圍填海工程對日照嵐山港附近海域浮游動物群落影響研究*

張 亮，王盡文，紀瑩璐，宿 凱，張乃星，劉瑩瑩

(1.山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室，山東青島 266061；2.國家海洋局北海預報中心，山東青島 266061)

日照嵐山港位于山東省日照市嵐山區，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、鋼鐵港區為主體的港口集群，擁有萬噸以上泊位22個，現已發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、區域性重要的鋼鐵原材料和產成品進出口通道。隨著港口發展的需要，2004年以來日照嵐山港一直在進行圍填海工程建設。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建設占用原砂質岸線，產生新的人工岸線[1]。

圍填海工程建設中，通常有基槽挖泥、疏浚、拋石、炸礁等海上施工作業。施工產生的泥沙與海水混合造成工程區海域海水中懸浮物質含量增加[2,3]，導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力，使浮游植物生物量下降[4]，進而導致以浮游植物為餌料的浮游動物生物量也相應減少。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擾動對附近的浮游動物也會造成一定影響。徐光漢等[5]研究發現，船舶含油污水的排放造成附近海域海水中石油類物質增加，干擾了中華哲水蚤(Calanussinicus)的趨光性，表現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系統的重要組成部分，在海洋生態系統中起承上啟下的作用[6]；浮游動物群落結構調查還與海洋資源開發、生態環境維護有密切關系，分析浮游動物群落結構及其變化是了解相應海區生態系統功能的重要方法[7]。許多學者就圍填海工程對周邊海洋生態環境的影響進行了不同方向的研究：何榮等[8]在2014年水質調查成果和收集資料的基礎上，分析了天津近岸海域水質狀況，并結合近幾年大規模海洋開發活動，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、水動力環境以及海洋生態環境等方面綜述了圍填海工程對近海海洋環境的影響。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12個航次的海洋調查資料，對浮游動物生物量平面分布和年際變化、優勢種對總豐度的回歸貢獻，及其與洋山工程群施工建設的關系進行了研究。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。

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

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測站所采集的樣品。2005年11月設5個調查站位，2007年9月設12個調查站位，2010年9月設20個調查站位，2013年9月設19個調查站位，2016年11月設23個調查站位，2019年11月設18個調查站位，各年度設置的調查站位有部分重疊。調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(網口部內徑50 cm，網口面積0.20 m2，CQ14篩絹)自底(距海底2 m)至表垂直拖網取得。樣品用體積分數為5%的福爾馬林海水溶液固定保存，采用個體計數法進行種類鑒定、計數和濕質量生物量的測定，具體方法按照國家標準《海洋監測規范 第7部分：近海污染生態調查和生物監測》(GB 17378.7-2007)[13]要求進行，濾水量根據繩長計算，即濾水量=網口面積×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《海洋監測規范 第4部分：海水分析》[14]要求進行。

1.2 數據處理與分析

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(ind./m3)表示，生物量采用每立方米水體中的浮游動物濕質量(mg/m3)表示。

1.2.2 生物多樣性

根據各站位浮游動物的豐度，對浮游動物樣品的多樣性指數進行統計學評價分析。本研究采用香農-威納指數(Shannon-Wiener index)[15]分析浮游動物生物群落結構：

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

香農-威納指數在國內外普遍被用來描述生物群落的生態學特征，也常用來監測淡水、海水生物群落結構的變化，被認為是個較好的評價污染程度的工具[16]。王立俊等[17]也認為生物種群的基礎結構，尤其多樣性指數，是評價環境質量的重要指標之一。一般認為，正常環境下，該指數值高；反之，環境受到污染，該指數值低，但是評價標準不盡相同。本文參考國家環境保護標準《近岸海域環境監測規范》(HJ 442-2008)[18]中規定的評價指標(表1)，對所在海域的生境質量等級進行表述。

表1 生物多樣性指數評價指標

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構組成、種類數量、豐度、生物量和多樣性指數，分析該海域浮游動物群落變化趨勢。

2 結果與分析

2.1 浮游動物種類結構組成變化

分析2005-2019年日照嵐山港附近海域6次浮游動物調查資料，得出其生物種類結構組成，見圖2。除2016年外，節肢動物在調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年未發現腔腸動物，2010-2016年腔腸動物占比逐年上升，2019年占比下降。結合調查海域歷年衛星遙感影像和同期懸浮物監測結果，2016年調查海域圍填海工程基本達到頂峰，6次調查中懸浮物含量最高值也出現在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 浮游動物種類數量變化趨勢分析

