威海榮成桑溝灣海域海草床分布現(xiàn)狀及其生態(tài)特征

李 政, 李文濤, 楊曉龍, 張彥浩, 張沛東

威海榮成桑溝灣海域海草床分布現(xiàn)狀及其生態(tài)特征

李 政, 李文濤, 楊曉龍, 張彥浩, 張沛東

(中國海洋大學海水養(yǎng)殖教育部重點實驗室, 山東 青島 266003)

海草床是生物圈最高產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)之一, 在氮捕獲、碳封存、水質(zhì)凈化及維持生物多樣性等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。2016年8月通過對威海榮成桑溝灣海域的現(xiàn)場調(diào)查, 發(fā)現(xiàn)分布總面積約為471.72 ha的海草床, 種類為鰻草()、紅纖維蝦形草()、日本鰻草()和叢生鰻草(), 分布面積分別為395.33 ha、37.28 ha、32.74 ha和6.37 ha。鰻草分布范圍較廣, 平均莖枝密度817.0±27.6 shoots/m2, 平均生物量646.6±41.8 g DW/m2; 紅纖維蝦形草主要分布于桑溝灣北部養(yǎng)殖池和南部楮島海域, 平均莖枝密度2 649.0±29.8 shoots/m2, 平均生物量2 381.3±27.3 g DW/m2; 日本鰻草主要分布于桑溝灣西部八畝地海域, 平均莖枝密度506.0± 26.2 shoots/m2, 平均生物量118.3±12.5 g DW/m2; 叢生鰻草主要分布于桑溝灣南部楮島海域, 其平均密度為513.0±17.9 shoots/m2, 平均生物量為479.1±28.1 g DW/m2。結(jié)合歷史資料, 發(fā)現(xiàn)桑溝灣海域海草床嚴重退化, 分析了海草床的退化原因并提出了相應的建議和對策, 以期為海草資源及濱海生境修復提供參考。

海草床; 種類; 分布面積; 生態(tài)特征; 桑溝灣

海草(Seagrass)是一類生長在海洋或河口的單子葉顯花被子植物, 由單種或多種海草構(gòu)筑的海草床是生物圈中最具初級生產(chǎn)力的生態(tài)系統(tǒng)之一[1]。全球海草床每年提供的生態(tài)服務(wù)價值高達3.8萬億美元[2], 在氮捕獲、碳封存、凈化水質(zhì)及維持生物多樣性等方面均發(fā)揮重要作用[3]。然而隨著全球氣候變化加劇、海洋過度開發(fā)利用、近岸海域水體富營養(yǎng)化以及疾病和生物入侵等諸多因素影響, 全球海草床面積急劇衰退, 生境破碎化日益突出[4]。中國海草床退化形勢尤為嚴峻, 如山東省的威海、煙臺和青島近岸海域完全消失或退化的海草床已達到80%, 消失速度正逐年加快[5]。目前黃渤海部分海區(qū)海草床的具體分布和海草床生境狀態(tài)尚不明確, 摸清實際海草床的生存和分布狀況對于保護海草床生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能完整性具有重要的意義。

桑溝灣(37°01′—37°09′N, 122°24′—122°35′E)位于山東威海榮成市, 是中國最東端、山東半島最開闊的海灣, 其海岸形狀呈典型“C”字型, 海水養(yǎng)殖業(yè)較發(fā)達, 灣內(nèi)有褚島、五島和鵓鴿島等島嶼[6]。2016年5月, 基于桑溝灣地理和環(huán)境特征, 結(jié)合歷史資料及當?shù)貪O民提供的信息, 初步判定桑溝灣海域分布有較大面積的海草床。為了進一步判定桑溝灣海草資源分布狀況、海草生物學特征及海草床周邊的環(huán)境狀況, 于當年8月對桑溝灣開展了較為系統(tǒng)的海草床調(diào)查, 以期為我國海草資源現(xiàn)有量提供數(shù)據(jù)補充, 為海草床的保護和修復提供相關(guān)依據(jù)。

