昌黎海域文昌魚時(shí)空分布及其與棲息地底質(zhì)關(guān)系的探究＊

周衛(wèi)彪，吳 凱，高偉明，韓曉慶

（1.河北師范大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北 石家莊，050024；2.河北省國土資源利用規(guī)劃院，河北 石家莊，050051）

文昌魚（Branchiostomalanceolatum）為國家二級(jí)野生保護(hù)動(dòng)物，是一種珍貴的海洋生物，青島文昌魚是廈門文昌魚的一個(gè)變種，是黃渤海唯一一種文昌魚，分布在秦皇島近岸、煙臺(tái)、青島膠州灣及大公島附近海域。灤河口外昌黎海域?yàn)閲鴥?nèi)青島文昌魚棲息密度最高的海域之一。文昌魚在砂質(zhì)中營半穴居生活，其分布與沉積物粒度有密切的關(guān)系，研究清楚文昌魚的分布與棲息地底質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，對(duì)加強(qiáng)文昌魚的保護(hù)有積極意義［1－7］。曹玉萍等曾對(duì)該海域的文昌魚種群結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特征進(jìn)行研究［3］，馬明輝曾于2000－08對(duì)該海域進(jìn)行調(diào)查，并對(duì)文昌魚與底質(zhì)的關(guān)系做出分析［4］。但是，關(guān)于該海域多年間的文昌魚分布及棲息地底質(zhì)的時(shí)間、空間變化及文昌魚與棲息地底質(zhì)之間的關(guān)系少有研究。運(yùn)用該海域2005年、2008年及2011年3期文昌魚分布及底質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，對(duì)該海域的文昌魚分布及底質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)空變化進(jìn)行了研究，分析了該研究海區(qū)的文昌魚分布和棲息地底質(zhì)特征存在的關(guān)系，并對(duì)該海域威脅文昌魚生存的主要環(huán)境壓力進(jìn)行了分析。

1 研究區(qū)概況

昌黎縣位于河北省東北部，隸屬秦皇島市。昌黎縣海域面積757.88km2，其中淺海面積715.86km2，占海域總面積的94.46%。灤河口外昌黎海域北起大蒲河河口南岸，南至灤河河口北岸（圖1），屬暖溫帶濕潤大陸性季風(fēng)氣候，具有光照充足、降水豐沛、雨熱同期等特點(diǎn)。研究區(qū)內(nèi)主要河流為灤河，其余河流均為季節(jié)性河流。

圖1 研究區(qū)位置圖Fig.1 Location of the study area

2 研究數(shù)據(jù)及方法

2.1 調(diào)查范圍及采樣站位

調(diào)查范圍為灤河口以北至大蒲河口以南，高潮線至20m等深線區(qū)域內(nèi)近350km2的海域。在上述區(qū)域內(nèi)共設(shè)站位19個(gè)（圖2）。采用2005－08，2008－08及2011－08三期文昌魚和底質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.2 分析測(cè)試方法

分別 于 2005－08－15，2008－08－25 和 2011－08－04 利 用0.05m2抓斗式采泥器，進(jìn)行文昌魚及沉積物樣品采集。文昌魚樣本的分析測(cè)試方法采用計(jì)數(shù)法，樣本處理按照相關(guān)規(guī)范［8］進(jìn)行。沉積物處理采用篩分法結(jié)合沉析法即綜合法，取2份分析樣本，其中一份供作篩分法，分析粒徑大于0.063mm的粒級(jí)配比，另一份供作沉析法，分析粒徑小于0.063mm的粒級(jí)配比。最后，2種方法所求的體積分?jǐn)?shù)，統(tǒng)一平差，求出校正值。粒度參數(shù)統(tǒng)計(jì)采用Folk等公式計(jì)算，沉積類型劃分采用Shepard三角圖式［9－10］。

