铜围网大黄鱼养殖海域浮游植物群落结构特征及其环境效应研究

2018-08-07周龙龙平仙隐沈盎绿

海洋渔业 2018年4期

周龙龙，平仙隐，李磊，沈盎绿

（1.浙江海洋大学国家海洋设施养殖工程中心，浙江舟山 316022；2.中国水产科学研究院东海水产研究所，农业部东海与远洋渔业资源开发利用重点实验室，上海 200090）

人们对海产品需求的日益增长与有限的海洋渔业资源的矛盾，极大刺激了沿海海洋产品养殖业的迅猛发展，而网箱养殖在集约化养殖体系中的地位也越来越高［1］。但是随着海水网箱养殖业的深入发展，长时间高密度的网箱养殖造成大量剩余饵料、粪便堆积与抗生素滥用，致使海洋水环境中的氮磷等营养物质和底泥硫化物严重超标，对近岸海洋生态环境造成严重破坏［2－4］，也随之带来很多疾病，给网箱养殖业造成很多负面影响［5－7］。

浮游植物是水生态系统中最重要的有机物生产者，也是海洋生物食物网的开端［8－10］。在评价水环境质量时，浮游植物的种类组成、群落结构和数量分布的生态学特征是极其重要的指标，其变化能侧面反应出水生态系统的发展演变趋势，因此，浮游植物群落结构变化可以作为衡量水体营养化的重要指示物［11－13］。

台州市的上、下大陈岛附近海域是浙江省重要的近海养殖基地之一，近年来网箱养殖大黄鱼发展迅速。以往关于网箱养殖的环境问题研究多集中于福建三沙湾、罗源湾，浙江舟山和象山港等地区［14－17］，关于台州大陈岛网箱养殖的研究相对较少。本研究于2016－2017年对上、下大陈岛海域两个铜围网养殖区进行了为期一周年的调查。通过对上、下大陈岛海域两个铜围网养殖区浮游植物的种类组成、细胞丰度、群落结构的分析，为该海域生态环境和网箱养殖规划管理提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 调查站位及采样方法

本次浮游植物调查在浙江省台州市上大陈岛正方形铜围网（新建暂无养殖，对照区域）外部设4个站位，台州下大陈岛八角形铜围网（大黄鱼养殖）设置9个站位（图1）。在2016年7月（夏季）、2016年 11月（秋季）、2017年 2月（冬季）和2017年5月（春季）进行了4个航次调查。

浮游植物监测调查方法按照《海洋监测规范》第三部分（GB17378.3－2007）［18］进行。采用浅水III型浮游生物网从底至表层垂直拖曳获取，样品现场用5%甲醛溶液固定，实验室静置沉降浓缩后，采用光显微镜（Olympus BX50）对浮游植物进行种类鉴定［19－21］及计数。

1.2 数据处理与分析

图1 调查采样站位图Fig.1 Locations of survey stations

采用香农－威纳多样性指数（H′）、单纯度指数（C）、均匀度指数（J′）和丰富度指数（d）来研究浮游植物群落结构的特征，定义优势度指数（Y）≥0.02的浮游植物种类为优势种［22－23］。所有调查及分析数据均以平均值±标准误差（SE）表示，上大陈岛和下大陈岛铜围网附近海域浮游植物群落结构的差异性比较采用独立样本t检验（正态分布数据）或非参数独立检验（非正态分布数据），上述检验的显著性水平设定为0.05，数据处理采用的软件为PASW Statistics 18.0。群落结构指数与水体营养化关系参照表1［24］。

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类组成

大陈岛铜围网养殖海域4个季度共鉴定出浮游植物2门39属80种，其中硅藻68种、甲藻12种，硅藻占据绝对优势。调查海域浮游植物种类数量、空间分布存在较大差异，上大陈岛铜围网养殖海域浮游植物种类数量要低于下大陈岛铜围网养殖海域，然而两大区域的甲藻种类数量大致相同，主要差别出现在硅藻种类数量上。大陈岛铜围网养殖海域浮游植物种类数量、季节分布差异也较为明显，夏季浮游植物种类数最多（53种），其次是秋季和春季季（分别为37种和34种），冬季（33种）最少。上、下大陈岛铜围网养殖海域4个季节浮游植物种类分布情况见表2，4个季节下大陈岛铜围网养殖海域浮游植物种类数量皆大于上大陈岛铜围网养殖海域，其中4个季度硅藻的种类数量远大于甲藻。

