天津大神堂海域不同時(shí)間序列 礁體附著生物群落特征變化*

郭 彪 陳 衛(wèi) 高 燕 張博倫 王 碩 王 宇 張 雪 曾祥茜

(天津渤海水產(chǎn)研究所漁業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境室 天津市海洋牧場技術(shù)工程中心 天津 300457)

天津市大神堂海域國家級(jí)海洋牧場示范區(qū)位于渤海灣西部，緊鄰天津大神堂牡蠣礁國家級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)。隨著環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，天津海岸帶大規(guī)模的圍填海工程建設(shè)、海洋捕撈業(yè)和礦產(chǎn)開采程度增強(qiáng)，天然牡蠣礁海域海洋生態(tài)系統(tǒng)受到的壓力逐年增加。為保護(hù)牡蠣礁區(qū)的生物資源和生態(tài)環(huán)境，天津市在大神堂海域開展了一系列海洋生態(tài)修復(fù)行動(dòng)，包括人工魚礁建設(shè)。2009 年天津市開始在該海域試驗(yàn)性投放鋼筋混凝土礁體，截止到2018 年年底，已投放鋼筋混泥土礁體29308 塊，共計(jì)10.87 萬空方，建成礁區(qū)面積約8.465 km2。

人工魚礁投放后，礁體表面通常會(huì)著生生物，海洋附著生物群落的種類組成、附著數(shù)量及附著生物量變化受到海域水溫、水深、鹽度、海流、氣候特征等環(huán)境因子及投放時(shí)間、礁體材料等因素的影響(Kress et al, 2002; 張偉等, 2008; 公丕海等, 2014; 李嬌等, 2016)。同一海域投放的魚礁礁體，由于海域的環(huán)境因子條件基本上是一致的，其附著生物主要受到礁體材料和投放時(shí)間的影響。關(guān)于不同礁體材料之間的附著生物差別，學(xué)者們更多地采取在海區(qū)掛板的方式進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)(王震等, 2019; 李真真等, 2017; Oyamada et al, 2008)，或采用附著生物潛水原位采樣(張偉等, 2015)。關(guān)于礁體投放時(shí)間的影響，日本學(xué)者通過潛水、水下錄像或?qū)蝹€(gè)魚礁撈上來的方法觀測(cè)人工魚礁投放后礁體附著生物的變化情況(1963～1983 年) (林小濤, 2001)，國內(nèi)關(guān)于礁體投放時(shí)間對(duì)附著生物的影響還沒有定性、定量的系統(tǒng)性研究。

天津海域水質(zhì)透明度低，潛水定點(diǎn)取樣和水下錄像工作存在較大的困難。故本研究采用將單個(gè)魚礁重新打撈上來的方式，觀測(cè)2010～2018 年投放的人工魚礁礁體附著生物狀況，以期從時(shí)間序列上探討天津大神堂海域礁體附著生物的群落特征變化，為天津大神堂海域人工魚礁的建設(shè)和管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣站位設(shè)置

根據(jù)2010、2012、2014、2016 和2018 年投礁區(qū) 坐標(biāo)范圍和2017 年年底完成的礁區(qū)礁體空間分布位置側(cè)掃結(jié)果，在2010、2012、2014、2016 和2018 年投放礁區(qū)各選一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行魚礁的打撈。魚礁打撈位置示意圖和具體坐標(biāo)見圖1 和表1。本次選取的礁體礁型為大窗型魚礁，其具體結(jié)構(gòu)和尺寸見圖2。

表1 吊礁位置具體坐標(biāo) Tab.1 Specific coordinates of reefs salvaged

圖1 魚礁打撈位置示意 Fig.1 The stations of reefs salvaged

圖2 大窗箱型魚礁 Fig.2 Artificial reefs of big windows(mm)

1.2 魚礁打撈時(shí)間及打撈方法

2018 年9 月19～20 日進(jìn)行魚礁打撈。在魚礁打撈前，租用漁船和雇傭潛水員進(jìn)行魚礁定位工作。潛水員根據(jù)設(shè)置的點(diǎn)位潛到水下，探尋魚礁的位置，并在探尋到的魚礁上系一個(gè)浮球作為標(biāo)記，每個(gè)點(diǎn)位探尋3 塊魚礁作為重復(fù)。每塊魚礁的坐標(biāo)位置與設(shè)置點(diǎn)位置不能超過25 m，以確保每塊打撈的魚礁均為目標(biāo)投礁年份的魚礁。

魚礁打撈時(shí)，將具有大型起吊設(shè)備的工程船行駛到標(biāo)記魚礁附近，潛水員將吊礁所用的鋼纜繩穿過魚礁，吊機(jī)吊起魚礁到船甲板上，采樣人員采樣后，將魚礁吊起并盡量投放到海中原坐標(biāo)位置。

