防城港核電站周邊海域綠潮藻類的組成及時空分布

張燕 ,徐惠民 ,關春江

(1.廣西北部灣海洋生物多樣性養護重點實驗室 欽州 535011;2.廣西北部灣海洋環境變化與災害研究重點實驗室 欽州 535011;3.國家海洋環境監測中心 大連 116023)

0 引言

綠潮自20世紀70年代成為世界性的海洋生態環境問題[1-3]。自2007年開始,石莼屬(Ulva)綠潮于每年的5-7月在我國黃海海域周期性大規模暴發,已成為我國沿海嚴重的生態災害[4-6]。綠潮嚴重影響旅游業、海水養殖業和海水利用業等經濟產業[7-9],尤其大量聚集時可能堵塞核電冷卻水系統,造成安全隱患[10-11]。

綠潮主要由石莼屬藻類形成。石莼屬藻類為綠藻門綠藻綱石莼目石莼科,對鹽度、溫度和水質變化有很高的耐受力,是世界性的廣溫種類,分布范圍從赤道附近延伸到極地,自然生長于俄羅斯遠東海岸、日本群島、馬來群島、美洲太平洋和大西洋沿岸以及歐洲沿岸的中、低潮區砂礫、巖石、灘涂和石沼中[12-14]。

近年來,欽州灣沿岸的快速城鎮化和工業化使得其近岸海域出現富營養化態勢[15]。理論上,水體富營養化就有機會導致石莼屬藻類暴發而形成綠潮[16],影響濱海核電站冷卻系統取水安全。目前有關欽州灣的綠潮狀況尚未見報道,關于欽州灣石莼屬藻類生長的相關文獻多為定性分析[10,17]。本研究調查分析欽州灣西側潮間帶石莼屬藻類的生長與空間分布狀況,并初步分析石莼屬藻類的生長特征。

1 材料與方法

欽州灣位于我國南海北部灣頂部,屬于不正規全日潮型海灣,潮流形式為往復流[18]。欽州灣受亞熱帶季風氣候控制,年平均氣溫為23.2℃[19],海水溫度冬季為15.9℃、春季為26.0℃[20]。

經現場踏勘,本研究在欽州灣西側潮間帶設置8個調查站位,其中紅星村潮間帶6個、飛斗潭村潮間帶2個(表1)。

表1 調查站位Table 1 Survey Station

分別于2020年12月至2022年2月在退潮后調查14次。樣品采集參照《海洋調查規范第6 部分:海洋生物調查》(GB/T 12763.6-2007)中的潮間帶生物調查要求,取25 cm×25 cm 樣方內的石莼屬藻類,編號后裝入自封袋并帶回實驗室;樣品帶回實驗室后用水清洗,去除砂礫、其他植物葉子等雜物,使用感量為0.01 g的電子天平稱重,得到石莼屬藻類生物量(濕重,WWT)。

2 結果與分析

2.1 石莼屬藻類的種類組成

在調查區域的樣品中,石莼屬藻類包括長石莼(緣管滸苔)(Ulvalinza)、條滸苔(Ulvaclathrate)和腸滸苔(Ulvaintestinalis),為南海習見種。這種組成方式與綠潮海域包括多種石莼屬藻類的一般規律相符[8,21-22]。

2.2 石莼屬藻類的生物量

2020年12月至2022年2月欽州灣調查站位石莼屬藻類的生物量為0.07～11.52 kg/m2。其中,紅星村潮間帶石莼屬藻類的生物量為0.11～11.52 kg/m2,最大值出現在2021年1月;飛斗潭村潮間帶石莼屬藻類的生物量為0.07～4.37 kg/m2,最大值出現在2021年1月(表2)。

表2 欽州灣石莼屬藻類生物量Table 2 Wet weight biomass of green algae of Ulva spp.in Qinzhou Bay kg/m2

2.3 石莼屬藻類的生物量分布

欽州灣石莼屬藻類生長在人類活動較少的潮間帶灘涂靠岸一側,固著在巖石、砂礫或貝殼上。

2.3.1 時間分布

欽州灣石莼屬藻類生長主要集中于冬、春季,持續時間約3個月,生物量的時間分布呈典型的山峰型(圖1)。

圖1 石莼屬藻類生物量的月平均分布Fig.1 Monthly average distribution of wet weight of Ulva spp.

