千里岩海域国家级水产种质资源保护区现状调查与评价*

姜向阳 于广磊 宋秀凯 刘爱英 唐海田 何健龙 高继庆 刘丽娟①

(1. 山东省海洋资源与环境研究院 山东省海洋生态修复重点实验室 山东 烟台 264006；2. 国家海洋局烟台海洋环境监测中心站 山东 烟台 264006)

刺参(Apostichopus japonicus)和皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)是我国传统海珍品，随着对其医疗药用和保健价值的认识，开发利用日益广泛，市场需求迅速增加。山东和辽宁沿海是我国刺参和皱纹盘鲍最重要的自然分布区(廖玉麟, 1997; 束靖等, 2008)。近年来，由于过度捕捞，自然资源急剧下降，人工养殖业快速发展，形成了刺参“北参南养”和皱纹盘鲍养殖“南北接力”的新型养殖模式，成为我国海水养殖新的增长点。目前，刺参、皱纹盘鲍增养殖苗种来源以人工育苗为主，其种质情况和遗传多样性对增养殖产业的发展有重要影响。为保护刺参、皱纹盘鲍种质资源及其生存环境，保障增养殖业可持续发展，2010 年，农业部批准建立了千里岩海域国家级水产种质资源保护区，保护区总面积为1766.27 hm2，其中，核心区面积为202.29 hm2，实验区面积为1563.98 hm2。特别保护期为3 月1 日―9 月30 日。保护区位于山东省海阳市千里岩岛海域，主要保护对象为刺参、皱纹盘鲍，其他保护对象包括蓝点马鲛(Scomberomorusniphonius)、小黄鱼(Larimichthys polyactis)、带鱼(Trichiurus lepturus) 、 中 国 对 虾(Fenneropenaeus chinensis)、三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)、日本蟳(Charybdis japonica)等。

为全面掌握保护区生态环境和资源状况，参考农业部2011 年颁发的《水产种质资源保护区管理暂行办法》，2015―2018 年对千里岩海域国家级水产种质资源保护区水环境、沉积物环境、海洋生物开展全面调查与评价，调查了刺参、皱纹盘鲍资源概况，并通过刺参线粒体DNA (mtDNA)控制区(D-Loop)全序列，对该保护区野生刺参种群遗传多样性进行研究，评价该保护区海洋生态环境、保护对象遗传多样性状况，分析保护区管理存在的问题，为更好地开展水产种质资源保护区评价和管理工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2015―2018 年，在保护区及邻近海域设置4 个水质站位(图1)，采样分为表层(0.5 m)、中层(10 m)和底层(距离海底2 m)，其中，3 号站位兼采沉积物和海洋生物。每年5 月和8 月，水质和浮游动植物各采样监测1 次，沉积物和底栖生物样品仅8 月采样监测1 次，采样深度为33 m。样品采集、处理方法按照《海洋监测规范》(GB17378.3-2007)相关规定执行。2018 年，在保护区海底随机采集规格≥150 g 的刺参20 只以上，活体冷藏送至实验室。每只刺参解剖取纵肌约0.5 g，放于独立的1.5 mL 冻存管，-80℃冷冻保存。

图1 千里岩海域国家级水产种质资源保护区站位Fig.1 Sample stations of Qianliyan national aquatic germplasm reserve

1.2 参数与分析

水环境参数：盐度、pH、溶解无机氮(DIN)(亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氨氮之和)、溶解无机磷(DIP)(活性磷酸盐)、化学需氧量(COD)、溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、重金属(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As、石油类，按照《海洋监测规范》(GB 17378.4-2007)规定的方法执行。

沉积物环境参数：有机碳、硫化物、石油类、重金属(Cu、Zn、Pb、Cd 和Hg)及As，按照《海洋监测规范》(GB 17378.5-2007)规定的方法执行。

海洋生物：叶绿素a、浮游植物、大型浮游动物、小型浮游动物、底栖生物，按照《海洋监测规范》(GB 17378.7-2007)规定的方法执行。

水环境pH、无机氮、活性磷酸盐、COD、DO均按《海水水质标准》(GB 3097-1997)Ⅰ类标准进行评价；重金属(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As、石油类按《渔业水质标准》(GB 11607-1989)进行评价；海洋沉积物硫化物、有机碳、石油类、重金属(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As 均按《海洋沉积物质量》(GB 18668-2002)Ⅰ类标准进行评价。

