張晶晶,王以斌,王 英,王田田,呂其明,高彥潔,呂振波*

海洋工程建設(shè)對連云港近海環(huán)境因子和浮游植物的影響

張晶晶1,王以斌2*,王 英1,王田田3,呂其明1,高彥潔1,呂振波1*

(1.魯東大學(xué)濱海生態(tài)高等研究院,山東 煙臺(tái) 264025；2.自然資源部第一海洋研究所,山東 青島 266061；3.煙臺(tái)市海洋經(jīng)濟(jì)研究院,山東 煙臺(tái) 264006)

為了明確海洋工程建設(shè)對連云港近海環(huán)境因子和浮游植物的影響,于2009年5月(海洋工程建設(shè)前)和2016年同期(海洋工程建成后)前后兩次對連云港近海葉綠素(Chl)含量、浮游植物群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子的空間分布特征進(jìn)行了綜合調(diào)查.結(jié)果顯示,海洋工程建成后,調(diào)查海域水環(huán)境發(fā)生明顯變化,近岸海域出現(xiàn)一個(gè)明顯的高溫區(qū),與離岸海域溫差達(dá)3°C;營養(yǎng)鹽濃度明顯降低,尤其是可溶性硅(DSi),平均濃度降低了70%. Chl濃度和浮游植物生物量顯著升高,群落結(jié)構(gòu)變化明顯,由硅藻占優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)楣琛⒓自骞餐純?yōu)勢.海洋工程建設(shè)前優(yōu)勢度較高的星臍圓篩藻()和夜光藻()占比明顯降低,中肋骨條藻()優(yōu)勢度明顯升高.冗余分析(RDA)分析顯示,海洋工程建設(shè)前化學(xué)需氧量(COD)、可溶性無機(jī)氮(DIN)和鹽度(負(fù)相關(guān))是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要因素;海洋工程建設(shè)后溫度的影響明顯升高;溫度、BOD5和DO的增加可能是促使春季浮游植物增加的主要因素.

海洋工程建設(shè)；浮游植物；營養(yǎng)鹽；群落結(jié)構(gòu)

連云港近海海域營養(yǎng)物質(zhì)豐富,初級生產(chǎn)力高,生物種類繁多,是我國八大漁場之一[1].該區(qū)域同時(shí)也是我國海洋開發(fā)利用的重點(diǎn)區(qū)域,近半個(gè)世紀(jì)來,連云港沿海不斷進(jìn)行圍填海及海洋工程建設(shè),尤其是2009～2016年間進(jìn)行了大規(guī)模的海洋工程建設(shè),連云港旗臺(tái)作業(yè)區(qū)及防波堤、連云港主航道、跨海大橋、田灣核電站取水明渠和徐圩港區(qū)等諸多工程陸續(xù)建成[2].海岸線發(fā)生明顯變化,鄰近海域由海水交換通暢的開敞海灣變?yōu)楸缓Ｑ蠊こ汰h(huán)抱的半封閉人工海灣.高強(qiáng)度的海洋開發(fā)與利用顯著影響了連云港近海海域潮流場和水環(huán)境,從而對近海海域生態(tài)系統(tǒng)造成顯著影響[3-5].近年來,連云港附近海域富營養(yǎng)化加劇,赤潮頻發(fā)[6-7].

浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級生產(chǎn)者,其群落結(jié)構(gòu)和豐度的變化對上層食物鏈、生物多樣性和氣候變化具有重要的影響[8-10],因此浮游植物常常作為研究生態(tài)環(huán)境變化的重要指標(biāo).海洋工程建設(shè)和運(yùn)行常常會(huì)顯著改變海域環(huán)境因子,直接或間接地影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)[11-14],例如:天津沿海海洋工程建設(shè)使近海赤潮發(fā)生頻率和范圍明顯增加[15];象山灣濱海電廠的溫排水顯著影響鄰近海域浮游植物的生物量和群落結(jié)構(gòu)[16],使赤潮的爆發(fā)季節(jié)由春季提前到了冬季[17].雖然針對連云港近海海域環(huán)境變化、浮游植物群落結(jié)構(gòu)分布特征已經(jīng)開展了一定研究[18-19],但海洋工程建設(shè)對連云港海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)影響及驅(qū)動(dòng)其變化的關(guān)鍵環(huán)境因子尚不明確.

鑒于此,本研究在2009年5月和2016年5月前后二次對連云港近海環(huán)境因子、葉綠素(Chl)和浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)查,對比分析海洋工程建設(shè)前、后調(diào)查海域環(huán)境因子、Chl和浮游植物群落的空間分布特征及其相關(guān)關(guān)系,并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,研究了驅(qū)動(dòng)連云港近海海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵環(huán)境因子,旨在揭示連云港海洋開發(fā)利用對近海環(huán)境和浮游植物群落的影響,為深入分析人類活動(dòng)對海洋環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響提供重要的基礎(chǔ)資料.

