峡道整治工程对附近海域环境和海洋生物的影响＊——以三亚小洲岛峡道整治工程为例

车志伟，史云峰，曲江勇

（1．国家海洋局三亚海洋环境监测站 三亚海洋生态监测重点实验室 三亚 572000；2．琼州学院生物科学与技术学院 三亚 572022）

海洋工程在解决沿海地区土地资源匮乏和社会经济发展的同时，也带来沿海滩涂环境污染、生物栖息地破坏或破碎化等生态问题，比如海域水体无机营养盐含量升高，港湾水动力学条件和纳潮量改变，海洋污染物的稀释扩散速率降低等［1］。马长 安 等［2］和 吕 巍 巍 等［3］研 究 表 明 围填海工程会破坏原有的自然生态系统，导致滩涂内底栖动物和潮间带生物种类和数量减少及生物多样性降低；沈新强和沈盎绿［4］研究表明，疏浚作业产生的悬浮物和掩埋作用对海域环境、浮游动植物、鱼类和贝类等均有不同程度的影响；赵文等［5］指出水下爆破活动对海区水质及浮游生物影响显著。但关于峡道整治工程对附近海域水体环境和海洋生物的研究较少，且尚未见以实际工程为例的全工程期比较分析结果。

峡道整治工程会改变附近海域的岸线和水深，造成海底地形变化，进而引起水动力条件、流场和海水物质输运能力的改变［6］。峡道疏浚还可能破坏底栖生物赖以生存的底质环境，悬浮泥沙会降低海水透明度并干扰海洋生物摄食［7］。此外工程改变区域自然环境和生态环境，可能对海区生物的多样性和适宜性产生影响。因此，本研究拟以三亚小洲岛峡道整治工程为研究对象，通过施工前、施工期和竣工后的对比，综合分析附近海域海水水质、沉积物主要环境因子和浮游植物、浮游动物、底栖动物及潮间带动物群落结构的变化，为合理利用和保护海洋滩涂资源和湿地生态修复提供基础数据，也为同类型峡道整治工程环境影响评价提供参考。

1 材料与方法

1．1 工程概况

三亚小洲岛峡道整治工程位于三亚湾南边岭西侧海域的基岩岛屿小洲岛与鹿回头半岛之间的海峡及浅滩地带（图1）。

小洲岛是中生代燕山期花岗岩侵入体构成的低丘，沿岸被侵蚀物质在波浪和波流推移下堆积，使峡道水域淤浅。工程目的是通过岸滩整治恢复和改善海域的生态环境与景观，工期为2012年5月至2013年4月。峡道疏浚采用抓斗式挖泥船作业，疏浚量约为18．9万方。

1．2 调查时间和站位设置

分别于施工前（2012年3 月）、施工期（2012年11月）和竣工后（2013年8月）对小洲岛峡道整治工程附近海域进行水质、沉积物和生态调查。调查站布设在整治工程及其周围海域（图1），其中1＃～8＃站位分别调查海水水质、沉积物环境因子、浮游生物和底栖动物，D1～D4站位调查潮间带动物。

图1 工程位置及海域调查站位分布

1．3 样品采集与处理

海水、沉积物和生物样品的采集及分析方法均按《海洋调查规范》（GB12763－2007）和《海洋监测规范》（GB17378－2007）进行。水质分别采集表层（0．5m）和底层水样，调查项目包括水温、盐度、悬浮物（SS）、pH、溶解氧（DO）、化学需氧量（CODMn）、无机氮（DIN）、活性磷（DIP）和石油类；沉积物采用挖泥器采集表层样（0～5cm），调查项目包括有机碳、硫化物、油类、总汞、砷、铜、铅、锌和镉；生态调查项目包括浮游植物（浅水Ⅲ型浮游生物网样）、浮游动物（浅水Ⅰ型浮游生物网样）、底栖动物（采泥器采样）及潮间带动物（0．5mm 孔径套筛筛选）。

1．4 数据处理与统计分析

工程附近海域1＃～5＃调查站位位于珊瑚礁保护区，执行一类水质标准；6＃～8＃调查站位位于三亚湾航道范围，执行二类水质标准。定量描述海洋生物群落特征的参数采用Shannon－Wiener多样性指数（H′）、Pielou均匀度指数（J′）和Jaccard相似性指数（JS）：

