圍填海工程對(duì)日照嵐山港附近海域浮游動(dòng)物群落影響研究*

張 亮，王盡文，紀(jì)瑩璐，宿 凱，張乃星，劉瑩瑩

(1.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東青島 266061；2.國(guó)家海洋局北海預(yù)報(bào)中心，山東青島 266061)

日照嵐山港位于山東省日照市嵐山區(qū)，是國(guó)家一類對(duì)外開放口岸，是一個(gè)以嵐山港、嵐北港、嵐橋港、童海港、鋼鐵港區(qū)為主體的港口集群，擁有萬(wàn)噸以上泊位22個(gè)，現(xiàn)已發(fā)展成為全國(guó)沿海港口最大的木材進(jìn)出口和加工物流基地、長(zhǎng)江以北最大的液化品集散地、區(qū)域性重要的鋼鐵原材料和產(chǎn)成品進(jìn)出口通道。隨著港口發(fā)展的需要，2004年以來(lái)日照嵐山港一直在進(jìn)行圍填海工程建設(shè)。日照市2008年人工岸線長(zhǎng)度為70.02 km，2017年增長(zhǎng)至115.33 km，主要原因是嵐山港、嵐橋港和日照鋼廠開發(fā)建設(shè)占用原砂質(zhì)岸線，產(chǎn)生新的人工岸線[1]。

圍填海工程建設(shè)中，通常有基槽挖泥、疏浚、拋石、炸礁等海上施工作業(yè)。施工產(chǎn)生的泥沙與海水混合造成工程區(qū)海域海水中懸浮物質(zhì)含量增加[2,3]，導(dǎo)致水體的透明度和真光層厚度下降，降低了海洋的初級(jí)生產(chǎn)力，使浮游植物生物量下降[4]，進(jìn)而導(dǎo)致以浮游植物為餌料的浮游動(dòng)物生物量也相應(yīng)減少。同時(shí)，懸浮物的增加，對(duì)浮游動(dòng)物的存活和繁殖有著明顯的抑制作用，過(guò)量的懸浮物會(huì)堵塞浮游動(dòng)物的食物過(guò)濾系統(tǒng)和消化器官[4]，對(duì)浮游動(dòng)物的繁殖和生長(zhǎng)造成影響。另外，圍填海工程建成投產(chǎn)后，靠港停泊及在航道航行的各種船舶增多，船舶?？颗盼酆秃叫械暮Ｋ?dāng)_動(dòng)對(duì)附近的浮游動(dòng)物也會(huì)造成一定影響。徐光漢等[5]研究發(fā)現(xiàn)，船舶含油污水的排放造成附近海域海水中石油類物質(zhì)增加，干擾了中華哲水蚤(Calanussinicus)的趨光性，表現(xiàn)為中華哲水蚤的死亡率隨著測(cè)試時(shí)間的延長(zhǎng)和測(cè)試液濃度的增加而增加。

浮游動(dòng)物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中起承上啟下的作用[6]；浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查還與海洋資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境維護(hù)有密切關(guān)系，分析浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)及其變化是了解相應(yīng)海區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能的重要方法[7]。許多學(xué)者就圍填海工程對(duì)周邊海洋生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行了不同方向的研究：何榮等[8]在2014年水質(zhì)調(diào)查成果和收集資料的基礎(chǔ)上，分析了天津近岸海域水質(zhì)狀況，并結(jié)合近幾年大規(guī)模海洋開發(fā)活動(dòng)，探討海洋工程對(duì)天津近岸海域的影響。張秋豐等[9]從近海海域地形地貌、水動(dòng)力環(huán)境以及海洋生態(tài)環(huán)境等方面綜述了圍填海工程對(duì)近海海洋環(huán)境的影響。在圍填海工程對(duì)浮游動(dòng)物的影響方面，陳華等[10]基于2001年以及2003-2007年杭州灣附近水域兩個(gè)季節(jié)12個(gè)航次的海洋調(diào)查資料，對(duì)浮游動(dòng)物生物量平面分布和年際變化、優(yōu)勢(shì)種對(duì)總豐度的回歸貢獻(xiàn)，及其與洋山工程群施工建設(shè)的關(guān)系進(jìn)行了研究。黃備等[11]收集并分析了2005-2012年間椒江口圍填海工程的前、中、后期對(duì)浮游動(dòng)物生態(tài)的影響。劉光興等[12]分析了2009年和2010年11月筑壩工程對(duì)甌江口及其鄰近水域浮游動(dòng)物群落的影響。

