廣東流沙灣近岸和離岸育珠海區養殖環境的調查

栗志民,劉志剛,梁春橋,彭海龍,宋慧歌,秦艷平,雷度運

(廣東海洋大學 水產學院,廣東 湛江 524025)

流沙灣位于廣東省湛江市徐聞縣西部、雷州市西南部交界海域(20°22′～20°31′N,109°55′～110°1′E),是一個口小腹大呈葫蘆形的半封閉型海灣,面積約69 km2,周圍無大河注入,屬熱帶季風性氣候,從珍珠的生態學上來看,非常適宜珍珠的培育,現已成為中國海水珍珠貝苗和海水珍珠的重要生產基地之一[1-2]。然而,隨著珍珠養殖技術的推廣,流沙灣珍珠養殖面積急劇擴大,海灣水質和底質環境質量大幅度下降,從而導致珠母貝病害頻發,培育的珍珠顆粒變小、珠層變薄、品質下降,商品價值降低,在國際市場競爭力明顯減弱[3]。近年來,流沙灣近岸海域養殖環境和養殖容量已成為日益關注的熱點。例如,許多學者綜合評價了流沙灣的養殖環境質量,包括海水有機污染、營養水平、重金屬的累積程度和潛在生態危害[4-5],探討了流沙灣海水中溶解氧的分布特征及其相關因素[6],揭示了流沙灣懸浮物數量動態變化規律[3],調查并分析了流沙灣底棲大型海藻種類、生態分布和珍珠貝養殖海區的多毛類寄生蟲病[7-8],以及研究了流沙灣馬氏珠母貝的養殖容量[9]。這些研究為改善流沙灣近岸養殖水域提供了參考。

目前,流沙灣近岸海區養殖水域立樁吊養面積和水域承載量過大,已經導致了珍珠貝病害頻發和大面積死亡現象。因此,開發和利用離岸海區進行珍珠培育已顯得十分必要。以前的研究多局限在流沙灣近岸海區珍珠貝的養殖環境,對離岸海區養殖環境的研究還比較缺乏。本研究針對流沙灣近岸育珠海區和離岸育珠海區養殖環境現狀進行調查和比較,為流沙灣近岸海區珍珠貝的健康養殖,以及為開發和利用流沙灣離岸海區進行珍珠培育提供資料。

1 調查與方法

1.1 采樣站位設置

本次調查海域分為近岸海區和離岸海區,其中近岸海區在低潮線下100 m左右,滿潮水深約6 m,退潮水深約 3 m,馬氏珠母貝采用立樁養殖,設 3個站位,分 別 為 A(109°49′6′E,20°34′47′N)、 B(109°49′28′E,20°34′36N)和 C(109°49′13′E,20°33′56′N)。離岸海區距離岸邊3 000 m左右,滿朝水深約12 m,退潮水深約9 m,馬氏珠母貝采用浮子延繩筏養殖,設3 個站位,分別為 A′(109°47′41′E,20°34′46′N)、B′(109°47′48′E,20°34′12′N)和C′(109°47′41′E,20°34′40′N)。詳見圖 1。

圖1 采樣站位分布圖Fig.1 Distribution of sampling stations

1.2 調查項目及樣品采集

依照《海洋監測規范》[10],2011年2月～2012年1月每月對流沙灣進行一次海上取樣調查,調查項目有: 水溫、透明度、鹽度、pH、葉綠素a、浮游植物密度、COD、-P、-N、-N、和-N。溫度、透明度、鹽度、pH現場測得,其他項目用自制采水器采集水樣,當天送實驗室分析。分別在近岸和離岸育珠海區各站位的表層、中層和底層采集水樣,各個項目取3個水層的平均值。

1.3 樣品測試方法

依據國家《海洋監測規范》[10],水溫用水銀溫度計測定;透明度用透明度盤測定;鹽度用SYY1-1型光學折射鹽度計;pH用pH S-3C型精密pH計;葉綠素a用分光光度法,COD用高錳酸鉀法;-P用磷鉬藍法;-N用次溴酸鈉氧化法;-N用鋅-鎘還原法;-N 用重氮-偶氨法。