式中：S为样品中总种数；Pi表示第i种的个体数与总个体数的比值；a为第A次调查的种数，b为第B次调查的种数，c为A、B两次调查共有的种数。

数据的处理及分析应用Excel 2007和SPSS 17．0等统计分析软件完成。

2 结果与分析

2．1 海洋环境变化

2．1．1 海水水质变化

施工前、施工期和竣工后对海水水质的调查结果如表1所示。由调查结果可知，施工前调查海域水质各因子均保持在一类海水水质标准范围内，表明施工海域的海水环境质量较好。各调查期海水水温变化范围在28．3℃～29．9℃之间，且主要受海区季节和气候变化所影响。随着工程的进行，海水盐度呈降低趋势，尤其竣工后海水盐度呈极显著（P＜0．01）降低，可能是由于峡道疏浚改变了海区水动力学，海水受三亚河淡水影响程度增加所致。海水DO 含量与调查季节亦有很大关系，且施工期的机械扰动也可能是DO含量较高的原因。施工期SS 含量极显著（P＜0．01）高于施工前和竣工后，说明施工过程有大量悬浮物排放，随着疏浚施工停止作业，悬浮物的污染源终止，水体中的SS 含量也逐步恢复到自然水平。

表1 海水水质监测结果

续表

调查结果还表明，竣工后海水DIN、DIP、CODMn和石油类含量均显著（P＜0．05）高于施工前和施工期，其含量的升高并未因工程的终止而恢复。经现场调查后认为，在疏浚工程竣工后，陆域上已开始进行楼房等构筑物施工建设，工人居住区的生活污水未经处理直接排海可能是造成海水中无机营养盐、CODMn和石油类污染物含量增加的主要原因。另一方面，与工程对盐度的影响类似，峡道整治工程改变了水下的地形，同时影响了海水的动力学环境，海区陆源淡水的比例增加，其携带的大量营养盐和有机物质的贡献度也随之增加。虽然竣工后DIN、DIP 等水质因子的含量仍然符合一类海水水质标准的范围内，但其增加趋势仍在不断加剧海水富营养化的风险。

2．1．2 沉积物环境因子变化

施工前后调查海区表层沉积物中有机碳、硫化物、油类、汞、砷、铜、铅、锌和镉等环境因子均符合海洋沉积物环境质量标准，表明调查海域的沉积物质量较好。除有机碳外的主要沉积物环境因子均为施工期最高，说明整治工程施工过程的机械和人为排放是其主要来源，且随着施工的结束，这些环境因子也逐渐得到不同程度的恢复。竣工后沉积物有机碳含量极显著（P＜0．01）高于施工期和施工前，可能是陆源有机物沉积所至。

表2 沉积物监测结果

2．2 生物群落结构变化

2．2．1 浮游植物群落结构变化

峡道整治工程施工前、施工期和竣工后浮游植物群落种类、丰度、多样性指数、均匀度指数变化及不同时期相似性指数分别见图2（a）、表3、图3和表4。

由调查结果可知，施工前，海区浮游植物的主要类群为角毛藻、菱形藻，优势种为尖刺拟菱形藻（Pseudo－nitzschiapungens）、柔弱拟菱形藻（Pseudo－nitzschiadelicatissima）和海洋角毛藻（Chaetocerospelagicus）；竣工后类群增加，主要类群除角毛藻和菱形藻外增加了蓝藻和根管藻，优势种更替为红海束毛藻（Trichodesmium erythraeum）、笔 尖 根 管 藻（Rhizosoleniastyliformis）、暹罗角毛藻（Chaetocerossiamense）和丹麦细柱藻（Leptocylindrusdanicus）。施工前、施工期和竣工后海区浮游植物种类数分别为43种、64种和63种，丰度分别为178．1×106ind／m3、6．4×106ind／m3和1．4×106ind／m3。施工期和竣工后的浮游植物种类数显著高于施工前，但平均丰度却极显著（P＜0．01）低于施工前，其原因可能是施工造成营养盐水平增加，耐低营养种群的优势度和竞争力有所降低，同时耐污染型的种群有所发展（如，丹麦细柱藻）。随着工程的进行，调查区浮游植物多样性指数、均匀度指数均有所降低；施工前和竣工后的相似性指数为43．2%，说明工程导致浮游植物种类发生了中等程度的更替。

