长海县筏养区表层沉积物与虾夷扇贝大规模死亡相关性分析

于佐安+王笑月+李大成+付成东+张明+刘项峰

摘 要：2006-2009年，在长海县大长山岛和广鹿岛两个虾夷扇贝浮筏养殖海区采集4个批次沉积物样品，检测重金属、有机质、硫化物、石油等8项化学指标，分析沉积物中的弧菌数量和异养细菌群落结构，评价筏养海区表层沉积物质量，在此基础上，探讨虾夷扇贝筏养海区表层沉积物与虾夷扇贝大规模死亡的相关性。结果表明：筏养海区沉积物中的重金属（Cu、Pb、Cd、Hg、As）各项指标低于《海洋沉积物质量》（GB 18668-2002）中一类海洋沉积物评价标准，时空分布无显著规律；4个批次调查中，远岸水域石油含量均低于近岸，个别站位石油含量超出《海洋沉积物质量》（GB 18668-2002）中一类海洋沉积物标准；有机质和硫化物指标低于海洋沉积物一类标准，且远岸水域有机质含量显著低于筏养海域（P<0.05），2006年各站位有机质含量显著高于2007年至2009年（P<0.05）。2006年筏养海区的异养细菌数量和弧菌数量显著高于2007至2009年（P<0.05），且近岸水域异养细菌数量和弧菌数量显著高于远岸水域（P<0.05），四个批次表层沉积物细菌群落多样性指数均较低，2006年筏养海区的细菌群落生物多样性高于2007至2009年。大规模筏养虾夷扇贝对海区沉积物表层环境造成了显著压力，沉积物环境中相对单一的细菌群落结构、高丰度弧菌存在与虾夷扇贝大规模死亡可能具有一定的联系。

关键词：筏养虾夷扇贝；死亡；沉积物；细菌群落结构；弧菌

中图分类号：

文献标识码：A

沉积物是集化学物质和微生物于一体的特殊生态环境[1]。沉积物作为污染源，主要体现在由于沉积物与上覆水之间的交换作用，沉积物的污染为水体污染的来源之一，并通过水体扩散危及人类生存环境，目前全球河流、水库、湖泊、海洋沉积物污染严重[2]。在贝类养殖海区，贝类代谢产物的聚集能影响底质的物理和化学环境，进而影响底部生态系统的生产力和生物多样性[3-4]。我国沿海贝类产业规模庞大且养殖密度高，贝类自身代谢造成的污染可能对生态环境造成影响，甚至引起生态环境恶化。项福亭[5]等对烟台北部贝类养殖区的调查结果证实，大量的生物沉积破坏了养殖区底质结构，从而导致养殖区域水环境和底质环境异常。Kaspar[6]研究发现养殖区贝床和间隙水的营养盐浓度均高于对照区，Kautsky[7]等的测定结果证实，贝床沉积物释放的氨、硅及磷，高于一般海区。

辽宁省长海县自20世纪80年代引进虾夷扇贝以来，开展筏式养殖30余年，养殖规模最高达2.67万hm2。然而自2007年以来，虾夷扇贝开始连续多年大规模死亡，严重影响当地经济发展和渔民收入水平。国内许多学者对死亡原因进行了相关研究，于佐安等[8]开展了虾夷扇贝大规模死亡流行病学调查；滕炜鸣等[9]对虾夷扇贝脓胞病病原进行了分离鉴定；张明明等[10]分析了虾夷扇贝大规模死亡原因。但筏养海区表层沉积物环境和虾夷扇贝大规模死亡的相关性尚没有相关论述。因此，本研究调查监测了2006-2009年长海县虾夷扇贝筏养区表层沉积物环境，研究了虾夷扇贝筏式养殖对海底沉积物环境的生态影响，探讨其与虾夷扇贝大规模死亡的相关性。