1 材料與方法

1.1 研究海域

表1 2009～2016年間連云港近海海域主要海洋工程建設(shè)情況

圖1 采樣站位

研究海域位于黃海海州灣南部,漲潮時(shí)潮流從東北方向涌入,自北向南分別進(jìn)入連云港港區(qū)、核電站周邊區(qū)域,然后順岸向東南方向形成沿岸漲潮流態(tài);落潮流態(tài)大致與漲潮流向相反.2009～2016年間,該海域進(jìn)行了大規(guī)模海洋工程建設(shè)(詳見表1),顯著改變岸線形狀和潮流場.為了研究海洋工程建設(shè)對浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響,我們選擇生物量豐富的春季進(jìn)行研究,分別在2009年5月25～26日(建設(shè)前)和2016年5月14～16日(建成后),對連云港近岸水域開展了生態(tài)環(huán)境綜合調(diào)查.以田灣核電站取水口為中心,在連云港和徐圩港港區(qū)間,設(shè)置了14個(gè)站位,不同采樣年份站位設(shè)置略有不同(圖1).每個(gè)調(diào)查站位取表層水樣監(jiān)測溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽和Chl,同時(shí)對其中部分站位的浮游植物進(jìn)行鑒定.

1.2 樣品采集與分析

樣品的采集嚴(yán)格按照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763-2007)[20]進(jìn)行,5L的卡蓋式采水器采集表層水樣分別用于營養(yǎng)鹽、Chl和浮游植物分析.取500mL海水裝入聚乙烯瓶,并立即加入甲醛溶液固定保存(終濃度為3%～5%),用于浮游植物計(jì)數(shù);取1000mL水樣經(jīng)GF/F濾膜(Whatman)過濾后,濾膜于-20°C下避光并冷凍保存,用于Chl濃度的測定,每個(gè)采樣點(diǎn)取3個(gè)平行樣;另取250mL水樣用0.45μm醋酸纖維濾膜過濾,濾液用于營養(yǎng)鹽濃度的測定.

浮游植物樣品計(jì)數(shù)采用Uterm?hl方法,固定好的浮游植物樣品搖勻,取25mL放入U(xiǎn)term?hl計(jì)數(shù)框,靜置24h,在OLYMPUS CKX53倒置顯微鏡下(200或400倍)進(jìn)行浮游植物的計(jì)數(shù),換算成浮游植物密度即每升水樣中藻類的細(xì)胞個(gè)數(shù),單位為cell/L.Chl的測定采用分光光度法進(jìn)行分析.

環(huán)境要素分析按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB/T 17378-2007)[21].溫度、鹽度、pH值與水深使用船載CTD(Seabird 911)現(xiàn)場測定,溶解氧(DO)采用碘量法、化學(xué)需氧量(COD)采用堿性高錳酸鉀法測定、懸浮物(TSM)采用重量法測定.可溶性無機(jī)氮(DIN,為NO3-N、NO2-N、NH4-N之和)、可溶性無機(jī)磷(DIP,即PO4-P)和可溶性無機(jī)硅(DSi,即SiO3-Si)使用營養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀(QuAAtro AutoAnalyzer 39)進(jìn)行測定.

1.3 優(yōu)勢種分析

物種優(yōu)勢度指數(shù)()指示某物種在種群中的優(yōu)勢地位,當(dāng)30.02時(shí),即認(rèn)為該種為優(yōu)勢種[22].

式中:n為第種的總個(gè)體數(shù);為采集到的生物個(gè)體總數(shù);f為物種在所有站位上出現(xiàn)頻率.

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

使用SPASS 22.0對環(huán)境因子數(shù)據(jù)和浮游植物生物量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn);對不符合正態(tài)分布的浮游植物與環(huán)境因子數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)g(1)轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行除趨勢對應(yīng)分析(DCA);結(jié)果顯示4個(gè)軸最大梯度長度小于3,因此選擇線性模型的冗余分析(RDA)分析環(huán)境因子和浮游植物群落優(yōu)勢種的相關(guān)性[23],RDA分析的排序圖使用Canoco for Windows 4.5軟件繪制.

2 結(jié)果

2.1 調(diào)查海域環(huán)境因子的時(shí)空分布

2.1.1 溫度、鹽度 2009年5月,調(diào)查海域水溫變化范圍為16.59～18.93°C,均值為17.37°C,整體呈現(xiàn)由南向北逐漸升高的趨勢,高值區(qū)出現(xiàn)在調(diào)查海域東南(圖2A).2016年5月,調(diào)查水域水溫比2009年明顯升高,溫度變化范圍為18.25～21.03°C,平均水溫升至19.50°C,溫度空間分布與2009年明顯不同,整體呈現(xiàn)自近岸至離岸明顯降低的趨勢,高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電排水口附近,范圍大概在近岸8km以內(nèi)(圖2B).鹽度的變化趨勢和空間分布與溫度明顯不同.2009年5月,鹽度呈現(xiàn)自河口向離岸逐漸升高的趨勢(圖2C),鹽度變化范圍為30.64～31.47,均值為31.17.2016年,鹽度整體低于2009年同期(圖2D),均值僅為30.74,高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電站附近海域,低值區(qū)出現(xiàn)在北部離岸海域.

