張 亮，王盡文，紀(jì)瑩璐，宿 凱，張乃星，劉瑩瑩

(1.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室，山東青島 266061；2.國家海洋局北海預(yù)報中心，山東青島 266061)

日照嵐山港位于山東省日照市嵐山區(qū)，是國家一類對外開放口岸，是一個以嵐山港、嵐北港、嵐橋港、童海港、鋼鐵港區(qū)為主體的港口集群，擁有萬噸以上泊位22個，現(xiàn)已發(fā)展成為全國沿海港口最大的木材進出口和加工物流基地、長江以北最大的液化品集散地、區(qū)域性重要的鋼鐵原材料和產(chǎn)成品進出口通道。隨著港口發(fā)展的需要，2004年以來日照嵐山港一直在進行圍填海工程建設(shè)。日照市2008年人工岸線長度為70.02 km，2017年增長至115.33 km，主要原因是嵐山港、嵐橋港和日照鋼廠開發(fā)建設(shè)占用原砂質(zhì)岸線，產(chǎn)生新的人工岸線[1]。

圍填海工程建設(shè)中，通常有基槽挖泥、疏浚、拋石、炸礁等海上施工作業(yè)。施工產(chǎn)生的泥沙與海水混合造成工程區(qū)海域海水中懸浮物質(zhì)含量增加[2,3]，導(dǎo)致水體的透明度和真光層厚度下降，降低了海洋的初級生產(chǎn)力，使浮游植物生物量下降[4]，進而導(dǎo)致以浮游植物為餌料的浮游動物生物量也相應(yīng)減少。同時，懸浮物的增加，對浮游動物的存活和繁殖有著明顯的抑制作用，過量的懸浮物會堵塞浮游動物的食物過濾系統(tǒng)和消化器官[4]，對浮游動物的繁殖和生長造成影響。另外，圍填海工程建成投產(chǎn)后，靠港停泊及在航道航行的各種船舶增多，船舶停靠排污和航行的海水?dāng)_動對附近的浮游動物也會造成一定影響。徐光漢等[5]研究發(fā)現(xiàn)，船舶含油污水的排放造成附近海域海水中石油類物質(zhì)增加，干擾了中華哲水蚤(Calanussinicus)的趨光性，表現(xiàn)為中華哲水蚤的死亡率隨著測試時間的延長和測試液濃度的增加而增加。

浮游動物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中起承上啟下的作用[6]；浮游動物群落結(jié)構(gòu)調(diào)查還與海洋資源開發(fā)、生態(tài)環(huán)境維護有密切關(guān)系，分析浮游動物群落結(jié)構(gòu)及其變化是了解相應(yīng)海區(qū)生態(tài)系統(tǒng)功能的重要方法[7]。許多學(xué)者就圍填海工程對周邊海洋生態(tài)環(huán)境的影響進行了不同方向的研究：何榮等[8]在2014年水質(zhì)調(diào)查成果和收集資料的基礎(chǔ)上，分析了天津近岸海域水質(zhì)狀況，并結(jié)合近幾年大規(guī)模海洋開發(fā)活動，探討海洋工程對天津近岸海域的影響。張秋豐等[9]從近海海域地形地貌、水動力環(huán)境以及海洋生態(tài)環(huán)境等方面綜述了圍填海工程對近海海洋環(huán)境的影響。在圍填海工程對浮游動物的影響方面，陳華等[10]基于2001年以及2003-2007年杭州灣附近水域兩個季節(jié)12個航次的海洋調(diào)查資料，對浮游動物生物量平面分布和年際變化、優(yōu)勢種對總豐度的回歸貢獻，及其與洋山工程群施工建設(shè)的關(guān)系進行了研究。黃備等[11]收集并分析了2005-2012年間椒江口圍填海工程的前、中、后期對浮游動物生態(tài)的影響。劉光興等[12]分析了2009年和2010年11月筑壩工程對甌江口及其鄰近水域浮游動物群落的影響。

