千里巖海域國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)現(xiàn)狀調(diào)查與評(píng)價(jià)*

姜向陽 于廣磊 宋秀凱 劉愛英 唐海田 何健龍 高繼慶 劉麗娟①

(1. 山東省海洋資源與環(huán)境研究院 山東省海洋生態(tài)修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 煙臺(tái) 264006；2. 國家海洋局煙臺(tái)海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 山東 煙臺(tái) 264006)

刺參(Apostichopus japonicus)和皺紋盤鮑(Haliotis discus hannai)是我國傳統(tǒng)海珍品，隨著對(duì)其醫(yī)療藥用和保健價(jià)值的認(rèn)識(shí)，開發(fā)利用日益廣泛，市場需求迅速增加。山東和遼寧沿海是我國刺參和皺紋盤鮑最重要的自然分布區(qū)(廖玉麟, 1997; 束靖等, 2008)。近年來，由于過度捕撈，自然資源急劇下降，人工養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展，形成了刺參“北參南養(yǎng)”和皺紋盤鮑養(yǎng)殖“南北接力”的新型養(yǎng)殖模式，成為我國海水養(yǎng)殖新的增長點(diǎn)。目前，刺參、皺紋盤鮑增養(yǎng)殖苗種來源以人工育苗為主，其種質(zhì)情況和遺傳多樣性對(duì)增養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要影響。為保護(hù)刺參、皺紋盤鮑種質(zhì)資源及其生存環(huán)境，保障增養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展，2010 年，農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)建立了千里巖海域國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)，保護(hù)區(qū)總面積為1766.27 hm2，其中，核心區(qū)面積為202.29 hm2，實(shí)驗(yàn)區(qū)面積為1563.98 hm2。特別保護(hù)期為3 月1 日―9 月30 日。保護(hù)區(qū)位于山東省海陽市千里巖島海域，主要保護(hù)對(duì)象為刺參、皺紋盤鮑，其他保護(hù)對(duì)象包括藍(lán)點(diǎn)馬鮫(Scomberomorusniphonius)、小黃魚(Larimichthys polyactis)、帶魚(Trichiurus lepturus) 、 中 國 對(duì) 蝦(Fenneropenaeus chinensis)、三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)、日本蟳(Charybdis japonica)等。

為全面掌握保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境和資源狀況，參考農(nóng)業(yè)部2011 年頒發(fā)的《水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)管理暫行辦法》，2015―2018 年對(duì)千里巖海域國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)水環(huán)境、沉積物環(huán)境、海洋生物開展全面調(diào)查與評(píng)價(jià)，調(diào)查了刺參、皺紋盤鮑資源概況，并通過刺參線粒體DNA (mtDNA)控制區(qū)(D-Loop)全序列，對(duì)該保護(hù)區(qū)野生刺參種群遺傳多樣性進(jìn)行研究，評(píng)價(jià)該保護(hù)區(qū)海洋生態(tài)環(huán)境、保護(hù)對(duì)象遺傳多樣性狀況，分析保護(hù)區(qū)管理存在的問題，為更好地開展水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)評(píng)價(jià)和管理工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2015―2018 年，在保護(hù)區(qū)及鄰近海域設(shè)置4 個(gè)水質(zhì)站位(圖1)，采樣分為表層(0.5 m)、中層(10 m)和底層(距離海底2 m)，其中，3 號(hào)站位兼采沉積物和海洋生物。每年5 月和8 月，水質(zhì)和浮游動(dòng)植物各采樣監(jiān)測1 次，沉積物和底棲生物樣品僅8 月采樣監(jiān)測1 次，采樣深度為33 m。樣品采集、處理方法按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB17378.3-2007)相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。2018 年，在保護(hù)區(qū)海底隨機(jī)采集規(guī)格≥150 g 的刺參20 只以上，活體冷藏送至實(shí)驗(yàn)室。每只刺參解剖取縱肌約0.5 g，放于獨(dú)立的1.5 mL 凍存管，-80℃冷凍保存。

圖1 千里巖海域國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)站位Fig.1 Sample stations of Qianliyan national aquatic germplasm reserve