遗传多样性分析参照刘丽娟等(2021)的方法，以2 条特异性引物进行PCR 扩增，引物序列为CS-F：TCGTAACATAGTAGGTGTACC；CS-R：CAACCCAT ACTGCTGTAAAC，PCR 产物双向测序、剪切，获得刺参D-loop 全序列，用MEGA 4.0 和DnaSP 5.0 进行分析。

1.3 评价方法

1.3.1 单因子污染指数法 单个污染物的污染指数(Pi)计算公式：

式中，Ci为污染物实测浓度，Si为污染物的标准浓度。

1.3.2 有机污染指数法(蒋国昌等, 1987) 有机污染指数(A)计算公式：

式中，A为有机污染指数，CODi、DINi、DIPi和DOi为实测值，CODs、DINs、DIPs和DOs为标准浓度。

1.3.3 Shannon-Weaver 多样性指数法(Shannon, 1963)

生物多样性指数(H′)计算公式：

式中，H′为生物多样性指数，S为样品中的种类数量，Pi为第i种的个体数与总个体数的比值。

1.3.4 单倍型多样度、核苷酸多样度指数法 刺参D-loop 序列用MEGA 4.0 和DnaSP 5.0 软件进行分析，分别计算刺参群体的个体间遗传距离、平均遗传距离、单倍型多样度、核苷酸多样度、群体内序列间核苷酸差异的平均数和中性检验Tajima'sD值等遗传多样性指标。

2 结果与分析

2.1 水环境质量

2.1.1 单因子指数评价 2015―2018 年的海水监测结果显示，保护区所有站位的 pH 变化范围为8.06～8.26，DO 为6.37～10.98 mg/L，均达Ⅰ类水质标准；盐度变化范围为30.330～32.412；COD、DIP、DIN、石油类(图2)和重金属(Cu、Zn、Hg、Cd、Pb及As) (图3)的污染指数Pi＜1，均不存在污染(Pi＜1，不存在污染；Pi≥1，存在污染)。其中，DIP 污染指数Pi变化范围为0.009～0.016，显示该海区DIP 远低于Ⅰ类海水水质标准。

图2 海水COD、DIP、DIN 和石油类单因子评价结果Fig.2 Evaluation results of single factors including COD, DIP, DIN, and petroleum in seawater

图3 海水Cu、Zn、Hg、Cd、Pb 和As 单因子评价结果Fig.3 Evaluation results of single factors including Cu, Zn,Hg, Cd, Pb, and As in seawater

保护区海水的潜在性富营养化评价结果显示(表1)，DIN 变化范围为0.020～0.199 mg/L，均低于0.2 mg/L，DIP 范围为未检出～0.0096 mg/L，均远低于0.03 mg/L，评价等级为Ⅰ级贫营养。氮磷比(N/P)范围为42.8～603.0，显著高于Redfield 比值(Redfield, 1958)，显示该海区N/P 失衡，P 含量偏低。

表1 富营养化评价参数统计Tab.1 List of eutrophication assessment parameters

按有机污染指数法评价标准(蒋国昌等, 1987)，2015―2018 年海水有机污染的评价结果显示(图4)，2015 年8 月水质较好(0＜A≤1)，其他监测时间水质均良好(A≤0)，保护区水环境质量总体良好。

图4 海水有机污染指数评价结果Fig.4 Organic pollution index in seawater

2.2 沉积物环境质量

2015―2018 年，保护区沉积物硫化物、有机碳、石油类、重金属(Cu、Zn、Hg、Cd 和Pb)及As 含量见表2，所有参数的污染指数Pi＜1，满足保护区要求的海洋沉积物质量标准，保护区沉积物环境良好。

表2 沉积物检测结果统计Tab.2 Test results of sediment

2.3 海洋生物群落特征

2015―2018 年，保护区所有监测站位叶绿素平均含量为0.04～0.91 μg/L；2015 年5 月平均值最高，为0.80 μg/L，2018 年5 月最低，为0.12 μg/L；叶绿素含量较低，变化不大。

