深遠海浮式風(fēng)電裝備對徐聞附近海域優(yōu)勢物種生理生化指標(biāo)的影響

摘要 ［目的］研究深遠海浮式風(fēng)電的建設(shè)及運營對周邊海域漁業(yè)資源的影響。［方法］對徐聞羅斗沙海域深遠海浮式風(fēng)電裝備機位點附近海域的S1站點（距機位點約4 km處）和S3站點（距機位點約5 km處）進行拖網(wǎng)取樣，選擇優(yōu)勢物種南洋舌鰨（Cynoglossidae lida）和哈氏仿對蝦（Parapenaeopsis hardwickii）為試驗對象，探討深遠海浮式風(fēng)電裝備運行對優(yōu)勢物種生理生化指標(biāo)的影響。［結(jié)果］S3站點南洋舌鰨肝臟中褪黑素（MT）、多巴胺（DA）、白蛋白（ALB）、5-羥色胺（5-HT）含量及半胱氨酸蛋白酶3（Casp-3）、酸性磷酸酶（ACP）活性顯著高于S1站點（P<0.05），S3站點南洋舌鰨鰓中ALB含量及Casp-3、堿性磷酸酶（ALP）、ACP活性顯著高于S1站點（P<0.05）；S3站點哈氏仿對蝦肝胰腺中DA、ALB、5-HT含量及Casp-3、ALP、ACP活性顯著高于S1站點（P<0.05），S3站點哈氏仿對蝦鰓中MT、ALB含量及ALP、ACP活性顯著高于S1站點（P<0.05）。［結(jié)論］深遠海浮式風(fēng)電在一定范圍內(nèi)對徐聞附近海域優(yōu)勢物種的生理生化指標(biāo)有一定的影響。

關(guān)鍵詞 深遠海浮式風(fēng)電裝備；周邊海域；海洋生物；生理生化指標(biāo)

中圖分類號 X17 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）19-0071-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.19.016

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Effects of Deep-sea Floating Wind Power Equipment on Physiological and Biochemical Indicators of Dominant Species in the Waters of Xuwen

GUO Hui¹，LI Shu-hong¹，LIU Zhi² et al

（1.Key Laboratory of Marine Ecology and Aquaculture Environment of Zhanjiang，College of Fisheries，Guangdong Ocean University，Zhanjiang，Guangdong 524088;2.Guangdong Haizhuang Offshore Windpower Research Center Company Limited，Zhanjiang，Guangdong 524000）

Abstract ［Objective］To study the effect of the construction and operation of deep-sea floating wind power on the fishery resources in the surrounding waters.［Method］Trawl sampling was conducted at S1 station （about 4 km from the location） and S3 station （about 5 km from the location） near the deep-sea floating wind power equipment in the Luodousha area of Xuwen.The dominant species Cynoglossidae lida and Parapenaeops hardwickei were selected as experimental subjects to explore the effects of deep-sea wind power equipment operation on the physiological and biochemical indicators of dominant species.［Result］The melatonin （MT），dopamine （DA），albumin （ALB），5-hydroxytryptamine （5-HT） contents，caspase-3 （Casp-3） and acid phosphatase （ACP） activities in the liver of C.lida at S3 Site were significantly higher than those at Site S1 （P<0.05），the ALB contents and Casp-3，alkaline phosphatase （ALP），ACP activities in the gills of C.lida at Site S3 were significantly higher than those at Site S1 （P<0.05）.The contents of DA，ALB and 5-HT and the activities of Casp-3，ALP and ACP in the hepatopancreas of P.hardwickii at Site S3 were significantly higher than those at Site S1 （P<0.05），and the contents of MT and ALB and the activities of ALP and ACP in the gills of P.hardwickii at Site S3 were significantly higher than those at Site S1 （P<0.05）.［Conclusion］The deep-sea floating wind power equipment has a certain effect on the physiological and biochemical indexes of the dominant species in the sea area near Xuwen.

