圓洲島近岸不同表面處理的魚礁模板附著生物群落特征

王蓮蓮 陳丕茂 黎小國 羅虹霞

摘要 為了解經(jīng)過不同表面處理的人工魚礁模板的附著生物群落特征，于2014年8月對大亞灣圓洲島已投放的魚礁模板進行采樣調(diào)查。結(jié)果表明，共采集和鑒定出附著生物39種，黑緣牡蠣（Ostrea nigromarginata）占據(jù)附著生物優(yōu)勢種的絕對地位;經(jīng)過表面處理的混凝土模塊的附著生物生物量及豐度較高，而紅磚、花崗巖板和未經(jīng)表面處理的鋼筋混凝土模板的附著生物生物量及豐度都很低;附著生物的生物量和豐度與其群落特征的變化未表現(xiàn)出一致的規(guī)律性。

關(guān)鍵詞 表面處理;魚礁模板;附著生物;群落特征

中圖分類號 S9 ?文獻標識碼

A ?文章編號 0517-6611（2015）03-171-04

Attaching Organism Community Characteristics of Different Surface Treatments on Artificial Reef Templates Inshore of Yuanzhou Island

WANG Lianlian¹，2，CHEN Pimao²*，LI Xiaoguo²et al

（1.Dalian Ocean University，Dalian，Liaoning 116023;2.South China Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Science / Scientific Observing and Experimental Station of South China Sea Fishery Resources and Environment，Ministry of Agriculture/ Key Laboratory of Marine Ranching Technology，CAFS，Guangzhou，Guangdong 510300）

Abstract ?In order to understand the biological community characteristics of different surface treatments of artificial reef templates， which had ?been placed on the offshore， Round Island，Daya Bay. Sampling survey was taken in August of 2014.The results showed that 39 kinds of fouling organisms were collected and identified，Ostrea nigromarginata has attached the absolute position of the dominant species; Through the concrete block surface treatment has a better biofouling effect，and red brick，granite plates and nosurfacetreated concrete template attached biomass and abundance of organisms are very low; Biomass and abundance indices and ecological indices do not show a certain degree of regularity.

Key words Surface treatment; Artificial reef template; Attaching organisms; Community characteristics

基金項目 國家科技支撐計劃課題（2012BAD18B02，2012BAD18B01-2）;國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項經(jīng)費項目（201003068）。

作者簡介 王蓮蓮（1990- ），女，河北定州人，碩士研究生，研究方向：海洋牧場和人工魚礁生物棲息地構(gòu)建技術(shù)。*通訊作者，研究員，碩士，碩士生導(dǎo)師，從事人工魚礁、海洋牧場、增殖放流和漁業(yè)資源研究。

收稿日期 20141112

大亞灣地處亞熱帶，位于珠江口東側(cè)，面臨南海，是一個半封閉海灣。圓洲島是大亞灣眾多島嶼之一，面積約0.074 km²，是廣東省專門在大亞灣設(shè)立的3個珊瑚自然移植區(qū)之一。

附著生物的種類組成和數(shù)量變化是人工魚礁餌料效應(yīng)的重要體現(xiàn)^[1]，是評價人工魚礁生態(tài)效應(yīng)的重要指標。人工魚礁的表面積和外露面形態(tài)是影響礁體餌料效應(yīng)的重要因素^[2]，外露面的形態(tài)直接影響礁體生物附著效果。研究表明，鋼筋混凝土人工魚礁對海洋生物的誘集效果明顯高于油井類、艦船類等人工魚礁^[3]。人工魚礁投放入海一段時間后，必然附著大量生物。然而，人工魚礁的表面處理方法以及輔助材料的添加對礁體附著生物群落結(jié)構(gòu)的影響卻鮮有探究。2014年8月，筆者對大亞灣圓洲島已投放的人工魚礁模板的附著生物進行了調(diào)查研究，以期為今后人工魚礁輔助材料選擇和礁體表面處理方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

16種人工魚礁模板（12種不同規(guī)格的鋼筋混凝土板、煤渣磚、紅磚、花崗巖板和石塊）隨機投放于圓洲島近岸潮間帶區(qū)域，模板規(guī)格如表1。每種規(guī)格模板投放3個。