目前未見關(guān)于圍填海工程對日照嵐山港鄰近海域浮游動物群落結(jié)構(gòu)變化影響的報道。本研究分析2005-2019年秋季在日照嵐山港附近海域6次浮游動物的調(diào)查資料，并結(jié)合該海域圍填海年度變化情況，探討浮游動物群落結(jié)構(gòu)變化情況，為及時了解和分析圍填海工程建設(shè)對環(huán)境的影響，以及研究浮游動物在圍填海工程活動影響下的響應(yīng)機制提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣與分析

浮游動物樣品為2005年11月、2007年9月、2010年9月、2013年9月、2016年11月和2019年11月在日照嵐山港附近海域監(jiān)測站所采集的樣品。2005年11月設(shè)5個調(diào)查站位，2007年9月設(shè)12個調(diào)查站位，2010年9月設(shè)20個調(diào)查站位，2013年9月設(shè)19個調(diào)查站位，2016年11月設(shè)23個調(diào)查站位，2019年11月設(shè)18個調(diào)查站位，各年度設(shè)置的調(diào)查站位有部分重疊。調(diào)查及采樣站位分布見圖1。

圖1 日照嵐山港附近海域浮游動物采樣站位分布

樣品采用淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)口部內(nèi)徑50 cm，網(wǎng)口面積0.20 m2，CQ14篩絹)自底(距海底2 m)至表垂直拖網(wǎng)取得。樣品用體積分?jǐn)?shù)為5%的福爾馬林海水溶液固定保存，采用個體計數(shù)法進行種類鑒定、計數(shù)和濕質(zhì)量生物量的測定，具體方法按照國家標(biāo)準(zhǔn)《海洋監(jiān)測規(guī)范 第7部分：近海污染生態(tài)調(diào)查和生物監(jiān)測》(GB 17378.7-2007)[13]要求進行，濾水量根據(jù)繩長計算，即濾水量=網(wǎng)口面積×繩長，其中繩長=水深-2 m。懸浮物樣品與浮游動物樣品為同時期采集和分析，具體按照《海洋監(jiān)測規(guī)范 第4部分：海水分析》[14]要求進行。

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

1.2.1 豐度和生物量

浮游動物種類豐度采用每立方米水體中的個體數(shù)(ind./m3)表示，生物量采用每立方米水體中的浮游動物濕質(zhì)量(mg/m3)表示。

1.2.2 生物多樣性

根據(jù)各站位浮游動物的豐度，對浮游動物樣品的多樣性指數(shù)進行統(tǒng)計學(xué)評價分析。本研究采用香農(nóng)-威納指數(shù)(Shannon-Wiener index)[15]分析浮游動物生物群落結(jié)構(gòu)：

式中，H′為香農(nóng)-威納指數(shù)Shannon-Wiener；S為樣品中的種類總數(shù)；Pi為第i種的個體數(shù)(ni)與總個體數(shù)(N)的比值(ni/N)。

香農(nóng)-威納指數(shù)在國內(nèi)外普遍被用來描述生物群落的生態(tài)學(xué)特征，也常用來監(jiān)測淡水、海水生物群落結(jié)構(gòu)的變化，被認(rèn)為是個較好的評價污染程度的工具[16]。王立俊等[17]也認(rèn)為生物種群的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，尤其多樣性指數(shù)，是評價環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。一般認(rèn)為，正常環(huán)境下，該指數(shù)值高；反之，環(huán)境受到污染，該指數(shù)值低，但是評價標(biāo)準(zhǔn)不盡相同。本文參考國家環(huán)境保護標(biāo)準(zhǔn)《近岸海域環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》(HJ 442-2008)[18]中規(guī)定的評價指標(biāo)(表1)，對所在海域的生境質(zhì)量等級進行表述。

表1 生物多樣性指數(shù)評價指標(biāo)