1 材料与方法

1.1 采样时间和站位

2006年10月、2007年10月、2008年10月和2009年10月份，在长海县广鹿岛多落母筏式虾夷扇贝养殖海区（122°24'32.6"～122°26'05.5"E，39°11'38.7"～39°12'15.9"N）和大长山岛小圈筏式虾夷扇贝养殖海区（122°32'55.50"～122°34'13.26"E，39°15'10.74"N ～39°15'34.02"）进行4个频次表层沉积物采集。两个养殖区根据离岸远近各设4个站位（图1、图2），C4 站和G4站没有虾夷扇贝浮筏养殖。

1.2 采样和分析方法

1.2.1 沉积物采样方法 用面积为0.05 m2的抓斗采泥器采集未受扰动的表层沉积物样品。样品储存按照GB/T 12763.3-2007《海洋监测规范》[11]的相关规定执行。

1.2.2 沉积物化学指标样品分析 沉积物样品经自然风干，除去明显杂物，充分混合均匀后，研磨过80目尼龙筛。根据GB/T 12763.3-2007《海洋监测规范》的相关规定对沉积物中重金属、有机质、硫化物、油类等各项指标进行分析测定。

1.2.3 沉积物微生物样品分析 将沉积物样品制成10-1，10-2，10-3，10-4稀释样，每个样品接种4个平板。异养细菌、弧菌计数采用平板计数法[11]。采用的培养基分别为：异养细菌， ZoBell 2216E固体培养基；弧菌，TCBS培养基。

1.3 细菌分离和鉴定

细菌培养48 h、96 h后选取菌落数在30-300 CFU的ZoBell海水2216E平板，在平板上随机挑取菌落，每个平板分离20～30株细菌。分离菌株纯化2～3次，将获得的纯培养接种于斜面，15%甘油封口，4℃保存。菌株按美国Oliver海洋细菌鉴定系统及《常见细菌系统鉴定手册》[12]提供的图式鉴定至属。

1.4 评价标准

1.4.1 沉积物质量评价方法 使用单因子污染指数Cif（实测沉积物浓度与标准值的比值）和综合污染指数Cd（各单因子污染指数Cif之和）反映沉积物各理化指标的污染程度。单因子指数评价公式：

式中Cif为评价因子的污染指数；Cis为评价因子实测浓度值；Cin为评价因子i的评价参考值，本文以第一类《海洋沉积物质量》[13]（适用于海水养殖）的标准值为参考值。多种重金属污染物的综合效应通过综合污染指数Cd（各单因子污染指数Cif之和）评价。

1.4.2 细菌群落结构多样性评价方法 采用Shannon-Weiner指数（H′）和物种Pielou均匀度指数（J'）评价沉积物环境中细菌群落多样性。指数公式如下：

③J'=H′/LnS其中H′为物种多样度指数；S为种类数。

2 结果与分析

2.1 虾夷扇贝筏养海区表层沉积物的重金属、石油

2.1.1 表层沉积物重金属、石油含量的时空分布和质量评价 两个虾夷扇贝筏养海区沉积物表层4个批次重金属和石油含量如表1所示，各项重金属含量无时间规律，近岸站位和远岸站位也无显著规律。石油含量在2006年、2008年和2009年的调查批次中都有超标站位，高值区出现在C2（2006年689×10-6）、G2（2008年551×10-6）和G1（2009年686×10-6）。经过方差分析，大长山岛近岸站位（C1、C2、C3）和广鹿岛近岸站位（G1、G2、G3）石油（oil）含量均高于两个岛屿的远岸站位（C4、G4）（P<0.05）。

2006年10月、2007年10月、2008年10月和2009年10月连续四次对大长山岛和广鹿岛两个虾夷扇贝筏养海区沉积物重金属和石油含量进行取样测定（表2），对海水表层沉积物重金属和石油进行评价。结果表明，4个 批次样品中，大长山岛和广鹿岛两个筏式养殖贝类养殖区海水中的Cu、Pb、Cd、Hg、As均符合海洋沉积物质量第一类标准，但石油含量除2007年以外，剩余三个批次中均有个别站位石油含量超标。