浮游植物和浮游动物每航次采样。但由于该海区水深在30 m 以上，仅2017 年8 月、2018 年8 月成功采得底栖生物样品。海洋生物多样性指数见表3 和图5。保护区每航次检出浮游植物9～24 种不等，种类以硅藻(Diatom)为主，其中，角毛藻(Chaetocerossp.)、圆筛藻(Coscinodiscussp.)最为常见，每航次的浮游植物密度从2018 年5 月的2.9×104cell/m3升至2015 年8 月的3.2×105cell/m3，与2013 年的研究结果基本一致(宁璇璇等, 2014)。每年5 月检出浮游植物的种类、数量、生物多样性指数均低于该年度8 月。2016 年5 月的H′=1.07，2018 年5 月H′=1.77，浮游植物生物多样性一般，其他航次均H′≥2，显示该保护区浮游植物多样性较高，生态结构稳定。

图5 海洋生物多样性评价Fig.5 Marine biodiversity evaluation

表3 生物多样性指数Tab.3 Statistics of biodiversity indices H′

每航次采集到的大型浮游动物种类有9～14 种，最常见的优势种为强壮滨箭虫(Aidanosagitta crassa)和中华哲水蚤(Calanus sinicus)。最低密度8 ind./m3出现在2018 年8 月，最高密度2317 ind./m3出现于2018 年5 月。与浮游植物相反，每年5 月大型浮游动物的数量、生物多样性指数均高于该年度8 月。2016 年5 月、2018 年5 月生物多样性偏低(H′=0.82、H′=0.22)，经分析认为，原因是该海区中华哲水蚤(优势度为86.6%)和夜光虫(Noctiluca scintillans)(优势度为97.0%)大量繁殖所致；2015 年8 月生物多样性一般；其他航次生物多样性较高(H′≥2)。

每航次采集到小型浮游动物种类7～29 种，最常见优势种为强壮滨箭虫和近缘大眼剑水蚤(Corycaeus affinis)。最低密度17 ind./m3出现于2018 年8 月，最高密度14571 ind./m3出现于2016 年5 月；2015 年8月多样性指数H′=0.93，显示小型浮游动物多样性偏低，小拟哲水蚤(Paracalanus parvus)优势度达84.8%；2015 年5 月和2018 年8 月，H′分别为1.33、1.43；其他航次均H′≥2。显示该保护区浮游动物多样性通常较高，生态结构稳定。

2017、2018 年分别检出底栖生物7 种、10 种，密度为110～120 ind./m2，均比较稳定。优势种为口虾蛄幼体(Oratosquilla oratoria lavar)，常见种包括东方缝 栖 蛤(Hiatella orientalisYokoyama) 、 小 头 虫(Capitella capitataFabriceus)、不倒翁虫(Sternaspis scutataRenier)、樱蛤科(Tellinidae)、沙蚕科(Nereidae)。生物多样性指数H′≥2，显示该保护区底栖生物多样性通常较高，生态结构稳定。

千里岩海域国家级水产种质资源保护区的海洋生物种类丰富，多样性指数以较高水平为主，偶尔出现单种浮游动物大量增殖、多样性指数偏低现象。

2.4 刺参遗传多样性

2018 年，在保护区采集野生刺参样本21 个，对每个刺参DNA 进行PCR 扩增，测序获得的mtDNA序列经MEGA 4.0 比对、剪切后，获得453～459 bp的刺参mtDNA D-loop 全序列。采用MEGA 4.0、DnaSP 5.0 分析各遗传多样性数据，结果见表4。分析可见，采集的刺参单倍型多样度处于较高水平。核苷酸多样度分别为0.033，与中国、韩国和俄罗斯沿海8 个刺参群体的D-loop 序列分析结果比较，仅次于韩国浦项的黄参(0.0441)和青岛太平角的刺参(0.0345)，高于烟台长岛的刺参(0.0109)，且远高于8 个刺参的总体(0.0159)(王锦锦等, 2020)，略低于大连、朝鲜罗津、俄罗斯海参崴刺参(姬南京等, 2014)和小石岛刺参国家级水产种质资源保护区刺参(陶翠花, 2009; 刘丽娟等, 2021)，显示千里岩保护区刺参遗传多样性较高，种质资源较丰富。中性检验结果Tajima′sD=-1.15，表明群体偏离了中性模式，可能受到群体扩张和自然选择的作用，但统计学上差异不显著(P＞0.10)。

