清洁疏浚物掩埋对菲律宾蛤仔成体的存活影响

2013-08-14季晓徐韧刘玉刘材材刘志国刘守海马永存

海洋通报 2013年6期

季晓，徐韧，刘玉，刘材材，刘志国，刘守海，马永存

（1.上海海洋大学，上海 201306；2.国家海洋局东海环境监测中心，上海 200137；3.国家海洋局海洋赤潮灾害立体监测技术与应用重点实验室，上海 200137；4.天津科技大学，天津 300457）

港口、航道、海洋和海岸工程的建设以及维护工程不断增加，向海洋倾倒的疏浚物的数量也在逐年增加（郑琳等，2007）。国家海洋局公布数据显示，截止2011年全国实际使用倾倒区63个，海洋倾倒量为1.642 8×108m3，其中北海区、东海区和南海区的倾倒量分别为3.039×107m3、1.103×108m3和2.359×107m3，倾倒物质主要为清洁疏浚物。

疏浚物倾倒入海，这必然会对疏浚区以及周边的海洋环境造成一定的影响。海洋疏浚物在倾倒的过程中，疏浚物永久性作用改变海底地形（Harbey et al，1998；Stronkhorst et al，2003）、海底沉积物以及对海洋生物的影响，水体的分层被破坏，海水中悬浮物的浓度升高，同时也改变着海底的地貌，产生海底土丘（张玉芬等，1995），影响疏浚区的水深；暂时性作用增加海水的含沙量、海水质量的下降以及污染物的扩散，疏浚物中的部分污染物溶出对海水的水质产生一定的影响，使疏浚物中的有机物和金属物质二次污染水质，例如有机物质DMS、卤代酚类、硝基苯类、烷基苯类、有机锡等物质对海洋生物的毒性作用（徐明德等，2001；王朝辉等，2002；王宏等，2003），有关金属物质在生物体内积累的研究也比较多（侯丽萍等，2002；杨丽华等，2003；王银秋等，2003；李玉环等，2006；窦亚卿等，2008）。

疏浚物在短时间内的大量倾抛，倾倒区及其附近海域原有底质被覆盖，造成的直接结果是原来底质中生存的部分海洋生物随之被掩埋，破坏了底栖生物尤其是底栖贝类的栖息环境，造成大量底栖生物的死亡（Hirsch et al，1978；Maurer et al， 1980， 1981， 1982；Nester et al， 1988；Robertsrd et al，1999；Schratzberger et al，2000）。目前为止已有研究表明长江口的疏浚物对海洋生物的影响做了比价深入的研究（王云龙等，1999；何文珊等，2001；王金秋等，2002；周勇等，2009；朱伟等，2010）开展了有关疏浚物掩埋对于海洋生物的相关研究（晁敏等，2007），但对于不同粒度的清洁疏浚物对于海洋生物的影响的研究还没有开展过，为研究长江口不同粒度疏浚物掩埋对于海洋底栖生物群落的潜在影响，本实验采用长江口的疏浚物模拟不同粒度、不同厚度掩埋菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum），以了解底栖生物在不同粒度、不同厚度掩埋情况下的反应及存活情况。

1 材料和方法

1.1 疏浚物样品的采集及分析

疏浚物采自长江口各码头、港口以及航道海域底泥（图1）。现场用0.05 m2采泥器采集沉积物样本，用自封袋封口保存。

1.2 疏浚物的预处理

图1 采样位点

将疏浚物放入干燥箱中在100℃下烘干至恒重，冷却干燥后，对于粘土质的疏浚物进行研磨，而对于砂质的疏浚物来说不用进行研磨，然后用不同孔径大小的筛子过筛，保留粒度大小为0.5～0.125 mm、0.125～0.063 mm、0.063 mm以下的疏浚物，放置在干燥皿中备用。

