車志偉，史云峰，曲江勇

（1．國家海洋局三亞海洋環(huán)境監(jiān)測站 三亞海洋生態(tài)監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 三亞 572000；2．瓊州學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 三亞 572022）

海洋工程在解決沿海地區(qū)土地資源匱乏和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也帶來沿海灘涂環(huán)境污染、生物棲息地破壞或破碎化等生態(tài)問題，比如海域水體無機(jī)營養(yǎng)鹽含量升高，港灣水動力學(xué)條件和納潮量改變，海洋污染物的稀釋擴(kuò)散速率降低等［1］。馬長 安 等［2］和 呂 巍 巍 等［3］研 究 表 明 圍填海工程會破壞原有的自然生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致灘涂內(nèi)底棲動物和潮間帶生物種類和數(shù)量減少及生物多樣性降低；沈新強(qiáng)和沈盎綠［4］研究表明，疏浚作業(yè)產(chǎn)生的懸浮物和掩埋作用對海域環(huán)境、浮游動植物、魚類和貝類等均有不同程度的影響；趙文等［5］指出水下爆破活動對海區(qū)水質(zhì)及浮游生物影響顯著。但關(guān)于峽道整治工程對附近海域水體環(huán)境和海洋生物的研究較少，且尚未見以實(shí)際工程為例的全工程期比較分析結(jié)果。

峽道整治工程會改變附近海域的岸線和水深，造成海底地形變化，進(jìn)而引起水動力條件、流場和海水物質(zhì)輸運(yùn)能力的改變［6］。峽道疏浚還可能破壞底棲生物賴以生存的底質(zhì)環(huán)境，懸浮泥沙會降低海水透明度并干擾海洋生物攝食［7］。此外工程改變區(qū)域自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，可能對海區(qū)生物的多樣性和適宜性產(chǎn)生影響。因此，本研究擬以三亞小洲島峽道整治工程為研究對象，通過施工前、施工期和竣工后的對比，綜合分析附近海域海水水質(zhì)、沉積物主要環(huán)境因子和浮游植物、浮游動物、底棲動物及潮間帶動物群落結(jié)構(gòu)的變化，為合理利用和保護(hù)海洋灘涂資源和濕地生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為同類型峽道整治工程環(huán)境影響評價(jià)提供參考。

1 材料與方法

1．1 工程概況

三亞小洲島峽道整治工程位于三亞灣南邊嶺西側(cè)海域的基巖島嶼小洲島與鹿回頭半島之間的海峽及淺灘地帶（圖1）。

小洲島是中生代燕山期花崗巖侵入體構(gòu)成的低丘，沿岸被侵蝕物質(zhì)在波浪和波流推移下堆積，使峽道水域淤淺。工程目的是通過岸灘整治恢復(fù)和改善海域的生態(tài)環(huán)境與景觀，工期為2012年5月至2013年4月。峽道疏浚采用抓斗式挖泥船作業(yè)，疏浚量約為18．9萬方。

1．2 調(diào)查時(shí)間和站位設(shè)置

分別于施工前（2012年3 月）、施工期（2012年11月）和竣工后（2013年8月）對小洲島峽道整治工程附近海域進(jìn)行水質(zhì)、沉積物和生態(tài)調(diào)查。調(diào)查站布設(shè)在整治工程及其周圍海域（圖1），其中1?！?＃站位分別調(diào)查海水水質(zhì)、沉積物環(huán)境因子、浮游生物和底棲動物，D1～D4站位調(diào)查潮間帶動物。

圖1 工程位置及海域調(diào)查站位分布

1．3 樣品采集與處理

海水、沉積物和生物樣品的采集及分析方法均按《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB12763－2007）和《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB17378－2007）進(jìn)行。水質(zhì)分別采集表層（0．5m）和底層水樣，調(diào)查項(xiàng)目包括水溫、鹽度、懸浮物（SS）、pH、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（CODMn）、無機(jī)氮（DIN）、活性磷（DIP）和石油類；沉積物采用挖泥器采集表層樣（0～5cm），調(diào)查項(xiàng)目包括有機(jī)碳、硫化物、油類、總汞、砷、銅、鉛、鋅和鎘；生態(tài)調(diào)查項(xiàng)目包括浮游植物（淺水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)樣）、浮游動物（淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)樣）、底棲動物（采泥器采樣）及潮間帶動物（0．5mm 孔徑套篩篩選）。