1.4 數據分析

近岸和離岸海區調查項目的所有實驗數據分別采用3個站位及2個重復組的平均值(Mean)±標準差(SD)表示,作圖采用EXCEL2003。

2 結果

2.1 近岸和離岸育珠海區水溫、透明度、鹽度和pH周年變化比較

一周年內不同月份近岸和離岸育珠海區水溫、透明度、鹽度和pH的調查結果如表1和表2。從表1和表2可以看出,近岸和離岸育珠海區水溫在一周年內呈現相似的變化趨勢,近岸海區水溫周年變化范圍為16.1～31.3 ℃、平均為25.3 ℃,離岸海區水溫周年變化范圍為16.0～30.8 ℃、平均為25.1 ℃,二者差異不顯著(P＞0.05)。2～8月為升溫期,其中,4～5月,溫度升高幅度較大,9月至次年 1月為降溫期,其中,9～10月降溫幅度較大。近岸和離岸育珠海區,較高海水溫度均出現在5～9月,平均海水溫度為30℃左右。近岸育珠海區水溫在 8月最高,平均溫度為31.3 ℃,離岸育珠海區水溫在7月最高,平均溫度為30.8 ℃。近岸和離岸育珠海區最低溫度都出現在 1月,分別為16.1 ℃和16.0 ℃。

在采樣監測的月份內,近岸和離岸育珠海區周年海水平均透明度相似,均為1.35 m左右,其中,近岸海區海水透明度年變化為0.7～2.0 m、離岸海區的年變化為1.0～2.1 m。近岸海區海水透明度在2月、3月和 5月海水透明度較高,而離岸海區海水透明度在2月和3月較高。

近岸育珠海區周年海水鹽度變化范圍為30.3～39.0、平均海水鹽度33.5,離岸育珠海區周年海水鹽度變化范圍為31.7～39.6、平均海水鹽度34.3,略高于近岸海區。從鹽度周年變化趨勢來看,近岸海區鹽度在2月、3月、4月份鹽度較低,而離岸海區在2～11月份,鹽度變化幅度不大,在 12月份至次年1月份,兩個海區鹽度均有顯著提高。從pH來看,近岸和離岸育珠海區 pH均比較穩定,變化范圍為8.2～8.3。

2.2 近岸和離岸育珠海區葉綠素 a和浮游植物細胞密度周年變化

從圖2可以看出,近岸育珠海區葉綠素a較高值出現在5～11月份,變化范圍為5.0～7.0 μg/L,其他月份葉綠素a含量均較低,4～5月份和11～12月份葉綠素 a值分別出現了顯著升高和降低。離岸海區葉綠素 a基本呈現先升高后降低的趨勢,較高值出現在6～11月份,變化范圍為1.7～5.8 μg/L,最大值出現在10月份,達5.8 μg/L,其他月份葉綠素a含量較低。方差分析表明,5～11月份,近岸和離岸海區葉綠素a值差異顯著(P＜0.05),其他月份差異不顯著。

表1 近岸育珠海區水溫、透明度、鹽度和pH調查結果(M±SD)Tab.1 Results of the survey items in inshore pearl-cultivating sea areas

表2 離岸育珠海區水溫、透明度、鹽度和pH調查結果(M±SD)Tab.2 Results of the survey items in offshore pearl-cultivating sea areas

圖2 近岸海區和離岸海區Chl-a的周年變化Fig.2 Annual variation of Chl-a in inshore and offshore sea areas

如圖3所示,在采樣監測的月份內,近岸育珠海區浮游植物細胞密度較高值出現在5～11月份,變化范圍為154.7～296.3個/mL,其他月份細胞密度均較低,4～5月份和11～12月份細胞密度分別出現了顯著升高和降低。離岸海區細胞密度基本呈現峰值變化趨勢,較高值出現在6～11月份,變化范圍為64.2～176.4個/mL,最大值出現在10月份,達176.4個/mL,2～5月份和12至次年1月份細胞密度較低。方差分析表明,5～11月份,近岸和離岸海區浮游植物細胞密度差異顯著(P＜0.05),其他月份差異不顯著。

圖3 近岸海區和離岸海區浮游植物細胞密度的周年變化Fig.3 Annual variation of phytophnkton cell density in inshore and offshore sea areas

2.3 近岸和離岸育珠海區COD、IN、IP周年變化

圖4顯示,在一周年中近岸和離岸育珠海區COD含量均呈現波動變化,其中近岸海區COD變化范圍為0.2～0.7 mg/L、平均值分別為0.53 mg/L。離岸育珠海區COD變化范圍為0.1～0.8 mg/L、平均值為0.43 mg/L,低于近岸海區,在2～4月份和6～9月份,COD值呈遞減趨勢,4～6月份和9～11月份,COD值呈顯著升高趨勢,12月份之后,COD值再降低。

