海洋工程建設對連云港近海環境因子和浮游植物的影響

　　摘要：為了明確海洋工程建設對連云港近海環境因子和浮游植物群落結構的影響,于2009年5月(海洋工程建設前)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a(Chla)含量、浮游植物群落結構和環境因子的空間分布特征進行了綜合調查.結果顯示,海洋工程建成后,調查海域水環境發生明顯變化.近岸海域出現一個明顯的高溫區,與離岸海域溫差達3°C;營養鹽濃度明顯降低,尤其是可溶性硅(DSi),平均濃度降低了70%.Chla濃度和浮游植物生物量顯著升高,群落結構變化明顯,由硅藻占優勢轉變為硅、甲藻共同占優勢.海洋工程建設前優勢度較高的星臍圓篩藻(Coscinodiscusasteromphalus)和夜光藻(Noctilucascientillans)占比明顯降低,中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)優勢度明顯升高.冗余分析(RDA)分析顯示,海洋工程建設前化學需氧量(COD)、可溶性無機氮(DIN)和鹽度(負相關)是影響浮游植物群落結構的主要因素;海洋工程建設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.

　　關鍵詞：海洋工程建設;浮游植物;營養鹽;群落結構

　　連云港近海海域營養物質豐富初級生產力高生物種類繁多是我國八大漁場之一[1]該區域同時也是我國海洋開發利用的重點區域近半個世紀來,連云港沿海不斷進行圍填海及海洋工程建設尤其是20092016年間進行了大規模的海洋工程建設連云港旗臺作業區及防波堤、連云港主航道、跨海大橋、田灣核電站取水明渠和徐圩港區等諸多工程陸續建成[2]海岸線發生明顯變化鄰近海域由海水交換通暢的開敞海灣變為被海洋工程環抱的半封閉人工海灣高強度的海洋開發與利用顯著影響了連云港近海海域潮流場和水環境,從而對近海海域生態系統造成顯著影響[3-5]近年來,連云港附近海域富營養化加劇,赤潮頻發[6-7].

　　海洋工程論文范例：海洋石油平臺電力組網工程同期技術應用研究

　　浮游植物是海洋生態系統中最重要的初級生產者其群落結構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環境變化的重要指標海洋工程建設和運行常常會顯著改變海域環境因子,直接或間接地影響浮游植物的群落結構[11-14],例如天津沿海海洋工程建設使近海赤潮發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構[16],使赤潮的爆發季節由春季提前到了冬季[17]雖然針對連云港近海海域環境變化、浮游植物群落結構分布特征已經開展了一定研究[18-19],但海洋工程建設對連云港海域浮游植物群落結構影響及驅動其變化的關鍵環境因子尚不明確.

　　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境因子、葉綠素a(Chla)和浮游植物群落結構進行了系統調查,對比分析海洋工程建設前、后調查海域環境因子、Chla和浮游植物群落的空間分布特征及其相關關系,并與歷史數據進行比較,研究了驅動連云港近海海域浮游植物群落結構變化的關鍵環境因子旨在揭示連云港海洋開發利用對近海環境和浮游植物群落的影響為深入分析人類活動對海洋環境和生態系統的影響提供重要的基礎資料.

　　1材料和方法

　　1.1研究海域

　　研究海域位于黃海海州灣南部,漲潮時潮流從東北方向涌入,自北向南分別進入連云港港區、核電站周邊區域,然后順岸向東南方向形成沿岸漲潮流態;落潮流態大致與漲潮流向相反.2009-2016年間,該海域進行了大規模的海洋工程建設,顯著改變岸線形狀和潮流場.為了研究海洋工程建設對浮游植物群落結構的影響,我們選擇生物量豐富的春季進行研究,分別在2009年5月25-26日(建設前)和2016年5月14-16日(建成后),對連云港近岸水域開展了生態環境綜合調查.以田灣核電站取水口為中心,在連云港和徐圩港港區間,設置了14個站位,不同采樣年份站位設置略有不同.每個調查站位取表層水樣監測溫度、鹽度、營養鹽和Chla,同時對其中部分站位網采浮游植物進行鑒定.