圖2 監(jiān)測(cè)站位分布圖Fig.2 Locations of the monitoring stations

3 結(jié)果與分析

3.1 沉積物類型

監(jiān)測(cè)海區(qū)的底質(zhì)沉積物粒度范圍在0.001～2.000mm，以砂為主。其中，2005年監(jiān)測(cè)海區(qū)底質(zhì)沉積物類型：砂－粉砂－粘土（STY）、極細(xì)砂（VFS）、粘土質(zhì)砂（YS）、粉砂質(zhì)砂（TS）、粘土質(zhì)粉砂（YT）、細(xì)砂（FS）、中細(xì)砂（MFS）、細(xì)中砂（FMS）、中粗砂（MCS）9種。2008年監(jiān)測(cè)海區(qū)底質(zhì)沉積物類型：粘土質(zhì)粉砂（YT）、砂質(zhì)粉砂（ST）、粉砂質(zhì)砂（TS）、細(xì)砂（FS）、中細(xì)砂（MFS）、細(xì)中砂（FMS）、中砂（MS）7種。2011年監(jiān)測(cè)海區(qū)底質(zhì)沉積物類型：砂（S）、粉砂質(zhì)砂（TS）、粘土質(zhì)粉砂（YT）三種。3期監(jiān)測(cè)期間，各粒組平均比例變化（表1）。

表1 監(jiān)測(cè)期各粒組體積分?jǐn)?shù)變化Table 1 Changes in the proportions of particle factions in the monitoring period

3.2 粒度特征

監(jiān)測(cè)海區(qū)沉積物粒度特征變化見表2。其中，2005年沉積物粒度分選性中等，2008年分選性差，2011年分選性好。

表2 監(jiān)測(cè)海區(qū)沉積物粒度特征Table 2 Grain－size characteristics of the sediments in the monitoring sea area

3.3 文昌魚的分布變化

2005年文昌魚的分布主要分布在以大蒲河口外18號(hào)站與新開口外7號(hào)站連線為軸心分布，其中高密度區(qū)為11和10號(hào)站，11號(hào)站位的文昌魚分布達(dá)到475尾/m2；2008年文昌魚的分布分為3個(gè)部分，灤河口近岸區(qū)域、大蒲河口至新開口的近岸區(qū)域及遠(yuǎn)岸區(qū)域，其中高密度區(qū)為11和14號(hào)站；2011年文昌魚的分布范圍及密度均下降明顯，只在灤河口近岸區(qū)域及大蒲河口至新開口的遠(yuǎn)岸區(qū)域少量分布。3期監(jiān)測(cè)中各站位文昌魚密度及生物量見表3。

表3 各站位文昌魚密度及生物量Table 3 The density and biomass of Amphioxus at each stations

3.4 文昌魚的分布與底質(zhì)的關(guān)系

文昌魚對(duì)底質(zhì)的要求相對(duì)嚴(yán)格，本調(diào)查區(qū)域的溫度、鹽度、深度等均在文昌魚的適宜范圍內(nèi)［11］。

3.4.1 底質(zhì)類型對(duì)文昌魚的影響

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，文昌魚集中分布的底質(zhì)類型為細(xì)砂、中細(xì)砂、細(xì)中砂及中粗砂。利用各站點(diǎn)的底質(zhì)粒組體積分?jǐn)?shù)及文昌魚密度數(shù)據(jù)，運(yùn)用SPSS 19.0軟件將各粒組體積分?jǐn)?shù)與文昌魚密度和生物量做聚類分析，發(fā)現(xiàn)0.125～1.000mm粒組比例與文昌魚的密度和生物量關(guān)系密切（圖3）。研究區(qū)底質(zhì)的粒徑主要為0.125～0.500mm，2005年該粒組的體積分?jǐn)?shù)為72.95%～92.95%，2008年為65.66%～95.49%。2011年為83.60%～97.08%，而0.500～1.000mm的粒組值較小。做相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)0.500～1.000 mm粒組與文昌魚分布呈顯著相關(guān)（r＝0.360，p＜0.01，n＝57）。數(shù)據(jù)表明，0.500～1.000mm粒組值均高于平均值，以文昌魚分布最多的站位（2005年11號(hào)站）為例，該站位0.500～1.000mm粒組的體積分?jǐn)?shù)為5.52%，遠(yuǎn)高于2005年該粒組在研究區(qū)分布的平均值1.62%。因此，初步推斷0.500～1.000mm粒組也是影響該海區(qū)文昌魚分布的一個(gè)重要粒組組成。文昌魚選擇這種粗細(xì)混摻的底質(zhì)，是因?yàn)榇祟惖踪|(zhì)較疏松，通氣性好，便于其潛居生活。