2.1.2 COD、BOD5、DO 2009年5月,研究海域COD、BOD5和DO變化范圍分別為1.51～3.30、0.03～2.04和6.71～8.80mg/L,平均值分別為2.31、0.79和7.48mg/L.COD和BOD5整體呈現(xiàn)自近岸至離岸逐漸降低的趨勢,高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電站附近(圖3A、C);與COD和BOD5相反,DO整體呈現(xiàn)自河口至離岸逐漸升高的趨勢,在河口及其東北側(cè)有一個(gè)明顯的低值區(qū)(DO<7.5mg/L)(圖3E).2016年同期,調(diào)查海域COD明顯降低,變化范圍為1.02～2.09mg/L,平均值為1.46mg/L;BOD5和DO濃度升高,變化范圍分別為0.90～1.84和6.99～8.64mg/L,平均值分別是1.30和8.09mg/L.COD、BOD5和DO的空間分布與2009年明顯不同,COD整體呈現(xiàn)自西南到東北遞減的趨勢,高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電站南部近岸海域(圖3B);BOD5和DO的空間分布大致與COD相反,低值區(qū)出現(xiàn)在河口附近(圖3D、F);DO的河口東北側(cè)低值區(qū)消失(圖3F).

圖2 2009年和2016年5月調(diào)查海域溫度、鹽度的空間分布特征

圖3 2009年和2016年5月調(diào)查海域COD、BOD5、DO的空間分布特征

2.1.3 營養(yǎng)鹽 2009年5月,調(diào)查海域DIN和DIP總體呈現(xiàn)自西北近岸至離岸濃度逐漸降低的趨勢(圖4A、C),均值分別是15.00和0.66μmol/L,高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電西北近岸,最高值分別是25.34和1.20μmol/L.與DIN和DIP不同,DSi整體呈現(xiàn)北高南低的趨勢,變化范圍為0.79～15.58μmol/L,均值是11.04μmol/L,最高值也出現(xiàn)在田灣核電附近(圖4E). 2016年同期,調(diào)查海域營養(yǎng)鹽濃度,尤其是硅酸鹽明顯下降,DIN、DIP和DSi平均濃度分別為11.45、0.55和3.11μmol/L(圖4B、D、F).營養(yǎng)鹽空間分布與2009年明顯不同,高值區(qū)均出現(xiàn)在調(diào)查海域南部.DIN和DSi在南部近岸和在離岸各有一個(gè)高值區(qū);與DIN和DSi不同,DIP高值區(qū)主要出現(xiàn)在河口近岸海域.

圖4 2009年和2016年5月調(diào)查海域營養(yǎng)鹽的空間分布特征

2.2 調(diào)查海域Chl a的時(shí)空分布

2009年5月調(diào)查水域Chl a的平均濃度為4.35μg/L,高值區(qū)出現(xiàn)在調(diào)查海域中部,高值中心有兩個(gè)分別位于DIN和DSi高值區(qū),Chl a濃度最高值為6.57μg/L(圖5A).2016年同期,調(diào)查水域Chl a的濃度整體高于2009年,平均濃度為5.75μg/L,Chl a分布整體呈現(xiàn)自西北至東南逐漸降低的趨勢,空間差異明顯,高值區(qū)出現(xiàn)在調(diào)查區(qū)域東北側(cè)近岸海域,最高值為9.16μg/L,低值區(qū)出現(xiàn)在調(diào)查海域南部,最低值為1.32μg/L.

2.3 調(diào)查海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)及豐度分布特征

2009年5月,調(diào)查海域共采集到浮游植物3門41種,其中硅藻36種,是主要浮游植物種類,占總物種數(shù)的87.8%,其次為甲藻門4種(9.8%),金藻門1種(2.4%).調(diào)查海域優(yōu)勢種類(30.02)共7種,優(yōu)勢種為星臍圓篩藻()、夜光藻()、中肋骨條藻()、中心圓篩藻()、派格棍形藻()、虹彩圓篩藻()、有棘圓篩藻()和威氏圓篩藻().高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電附近的A1站位和南部近岸的A6站位(圖6A),以中肋骨條藻、星臍圓篩藻和夜光藻為主(圖6C).

圖5 2009年和2016年5月調(diào)查海域Chl a的空間分布特征

圖6 2009年和2016年5月調(diào)查海域浮游植物數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)的空間分布特征

2016年5月調(diào)查海域共采集到浮游植物4門29種,其中硅藻19種,甲藻8種,金藻1種,裸藻1種,浮游植物種類低于2009年.硅藻依然是最主要的浮游植物種類,但占比明顯降低(65.5%),甲藻占比明顯升高(27.6%).調(diào)查海域優(yōu)勢種群也發(fā)生明顯變化,中肋骨條藻優(yōu)勢度明顯升高,其他優(yōu)勢種則更替為柔弱幾內(nèi)亞藻()、微小原甲藻()、海鏈藻(sp.)、裸甲藻(sp.)、舟形藻(spp.)和隱藻(spp.).浮游植物生物量顯著高于2009年(圖6B),空間分布與2009年明顯不同,最高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電取水渠附近,以柔弱幾內(nèi)亞藻和中肋骨條藻為主(圖6D).

2.4 浮游植物與環(huán)境因子的相關(guān)性

為了進(jìn)一步研究調(diào)查環(huán)境因子變化對浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響,分別對2009年5月、2016年5月以及兩個(gè)年份數(shù)據(jù)合并后優(yōu)勢種與環(huán)境因子進(jìn)行了RDA分析,結(jié)果如圖7所示.

