李益云　石志洲　樊立靜　黃文　鄭碧琪　夏永健

摘要：為充分掌握XX核電廠運(yùn)營后其鄰近海域大型底棲動(dòng)物群落的變化情況，文章通過大型底棲生物污染指數(shù)（MPI）評(píng)價(jià)海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，并探討對(duì)核電取水安全存在潛在風(fēng)險(xiǎn)的大型底棲動(dòng)物，為核電廠建立循環(huán)冷卻水系統(tǒng)取水安全預(yù)警平臺(tái)奠定基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明：在溫排水干擾的背景下，至2015年研究海域大型底棲動(dòng)物的種類組成、生物量和密度均未產(chǎn)生明顯的規(guī)律性變化;優(yōu)勢(shì)種有17種，主要隸屬多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物和軟體動(dòng)物，生態(tài)組以干擾敏感種（EG Ⅰ）和干擾不敏感種（EG Ⅱ）為主;研究海域的環(huán)境質(zhì)量總體處于清潔到輕度污染的水平，夏季航次的環(huán)境質(zhì)量優(yōu)于冬季航次，但二者無顯著性差異;對(duì)核電取水安全存在潛在風(fēng)險(xiǎn)的生物包括海地瓜、棘刺錨參、棒錐螺、爪哇擬塔螺和小莢蟶。

關(guān)鍵詞：海洋生物;底棲動(dòng)物;海洋生態(tài)系統(tǒng);優(yōu)勢(shì)種;溫排水

中圖分類號(hào)：P735;X826 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1005-9857（2020）02-0066-08

Abstract：In order to fully grasp the change of macrobenthos community in the adjacent sea area after the operation of XX nuclear power plant，this paper analyzed the pollution index of macrobenthos to reflect the change trend of its ecological environment quality，discussed the biological categories with potential risks to the safety of nuclear power water intake，and laid the foundation for the establishment of the water intake safety early warning platform of the circulating cooling water system in the nuclear power plant.The results showed that the species composition，biomass and density of macrobenthic did not produce obvious regular changes in the context of temperature drainage disturbance until 2015 year.IRI value of more than 1 000 dominant species of 17 species，mainly under the genus of polychaetes and mollusks.The ecological groups were mainly composed of interfering sensitive species （EG Ⅰ） and interfering indifferent species （EG Ⅱ）.The results of MPI evaluation showed that the environmental quality of the study area was in a clean to slight contamination levels and the environmental quality of the summer voyages was better than that of the winter voyages，but there was no significant difference.Among which there was a potential risk for the safety of nuclear plant water intake，which included Acaudina molpadioides、Protankyra bidentata、Turritella bacillum、Turricula ?javana and Siliqua minima.

Key words：Marine organism，Benthic animals，Marine ecosystem，Dominant species，Warm water drainage

0 引言

XX核電廠規(guī)劃建設(shè)6臺(tái)百萬千瓦級(jí)壓水堆核電機(jī)組。該核電廠為一次規(guī)劃、分期建設(shè)，主體工程于2008年2月正式開工，首臺(tái)機(jī)組于2012年投產(chǎn)試運(yùn)行，并于同年4月第一次試排水。核電廠的運(yùn)行對(duì)其所在的環(huán)境及其生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生多方面的影響，其中溫排水對(duì)鄰近海域的影響日益突出。此外，海洋生物也影響核電廠的安全運(yùn)行，國內(nèi)外關(guān)于海洋生物堵塞核電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)而造成安全威脅的報(bào)道屢見不鮮。