目前未見關(guān)于圍填海工程對(duì)日照嵐山港鄰近海域浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變化影響的報(bào)道。本研究分析2005-2019年秋季在日照嵐山港附近海域6次浮游動(dòng)物的調(diào)查資料，并結(jié)合該海域圍填海年度變化情況，探討浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)變化情況，為及時(shí)了解和分析圍填海工程建設(shè)對(duì)環(huán)境的影響，以及研究浮游動(dòng)物在圍填海工程活動(dòng)影響下的響應(yīng)機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣與分析

浮游動(dòng)物樣品為2005年11月、2007年9月、2010年9月、2013年9月、2016年11月和2019年11月在日照嵐山港附近海域監(jiān)測(cè)站所采集的樣品。2005年11月設(shè)5個(gè)調(diào)查站位，2007年9月設(shè)12個(gè)調(diào)查站位，2010年9月設(shè)20個(gè)調(diào)查站位，2013年9月設(shè)19個(gè)調(diào)查站位，2016年11月設(shè)23個(gè)調(diào)查站位，2019年11月設(shè)18個(gè)調(diào)查站位，各年度設(shè)置的調(diào)查站位有部分重疊。調(diào)查及采樣站位分布見圖1。

圖1 日照嵐山港附近海域浮游動(dòng)物采樣站位分布

樣品采用淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)口部?jī)?nèi)徑50 cm，網(wǎng)口面積0.20 m2，CQ14篩絹)自底(距海底2 m)至表垂直拖網(wǎng)取得。樣品用體積分?jǐn)?shù)為5%的福爾馬林海水溶液固定保存，采用個(gè)體計(jì)數(shù)法進(jìn)行種類鑒定、計(jì)數(shù)和濕質(zhì)量生物量的測(cè)定，具體方法按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第7部分：近海污染生態(tài)調(diào)查和生物監(jiān)測(cè)》(GB 17378.7-2007)[13]要求進(jìn)行，濾水量根據(jù)繩長(zhǎng)計(jì)算，即濾水量=網(wǎng)口面積×繩長(zhǎng)，其中繩長(zhǎng)=水深-2 m。懸浮物樣品與浮游動(dòng)物樣品為同時(shí)期采集和分析，具體按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第4部分：海水分析》[14]要求進(jìn)行。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

1.2.1 豐度和生物量

浮游動(dòng)物種類豐度采用每立方米水體中的個(gè)體數(shù)(ind./m3)表示，生物量采用每立方米水體中的浮游動(dòng)物濕質(zhì)量(mg/m3)表示。

1.2.2 生物多樣性

根據(jù)各站位浮游動(dòng)物的豐度，對(duì)浮游動(dòng)物樣品的多樣性指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)分析。本研究采用香農(nóng)-威納指數(shù)(Shannon-Wiener index)[15]分析浮游動(dòng)物生物群落結(jié)構(gòu)：

式中，H′為香農(nóng)-威納指數(shù)Shannon-Wiener；S為樣品中的種類總數(shù)；Pi為第i種的個(gè)體數(shù)(ni)與總個(gè)體數(shù)(N)的比值(ni/N)。

香農(nóng)-威納指數(shù)在國(guó)內(nèi)外普遍被用來(lái)描述生物群落的生態(tài)學(xué)特征，也常用來(lái)監(jiān)測(cè)淡水、海水生物群落結(jié)構(gòu)的變化，被認(rèn)為是個(gè)較好的評(píng)價(jià)污染程度的工具[16]。王立俊等[17]也認(rèn)為生物種群的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，尤其多樣性指數(shù)，是評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。一般認(rèn)為，正常環(huán)境下，該指數(shù)值高；反之，環(huán)境受到污染，該指數(shù)值低，但是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。本文參考國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)《近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》(HJ 442-2008)[18]中規(guī)定的評(píng)價(jià)指標(biāo)(表1)，對(duì)所在海域的生境質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行表述。

表1 生物多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.3 浮游動(dòng)物變化趨勢(shì)分析

比較2005-2019年日照嵐山港附近海域6次浮游動(dòng)物的種類結(jié)構(gòu)組成、種類數(shù)量、豐度、生物量和多樣性指數(shù)，分析該海域浮游動(dòng)物群落變化趨勢(shì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游動(dòng)物種類結(jié)構(gòu)組成變化