1.2 參數(shù)與分析

水環(huán)境參數(shù)：鹽度、pH、溶解無機(jī)氮(DIN)(亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、氨氮之和)、溶解無機(jī)磷(DIP)(活性磷酸鹽)、化學(xué)需氧量(COD)、溶解氧(DO)、總氮(TN)、總磷(TP)、重金屬(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As、石油類，按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378.4-2007)規(guī)定的方法執(zhí)行。

沉積物環(huán)境參數(shù)：有機(jī)碳、硫化物、石油類、重金屬(Cu、Zn、Pb、Cd 和Hg)及As，按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378.5-2007)規(guī)定的方法執(zhí)行。

海洋生物：葉綠素a、浮游植物、大型浮游動(dòng)物、小型浮游動(dòng)物、底棲生物，按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378.7-2007)規(guī)定的方法執(zhí)行。

水環(huán)境pH、無機(jī)氮、活性磷酸鹽、COD、DO均按《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097-1997)Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；重金屬(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As、石油類按《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 11607-1989)進(jìn)行評(píng)價(jià)；海洋沉積物硫化物、有機(jī)碳、石油類、重金屬(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As 均按《海洋沉積物質(zhì)量》(GB 18668-2002)Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

遺傳多樣性分析參照劉麗娟等(2021)的方法，以2 條特異性引物進(jìn)行PCR 擴(kuò)增，引物序列為CS-F：TCGTAACATAGTAGGTGTACC；CS-R：CAACCCAT ACTGCTGTAAAC，PCR 產(chǎn)物雙向測序、剪切，獲得刺參D-loop 全序列，用MEGA 4.0 和DnaSP 5.0 進(jìn)行分析。

1.3 評(píng)價(jià)方法

1.3.1 單因子污染指數(shù)法 單個(gè)污染物的污染指數(shù)(Pi)計(jì)算公式：

式中，Ci為污染物實(shí)測濃度，Si為污染物的標(biāo)準(zhǔn)濃度。

1.3.2 有機(jī)污染指數(shù)法(蔣國昌等, 1987) 有機(jī)污染指數(shù)(A)計(jì)算公式：

式中，A為有機(jī)污染指數(shù)，CODi、DINi、DIPi和DOi為實(shí)測值，CODs、DINs、DIPs和DOs為標(biāo)準(zhǔn)濃度。

1.3.3 Shannon-Weaver 多樣性指數(shù)法(Shannon, 1963)

生物多樣性指數(shù)(H′)計(jì)算公式：

式中，H′為生物多樣性指數(shù)，S為樣品中的種類數(shù)量，Pi為第i種的個(gè)體數(shù)與總個(gè)體數(shù)的比值。

1.3.4 單倍型多樣度、核苷酸多樣度指數(shù)法 刺參D-loop 序列用MEGA 4.0 和DnaSP 5.0 軟件進(jìn)行分析，分別計(jì)算刺參群體的個(gè)體間遺傳距離、平均遺傳距離、單倍型多樣度、核苷酸多樣度、群體內(nèi)序列間核苷酸差異的平均數(shù)和中性檢驗(yàn)Tajima'sD值等遺傳多樣性指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水環(huán)境質(zhì)量

2.1.1 單因子指數(shù)評(píng)價(jià) 2015―2018 年的海水監(jiān)測結(jié)果顯示，保護(hù)區(qū)所有站位的 pH 變化范圍為8.06～8.26，DO 為6.37～10.98 mg/L，均達(dá)Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；鹽度變化范圍為30.330～32.412；COD、DIP、DIN、石油類(圖2)和重金屬(Cu、Zn、Hg、Cd、Pb及As) (圖3)的污染指數(shù)Pi＜1，均不存在污染(Pi＜1，不存在污染；Pi≥1，存在污染)。其中，DIP 污染指數(shù)Pi變化范圍為0.009～0.016，顯示該海區(qū)DIP 遠(yuǎn)低于Ⅰ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 海水COD、DIP、DIN 和石油類單因子評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.2 Evaluation results of single factors including COD, DIP, DIN, and petroleum in seawater

圖3 海水Cu、Zn、Hg、Cd、Pb 和As 單因子評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.3 Evaluation results of single factors including Cu, Zn,Hg, Cd, Pb, and As in seawater