大型底棲生物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要生態(tài)類群，大多生活在有氧和有機(jī)質(zhì)豐富的沉積物表層。由于運(yùn)動(dòng)能力較弱，大型底棲生物的活動(dòng)范圍有限甚至營固著生活，其對(duì)逆境的逃避相對(duì)遲緩，受環(huán)境影響更為深刻，能對(duì)自然和人為活動(dòng)導(dǎo)致的水和沉積物環(huán)境質(zhì)量的變化做出可預(yù)測的響應(yīng)。大型底棲生物種類組成、群落結(jié)構(gòu)和次級(jí)生產(chǎn)力等的變化因可準(zhǔn)確地反映其所處環(huán)境的長期和宏觀變化而被廣泛研究[1-4]，將底棲生物的特征作為海洋生態(tài)監(jiān)測的生物指標(biāo)和生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的生物指數(shù)也得到國內(nèi)外的廣泛認(rèn)可[5-7]。

本研究根據(jù)2009-2015年夏、冬2個(gè)季節(jié)共14個(gè)航次的大型底棲動(dòng)物調(diào)查，分析XX核電廠鄰近海域大型底棲動(dòng)物群落的變化，并采用大型底棲生物污染指數(shù)（MPI）評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，以期為科學(xué)有效的管理決策和生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)，同時(shí)為XX核電廠建立循環(huán)冷卻水系統(tǒng)取水安全預(yù)警平臺(tái)提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 取樣區(qū)域和方法

本研究于2009-2015年的夏（6月）、冬（12月）2個(gè)季節(jié)，在XX核電廠鄰近海域進(jìn)行大型底棲動(dòng)物的取樣，共布設(shè)6個(gè)站位。

取樣水深為4～10 m，底質(zhì)類型以黏土質(zhì)粉砂為主。沉積物取樣使用0.05 m2抓斗式采泥器，在每個(gè)站位連續(xù)采樣5次（合計(jì)采樣面積為0.25 m2）。使用網(wǎng)目孔徑為0.5 mm的過篩器分選標(biāo)本，所獲底棲動(dòng)物樣品用75%的酒精固定后帶回實(shí)驗(yàn)室。樣品的現(xiàn)場處理、室內(nèi)分析和資料整理等步驟均按《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB/T 12763.6-2007）的要求進(jìn)行。

1.2 數(shù)據(jù)處理和分析

1.2.1 相對(duì)重要性指數(shù)

在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)大型底棲動(dòng)物樣品進(jìn)行分選、計(jì)數(shù)和稱重（濕重）等工作，采用相對(duì)重要性指數(shù)[8]分析群落優(yōu)勢(shì)種，計(jì)算公式為：

2 評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1 種類組成和變化

本研究于2009-2015年在XX核電廠鄰近海域共進(jìn)行14個(gè)航次和84站次的樣品采集，共鑒定大型底棲動(dòng)物130種。其中，環(huán)節(jié)動(dòng)物門多毛類動(dòng)物51種（夏、冬季均出現(xiàn)的有13種），軟體動(dòng)物門動(dòng)物39種（夏、冬季均出現(xiàn)的有9種），節(jié)肢動(dòng)物門甲殼動(dòng)物22種（夏、冬季均出現(xiàn)的有7種），棘皮動(dòng)物門動(dòng)物9種（夏、冬季均出現(xiàn)的有3種），脊索動(dòng)物3種，星蟲動(dòng)物2種（僅在冬季出現(xiàn)），腔腸動(dòng)物1種（僅在夏季出現(xiàn)），螠蟲動(dòng)物、紐形動(dòng)物和扁形動(dòng)物各1種（夏、冬季均出現(xiàn)）。

大型底棲動(dòng)物的總種類數(shù)為（38±9）種，夏、冬季的種類數(shù)分別為（30±9）種和（17±4）種。經(jīng)單因素方差分析，夏、冬季的種類數(shù)有顯著性差異（F=10.762，P=0.007）。大型底棲動(dòng)物種類數(shù)最多和最少的年份分別是2010年和2014年，種類數(shù)的年度變化由多到少依次為2010年（51種）、2011年（47種）、2015年（41種）、2009年（38種）、2013年（33種）、2012年（29種）、2014年（26種）。各類群動(dòng)物的種類數(shù)占比由大到小依次為多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物（39.2%）、軟體動(dòng)物（30.0%）、甲殼動(dòng)物（16.9%）、棘皮動(dòng)物（6.9%）、其他類群動(dòng)物（6.9%），多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物和軟體動(dòng)物為XX核電廠鄰近海域大型底棲動(dòng)物的主要類群。夏、冬季航次大型底棲動(dòng)物的種類數(shù)如圖1所示。