1.3 浮游動物變化趨勢分析

比較2005-2019年日照嵐山港附近海域6次浮游動物的種類結(jié)構(gòu)組成、種類數(shù)量、豐度、生物量和多樣性指數(shù)，分析該海域浮游動物群落變化趨勢。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游動物種類結(jié)構(gòu)組成變化

分析2005-2019年日照嵐山港附近海域6次浮游動物調(diào)查資料，得出其生物種類結(jié)構(gòu)組成，見圖2。除2016年外，節(jié)肢動物在調(diào)查海域浮游動物群落中占比最大，其次是其他浮游幼蟲。2005-2016年，節(jié)肢動物占比逐年下降(從60%下降至17%)，2019年回升至2010年水平；2005和2007年未發(fā)現(xiàn)腔腸動物，2010-2016年腔腸動物占比逐年上升，2019年占比下降。結(jié)合調(diào)查海域歷年衛(wèi)星遙感影像和同期懸浮物監(jiān)測結(jié)果，2016年調(diào)查海域圍填海工程基本達(dá)到頂峰，6次調(diào)查中懸浮物含量最高值也出現(xiàn)在2016年。

圖2 日照嵐山港附近海域浮游動物各種類比例年際變化

2.2 浮游動物種類數(shù)量變化趨勢分析

分析2005-2019年日照嵐山港附近海域6次調(diào)查資料，發(fā)現(xiàn)浮游動物的種類數(shù)量呈現(xiàn)一定的波動，變化趨勢為先升高后降低再升高(2005-2010年持續(xù)上升，2010-2016年下降，2016-2019年上升)，種類數(shù)量最高值出現(xiàn)在2010年9月，最低值出現(xiàn)在2005年11月(圖3)。分析調(diào)查海域歷年衛(wèi)星遙感影像及同期懸浮物監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2004-2010年，調(diào)查海域主要進行防波堤及圍堰建設(shè)，圍填海強度不大，懸浮物含量先升高后降低，未對周邊海域浮游動物種類造成影響，浮游動物種類呈上升趨勢；2010-2016年，圍填海工程數(shù)量快速增長，懸浮物含量逐年增加，造成調(diào)查海域浮游動物種類逐年下降；2018年7月以后，圍填海工程全部停止，2019年的懸浮物含量較2016年有所降低，同時浮游動物種類數(shù)量較2016年有明顯增加。

圖3 日照港嵐山港附近海域浮游動物種類數(shù)量及懸浮物含量年際變化

2.3 浮游動物豐度變化趨勢分析

2005-2019年日照嵐山港附近海域6次調(diào)查中，浮游動物平均豐度變化趨勢為先升高后降低再升高(圖4)：2005-2010年、2013-2019年浮游動物豐度為持續(xù)上升趨勢，而2010-2013年陡然下降；平均豐度最高值出現(xiàn)在2010年9月，最低值出現(xiàn)在2013年9月。根據(jù)調(diào)查海域歷年衛(wèi)星遙感影像及同期懸浮物監(jiān)測結(jié)果分析：2010年之前，圍填海強度較小，未對周邊海域浮游動物豐度造成影響；2010-2016年，隨著圍填海強度增加，浮游動物豐度陡然下降；2018年7月圍填海工程停止后，懸浮物含量降低的同時，浮游動物豐度略有升高。

圖4 日照港嵐山港附近海域浮游動物豐度及懸浮物含量年際變化

2.4 浮游動物生物量變化趨勢分析

2005-2019年日照嵐山港附近海域6次調(diào)查中，浮游動物平均生物量變化趨勢為先降低后升高再降低(圖5)：2005-2010年浮游動物平均生物量略有下降，2010-2016年為持續(xù)上升，2016-2019年則急劇下降；平均生物量最高值出現(xiàn)在2016年11月，最低值出現(xiàn)在2010年9月。分析調(diào)查海域歷年衛(wèi)星遙感影像及同期懸浮物監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2010年之前，圍填海未對周邊海域浮游動物生物量造成明顯影響；2010-2016年，圍填海工程數(shù)量快速增長，而調(diào)查海域浮游動物生物量卻持續(xù)上升，其中2013年9月和2016年11月生物量遠(yuǎn)高于其他年度調(diào)查結(jié)果。