1.3 附著生物的采集和處理

在每塊魚礁外表面和內(nèi)表面各取樣1 個(gè)，合并為1 個(gè)混合樣品，作為礁體附著生物定量樣品，每個(gè)樣品采樣面積為25 cm×25 cm。同時(shí)，盡可能收集礁體上不同位置附著的各類型生物，作為礁體附著生物定性樣品。取得的樣品使用聚乙烯瓶裝，加入5%的福爾馬林溶液固定，帶回實(shí)驗(yàn)室分析鑒定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

附著生物量計(jì)算公式：

式中，PW為附著生物量(g/m2)，W 為附著生物樣品重量(g)，S 為取樣面積(m2)。 附著生物數(shù)量計(jì)算公式：

式中，PN為附著生物數(shù)量(ind./m2)，N 為附著生物樣品數(shù)量(ind.)，S 為取樣面積(m2)。

采用Margalef 種類豐富度指數(shù)，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，Pielou 均勻度指數(shù)，Pinkas 相對(duì)重要性指數(shù)等參數(shù)對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，并采用SPSS19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。各個(gè)調(diào)查區(qū)域的指數(shù)平均值采用單因子方差(One-way ANOVA)檢驗(yàn)，顯著性水平為0.05。各指數(shù)公式如下：

式中，S 為種類數(shù)，N 為尾數(shù)，W 為生物量，Ni和Wi為i 種的尾數(shù)和生物量，F(xiàn) 為出現(xiàn)頻率。

2 結(jié)果

2.1 附著生物種類組成

本次調(diào)查中，5 個(gè)年份投礁區(qū)域的15 塊人工魚礁共鑒定礁體附著生物7 大類37 種。其中，節(jié)肢動(dòng)物13 種、環(huán)節(jié)動(dòng)物4 種、軟體動(dòng)物13 種、扁形動(dòng)物1 種、棘皮動(dòng)物2 種、星蟲動(dòng)物1 種、脊索動(dòng)物3 種。從表2 可以看出，不同年份投礁區(qū)生物種類數(shù)有所差異，2010 年投礁區(qū)最高，鑒定出生物27 種；2016 年投礁區(qū)最低，鑒定出生物14 種。

2.2 附著生物數(shù)量和生物量

從圖3 可以看出，2010 年投礁區(qū)礁體附著生物數(shù)量顯著高于其他年投礁區(qū)(P<0.05)；2018 年投礁區(qū)礁體附著生物數(shù)量顯著低于其他年投礁區(qū)(P<0.05)；2012、2014 和2016 年投礁區(qū)礁體附著生物數(shù)量無顯著差異(P>0.05)。從圖4 可以看出，2018 年投礁區(qū)礁體附著生物量顯著低于其他年投礁區(qū)(P< 0.05)，其他年投礁區(qū)礁體附著生物量無顯著差異(P>0.05)。

2.3 附著生物優(yōu)勢(shì)種

本研究采用相對(duì)重要性指數(shù)(IRI)作為判斷優(yōu)勢(shì)種的標(biāo)準(zhǔn)，為更清晰地表示優(yōu)勢(shì)種的情況，規(guī)定IRI>1000 為優(yōu)勢(shì)種(表3)。長牡蠣(Crassostrea gigas)在各年投礁區(qū)中均為優(yōu)勢(shì)種，其中，2012、2014 和2018 年投礁區(qū)中長牡蠣是唯一的優(yōu)勢(shì)種。疣荔枝螺(Thais clavigera)和鋸額豆瓷蟹(Pisidia serratifrons)、脈紅螺(Rapana venosa)和鞭腕蝦(Hippolysmata vittata)分別為2010 年和2016 年投礁區(qū)中除長牡蠣外的優(yōu)勢(shì)種，但其IRI 與長牡蠣相比，數(shù)值較低且相差10 倍以上。

2.4 不同年份礁體生物種群特征指數(shù)

從表4 可以看出，生物多樣性指數(shù)最高值出現(xiàn)在2010 年投礁區(qū)礁體，顯著高于其他年(P<0.05)；最低值出現(xiàn)在2018 年投礁區(qū)礁體，顯著低于其他年(P<0.05)；2012、2014 和2016 年投礁區(qū)礁體附著生物的生物多樣性指數(shù)無顯著差異(P>0.05)。

2010 年投礁區(qū)礁體生物的物種均勻度指數(shù)最高，顯著高于2012 年和2018 年(P<0.05)，但與2014 年和2016 年相比無顯著差異(P>0.05)。2018 年投礁區(qū)礁體生物的物種均勻度指數(shù)最低，顯著低于其他投礁區(qū)(P<0.05)。

2010 年投礁區(qū)礁體生物的物種豐富度指數(shù)最高，顯著高于其他投礁區(qū)(P<0.05)。2016 年投礁區(qū)礁體生物的物種豐富度指數(shù)最低，顯著低于其他投礁區(qū)(P<0.05)。2018 年礁區(qū)礁體生物的物種豐富度指數(shù)顯著低于2012 年和2014 年(P<0.05)。