圖7 調(diào)查海域浮游植物優(yōu)勢種與環(huán)境因子RDA排序

2009年,排序圖第1軸和第2軸分別解釋了47.4%和28.2%的物種變化,選取的環(huán)境因子與主要浮游植物優(yōu)勢種類相關(guān)性較好(圖7A).影響排序軸1的主要環(huán)境變量是COD、DIN和鹽度(負(fù)相關(guān));影響排序軸2的主要是溫度和DSi(負(fù)相關(guān)).中肋骨條藻和夜光藻與溫度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān).星臍圓篩藻、中心圓篩藻和派格棍形藻等大部分優(yōu)勢種群與營養(yǎng)鹽和COD呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系.

2016年同期,RDA排序圖的第1軸與第2軸分別解釋了53.0%和41.1%的物種組成變化,選取的環(huán)境因子可以較好的解釋浮游植物群落變化(圖7B).影響排序軸1的主要環(huán)境變量是T和COD(負(fù)相關(guān)),BOD5和鹽度(負(fù)相關(guān))則是影響排序軸2主要環(huán)境變量.優(yōu)勢度較高的中肋骨條藻與營養(yǎng)鹽呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系.與2009年不同,中肋骨條藻與溫度相關(guān)性較低;柔弱幾內(nèi)亞藻、微小原甲藻和隱藻與溫度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系;舟形藻和海鏈藻則與溫度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系.

為了避免同年樣品因環(huán)境條件相似削弱環(huán)境與優(yōu)勢物種的相關(guān)性,將兩個(gè)年份的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并,重新分析優(yōu)勢種及其與環(huán)境要素的相關(guān)關(guān)系.結(jié)果顯示,RDA排序圖的第1軸與第2軸分別解釋了65.2%和5.2%的物種組成變化,環(huán)境因子可以較好的解釋浮游植物群落變化(圖7C).影響排序軸1的主要環(huán)境變量是T、DSi(負(fù)相關(guān))和COD(負(fù)相關(guān)),影響排序軸2的主要是DIN.優(yōu)勢種與溫度、DO、BOD5呈現(xiàn)明顯的正相關(guān),與其他環(huán)境因子呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系.

3 討論

3.1 海洋工程建設(shè)、運(yùn)營對環(huán)境因子影響

連云港近海主要受蘇北沿岸流、徑流輸入以及沿岸漲、落潮流的影響[24-25],海洋工程的建設(shè)使沿岸流和漲、落潮受到阻隔,近海海水交換受到影響.通過對海洋工程建設(shè)前(2009年)、后(2016年)春季環(huán)境因子變化趨勢的對比研究發(fā)現(xiàn),連云港鄰近海域海水溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽等環(huán)境因子及其空間分布均發(fā)生明顯變化.

2016年5月,調(diào)查海域海水平均溫度明顯高于2009年同期,這可能是由于2016年整體氣溫比2009年偏高[26-27].海洋工程建設(shè)前、后溫度空間分布差異明顯,海洋工程建成后田灣核電站取水明渠南側(cè)和徐圩港西防波堤間形成高溫區(qū),與離岸海域溫差達(dá)3℃,明顯高于海洋工程建設(shè)前.這可能是由于大規(guī)模的海洋工程建設(shè)改變了岸線,使鄰近海域由海水交換通暢的開敞海灣變成了被海洋工程環(huán)抱的半封閉人工海灣,影響了田灣核電站溫排水的展布形態(tài)和規(guī)模,使高溫海水被限制在田灣核電取水明渠和徐圩港西防波堤間[28].2016年核電取、排水口溫差明顯高于2009年同期(圖8),也說明沿海海洋工程建設(shè)會(huì)影響核電站溫排水?dāng)U散,使排水口鄰近海域海水溫度升高.

圖8 田灣核電取排水口溫度變化

2016年5月鹽度整體低于2009年同期,這可能與2016年春季降水明顯增多有關(guān)[29].鹽度空間分布發(fā)生明顯變化,高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電排水口附近海域,這可能是由于田灣核電取水明渠建成,大量取自離岸的高鹽冷卻海水,集中在田灣核電南側(cè)河口附近的排水口排出,加之核電機(jī)組冷卻過程中海水溫度的升高起到一定的濃縮效應(yīng),使排水口附近鹽度略高于取水口.

2016年5月和2009年同期相比,BOD5和DO均值明顯升高,COD均值降低.田灣核電站取水明渠南側(cè)和徐圩港西防波堤間形成了一個(gè)明顯的高COD、低BOD5和DO的區(qū)域,這可能是由于海洋工程建設(shè)阻礙了河流輸入的陸源營養(yǎng)物質(zhì)擴(kuò)散,與營養(yǎng)物質(zhì)密切相關(guān)的COD升高,而陸源營養(yǎng)物質(zhì)氧化消耗使該區(qū)域BOD5和DO顯著降低[30-31].海洋工程建成后河口東北方向DO低值區(qū)向東南移,這可能是由于田灣核電取水明渠的防波堤阻礙了陸源物質(zhì)向東北擴(kuò)散,因此河口東北處消耗的DO降低.