分析2005-2019年日照嵐山港附近海域6次浮游動(dòng)物調(diào)查資料，得出其生物種類結(jié)構(gòu)組成，見圖2。除2016年外，節(jié)肢動(dòng)物在調(diào)查海域浮游動(dòng)物群落中占比最大，其次是其他浮游幼蟲。2005-2016年，節(jié)肢動(dòng)物占比逐年下降(從60%下降至17%)，2019年回升至2010年水平；2005和2007年未發(fā)現(xiàn)腔腸動(dòng)物，2010-2016年腔腸動(dòng)物占比逐年上升，2019年占比下降。結(jié)合調(diào)查海域歷年衛(wèi)星遙感影像和同期懸浮物監(jiān)測(cè)結(jié)果，2016年調(diào)查海域圍填海工程基本達(dá)到頂峰，6次調(diào)查中懸浮物含量最高值也出現(xiàn)在2016年。

圖2 日照嵐山港附近海域浮游動(dòng)物各種類比例年際變化

2.2 浮游動(dòng)物種類數(shù)量變化趨勢(shì)分析

分析2005-2019年日照嵐山港附近海域6次調(diào)查資料，發(fā)現(xiàn)浮游動(dòng)物的種類數(shù)量呈現(xiàn)一定的波動(dòng)，變化趨勢(shì)為先升高后降低再升高(2005-2010年持續(xù)上升，2010-2016年下降，2016-2019年上升)，種類數(shù)量最高值出現(xiàn)在2010年9月，最低值出現(xiàn)在2005年11月(圖3)。分析調(diào)查海域歷年衛(wèi)星遙感影像及同期懸浮物監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2004-2010年，調(diào)查海域主要進(jìn)行防波堤及圍堰建設(shè)，圍填海強(qiáng)度不大，懸浮物含量先升高后降低，未對(duì)周邊海域浮游動(dòng)物種類造成影響，浮游動(dòng)物種類呈上升趨勢(shì)；2010-2016年，圍填海工程數(shù)量快速增長(zhǎng)，懸浮物含量逐年增加，造成調(diào)查海域浮游動(dòng)物種類逐年下降；2018年7月以后，圍填海工程全部停止，2019年的懸浮物含量較2016年有所降低，同時(shí)浮游動(dòng)物種類數(shù)量較2016年有明顯增加。

圖3 日照港嵐山港附近海域浮游動(dòng)物種類數(shù)量及懸浮物含量年際變化

2.3 浮游動(dòng)物豐度變化趨勢(shì)分析

2005-2019年日照嵐山港附近海域6次調(diào)查中，浮游動(dòng)物平均豐度變化趨勢(shì)為先升高后降低再升高(圖4)：2005-2010年、2013-2019年浮游動(dòng)物豐度為持續(xù)上升趨勢(shì)，而2010-2013年陡然下降；平均豐度最高值出現(xiàn)在2010年9月，最低值出現(xiàn)在2013年9月。根據(jù)調(diào)查海域歷年衛(wèi)星遙感影像及同期懸浮物監(jiān)測(cè)結(jié)果分析：2010年之前，圍填海強(qiáng)度較小，未對(duì)周邊海域浮游動(dòng)物豐度造成影響；2010-2016年，隨著圍填海強(qiáng)度增加，浮游動(dòng)物豐度陡然下降；2018年7月圍填海工程停止后，懸浮物含量降低的同時(shí)，浮游動(dòng)物豐度略有升高。

圖4 日照港嵐山港附近海域浮游動(dòng)物豐度及懸浮物含量年際變化

2.4 浮游動(dòng)物生物量變化趨勢(shì)分析

2005-2019年日照嵐山港附近海域6次調(diào)查中，浮游動(dòng)物平均生物量變化趨勢(shì)為先降低后升高再降低(圖5)：2005-2010年浮游動(dòng)物平均生物量略有下降，2010-2016年為持續(xù)上升，2016-2019年則急劇下降；平均生物量最高值出現(xiàn)在2016年11月，最低值出現(xiàn)在2010年9月。分析調(diào)查海域歷年衛(wèi)星遙感影像及同期懸浮物監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2010年之前，圍填海未對(duì)周邊海域浮游動(dòng)物生物量造成明顯影響；2010-2016年，圍填海工程數(shù)量快速增長(zhǎng)，而調(diào)查海域浮游動(dòng)物生物量卻持續(xù)上升，其中2013年9月和2016年11月生物量遠(yuǎn)高于其他年度調(diào)查結(jié)果。