由圖1可以看出：①夏季航次大型底棲動(dòng)物種類數(shù)最多和最少的年份分別是2010年和2014年，以多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物和軟體動(dòng)物為主，其中環(huán)節(jié)動(dòng)物種類數(shù)占比最高和最低的年份分別是2013年（61.9%）和2012年（30.8%），軟體動(dòng)物種類數(shù)占比最高和最低的年份分別是2010年（45.2%）和2013年（9.5%）;②冬季航次大型底棲動(dòng)物種類數(shù)最多和最少的年份分別是2010年和2015年，以多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物為主，環(huán)節(jié)動(dòng)物種類數(shù)占比最高和最低的年份分別是2015年（58.3%）和2009年（46.2%）。

2.2 數(shù)量組成和變化

2009—2015年研究區(qū)域內(nèi)大型底棲動(dòng)物的總密度和總生物量如圖2所示。

大型底棲動(dòng)物的平均總密度為（198±72）ind/m2，夏、冬季的平均密度分別為（135±59）ind/m2和（63±54）ind/m2。經(jīng)單因素方差分析，夏、冬季的平均密度有顯著性差異（F=5.887，P=0.03）。其中，由于2012年冬季出現(xiàn)大量多毛類動(dòng)物稚齒蟲，其密度為歷年最高，而2009年的密度最低。多毛類動(dòng)物為主要密度優(yōu)勢(shì)類群，平均密度為（102±50）ind/m2，占平均總密度的51.3%。

大型底棲動(dòng)物的平均總生物量為（46.09±27.27）g/m2，夏、冬季的平均生物量分別為（29.25±24.55）g/m2和（16.84±11.54）g/m2。經(jīng)單因素方差分析，夏、冬季的平均生物量無顯著性差異（F=1.466，P=0.25）。其中，由于2015年出現(xiàn)大量軟體動(dòng)物棒錐螺，其生物量為歷年最高，而2009年的生物量最低。軟體動(dòng)物為主要生物量優(yōu)勢(shì)類群，平均生物量為（21.37±23.51）g/m2，占平均總生物量的46.4%。

2.3 優(yōu)勢(shì)種組成和變化

根據(jù)各種底棲動(dòng)物的環(huán)境敏感度和相關(guān)文獻(xiàn)的規(guī)定[9-11]，可將優(yōu)勢(shì)種劃分為5個(gè)不同的生態(tài)組（同屬物種的生態(tài)組相同）：①EGⅠ（sensitive）為干擾敏感種，對(duì)富有機(jī)物質(zhì)非常敏感，僅能在沒有污染的生境生存;②EG Ⅱ（indifferent）為干擾不敏感種，呈低密度，且隨時(shí)間變化呈無關(guān)緊要的變化;③EG Ⅲ（tolerant）為干擾耐受種，能忍受富有機(jī)物質(zhì)，且在有機(jī)物質(zhì)的刺激下種群密度較高;④EG Ⅳ（secondorder opportunistic species）為二級(jí)機(jī)會(huì)種，以小個(gè)體的多毛類動(dòng)物居多;⑤EG Ⅴ（firstorder opportunistic species）為一級(jí)機(jī)會(huì)種，即耐污種。