调查海域4个季度共鉴定出浮游植物优势种18种（表3），上大陈岛铜围网养殖海域浮游植物优势种14种，下大陈岛铜围网养殖海域浮游植物优势种15种，两者在优势种种类和数量上无明显差异。秋冬两个季节浮游植物的优势种数量要大于春夏两个季节，其中夏季洛氏角毛藻（Chaetoceros lorenzianus）丰度占绝对优势，在上、下大陈岛铜围网养殖海域的优势度指数分别为0.879和0.935，丰度分别为1.37×106个·m－3和4.52×106个·m－3。上大陈岛铜围网养殖海域琼氏圆筛藻（Coscinodiscus jonesianus）在春秋冬3个季节中均为优势种，而且在春秋两季节中琼氏圆筛藻都是第一优势种。

2.2 浮游植物丰度与分布特征

调查海域4个季度浮游植物平均丰度为（8.40×105±7.86×105）个·m－3。其中上大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物平均丰度为（4.30×105±3.77×105）个·m－3，下大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物平均丰度为（1.25×106±1.19×106）个·m－3。下大陈岛铜围网养殖附近海域年均浮游植物丰度值接近上大陈岛铜围网养殖附近海域年均浮游植物丰度值的3倍，但是差异不显著（非参数检验，P＞0.05），上下大陈岛铜围网养殖附近海域硅藻丰度值要远大于甲藻的丰度值。

表1 浮游植物多样性指数与水体营养水平及污染程度的关系Tab.1 Relationship among phytoplankton density，water trophic level and pollutional level

表2 调查海域四季浮游植物种类数分布情况Tab.2 Distribution of phytoplankton species throughout four seasons in the investigation area

表3 调查海域浮游植物优势种分布状况表Tab.3 Distribution of dominant phytoplankton species in the investigation area

在4个季度中夏季浮游植物平均丰度（3.20×106±1.64×106）个·m－3最高，其余依次是春季（6.43×104±1.14×104）个·m－3、冬季（5.80×104±1.26×104）个·m－3和秋季（3.91×104±1.60×104）个·m－3；除秋季外，其余3个季节上大陈岛铜围网养殖附近海域的浮游植物丰度都低于下大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物丰度（表4）。从浮游植物丰度组成上看，春季上、下大陈岛铜围网养殖附近海域硅藻和甲藻的丰度值相差不大，仍以硅藻为主，其余3个季节，硅藻的丰度远远大于甲藻（表4）。

2.3 浮游植物多样性指数及其环境效应

调查海域浮游植物周年平均多样性指数（H′）、均匀度指数（J′）、单纯度指数（C）、丰富度指数（d）分别为 2.05、0.56、0.41和 0.75。其中秋季和冬季两个季节浮游植物群落结构指数要优于其余两个季节，其平均多样性指数（H′）、均匀度指数（J′）、单纯度指数（C）、丰富度指数（d）分别为 2.89、2.96；0.75、0.78；0.21、0.21；0.90、0.87。春季平均多样性指数（H′）、均匀度指数（J′）、单纯度指数（C）、丰富度指数（d）分别为1.64、0.52、0.43、0.53，夏季浮游植物群落结构状态最差，其平均多样性指数（H′）、均匀度指数（J′）、单纯度指数（C）、丰富度指数（d）分别为0.72、0.18、0.82、0.71。

上大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物周年平均多样性指数（H′）为2.03，均匀度指数（J′）为0.55，单纯度指数（C）为0.40，丰富度指数（d）为0.78。下大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物周年平均多样性指数（H′）、均匀度指数（J′）、单纯度指数（C）、丰富度指数（d）分别为2.08、0.57、0.41、0.73。上、下大陈岛4个季节的浮游植物各项群落结构指数值具体见图2。