1.2 方法

1.2.1 樣品采集及保存。

2014年8月，對大亞灣圓洲島已投放的人工魚礁模板附著生物進行調(diào)查。樣品采集和分析均按《海洋調(diào)查規(guī)范》^[4]進行。每個模板的采樣面積為10 cm×10 cm。樣品加入5%的福爾馬林溶液固定，帶回實驗室進行種類鑒定及濕重測定^[5]。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理。

附著生物數(shù)量豐度以每平方米出現(xiàn)的個體數(shù)表示（單位ind/m²），同時計算多樣性指數(shù)（H′）、均勻度指數(shù)（J）和優(yōu)勢度（Y）。

ShannonWeaner多樣性指數(shù)，其計算公式為：

H′=-Si=1Pilog₂Pi ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

Pielou均勻度指數(shù)，其計算公式為： J=H′/log₂S ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

優(yōu)勢種的優(yōu)勢度，其計算公式為：Y=niNfi ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式（1）～（3）中，ni為第i種的數(shù)量，N為采集樣品中的所有種類總個體數(shù);S為采集樣品中的種類總數(shù);P為第i種的個體數(shù)與樣品中的總個體數(shù)的比值（ni/N），fi為該種在各樣品中出現(xiàn)的頻率。

2 結(jié)果與分析

2.1 種類組成

由表2可知，此次調(diào)查共鑒定出附著生物39種，其中軟體動物門17種、環(huán)節(jié)動物門8種、節(jié)肢動物門7種、腔腸動物門2種、星蟲動物門2種、藻類2種、棘皮動物門1種。軟體動物占總樣品種類的43.5%，環(huán)節(jié)動物次之，占20.5%，節(jié)肢動物占18.0%。由此可見，軟體動物、環(huán)節(jié)動物和節(jié)肢動物是人工魚礁模板附著生物的重要種類組成。各模板附著生物種類以12號出現(xiàn)最多（23種），4號和6號次之（16種），1號模板最少（2種）（表2）。