2009-2015年夏季研究區(qū)域大型底棲動(dòng)物群落物種的相對(duì)重要性指數(shù)和生態(tài)組如表1所示。

由表1可以看出：①夏季航次大型底棲動(dòng)物群落優(yōu)勢(shì)種（IRI>1 000）相對(duì)重要性指數(shù)的年度差異較大，其中最大值為2015年的棒錐螺（IRI=10 856），最小值為2010年的棒錐螺（IRI=1 009）。②從生態(tài)組來看：2011年和2015年僅有1個(gè)優(yōu)勢(shì)種，分別為薄云母蛤和棒錐螺，且均為干擾敏感種（EG Ⅰ）;2013年的2個(gè)優(yōu)勢(shì)種（不倒翁蟲和西方似蟄蟲）均為干擾耐受種（EG Ⅲ）;2009年和2012年的優(yōu)勢(shì)種也出現(xiàn)干擾耐受種（EG Ⅲ），分別為絲異須蟲和不倒翁蟲。③從類群來看：2009年、2012年和2013年的優(yōu)勢(shì)種有多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物，2009-2011年和2015年的優(yōu)勢(shì)種有軟體動(dòng)物，2009年、2010年和2012年的優(yōu)勢(shì)種有甲殼動(dòng)物，2014年的優(yōu)勢(shì)種首次出現(xiàn)棘皮動(dòng)物（海地瓜和棘刺錨參）。

2009-2015年冬季研究區(qū)域大型底棲動(dòng)物群落物種的相對(duì)重要性指數(shù)和生態(tài)組如表2所示。

由表2可以看出：①冬季航次大型底棲動(dòng)物群落優(yōu)勢(shì)種（IRI>1 000）相對(duì)重要性指數(shù)的最大值為2012年的稚齒蟲（IRI=5 054），最小值為2012年的小莢蟶（IRI=1 117）。②從生態(tài)組來看：常見優(yōu)勢(shì)種（雙鰓內(nèi)卷齒蠶）為干擾敏感種（EG Ⅰ）;2009年和2012年的優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)干擾耐受種（EG Ⅲ）;2012年的優(yōu)勢(shì)種首次出現(xiàn)二級(jí)機(jī)會(huì)種（EG Ⅳ），即稚齒蟲，且其為該航次的第一優(yōu)勢(shì)種。③從類群來看：除2015年的優(yōu)勢(shì)種為軟體動(dòng)物外，其余年份基本以多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物為主;2014年是唯一出現(xiàn)棘皮動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種的年份，即薄倍棘蛇尾和棘刺錨參，其中棘刺錨參在所有夏季航次中均出現(xiàn)，但在冬季航次僅在2012年和2014年出現(xiàn)。

從總體來看：2009-2015年夏、冬季研究區(qū)域內(nèi)大型底棲動(dòng)物群落的優(yōu)勢(shì)種共有17種，生態(tài)組主要為干擾敏感種（EG Ⅰ）、干擾不敏感種（EG Ⅱ）和干擾耐受種（EG Ⅲ）;2009年（夏、冬季）、2012年（夏、冬季）和2013年（夏季）的優(yōu)勢(shì)種均出現(xiàn)干擾耐受種（EG Ⅲ）;2012年（冬季）的優(yōu)勢(shì)種首次出現(xiàn)二級(jí)機(jī)會(huì)種（EG Ⅳ），且該物種為該航次的第一優(yōu)勢(shì)種;2015年（夏、冬季）僅有1個(gè)優(yōu)勢(shì)種即軟體動(dòng)物棒錐螺，且為干擾敏感種（EG Ⅰ）。

2.4 大型底棲生物污染指數(shù)評(píng)價(jià)

大型底棲生物污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法是將圖形數(shù)字化的生態(tài)評(píng)價(jià)方法，無須根據(jù)時(shí)空對(duì)照樣品，而僅須考慮密度、生物量和種類數(shù)3個(gè)參數(shù)。