Key words Deep-sea floating wind power equipment;Surrounding waters;Marine organism;Physiological and biochemical indicators

作者簡介 郭慧（1986—），女，安徽阜陽人，副教授，博士，從事水產(chǎn)動物健康養(yǎng)殖生態(tài)學(xué)研究。*通信作者，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事水產(chǎn)經(jīng)濟動物遺傳育種及生殖生長調(diào)控研究。

收稿日期 2023-11-27

風(fēng)力發(fā)電是可再生能源技術(shù)領(lǐng)域最成熟的發(fā)電方式之一，對解決能源危機和調(diào)整能源結(jié)構(gòu)具有積極的意義^［1］。作為一種可再生能源，風(fēng)能具有分布廣泛和儲量豐富等優(yōu)點，尤其是海上風(fēng)能，相比于陸地風(fēng)能，在風(fēng)速、風(fēng)況和發(fā)電的年利用小時數(shù)上都有明顯的優(yōu)勢，且不占用土地資源^［2］，因此，海上風(fēng)電的發(fā)展逐漸成為沿海各國海上能源資源開發(fā)的重點。然而，海上風(fēng)電的持續(xù)發(fā)展，使傳統(tǒng)的漁業(yè)養(yǎng)殖空間受到了擠壓，開發(fā)海上風(fēng)電與漁業(yè)融合發(fā)展的新模式不僅是現(xiàn)代化海洋產(chǎn)業(yè)的重點方向，而且對于實現(xiàn)集約用海、科學(xué)用海，滿足我國綠色發(fā)展與生態(tài)文明的需求，實現(xiàn)我國“碳達峰”和“碳中和”的雙碳目標(biāo)具有重要的現(xiàn)實意義。

風(fēng)漁融合需要對海洋環(huán)境和海洋生物的影響進行評估^［3］。海上風(fēng)電對漁業(yè)養(yǎng)殖的影響主要集中在海上風(fēng)電場在運營期間釋放的噪聲和磁場^［4］。早在2011年世界衛(wèi)生組織指出人為噪聲是目前主要的全球污染物之一，魚類對于聲音較為敏感，它們通過聲信號來感知周圍的環(huán)境，并進行繁殖、交流以及捕食等一系列的生命活動^［5-7］。在人為噪聲對魚類攝食行為影響的研究中發(fā)現(xiàn)，噪聲的增加導(dǎo)致三刺魚（Gasterosteus aculeatus）出現(xiàn)減少捕食、捕食誤差增加等行為，認(rèn)為這種對魚類覓食的影響有可能對個體健康以及群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生潛在后果^［8］。研究表明，噪聲會影響雙斑蝦虎魚（Gobiusculus flavescens）和彩繪蝦虎魚（Pomatoschistus pictus）的求偶行為，出現(xiàn)雄魚視覺、聽覺求偶行為降低，雌魚產(chǎn)卵率降低的現(xiàn)象，進而對該物種的種群數(shù)量造成一定影響^［9］。同時，近年來對無脊椎動物的研究發(fā)現(xiàn)，無脊椎動物也能檢測到聲信號，并對其作出一定反應(yīng)^［10-11］。高強度的噪聲會影響縊蟶（Sinonovacula constricta）的埋棲行為，導(dǎo)致長鰭近海魷魚（Doryteuthis pealeii）捕食效率降低以及反捕食性警報降低的行為^［12-14］。噪聲會損傷海洋生物的聽覺系統(tǒng)，還會誘導(dǎo)一系列的生理應(yīng)激反應(yīng)。而海上風(fēng)電場工程建設(shè)以及數(shù)十年的運營會造成海洋環(huán)境噪聲日益增加，長期的噪聲對海洋生物的行為和生理上都會帶來一定的影響^［15-17］。此外，海上風(fēng)電對海洋生物還存在一定的電磁輻射影響，其主要來源是海底電纜，電磁輻射產(chǎn)生影響主要是因為某些海洋生物具有磁敏感性；磁場可能影響鯊魚和鰩魚等魚類的覓食和遷徙等海洋生物運動，且足夠強度的磁場還會影響海洋生物的生殖和發(fā)育等生理過程^［18-19］。然而，由于風(fēng)漁融合存在一定的地區(qū)差異，各地區(qū)的海洋環(huán)境及風(fēng)電裝備各不相同，且目前關(guān)于風(fēng)電融合對海洋生物生理生化指標(biāo)影響的文獻較少，能獲取的研究數(shù)據(jù)極其有限，很難全面評估海上風(fēng)電對漁業(yè)養(yǎng)殖的影響。筆者以徐聞羅斗沙海域深遠海浮式風(fēng)電裝備“扶搖號”附近海域優(yōu)勢物種為試驗對象，初步探討深遠海浮式風(fēng)電裝備對附近海域優(yōu)勢物種生理生化指標(biāo)的影響，以期為深遠海浮式風(fēng)電場工程環(huán)境影響評價和潛在風(fēng)險評估提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 海上浮式風(fēng)電裝備試驗場工程項目選址位于湛江市徐聞縣前山鎮(zhèn)羅斗沙海域（圖1），主要包括1臺單機容量6.2 MW海上浮式風(fēng)電裝備和1根25.765 8 km的35 kV場內(nèi)送出海纜等設(shè)備。風(fēng)機基礎(chǔ)形式采用浮式基礎(chǔ)平臺，基礎(chǔ)平臺為三立柱半潛式平臺，呈等邊三角形布局，由立柱、垂蕩版、下浮體以及方形橫撐、系泊錨鏈構(gòu)成，其中系泊半徑為430 m（圖2）。