1 調(diào)查方法

1.1 海草分布現(xiàn)狀的現(xiàn)場調(diào)查

依據(jù)桑溝灣的海底地形和水文環(huán)境, 對海草可能生存的區(qū)域布設(shè)調(diào)查斷面, 現(xiàn)場調(diào)查方法依據(jù)航行觀察、潛水拍攝及定點測樣相結(jié)合的方式進行。調(diào)查海域總面積為87.00 km2, 如圖1所示總共設(shè)置46個調(diào)查斷面。利用GPS定位器記錄發(fā)現(xiàn)的海草床的關(guān)鍵坐標, 包括連續(xù)海草床的邊界點(海草覆蓋面積不低于5%)、中心點及具有種類特殊性(海草種類≥2種)的位點坐標; 同時潛水員手持水下攝像機于保證安全的情況下進行海草的錄像、拍照; 并用記錄本記錄周圍標志性建筑, 在實驗室通過視頻及照片影像捕獲、定點坐標分析和實時衛(wèi)星測距, 進行海草種類和分布面積的初步判斷。

圖1 桑溝灣海草床調(diào)查斷面布置

1.2 海草生物學特征的室內(nèi)調(diào)查

在每個調(diào)查斷面航行以及潛水觀察到的海草床中隨機選取5個采樣站位, 每個站位設(shè)3個重復樣方, 采用0.25 m×0.25 m的樣方框進行樣品采集, 完整取出樣方框內(nèi)所有莖枝。將采集到的樣品進行清洗和降溫處理, 帶回實驗室再次鑒定樣品中的海草種類, 同時對海草生物學特征進行測量和計算, 包括莖枝密度(shoots/m2)、葉片、根、根狀莖的長度(cm)以及生物量(g DW/m2)等重要特征指標。

1.3 海草床關(guān)鍵環(huán)境因子調(diào)查

環(huán)境因子的測量采取現(xiàn)場測量和取樣帶回實驗室測量兩種方式, 調(diào)查現(xiàn)場使用YSI 650(美國YSI公司)多參數(shù)水質(zhì)測定儀監(jiān)測并記錄采樣區(qū)的水溫、pH值、溶解氧含量和鹽度; 水深的測量使用SM-5A測深儀(美國Speed-teach公司); 同時運用SD-20透明度塞氏盤(北京普力特儀器有限公司)進行透明度的測量。于實驗室中, 采用篩析法對桑溝灣海域沉積物的粒度進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

運用ArcGIS Online對桑溝灣海域海草分布面積進行測算; 運用ArcGIS 10.6軟件對海草分布狀況進行繪圖; 運用SPSS 20.0軟件對海草形態(tài)學指標和關(guān)鍵環(huán)境因子進行檢驗和單因素方差分析; 實驗數(shù)據(jù)用平均值±標準誤差表示, 顯著性水平為= 0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 桑溝灣海草種類

實驗室中, 采用莖枝形態(tài)學、組織切片法和葉脈數(shù)量綜合鑒定種類, 結(jié)果表明桑溝灣海域共分布1科2屬共4種海草, 其中包括鰻草科鰻草屬的鰻草()(圖2)、叢生鰻草()(圖3)和日本鰻草()(圖4), 及鰻草科蝦形草屬的紅纖維蝦形草()(圖5)。

圖2 鰻草的外部形態(tài)特征及其葉片組織切片

圖3 叢生鰻草的外部形態(tài)特征及其葉片組織切片

圖4 日本鰻草的外部形態(tài)特征及其葉片組織切片

圖5 紅纖維蝦形草的外部形態(tài)特征及其葉片組織切片

2.2 桑溝灣海草分布面積與分布區(qū)域

調(diào)查發(fā)現(xiàn), 桑溝灣海域海草床多為沿岸且不連續(xù)分布, 總面積為469.72 ha。為了細化海草床在桑溝灣的具體分布, 將調(diào)查區(qū)域分為北部、西部和南部海域分別進行描述, 分布位置如圖6所示。

桑溝灣北部分布有鰻草和紅纖維蝦形草2種海草, 總面積為18.37 ha。鰻草主要分布在北部沿岸的養(yǎng)殖池中, 總面積11.25 ha, 斑塊化較為嚴重; 紅纖維蝦形草主要分布在北部海域礁石上, 總面積為7.12 ha, 呈條帶狀分布。