3 討論

人工魚礁會(huì)產(chǎn)生餌料效應(yīng)、流場效應(yīng)、庇護(hù)場效應(yīng)、環(huán)境變化效應(yīng)、陰影效應(yīng)和音響效應(yīng)等多種效應(yīng)，這些效應(yīng)在不同程度上有利于魚群的聚集，導(dǎo)致礁區(qū)周圍海域生物量的增加(章守宇等, 2006, 周艷波等, 2010, 郭彪等, 2015)。其中，餌料效應(yīng)主要表現(xiàn)在附著生物、底棲生物和浮游生物的種類、豐度和生物量的增加(劉同渝, 2003; 張虎等, 2008; 戴媛媛等, 2018)，而附著生物是餌料效應(yīng)最主要的因素(劉同渝，2003)。因此，附著生物種類的組成、數(shù)量變化直接影響人工魚礁的生態(tài)效應(yīng)(張偉等, 2008)。人工魚礁附著生物的種類，尤其是優(yōu)勢(shì)種組成受到其所處空間地理位置的影響很大。在山東青島石雀灘海域，普通硅酸鹽水泥掛板附著生物絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種在7 月，為麥稈蟲(Caprella sp.)，而在9、11 月和次年1 月均為褶牡蠣(Ostrea plicatula) (王震等, 2019)；在大亞灣海域，三角藤壺(Balanus trigonus)在4 個(gè)季節(jié)混凝土礁體附著生物中，始終占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位(張偉等, 2015)。本研究中，雖然不同年份投礁區(qū)礁體附著生物的種類和數(shù)量有所差異，但長牡蠣均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。這可能與天津大神堂海域的生物組成特征有關(guān)。本研究中，人工魚礁區(qū)與天津大神堂牡蠣礁國家級(jí)海洋特別保護(hù)區(qū)毗鄰，該區(qū)域長牡蠣資源豐富，是長牡蠣成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種的主要因素。

表2 礁體附著生物種類 Tab.2 Species of attaching organisms on the artificial reefs

圖3 不同建設(shè)年份礁體附著生物數(shù)量 Fig.3 Number of attaching organisms on the artificial reefs built in different years

圖4 不同建設(shè)年份礁體附著生物量 Fig.4 Biomass of attaching organisms on the artificial reefs built in different years

李傳燕等(1990)對(duì)山東煙臺(tái)港附著生物進(jìn)行為期1年的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)掛板從6月開始形成附著生物群落，經(jīng)歷夏季和冬季群落的生長和演替，在1年后附著生物種類和數(shù)量已接近峰值。本研究中，2018年投礁區(qū)的礁體實(shí)際投放時(shí)長約為120 d (2018年5月礁體投放)，由于其尚未形成穩(wěn)定的附著生物群落，故附著生物數(shù)量、重量、生物多樣性指數(shù)和物種均勻度指數(shù)均顯著低于其他年份。而2012、2014和2016年投礁區(qū)礁體附著生物的數(shù)量和重量相比無顯著差異，這說明礁體附著生物在其數(shù)量和重量，尤其是附著生物重量達(dá)到一定數(shù)值后，其受到時(shí)間序列的影響減弱。 林小濤(2001)研究表明，魚礁投入海中2年，藤壺和巨蝸等附著生物增多；4年后，由于這幾類生物的大量生長繁殖，導(dǎo)致魚礁表面凹凸不平，浮泥淤積，屬于游在目的環(huán)形動(dòng)物也多起來，這與本研究的結(jié)果相類似。2010 年投礁區(qū)域礁體附著生物種類和數(shù)量均顯著高于其他年，但在附著生物重量上無顯著差異，增加的生物主要是一些小型的餌料生物。這些研究表明，附著數(shù)量和重量達(dá)到一定數(shù)值后，其受到時(shí)間序列的影響減弱，但其生物生態(tài)環(huán)境仍在緩慢改善，生物多樣性逐步增加。

表3 各年份礁區(qū)礁體生物優(yōu)勢(shì)種 Tab. 3 Dominant species of attaching organisms on the artificial reefs built in different years

表4 各年份礁區(qū)礁體生物種群特征指數(shù)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差) Tab. 4 Index value of community diversity of attaching organisms on the artificial reefs built in different years (Mean±SD)

總之，時(shí)間序列對(duì)人工魚礁附著生物的影響在投放前期較為明顯，當(dāng)生物量達(dá)到一定數(shù)值后，其影響明顯減弱，但其生物生態(tài)環(huán)境仍在緩慢改善，生物多樣性逐步增加。人工魚礁附著生物優(yōu)勢(shì)種種類組成對(duì)其所處海域地理位置的影響很大，因此，在人工魚礁建設(shè)過程中，礁區(qū)選址和礁型設(shè)計(jì)必須要充分了解選址海區(qū)的生物現(xiàn)狀，以便更好地實(shí)現(xiàn)其養(yǎng)護(hù)生物資源的建設(shè)目的。