保護(hù)區(qū)海水的潛在性富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果顯示(表1)，DIN 變化范圍為0.020～0.199 mg/L，均低于0.2 mg/L，DIP 范圍為未檢出～0.0096 mg/L，均遠(yuǎn)低于0.03 mg/L，評(píng)價(jià)等級(jí)為Ⅰ級(jí)貧營養(yǎng)。氮磷比(N/P)范圍為42.8～603.0，顯著高于Redfield 比值(Redfield, 1958)，顯示該海區(qū)N/P 失衡，P 含量偏低。

表1 富營養(yǎng)化評(píng)價(jià)參數(shù)統(tǒng)計(jì)Tab.1 List of eutrophication assessment parameters

按有機(jī)污染指數(shù)法評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(蔣國昌等, 1987)，2015―2018 年海水有機(jī)污染的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示(圖4)，2015 年8 月水質(zhì)較好(0＜A≤1)，其他監(jiān)測時(shí)間水質(zhì)均良好(A≤0)，保護(hù)區(qū)水環(huán)境質(zhì)量總體良好。

圖4 海水有機(jī)污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果Fig.4 Organic pollution index in seawater

2.2 沉積物環(huán)境質(zhì)量

2015―2018 年，保護(hù)區(qū)沉積物硫化物、有機(jī)碳、石油類、重金屬(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As 含量見表2，所有參數(shù)的污染指數(shù)Pi＜1，滿足保護(hù)區(qū)要求的海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，保護(hù)區(qū)沉積物環(huán)境良好。

表2 沉積物檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)Tab.2 Test results of sediment

2.3 海洋生物群落特征

2015―2018 年，保護(hù)區(qū)所有監(jiān)測站位葉綠素平均含量為0.04～0.91 μg/L；2015 年5 月平均值最高，為0.80 μg/L，2018 年5 月最低，為0.12 μg/L；葉綠素含量較低，變化不大。

浮游植物和浮游動(dòng)物每航次采樣。但由于該海區(qū)水深在30 m 以上，僅2017 年8 月、2018 年8 月成功采得底棲生物樣品。海洋生物多樣性指數(shù)見表3 和圖5。保護(hù)區(qū)每航次檢出浮游植物9～24 種不等，種類以硅藻(Diatom)為主，其中，角毛藻(Chaetocerossp.)、圓篩藻(Coscinodiscussp.)最為常見，每航次的浮游植物密度從2018 年5 月的2.9×104cell/m3升至2015 年8 月的3.2×105cell/m3，與2013 年的研究結(jié)果基本一致(寧璇璇等, 2014)。每年5 月檢出浮游植物的種類、數(shù)量、生物多樣性指數(shù)均低于該年度8 月。2016 年5 月的H′=1.07，2018 年5 月H′=1.77，浮游植物生物多樣性一般，其他航次均H′≥2，顯示該保護(hù)區(qū)浮游植物多樣性較高，生態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

圖5 海洋生物多樣性評(píng)價(jià)Fig.5 Marine biodiversity evaluation

表3 生物多樣性指數(shù)Tab.3 Statistics of biodiversity indices H′

每航次采集到的大型浮游動(dòng)物種類有9～14 種，最常見的優(yōu)勢種為強(qiáng)壯濱箭蟲(Aidanosagitta crassa)和中華哲水蚤(Calanus sinicus)。最低密度8 ind./m3出現(xiàn)在2018 年8 月，最高密度2317 ind./m3出現(xiàn)于2018 年5 月。與浮游植物相反，每年5 月大型浮游動(dòng)物的數(shù)量、生物多樣性指數(shù)均高于該年度8 月。2016 年5 月、2018 年5 月生物多樣性偏低(H′=0.82、H′=0.22)，經(jīng)分析認(rèn)為，原因是該海區(qū)中華哲水蚤(優(yōu)勢度為86.6%)和夜光蟲(Noctiluca scintillans)(優(yōu)勢度為97.0%)大量繁殖所致；2015 年8 月生物多樣性一般；其他航次生物多樣性較高(H′≥2)。