　　1.2樣品采集及分析

　　樣品的采集嚴格按照《海洋調查規范》(GB/T12763)進行,用5L的卡蓋式采水器采集表層水樣分別用于營養鹽、Chla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%),用于浮游植物計數;取1000mL水樣經GF/F濾膜(Whatman)過濾后,濾膜于-20°C下避光并冷凍保存,用于Chla濃度的測定,每個采樣點取3個平行樣;另取250mL水樣用0.45μm醋酸纖維濾膜過濾,濾液用于營養鹽濃度的測定.

　　浮游植物樣品計數采用Utermöhl方法,固定好的浮游植物樣品搖勻,取25mL放入Utermöhl計數框,靜置24h,在OLYMPUSCKX53倒置顯微鏡下(200-400倍)進行浮游植物的計數,換算成浮游植物密度即每升水樣中藻類的細胞個數,單位為cell/L.Chla的測定采用分光光度法進行分析.環境要素分析按照《海洋監測規范》(GB17378-2007)進行.溫度、鹽度、pH與水深使用船載CTD(Seabird911)現場測定,溶解氧(DO)采用碘量法、化學需氧量(COD)采用堿性高錳酸鉀法測定、懸浮物(TSM)采用重量法測定.可溶性無機氮(DIN,為NO3-N、NO2-N、NH4-N之和)、可溶性無機磷(DIP,即PO4-P)和可溶性無機硅(DSi,即SiO3-Si)使用營養鹽自動分析儀(QuAAtroAutoAnalyzer39)進行測定.

　　2結果

　　2.1調查海域環境因子的時空分布

　　2.1.1溫度、鹽度2009年5月,調查海域水溫變化范圍為16.59~18.93°C,均值為17.37°C,整體呈現由南向北逐漸升高的趨勢,高值區出現在調查海域東南.2016年5月,調查水域水溫比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,整體呈現自近岸至離岸明顯降低的趨勢,高值區出現在田灣核電排水口附近,范圍大概在近岸8千米以內.鹽度的變化趨勢和空間分布與溫度明顯不同.2009年5月,鹽度呈現自河口向離岸逐漸升高的趨勢,鹽度變化范圍為30.64~31.47psu,均值為31.17psu.2016年,鹽度整體低于2009年同期,均值僅為30.74psu,高值區出現在田灣核電站附近海域,低值區出現在北部離岸海域.

　　2.2調查海域浮游植物群落結構及豐度分布特征

　　2009年5月,調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,占總物種數的87.8%,其次為甲藻門4種(9.8%),金藻門1種(2.4%).調查海域優勢種類(Y≥0.02)共7種,優勢種為星臍圓篩藻(Coscinodiscusasteromphalus)、夜光藻(Noctilucascientillans)、中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)、中心圓篩藻(Coscinodiscuscentralis)、派格棍形藻(Bacillariapaxillifera)、虹彩圓篩藻(Coscinodiscusoculus-iridis)、有棘圓篩藻(Coscinodiscusspinosus)和威氏圓篩藻(Coscinodiscuswailesii).

　　高值區出現在田灣核電附近的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.2016年5月調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%).調查海域優勢種群也發生明顯變化,中肋骨條藻優勢度明顯升高,其他優勢種則更替為柔弱幾內亞藻(Guinardiadelicatula)、微小原甲藻(Prorocentrumminimum)、海鏈藻(Thalassiosirasp.)、裸甲藻(Gymnodiniumsp.)、舟形藻(Naviculaspp.)和隱藻(Crytophyceaespp.).浮游植物生物量顯著高于2009年,空間分布與2009年明顯不同,最高值區出現在田灣核電取水渠附近,以柔弱幾內亞藻和中肋骨條藻為主.

　　2.3浮游植物與環境因子的相關性

　　為了進一步研究調查環境因子變化對浮游植物群落結構的影響,本研究分別對2009年5月、2016年5月以及兩個年份數據合并后優勢種與環境因子進行了RDA分析.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,選取的環境因子與主要浮游植物優勢種類相關性較好.影響排序軸1的主要環境變量是COD、DIN和鹽度(負相關);影響排序軸2的主要是溫度和DSi(負相關).中肋骨條藻和夜光藻與溫度呈現明顯的正相關.星臍圓篩藻、中心圓篩藻和派格棍形藻等大部分優勢種群與營養鹽和COD呈現明顯的正相關關系.