1.2 試驗生物及樣品收集 采用底拖網(wǎng)調(diào)查漁業(yè)資源，調(diào)查中，每站點拖網(wǎng)0.5 h，拖速3 kn左右。拖網(wǎng)時間的計算為拖網(wǎng)曳綱停止投放和拖網(wǎng)著底后，從曳綱拉緊受力時（為拖網(wǎng)開始時間）至起網(wǎng)絞車開始收曳綱時（為終止時間）。對機位點附近海域的S1站點（距機位點約4 km處）和S3站點（距機位點約5 km處）進行拖網(wǎng)調(diào)查，記錄拖網(wǎng)起始位置和結(jié)束位置坐標(biāo)、拖網(wǎng)時長、拖速，稱量漁獲物總質(zhì)量，并對漁獲物進行種類鑒定，分別選擇優(yōu)勢物種南洋舌鰨（Cynoglossidae lida）、哈氏仿對蝦（Parapenaeopsis hardwickii）進行后續(xù)生化指標(biāo)檢測試驗。每個站點分別取3尾南洋舌鰨和哈氏仿對蝦作為一個重復(fù)，每個物種取3個重復(fù)樣本（n=9），肝臟（肝胰腺）和鰓組織在冰上剪取后，置于液氮中速凍，并轉(zhuǎn)移至-80 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3 生理生化指標(biāo)分析 取南洋舌鰨肝臟和鰓組織以及哈氏仿對蝦肝胰腺和鰓組織在冰上解凍，稱量組織樣品，分別加入pH 7.4的磷酸鹽緩沖溶液（PBS），用勻漿器將樣品充分勻漿，低溫離心（2 500 r/min，20 min），吸取上清用于檢測。褪黑素（MT）、多巴胺（DA）、白蛋白（ALB）、5-羥色胺（5-HT）、半胱氨酸蛋白酶3（Casp-3）、堿性磷酸酶（ALP）和酸性磷酸酶（ACP）的檢測使用ELISA檢測試劑盒（上海酶聯(lián)生物科技有限公司），根據(jù)試劑盒說明書進行。

1.4 數(shù)據(jù)分析 試驗數(shù)據(jù)采用GraphPad Prism 9軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA）和Tukey多重比較檢驗。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤（n=3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮式風(fēng)電裝備對不同站點南洋舌鰨肝臟和鰓組織生理生化指標(biāo)的影響 從圖3可以看出，S3站點南洋舌鰨肝臟中的MT、DA、ALB、5-HT含量顯著高于S1站點（P<0.05），而鰓組織中只有ALB含量顯著高于S1站點（P<0.05），MT、DA、5-HT含量均與S1站點無顯著差異（P>0.05）。圖4顯示，S3站點南洋舌鰨肝臟組織中的Casp-3和ACP活性均顯著高于S1站點（P<0.05），ALP活性無顯著差異（P>0.05）；而在鰓組織中，S3站點的Casp-3、ALP和ACP活性均顯著高于站點S1（P<0.05）。

2.2 浮式風(fēng)電裝備對不同站點哈氏仿對蝦肝胰腺和鰓組織生理生化指標(biāo)的影響 從圖5可以看出，S3站點哈氏仿對蝦肝胰腺中的MT含量與S1站點無顯著差異（P>0.05），而DA、ALB和5-HT含量均顯著高于S1站點（P<0.05）；鰓組織中的MT和ALB含量顯著高于S1站點（P<0.05），DA和5-HT含量與S1站點無顯著差異（P>0.05）。就ALP和ACP活性而言（圖6），S3站點哈氏仿對蝦肝胰腺和鰓組織中的活性均顯著高于S1站點（P<0.05）。就Casp-3活性而言（圖6），S3站點肝胰腺中Casp-3活性顯著高于站點S1（P<0.05），鰓組織中Casp-3活性與S1站點無顯著差異（P>0.05）。