與2009年同期相比,2016年5月營養(yǎng)鹽整體呈現(xiàn)下降趨勢,尤其是硅酸鹽濃度明顯降低,這可能是由于2016年水溫偏高,促使浮游植物快速增殖,消耗了大量營養(yǎng)物質(zhì).Chl濃度明顯升高,且高值區(qū)與營養(yǎng)鹽低值區(qū)基本重合,也說明浮游植物快速繁殖對營養(yǎng)物質(zhì)的消耗可能是營養(yǎng)鹽濃度降低的重要原因.營養(yǎng)鹽空間分布也發(fā)生明顯變化,2016年5月田灣核電排水口附近存在明顯的營養(yǎng)鹽高值區(qū),海洋工程的建設(shè)阻礙了陸源營養(yǎng)物質(zhì)的擴(kuò)散可能是該現(xiàn)象發(fā)生的原因.此外,核電排放余氯在一定程度上能夠抑制浮游植物生長[32],因此排水口附近浮游生物量相對較低,營養(yǎng)物質(zhì)的消耗也較低,可能也是此處營養(yǎng)鹽濃度較高的原因.

3.2 海洋工程建設(shè)對浮游植物群落的影響

浮游植物與環(huán)境因子有著密切聯(lián)系[33-34].連云港海洋工程建設(shè)主要圍繞在田灣核電站附近,海洋工程建設(shè)疊加核電運(yùn)行共同影響連云港近海環(huán)境因子及其空間分布的變化,進(jìn)而顯著影響浮游植物豐度、群落結(jié)構(gòu)及其空間分布.

2016年5月,調(diào)查海域溫度、浮游植物生物量和Chl明顯高于2009年同期.2016年和兩年數(shù)據(jù)合并后的RDA分析均顯示,溫度是影響排序軸1的主要環(huán)境變量,說明調(diào)查海域溫度升高是促使浮游植物生物量明顯增加的原因,這與適度增溫能夠促進(jìn)浮游植物生長的研究結(jié)果一致[35-37].同時(shí)也說明,春季海洋工程建設(shè)和核電運(yùn)行引起的升溫并未達(dá)到抑制浮游植物代謝活動(dòng)的程度[38].

海洋工程建設(shè)前后,調(diào)查海域春季浮游植物群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯變化,由2009年5月硅藻占絕對優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)?016年同期硅、甲藻共同占優(yōu)勢.這可能是由于海洋工程持續(xù)建設(shè)使核電溫排水?dāng)U散受到影響,引起近岸海域溫度升高,使浮游植物群落結(jié)構(gòu)逐漸由喜低溫的硅藻向喜高溫的甲藻轉(zhuǎn)變[39-40].近年來,連云港近海海域的研究也證實(shí),甲藻種群占比呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(表2),特別是2016年田灣核電取水明渠和徐圩港西防波堤建成后,甲藻占比明顯增加,且主要分布在被海洋工程包圍的半封閉人工海灣內(nèi),這說明在核電站周圍進(jìn)行海洋工程建設(shè)能夠進(jìn)一步促進(jìn)近岸海域浮游植物群落的演替.

RDA分析顯示,2009年5月浮游植物群落主要受COD和DIN影響,主要優(yōu)勢種屬與他們呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系(圖7A),說明陸源營養(yǎng)物質(zhì)是影響海洋工程建設(shè)前調(diào)查海域春季浮游植物生長的主要因素.2016年同期,調(diào)查海域浮游植物優(yōu)勢種群演替明顯,僅中肋骨條藻仍然是調(diào)查海域的優(yōu)勢種,且優(yōu)勢度明顯升高.RDA分析顯示,中肋骨條藻與營養(yǎng)鹽呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系(圖7B),說明其快速繁殖可能是營養(yǎng)物質(zhì)大量消耗的重要原因.通過與連云港鄰近海域的研究對比發(fā)現(xiàn),核電運(yùn)營后,中肋骨條藻整體呈現(xiàn)上升的趨勢[18-19](表2),說明核電運(yùn)營可能會(huì)促進(jìn)中肋骨條藻生長[41-44],而在核電站附近的進(jìn)行環(huán)抱式海洋工程建設(shè)可能會(huì)加速中肋骨條藻快速增殖,增加中肋骨條藻赤潮爆發(fā)的機(jī)率.

表2 連云港近岸海域浮游植物豐度和優(yōu)勢種/屬的變化

4 結(jié)論

4.1 海洋工程建成后,海水交換受到影響,調(diào)查海域春季環(huán)境因子及其空間分布發(fā)生明顯變化,田灣核電排水口附近出現(xiàn)一個(gè)明顯的高溫、高鹽、高營養(yǎng)鹽和低溶氧的區(qū)域.

4.2 海洋工程建成后,調(diào)查海域春季浮游植物的生物量明顯升高;浮游植物由硅藻占絕對優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)楣?、甲藻共同占?yōu)勢;中肋骨條藻優(yōu)勢度明顯升高.

4.3 RDA分析發(fā)現(xiàn):海洋工程建設(shè)前,影響浮游植物優(yōu)勢種變化的主要因素是COD和DIN;海洋工程建設(shè)后溫度的影響明顯升高;溫度、BOD5和DO的增加可能是促使春季浮游植物增加的主要因素.但海洋工程影響浮游植物群落變化的機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究.