对分离后疏浚物中的硫化物、重金属（Cu，Pb，Zn，Cr，Cd，Hg）、As、PCBs、666、DDT、有机碳、油类污染物含量及各实验组用水进行了分析。硫化物用甲基兰分光光度法测定；Hg、As采用冷原子荧光光度法测定；Cu、Cr、Cd、Pb采用原子吸收分光光度法测定；有机碳采用重铬酸钾氧化-还原容量法；油类采用紫外分光光度法测定。表1显示，疏浚物各项指标符合国家沉积物质量Ⅰ类标准，实验使用的疏浚物属清洁疏浚物。

实验开始前将不同粒度大小的疏浚物放置于大的容器内与实验时所用的海水（盐度为23.27，pH 8.34，DO 89.8%）充分混合。

1.3 实验贝类

受试生物菲律宾蛤仔购于上海军工路东方水产品市场。实验贝类取回后，在生物毒性实验室放入水族缸中用实验海水暂养3 d进行驯化，暂养期间充气，每天投喂小球藻（Chlorella vulga）两次，并每天换水一次，以保证贝类的活性。实验时挑选大小均一、健康的个体进行实验。贝类的生物学数据见表2。

表1 疏浚物各项指标

表2 受试生物情况

1.4 实验方法

实验装置在容积为2L的玻璃容器内进行，容器要在实验开始前用实验海水浸泡两天。根据粒度分级标准，可将疏浚物分为砾石、砂、粉砂和粘土。砾石和砂中的粗砂粒径较大舍弃不用，而小于0.063 mm的粉砂和粘土粒径太小无法分离。因此选用 0.5～0.125 mm、0.125～0.063 mm、小于0.063 mm 3组不同粒度的疏浚物进行实验。每次实验设置掩埋梯度及受试生物的个数见表3，分别为：0 cm（对照组，A组）、2 cm（B组）、4 cm（C组）、6 cm（D组）、8 cm（E组）、10 cm（F组）、12 cm（G组）。每组设置3个平行样。实验开始时将菲律宾蛤仔置于玻璃容器的底部，取事先混有海水的疏浚物覆盖于各容器的底部，并达到设定的掩埋深度，最后弃去容器内的上清液，并加1 L新鲜的海水，高度在7 cm左右，开始实验观测。

表3 各实验组疏浚物掩埋深度及菲律宾蛤仔的数量

每24 h观测受试生物1次，记录异常的行为个体，并记录各组实验海水的水温、盐度、pH、DO值、受试生物存活数量等数据。实验期间海水的平均温度为8.80℃，盐度为23.85，pH为7.94，DO值为43.22%。每天用虹吸的方法更换上覆水为新鲜的海水一次，并在换水之后向各组受试生物投喂小球藻。

预实验过程中发现，虽然d4对照组中的存活率为100%，但是还是可以确定被埋在疏浚物下的菲律宾蛤仔仍未死亡。对于菲律宾蛤仔来说具有很强的抗掩埋能力，应相应的增加实验的时间来确定掩埋对其死亡的影响，所以本实验采用8 d实验时间。在实验结束后，逐个的检出各组的受试生物，检验受试生物是否存活，以确定存活的菲律宾蛤仔数量，从而计算出各组贝类存活率。一个观察周期为8 d。

在整个实验的过程中，根据受试生物的外在存活特征判断是否存活。但准确存活情况须在实验结束后逐个检验个体是否死亡。在实验过程中，及时挑出死亡的个体，以免对实验水质造成影响。

2 结果

2.1 受试生物的存活率

实验结果显示，在d4时，对照组的存活率都为100%，而只有粒度在0.5～0.125 mm的实验组中，对照组中，有2个死亡，d8存活率为93.3%，而其他两个组别中存活率为100%，符合固相疏浚物毒性试验对照组生物质量控制标准。各组存活率详细结果见表4。