2009-2015年研究區(qū)域內(nèi)大型底棲動(dòng)物污染指數(shù)和環(huán)境質(zhì)量如表3所示。

由表3可以看出：①夏季航次的MPI均值為-20.11～-1.07，最大值和最小值分別出現(xiàn)在2012年和2009年;環(huán)境質(zhì)量除2012年和2013年為輕度污染外，其余年份均為清潔，年際變化規(guī)律為2009-2012年逐年變差（由清潔轉(zhuǎn)為輕度污染），而2012-2015年又逐年改善（由輕度污染轉(zhuǎn)為清潔）。②冬季航次的MPI均值為-14.61～0.18，最大值和最小值分別出現(xiàn)在2011年和2010年;環(huán)境質(zhì)量包括清潔、輕度污染和中度污染3種情況，其中2011年為中度污染，2012年、2013年和2015年為輕度污染，2009年、2010年和2014年為清潔。

從總體來看，2009-2015年研究區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量處于清潔到輕度污染的水平，其中夏季航次的環(huán)境質(zhì)量優(yōu)于冬季航次，經(jīng)單因素方差分析，二者無顯著性差異（F=3.250，P=0.10）。

3 討論

3.1 溫排水對(duì)大型底棲動(dòng)物種類數(shù)、密度和生物量的影響

底棲動(dòng)物屬變溫動(dòng)物，體溫與水溫相等或相近，因此溫排水附近海域的水體增溫易使該海域底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。關(guān)于影響程度，目前國內(nèi)外學(xué)者認(rèn)為：①只要溫度不是過高和影響范圍不是過大，不會(huì)對(duì)底棲動(dòng)物造成很大危害;②夏季的強(qiáng)增溫區(qū)內(nèi)底棲動(dòng)物會(huì)減少，但如增溫區(qū)僅限于海水表層，則對(duì)底棲動(dòng)物沒有影響;③根據(jù)季節(jié)的不同，水溫對(duì)底棲動(dòng)物的影響有所差別;④水溫升高對(duì)底棲動(dòng)物的種類數(shù)和生物量沒有顯著性和規(guī)律性的影響;⑤法國某項(xiàng)研究結(jié)果表明，只有靠近排水口3 km2海域內(nèi)的底棲生物才受到顯著影響[12-13]。與此同時(shí)，也有學(xué)者持不同觀點(diǎn)：劉蓮等[14]認(rèn)為在核電廠試運(yùn)行后，其鄰近海域底棲生物的種類數(shù)和生物量均明顯減少，優(yōu)勢(shì)種也明顯變化，生物多樣性指數(shù)、豐富度和均勻度較低且呈明顯下降的趨勢(shì)，底棲生態(tài)系統(tǒng)受到明顯擾動(dòng);王友紹等[15]根據(jù)20年來獲得的中國科學(xué)院南海海洋研究所大亞灣海洋生物綜合實(shí)驗(yàn)站的大量現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大亞灣尤其是核電站附近海域底棲生物的種類數(shù)明顯減少，且夏季尤為明顯。

XX核電廠于2012年試運(yùn)行，根據(jù)本研究的調(diào)查結(jié)果：夏季大型底棲動(dòng)物的種類數(shù)自2012年呈明顯下降趨勢(shì)，但到2015年又明顯回升;冬季大型底棲動(dòng)物的種類數(shù)自2012年呈上升趨勢(shì)，但到2015年又明顯下降;夏、冬季大型底棲動(dòng)物的密度和生物量未表現(xiàn)出規(guī)律性的變化。因此，截至2015年，XX核電廠溫排水對(duì)鄰近海域大型底棲動(dòng)物的種類數(shù)、密度和生物量均未產(chǎn)生明顯影響。