3 討論與結(jié)論

海上風(fēng)電對于海域的影響是短期內(nèi)無法評估的，就目前而言，大部分研究表明海上風(fēng)電場作為一種人工魚礁以及“禁捕區(qū)”，一定程度上有助于部分物種的種群數(shù)量恢復(fù)以及物種多樣性的增加^［20］。同時，也有研究認(rèn)為海上風(fēng)電場所帶來的水下噪聲、電磁場、濁度以及重懸浮沉積物濃度等因子的變化也會導(dǎo)致當(dāng)?shù)佤~類遠離海上風(fēng)電場區(qū)域^［21-22］。丹麥西部霍恩礁沙洲的Horns Rev1風(fēng)電場，在歷經(jīng)6年的使用后，其海上風(fēng)電場附近海域魚類的豐度有所上升，而在距離6 km 以外的海域魚類的豐度有所下降，海上風(fēng)電場足以作為人工魚礁吸引巖石棲息地相關(guān)魚群，且不足以對棲息與渦輪機之間的原始砂底物種產(chǎn)生不利影響^［23］。英國利物浦灣內(nèi)的Gwynty Mr風(fēng)電場內(nèi)特定的棲息區(qū)域可以為歐洲龍蝦（Homarus gammarus）提供合適的棲息地^［24］；德國的Meerwind海上風(fēng)電場對當(dāng)?shù)卮笪餮篦L（Gadus morhua）種群恢復(fù)具有積極影響，大西洋鱈可以在海上風(fēng)電場區(qū)域覓食及產(chǎn)卵^［25］。荷蘭北海的Egmond aan Zee風(fēng)電場在建設(shè)運營10年后，該地區(qū)首次出現(xiàn)了從未出現(xiàn)過的巖梳隆頭魚（Ctenolabrus rupestris）和灰鱗鲀（Balistes capriscus）^［22］。

褪黑素（MT）主要由神經(jīng)內(nèi)分泌器官松果體產(chǎn)生，松果體響應(yīng)視網(wǎng)膜接收的光/暗信息分泌MT并將其迅速釋放進入血液，經(jīng)血液循環(huán)分布到整個機體并對各個靶器官、組織和細(xì)胞發(fā)揮作用^［26-27］。而松果體器官在夜間產(chǎn)生MT，這導(dǎo)致血液和腦脊液MT水平在夜間高、白天低^［28］。有研究表明，MT可以調(diào)節(jié)魚類的繁殖機制，且可以作為抗氧化劑調(diào)節(jié)魚類下丘腦-垂體-性腺（HPG）軸下游卵母細(xì)胞成熟^［29］。另有研究發(fā)現(xiàn)提高斑光蟾魚（Porichthys notatus）和深水光蟾魚（Porichthys bathoiketes）體內(nèi)的MT含量可以增加雄魚求偶的頻率^［30-31］。5-羥色胺（5-HT）是一種廣泛存在于大腦和外周組織中的抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，在相應(yīng)受體的介導(dǎo)下，參與調(diào)控魚類的攻擊、攝食、認(rèn)知、社會等級及情緒調(diào)節(jié)等多種行為和生理過程^［32］。它是褪黑激素的前體，在視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞和松果體器官中合成，參與調(diào)節(jié)光暗適應(yīng)^［33］。該研究中2個站點之間5-HT和MT含量的差異提示浮式風(fēng)電裝備會影響海洋生物對于光暗的感知。2個站點之間MT含量的差異提示浮式風(fēng)電裝備所產(chǎn)生的噪聲可能影響魚類的正常求偶行為。此外，研究表明噪聲會影響魚類的皮質(zhì)醇濃度，其濃度可評估魚類的急性應(yīng)激反應(yīng)^［34］，而皮質(zhì)醇與MT水平一般呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，MT高水平一般在皮質(zhì)醇低水平時出現(xiàn)^［35］，而S3站點優(yōu)勢物種MT含量的高水平提示距離風(fēng)電裝備越近，優(yōu)勢物種的應(yīng)激反應(yīng)可能越強烈。