2.2 受试生物在疏浚物中的垂直迁移观测

受试生物被疏浚物掩埋后，能在疏浚物垂直方向和水平方向上迁移，在沉积物下有明显的活动痕迹。菲律宾蛤仔具有较强的迁移能力，菲律宾蛤仔被埋在疏浚物中，其要伸出进出水管进行换气、取食等活动，可以观察到进出水管的长度可达身体长度的1～2倍，因此，在对其垂直迁移观察的过程中可通过观测进出水管是否伸出疏浚物表面来判断其存活状态。

当粒度为0.5～0.125 mm时，对照组（A组）d1～4时10只菲律宾蛤仔均存活，d8 3个平行组中有两组存活9只。B组中d4天存活个数达到了最大，但是在d8时，3个平行组中两组存活9只，一组存活7只。C组中d1中，三平行组中伸出水管的个数为3、0、4；d2、d3时菲律宾蛤仔伸出水管的个数在增加，直到d4、d5、d6时达到稳定，分别为7、7、8；d7、d8变为7、6、7。D组中，d1伸出的个数为0、2、1；d2为4、5、5；d3为7、5、5；d4为7、6、5；d5后数量没有变化为7、6、4。E组d1没有进出水管伸出疏浚物表层，d2、3、4只有一部分进出水管伸出疏浚物表面，d5～d8为0、2、4。F、G组在8天实验中都没有进出水管伸出疏浚物表面。

表4 各组菲律宾蛤仔的存活率

当粒度为0.125～0.063 mm时，对照组中菲律宾蛤仔在8 d的观测时间内全部存活。B、C两组d2全部菲律宾蛤仔有进出水管伸出疏浚物表面或者迁移至疏浚物表面。D组中d4伸出水管的个数为7、8、8，此后没有数量没有变化。E组中d6达到最大值，此后也没有变化。F组也是在d4达到4、5、4，其后各组数量没有变化。而G组在8天的实验中均没有菲律宾蛤仔有进出水管露出疏浚物表面或有菲律宾蛤仔迁移到疏浚物表面。

当粒度为0.063 mm以下时，A组在8天的观测期中均没有死亡。B组中菲律宾蛤仔陆续的迁出疏浚物的表面，最后都没有死亡。C、D、E、F、G组中虽然开始的时候没有进出水管露出疏浚物表面，但是都有通往底部的小洞。由于此粒度的疏浚物过于细小，可能造成菲律宾蛤仔无法移动，只能伸出水管进行取食和呼吸，因此在实验结束以后把受试的生物进行逐个检验，成活个数C组为 7、8、4，D 组为 6、4、4，E 组为 5、3、5，F组为2、3、3，G组为3、3、1。

2.3 各组掩埋深度与受试生物死亡率的关系

当粒度为0.5～0.125 mm时，从表4中可以看出随着疏浚物掩埋深度的增加，菲律宾蛤仔的存活率在降低，其死亡率在增加。利用spss软件对疏浚物的掩埋深度与该组菲律宾蛤仔死亡率进行回归分析，结果表明，掩埋深度与死亡率之间存在及其显著正相关关系（R2=0.957，P＜0.01），回归曲线见图2。

图2 疏浚物掩埋深度与菲律宾蛤仔死亡率的回归曲线（粒度为 0.5～0.125 mm）

此粒度下菲律宾蛤仔的25%、50%、75%、100%死亡时疏浚物的预测掩埋深度和95%置信区间，预测到菲律宾蛤仔25%死亡的掩埋深度是2.8 cm，95%置信区间为0.4～5.2 cm；预测8d-LC50为5.5 cm，95%置信区间为2.5～8.6 cm；预测8d-LC75为8.2cm，95%置信区间为4.5～12cm；预测8d-LC100为11.0 cm，95%置信区间为6.6～15.3 cm。