表1 圓洲島人工魚礁模板規(guī)格及表面處理方案

模板編號材料長×寬×高

cm×cm×cm表面處理數(shù)量

個

1鋼筋混凝土板40×30×5未處理，表面粗糙3

2鋼筋混凝土板40×30×5米字槽（深與寬1 cm）3

3鋼筋混凝土板40×30×5密布小孔（直徑1 cm）3

4鋼筋混凝土板40×30×5加貝殼，突起3

5鋼筋混凝土板40×30×5不規(guī)則表面3

6鋼筋混凝土板40×30×56大孔（直徑5 cm）3

7鋼筋混凝土板40×30×5繩網(wǎng)槽（深與寬1cm）3

8鋼筋混凝土板40×30×5條帶槽（深與寬1 cm，間隔2 cm）3

9鋼筋混凝土板40×30×5條帶槽（深與寬1 cm，間隔10 cm）3

10鋼筋混凝土板40×30×5條帶槽（深與寬1 cm，間隔6 cm）3

11鋼筋混凝土板40×30×5條帶槽（深與寬1 cm，間隔1 cm）3

12鋼筋混凝土板40×30×5條帶槽（深與寬1 cm，間隔4 cm）3

13煤渣磚-未經(jīng)處理，表面粗糙3

14紅磚24.2×11.5×5.3未經(jīng)處理，表面粗糙3

15花崗巖板40×30×5未經(jīng)處理3

16石塊-未經(jīng)處理，表面粗糙3

表2 不同表面處理的人工魚礁模板附著生物種類分布

類別種類模板編號

12345678910111213141516

綠藻門

Chlorophyta石莼 Ulva lactuca+

紅藻門

Rhodophyta日本凋毛藻 G.japonica Okam++++

齒紋蜒螺 Nerita yoldiRécluz+++

漁舟蜒螺 Nerita albicilla+

粗糙濱螺 Littorina scabra（Linnaeus）++

嫁蟲咸 Cellana toreumaReeve+++++++++++++

平軸螺 Planaxis sulcaturs（Born）++

星狀帽貝Patella stellaeformis Reeve+++++++

珠母核果螺 Drupa margariticola（Broderip）+++++

軟體動物門疣荔枝螺 Thais clavigera Kuster+++++++

Mollusca翡翠貽貝 Perna viridis （Linnaeus）+++++

海月 Placuna placenta （Linnaeus）+

黑蕎麥蛤 Vignadula atrata （Lischke）+++++++++++++

黑緣牡蠣 Ostrea nigromarginata++++++++++++++

凸殼肌蛤 Musculus senhousia+

咬齒牡蠣 Ostrea mordax++++

棕蚶 Barbatia fusca++

船蛆 Teredo navalis++

日本花棘石鱉 Liolophura japonica+++

紅斑斗蟹 Liagore rubromaculata++

裸盲蟹 Typhlocarcinus nudus+

節(jié)肢動物門小相手蟹 Nanosesarma minutum++++++++++

Arthropoda鱗笠藤壺 Tetraclita squamosa++++++++++

紋藤壺 Amphibalanus amphitrite+++

巨型深水虱 Bathyonmus giganteus+

環(huán)節(jié)動物門獨齒圍沙蠶 Perinereis cultrifera++++

Annelida中華內(nèi)卷齒蠶 Ogenus Nephtys++++

雙齒圍沙蠶 Nereis succinea++++

多齒圍沙蠶 Perinereis nuntia

旋鰓蟲 Spirobranchus giganteus+

奇異稚齒蟲 Paraprionospiopinnata++++

巖蟲 Marphysa sanguinea++++

異足索沙蠶 Lumbriconereis heleropoda+++

背裂蟲 Opisthosyllis brunnea++++

腔腸動物門縱條磯海葵Haliplanella luciae（Verrill）+++

Coelenterata羽狀葵樹?？?Actinodendron plumosum++

星蟲動物門裸體方格星蟲 Sipunculus nudus Linnaeus+

Sipuncula厥目革囊星蟲 Phascolosoma scolops Selenka+

棘皮動物門真蛇尾 Ophiura sp.+

Echinodermata

2.2 優(yōu)勢種及優(yōu)勢度

擬定Y≥0.02和0.02>Y≥0.006分別作為群落優(yōu)勢種和重要種類判定指標。若附著生物種類的優(yōu)勢度Y≥0.02時，則為優(yōu)勢種;若優(yōu)勢度0.02>Y≥0.006，則為常見種。從表3可以看出，在所有人工魚礁模板附著生物中黑緣牡蠣（Ostrea nigromarginata）占據(jù)了絕對的優(yōu)勢地位，黑蕎麥蛤（Vignadula atrata，Lischke）、鱗笠藤壺（Tetraclita squamosa）也是明顯的優(yōu)勢種，而嫁蟲咸（Cellana toreumaReeve）則只在14號板材的附著生物中作為優(yōu)勢種出現(xiàn)。黑蕎麥蛤、鱗笠藤壺、嫁蟲咸作為常見種出現(xiàn)于多種人工魚礁模板，小相手蟹（Nanosesarma minutum）則僅是15號模板的常見種。

43卷3期 ? ? ? ? ? ? ?王蓮蓮等 圓洲島近岸不同表面處理的魚礁模板附著生物群落特征

2.3 生物量和棲息密度

人工魚礁模板投入到海區(qū)2年后，由于模板的材質(zhì)和表面處理不同，附著生物的棲息密度和生物量也不同。從圖1可以看出，4號模板附著生物的生物量顯著高于其他表面處理的模板，達到11 640.34 g/m²，6號模板次之，為62 66.67 g/m²;6號模板的附著生物棲息密度最大，為5 066.67 ind/m²，2號板材和4號板材的附著生物棲息密度相對較高，分別為3 733.33和4 000.00 ind/m²。除4號和6號模板外，12號、9號、8號、2號和3號模板均具有較高的附著生物生物量值;2號、9號、8號和12號模板亦具有較高的附著生物棲息密度。