圖3 文昌魚密度、生物量與各粒組比例聚類分析圖Fig.3 Hierarchical clustering analysis of the density and the biomass of Amphioxus and the individual particle fractions

文昌魚主要分布在0.125～1.000mm粒組大于90%的區(qū)域，2005年該組分體積分?jǐn)?shù)大于90%的區(qū)域主要分布在大蒲河口外；2008年該組分體積分?jǐn)?shù)高于90%的區(qū)域主要分布在大蒲河口外，呈條帶狀分布；2011年該組分體積分?jǐn)?shù)高于90%的區(qū)域主要分布在大蒲河口至新開口的遠(yuǎn)岸區(qū)域及灤河口近岸區(qū)域（圖4）。圖4中曲線表示0.125～1.000mm粒組的體積分?jǐn)?shù)（%），該粒組體積分?jǐn)?shù)＞90%的分布變化與文昌魚的分布變化具有一致性。

圖4 研究區(qū)0.125～1mm粒組分布與文昌魚分布關(guān)系示意圖Fig.4 Relationship between the distribution of 0.125～1mm fraction and that of Amphioxus in the study area

在2000年馬明輝探討該海域文昌魚棲息地底質(zhì)特征時(shí)曾指出，影響本地區(qū)的文昌魚分布的主要粒組為0.125～0.500mm［4］。本研究發(fā)現(xiàn)，灤河口外昌黎海域文昌魚的適宜棲息粒徑范圍有所擴(kuò)大，這顯示出文昌魚對(duì)環(huán)境變化的適應(yīng)性。同時(shí)與黃厝海域文昌魚適宜粒徑［5］、閩江口至南澳海岸帶的文昌魚適宜粒徑［6］、大放雞海域文昌魚適宜粒徑［7］相比較（表4），灤河口外昌黎海域的文昌魚適宜粒徑相對(duì)較小，這很可能是由昌黎海域文昌魚群體與黃厝海域、閩江口至南澳海域、大放雞海域文昌魚群體差異造成的，也顯示了不同海域文昌魚對(duì)不同底質(zhì)粒度的適應(yīng)。

表4 各地文昌魚適宜粒組比較Table 4 Comparison of the particle fractions that favor the inhabitance of Amphioxus at different locations

3.4.2 底質(zhì)粒度特征對(duì)文昌魚分布的影響

沉積物的粒度特征是沉積物的基本性質(zhì)之一，是沉積物物源、沉積動(dòng)力、搬運(yùn)距離等綜合作用的結(jié)果，在沉積物粒度中包含了水動(dòng)力條件和物源的信息［12］。中值粒徑指示了沉積物粒度分布的集中趨勢(shì)，反映了沉積介質(zhì)的平均動(dòng)能。研究區(qū)的文昌魚集中分布區(qū)中值粒徑變化見表5。文昌魚集中分布區(qū)沉積顆粒粗細(xì)狀況出現(xiàn)先細(xì)化后粗化的波動(dòng)，即在2008年偏細(xì)，其中文昌魚的分布密度大于50尾/m2的站位平均粒徑1.38～2.98φ（圖5），在2011年偏粗，而這種波動(dòng)主要受研究海域水動(dòng)力的增減和沉積物物質(zhì)來源的變化的影響。圖5中曲線表示中值粒徑，單位為φ。

表5 文昌魚集中分布海區(qū)底質(zhì)粒度特征Table 5 The grain－size characteristics of the bottom sediments in the areas where Amphioxus is concentrated

圖5 研究區(qū)中值粒徑與文昌魚分布關(guān)系示意圖Fig.5 Relationship between the medium diameters of sediments and the distribution of Amphioxus in the study area