[1] 張 旭,王 超,胡志暉.連云港近岸海域春季浮游植物多樣性和群落結(jié)構(gòu)[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2008,27(1):83-85.

Zhang X, Wang C, Hu Z H. Biodiversity and community of phytoplankton during season in nearby Lianyungang sea area [J]. Marine Environmental Science, 2008,27(1):83-85.

[2] 彭 模,劉壽東,趙愛博,等.環(huán)境要素與連云港海域赤潮發(fā)生關(guān)系研究[J]. 海洋預(yù)報(bào), 2015,32(2):51-56.

Peng M, Liu S D, Zhao A B, et al. Survey on the causes and features of red tide in Lianyungang coastal waters [J]. Marine Forecasts, 2015, 32(2):51-56.

[3] 李亞麗,徐 敏,李鵬飛,等.連云港近岸海域富營養(yǎng)化水平的季節(jié)性變化及其影響因素[J]. 南京師大學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014,37(3): 116-123.

Li Y L, Xu M, Li P F, et al. Seasonal variations of eutrophication and the influential factors in the adjacent water of Lianyungang [J]. Journal of Nanjing Normal University (Natural Science Edition), 2014,37(3): 116-123.

[4] 魏 婷.連云港圍填海工程對海洋生態(tài)環(huán)境的影響及防治對策研究[J]. 國土資源情報(bào), 2014,(6):23-27.

Wei T. Study of impact of sea reclamation engineering to Lianyungang marine ecological environment and of protection countermeasures [J]. Land and Resources Information, 2014,(6):23-27.

[5] 王以斌,邵 帥,馬永星,等.連云港近海海洋環(huán)境營養(yǎng)狀態(tài)時(shí)空變化研究[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2017,37(10):3899-3909.

Wang Y B, Shao S, Ma Y X, et al. Nutritional status and temporal spatial variations in the Lianyungang coastal area [J]. China Environmental Science, 2017,37(10):3899-3909.

[6] 程軍利,張 鷹,張 東,等.海州灣赤潮發(fā)生期生態(tài)環(huán)境要素分析[J]. 海洋科學(xué)進(jìn)展, 2009,27(2):217-223.

Cheng J L, Zhang Y, Zhang D, et al. Analysis of ecological environment elements during the red tide occurring in Haizhou Bay [J]. Advances in Marine Science, 2009,27(2):217-223.

[7] 高清清,曹 兵,楊 波,等.江蘇海域赤潮分布特征研究[J]. 海洋通報(bào), 2017,36(2):217-221,229.

Gao Q Q, Cao B, Yang B, et al. Characteristics of the red tide in the sea area of Jiangsu [J]. Marine Science Bulletin, 2017,36(2):217- 221,229.

[8] Lenton T M. Land and ocean carbon cycle feedback effects on global warming in a simple Earth system model [J]. Tellus Series B-chemical and Physical Meteorology, 2000,52(5):1159-1188.

[9] Sabine C L, Feely R A, Gruber N, et al. The oceanic sink for anthropogenic CO2[J]. Science, 2004,305(5682):367-371.

[10] Aiken J, Moore G F, Hotligan P M. Remote sensing of oceanic biology in relation to global climate change [J]. Journal of phycology, 1992, 28(5):579-590.

[11] 林 磊,劉東艷,劉 哲,等.圍填海對海洋水動(dòng)力與生態(tài)環(huán)境的影響[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2016,38(8):1-11.

Lin L, Liu D Y, Liu Z, et al. Impact of land reclamation on marine hydrodynamic and ecological environment [J]. Haiyang Xuebao, 2016,38(8):1-11.

[12] 楊世倫,陳啟明,朱 駿,等.半封閉海灣潮間帶部分圍墾后納潮量計(jì)算的商榷——以膠州灣為例 [J]. 海洋科學(xué), 2003,27(8):43-47.

Yang S L, Chen Q M, Zhu J, et al. Computation of storage capacity for tidal water of semi-closed bays where the intertidal zone is partly embanked taking Jiaozhou Bay as an example [J]. Marine Science, 2003,27(8):43-47.

[13] Halpern B S, Walbridge S, Selkoe K A, et al. A global map of human impact on marine ecosystems [J]. Science, 2008,319(5865):948-952.

[14] Bulleri F, Chapman M G. The introduction of coastal infrastructure as a driver of change in marine environments [J]. Journal of Applied Ecology, 2010,47(1):26-35.

[15] 劉書明,李 瀟,張 健,等.天津市海洋環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)研究[J]. 環(huán)境污染與防治, 2018,40(11):1300-1305,1309.

Liu S M, Li X, Zhang J, et al. Comprehensive evaluation of marine environmental risk in Tianjin [J]. Environmental Pollution & Control, 2018,40(11):1300-1305,1309.

[16] Jiang Z, Du P, Liu J, et al. Phytoplankton biomass and size structure in Xiangshan Bay, China: Current state and historical comparison under accelerated eutrophication and warming [J]. Marine Pollution Bulletin, 2019,142:119-128.

[17] 林 軍,閆 慶,陳炳睿,等.象山港濱海電廠溫排水對浮游生物的生態(tài)影響[J]. 上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2015,24(6):894-905.