表3 不同表面處理的人工魚礁模板附著生物優(yōu)勢種及其優(yōu)勢度

模板

編號黑緣

牡蠣黑蕎

麥蛤鱗笠

藤壺嫁蟲咸小相

手蟹

10.022 4*-0.166 2*--

20.194 1*0.031 3*---

30.021 8*0.016 30.019 5--

40.209 4*0.011 8---

50.127 9*0.010 00.075 2*--

60.212 1*0.013 60.006 9--

70.058 9*-0.101 5*0.011 0-

80.268 6*0.015 7---

90.322 4*0.009 8---

100.020 4*0.016 60.063 8*0.019 0-

110.098 5*0.026 8*0.010 5--

120.033 4*----

130.032 5*0.013 2 -0.009 4-

140.042 6*-0.051 0*0.023 2*-

150.179 1*0.305 0*0.008 8-0.010 9

160.213 2*0.011 6-0.010 0-

注：*表示優(yōu)勢度Y>0.02，為群落優(yōu)勢種。

圖1 不同表面處理的人工魚礁模板生物附著效果

2.4 群落生態(tài)特征

人工魚礁模板投放后，有大量的生物附著生長。模板上附著生物的物種多樣性指數(shù)為0.29～4.09，平均值為2.26;物種多樣性指數(shù)最高值出現(xiàn)在9號模板上，10號模板次之，為3.22，最低值出現(xiàn)在1號和13號模板，分別為0.29和1.54。均勻度指數(shù)為0.29～0.90，平均值為0.74;最高值和最低值也是分別出現(xiàn)在9號模板和1號模板（圖2）。

3 討論

3.1 種類與優(yōu)勢種 此次調(diào)查共鑒定出39種生物，分別屬于藻類、軟體動物門、節(jié)肢動物門、環(huán)節(jié)動物門、腔腸動物門、棘皮動物門和星蟲動物門，大多數(shù)屬于熱帶-亞熱帶暖水性常見種，軟體動物和環(huán)節(jié)動物占據(jù)附著生物的大部分種類。黑緣牡蠣具有附著生物優(yōu)勢種的絕對地位，黑蕎麥蛤、鱗笠藤壺是明顯的優(yōu)勢種，而嫁磩只在未經(jīng)處理的紅磚上作為附著生物優(yōu)勢種之一。不同表面處理的人工魚礁模板附著生物種類組成有差異，間隔4 cm的條帶槽鋼筋混凝土模板附著生物種類最多，添加貝殼突起的模板和設(shè)有6大孔的鋼筋混凝土模板種類次之，而未經(jīng)過處理鋼筋混凝土模板附著生物種類最少。

人工魚礁模板投放后，經(jīng)過2年的時間大量生物附著生長，為多種海洋生物提供餌料。附著生物多為濾食性生物，通過濾食海水中的浮游生物生長繁殖^[6]。浮游生物的動態(tài)變化影響魚類和無脊椎動物的種群生物量^[7]。杜飛雁等對大亞灣浮游動物種類組成和優(yōu)勢種進行研究，結(jié)果表明大亞灣海域浮游動物群落的組成基本穩(wěn)定，但優(yōu)勢種組成趨于簡單、單一種優(yōu)勢地位明顯提高^[8]，使附著生物種類的多樣性下降，優(yōu)勢種生物較少。附著生物的種類組成具有明顯的季節(jié)性變化，優(yōu)勢種也會出現(xiàn)更替現(xiàn)象^[9]。

圖2 不同表面處理的人工魚礁模板附著生物群落特征

淺海地帶底質(zhì)多變，多數(shù)生物選擇狹窄的巖縫和巖石底部棲息避敵^[10]。附著生物種類繁多，生態(tài)習(xí)性差異顯著，對不同鋼筋混凝土模板的選擇存在差異。間隔4 cm的條帶槽、添加貝殼突起和設(shè)有6大孔的鋼筋混凝土模板能夠為附著生物提供充分的附著表面及避敵場所，附著生物種類較多;未經(jīng)處理的鋼筋混凝土模板結(jié)構(gòu)簡單，遮陰效果較差，附著生物種類較少。