圖4 近岸海區和離岸海區COD含量的周年變化Fig.4 Annual variation of COD in inshore and offshore sea areas

圖5 近岸海區和離岸海區-P的周年變化Fig.5 Annual variation of -P in inshore and offshore sea areas

從圖5可以看出,近岸育珠海區磷酸鹽含量變化范圍為0.2～3.0 μmol/L,平均為0.83 μmol/L,離岸海區磷酸鹽含量變化范圍為0.1～3.2 μmol/L,平均為0.87 μmol/L,與近岸海區比較,差異不顯著(P＞0.05)。從周年變化來看,近岸和離岸海區磷酸鹽含量均呈現相似的峰值變化趨勢,6～8月份,近岸和離岸海區磷酸鹽含量均處于較高水平,其含量分別為1.4～3.0 μmol/L和 1.7～3.2 μmol/L,而其他月份磷酸鹽水平較低,其含量不超過1 μmol/L。

從圖6可以看出,近岸育珠海區氨氮含量變化范圍為 0.5～2.1 μmol/L,平均為 1.33 μmol/L,離岸海區氨氮含量變化范圍為0.4～2.5 μmol/L、平均為1.39 μmol/L。從周年變化來看,近岸海區從3月份至7月份,氨氮水平呈持續下降趨勢,類似的現象在離岸海區出現在3月份至8月份,此后,氨氮水平在兩個海區均呈現波動性升高,在次年 1月份達到最大值。方差分析表明,近岸海區與離岸海區,在8月份和11至次年1月氨氮水平差異顯著(P＜0.05),其他月份差異不顯著(P＞0.05)。

圖6 近岸海區和離岸海區-N的周年變化Fig.6 Annual variation of -N in inshore and offshore sea areas

圖7 近岸海區和離岸海區-N的周年變化Fig.7 Annual variation of -N in inshore and offshore sea areas

從圖 7可以看出,近岸育珠海區硝酸鹽含量變化范圍為 0.7～4.9 μmol/L,平均為 2.83 μmol/L,離岸海區硝酸鹽含量變化范圍為1.9～5.4 μmol/L、平均為3.79 μmol/L,二者比較,差異顯著(P＜0.05)。從硝酸鹽含量的周年變化來看,近岸海區在 2～3月份氨氮含量較高,然后持續下降,7月份之后呈波動性升高,在次年1月達到最大值,離岸海區在2～3月份硝酸鹽水平較高,然后持續下降,7月份時達最小值,然后持續升高,在12月達到最大值。

從圖 8可以看出,近岸海區亞硝酸鹽含量年變化范圍為 0.3～2.2 μmol/L,平均為 1.01 μmol/L,離岸海區亞硝酸鹽含量年變化范圍為0.4～2.1 μmol/L,平均為1.08 μmol/L,與近岸海區比較,差異不顯著(P＞0.05)。近岸海區亞硝酸鹽含量在 7月份達到最高值(2.2 μmol/L),離岸海區亞硝酸鹽含量在 4月份到達最高值(2.1 μmol/L)。

圖8 近岸海區和離岸海區-N的周年變化Fig.8 Annual variation of -N in inshore and offshore sea areas

圖9 近岸海區和離岸海區IN的周年變化Fig.9 Annual variation of IN in inshore and offshore sea areas

3 討論

3.1 流沙灣近岸育珠海區和離岸育珠海區水溫、透明度、鹽度和pH的比較

一般生物對環境因素的變化,各有一定的適應范圍,接近或超過這個范圍的界限,這些因素就成了限制生物生活的因素。貝類生活與周圍環境密切相關,水溫、透明度、鹽度和pH等環境因素是否適宜,能加速或阻礙貝類的生長和死亡[11]。