表4 2018 年千里岩保护区刺参遗传多样性指数Tab.4 The genetic diversity indices of A. japonicus in Qianliyan reserve in 2018

2.5 保护生物资源概况

千里岩海域国家级水产种质资源保护区主要保护对象为刺参、皱纹盘鲍，是我国少数几个未被开发的刺参、皱纹盘鲍原种产地之一。保护区刺参资源较为丰富，主要分布在千里岩岛海岸线100 m 以内，在岛屿东南侧及岛屿中部山腰处较为集中。据调查，该海区刺参生物量从2010 年的6.33 g/m2降至2015 年的4.37 g/m2，资源量下降31%；通过走访调查发现，2017、2018 年千里岩海域刺参捕捞产量有所回升，显示刺参资源量略有恢复；但保护区皱纹盘鲍极少，基本形不成产量，且在调查过程中未采集到样品。

3 讨论

2015―2018 年，千里岩海域国家级水产种质资源保护区海水水质一直优良，较2012、2013 年该海域水质(曲琳, 2014)有所提高，优于海州湾大竹蛏种质资源保护区(夏斌等, 2014; 尚聪聪等, 2021)、前三岛海域国家级水产种质资源保护区(王珍珍等, 2019)和小石岛刺参国家级水产种质资源保护区(刘丽娟等,2021)，显著优于靖海湾松江鲈鱼种质资源保护区(崔毅等, 2013; 滕瑶等, 2018)。主要由于该保护区位于南黄海，所在海域开阔，海水交换和自净能力强，且千里岩岛为无居民海岛，周边现无开发活动，距陆地最近点海阳市凤城码头24.8 n mile，受人类活动影响小。叶绿素a是研究海洋浮游植物生物量与初级生产力的重要指标(Hensonet al, 2010)。千里岩保护区叶绿素a含量远低于2015 年夏季渤海湾(王毅波等,2019)和2010―2011 年胶州湾(王玉珏等, 2015)，可见该海域初级生产力水平较低，分析认为与该海域营养盐含量低、氮磷比失衡有关。

保护区海洋生态环境总体良好，生物多样性丰富，浮游生物调查常见虾类幼体、腹足类幼体、双壳类幼体和鱼卵、仔稚鱼，可见保护区内有多种经济生物自然繁殖。但主要保护对象刺参资源量下降，遗传多样性稍低于小石岛刺参国家级水产种质资源保护区(刘丽娟等, 2021)；皱纹盘鲍资源极少，综合保护效果与小石岛保护区相比尚有很大差距。分析认为，一是受自然影响：冬季持续低温、夏季连续高温和持续降雨、绿潮等可能影响保护对象的生长和繁殖；二是人为造成：千里岩保护区的特别保护期为3 月1 日―9 月30 日，由于保护区没有明确的范围和位置标识，且缺乏专人管理，保护区内常有渔民从事捕捞生产，必然影响保护对象的资源量；三是与保护对象的生活习性有关：刺参、皱纹盘鲍作为底栖生物，活动范围有限，很难从临近海域获得资源补充，并且由于生长、发育缓慢，分别在2 龄和3 龄达到性成熟，在持续捕捞压力下，资源量难以通过自然繁殖恢复。

近年来，通过千里岩保护区海域附近航道的货船数量不断增加，且千里岩岛作为海阳市最大的岛屿，具有得天独厚的自然优势，开发利用的呼声很高，可能对保护区带来更多影响(曲琳, 2014)。因此，应采取积极措施，保护、恢复海洋生物资源，维护保护区环境和种质资源保护与当地经济发展之间的平衡。针对千里岩海域国家级水产种质资源保护区资源与环境保护现状，认为应从以下方面开展工作：一是广泛进行水产种质资源保护的重要性宣传，提高附近进行生产作业的渔民水产种质资源保护意识；二是加大管理力度，坚决杜绝违规在保护区进行捕捞作业行为；三是在保护区外围海域设置浮标等标志，明确保护区的范围；四是开展资源恢复工作，以保护区捕捞的刺参、皱纹盘鲍为亲体进行人工繁育，将子一代大规格苗种投放于保护区；五是根据实际情况，调整延长特别保护期。