3.2 生物附著效果

附著生物作為魚、蝦、蟹等漁業(yè)重要經(jīng)濟種類的餌料生物，具有增加投礁海區(qū)的次級生產(chǎn)力，加速有機物的積累和循環(huán)，促進漁業(yè)生產(chǎn)等多項生態(tài)功能^[11]。該試驗中人工魚礁模板附著生物的生物量最大值出現(xiàn)在添加貝殼的鋼筋混凝土模板，生物棲息密度最大值出現(xiàn)在設(shè)有6大孔的鋼筋混凝土模板，其他鋼筋混凝土模板也具有較高的附著生物生物量和較大的棲息密度?？偠灾砻娼?jīng)過處理的混凝土模塊具有較好的生物附著效果，表現(xiàn)出較好的餌料效應(yīng);由于石塊和煤渣磚雖然未經(jīng)過表面處理，但其自身具有一定的粗糙度，生物附著效果也較好;紅磚、花崗巖板和未經(jīng)過表面處理的鋼筋混凝土模板的附著生物生物量及豐度都很低。大亞灣潮間帶生物全年平均生物量為1 954.26 g/m²，平均棲息密度為1 003.77 ind/ m^2[12]，圓洲島人工魚礁模板平均生物量為3 404.00 g/m²，平均豐度為1 912.5 1ind/ m²，均高于大亞灣潮間帶生物全年平均值。

鋼筋混凝土人工魚礁經(jīng)過表面處理后，會增加其表面積，增大表面粗糙度，有利于生物附著生長。貝殼是一種天然海洋產(chǎn)物，表面具有蜂窩狀、柱狀、管殼狀、片狀、脈狀等多種微觀結(jié)構(gòu)^[13]。不同種類的貝殼具有不同的表面微觀結(jié)構(gòu)，因此貝殼的比表面積和孔隙率都非常大。貝殼附在人工魚礁表面，使礁體的表面積顯著增大。貝殼是天然生物材料，能夠增加人工魚礁的的生物親和性，縮短人工魚礁發(fā)揮生態(tài)效應(yīng)的周期。人工魚礁可以為海洋生物提供很好的棲息、避敵場所。張俊波等通過刺參對礁體形狀選擇的實驗，發(fā)現(xiàn)空隙大小和陰影處光亮是影響刺參選擇礁體的重要因素，并且刺參對礁體形狀的選擇優(yōu)于對礁體材料的選擇^[14]。管敏等^[15]研究表明附著基的遮陰效果是影響刺參聚集效果的重要因素。人工魚礁表面孔隙的設(shè)計，為海洋生物提供了很好的棲息、避敵場所，此次采樣過程中也發(fā)現(xiàn)日本花棘石鱉等多種生物鉆入孔隙中附著生長。

3.3 群落生態(tài)特征 此次調(diào)查附著生物群落的多樣性指數(shù)和均勻度的變化范圍分別為0.29～4.09和0.29～0.90，平均值分別為2.26和0.74，屬于中等水平。與人工魚礁模板附著生物的生物量和生物棲息密度變化趨勢不吻合的是，經(jīng)過表面處理的鋼筋混凝土模板的多樣性指數(shù)和均勻度相對較低，而未經(jīng)處理的鋼筋混凝土模板、煤渣磚、紅磚、花崗巖板等在均勻度上比經(jīng)處理的鋼筋混凝土模板要高一些。

人工魚礁附著生物穩(wěn)定群落形成要經(jīng)歷初期階段（微生物載膜階段）、中期階段（發(fā)展階段）和穩(wěn)定階段^[16-17]3個階段。附著生物群落演替過程中改變了礁體表面空間結(jié)構(gòu)，使人工魚礁空間異質(zhì)性提高^[18]，形成諸多小生境，進一步影響附著生物的群落特征。該試驗人工魚礁模板隨機投放在近岸的潮間帶位置，模板上附著生物經(jīng)過2年的生長變化，生物量指數(shù)和豐度指數(shù)與其生態(tài)指數(shù)的變化沒有呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，出現(xiàn)上述情況可能是因為：①附著生物優(yōu)先在經(jīng)過表面處理的鋼筋混凝土模板生長，相對于未經(jīng)表面處理的魚礁模板，經(jīng)過表面處理的鋼筋混凝土模板可能會較早的發(fā)生群落演替形成穩(wěn)定群落^[19];②附著生物之間存在著激烈的種間競爭，較大個體生物將人工魚礁模板表面空間占據(jù)，導(dǎo)致模板上附著生物出現(xiàn)個體大、種類少的現(xiàn)象;③人工魚礁投放海區(qū)基底的性質(zhì)^[20]以及氣溫、水溫、鹽度、光照、潮汐、海浪這些環(huán)境因子的變化也會對附著生物種類組成和豐度產(chǎn)生重要影響^[21-22]。