文昌魚(yú)分布與海水環(huán)境因子關(guān)系初探

張春艷，王 剛，張海峰，江田田

(1.河北省海洋地質(zhì)資源調(diào)查中心，河北 秦皇島 066000；2.河北省海洋岸線生態(tài)修復(fù)與智慧海洋監(jiān)測(cè)工程研究中心，河北 秦皇島 066000)

0 引言

文昌魚(yú)(學(xué)名：Branchiostoma)是文昌魚(yú)科文昌魚(yú)屬動(dòng)物的總稱，是無(wú)脊椎動(dòng)物進(jìn)化至脊椎動(dòng)物的過(guò)渡類型，也是研究脊索動(dòng)物演化和系統(tǒng)發(fā)育的優(yōu)良科學(xué)實(shí)驗(yàn)材料，被稱為研究生物進(jìn)化的“活化石”，具重要的科學(xué)研究?jī)r(jià)值，是國(guó)家二級(jí)野生保護(hù)動(dòng)物。青島文昌魚(yú)是廈門文昌魚(yú)的一個(gè)變種，是渤海海域唯一的一種文昌魚(yú)，主要分布在秦皇島市、煙臺(tái)市、青島市膠州灣及大公島近岸海域[1]。

為有效對(duì)文昌魚(yú)加以保護(hù)，F(xiàn)ocardi等人在意大利的開(kāi)普拉亞島開(kāi)展了文昌魚(yú)棲息環(huán)境調(diào)查分析，并定性分析了文昌魚(yú)種類和數(shù)量的變化與棲息環(huán)境的關(guān)系[2]。Silva等人對(duì)巴西瓜納巴拉灣的文昌魚(yú)種群結(jié)構(gòu)開(kāi)展調(diào)查，分析了文昌魚(yú)的豐度與棲息環(huán)境的粗砂含量的關(guān)系，以及文昌魚(yú)豐度的季節(jié)性變化規(guī)律[3]。Vergara等開(kāi)展了智利科羅索港的文昌魚(yú)種群數(shù)量調(diào)查，分析了文昌魚(yú)空間分布情況[4]。馬明輝、周秋麟、汪偉洋等人開(kāi)展了文昌魚(yú)分布情況與棲息地底質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系[5-12]。陳丙溫等人開(kāi)展了底質(zhì)細(xì)化對(duì)文昌魚(yú)棲息地大型底棲動(dòng)物群落的影響[13]。郭興然等人對(duì)河北昌黎海域大型底棲動(dòng)物群落特征及青島文昌魚(yú)資源現(xiàn)狀進(jìn)行了分析[14]。武玉強(qiáng)、陳學(xué)豪、張孝杰等利用人工實(shí)驗(yàn)法研究了非離子氨對(duì)文昌魚(yú)的急性毒性影響[15]。白秀娟、盧伙勝、劉曉彬等采用實(shí)驗(yàn)法研究了鹽度、pH脅迫對(duì)茂名海域文昌魚(yú)磷酸酶活性的影響[16]。但是，關(guān)于文昌魚(yú)棲息密度、生物量和海水環(huán)境理化特征的關(guān)系研究較少。

本文研究區(qū)域位于昌黎黃金海岸國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)。昌黎黃金海岸自然保護(hù)區(qū)是1990年國(guó)務(wù)院首批批準(zhǔn)的五個(gè)國(guó)家級(jí)海洋類型自然保護(hù)區(qū)之一，位于河北省秦皇島市北戴河新區(qū)南部沿海，北起金沙灣沙雕大世界，南至灤河口，東臨渤海，西與團(tuán)林、劉臺(tái)莊和茹荷三鎮(zhèn)接壤，地理坐標(biāo)介于39°25′20.99″N～39°37′50.81″N、119°11′37.80″E～119°37′9.21″E之間，總面積336.21 km2。其中，陸域面積95.56 km2，海域面積240.65 km2。研究區(qū)域位于自然保護(hù)區(qū)內(nèi)，人為活動(dòng)影響較小，是研究海洋環(huán)境理化性質(zhì)對(duì)文昌魚(yú)棲息密度和生物量的影響的較理想?yún)^(qū)域。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查站位和調(diào)查時(shí)段

調(diào)查站位位于昌黎黃金海岸國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)海域緩沖區(qū)和海域核心區(qū)及七里海潟湖海域，共布設(shè)16個(gè)站位(見(jiàn)圖1)，調(diào)查時(shí)段為2021年5月和8月。2017年至2020年5月和8月數(shù)據(jù)使用歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2 樣品采集與測(cè)定

水質(zhì)采樣按照《近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 第三部分 近岸海域水質(zhì)監(jiān)測(cè)》(HJ 442.3-2020)[17]要求，進(jìn)行海水樣品采集與分析。當(dāng)監(jiān)測(cè)站位水深小于10米時(shí)，只采集表層水樣，采集0.1～1 m水層水樣；水深在10～25 m時(shí)，采集表層和底層水樣，表層采集0.1～1 m水層水樣，底層采集離海底1～2 m范圍水層水樣；因本文研究文昌魚(yú)和水質(zhì)的關(guān)系，當(dāng)水深大于10 m時(shí)，利用底層水樣數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。檢測(cè)項(xiàng)目為水溫、pH、溶解氧、鹽度、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮、硅酸鹽、活性磷酸鹽、化學(xué)需氧量(CODMn)。