圖5 日照港嵐山港附近海域浮游動物平均生物量及懸浮物含量年際變化

2.5 浮游動物多樣性指數(shù)變化趨勢分析

對2005-2019年日照嵐山港附近海域6次調(diào)查獲得的浮游動物多樣性指數(shù)進行統(tǒng)計學(xué)評價分析，結(jié)果見圖6。分析發(fā)現(xiàn)，2005-2019年6次調(diào)查中浮游動物平均多樣性指數(shù)為1.60-2.93，最高值出現(xiàn)在2016年11月，最低值出現(xiàn)在2005年11月。參考《近岸海域環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》(HJ442-2008)[18]中規(guī)定的評價指標(biāo)值，2005年、2007年、2019年調(diào)查海域生境質(zhì)量等級為差，2010年、2013年、2016年的等級為一般。

圖6 日照港嵐山港附近海域浮游動物豐度香農(nóng)-威納指數(shù)及懸浮物含量年際變化

分析調(diào)查海域歷年衛(wèi)星遙感影像及同期懸浮物監(jiān)測結(jié)果，發(fā)現(xiàn)調(diào)查海域浮游動物香農(nóng)-威納指數(shù)與同期懸浮物監(jiān)測結(jié)果變化趨勢基本一致，即隨著圍填海工程的推進，2005-2016年懸浮物含量呈先升高后降低(2010年)再升高的趨勢，浮游動物香農(nóng)-威納指數(shù)則持續(xù)升高，2016-2019年下降。2018年7月圍填海全面停工，2019年11月的調(diào)查結(jié)果顯示懸浮物含量降低，同時浮游動物香農(nóng)-威納指數(shù)也降低。本研究2019年11月浮游動物調(diào)查結(jié)果顯示，強壯箭蟲的站位出現(xiàn)率為100%，平均密度為23.1 ind./m3，優(yōu)勢度達(dá)到0.66，優(yōu)勢度非常明顯，這可能是造成2019年度調(diào)查浮游動物香農(nóng)-威納指數(shù)較低的原因。

3 討論

3.1 圍填海工程施工對浮游動物優(yōu)勢類群的影響

圍填海工程施工會造成附近海域懸浮物含量增加，對浮游動物中橈足類的存活和繁殖有明顯的抑制作用[3]，而橈足類是節(jié)肢動物的主要組成部分，2016年調(diào)查海域發(fā)現(xiàn)節(jié)肢動物3種，其中橈足類僅1種，相比2010年、2013年的12種明顯降低。黃備等[11]研究發(fā)現(xiàn)，椒江口圍填海工程造成浮游動物群落結(jié)構(gòu)顯著變化——工程開始前浮游動物以橈足類為主要優(yōu)勢群落，工程進行期間被水母替代，直到工程結(jié)束后才慢慢恢復(fù)到橈足類占據(jù)優(yōu)勢類群。李強等[19]對崇明東灘圍墾前后的大中型浮游動物群落結(jié)構(gòu)進行研究發(fā)現(xiàn)，圍墾后浮游動物主要優(yōu)勢種橈足類的種類數(shù)減少(圍墾前以橈足類為主要優(yōu)勢種，圍墾后不再是優(yōu)勢種)。崔磊等[20]研究結(jié)果表明，圍填海工程降低了當(dāng)?shù)厮蛏锶郝涞姆€(wěn)定性，群落種類較圍填海之前有所減少，浮游動物優(yōu)勢種完全改變，種類數(shù)量降低。本研究中日照嵐山港圍填海工程造成了鄰近海域浮游動物優(yōu)勢類群(節(jié)肢動物)的減少，與上述研究結(jié)果一致。