1．4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

工程附近海域1?！?＃調(diào)查站位位于珊瑚礁保護(hù)區(qū)，執(zhí)行一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；6＃～8＃調(diào)查站位位于三亞灣航道范圍，執(zhí)行二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。定量描述海洋生物群落特征的參數(shù)采用Shannon－Wiener多樣性指數(shù)（H′）、Pielou均勻度指數(shù)（J′）和Jaccard相似性指數(shù)（JS）：

式中：S為樣品中總種數(shù)；Pi表示第i種的個(gè)體數(shù)與總個(gè)體數(shù)的比值；a為第A次調(diào)查的種數(shù)，b為第B次調(diào)查的種數(shù)，c為A、B兩次調(diào)查共有的種數(shù)。

數(shù)據(jù)的處理及分析應(yīng)用Excel 2007和SPSS 17．0等統(tǒng)計(jì)分析軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2．1 海洋環(huán)境變化

2．1．1 海水水質(zhì)變化

施工前、施工期和竣工后對海水水質(zhì)的調(diào)查結(jié)果如表1所示。由調(diào)查結(jié)果可知，施工前調(diào)查海域水質(zhì)各因子均保持在一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，表明施工海域的海水環(huán)境質(zhì)量較好。各調(diào)查期海水水溫變化范圍在28．3℃～29．9℃之間，且主要受海區(qū)季節(jié)和氣候變化所影響。隨著工程的進(jìn)行，海水鹽度呈降低趨勢，尤其竣工后海水鹽度呈極顯著（P＜0．01）降低，可能是由于峽道疏浚改變了海區(qū)水動力學(xué)，海水受三亞河淡水影響程度增加所致。海水DO 含量與調(diào)查季節(jié)亦有很大關(guān)系，且施工期的機(jī)械擾動也可能是DO含量較高的原因。施工期SS 含量極顯著（P＜0．01）高于施工前和竣工后，說明施工過程有大量懸浮物排放，隨著疏浚施工停止作業(yè)，懸浮物的污染源終止，水體中的SS 含量也逐步恢復(fù)到自然水平。

表1 海水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

續(xù)表

調(diào)查結(jié)果還表明，竣工后海水DIN、DIP、CODMn和石油類含量均顯著（P＜0．05）高于施工前和施工期，其含量的升高并未因工程的終止而恢復(fù)。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查后認(rèn)為，在疏浚工程竣工后，陸域上已開始進(jìn)行樓房等構(gòu)筑物施工建設(shè)，工人居住區(qū)的生活污水未經(jīng)處理直接排?？赡苁窃斐珊Ｋ袩o機(jī)營養(yǎng)鹽、CODMn和石油類污染物含量增加的主要原因。另一方面，與工程對鹽度的影響類似，峽道整治工程改變了水下的地形，同時(shí)影響了海水的動力學(xué)環(huán)境，海區(qū)陸源淡水的比例增加，其攜帶的大量營養(yǎng)鹽和有機(jī)物質(zhì)的貢獻(xiàn)度也隨之增加。雖然竣工后DIN、DIP 等水質(zhì)因子的含量仍然符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的范圍內(nèi)，但其增加趨勢仍在不斷加劇海水富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。

2．1．2 沉積物環(huán)境因子變化

施工前后調(diào)查海區(qū)表層沉積物中有機(jī)碳、硫化物、油類、汞、砷、銅、鉛、鋅和鎘等環(huán)境因子均符合海洋沉積物環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，表明調(diào)查海域的沉積物質(zhì)量較好。除有機(jī)碳外的主要沉積物環(huán)境因子均為施工期最高，說明整治工程施工過程的機(jī)械和人為排放是其主要來源，且隨著施工的結(jié)束，這些環(huán)境因子也逐漸得到不同程度的恢復(fù)。竣工后沉積物有機(jī)碳含量極顯著（P＜0．01）高于施工期和施工前，可能是陸源有機(jī)物沉積所至。

表2 沉積物監(jiān)測結(jié)果

2．2 生物群落結(jié)構(gòu)變化

2．2．1 浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化

峽道整治工程施工前、施工期和竣工后浮游植物群落種類、豐度、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)變化及不同時(shí)期相似性指數(shù)分別見圖2（a）、表3、圖3和表4。