桑溝灣西部分布有鰻草和日本鰻草2種, 主要分布在八畝地附近海域和八河灣附近, 總面積為262.70 ha, 其中鰻草分布面積為229.96 ha, 日本鰻草分布面積為32.74 ha。

桑溝灣南部海域主要分布有3種海草, 包括鰻草、紅纖維蝦形草和叢生鰻草, 總分布面積為190.65 ha。鰻草主要分布在桑溝灣海洋牧場附近和楮島海域周邊, 面積為154.12 ha; 紅纖維蝦形草主要分布在楮島附近海域, 面積為30.16 ha; 叢生鰻草在楮島海域與紅纖維蝦形草交錯混生, 總分布面積為6.37 ha。

2.3 海草的分布位置與生物學特征

2.3.1 鰻草

鰻草為桑溝灣海草優(yōu)勢種, 在桑溝灣北部養(yǎng)殖池、西部八畝地、八河口及南部楮島海域均有分布。平均莖枝密度817.0±27.6 shoots/m2, 平均生物量646.6±41.8 g DW/m2。形態(tài)學特征如表1所示, 總體來看, 桑溝灣海域鰻草平均莖枝高度61.53 cm, 節(jié)間直徑0.39 cm, 根長10.14 cm。

圖6 桑溝灣海域海草床的地理分布

2.3.2 叢生鰻草

叢生鰻草僅分布在南部楮島海域。分析表明, 叢生鰻草的平均莖枝密度為513.0±17.9 shoots/m2, 生物量479.1±28.1 g DW/m2。平均莖枝高度78.39±2.51 cm, 節(jié)間直徑0.31±0.02 cm, 根長8.99±1.31 cm。

2.3.3 日本鰻草

日本鰻草僅分布在西部八畝地海域, 平均莖枝密度506.0±26.2 shoots/m2, 平均生物量118.3±12.5 g DW/m2。平均莖枝高度較低, 為23.69±2.30 cm, 節(jié)間直徑0.16± 0.01 cm, 根長約5.45±0.02 cm。

表1 桑溝灣不同海域鰻草莖枝形態(tài)學指標的統(tǒng)計

2.3.4 紅纖維蝦形草

紅纖維蝦形草分布在北部養(yǎng)殖池和南部楮島海域, 數(shù)據(jù)分析表明, 紅纖維蝦形草平均莖枝密度2 649.0±29.8 shoots/m2, 生物量2 381.3±27.3 g DW/m2;其中南部楮島海域紅纖維蝦形草地上與地下各形態(tài)學指標均顯著高于北部養(yǎng)殖池 (< 0.05); 平均單株莖枝高度67.18±4.30 cm, 節(jié)間直徑0.48±0.03 cm、根長1.02±0.22 cm (表2)。

2.4 海草床關(guān)鍵環(huán)境因子

南部楮島水深、底質(zhì)粒徑和透明度顯著大于北部和西部(<0.05); 北部pH值、鹽度和海域溶解氧含量顯著高于西部和南部(<0.05); 各海域水溫無顯著差異(>0.05)?？傮w來看, 桑溝灣海草床分布區(qū)域的平均水深3.87 m, 平均溶解氧含量為11.64 mg/L, 平均透明度為2.14 m, 底質(zhì)粒徑為3.06 mm。桑溝灣海草床各分布區(qū)域的關(guān)鍵環(huán)境因子如表3所示。