圖5 日照港嵐山港附近海域浮游動(dòng)物平均生物量及懸浮物含量年際變化

2.5 浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)分析

對(duì)2005-2019年日照嵐山港附近海域6次調(diào)查獲得的浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)分析，結(jié)果見圖6。分析發(fā)現(xiàn)，2005-2019年6次調(diào)查中浮游動(dòng)物平均多樣性指數(shù)為1.60-2.93，最高值出現(xiàn)在2016年11月，最低值出現(xiàn)在2005年11月。參考《近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)規(guī)范》(HJ442-2008)[18]中規(guī)定的評(píng)價(jià)指標(biāo)值，2005年、2007年、2019年調(diào)查海域生境質(zhì)量等級(jí)為差，2010年、2013年、2016年的等級(jí)為一般。

圖6 日照港嵐山港附近海域浮游動(dòng)物豐度香農(nóng)-威納指數(shù)及懸浮物含量年際變化

分析調(diào)查海域歷年衛(wèi)星遙感影像及同期懸浮物監(jiān)測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)調(diào)查海域浮游動(dòng)物香農(nóng)-威納指數(shù)與同期懸浮物監(jiān)測(cè)結(jié)果變化趨勢(shì)基本一致，即隨著圍填海工程的推進(jìn)，2005-2016年懸浮物含量呈先升高后降低(2010年)再升高的趨勢(shì)，浮游動(dòng)物香農(nóng)-威納指數(shù)則持續(xù)升高，2016-2019年下降。2018年7月圍填海全面停工，2019年11月的調(diào)查結(jié)果顯示懸浮物含量降低，同時(shí)浮游動(dòng)物香農(nóng)-威納指數(shù)也降低。本研究2019年11月浮游動(dòng)物調(diào)查結(jié)果顯示，強(qiáng)壯箭蟲的站位出現(xiàn)率為100%，平均密度為23.1 ind./m3，優(yōu)勢(shì)度達(dá)到0.66，優(yōu)勢(shì)度非常明顯，這可能是造成2019年度調(diào)查浮游動(dòng)物香農(nóng)-威納指數(shù)較低的原因。

3 討論

3.1 圍填海工程施工對(duì)浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)類群的影響

圍填海工程施工會(huì)造成附近海域懸浮物含量增加，對(duì)浮游動(dòng)物中橈足類的存活和繁殖有明顯的抑制作用[3]，而橈足類是節(jié)肢動(dòng)物的主要組成部分，2016年調(diào)查海域發(fā)現(xiàn)節(jié)肢動(dòng)物3種，其中橈足類僅1種，相比2010年、2013年的12種明顯降低。黃備等[11]研究發(fā)現(xiàn)，椒江口圍填海工程造成浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)顯著變化——工程開始前浮游動(dòng)物以橈足類為主要優(yōu)勢(shì)群落，工程進(jìn)行期間被水母替代，直到工程結(jié)束后才慢慢恢復(fù)到橈足類占據(jù)優(yōu)勢(shì)類群。李強(qiáng)等[19]對(duì)崇明東灘圍墾前后的大中型浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，圍墾后浮游動(dòng)物主要優(yōu)勢(shì)種橈足類的種類數(shù)減少(圍墾前以橈足類為主要優(yōu)勢(shì)種，圍墾后不再是優(yōu)勢(shì)種)。崔磊等[20]研究結(jié)果表明，圍填海工程降低了當(dāng)?shù)厮蛏锶郝涞姆€(wěn)定性，群落種類較圍填海之前有所減少，浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種完全改變，種類數(shù)量降低。本研究中日照嵐山港圍填海工程造成了鄰近海域浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)類群(節(jié)肢動(dòng)物)的減少，與上述研究結(jié)果一致。