当粒度为0.125～0.063 mm时，疏浚物掩埋深度在4 cm以下，菲律宾蛤仔可以100%的迁移到疏浚物的表面，说明在此深度以下对于菲律宾蛤仔没有影响。而超过4 cm时菲律宾蛤仔的存活率随着掩埋深度的增加而降低，利用软件对掩埋深度和死亡率进行回归分析，显示4 cm之后的掩埋深度与死亡率之间存在极显著的正相关系（R2=0.962，P＜0.01，图 3）。

求出了此粒度下菲律宾蛤仔的25%、50%、75%、100%死亡时疏浚物的预测掩埋深度和95%置信区间，预测到菲律宾蛤仔25%死亡的掩埋深度是6.4 cm，95%置信区间为4.0～8.8 cm；预测8d-LC50为8.4 cm，95%置信区间为5.3～11.6 cm；预测8d-LC75为10.5 cm，95%置信区间为 6.5～14.4 cm；预测8d-LC100为12.6 cm，95%置信区间为 7.9～17.2 cm。

图3 疏浚物掩埋深度与菲律宾蛤仔死亡率的回归曲线（粒度为 0.125～0.063 mm）

当粒度为0.063 mm以下时，从表4看出随着掩埋深度的增加，菲律宾蛤仔的死亡率增加，因此对2 cm以上掩埋深度和菲律宾蛤仔的死亡率进行回归分析，结果显示掩埋深度与死亡率之间存在极显著的正相关系（R2=0.8839，P＜0.01，图3）。

图4 疏浚物掩埋深度与菲律宾蛤仔死亡率的回归曲线（粒度为0.063 mm以下）

此粒度下菲律宾蛤仔的25%、50%、75%、100%死亡时疏浚物的预测掩埋深度和95%置信区间，预测到菲律宾蛤仔25%死亡的掩埋深度是3.9 cm，95%置信区间为0～9.0 cm；预测8d-LC50为7.1 cm，95%置信区间为 0.4～13.7 cm；预测8d-LC75为10.2 cm，95%置信区间为2.0～18.4 cm；预测8d-LC100为13.3 cm，95%置信区间为3.5～23.0 cm。

3 讨论

实验结果表明，三种粒度条件下，随着掩埋深度的增加，菲律宾蛤仔的存活率降低。当粒度为0.5～0.125 mm时，其8d 25%、50%、75%、100%死亡率掩埋深度为2.8、5.5、8.2、11.0 cm；粒度为0.125～0.063mm时为6.4、8.4、10.5、12.6cm；粒度为0.063mm以下时为3.9、7.1、10.2、13.3cm。

底栖生物不同掩埋深度下其存活率也不尽相同。一般来说，随着疏浚物掩埋深度的增加，贝类的存活率也会相应的下降。晁敏等（2007）的研究结果显示：当掩埋深度为0 cm时，尖紫蛤的存活率为100%；掩埋深度为6 cm时，尖紫蛤的存活率为56.7%；掩埋深度为10 cm时，存活率为16.7%。本研究显示掩埋深度增加，菲律宾蛤仔的存活率相应的减小，这与晁敏等的研究结果相似。而对于其他一些类型的底栖生物来说，例如沙蚕就必须生活在一定厚度的底泥里面，这样就可以躲避天敌的捕食，从而保证个体的存活。

疏浚物大量倾倒在疏浚区覆盖原有的底质，原有底质上的生物被覆盖，造成部分动物死亡。其主要原因是缺氧窒息和机械压迫，此外还有疏浚物堵塞底栖动物的呼吸系统，引起鳃，表皮等组织的腐烂，以及覆盖后缺少食物而引起的饥饿、机械损伤等原因也是造成底栖动物死亡的原因（鲍建国，1994）。而对于本实验来说，使用的疏浚物为清洁疏浚物，这就排除了疏浚物中的化学物质对于贝类的毒害作用，消除了疏浚物溶出物所造成的生物死亡。贝类被不同粒度、不同深度的疏浚物掩埋，对于贝类来说，疏浚物覆盖其上：一方面压迫贝类不能张开双壳从而对贝类产生机械压迫不能使腹足伸出而运动；另一方面，疏浚物的缝隙比较小，含水量小，水体交换量减小，从而使贝类缺氧；再者贝类进出水管不能有效的伸出，减少摄食、呼吸的进行。为了获取生存，贝类只能通过垂直的运动迁移到疏浚物的表层，或者迁移到一定的深度，通过进出水管伸出疏浚物的表面进行水体交换，从而获取所需氧以及食物。