圖1 站位分布圖

文昌魚(yú)采樣按照《近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 第六部分近岸海域生物監(jiān)測(cè)》(HJ442.6-2020)[18]要求，用抓斗式取泥器取樣，使用0.05 mm孔徑篩網(wǎng)沖洗，并用體積分?jǐn)?shù)為75%乙醇固定，按照《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)要求進(jìn)行稱重、計(jì)數(shù)、測(cè)量。監(jiān)測(cè)指標(biāo)為文昌魚(yú)種群數(shù)量、生物量。

2 結(jié)果與分析

2.1 水環(huán)境

(1)pH、鹽度

根據(jù)調(diào)查及歷史數(shù)據(jù)分析，研究區(qū)域2017年至2021年pH、鹽度變化情況見(jiàn)圖2，pH年均變化范圍為7.7～8.1，鹽度年均變化范圍為30.7～31.6，pH和鹽度年均變化范圍不大。

圖2 2017～2021年研究區(qū)域pH、鹽度變化情況

(2)溶解氧和化學(xué)需氧量

研究區(qū)域2017年至2021年溶解氧和化學(xué)需氧量年均濃度變化情況見(jiàn)圖3，溶解氧年均濃度變化范圍為7.2～8.0 mg/L，化學(xué)需氧量年均濃度變化范圍為0.78～1.36 mg/L，符合《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)中第一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖3 2017～2021年研究區(qū)域溶解氧和化學(xué)需氧量年均濃度變化情況

(3)營(yíng)養(yǎng)鹽

研究區(qū)域2017年至2021年?duì)I養(yǎng)鹽年均濃度變化情況見(jiàn)圖4，硅酸鹽-硅年均濃度變化范圍為0.187～0.639 μg/L，亞硝酸鹽-氮年均濃度變化范圍為0.002～0.006 μg/L，氨-氮年均濃度變化范圍為0.003～0.009 μg/L，硝酸鹽-氮年均濃度變化范圍為0.016～0.100 μg/L，無(wú)機(jī)氮年均濃度變化范圍為0.060～0.189 μg/L，符合《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)中第一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求；活性磷酸鹽年均濃度變化范圍為0.002～0.022 μg/L，2018年和2019年平均活性磷酸年均濃度呈上升趨勢(shì)，超過(guò)《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3097-1997)中第一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足第二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖4 2017～2021年研究區(qū)域營(yíng)養(yǎng)鹽年均濃度變化情況

2.2 文昌魚(yú)生物量及棲息密度

2017年至2021年保護(hù)區(qū)內(nèi)文昌魚(yú)種群結(jié)構(gòu)調(diào)查結(jié)果(見(jiàn)圖5)顯示，文昌魚(yú)平均棲息密度變化范圍為31～158 ind/m2，平均生物量變化范圍為1.39～10.73 g/m2，近五年來(lái)，2019年文昌魚(yú)棲息密度和生物量最高，2021年文昌魚(yú)棲息密度和生物量較2020年均有所下降。

圖5 2017～2021年研究區(qū)域文昌魚(yú)棲息密度及生物量變化情況

監(jiān)測(cè)站位中溶解氧、化學(xué)需氧量、無(wú)機(jī)氮年均濃度符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，活性磷酸鹽2018年和2019年平均年均濃度呈上升趨勢(shì)，超過(guò)第一類海水水質(zhì)要求，滿足第二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，而2019年和2020年文昌魚(yú)棲息密度和生物量卻相對(duì)較高，文昌魚(yú)棲息密度和生物量與海水環(huán)境因子的相關(guān)性有待進(jìn)一步研究。

3.3 文昌魚(yú)分布與海水環(huán)境因子關(guān)系研究

相關(guān)分析是探究數(shù)據(jù)間關(guān)系一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法。利用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，分別分析2017年至2021年文昌魚(yú)棲息密度、生物量和海水環(huán)境因子的相關(guān)性。因樣本數(shù)量n=95，小于2000，屬于小樣本，因此采用Spearman相關(guān)分析，采用夏皮洛-威爾克(S-W)正態(tài)性檢驗(yàn)。Spearman相關(guān)分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 Spearman相關(guān)分析結(jié)果

由上表可知，文昌魚(yú)棲息密度、生物量和pH相關(guān)性為-0.221和-0.286，相關(guān)性絕對(duì)值在0.2～0.4之間(P<0.05)，呈負(fù)的弱相關(guān)性；文昌魚(yú)棲息密度、生物量和氨氮、硅酸鹽濃度的相關(guān)性在0.2～0.4之間(P<0.05)，呈弱相關(guān)性，文昌魚(yú)棲息密度、生物量和鹽度、水溫、溶解氧、化學(xué)需氧量、亞硝酸鹽、硝酸鹽、活性磷酸鹽濃度的相關(guān)系數(shù)在-0.2～0.2之間，呈極弱相關(guān)或者無(wú)相關(guān)性。

3 討論與展望

(1)本文研究文昌魚(yú)的棲息密度和生物量與海水環(huán)境相關(guān)性，研究數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的調(diào)查數(shù)據(jù)。研究區(qū)域受人類活動(dòng)影響較小，因此，區(qū)域選擇較合理。

(2)本文研究發(fā)現(xiàn)文昌魚(yú)的棲息密度和生物量與營(yíng)養(yǎng)鹽氨氮和硅酸鹽呈弱相關(guān)性，這對(duì)于后期保護(hù)文昌魚(yú)棲息環(huán)境，以及制定基于營(yíng)養(yǎng)鹽總量控制海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)制度具有重要意義。

(3)本文研究發(fā)現(xiàn)文昌魚(yú)的棲息密度和生物量與海水pH呈負(fù)的弱相關(guān)性，下一步可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步探索文昌魚(yú)分布和海水pH值范圍的相關(guān)關(guān)系，研究海洋酸度變化對(duì)文昌魚(yú)的影響。