冬季和秋季大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物群落结构比较稳定，下大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物群落结构状态略优于上大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物，但两者无明显差异（t检验，P＞0.05）；夏季大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物多样性最差，浮游植物群落组成单一，结构比较脆弱，上大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物群落结构状态略优于下大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物，但两者无明显差异（t检验，P＞0.05）。

从各个季节浮游植物群落结构各项指数（图2和表5）的对比可以看出，四个季度上、下大陈岛铜围网养殖附近海域水质年变化规律呈现出一致性，水质状态均为冬季＞秋季＞春季＞夏季。秋冬水质中度污染，贫营养型；春季水质中度污染，中营养型；夏季水质重度污染，富营养型。春夏两个季节上大陈岛铜围网养殖附近海域的水质状况优于下大陈岛铜围网养殖附近海域；秋冬状况则相反。

3 讨论

3.1 铜围网养殖与传统网箱养殖模式下浮游植物群落结构特征比较

传统网箱通常指3 m×3 m或4 m×4 m的木质浮式网箱，网衣深度一般在4～6 m之间，这种网箱抗风浪强度低，因此人们往往把传统网箱放置于海流较缓，风浪较小的港湾内侧或近岸［25］。传统网箱的网衣一般是由传统合成纤维制作而成，生物附着性强，长时间养殖会造成网孔堵塞，极大地降低水体交换速率［26］，为解决这一问题，在20世纪80年代，挪威、日本等发达沿海国家开始使用铜网衣进行网箱养鱼，我国自2009年开始用铜制作网衣。以铜作为基础成分经冶炼加工而成的铜合金材料制作而成的网箱，具有“防污损生物附着、耐腐蚀、抑制病害、安全环保”等特点，同时还具有增加水体流动和含氧量的功效，有利于鱼类的健康和成长、阻止捕食者的攻击、防止鱼类逃逸、保持网箱容积、提高饲料转化率和可回收再利用等优点［27－29］。传统网箱由于自身结构问题的限制，其养殖面积小，密度大，而且为了方便管理与提高抗风浪强度，传统网箱相互连接，成为鱼排，导致养殖海域网箱密度增大，因此传统网箱养殖海域水体交换能力差，大量剩余饵料、养殖对象的排泄物与尸体都会在底部堆积。相关研究［16，30－34］表明传统网箱养殖区氮磷超标严重，造成水体富营养化，使浮游植物大量繁殖，从而引发养殖型赤潮。相比于传统网箱，铜围网养殖面大，放养密度低，水体交换能力强。强大的水体交换能力为鱼类养殖带来天然饵料，同时人工投喂的剩余饵料被水流带走被其它海洋生物分解吸收，而且铜网衣有“0”附着性的特点，可保持网衣持续的水流交换能力，相比传统网箱污染物的堆积速率要小很多，水体质量保持较好。

表4 调查海域浮游植物丰度分布表Tab.4 Distribution of phytoplankton abundances throughout four seasons in the investigation area（×104个·m－3）

图2 调查海域四季浮游植物多样性指数对比图Fig.2 Comparison of phytoplankton diversity indices in the investigation area注：A：春季；B：夏季；C：秋季；D：冬季Note：A：Spring；B：Summer；C：Autumn；D：Winter

表5 调查海域水质营养状态评价表Tab.5 Water quality assessment based on phytoplankton Shannon－Wiener index（H′）

下大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物年均多样性指数（H′）为2.08，年均均匀度指数为0.57，与一些历史资料的对比可发现（表6），下大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物年均多样性指数（H′）和年均均匀度指数高于大部分传统网箱养殖区，说明铜围网养殖在环境影响效应上是要低于传统网箱养殖。下大陈岛铜围网养殖附近海域秋季浮游植物多样性指数（H′）和均匀度指数（J′）数据（图 2-C）也略高于蔡清海等［14］对罗源湾传统网箱养殖区的调查结果。