图2 动植物种类变化

表3 海洋生物丰度变化

表4 海洋生物相似性指数JS变化

图3 海洋生物指数变化

2．2．2 浮游动物群落结构变化

不同调查时期海域浮游动物种类变化见图2（b）。施工前浮游动物主要类群为桡足类、毛颚类和糠虾类，优势种为亚强真哲水蚤（Eucalanus subcrassus）、中华哲水蚤（Calanussinicus）、红纺锤水蚤（Acartiaerythraca）和中华异水蚤（Acartiellasinensis）；竣工后主要类群更替为桡足类、水母类和毛颚类，优势种更替为异体住囊虫（Oikopleuradloica）、鸟啄尖头溞（Penillaavirostris）、肥胖箭虫（Sagittaenflata）、百陶箭虫（Sagittabedoti）和双生水母（Diphyeschamissonis）。与浮游植物类似，施工开始后（施工期42种、竣工期34 种）浮游动物种类也多于施工前（24种），丰度显著（P＜0．05）降低（表3）。浮游动物多样性指数和均匀度指数（图3）施工前和施工期没有显示出差异，但竣工后有所降低。施工前和施工期相似性指数为43．5%（表4），施工前和竣工后相似性指数为38．1%，说明峡道整治工程也会导致浮游动物产生中等程度的更替。

2．2．3 底栖动物群落结构变化

如图2（c）和表3所示，施工前、施工期和竣工后海域底栖动物种类分别为15 种、16 种和12种，丰度分别为87．5ind／m2、42．5ind／m2和43．7ind／m2，工程导致底栖动物种类和数量发生显著减少。施工前底栖动物主要类群为软体动物、环节动物类和脊索动物，施工导致脊索动物消失，多毛类和甲壳类动物出现。施工前底栖动物优势种为中国杓蛤（Cuspidariachinensis）和深沟篮蛤（Corbulafortisulcata），竣工后为小楯桑椹 螺（Clypeomorushumilis）、克 氏 锉 棒 螺（Rhinodaviskochi）和白脊藤壶（Balanusalbico－status），说明优势种更替明显。同时，竣工后底栖动物多样性指数和均匀度指数（图3）较施工前也有显著（P＜0．05）降低。施工前与施工期及施工前与竣工后海区底栖动物相似性指数（表4）均低于30%，说明峡道整治工程对底栖生物的种群结构产生了显著的影响。

2．2．4 潮间带动物群落结构变化

如图2（d）所示，施工前调查潮间带动物有24种，施工期间为19 种，其主要类群甲壳类、软体动物和多毛类动物均出现不同程度的减少；竣工后潮间带动物种类数有所回升（23种），但多毛类动物消失。施工前潮间带动物优势种分别为海南舟 钩 虾（Bemloshainanensis）、包 氏 短 桨 蟹（Thalamitapoissonii）、凸 加 夫 蛤（Gafrarium tumidum）、塔节结滨螺（Antigonalamellaris）和双斑细螯寄居蟹（Clibanariusbimaculatus），竣工后更替为四齿大额蟹（Metopograpsusquadridentarus），塔节结滨螺和双斑细螯寄居蟹。施工导致潮间带动物丰度（表3）出现显著（P＜0．05）降低，竣工后的丰度仅为施工前的29．0%，其生物多样性指数和均匀度指数（图3）也出现不同程度降低。施工前与施工期潮间带动物相似性较大72．0%（表4），但施工前与竣工后相似性却较低30．6%，说明工程导致潮间带生物种类组成发生较大变化，群落演替明显。

3 讨论

工程建设对海洋水质的影响主要表现为两个方面：其一为建设过程中产生的悬浮物质对水质的影响，其二为施工期的生产和生活污水排放入海对水质的影响，其中以高浓度的悬浮物质对海洋环境的影响最为剧烈［8］。由调查结果比较分析可知，施工期海水的SS、CODMn、DIN、DIP和石油类的含量均高于施工前，其中悬浮物含量的增加幅度较为明显。依据施工方案估算工程泥沙排放速率约为0．03kg／s，在潮流等动力因素作用下，高浓度的悬浮水体向周围扩散，会导致以施工区为中心的附近海域海水浑浊度显著上升。竣工后海水SS 含量较施工期降低了55．6%，表明在疏浚施工结束后，随着悬浮物的不断沉降，其含量水平正逐步恢复到正常水平。竣工后海水中有机污染物和营养盐含量高于施工前和施工期，呈上升趋势，工程区陆域排放的生活污水是其主要来源。尽管3 次调查的水质均符合一类海水水质标准，表明峡道整治工程对海区水质环境的影响程度较轻，但陆域污染物排放对水质环境影响的问题已开始显现，应予以足够重视。