3.2 圍填海工程施工對浮游動物種類數(shù)量和豐度的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，浮游動物種類數(shù)量和豐度的波動趨勢與所在海域圍填海工程建設(shè)進展存在一定的響應(yīng)關(guān)系——圍填海工程期間附近海域浮游動物種類數(shù)量和豐度減少，圍填海工程結(jié)束后，浮游動物的種類數(shù)量和豐度有所回升。于杰等[21]的研究結(jié)果表明珠江口南沙濕地圍填海造成南沙濕地浮游動物的種類數(shù)明顯減少，棲息密度明顯降低；王璐等[22]研究表明圍填海造成芝罘灣浮游動物物種數(shù)量下降近43.3%；黃備等[11]發(fā)現(xiàn)，隨著圍填海工程的推進，椒江口浮游動物密度一直處于下降趨勢；劉端輝[23]發(fā)現(xiàn)寧德核電廠填海造地工程施工后附近海域浮游動物密度降低；劉春琳等[24]發(fā)現(xiàn)，圍填海施工造成天津大沽口附近海域懸浮物濃度升高，當(dāng)懸浮物濃度較高時會對浮游動物的數(shù)量產(chǎn)生抑制作用。本研究結(jié)果與這些研究結(jié)論一致。

綜上可見，日照嵐山港圍填海期間浮游動物種類數(shù)減少。然而不同于本研究結(jié)果，黃備等[11]發(fā)現(xiàn)椒江口圍填海工程沒有引起浮游動物種類數(shù)的明顯變化。究其原因，一是可能與圍填海的強度不同有關(guān)。椒江口圍填海工程主要以圍海為主，圍填海強度較日照嵐山港圍填海的??；二是可能與調(diào)查季節(jié)不同有一定關(guān)系。黃備等[11]的調(diào)查時間為8-10月，跨越夏秋兩季，季節(jié)不同，種類數(shù)量亦有明顯變化。

3.3 圍填海工程施工對浮游動物生物量的影響

2010-2016年日照嵐山港圍填海工程數(shù)量快速增長，懸浮物含量逐年增加，而調(diào)查海域浮游動物生物量卻持續(xù)上升，其中2013年9月和2016年11月調(diào)查生物量遠(yuǎn)高于其他年度調(diào)查結(jié)果，其原因可能是調(diào)查結(jié)果中2013年出現(xiàn)大量強壯箭蟲，2016年出現(xiàn)大量的軟擬海樽(Dolioettagegenbauri)。強壯箭蟲的數(shù)量變動及空間分布往往直接影響浮游動物總生物量的分布[25]，強壯箭蟲豐度的增加是某一海域生物量增大的主要原因[26]。軟擬海樽屬被囊動物，被囊動物海樽類數(shù)量多、分布廣，是浮游動物總生物量的重要組成部分[27]。大量出現(xiàn)的強壯箭蟲和軟擬海樽是造成2013年和2016年調(diào)查浮游動物生物量高的原因?？傮w來看，調(diào)查海域浮游動物生物量與該海域圍填海工程持續(xù)建設(shè)響應(yīng)關(guān)系不明顯。

3.4 圍填海工程施工對浮游動物香農(nóng)-威納指數(shù)的影響

本研究結(jié)果顯示浮游動物香農(nóng)-威納指數(shù)與調(diào)查海域圍填海建設(shè)進展不存在明顯的關(guān)系，即浮游動物多樣性指數(shù)不能很好地指示圍填海工程對生態(tài)環(huán)境的影響[11]，單從生物多樣性指數(shù)值尚不足以全面評價圍墾對浮游動物多樣性的影響[28]。

4 結(jié)論

圍填海工程造成日照嵐山港鄰近海域浮游動物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生一定的改變，節(jié)肢動物占比降低，腔腸動物占比增加。隨著圍填海強度的增加，浮游動物種類數(shù)量和豐度減少，未對生物量和香農(nóng)-威納指數(shù)造成明顯影響。圍填海結(jié)束后鄰近海域浮游動物群落結(jié)構(gòu)、種類數(shù)量和豐度均有所恢復(fù)。