表2 桑溝灣不同海域紅纖維蝦形草莖枝形態(tài)學指標的統(tǒng)計

注: 表中上標不同字母表示在0.05水平上桑溝灣北部養(yǎng)殖池和南部海域紅纖維蝦形草莖枝形態(tài)學指標的差異顯著性

3 討論

3.1 桑溝灣海草床分布狀況

本次調(diào)查顯示, 桑溝灣海域海草床分布總面積為471.72 ha, 共分布有4種海草, 呈間斷性分布, 其中鰻草、紅纖維蝦形草和叢生鰻草斑塊化較為嚴重。按分布區(qū)域看, 桑溝灣西部(262.70 ha)和南部(190.65 ha)的海草床面積大于桑溝灣北部(18.37 ha), 原因可能是北部養(yǎng)殖池密集, 較多的人為擾動破壞了海草床的生存環(huán)境。據(jù)報道, 桑溝灣北部密集的海水養(yǎng)殖活動極大干擾了海水交換, 使內(nèi)灣水體半交換期延遲了十一個周期潮[7]; 養(yǎng)殖過程中過量釋放的營養(yǎng)鹽和懸浮顆粒物等嚴重影響了灣內(nèi)海水的自凈化能力, 使水體富營養(yǎng)化, 水體透明度大幅度降低[8-9]。相比于1994年桑溝灣水質(zhì)的調(diào)查結(jié)果, 2006年桑溝灣的營養(yǎng)鹽含量增加顯著[10-11]。據(jù)報道, 適宜的營養(yǎng)鹽是海草生長的重要因素, 但高濃度的營養(yǎng)鹽會直接抑制海草葉綠體的磷酸化過程, 從而對海草產(chǎn)生毒性作用[12], 影響海草的密度和形態(tài)學等特征[13]; 富營養(yǎng)化會加劇大型藻類和浮游植物的爆發(fā), 爭奪海草生長必需的光資源, 使分布于海底的海草無法利用光資源, 導致海草床退化[14-16], 由此推斷, 桑溝灣密集的養(yǎng)殖活動可能是導致北部海草床稀疏的重要原因。

表3 桑溝灣各海域海草床的關(guān)鍵環(huán)境因子

注: 表中上標不同字母表示在0.05水平上桑溝灣北、西和南部海域同一環(huán)境變量的差異顯著性

3.2 桑溝灣海草的生物學特征與環(huán)境適宜性

鰻草偏好生長于半封閉、水體透明度較高且較緩水流的淺海海域[17]。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)南部楮島海域鰻草床面積(190.65 ha)低于高亞平等在2011—2012年調(diào)查的500 ha[18]。1990年以前山東沿海6 m以淺海域廣泛分布有鰻草, 鰻草平均生物量高達1 500 g DW/m2, 2012年高亞平等對桑溝灣南部楮島鰻草草床的調(diào)查結(jié)果表明, 鰻草床退化較為嚴重, 平均生物量不足769.3 g DW/m2[18]; 而本次調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn), 桑溝灣海域鰻草草床斑塊化嚴重, 平均生物量646.6 g DW/m2, 生物量逐漸降低。從歷史分布面積和生物量數(shù)值對比發(fā)現(xiàn), 楮島海域鰻草床呈現(xiàn)較嚴重的退化狀況, 鰻草作為桑溝灣海草的優(yōu)勢種, 可能正面臨生存困境。

日本鰻草偏好砂含量較高的潮間帶, 對環(huán)境變化的耐受性較強, 在韓國和日本少量分布[19], 我國黃河河口區(qū)有較大面積分布[20], 本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)日本鰻草分布面積為32.74 ha, 占總海草床面積的6.94%, 數(shù)量稀少, 應予以關(guān)注。2011年, 在全球海草瀕危等級評定中, 叢生鰻草和紅纖維蝦形草均被列為易危種[21]。叢生鰻草呈簇狀生長, 適宜水深3~6 m, 偏好細沙或黏土含量較高的沉積環(huán)境, 難以形成連續(xù)的海草床, 極易受光質(zhì)和光照強度的影響[22], 屬于較脆弱海草種類。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)叢生鰻草僅生存在楮島海域, 分布面積(6.37 ha)僅占總海草床面積的1.35%, 因其脆弱且稀少, 生境的波動可能會導致桑溝灣叢生鰻草的滅絕, 因此應予以高度重視。紅纖維蝦形草喜礁巖性底質(zhì)[23], 生長傾向于環(huán)境相對穩(wěn)定的深水區(qū), 通過發(fā)達根系固著巖石來適應較強的水流沖擊, 對溫度變化和干旱的耐受性較差[24], 同樣屬于脆弱海草種類。紅纖維蝦形草對水體營養(yǎng)鹽的濃度變化十分敏感, 在富營養(yǎng)化程度較高或貧營養(yǎng)的水體中紅纖維蝦形草很難生存[25], 而本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)過多的人類活動已經(jīng)導致桑溝灣水體出現(xiàn)富營養(yǎng)狀況, 紅纖維蝦形草可能正面臨生存的巨大挑戰(zhàn)。