每航次采集到小型浮游動(dòng)物種類7～29 種，最常見優(yōu)勢種為強(qiáng)壯濱箭蟲和近緣大眼劍水蚤(Corycaeus affinis)。最低密度17 ind./m3出現(xiàn)于2018 年8 月，最高密度14571 ind./m3出現(xiàn)于2016 年5 月；2015 年8月多樣性指數(shù)H′=0.93，顯示小型浮游動(dòng)物多樣性偏低，小擬哲水蚤(Paracalanus parvus)優(yōu)勢度達(dá)84.8%；2015 年5 月和2018 年8 月，H′分別為1.33、1.43；其他航次均H′≥2。顯示該保護(hù)區(qū)浮游動(dòng)物多樣性通常較高，生態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

2017、2018 年分別檢出底棲生物7 種、10 種，密度為110～120 ind./m2，均比較穩(wěn)定。優(yōu)勢種為口蝦蛄幼體(Oratosquilla oratoria lavar)，常見種包括東方縫 棲 蛤(Hiatella orientalisYokoyama) 、 小 頭 蟲(Capitella capitataFabriceus)、不倒翁蟲(Sternaspis scutataRenier)、櫻蛤科(Tellinidae)、沙蠶科(Nereidae)。生物多樣性指數(shù)H′≥2，顯示該保護(hù)區(qū)底棲生物多樣性通常較高，生態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

千里巖海域國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)的海洋生物種類豐富，多樣性指數(shù)以較高水平為主，偶爾出現(xiàn)單種浮游動(dòng)物大量增殖、多樣性指數(shù)偏低現(xiàn)象。

2.4 刺參遺傳多樣性

2018 年，在保護(hù)區(qū)采集野生刺參樣本21 個(gè)，對(duì)每個(gè)刺參DNA 進(jìn)行PCR 擴(kuò)增，測序獲得的mtDNA序列經(jīng)MEGA 4.0 比對(duì)、剪切后，獲得453～459 bp的刺參mtDNA D-loop 全序列。采用MEGA 4.0、DnaSP 5.0 分析各遺傳多樣性數(shù)據(jù)，結(jié)果見表4。分析可見，采集的刺參單倍型多樣度處于較高水平。核苷酸多樣度分別為0.033，與中國、韓國和俄羅斯沿海8 個(gè)刺參群體的D-loop 序列分析結(jié)果比較，僅次于韓國浦項(xiàng)的黃參(0.0441)和青島太平角的刺參(0.0345)，高于煙臺(tái)長島的刺參(0.0109)，且遠(yuǎn)高于8 個(gè)刺參的總體(0.0159)(王錦錦等, 2020)，略低于大連、朝鮮羅津、俄羅斯海參崴刺參(姬南京等, 2014)和小石島刺參國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)刺參(陶翠花, 2009; 劉麗娟等, 2021)，顯示千里巖保護(hù)區(qū)刺參遺傳多樣性較高，種質(zhì)資源較豐富。中性檢驗(yàn)結(jié)果Tajima′sD=-1.15，表明群體偏離了中性模式，可能受到群體擴(kuò)張和自然選擇的作用，但統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異不顯著(P＞0.10)。

表4 2018 年千里巖保護(hù)區(qū)刺參遺傳多樣性指數(shù)Tab.4 The genetic diversity indices of A. japonicus in Qianliyan reserve in 2018

2.5 保護(hù)生物資源概況

千里巖海域國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)主要保護(hù)對(duì)象為刺參、皺紋盤鮑，是我國少數(shù)幾個(gè)未被開發(fā)的刺參、皺紋盤鮑原種產(chǎn)地之一。保護(hù)區(qū)刺參資源較為豐富，主要分布在千里巖島海岸線100 m 以內(nèi)，在島嶼東南側(cè)及島嶼中部山腰處較為集中。據(jù)調(diào)查，該海區(qū)刺參生物量從2010 年的6.33 g/m2降至2015 年的4.37 g/m2，資源量下降31%；通過走訪調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2017、2018 年千里巖海域刺參捕撈產(chǎn)量有所回升，顯示刺參資源量略有恢復(fù)；但保護(hù)區(qū)皺紋盤鮑極少，基本形不成產(chǎn)量，且在調(diào)查過程中未采集到樣品。