　　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,選取的環境因子可以較好的解釋浮游植物群落變化.影響排序軸1的主要環境變量是T和COD(負相關)，BOD5和鹽度(負相關)則是影響排序軸2主要環境變量.優勢度較高的中肋骨條藻與營養鹽呈明顯的負相關關系.與2009年不同,中肋骨條藻與溫度相關性較低;柔弱幾內亞藻、微小原甲藻和隱藻與溫度呈現明顯的正相關關系;舟形藻和海鏈藻則與溫度呈現明顯的負相關關系.為了避免同年樣品因環境條件相似削弱環境與優勢物種的相關性，我們將兩個年份的數據進行合并，重新分析優勢種及其與環境要素的相關關系。結果顯示,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的主要環境變量是T、DSi(負相關)和COD(負相關),影響排序軸2的主要是DIN.優勢種與溫度、DO、BOD5呈現明顯的正相關,與其他環境因子呈顯著的負相關關系.

　　3討論

　　3.1海洋工程建設、運營對環境因子影響

　　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[22-23],海洋工程的建設使沿岸流和漲、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前(2009年)、后(2016年)春季環境因子變化趨勢的對比研究發現,連云港鄰近海域海水溫度、鹽度、營養鹽等環境因子及其空間分布均發生明顯變化.2016年5月,調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[24-25].

　　海洋工程建設前、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和徐圩港西防波堤間形成高溫區,與離岸海域溫差達3℃,明顯高于海洋工程建設前.這可能是由于大規模的海洋工程建設改變了岸線,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和規模，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[26]。2016年核電取、排水口溫差明顯高于2009年同期,也說明沿海海洋工程建設會影響核電站溫排水擴散，使排水口鄰近海域海水溫度升高.

　　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[27].鹽度空間分布發生明顯變化,高值區出現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河口附近的排水口排出,加之核電機組冷卻過程中海水溫度的升高起到一定的濃縮效應,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和徐圩港西防波堤間形成了一個明顯的高COD、低BOD5和DO的區域,這可能是由于海洋工程建設阻礙了河流輸入的陸源營養物質擴散,與營養物質密切相關的COD升高,而陸源營養物質氧化消耗使該區域BOD5和DO顯著降低[28-29].海洋工程建成后河口東北方向DO低值區向東南移,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向東北擴散，因此河口東北處消耗的DO降低.

　　4結論

　　通過對連云港近海田海洋工程建設前(2009年)、后(2016年),環境因子和浮游植物變化研究發現:

　　4.1海洋工程建成后,海水交換受到影響,調查海域春季環境因子及其空間分布發生明顯變化,田灣核電排水口附近出現一個明顯的高溫、高鹽、高營養鹽和低溶氧的區域.

　　4.2海洋工程建成后,調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勢轉變為硅、甲藻共同占優勢;中肋骨條藻優勢度明顯升高。

　　4.3RDA分析發現:海洋工程建設前,影響浮游植物優勢種變化的主要因素是COD和DIN;海洋工程建設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制仍需要進一步研究.

　　參考文獻;

　　[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構[J].海洋環境科學,2008,27(1):83-85.ZhangX,WangC,HuZH.BiodiversityandcommunityofphytoplanktonduringseasoninnearbyLianyungangseaarea[J].MarineEnvironmentalScience,2008,27(1):83-85.

　　[2]彭模,劉壽東,趙愛博,等.環境要素與連云港海域赤潮發生關系研究[J].海洋預報,2015,32(2):51-56.PengM,LiuSD,ZhaoAB,etal.SurveyonthecausesandfeaturesofredtideinLianyungangcoastalwaters[J].MarineForecasts,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化水平的季節性變化及其影響因素[J].南京師大學報(自然科學版),2014,37(3):116-123.LiYL,XuM,LiPF,etal.SeasonalvariationsofeutrophicationandtheinfluentialfactorsintheadjacentwaterofLianyungang[J].JournalofNanjingNormalUniversity(NaturalScienceEdition),2014,37(3):116-123.

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

　　作者：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*

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