欽州灣石莼屬藻類生長的具體時間為當年12月至翌年2 月,其中最大生物量出現在1 月(表2,圖1),通常相鄰月份的生物量相差約1倍,最大相差 達58 倍(2021 年1 月 與2 月,F1 站 位)。3月石莼屬藻類生物量銳減且部分站位已消失,4-6月未發現石莼屬藻類,8月出現零星石莼屬藻類,10月石莼屬藻類生長較旺盛,12 月石莼屬藻類進入全面生長期。其中,D6站位附近藻類按出現時間依次為條滸苔、腸滸苔、長石莼。

D1站位位于紅樹林邊緣,石莼屬藻類生物量包括退潮時紅樹根部刮落纏繞的部分,估算這部分約占50%;該站位的石莼屬藻類最大生物量出現在2021年1月,達11.52 kg/m2。排序第二位的石莼屬藻類最大生物量出現在2021年1月的D2站位,達5.23 kg/m2。

2022年1月石莼屬藻類平均生物量是2021年1月的0.6倍,2022年2月石莼屬藻類平均生物量是2021年2月的1.6倍,即2022年1月的生物量小于2021 年1 月,而2022 年2 月的生物量大于2021年2月(圖2)。

圖2 石莼屬藻類生物量的時間分布Fig.2 Time distribution of wet weight of Ulva spp.

2.3.2 空間分布

欽州灣石莼屬藻類生物量北部高于南部,生長時間北部長于南部,即藻類出現時間北部早于南部、消失時間北部晚于南部。2020年12月和2021年1月,紅星村潮間帶(北部)石莼屬藻類平均生物量是飛斗潭村潮間帶(南部)的2倍以上,2021年2月達到20倍。2021年3月,飛斗潭村潮間帶的石莼屬藻類先于紅星村潮間帶消亡;2022年夏季,紅星村潮間帶的石莼屬藻類先于飛斗潭村潮間帶出現(圖3)。

圖3 石莼屬藻類生物量的空間分布Fig.3 Space distribution of wet weight of Ulva spp.

紅星村潮間帶位于欽州灣北部(灣頂方向),以巖石灘為主,細分為3個小灣。①北灣(D1、D2)為巖石灘,其中D1站位位于紅樹林邊緣,D2站位位于巖石灘邊緣,石莼屬藻類生物量最高;②中灣北部為礫石灘(D3),南部為巖石灘(D4),石莼屬藻類生物量居中;③南灣(D5、D6)為泥沙質灘,間有碎石-粗礫,石莼屬藻類生物量最低。

受人類活動影響,紅星村潮間帶的石莼屬藻類分布從高潮線向低潮線延伸到養殖區戛然而止。D3站位向岸邊約80 m 處(高潮線)自2021年8月初出現條滸苔;D6站位北側30 m 處有養殖池塘并排放養殖廢水,充足的營養鹽促進石莼屬藻類的生長[16],2021 年8 月末出現條滸苔,10 月出現腸滸苔,11 月出現長石莼。此外,現場調查發現上述2處地點有貝克喜鹽草(HalophilabeccariiAscherson)生長。2020年12月,取自紅星村潮間帶的長石莼碎片最寬,為5.9 cm。

飛斗潭村潮間帶位于欽州灣南部(灣口方向)的岸堤和欖埠江之間,灘涂為沙灘。退潮后,欖埠江在灘涂上汩汩流過,呈現1條平行于岸邊的河流水道。飛斗潭村潮間帶的石莼屬藻類2021年自岸向海止步于欖埠江向海一側;2022年超過欖埠江邊界,向向海一側潮間帶延伸至養殖區灘涂,在貝類養殖田埂處生長。

F1站位位于近岸蠔柱區側方的欖埠江水道之間,F2站位位于欖埠江水道之中。2020年12月和2021年2月,F1站位的石莼屬藻類生物量低于F2站位;2021年1月,F1站位的石莼屬藻類生物量高于F2站位;2022年,F1站位的石莼屬藻類生物量低于F2站位。