由調(diào)查結(jié)果可知，施工前，海區(qū)浮游植物的主要類群為角毛藻、菱形藻，優(yōu)勢種為尖刺擬菱形藻（Pseudo－nitzschiapungens）、柔弱擬菱形藻（Pseudo－nitzschiadelicatissima）和海洋角毛藻（Chaetocerospelagicus）；竣工后類群增加，主要類群除角毛藻和菱形藻外增加了藍(lán)藻和根管藻，優(yōu)勢種更替為紅海束毛藻（Trichodesmium erythraeum）、筆 尖 根 管 藻（Rhizosoleniastyliformis）、暹羅角毛藻（Chaetocerossiamense）和丹麥細(xì)柱藻（Leptocylindrusdanicus）。施工前、施工期和竣工后海區(qū)浮游植物種類數(shù)分別為43種、64種和63種，豐度分別為178．1×106ind／m3、6．4×106ind／m3和1．4×106ind／m3。施工期和竣工后的浮游植物種類數(shù)顯著高于施工前，但平均豐度卻極顯著（P＜0．01）低于施工前，其原因可能是施工造成營養(yǎng)鹽水平增加，耐低營養(yǎng)種群的優(yōu)勢度和競爭力有所降低，同時(shí)耐污染型的種群有所發(fā)展（如，丹麥細(xì)柱藻）。隨著工程的進(jìn)行，調(diào)查區(qū)浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)均有所降低；施工前和竣工后的相似性指數(shù)為43．2%，說明工程導(dǎo)致浮游植物種類發(fā)生了中等程度的更替。

圖2 動植物種類變化

表3 海洋生物豐度變化

表4 海洋生物相似性指數(shù)JS變化

圖3 海洋生物指數(shù)變化

2．2．2 浮游動物群落結(jié)構(gòu)變化

不同調(diào)查時(shí)期海域浮游動物種類變化見圖2（b）。施工前浮游動物主要類群為橈足類、毛顎類和糠蝦類，優(yōu)勢種為亞強(qiáng)真哲水蚤（Eucalanus subcrassus）、中華哲水蚤（Calanussinicus）、紅紡錘水蚤（Acartiaerythraca）和中華異水蚤（Acartiellasinensis）；竣工后主要類群更替為橈足類、水母類和毛顎類，優(yōu)勢種更替為異體住囊蟲（Oikopleuradloica）、鳥啄尖頭溞（Penillaavirostris）、肥胖箭蟲（Sagittaenflata）、百陶箭蟲（Sagittabedoti）和雙生水母（Diphyeschamissonis）。與浮游植物類似，施工開始后（施工期42種、竣工期34 種）浮游動物種類也多于施工前（24種），豐度顯著（P＜0．05）降低（表3）。浮游動物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)（圖3）施工前和施工期沒有顯示出差異，但竣工后有所降低。施工前和施工期相似性指數(shù)為43．5%（表4），施工前和竣工后相似性指數(shù)為38．1%，說明峽道整治工程也會導(dǎo)致浮游動物產(chǎn)生中等程度的更替。

2．2．3 底棲動物群落結(jié)構(gòu)變化

如圖2（c）和表3所示，施工前、施工期和竣工后海域底棲動物種類分別為15 種、16 種和12種，豐度分別為87．5ind／m2、42．5ind／m2和43．7ind／m2，工程導(dǎo)致底棲動物種類和數(shù)量發(fā)生顯著減少。施工前底棲動物主要類群為軟體動物、環(huán)節(jié)動物類和脊索動物，施工導(dǎo)致脊索動物消失，多毛類和甲殼類動物出現(xiàn)。施工前底棲動物優(yōu)勢種為中國杓蛤（Cuspidariachinensis）和深溝籃蛤（Corbulafortisulcata），竣工后為小楯桑椹 螺（Clypeomorushumilis）、克 氏 銼 棒 螺（Rhinodaviskochi）和白脊藤壺（Balanusalbico－status），說明優(yōu)勢種更替明顯。同時(shí)，竣工后底棲動物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)（圖3）較施工前也有顯著（P＜0．05）降低。施工前與施工期及施工前與竣工后海區(qū)底棲動物相似性指數(shù)（表4）均低于30%，說明峽道整治工程對底棲生物的種群結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了顯著的影響。