分選系數(shù)代表了沉積物顆粒大小的均勻程度，若粒級(jí)少，主要粒級(jí)突出，則分選就好，分選系數(shù)的數(shù)值小；反之，粒級(jí)分布范圍很廣，主要粒級(jí)不突出，則分選就差，分選系數(shù)的數(shù)值大。研究區(qū)的文昌魚集中分布區(qū)分選系數(shù)變化（表5）：2005年沉積物粒度分選性好；2008年分選性中等；2011年分選性很好。除2008年1、8、10號(hào)站位及2005年15號(hào)站位分選系數(shù)大于2，分選性差，其余站位分選系數(shù)均小于2，其中文昌魚密度大于50尾/m2的站位，分選系數(shù)均小于1，分選性為好或很好（圖6）。圖6中曲線表示分選系數(shù)。

圖6 研究區(qū)分選系數(shù)與文昌魚分布關(guān)系示意圖Fig.6 Relationship between the sorting coefficients of sediments and the distribution of Amphioxus in the study area

2008年研究海域分選系數(shù)為2.17，分選性差，說明研究海域水動(dòng)力過程波動(dòng)幅度較大，沉積環(huán)境不穩(wěn)定，受此影響，在2008年文昌魚的集中分布區(qū)，分選系數(shù)的數(shù)值也較2005年、2011年大，分選性中等。偏態(tài)度用來量度沉積物顆粒頻率分布的對(duì)稱程度，反應(yīng)沉積環(huán)境能量的變異。研究海域中的文昌魚集中分布區(qū)偏態(tài)度變化見表5。四分位偏態(tài)均近似對(duì)稱分布，呈正偏。

3.5 文昌魚種群數(shù)量下降原因分析

首先，文昌魚生境退化的主要原因是灤河入海懸沙量明顯減少，沙源補(bǔ)充嚴(yán)重不足所致。文昌魚對(duì)其生活沙質(zhì)環(huán)境要求很高。灤河徑流量和輸沙量的季節(jié)變化極為明顯，隨之作用營力也發(fā)生顯著的季節(jié)變化。在洪水季節(jié)，以河流作用為主，表現(xiàn)為三角洲的堆積；在枯水季節(jié)，以波浪作用為主，表現(xiàn)為三角洲被破壞和改造。在上述條件的作用下，灤河口以北海域，沉積特征表現(xiàn)為近岸為細(xì)砂、中細(xì)砂，向外出現(xiàn)大片中砂，其范圍可至水深10～15m的平緩地帶，形成了文昌魚適宜的棲息環(huán)境。

灤河水利工程（包括干流的潘家口水庫、大黑汀水庫和支流上的桃林口水庫及引灤工程）的實(shí)施控制了灤河流域89.9%的匯水面積，調(diào)蓄了灤河下游63.6%的徑流量，也使其泥沙量減少了99.3%［13］，從而引起灤河下游直至灤河三角洲的快速響應(yīng)，由此導(dǎo)致灤河口的衰亡和灤河三角洲由淤漲轉(zhuǎn)變?yōu)榍治g后退。

近幾年來灤河三角洲的形態(tài)發(fā)生了嚴(yán)重改變，已近衰亡［14］。三角洲在衰亡過程中前緣在侵蝕狀態(tài)下逐漸變得平直，濱外壩向陸遷移，外廓線曲率愈來愈小；三角洲兩側(cè)外廓線曲率較頂部相對(duì)較大。因文昌魚棲息地漲潮流速大于落潮流速，中砂及中細(xì)砂被不斷搬運(yùn)到潮間帶，再在由風(fēng)動(dòng)力搬運(yùn)補(bǔ)充給沿岸沙丘，導(dǎo)致文昌魚棲息地中砂和中細(xì)砂含量下降，棲息地發(fā)生嚴(yán)重改變，文昌魚種群數(shù)量下降。