2.1.2 表层沉积物有机质、硫化物含量时空分布和质量评价 两个虾夷扇贝筏养海区表层4个批次沉积物有机质和硫化物含量如表3所示，时间分布上2006年有机质平均含量显著高于其余三个批次（P<0.05）；空间分布4个批次调查中远岸站位（G4，C4）有机质含量均低于近岸站位（P<0.05）；有机质含量最高值出现在2006年G2站位（1.38×10-6），硫化物含量最高值出现在2009年C1站位（158.5×10-6）；各站位有机质含量和硫化物含量均没有超过海洋沉积物质量第一类标准。

对两个海区4个批次表层沉积物的有机质和硫化物含量进行质量评价如表4所示，2006年-2009年，海底表层沉积物有机质污染程度要高于硫化物（P<0.05），长期浮筏虾夷扇贝养殖可能与此相关。

2.2 表层沉积物细菌数量分布

对4个批次表层沉积物中异养细菌数量和弧菌数量进行统计分析，结果如表5所示，2006年筏养海区表层沉积物，的异养细菌平均数量和弧菌平均数量显著高于2007至2009年（P<0.05），水平分布上异养细菌数量和弧菌数量近岸水域（C1/G1、C2/G2、C3/G3）显著高于远岸水域（C4/G4）（P<0.05）。

2.3 表层沉积物异养细菌群落结构

对4个批次表层沉积物中的异养细菌进行鉴定，2006年10月调查批次分离菌株44株，归属于9个属；2007年10月调查批次分离菌株35株，归属于7个属；2008年10月调查批次分离菌株31株，归属于6个属；2009年10月调查批次分离菌株17株，归属于6个属。四个批次调查中弧菌属（Vibrio）均为优势菌属。异养细菌菌属组成及多样性见表6，2006年批次表层沉积物中细菌多样性最低。

3 讨论

3.1 虾夷扇贝大规模筏式养殖对表层沉积物重金属的影响及其与扇贝死亡之间的联系

李玉等对连云港近岸海域沉积物中重金属污染来源进行分析，认为工业和生活污水排放、农业灌溉水排放以及有机质降解是重金属三个主要来源[15]。柴小平等对杭州湾及邻近海域表层沉积物重金属的分布、来源进行了分析，认为陆源碎屑颗粒的输送对研究区域表层沉积物中重金属的组成和分布具有决定性的意义[16]。因此，虾夷扇贝大规模筏式养殖对本海域内重金属分布和含量不起决定作用，近岸、中岸和远岸的重金属没有规律性分布也从侧面说明筏式养殖和重金属含量以及分布相关性不大。同时长海县大长山岛和广鹿岛均为离岸较远岛屿，陆源污染相对较少，重金属污染水平较低，各项指标均符合国家一类海洋沉积物评价标准，单项污染指数都不高，因此和虾夷扇贝大规模死亡可能没有相关性。