魚類的聽力損傷主要通過檢測魚耳內(nèi)的毛細(xì)胞是否受損或出現(xiàn)小孔來判斷噪聲是否對魚耳造成聽力損傷^［36］。神經(jīng)調(diào)節(jié)劑多巴胺（DA）被認(rèn)為是協(xié)調(diào)生物體內(nèi)部動機狀態(tài)與外部環(huán)境刺激的適當(dāng)行為反應(yīng)的關(guān)鍵。研究顯示DA可以調(diào)節(jié)魚類的聽覺系統(tǒng)，雌魚在繁殖季節(jié)會通過減少DA的釋放來提高自身檢測和發(fā)現(xiàn)雄魚的能力^［37］。該研究中S1站點南洋舌鰨肝臟組織和哈氏仿對蝦肝胰腺組織中DA含量顯著低于S3站點，表明浮式風(fēng)電裝備會對海洋生物的DA含量產(chǎn)生影響，且距離越近DA含量越低，提示浮式風(fēng)電裝備可能影響魚類的繁殖。白蛋白（ALB）在肝細(xì)胞內(nèi)合成，通常被用作肝功能研究的指標(biāo)^［38］，而在該研究中2個站點優(yōu)勢物種的ALB含量存在一定差異，表明浮式風(fēng)電裝備對海洋生物的肝功能可能存在一定影響。

細(xì)胞凋亡是在生理或病理條件下，機體為更好地適應(yīng)生存環(huán)境，由基因控制的細(xì)胞自主有序地死亡^［39］。盡管凋亡過程的詳細(xì)機制尚不完全清楚，但是已經(jīng)確定半胱氨酸蛋白酶（Caspase）在凋亡執(zhí)行過程中起著至關(guān)重要的作用，而且細(xì)胞凋亡的過程實際上是Caspase被活化并發(fā)生凋亡蛋白酶的級聯(lián)反應(yīng)^［40］。半胱氨酸蛋白酶3（Casp-3）是Caspase家族中最重要的成員，絕大多數(shù)觸發(fā)細(xì)胞凋亡的因素，最終都需要通過Casp-3介導(dǎo)的信號傳遞途徑，其被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡的通用指標(biāo)之一^［41］。該研究中S1站點南洋舌鰨肝臟和鰓組織以及哈氏仿對蝦肝胰腺組織中的Casp-3的活性顯著低于站點S3，提示浮式風(fēng)電裝備的存在可能會誘導(dǎo)機體組織的細(xì)胞凋亡。

堿性磷酸酶（ALP）和酸性磷酸酶（ACP）是魚類免疫防御體系中比較重要的水解酶，也是重要的代謝調(diào)控酶，在防御異物侵入的機制中直接參與磷酸基團的轉(zhuǎn)移和代謝，形成水解酶體系，在免疫反應(yīng)中發(fā)揮作用^［42］。ALP是衡量機體免疫機能和健康狀況的重要指標(biāo)，直接參與機體內(nèi)磷的代謝，其含量的變化可以指示機體的肝代謝情況，而ACP直接參與機體內(nèi)磷酸基團的代謝，促進血細(xì)胞的吞噬作用，二者均被認(rèn)為是評價生物免疫功能的重要指標(biāo)^［43-45］。噪聲和電磁場均會導(dǎo)致海洋生物出現(xiàn)代謝紊亂，持續(xù)的噪聲會增加褐蝦（Crangon crangon）的耗氧量和氨排泄率，由于代謝出現(xiàn)變化，褐蝦的生長速度也隨之下降^［46］。食用黃道蟹（Cancer pagurus）和白斑狗魚（Esox lucius）在暴露于磁場后出現(xiàn)代謝紊亂^［47-48］，在該研究中距離浮式風(fēng)電裝備不同距離的2個站點之間優(yōu)勢物種南洋舌鰨和哈氏仿對蝦的ALP、ACP的差異一定程度上表明噪聲會影響機體的免疫代謝能力。同時，持續(xù)的噪聲和電離輻射會引起機體的應(yīng)激反應(yīng)，提示機體可能通過調(diào)節(jié)ACP和ALP的合成代謝來抵御機體損傷。

深遠海浮式風(fēng)電裝備運行產(chǎn)生的噪音、電磁輻射對海洋生物有一定的影響，S1站點與S3站點距離機位點的距離稍有不同，但2個站點優(yōu)勢物種南洋舌鰨和哈氏仿對蝦的各項生理生化指標(biāo)存在一定的差異，這些結(jié)果可作為深遠海浮式風(fēng)電場工程環(huán)境影響評價和潛在風(fēng)險評估的數(shù)據(jù)參考，并為進一步深入研究打下了基礎(chǔ)。目前深遠海浮式風(fēng)電是風(fēng)力發(fā)電的重要發(fā)展方向，需要從不同方面研究深遠海浮式風(fēng)電對海洋生物的影響。此外，由于該研究是直接在野外調(diào)查中直接取樣進行檢測，在今后的研究中，可通過實驗室受控試驗，對常見養(yǎng)殖品種進行更加深入全面的研究，以明確海上風(fēng)電對水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響，為風(fēng)漁融合發(fā)展的建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

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