從此次調查來看,比較流沙灣近岸和離岸育珠海區幾種環境因子的周年變化范圍,可以發現離岸海區水溫(16.0～30.8 ℃)、透明度(1.0～2.1m)、鹽度(31.7～39.6)和pH(8.2～8.3)與近岸海區水溫(16.1～31.3)、透明度(0.7～2.0m)、鹽度(30.3～39.0)和pH(8.2～8.3)周年變化范圍基本一致。從幾種環境因子的季節性的變化規律來看,近岸海區和離岸海區的水溫呈現相似的季節變化。3～5月溫度回升,特別是 4～5月,溫度升高幅度較大。5～9月海水溫度較高,變化幅度不明顯,平均海水溫度為30 ℃左右。9～10月降溫幅度較大,近岸和離岸育珠海區最低溫度都出現在1月份。以前的研究表明,當水溫上升到25 ℃以上時,馬氏珠母貝精、卵成熟,而產卵的高潮還需要水溫的劇烈變化刺激才能形成[12]。本研究表明,4～5月份和9～10月份在近岸和離岸育珠海區均具有馬氏珠母貝繁殖盛期的水溫條件,支持了以前的研究結果。在采樣監測的月份內,近岸和離岸育珠海區周年海水平均透明度相似,均為1.35 m左右。在12月份至次年3月份,近岸海區和離岸海區海水透明度顯著提高,可能與這幾個月為馬氏珠母貝的收珠期有關。近岸育珠海區周年平均海水鹽度33.5,而離岸育珠海區周年平均海水鹽度34.3,雖略高于近岸海區,但為馬氏珠母貝適宜鹽度范圍。從鹽度周年變化來看,近岸和離岸海區海水鹽度均保持在30以上,表明目前流沙灣馬氏珠母貝養殖海區水交換較好,受陸地影響較小。從pH來看,近岸和離岸育珠海區pH均比較穩定,變化范圍為8.2～8.3,也證實目前流沙灣馬氏珠母貝養殖海區水水質穩定,受陸地影響較小。依據國家《海水水質標準》(GB 3097-1997)[13],近岸和離岸海區水溫和pH達到國家第二類水質標準。可見,目前流沙灣近岸育珠海區環境尚好,離岸育珠海區周年進行馬氏珠母貝養殖可行。

3.2 流沙灣近岸育珠海區和離岸育珠海區葉綠素a和浮游植物細胞密度的比較

葉綠素a值的變化可以反映海區浮游植物變化的一般規律,葉綠素a值高相對該海區的浮游植物的量也大[14]。本研究表明近岸和離岸育珠海區葉綠素a和浮游植物細胞密度變化規律相似。從流沙灣葉綠素a的周年變化曲線來看(圖2),4～7月份葉綠素a呈顯著遞增趨勢,這是因為春季4～7月份流沙灣水溫顯著提升,浮游植物大量繁殖,珍珠貝攝食壓力減弱,葉綠素a的提升加快。7月份之后,當年培育的馬氏珠母貝已經相繼下海養殖,貝類攝食量加大抑制了浮游植物生長,葉綠素a水平降低。9～10月份,隨水溫大幅度降低(表1,表2),貝類攝食減弱,葉綠素a值又有所提升。在2～4月份,以及12月至次年1月份,葉綠素a值均較低,這可能與這幾個月份水溫較低有關。離岸海區葉綠素a值基本呈現峰值變化趨勢,最大值出現在10月份,達5.8 μg/L,受養殖貝類影響較小,在5～11月份,葉綠素a和浮游植物細胞密度均低于近岸海區,可能與近岸和離岸海區海水營養鹽含量有關。李建軍等[15]認為高密度貝類養殖區,由于環境因子的變化以及貝類攝食的影響,葉綠素a的測定值只是海區現存量的評估,在評價海區養殖容納量時,一定要考慮已養貝類的影響。其原因是海區中的葉綠素a值的變化基本反映了海區中浮游植物的現存量,而海水中浮游植物的現存量受到養殖貝類攝食的控制,本研究也證實了這一研究結論。

3.3 流沙灣近岸育珠海區和離岸育珠海區COD、IN、IP的比較

COD、IN與 IP是反映海區營養成分的重要指標,也可以量化海域的污染程度[14]。流沙灣近岸和離岸育珠海區COD含量周年變化范圍分別為0.2～0.7 mg/L和0.1～0.8 mg/L。依據國家《海水水質標準》(GB 3097-1997)[13],近岸和離岸海區COD含量達到國家第一類水質標準。從COD值周年變化來看(圖4),近岸和離岸海區COD值變化趨勢相似,在2～4月份,COD值呈遞減趨勢,這與12月份至次年3月份為馬氏珠母貝的收珠期,海區馬氏珠母貝養殖密度較小,排泄量降低有關。4～6月份,COD值開始回升,這可能與隨水溫的升高,海區珍珠貝及其他貝類進入生長季節,排泄量增加有關。6～9月份,COD值呈顯著遞減趨勢,這與珍珠貝進入繁殖盛期,以及水溫處于全年最高,貝類攝食量有所減弱,排泄量降低有關。9～11月份,COD值呈顯著升高趨勢,是由于這幾個月溫度回落,正是育珠的季節,海區馬氏珠母貝養殖密度增加,攝食量增加導致排泄量激增。12月份之后,隨著進入收珠季節,海區馬氏珠母貝養殖密度降低,COD值降低。本研究提出海區COD值的變化與珍珠貝的養殖有關,支持了王增煥[4]的研究結論。