由于缺乏桑溝灣海域海草床的全面歷史數(shù)據(jù), 故無法對桑溝灣海域海草床的退化情況進行全面且準確的評價, 但通過對桑溝灣南部楮島海域歷史調(diào)查數(shù)據(jù)的對比表明, 初步判定桑溝灣海域海草床生境正面臨較為嚴重的威脅。

3.3 海草床正面臨的生境威脅

針對于海草的退化形勢, 結(jié)合本次現(xiàn)場調(diào)查與漁民走訪發(fā)現(xiàn), 高強度的人類活動是導致桑溝灣海草床持續(xù)退化的主要原因, 目前桑溝灣海草床生境正面臨巨大威脅。

3.3.1 高密度養(yǎng)殖活動對海草床的破壞

桑溝灣養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達, 潮間帶大面積的海草床已被開發(fā)成養(yǎng)殖池塘, 對海草床生境造成了毀滅性的破壞; 大量的養(yǎng)殖廢水使桑溝灣灣內(nèi)營養(yǎng)鹽過高, 高營養(yǎng)鹽負荷導致大型藻類和附著植物的增加[26], 這些都會限制海草對光照、營養(yǎng)鹽和氧氣的利用, 導致海草床的衰退[14-15]。同時養(yǎng)殖活動中漁業(yè)拖網(wǎng)和船錨的大量使用[17, 27], 船只螺旋槳高頻率的機械運作[28-29]等都會對海草進行持續(xù)性的機械損害, 這種機械損害會直接導致海草死亡。同時桑溝灣還分布有大量的貝類增殖區(qū), 多數(shù)貝類收獲過程會把海草連根翻起, 挖松的灘涂泥沙又容易覆蓋在海草上, 進一步降低了海草對光的吸收利用效率, 導致了海草床的退化[30]。

3.3.2 農(nóng)藥殘留

調(diào)查還發(fā)現(xiàn), 桑溝灣周邊有大量的農(nóng)業(yè)用田, 大量的農(nóng)藥流入周邊河流最終匯入桑溝灣, 間接加劇了海草床的退化, 如高亞平調(diào)查發(fā)現(xiàn)桑溝灣周邊河流有高濃度的阿特拉津除草劑, 同時發(fā)現(xiàn)桑溝灣灣內(nèi)有中等風險等級濃度的阿特拉津殘留[31], 阿特拉津可直接作用于DI蛋白, 抑制海草的光合作用, 進而導致海草床的大面積退化[32]。

3.4 保護建議

根據(jù)桑溝灣海草床生境所面臨的威脅, 結(jié)合桑溝灣現(xiàn)有的養(yǎng)殖和娛樂設(shè)施分布, 可將該區(qū)域劃分為四個主要功能區(qū): 海草保護區(qū)、浮筏養(yǎng)殖區(qū)、休閑娛樂區(qū)和灘涂養(yǎng)殖區(qū), 如圖7所示, 分區(qū)域進行有效保護及科學管理。

圖7 桑溝灣海域不同功能區(qū)分布示意圖

(1) 浮筏養(yǎng)殖區(qū), 總面積約為4 426.31 ha, 主要分布在桑溝灣灣口及東部較開闊海域。該功能區(qū)分布面積最大, 區(qū)內(nèi)幾乎無海草分布, 便于大型藻類、貝類等水產(chǎn)生物的立體式養(yǎng)殖。

(2) 海草保護區(qū), 總面積約為453.36 ha, 該區(qū)域海草密集分布, 應嚴格限制拖網(wǎng)和地籠等漁具的過度使用, 定期清理海草床區(qū)內(nèi)的大型藻類、垃圾雜物等, 從而減輕對海草床生態(tài)系統(tǒng)的不良影響。特別是有瀕危海草(如紅纖維蝦形草和叢生鰻草)的分布區(qū), 應給予高度重視和保護。