水体环境的变化状况与浮游植物、浮游动物、底栖动物群落结构参数改变密切相关［9］。浮游植物是水域的初级生产者，在海洋生态系统物质循环和能量转化中具有重要意义，浮游植物群落结构的变化，是反映海洋环境状况的重要指标［10］。袁健美等［11］的研究表明，海域浮游植物的变化受海水中SS 含量的影响较为显著，本研究也可得出类似结论。峡道整治过程对滩涂底质的扰动较大，有大量的泥沙扩散进入附近海域，可导致海水透明度下降，不利于浮游植物的光合作用，进而影响浮游植物的细胞分裂和生长，使单位水体内浮游植物的数量降低［12］。因此，悬浮物的增加可能是导致施工过程中浮游植物丰度和多样性指数下降的重要原因。同时，工程建设对海域的水质也会产生影响，进而改变了浮游植物的生长环境，可能会促使某些耐污染的种类大量生长成为优势种，进而影响到浮游植物的种群结构。

作为海洋食物链的中间环节，浮游动物是海洋次级生产力的重要组成部分，在海洋生态系统物质循环和能量流动中起着承上启下的重要作用［13］。浮游植物是浮游动物的饵料来源，浮游植物的变化可通过食物链传递影响浮游动物的种群动态［14］，同时悬浮颗粒也会黏附在浮游动物体表干扰其正常的生理功能，过量的悬浮物质还会堵塞浮游桡足类动物的食物过滤系统和消化器官［15］，导致浮游动物因饥饿而死亡［16］。但施工期所产生的悬浮物对海洋生物的影响在时间尺度上也是暂时的，水体中的悬浮物会很快恢复到施工期的水平，海洋浮游动物种群很快得到恢复。在竣工后调查发现海区浮游动物丰度有所恢复，可能与海水SS含量降低有关。

底栖动物是海洋水层－底层耦合作用的重要环节，是维持海洋生态系统良性循环的重要生物群，其生态方面的研究近些年来受到人们的广泛关注［17］。马明辉等［18］研究发现较高浓度悬浮物连续作用会使虾夷扇贝（Patinopectenyessoensis）死亡率明显增加；郑琳等［19］发现倾倒所造成的悬浮物浓度增加可直接加剧贝类对重金属的积累，进而对贝类生物组织器官造成伤害；晁敏等［20］研究发现文蛤（Meretrixmeretrix）和尖紫蛤（Sanguinolariaacuta）在被疏浚土掩埋后会表现出垂直移动行为，尖紫蛤近50%个体进出水管伸出疏浚土表层。峡道整治工程使滩涂底质发生了明显的改变，沉积物粒度、有机质和污染物含量均可能是影响底栖动物种类组成、群落结构和分布的因素。本研究的结果显示，施工过程前后海域底栖生物的种类组成发生较大变化，群落演替明显，生物平均丰度和生物量与施工前相比明显减少，其主要原因可能是峡道疏浚改变了底栖生物原有的栖息环境及高浓度悬浮物质的沉降掩埋作用。

潮汐带来丰富的营养物质和食物，使潮间带动物丰度和生物多样性保持在一定水平［21］。峡道整治工程施工期间不断扰动沿岸滩涂，竣工后滩涂高程改变，潮汐的动力作用亦随之发生变化，这些都会导致潮间带动物群落发生显著的演替。施工期调查的底栖生物种类比施工前有所减少，丰度、多样性指数等指标也低于施工前，这表明施工对潮间带生物栖息环境的干扰是比较明显的。竣工期调查结果表明，潮间带区域已重构了新的潮间带生物群落，种类有23种之多，主要是甲壳类和软体类动物，潮间带生态环境恢复较快。

综上所述，峡道整治工程对附近海域环境如潮滩高程、海水动力学、SS含量和底质等多种环境因子产生较大影响，进而导致海区动植物群落结构及多样性发生改变。生境的改变在短期内的影响主要是使海区生物多样性和均匀度降低，并导致群落发生不同程度的演替。随着时间的延长，海区生物的数量和多样性是否会不断升高，生物群落演替的方向和结果如何，还需要进一步的调查研究确定。

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