同無機氮一樣,無機磷(IP)也是海洋生物的主要生源要素,其含量高低對海區的初級生產力影響極大。無機磷在流沙灣近岸和離岸海區含量具有相似的周年變化趨勢。其季節性分布與無機氮恰好相反,表現為夏、秋季含量高于冬、春季。夏、秋季節浮游植物生長旺盛,是貝類養殖的主要季節。包括貝類的排泄物等在內的還原性有機物質增加。貝類的排泄物分解和浮游植物的代謝更新加速磷(P)的轉化,的含量升高。本研究結果與王增煥等[4]的研究結果類似。依據國家《海水水質標準》(GB 3097-1997)[13]對流沙灣的IP進行分析,近岸和離岸海區,6～8月份,近岸海區IP超出第二類水質標準分別達44.67%、96.33%和210%,離岸海區在6～8月份IP超出第二類水質標準分別達75.67%、86%和230.67%,其余月份均在二類標準之內。目前,流沙灣周邊地區依然以水產養殖和農業種植為主,沒有包括工業污染在內的大的污染源,水質環境總體尚好。但是,從本次調查研究發現,流沙灣珍珠貝養殖海區已開始出現富營養化跡象,特別在夏季尤為明顯。引起水體富營養化的原因一方面來自于人工高密度養殖所引起的珍珠貝類死亡和貝類大量排泄物在養殖環境中的生物沉降 ,在夏秋季節貝類攝食旺盛,排泄量大,極易水體富營養化[16]。另一方面與養殖區所處的環境和氣候有關,每年4～10月份,湛江雷州半島常出現暴雨和臺風天氣,由于貝類養殖區處于近岸淺水區,因此大量陸源性有機質被帶入養殖區[17]。此外,近岸許多地方出現圍隔式對蝦養殖,雷州半島處于熱帶,每年夏季和秋季溫度較高,是對蝦養殖旺季,產生更多養殖污水[18-19]。現場調查發現,這些養殖污水未經處理就直接排入海中,因此我們提出在夏秋季節不僅應合理控制貝類養殖密度,而且要治理流沙灣周邊環境的污染。本研究也支持了柯常亮等[5]的研究結果。

4 結論

流沙灣近岸和離岸育珠海區海水溫度、鹽度、透明度和pH周年變化范圍基本一致。水溫呈現明顯季節性變化,透明度、鹽度和pH周年比較穩定,揭示目前流沙灣近岸和離岸育珠海區水流交換較好。

近岸和離岸育珠海區葉綠素a和浮游植物細胞密度周年變化規律相似,主要受水溫和珍珠貝攝食壓力影響。

流沙灣近岸和離岸育珠海區COD含量達到國家第一類水質標準。近岸和離岸海區COD值周年變化趨勢相似,其變化規律可能與珍珠貝養殖密度、排泄量有關。

流沙灣近岸和離岸海區IN含量達到國家第二類水質標準。近岸和離岸海區IN含量的周年變化趨勢與兩個海區葉綠素a值和浮游植物細胞密度的周年變化趨勢恰恰相反。表現為冬季海水中IN含量較高,葉綠素a值和浮游植物細胞密度相對較低,而夏季剛好相反,主要因為浮游植物大多在水溫較高的季節里繁殖較快,冬季海水因水溫較低IN被浮游植物利用較少而得到積蓄。

無機磷在流沙灣近岸和離岸海區含量具有相似的周年變化趨勢。其季節性分布與無機氮恰好相反,表現為夏、秋季含量高于冬、春季。這是因為夏、秋季節浮游植物生長旺盛,貝類的排泄物分解和浮游植物的代謝更新加速了磷(P)的轉化,PO34-的含量升高。對流沙灣的IP分析表明,近岸和離岸海區,6～8月份,近岸和離岸海區IP均超出第二類水質標準,揭示流沙灣珍珠貝養殖海區夏秋季已開始出現富營養化跡象。

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