本实验中三种粒度条件下，当掩埋深度为12cm时，菲律宾蛤仔的死亡率分别为100%，100%，76.67%。这是由于掩埋深度太大，导致压力太大，或者运动能力不足而不能建立呼吸通道或者迁移的贝类，随着时间的推移，终将因为呼吸、食物、压力等原因造成死亡。而对与处理深度相同条件下，3组粒度的死亡率有所差异。如在处理深度为6cm时，死亡率分别为43.33%、23.33%、53.33%。造成差异的主要原因在于相同深度下的压力和颗粒之间含水量的多少。相同深度条件下，随着粒度的增加，压力在增大，而相应的含水量在减小。当粒度为0.5～0.125 mm时，压力过大无法垂直移动是造成死亡率较高的主要原因；而对于粒度小于0.063 mm的，颗粒之间的含水量较少，无法保证贝类的呼吸，较小的颗粒也可以堵塞贝类的鳃，这是是造成贝类死亡率较高的主要原因。而粒度为0.125～0.063 mm时，这两方面的原因对其影响相对较小，其死亡率就相应的较小。本实验人为的将疏浚物分为几个层次，在实际的倾倒过程无法正确使用，在实际倾倒过程中可以依据本文综合考虑粒径组成的不同比例得出疏浚物对海洋生物存活的影响，从而为倾倒过程提供依据。

从各种粒度下掩埋深度与菲律宾蛤仔8 d 25%、50%、75%、100%死亡之间的关系可以看出，菲律宾蛤仔死亡率在25%、50%、75%时，掩埋深度由低到高再下降。说明粒度在0.125～0.063 mm时，菲律宾蛤仔表现出更强的垂直迁移能力，抗逆境能力更好，这对于生物种群以及底栖群落的重建具有积极的作用，使生物群落较快的恢复，减小生态风险系数。

疏浚物掩埋对底栖生物群落有重要的影响作用。以海洋倾倒区为例（郑琳等，2007），2003年的底栖生物生物量平均为8.81 g/m2，栖息密度平均为192.5个/m2。而与1991年相比，生物量下降了5倍，种类数下降了近一半。其中多毛类生物量和种类下降严重，几乎有一半没有出现，棘皮动物消失，软体动物种类减少了近40%。生物群落重建所需要的时间一般为几个月或较长的时间，如美国Monterey海湾生物重建需要几个月，而Weser河口港口生物重建需要1.5年左右。

倾倒后，海底恢复平静，随之而来的是底栖生物群落的重建。而在生物重建的过程中，原有底栖生物的存活率对于该地区生物重建的具有重要的作用。生物群落重建有利于生态系统的稳定，使生态系统得到可持续的利用。而种群的重建几率又与底栖生物的垂直迁移能力有密切的关系，而底栖生物的迁移能力又与底质的颗粒大小、掩埋深度有一定的联系。适当的处理，有利于疏浚区生态环境的修复，大大缩短生态平衡的时间，实现生物资源的可持续利用。

疏浚物的处置方式及其对于生态的影响，一直是海洋环境保护的重点。在疏浚物处置的工程中，沉降的疏浚物对于海洋底栖生物造成极大的影响，打破海洋底部生态的平衡，增加生态风险指数。本次实验数据显示，疏浚物的粒度以及厚度对底栖生物的存活具有极其显著的影响。采取积极合理的疏浚物处置策略，对于生态群落的恢复，生态系统的平衡和可持续发展具有重要的意义。

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