Lin J, Yan Q, Chen B R, et al. Ecological impact of thermal discharge from coastal power plants on plankton biomass in Xiangshan Bay [J]. Journal of Shanghai Ocean University, 2015,24(6):894-904.

[18] 萬 曄,楊 華,劉吉堂,等.連云港田灣核電站鄰近海域網(wǎng)采浮游植物群落的變化[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2014,26(5):104-109.

Wan H, Yang H, Liu J T, et al. Changes of net-collected phytoplankton community in sea area adjacent to Tianwan nuclear power plant of Lianyungang [J]. Acta Agriculturge Jiangxi, 2014,26(5):104-109.

[19] 朱旭宇,許海華,徐 嫻,等.連云港鄰近海域網(wǎng)采浮游植物分布特征及其影響因素[J]. 應(yīng)用海洋學(xué)學(xué)報(bào), 2017,360(3):385-394.

Zhu X Y, Xu H H, Xu X, et al. Community composition of net- collected phytoplankton and its relation to environmental factors near Lianyungang sea area [J]. Journal of Applied Oceanography, 2017,360 (3):385-394.

[20] GB/T 12763-2007 海洋調(diào)查規(guī)范[S].

GB/T 12763-2007 Specifications for oceanographic survey [S].

[21] GB/T 17378-2007 海洋監(jiān)測規(guī)范[S].

GB/T 17378-2007 Specification for marine monitoring [S].

[22] Yu J, Tang D, Yao L, et al. Long-Term water temperature variations in Daya Bay, China using satellite and in situ observations [J]. Terrestrial, Atmospheric and Oceanic Sciences, 2010,21(2):393-399.

[23] Lep? J, ?milauer P. Multivariate analysis of ecological data using CANOCO [M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2003.

[24] Lin C, Ning X, Su J, et al. Environmental changes and the responses of the ecosystems of the Yellow Sea during 1976～2000 [J]. Journal of Marine Systems, 2005,55(3/4):223-234.

[25] Hu L M, Shi X F, Guo Z G, et al. Sources, dispersal, and preservation of sedimentary organic matter in the Yellow Sea: the importance of depositional hydrodynamic forcing [J]. Marine Geology, 2013,335:52-63.

[26] 2009年中國環(huán)境狀況公報(bào) [R]. http://www.mee.gov.cn/hjzl/ zghjzkgb/lnzghjzkgb/201605/P020160526561125391815.pdf.

2009 report on the state of the environment in China [R]. http://www. mee.gov.cn/hjzl/zghjzkgb/lnzghjzkgb/201605/P020160526561125391815.pdf.

[27] 2016年中國環(huán)境質(zhì)量公報(bào) [R]. http://www.mee.gov.cn/hjzl/ zghjzkgb/lnzghjzkgb/201706/P020170605833655914077.pdf.

2016 report on the state of the environment in China [R]. http://www. mee.gov.cn/hjzl/zghjzkgb/lnzghjzkgb/201706/P020170605833655914077.pdf.

[28] 石海崗,梁春利,張建永,等.岸線變遷對田灣核電站溫排水影響遙感調(diào)查[J]. 國土資源遙感, 2020,32(2):196-203.

Shi H G, Liang C L, Zhang J Y, et al. Remote sensing survey of the influence of coastline changes on the thermal discharge in the vicinity of Tianwan Nuclear Power Station [J]. Remote Sensing for Land and Resources, 2020,32(2):196-203.

[29] 中國氣象局國家氣候中心.中國5月平均氣溫及降水量序列 [Z]. http://cmdp.ncc-cma.net/Monitoring/cn_moni_china.php?eYear=2016&eMonth=5&eElem=4&searchBasic=%CD%BC%D0%CE%D5%B9%CA%BE&dElem=basic_monthly&product=cn_moni_china_month#monthly

National Climate Center, China Meteorological Administration. Monthly mean temperature and precipitation over china [Z] http://cmdp.ncc-cma.net/Monitoring/cn_moni_china.php?eYear=2016 &eMonth=5&eElem=4&searchBasic=%CD%BC%D0%CE%D5%B9%CA%BE&dElem=basic_monthly&product=cn_moni_china_month#monthly

[30] 王麗芳,戴民漢,翟惟東.近岸、河口缺氧區(qū)域的主要生物地球化學(xué)耗氧過程[J]. 廈門大學(xué)學(xué)報(bào)(自然版), 2007,46(A01):33-37.

Wang L F, Dai M H, Zhai W D. Biogeochemical processes associated with dissolved oxygen consumption in hypoxic areas in coastal regions [J]. Journal of Xiamen University (Natural Science), 2007,46(A01): 33-37.

[31] Breitburg D, Levin L, Oschlies A, et al. Declining oxygen in the global ocean and coastal waters [J]. Science, 2018,359(6371): eaam7240.

[32] Li Y, Yang H H, Lin H J. Effects of a thermal discharge from a nuclear power plant on phytoplankton and periphyton in subtropical coastal waters–ScienceDirect [J]. Journal of Sea Research, 2009,61(4):197-205.

[33] García C, García V. Variability of chlorophyll-a from ocean color images in the La Plata continental shelf region [J]. Continental Shelf Research, 2008,28:1568-1578.