2．2．4 潮間帶動物群落結(jié)構(gòu)變化

如圖2（d）所示，施工前調(diào)查潮間帶動物有24種，施工期間為19 種，其主要類群甲殼類、軟體動物和多毛類動物均出現(xiàn)不同程度的減少；竣工后潮間帶動物種類數(shù)有所回升（23種），但多毛類動物消失。施工前潮間帶動物優(yōu)勢種分別為海南舟 鉤 蝦（Bemloshainanensis）、包 氏 短 槳 蟹（Thalamitapoissonii）、凸 加 夫 蛤（Gafrarium tumidum）、塔節(jié)結(jié)濱螺（Antigonalamellaris）和雙斑細(xì)螯寄居蟹（Clibanariusbimaculatus），竣工后更替為四齒大額蟹（Metopograpsusquadridentarus），塔節(jié)結(jié)濱螺和雙斑細(xì)螯寄居蟹。施工導(dǎo)致潮間帶動物豐度（表3）出現(xiàn)顯著（P＜0．05）降低，竣工后的豐度僅為施工前的29．0%，其生物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)（圖3）也出現(xiàn)不同程度降低。施工前與施工期潮間帶動物相似性較大72．0%（表4），但施工前與竣工后相似性卻較低30．6%，說明工程導(dǎo)致潮間帶生物種類組成發(fā)生較大變化，群落演替明顯。

3 討論

工程建設(shè)對海洋水質(zhì)的影響主要表現(xiàn)為兩個(gè)方面：其一為建設(shè)過程中產(chǎn)生的懸浮物質(zhì)對水質(zhì)的影響，其二為施工期的生產(chǎn)和生活污水排放入海對水質(zhì)的影響，其中以高濃度的懸浮物質(zhì)對海洋環(huán)境的影響最為劇烈［8］。由調(diào)查結(jié)果比較分析可知，施工期海水的SS、CODMn、DIN、DIP和石油類的含量均高于施工前，其中懸浮物含量的增加幅度較為明顯。依據(jù)施工方案估算工程泥沙排放速率約為0．03kg／s，在潮流等動力因素作用下，高濃度的懸浮水體向周圍擴(kuò)散，會導(dǎo)致以施工區(qū)為中心的附近海域海水渾濁度顯著上升。竣工后海水SS 含量較施工期降低了55．6%，表明在疏浚施工結(jié)束后，隨著懸浮物的不斷沉降，其含量水平正逐步恢復(fù)到正常水平?？⒐ず蠛Ｋ杏袡C(jī)污染物和營養(yǎng)鹽含量高于施工前和施工期，呈上升趨勢，工程區(qū)陸域排放的生活污水是其主要來源。盡管3 次調(diào)查的水質(zhì)均符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，表明峽道整治工程對海區(qū)水質(zhì)環(huán)境的影響程度較輕，但陸域污染物排放對水質(zhì)環(huán)境影響的問題已開始顯現(xiàn)，應(yīng)予以足夠重視。

水體環(huán)境的變化狀況與浮游植物、浮游動物、底棲動物群落結(jié)構(gòu)參數(shù)改變密切相關(guān)［9］。浮游植物是水域的初級生產(chǎn)者，在海洋生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化中具有重要意義，浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化，是反映海洋環(huán)境狀況的重要指標(biāo)［10］。袁健美等［11］的研究表明，海域浮游植物的變化受海水中SS 含量的影響較為顯著，本研究也可得出類似結(jié)論。峽道整治過程對灘涂底質(zhì)的擾動較大，有大量的泥沙擴(kuò)散進(jìn)入附近海域，可導(dǎo)致海水透明度下降，不利于浮游植物的光合作用，進(jìn)而影響浮游植物的細(xì)胞分裂和生長，使單位水體內(nèi)浮游植物的數(shù)量降低［12］。因此，懸浮物的增加可能是導(dǎo)致施工過程中浮游植物豐度和多樣性指數(shù)下降的重要原因。同時(shí)，工程建設(shè)對海域的水質(zhì)也會產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變了浮游植物的生長環(huán)境，可能會促使某些耐污染的種類大量生長成為優(yōu)勢種，進(jìn)而影響到浮游植物的種群結(jié)構(gòu)。