2020年12月,取自F2站位附近的長石莼樣本最長,達124.6 cm,超出一般情況下長石莼的生長長度即90 cm[23],表明綠潮的發生不但有株數的增加,更有單株生物量的增加[22],即繁殖和生長共同促進綠潮的發生。2022年1月,取自F1站位附近的長石莼碎片寬度達11.5 cm。

2.4 石莼屬藻類的來源與移動

石莼屬藻類的來源可分為本土生長和漂移而來2個類型。調查發現,欽州灣石莼屬藻類為固著生長,退潮后鋪在灘涂上;部分石莼屬藻類在潮水中搖曳,纏掛在漁業設施上或紅樹根部,進一步可能會隨海水漂移。

3 討論

3.1 綠潮的定義

綠潮是指藻類種群大量增殖、快速累積,并在河口和沿海瀉湖的底棲群落中形成致密的冠層[1]。通常認為藻類生物量大于0.5 kg/m2或冠層厚度大于0.5 m 即形成綠潮[24]。

參考這一定義,2020年12月至2021年2月以及2022年1-2月,欽州灣紅星村潮間帶石莼屬藻類生物量均大于0.5 kg/m2,形成綠潮;2020 年12月至2021年1月以及2022年1-2月,欽州灣飛斗潭村潮間帶石莼屬藻類生物量均大于0.5 kg/m2,形成綠潮。2021 年10-11 月,欽州灣紅星村潮間帶D1站位和D6站位石莼屬藻類生物量均大于0.5 kg/m2,已達到綠潮標準;但現場調查發現,這2 個站位的藻類分布面積較小(小于50 m2),僅是孤立的2個斑塊,盡管單位面積生物量較高,但難以對區域生態系統和社會經濟造成直接或間接的明顯影響,因此這2個站位的石莼屬藻類難以歸為綠潮。

由此,在綠潮的定義中可對藻類分布面積或可能產生的災害后果加以說明,即藻類種群大量增殖、快速累積,并在河口和沿海瀉湖的一定范圍內(如大于1 km2)的底棲群落中形成致密的冠層,當藻類生物量大于0.5 kg/m2或冠層厚度大于0.5 m,可能對區域生態系統或社會經濟產生不利影響時,即形成綠潮。

3.2 欽州灣綠潮受溫度控制

綠潮出現和持續的時間與溫度有關。綠潮藻類的生長受到溫度的影響,長石莼生長的適宜水溫為15℃～25℃[25]。欽州灣石莼屬藻類生長在潮間帶,受海水溫度和氣溫的雙重影響,2022年2月溫度偏低使得當月藻類生物量較2021 年同比偏高。紅星村潮間帶的綠潮持續時間比飛斗潭村潮間帶長1個月,主要原因為:①紅星村潮間帶位于核電站冷卻水取水口附近,而飛斗潭村潮間帶位于核電站溫排水排水口附近,受溫排水影響,海水溫度略高;②紅星村潮間帶附近陸地的地表溫度低于飛斗潭村潮間帶。

不同石莼屬藻類對溫度的適應性存在差異[7,26],同時與所處地理位置的緯度有關[1]。欽州灣石莼屬藻類的生長時間為12月至翌年2月,與廈門相近[27],也與印度的帕爾克灣(11月)相近[28];但與中高緯度區域有較大區別,如我國的渤海金夢灣為4-9月[9,29]、江蘇海岸為2-5 月[26]、南黃海為5-7月[30],又如法國的圣布里厄海岸和海利安海岸為6-9 月[8,31]、美國的納拉甘塞特灣為5-10月[32]、愛爾蘭的托爾卡灣和阿爾吉登灣為4-10月[21]。

3.3 綠潮藻類的生長與移動

綠潮的發生通常與沿海水體的富營養化有關[1,33],欽州灣海水中大量的氮元素刺激石莼屬藻類的大量生長[15-16,19,34]。多年來,欽州灣海水營養鹽濃度分布穩定,呈從內灣、灣口到外灣遞減的趨勢[35-38],即紅星村海域的營養鹽濃度高于飛斗潭村海域,有利于紅星村潮間帶石莼屬藻類的生長。

若石莼屬藻類發生脫落,脫落的藻體將隨海流漂移,近年來我國南黃海的滸苔綠潮即屬于此類。藻體漂移可能對周邊核電廠的冷源取水系統帶來危害,進一步可能造成停機或停堆事件[11],須引起高度關注。