duì)珊瑚及其生態(tài)環(huán)境造成影響[12]。經(jīng)調(diào)查，研究區(qū)域未見或少見珊瑚敵害生物核果螺(Drupamorum)和棘冠海星，而且周邊旅游活動(dòng)未成一定規(guī)模，本研究結(jié)合區(qū)域內(nèi)近幾年珊瑚礁分布的變化及現(xiàn)狀，認(rèn)為影響研究區(qū)內(nèi)珊瑚礁健康狀況的主要因素為水體環(huán)境、圍填?；顒?dòng)以及大型藻類等。

3.1 水體環(huán)境對(duì)珊瑚礁健康狀況影響

經(jīng)水體環(huán)境健康指數(shù)評(píng)價(jià)，紅塘灣珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境pH為8.05～8.30，平均賦值為15；懸浮物含量范圍為3.60～28.70 mg·L-1，平均賦值為6.67；活性磷酸鹽含量為0.003 5～0.012 0 μg·L-1，平均賦值為15.00；無機(jī)氮含量范圍為0.004 0～0.026 μg·L-1，平均賦值為15.00；葉綠素a范圍為1.03～8.99 μg·L-1，平均賦值為6.67(表7)。紅塘灣珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境健康評(píng)價(jià)指數(shù)為11.67，參照珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，紅塘灣珊瑚礁水環(huán)境為健康狀態(tài)。

盡管水體環(huán)境健康評(píng)價(jià)為健康，但研究中發(fā)現(xiàn)水環(huán)境中懸浮物與葉綠素a含量值較大，賦值偏低，平均賦值均為6.67(表7)。

3.2 懸浮泥沙對(duì)珊瑚礁分布影響

填海施工會(huì)產(chǎn)生大量的懸浮泥沙，在重力、波浪、潮流、風(fēng)力等因素作用下擴(kuò)散、運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)水質(zhì)環(huán)境和海洋生物產(chǎn)生不良影響[14-15]。由于珊瑚生長對(duì)水質(zhì)質(zhì)量要求很高，懸浮泥沙會(huì)影響珊瑚礁的生長繁殖，造礁石珊瑚死亡的主要原因是沉積物較多，覆蓋在珊瑚表面，導(dǎo)致珊瑚窒息死亡，其次是懸浮物濃度較高，導(dǎo)致珊瑚共生藻不能進(jìn)行光合作用，最后白化死亡，珊瑚白化和病害的主要原因是該海域的沉積物大量增加，覆蓋在珊瑚表面，造成珊瑚白化，尤其是薔薇珊瑚、鹿角珊瑚等敏感性種類，白化發(fā)生的較多[16]。

研究區(qū)域大潮期懸沙值介于3.20～13.60 mg·L-1之間，平均值為5.40 mg·L-1；小潮期懸沙值介于2.60～16.60 mg·L-1之間，平均值為7.20 mg·L-1；含沙量垂向方向上總體由表層至底層增大；除了個(gè)別站含沙量最大值出現(xiàn)在漲潮期外，其余測站含沙量最大值出現(xiàn)在落潮期；同時(shí)，研究海域發(fā)現(xiàn)大量珊瑚白化情況(圖3)，尤其是人工島(2015年開始建設(shè)，填海面積S=47.416 6 hm2)附近站位H4、H5、H6、H7和站位H8都出現(xiàn)了造礁石珊瑚白化現(xiàn)象，死珊瑚覆蓋率達(dá)到了5.00%～6.00%，種類主要是鹿角珊瑚、薔薇珊瑚、杯形珊瑚等種類，站位H6和站位H7甚至出現(xiàn)了葉狀薔薇珊瑚整株珊瑚白化，其他調(diào)查站位的造礁石珊瑚暫時(shí)沒有發(fā)生白化現(xiàn)象。

表6 珊瑚分布數(shù)值變化Tab.6 Numerical changes of coral reef distribution

表7 珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境評(píng)價(jià)Tab.7 Evaluation of water environment of the coral reef ecosystem

圖3 造礁石珊瑚白化現(xiàn)象Fig.3 Hermatypic coral bleaching

3.3 大型藻類對(duì)珊瑚礁健康影響

大型海藻一直以來都被認(rèn)為是吸收、利用和延緩水質(zhì)富營養(yǎng)化的有效載體[17]。然而，大型藻類的增多，會(huì)在生態(tài)位的競爭中影響到造礁石珊瑚生長與分布，由于藻類生長快，會(huì)占據(jù)更多的生存空間，給造礁石珊瑚的恢復(fù)補(bǔ)充帶來很大影響，進(jìn)一步導(dǎo)致珊瑚生長變慢[18]。經(jīng)調(diào)查，研究海域的礁石和巖石底質(zhì)上生長了大量的大型藻類，平均覆蓋率可以達(dá)到10.58%，常見的大型藻類有總狀蕨藻(Caulerparacemosa)、團(tuán)扇藻Padinasp.、帚狀乳節(jié)藻(Galaxaurafastigiata)、亞灌木狀乳節(jié)藻(G.subfruticulosa)、耳殼藻(Peyssonneliacaulifera)、馬尾藻Sargassumsp.、叉節(jié)藻(Amphiroaephedraea)、環(huán)蠕藻(Neomerisannilata)、羽毛藻(C.serrulata)、海門冬(Asparagopsistaxiformis)等。

通過2014年至2017年藻類與珊瑚礁補(bǔ)充量對(duì)比分析可見，藻類覆蓋率呈上升趨勢(shì)，從2016年的6.31%上升到2017年的10.58%；珊瑚礁補(bǔ)充量呈下降趨勢(shì)，從2014年的0.22個(gè)·m-2下降到2017年0.15個(gè)·m-2(圖4)。

圖4 藻類覆蓋率及珊瑚補(bǔ)充量Fig.4 Algae coverage and coral recruitment

4 小結(jié)

1) 造礁石珊瑚11科25屬55種，優(yōu)勢(shì)種是多孔鹿角珊瑚、風(fēng)信子鹿角珊瑚、平展薔薇珊瑚、葉狀薔薇珊瑚，常見種類有叢生盔形珊瑚、澄黃濱珊瑚、二異角孔珊瑚、精巧扁腦珊瑚 、盾形陀螺珊瑚等；軟珊瑚主要種類有豆莢軟珊瑚、短指軟珊瑚、肉芝軟珊瑚以及柳珊瑚。

2) 造礁石珊瑚平均覆蓋率為14.58%，平均珊瑚補(bǔ)充量為0.15 ind·m-2，軟珊瑚平均覆蓋率為0.17%，珊瑚主要分布在1～4 m水深，水深6 m以外有零星的造礁石珊瑚或柳珊瑚分布，常見種有總狀蕨藻、乳節(jié)藻、團(tuán)扇藻、馬尾藻等。

3) 目前該區(qū)域珊瑚礁分布很好，但呈下降趨勢(shì)，主要原因?yàn)樗w環(huán)境中懸浮物及葉綠素a增加、大量的懸浮泥沙影響以及大型藻類的增多等因素。