分析2005-2019年日照嵐山港附近海域6次調查資料，發現浮游動物的種類數量呈現一定的波動，變化趨勢為先升高后降低再升高(2005-2010年持續上升，2010-2016年下降，2016-2019年上升)，種類數量最高值出現在2010年9月，最低值出現在2005年11月(圖3)。分析調查海域歷年衛星遙感影像及同期懸浮物監測結果發現：2004-2010年，調查海域主要進行防波堤及圍堰建設，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，圍填海工程數量快速增長，懸浮物含量逐年增加，造成調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上升趨勢，而2010-2013年陡然下降；平均豐度最高值出現在2010年9月，最低值出現在2013年9月。根據調查海域歷年衛星遙感影像及同期懸浮物監測結果分析：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年為持續上升，2016-2019年則急劇下降；平均生物量最高值出現在2016年11月，最低值出現在2010年9月。分析調查海域歷年衛星遙感影像及同期懸浮物監測結果發現：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，圍填海工程數量快速增長，而調查海域浮游動物生物量卻持續上升，其中2013年9月和2016年11月生物量遠高于其他年度調查結果。

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變化趨勢分析

對2005-2019年日照嵐山港附近海域6次調查獲得的浮游動物多樣性指數進行統計學評價分析，結果見圖6。分析發現，2005-2019年6次調查中浮游動物平均多樣性指數為1.60-2.93，最高值出現在2016年11月，最低值出現在2005年11月。參考《近岸海域環境監測規范》(HJ442-2008)[18]中規定的評價指標值，2005年、2007年、2019年調查海域生境質量等級為差，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-威納指數及懸浮物含量年際變化

分析調查海域歷年衛星遙感影像及同期懸浮物監測結果，發現調查海域浮游動物香農-威納指數與同期懸浮物監測結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-威納指數則持續升高，2016-2019年下降。2018年7月圍填海全面停工，2019年11月的調查結果顯示懸浮物含量降低，同時浮游動物香農-威納指數也降低。本研究2019年11月浮游動物調查結果顯示，強壯箭蟲的站位出現率為100%，平均密度為23.1 ind./m3，優勢度達到0.66，優勢度非常明顯，這可能是造成2019年度調查浮游動物香農-威納指數較低的原因。

3 討論

3.1 圍填海工程施工對浮游動物優勢類群的影響

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]，而橈足類是節肢動物的主要組成部分，2016年調查海域發現節肢動物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]研究發現，椒江口圍填海工程造成浮游動物群落結構顯著變化——工程開始前浮游動物以橈足類為主要優勢群落，工程進行期間被水母替代，直到工程結束后才慢慢恢復到橈足類占據優勢類群。李強等[19]對崇明東灘圍墾前后的大中型浮游動物群落結構進行研究發現，圍墾后浮游動物主要優勢種橈足類的種類數減少(圍墾前以橈足類為主要優勢種，圍墾后不再是優勢種)。崔磊等[20]研究結果表明，圍填海工程降低了當地水域生物群落的穩定性，群落種類較圍填海之前有所減少，浮游動物優勢種完全改變，種類數量降低。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勢類群(節肢動物)的減少，與上述研究結果一致。

3.2 圍填海工程施工對浮游動物種類數量和豐度的影響

本研究發現，浮游動物種類數量和豐度的波動趨勢與所在海域圍填海工程建設進展存在一定的響應關系——圍填海工程期間附近海域浮游動物種類數量和豐度減少，圍填海工程結束后，浮游動物的種類數量和豐度有所回升。于杰等[21]的研究結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量下降近43.3%；黃備等[11]發現，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]發現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]發現，圍填海施工造成天津大沽口附近海域懸浮物濃度升高，當懸浮物濃度較高時會對浮游動物的數量產生抑制作用。本研究結果與這些研究結論一致。

綜上可見，日照嵐山港圍填海期間浮游動物種類數減少。然而不同于本研究結果，黃備等[11]發現椒江口圍填海工程沒有引起浮游動物種類數的明顯變化。究其原因，一是可能與圍填海的強度不同有關。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小；二是可能與調查季節不同有一定關系。黃備等[11]的調查時間為8-10月，跨越夏秋兩季，季節不同，種類數量亦有明顯變化。

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量快速增長，懸浮物含量逐年增加，而調查海域浮游動物生物量卻持續上升，其中2013年9月和2016年11月調查生物量遠高于其他年度調查結果，其原因可能是調查結果中2013年出現大量強壯箭蟲，2016年出現大量的軟擬海樽(Dolioettagegenbauri)。強壯箭蟲的數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]。大量出現的強壯箭蟲和軟擬海樽是造成2013年和2016年調查浮游動物生物量高的原因。總體來看，調查海域浮游動物生物量與該海域圍填海工程持續建設響應關系不明顯。

3.4 圍填海工程施工對浮游動物香農-威納指數的影響

本研究結果顯示浮游動物香農-威納指數與調查海域圍填海建設進展不存在明顯的關系，即浮游動物多樣性指數不能很好地指示圍填海工程對生態環境的影響[11]，單從生物多樣性指數值尚不足以全面評價圍墾對浮游動物多樣性的影響[28]。

4 結論

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