作為海洋食物鏈的中間環(huán)節(jié)，浮游動物是海洋次級生產(chǎn)力的重要組成部分，在海洋生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動中起著承上啟下的重要作用［13］。浮游植物是浮游動物的餌料來源，浮游植物的變化可通過食物鏈傳遞影響浮游動物的種群動態(tài)［14］，同時(shí)懸浮顆粒也會黏附在浮游動物體表干擾其正常的生理功能，過量的懸浮物質(zhì)還會堵塞浮游橈足類動物的食物過濾系統(tǒng)和消化器官［15］，導(dǎo)致浮游動物因饑餓而死亡［16］。但施工期所產(chǎn)生的懸浮物對海洋生物的影響在時(shí)間尺度上也是暫時(shí)的，水體中的懸浮物會很快恢復(fù)到施工期的水平，海洋浮游動物種群很快得到恢復(fù)。在竣工后調(diào)查發(fā)現(xiàn)海區(qū)浮游動物豐度有所恢復(fù)，可能與海水SS含量降低有關(guān)。

底棲動物是海洋水層－底層耦合作用的重要環(huán)節(jié)，是維持海洋生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的重要生物群，其生態(tài)方面的研究近些年來受到人們的廣泛關(guān)注［17］。馬明輝等［18］研究發(fā)現(xiàn)較高濃度懸浮物連續(xù)作用會使蝦夷扇貝（Patinopectenyessoensis）死亡率明顯增加；鄭琳等［19］發(fā)現(xiàn)傾倒所造成的懸浮物濃度增加可直接加劇貝類對重金屬的積累，進(jìn)而對貝類生物組織器官造成傷害；晁敏等［20］研究發(fā)現(xiàn)文蛤（Meretrixmeretrix）和尖紫蛤（Sanguinolariaacuta）在被疏浚土掩埋后會表現(xiàn)出垂直移動行為，尖紫蛤近50%個(gè)體進(jìn)出水管伸出疏浚土表層。峽道整治工程使灘涂底質(zhì)發(fā)生了明顯的改變，沉積物粒度、有機(jī)質(zhì)和污染物含量均可能是影響底棲動物種類組成、群落結(jié)構(gòu)和分布的因素。本研究的結(jié)果顯示，施工過程前后海域底棲生物的種類組成發(fā)生較大變化，群落演替明顯，生物平均豐度和生物量與施工前相比明顯減少，其主要原因可能是峽道疏浚改變了底棲生物原有的棲息環(huán)境及高濃度懸浮物質(zhì)的沉降掩埋作用。

潮汐帶來豐富的營養(yǎng)物質(zhì)和食物，使潮間帶動物豐度和生物多樣性保持在一定水平［21］。峽道整治工程施工期間不斷擾動沿岸灘涂，竣工后灘涂高程改變，潮汐的動力作用亦隨之發(fā)生變化，這些都會導(dǎo)致潮間帶動物群落發(fā)生顯著的演替。施工期調(diào)查的底棲生物種類比施工前有所減少，豐度、多樣性指數(shù)等指標(biāo)也低于施工前，這表明施工對潮間帶生物棲息環(huán)境的干擾是比較明顯的?？⒐て谡{(diào)查結(jié)果表明，潮間帶區(qū)域已重構(gòu)了新的潮間帶生物群落，種類有23種之多，主要是甲殼類和軟體類動物，潮間帶生態(tài)環(huán)境恢復(fù)較快。

綜上所述，峽道整治工程對附近海域環(huán)境如潮灘高程、海水動力學(xué)、SS含量和底質(zhì)等多種環(huán)境因子產(chǎn)生較大影響，進(jìn)而導(dǎo)致海區(qū)動植物群落結(jié)構(gòu)及多樣性發(fā)生改變。生境的改變在短期內(nèi)的影響主要是使海區(qū)生物多樣性和均勻度降低，并導(dǎo)致群落發(fā)生不同程度的演替。隨著時(shí)間的延長，海區(qū)生物的數(shù)量和多樣性是否會不斷升高，生物群落演替的方向和結(jié)果如何，還需要進(jìn)一步的調(diào)查研究確定。

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