3 討論

2015―2018 年，千里巖海域國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)海水水質(zhì)一直優(yōu)良，較2012、2013 年該海域水質(zhì)(曲琳, 2014)有所提高，優(yōu)于海州灣大竹蟶種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)(夏斌等, 2014; 尚聰聰?shù)? 2021)、前三島海域國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)(王珍珍等, 2019)和小石島刺參國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)(劉麗娟等,2021)，顯著優(yōu)于靖海灣松江鱸魚種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)(崔毅等, 2013; 滕瑤等, 2018)。主要由于該保護(hù)區(qū)位于南黃海，所在海域開闊，海水交換和自凈能力強(qiáng)，且千里巖島為無居民海島，周邊現(xiàn)無開發(fā)活動(dòng)，距陸地最近點(diǎn)海陽市鳳城碼頭24.8 n mile，受人類活動(dòng)影響小。葉綠素a是研究海洋浮游植物生物量與初級(jí)生產(chǎn)力的重要指標(biāo)(Hensonet al, 2010)。千里巖保護(hù)區(qū)葉綠素a含量遠(yuǎn)低于2015 年夏季渤海灣(王毅波等,2019)和2010―2011 年膠州灣(王玉玨等, 2015)，可見該海域初級(jí)生產(chǎn)力水平較低，分析認(rèn)為與該海域營養(yǎng)鹽含量低、氮磷比失衡有關(guān)。

保護(hù)區(qū)海洋生態(tài)環(huán)境總體良好，生物多樣性豐富，浮游生物調(diào)查常見蝦類幼體、腹足類幼體、雙殼類幼體和魚卵、仔稚魚，可見保護(hù)區(qū)內(nèi)有多種經(jīng)濟(jì)生物自然繁殖。但主要保護(hù)對(duì)象刺參資源量下降，遺傳多樣性稍低于小石島刺參國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)(劉麗娟等, 2021)；皺紋盤鮑資源極少，綜合保護(hù)效果與小石島保護(hù)區(qū)相比尚有很大差距。分析認(rèn)為，一是受自然影響：冬季持續(xù)低溫、夏季連續(xù)高溫和持續(xù)降雨、綠潮等可能影響保護(hù)對(duì)象的生長和繁殖；二是人為造成：千里巖保護(hù)區(qū)的特別保護(hù)期為3 月1 日―9 月30 日，由于保護(hù)區(qū)沒有明確的范圍和位置標(biāo)識(shí)，且缺乏專人管理，保護(hù)區(qū)內(nèi)常有漁民從事捕撈生產(chǎn)，必然影響保護(hù)對(duì)象的資源量；三是與保護(hù)對(duì)象的生活習(xí)性有關(guān)：刺參、皺紋盤鮑作為底棲生物，活動(dòng)范圍有限，很難從臨近海域獲得資源補(bǔ)充，并且由于生長、發(fā)育緩慢，分別在2 齡和3 齡達(dá)到性成熟，在持續(xù)捕撈壓力下，資源量難以通過自然繁殖恢復(fù)。

近年來，通過千里巖保護(hù)區(qū)海域附近航道的貨船數(shù)量不斷增加，且千里巖島作為海陽市最大的島嶼，具有得天獨(dú)厚的自然優(yōu)勢，開發(fā)利用的呼聲很高，可能對(duì)保護(hù)區(qū)帶來更多影響(曲琳, 2014)。因此，應(yīng)采取積極措施，保護(hù)、恢復(fù)海洋生物資源，維護(hù)保護(hù)區(qū)環(huán)境和種質(zhì)資源保護(hù)與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展之間的平衡。針對(duì)千里巖海域國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)資源與環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀，認(rèn)為應(yīng)從以下方面開展工作：一是廣泛進(jìn)行水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)的重要性宣傳，提高附近進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)的漁民水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)意識(shí)；二是加大管理力度，堅(jiān)決杜絕違規(guī)在保護(hù)區(qū)進(jìn)行捕撈作業(yè)行為；三是在保護(hù)區(qū)外圍海域設(shè)置浮標(biāo)等標(biāo)志，明確保護(hù)區(qū)的范圍；四是開展資源恢復(fù)工作，以保護(hù)區(qū)捕撈的刺參、皺紋盤鮑為親體進(jìn)行人工繁育，將子一代大規(guī)格苗種投放于保護(hù)區(qū)；五是根據(jù)實(shí)際情況，調(diào)整延長特別保護(hù)期。