3.2 上、下大陈岛铜围网养殖附近海域之间浮游植物群落结构比较

本研究4个季度航次调查结果显示，上、下大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物群落结构主要由硅藻和甲藻组成，从浮游植物种类数和丰度上看，硅藻均占据绝对优势，但是下大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物在种类和数量上都要高于上大陈岛铜围网养殖附近海域（表2），下大陈岛铜围网养殖附近海域全年出现的浮游植物种类数是上大陈岛铜围网养殖附近海域的1.37倍，浮游植物年平均丰度是上大陈岛铜围网养殖附近海域的3倍。这一调查结果也正验证了林永泰等［37］和贺诗水［38］的观点。林永泰等［37］曾指出网箱养殖区浮游植物种类数量和丰度均高于非网箱养殖区。贺诗水［38］认为，网箱养殖对浮游植物的丰度和种类数量有较大影响，但是养殖区和非网箱养殖区浮游植物群落结构组成基本相同。

浮游植物生物多样性指数可以指示海水环境条件的优劣，正常环境下浮游植物多样性指数会高于污染环境下浮游植物多样性指数，环境污染越严重，浮游植物多样性指数就越低［24］。从4个季度浮游植物群落结构的各项指数及环境效应看（图2和表5），春秋冬3个季节，上大陈岛铜围网养殖附近海域水质都处于中度污染状态，水体属于中营养型；春季下大陈岛铜围网养殖附近海域水质都处于中度污染状态，水体属于中营养型，而秋冬两个季节则处于轻度污染状态，水体属于贫营养型；夏季上、下大陈岛铜围网养殖附近海域水质都处于重度污染状态，水体属于富营养型。总的来说，春夏两季上大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物多样性指数略高于下大陈岛铜围网养殖附近海域，秋冬两季则正好相反（图2）。上大陈岛铜围网属于新建项目，附近海域目前暂无大黄鱼养殖，外围有部分传统网箱鱼类养殖（图1），而下大陈岛铜围网大黄鱼养殖已经有3年时间，靠岛一侧也有少量传统网箱鱼类养殖，然而两个海域之间的水质差异并不明显，说明铜围网大黄鱼养殖并没有对该海域造成明显的水体污染。

3.3 夏季优势种组成及其影响因素

在大陈岛铜围网养殖附近海域调查的4个季节中，夏季浮游植物优势种对整个浮游植物群落结构影响最大。夏季上大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物优势种为洛氏角毛藻、尖刺伪菱形藻（Nitzschia pungens）和翼根管藻（Rhizosolenia alata），三者优势度指数为0.88、0.05和0.03（表3）。下大陈岛铜围网养殖附近海域浮游植物优势种为洛氏角毛藻和尖刺伪菱形藻，两者优势度指数分别为0.94和0.02（表3）。洛氏角毛藻在上、下大陈岛铜围网养殖附近海域的植物群落结构中都占有绝对优势，丰度分别为1.37×106个·m－3和4.52×106个·m－3。下大陈岛铜围网养殖附近海域洛氏角毛藻的丰度是上大陈的4倍多，接近赤潮级别（＞1×106个·dm－3，赤潮标准）［39］。洛氏角毛藻分布的温度范围为12～28℃，盐度区间为19～35。夏季温度上升，光照增强，暖水种藻类增殖较快［40］，该海区是浙江省台州市重要的海产品养殖基地，夏季养殖密度和强度都高于其它季节。大量养殖伴随而来的是高密度饲料投喂，相关研究指出在网箱养殖过程中高密度投入的饵料只有25%～35%能被真正利用，其余都流入水体中，因此带来大量营养盐过剩［41］，为浮游生物种群快速繁殖奠定了营养基础。虽然夏季下大陈岛铜围网养殖附近海域洛氏角毛藻在浮游植物群落结构中占绝对优势地位，致使整个群落结构比较单一脆弱，水质严重污染，水体富营养化，但是与上大陈岛铜围网养殖附近海域对比，两者在夏季并无显著差异，所以说，夏季大陈岛的水质污染不只是铜围网养殖的原因，而是台州沿岸流（椒江等河流的汇入）和整个大陈岛大疆域海产品养殖共同造成的结果。另外，目前洛氏角毛藻虽然没有报道会分泌藻毒素，但是它属于大型浮游硅藻（宽 10～80 μm）［19］，并且具有很多角毛，高密度洛氏角毛藻的角毛可能会给鱼类摄食和呼吸带来不适感，因此，夏季水温较高的季节，洛氏角毛藻极易快速增殖的时候应该适当降低铜围网鱼类养殖密度。