3.2 圍填海工程施工對(duì)浮游動(dòng)物種類數(shù)量和豐度的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，浮游動(dòng)物種類數(shù)量和豐度的波動(dòng)趨勢(shì)與所在海域圍填海工程建設(shè)進(jìn)展存在一定的響應(yīng)關(guān)系——圍填海工程期間附近海域浮游動(dòng)物種類數(shù)量和豐度減少，圍填海工程結(jié)束后，浮游動(dòng)物的種類數(shù)量和豐度有所回升。于杰等[21]的研究結(jié)果表明珠江口南沙濕地圍填海造成南沙濕地浮游動(dòng)物的種類數(shù)明顯減少，棲息密度明顯降低；王璐等[22]研究表明圍填海造成芝罘灣浮游動(dòng)物物種數(shù)量下降近43.3%；黃備等[11]發(fā)現(xiàn)，隨著圍填海工程的推進(jìn)，椒江口浮游動(dòng)物密度一直處于下降趨勢(shì)；劉端輝[23]發(fā)現(xiàn)寧德核電廠填海造地工程施工后附近海域浮游動(dòng)物密度降低；劉春琳等[24]發(fā)現(xiàn)，圍填海施工造成天津大沽口附近海域懸浮物濃度升高，當(dāng)懸浮物濃度較高時(shí)會(huì)對(duì)浮游動(dòng)物的數(shù)量產(chǎn)生抑制作用。本研究結(jié)果與這些研究結(jié)論一致。

綜上可見，日照嵐山港圍填海期間浮游動(dòng)物種類數(shù)減少。然而不同于本研究結(jié)果，黃備等[11]發(fā)現(xiàn)椒江口圍填海工程沒(méi)有引起浮游動(dòng)物種類數(shù)的明顯變化。究其原因，一是可能與圍填海的強(qiáng)度不同有關(guān)。椒江口圍填海工程主要以圍海為主，圍填海強(qiáng)度較日照嵐山港圍填海的??；二是可能與調(diào)查季節(jié)不同有一定關(guān)系。黃備等[11]的調(diào)查時(shí)間為8-10月，跨越夏秋兩季，季節(jié)不同，種類數(shù)量亦有明顯變化。

3.3 圍填海工程施工對(duì)浮游動(dòng)物生物量的影響

2010-2016年日照嵐山港圍填海工程數(shù)量快速增長(zhǎng)，懸浮物含量逐年增加，而調(diào)查海域浮游動(dòng)物生物量卻持續(xù)上升，其中2013年9月和2016年11月調(diào)查生物量遠(yuǎn)高于其他年度調(diào)查結(jié)果，其原因可能是調(diào)查結(jié)果中2013年出現(xiàn)大量強(qiáng)壯箭蟲，2016年出現(xiàn)大量的軟擬海樽(Dolioettagegenbauri)。強(qiáng)壯箭蟲的數(shù)量變動(dòng)及空間分布往往直接影響浮游動(dòng)物總生物量的分布[25]，強(qiáng)壯箭蟲豐度的增加是某一海域生物量增大的主要原因[26]。軟擬海樽屬被囊動(dòng)物，被囊動(dòng)物海樽類數(shù)量多、分布廣，是浮游動(dòng)物總生物量的重要組成部分[27]。大量出現(xiàn)的強(qiáng)壯箭蟲和軟擬海樽是造成2013年和2016年調(diào)查浮游動(dòng)物生物量高的原因?？傮w來(lái)看，調(diào)查海域浮游動(dòng)物生物量與該海域圍填海工程持續(xù)建設(shè)響應(yīng)關(guān)系不明顯。

3.4 圍填海工程施工對(duì)浮游動(dòng)物香農(nóng)-威納指數(shù)的影響

本研究結(jié)果顯示浮游動(dòng)物香農(nóng)-威納指數(shù)與調(diào)查海域圍填海建設(shè)進(jìn)展不存在明顯的關(guān)系，即浮游動(dòng)物多樣性指數(shù)不能很好地指示圍填海工程對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響[11]，單從生物多樣性指數(shù)值尚不足以全面評(píng)價(jià)圍墾對(duì)浮游動(dòng)物多樣性的影響[28]。

4 結(jié)論

圍填海工程造成日照嵐山港鄰近海域浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的改變，節(jié)肢動(dòng)物占比降低，腔腸動(dòng)物占比增加。隨著圍填海強(qiáng)度的增加，浮游動(dòng)物種類數(shù)量和豐度減少，未對(duì)生物量和香農(nóng)-威納指數(shù)造成明顯影響。圍填海結(jié)束后鄰近海域浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)、種類數(shù)量和豐度均有所恢復(fù)。