同時(shí)，昌黎海域近年來海洋養(yǎng)殖規(guī)模面積猛增，規(guī)模不斷擴(kuò)大（表6），對(duì)文昌魚群的生存和繁衍有一定的威脅。養(yǎng)殖密度過大，養(yǎng)殖總量超過水域容納量，養(yǎng)殖病害在逐漸增多，養(yǎng)殖貝類糞大量沉降到海底也加劇了文昌魚棲息環(huán)境的改變。另外由于水產(chǎn)養(yǎng)殖大量的圍墾，造成水動(dòng)力條件下降，設(shè)置的大量養(yǎng)殖筏及吊籠會(huì)改變水動(dòng)力條件［15］，也對(duì)文昌魚的棲息地造成一定的影響。育苗室、儲(chǔ)水池等建設(shè)對(duì)海灘造成嚴(yán)重的破壞，向海內(nèi)排放養(yǎng)殖廢水，水體中N、P等含量升高，臨近水域營養(yǎng)鹽含量不斷增加，加速了藻類在春夏季的大量繁殖和水體的富營養(yǎng)化［16］，導(dǎo)致文昌魚的密度和生物量呈現(xiàn)下滑趨勢(shì)。

表6 昌黎縣歷年海水養(yǎng)殖面積統(tǒng)計(jì)Table 6 The statistics of the ocean aquaculture areas over the years in the Changli County

此外，灤河口昌黎海域南為灤河口，北為大蒲河口，每年都有大量污染物由河口排入。灤河與大蒲河排入海區(qū)的主要污染物為有機(jī)污染物（以COD計(jì)）和石油類。大蒲河口入海有機(jī)污染物占總污染物的97%，石油烴占2.8%，灤河入海有機(jī)污染物占總污染物的97.5%，石油烴為2.2%。灤河水系，收納的廢污水占河北省濱海三市排污口進(jìn)入入海河流的污廢水量的4.14%，污染物占8.50%。由于文昌魚的濾食活動(dòng)有助于凈化水體，其數(shù)量多的水域通常是清潔的，但文昌魚對(duì)環(huán)境污染極其敏感，當(dāng)水環(huán)境污染的程度大于文昌魚凈化水體的能力時(shí)，不利于文昌魚的生長。

4 結(jié)論

1）灤河口外昌黎海域文昌魚主要分布在細(xì)砂、中細(xì)砂、細(xì)中砂及中粗砂類型的底質(zhì)中，中值粒徑范圍為1.38～2.98φ，分選性好，四分位偏態(tài)近似對(duì)稱，呈正偏；

2）影響文昌魚分布的主要粒組為0.125～1.000mm，文昌魚主要分布在該粒組體積分?jǐn)?shù)＞90%的海域，該粒組體積分?jǐn)?shù)＞90%的底質(zhì)分布變化與文昌魚的分布變化具有一致性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)該海域文昌魚的適宜棲息粒組范圍擴(kuò)大；

3）與其他海域的適宜文昌魚棲息底質(zhì)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)昌黎海域的適宜文昌魚棲息底質(zhì)的顆粒較細(xì)；

4）文昌魚的空間分布由片狀、條帶狀分布向斑點(diǎn)狀分布演變，文昌魚密度及生物量也呈下降趨勢(shì)，特別是在2008～2011年監(jiān)測(cè)期，下降趨勢(shì)明顯；

5）該海域文昌魚種群退化的主要原因是是灤河入海懸沙量明顯減少，沙源補(bǔ)充嚴(yán)重不足，同時(shí)該海域海洋養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，改變了文昌魚適宜生存和繁衍的底質(zhì)和水動(dòng)力條件，成為文昌魚種群退化的一個(gè)重要原因，此外，該海域的環(huán)境污染也對(duì)文昌魚的生存造成一定威脅。

灤河口外昌黎海域文昌魚的棲息環(huán)境已遭受破壞，文昌魚種群在該海域出現(xiàn)嚴(yán)重的退化，我們研究了該海域底質(zhì)與文昌魚的時(shí)空變化及相關(guān)關(guān)系，但是，對(duì)文昌魚的棲息環(huán)境僅僅分析底質(zhì)這單一因素，顯然不足以了解文昌魚的生命生態(tài)全貌，仍需要在今后的研究對(duì)其它因素諸如水質(zhì)環(huán)境、餌料等加以綜合考慮。

致謝：河北省昌黎黃金海岸國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處為本研究提供相關(guān)數(shù)據(jù)。

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