(3) 休閑娛樂區(qū), 總面積約936.16 ha, 主要位于桑溝灣南部近海海域, 該海域主要用于餐飲、海釣、休閑等娛樂活動, 由于沿岸有大面積鰻草分布, 同休閑娛樂區(qū)有區(qū)域交叉, 因此需在開發(fā)旅游項目的同時避免對海草床的破壞。

(4) 灘涂養(yǎng)殖區(qū), 總面積約448.08 ha, 位于桑溝灣內(nèi)灣的沽河河口區(qū)。一方面該區(qū)域水動力作用較弱, 水流沖擊形成水深較淺的淺灘, 便于貝類養(yǎng)殖; 另一方面此處為淡咸水交融區(qū), 營養(yǎng)鹽含量高, 浮游藻類生物量高, 適于埋棲性貝類的生長。由于該區(qū)域同海草床臨近或交叉, 在貝類采集和增殖放流過程中應杜絕破壞海草床的行為。

此外, 海草床生態(tài)系統(tǒng)屬于脆弱生態(tài)系統(tǒng), 加強桑溝灣海域生態(tài)環(huán)境的保護能夠有效抑制海草床退化, 同時結(jié)合有效的海草床修復方法, 如海草莖枝枚訂移植法[33]和種子保護袋播種法[34], 從而加快桑溝灣海草床生態(tài)系統(tǒng)的恢復與重建。

綜上所述, 經(jīng)過本次調(diào)查初步摸清了桑溝灣海域海草的種類、分布面積、生物學特征及其生存環(huán)境特征。分析了可能導致海草床退化的原因, 提出該海域海草床的保護策略及功能區(qū)劃分, 以期為海草床資源及濱海生境修復提供數(shù)據(jù)補充。

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Distribution and ecological characteristics of seagrass beds in Rongcheng Sanggou Bay, Weihai

LI Zheng, LI Wen-tao, YANG Xiao-long, ZHANG Yan-hao, ZHANG Pei-dong

(The Key Laboratory of Mariculture, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Seagrass ecosystems have one of the highest primary productivity levels in the biosphere and play a key role in nitrogen capture, carbon sequestration, water purification, and maintenance of biodiversity. A field survey of Sanggou Bay in Rongcheng, Weihai in August 2016 revealed seagrass beds with a total distribution area of about 471.72 ha, with species including,,, andwith distribution areas of 395.33, 37.28, 32.74, and 6.37 ha, respectively.was found to be widely distributed, with an average shoot density and biomass of 817.0±27.6 shoots/m2and 646.6±41.8 g DW/m2, respectively.was found to be mainly distributed in the breeding pond in the north and on Chu Island in the south of Sanggou Bay, with an average shoot density and biomass of 2 649.0±29.8 shoots/m2and 2 381.3±27.3 g DW/m2, respectively.was found to be mainly distributed in the Bamudi area, with an average shoot density and biomass of 506.0±26.2 shoots/m2and 118.3±12.5 g DW/m2, respectively.was found to be mainly distributed on Chu Island, with an average shoot density and biomass of 513.0±17.9 shoots/m2and 479.1±28.1 g DW/m2, respectively.The serious degradation of the seagrass resources in Sanggou Bay was evident by a comparison of the current and historical data. The possible causes of the degradation of the seagrass resources, corresponding suggestions, and countermeasures are put forward to provide a basis for the protection and restoration of the seagrass ecosystem and coastal habitats in this region.

seagrass; species; distribution area; ecological characteristics; Sanggou Bay

Jan. 8, 2020

Q178.53

A

1000-3096(2020)10-0052-08

10.11759/hykx20200108003

2020-01-08;

2020-02-20

國家科技基礎(chǔ)性工作專項(2015FY110600); 國家自然科學基金(41576112); 中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項(201822021)

[National Science & Technology Basic Work Program, No. 2015FY110600; National Natural Science Foundation of China, No. 41576112; Fundamental Research Funds for the Central Universities, No. 201822021]

李政(1993- ), 男, 山東青島人, 碩士研究生, 主要從事海草床修復與保護研究, E-mail: 13256952979@163.com; 張沛東,通信作者, E-mail: zhangpdsg@ouc.edu.cn

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)