[34] Gómez M I, Piola A R, Kattner G, et al. Biomass of autotrophic dinoflagellates under weak vertical stratification and contrasting chlorophyll levels in subantarctic shelf waters [J]. Journal of Plankton Research, 2011,33(8):1304-1310.

[35] Sun C C, Wang Y S, Song S, et al. Dynamic analysis of phytoplankton community characteristics in Daya Bay, China [J]. Acta Ecologica Sinica, 2006,26(12):3948-3958.

[36] Yang D F, Gao Z H, Chen Y, et al. Influence of seawater temperature on phytoplankton growth in Jiaozhou Bay, China [J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2004,22:166-175.

[37] Martínez A A, Abundes S, Gonzlez M E, et al. On the influence of hot-water discharges on phytoplankton communities from a coastal zone of the gulf of Mexico [J]. Water, Air, and Soil Pollution, 2000,119: 209-230.

[38] Sanders J G, Ryther J H, Batchelder J H. Effects of copper, chlorine, and thermal addition on the species composition of marine phytoplankton [J]. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 1981,49(1):81-102.

[39] Wasmund N, Tuimala J, Suikkanen S, et al. Long-term trends in phytoplankton composition in the western and central Baltic Sea [J]. Journal of Marine Systems, 2011,87(2):145-159.

[40] Li T, Liu S, Huang L, et al. Diatom to dinoflagellate shift in the summer phytoplankton community in a bay impacted by nuclear power plant thermal effluent [J]. Marine Ecology Progress Series, 2011,424:75-85.

[41] 徐兆禮.長江口夜光藻()年間變化和水域富營養(yǎng)化趨勢 [J]. 海洋與湖沼, 2009,40(6):793-798.

Xu Z L. The inter-annual variations in noctiluca scintillans abundance and eutrophication in changjiang estuary [J]. Oceanologia Et Limnologia Sinica, 2009,40(6):793-798.

[42] 黃云峰,馮佳和,姜 勝,等.廣州珠江口海域中肋骨條藻的周年變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系[J]. 生態(tài)科學(xué), 2007,26(1):50-54.

Huang Y F, Feng J H, Jiang S, et al. Annual dynamics ofand its relation to environmental factors in Guangzhou sea area [J]. Ecologic Science, 2007,26(1):50-54.

[43] 粟 麗,黃梓榮,徐珊楠,等.臺(tái)山核電鄰近海域春秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征[J]. 海洋科學(xué), 2016,40(9):61-61.

Su L, Huang Z R, Xu S N, et al. Characteristics of the phytoplankton community in spring and autumn in the sea area around the Taishan Nuclear Power Plant, China [J]. Marine Sciences, 2016,40(9):61-61.

[44] 白美娜.濱海電廠溫排水對浮游植物群落的影響[D]. 廣州:暨南大學(xué), 2019.

Bai M N. The impact of thermal discharge by power plant on phytoplankton communities [D]. Guangzhou: Jinan university, 2019.

Effects of marine engineering construction on environmental factors and phytoplankton in the coastal area of Lianyungang.

ZHANG Jing-jing1, Wang Yi-bin2*, WANG Ying1, WANG Tian-tian3, Lü Qi-ming1, GAO Yan-jie1, Lü Zhen-bo1*

(1.Institute for Advanced Study of Coastal Ecology, Ludong University, Yantai 264025, China；2.First Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266061, China；3.Yantai Marine Economic Research Institute, Yantai 264006, China)., 2021,41(9)：4253～4262

Comprehensive investigations were conducted on the spatial distribution characteristics of chlorophyll(Chl), phytoplankton community structure and the environmental factors in the coastal area of Lianyungang in May 2009 (before marine engineering construction) and 2016 (after marine engineering construction), with thepurpose of understanding the effects of marine engineering construction on environmental factors and phytoplankton community in this area. The results show that the environmental factors of the studying area changed significantly after engineering construction. An obvious high temperature zone was formed near the inshore area after engineering construction, with 3°C higher than the offshore area. The nutrient concentrations were significantly decreased, and especially the dissolved silicon (DSi) which reduced by 70%. The concentration of Chland the biomass of phytoplankton increased obviously, with the dominant community shifting from diatoms alone to the co-dominant of diatoms and dinoflagellates. The main dominant species before engineering construction(e.g.,and) were significantly decreased in 2016, while dominance ofwas significantly increased. Redundancy analysis (RDA) showed that chemical oxygen demand (COD), dissolved inorganic nitrogen (DIN) and salinity (negative correlation) were the main factors affecting phytoplankton community before marine engineering construction, while the influence of temperature () was significantly increased after marine engineering construction. The increase of, BOD5and DO may be the main factors that promoted the increase of phytoplankton in spring.

marine engineeringconstruction；phytoplankton；nutrient；community structure

X834

A

1000-6923(2021)09-4253-10

張晶晶(1983-),女,山東濟(jì)南人,講師,博士,主要從事海洋生態(tài)學(xué)研究.發(fā)表論文20余篇.

2021-01-29

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41776126);山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2018GHY115039)

* 責(zé)任作者, 王以斌, 助理研究員, wangyibin@fio.org.cn; 呂振波, 教授, ytlvzhenbo@163.com