3.2 虾夷扇贝大规模筏式养殖对表层沉积物石油的影响及其与扇贝死亡之间的联系

石油烃具有疏水性，海水中的石油烃吸附在悬浮物上随潮流迁移，最终沉淀在海底和潮间带的沉积物上[17]。因此，沉积物被认为是石油烃的环境归宿，发挥了“汇”的作用[18]。而长海县海区表层沉积物石油的来源主要来自筏式养殖所用渔船的燃油泄漏。由于虾夷扇贝扇贝筏式养殖规模逐步扩增，海区所需渔船数量也越来越多，而海区大规模筏式养殖同时妨碍了水流的运动，使泄漏的燃油不能快速扩散。因此养殖生产活动中轻微的燃油泄漏随时间积累和渔船数量的增加最终对海底沉积物环境造成了影响。而离岸较远海区由于养殖较少，海流通畅，因此四个批次调查中远岸水域表层沉积物石油含量均低于近岸石油含量。虽然通过对表层沉积物的石油进行质量评价，只有个别站位超出国家一类沉积物评价标准，但养殖活动用船过程中燃油泄漏对海区环境的影响需要引起注意，而表层沉积物中石油对环境的改变，对细菌群落结构的影响也不容忽视。2007年风暴潮让海底表层沉积物重新进入海水变成悬浮物质，附着石油烃的悬浮物被扇贝滤食，可能对扇贝自身健康造成一定影响，和虾夷扇贝大规模死亡可能具有一定相关性。

3.3 虾夷扇贝大规模筏式养殖对表层沉积物有机质、硫化物的影响及其与扇贝死亡之间的联系

水体沉积物中硫循环研究结果表明[19-20]，在低氧化还原电位条件下，沉积物中有机质、硫酸盐、氧化铁和二价金属离子在硫酸盐还原菌（SRB）的参与下可发生反应生成硫化物。养殖区含有丰富有机质，有机质降解在消耗大量溶解氧的同时使氧化还原电位（Eh）降低，此时硫酸盐还原菌更易将硫酸盐还原生成硫离子，从而在底质形成大量硫化物沉积[21]。因此硫化物沉积和养殖区大量有机质密切相关。长海县海区大规模筏式养殖虾夷扇贝的代谢产物，由于海水流动性不强累积沉积至海底表层，构成海区表层沉积物有机质的主要部分。而大量有机质沉积同时导致硫化物生成并沉积。因此，虾夷扇贝大规模筏式养殖对表层沉积物有机质和硫化物的分布和数量有着举足轻重的作用。四个批次调查中，远岸海水表层沉积物有机质的含量低于近岸也说明筏式大规模养殖对海底表层沉积物环境造成了一定影响。虽然有机质和硫化物含量没有超过国家一类沉积物评价标准，对目前扇贝大规模死亡没有直接相关性，但表层沉积物中有机质大量累积为病原菌的滋生繁殖提供条件，可能会造成病害频发，水生动物大量死亡[22]。

3.4 虾夷扇贝大规模筏式养殖对表层沉积物异养细菌丰度和群落结构的影响及其与扇贝死亡之间的联系

养殖活动影响了沉积物中微生物多样性，影响了微生物群落的组成和分布，进而扰乱了微生物的生态功能[23]。Caruso等发现地中海区域的渔场在存在前后，水体中异养细菌密度变化不大，而沉积物中异养细菌的密度则显著增加[24]；近海网箱养殖活动使象山港沉积物细菌群落结构发生变化，多样性和均匀度也显著降低，致使近海沉积物细菌群落由多样性高的稳定结构向多样性降低的不稳定结构转变[25]。长海县大长山岛和广鹿岛8个站位四个批次调查中同样表明表层沉积物细菌群落多样性指数都较低，弧菌为表层沉积物细菌群落结构中的主要优势菌。水平分布上异养细菌数量和弧菌数量近岸水域同样显著高于远岸水域。虾夷扇贝大规模筏式养殖明显改变了海底表层沉积物的异养细菌丰度和群落结构，而弧菌成为优势菌更加剧了扇贝患病的几率，可能与筏养虾夷扇贝大规模死亡密切相关。2006年筏养海区的表层沉积物中异养细菌平均数量和弧菌平均数量显著高于2007至2009年，其细菌多样性也最低。这很可能与2007年风暴潮有关，由于近岸养殖水层较浅，强风将表层沉积物和海水混合，大量细菌进入表层海水，使2007年以后海水表层沉积物中的异养细菌的丰度降低，沉积物环境被动改变反而增加细菌多样性。但进入海水中的大量弧菌增加了虾夷扇贝患病的危险。

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（收稿日期： 2016-09-02）