3.2 大型底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種的變化原因

3.2.1 底質(zhì)狀況

XX核電廠鄰近海域大型底棲動(dòng)物的種類組成以多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物和軟體動(dòng)物為主，其中多毛類動(dòng)物為主要密度優(yōu)勢(shì)類群，軟體動(dòng)物為主要生物量優(yōu)勢(shì)類群。研究區(qū)域的底質(zhì)類型以黏土質(zhì)粉砂為主，大量細(xì)顆粒泥沙為營埋棲生活的小型雙殼類、甲殼類、淺穴居類、小型多毛類和棘刺錨參等提供良好的棲息環(huán)境，因此上述底棲動(dòng)物一直是研究區(qū)域的優(yōu)勢(shì)種。王愛軍等[16]發(fā)現(xiàn)相對(duì)均一的黏土質(zhì)粉砂更適合貝類生長。這可能為棒錐螺在研究區(qū)域內(nèi)大量增殖提供適宜的沉積環(huán)境。

3.2.2 人為活動(dòng)

XX核電廠自2008年開工至2009年12月以來處于大規(guī)模圍填海階段，鄰近海域沉積物環(huán)境處于擾動(dòng)狀態(tài)，優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)干擾耐受種（EG Ⅲ）。2012年XX核電廠試運(yùn)行，溫排水對(duì)大型底棲動(dòng)物的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生干擾，冬季的優(yōu)勢(shì)種甚至出現(xiàn)二級(jí)機(jī)會(huì)種（EG Ⅳ），且成為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種。從總體來看，在XX核電廠試運(yùn)行前（2012年前），大型底棲動(dòng)物群落夏季的物種分布較冬季更加均勻，而試運(yùn)行后（2012年后）則相反。

3.2.3 食物鏈改變

大型底棲動(dòng)物群落是海洋生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的重要環(huán)節(jié)，受到許多生物之間相互作用的復(fù)雜影響[17-18]。過度捕撈、陸源污染、人工養(yǎng)殖和溫排水等日益劇烈的人為活動(dòng)干擾都會(huì)改變海洋生態(tài)系統(tǒng)食物鏈，其中高強(qiáng)度的漁業(yè)捕撈是重要影響因素。例如：1962-1988年我國大規(guī)模的捕蝦活動(dòng)[19]導(dǎo)致20世紀(jì)70年代末期金星蝶鉸蛤等蝦類餌料生物的優(yōu)勢(shì)地位迅速上升[20]。

近年來研究區(qū)域在4-6月都會(huì)發(fā)生東海原甲藻赤潮，在一定程度上削弱硅藻食物鏈，并通過食物鏈的傳遞作用影響漁業(yè)資源結(jié)構(gòu)[21]，具體表現(xiàn)為：個(gè)體較大和營養(yǎng)層級(jí)較高的種類逐漸被個(gè)體較小和營養(yǎng)層級(jí)較低的種類代替，且肉食性魚類逐漸減少;捕食天敵的減少使作為餌料生物的種類迅速繁殖，并占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位。

3.3 對(duì)核電取水安全存在潛在風(fēng)險(xiǎn)的大型底棲動(dòng)物

2015年8-9月，棘皮動(dòng)物海地瓜大規(guī)模進(jìn)入XX核電廠鼓網(wǎng)，對(duì)核電循環(huán)冷卻水系統(tǒng)取水造成一定的影響。根據(jù)本研究對(duì)歷年優(yōu)勢(shì)種的分析結(jié)果，海地瓜僅在2014年和2015年的夏季出現(xiàn)，并分別成為第一優(yōu)勢(shì)種和重要種。

根據(jù)海地瓜的主要生理特征，對(duì)核電循環(huán)冷卻水系統(tǒng)取水存在潛在風(fēng)險(xiǎn)的海洋生物須滿足4個(gè)特征：①數(shù)量多或密度高;②個(gè)體重量大，直徑或體長大于3 mm;③運(yùn)動(dòng)能力弱，易隨海水流動(dòng)而移動(dòng);④易聚集或暴發(fā)性增殖。因此，結(jié)合本研究的調(diào)查結(jié)果，除海地瓜外，對(duì)XX核電廠取水安全可能產(chǎn)生潛在影響的大型底棲動(dòng)物還包括棒錐螺、棘刺錨參、爪哇擬塔螺和小莢蟶。

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