長?？h筏養(yǎng)區(qū)表層沉積物與蝦夷扇貝大規(guī)模死亡相關(guān)性分析

于佐安+王笑月+李大成+付成東+張明+劉項(xiàng)峰

摘 要：2006-2009年，在長?？h大長山島和廣鹿島兩個(gè)蝦夷扇貝浮筏養(yǎng)殖海區(qū)采集4個(gè)批次沉積物樣品，檢測重金屬、有機(jī)質(zhì)、硫化物、石油等8項(xiàng)化學(xué)指標(biāo)，分析沉積物中的弧菌數(shù)量和異養(yǎng)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)，評價(jià)筏養(yǎng)海區(qū)表層沉積物質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上，探討蝦夷扇貝筏養(yǎng)海區(qū)表層沉積物與蝦夷扇貝大規(guī)模死亡的相關(guān)性。結(jié)果表明：筏養(yǎng)海區(qū)沉積物中的重金屬（Cu、Pb、Cd、Hg、As）各項(xiàng)指標(biāo)低于《海洋沉積物質(zhì)量》（GB 18668-2002）中一類海洋沉積物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，時(shí)空分布無顯著規(guī)律；4個(gè)批次調(diào)查中，遠(yuǎn)岸水域石油含量均低于近岸，個(gè)別站位石油含量超出《海洋沉積物質(zhì)量》（GB 18668-2002）中一類海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)；有機(jī)質(zhì)和硫化物指標(biāo)低于海洋沉積物一類標(biāo)準(zhǔn)，且遠(yuǎn)岸水域有機(jī)質(zhì)含量顯著低于筏養(yǎng)海域（P<0.05），2006年各站位有機(jī)質(zhì)含量顯著高于2007年至2009年（P<0.05）。2006年筏養(yǎng)海區(qū)的異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和弧菌數(shù)量顯著高于2007至2009年（P<0.05），且近岸水域異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和弧菌數(shù)量顯著高于遠(yuǎn)岸水域（P<0.05），四個(gè)批次表層沉積物細(xì)菌群落多樣性指數(shù)均較低，2006年筏養(yǎng)海區(qū)的細(xì)菌群落生物多樣性高于2007至2009年。大規(guī)模筏養(yǎng)蝦夷扇貝對海區(qū)沉積物表層環(huán)境造成了顯著壓力，沉積物環(huán)境中相對單一的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)、高豐度弧菌存在與蝦夷扇貝大規(guī)模死亡可能具有一定的聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：筏養(yǎng)蝦夷扇貝；死亡；沉積物；細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)；弧菌

中圖分類號：

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

沉積物是集化學(xué)物質(zhì)和微生物于一體的特殊生態(tài)環(huán)境[1]。沉積物作為污染源，主要體現(xiàn)在由于沉積物與上覆水之間的交換作用，沉積物的污染為水體污染的來源之一，并通過水體擴(kuò)散危及人類生存環(huán)境，目前全球河流、水庫、湖泊、海洋沉積物污染嚴(yán)重[2]。在貝類養(yǎng)殖海區(qū)，貝類代謝產(chǎn)物的聚集能影響底質(zhì)的物理和化學(xué)環(huán)境，進(jìn)而影響底部生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力和生物多樣性[3-4]。我國沿海貝類產(chǎn)業(yè)規(guī)模龐大且養(yǎng)殖密度高，貝類自身代謝造成的污染可能對生態(tài)環(huán)境造成影響，甚至引起生態(tài)環(huán)境惡化。項(xiàng)福亭[5]等對煙臺北部貝類養(yǎng)殖區(qū)的調(diào)查結(jié)果證實(shí)，大量的生物沉積破壞了養(yǎng)殖區(qū)底質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致養(yǎng)殖區(qū)域水環(huán)境和底質(zhì)環(huán)境異常。Kaspar[6]研究發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖區(qū)貝床和間隙水的營養(yǎng)鹽濃度均高于對照區(qū)，Kautsky[7]等的測定結(jié)果證實(shí)，貝床沉積物釋放的氨、硅及磷，高于一般海區(qū)。

遼寧省長?？h自20世紀(jì)80年代引進(jìn)蝦夷扇貝以來，開展筏式養(yǎng)殖30余年，養(yǎng)殖規(guī)模最高達(dá)2.67萬hm2。然而自2007年以來，蝦夷扇貝開始連續(xù)多年大規(guī)模死亡，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和漁民收入水平。國內(nèi)許多學(xué)者對死亡原因進(jìn)行了相關(guān)研究，于佐安等[8]開展了蝦夷扇貝大規(guī)模死亡流行病學(xué)調(diào)查；滕煒鳴等[9]對蝦夷扇貝膿胞病病原進(jìn)行了分離鑒定；張明明等[10]分析了蝦夷扇貝大規(guī)模死亡原因。但筏養(yǎng)海區(qū)表層沉積物環(huán)境和蝦夷扇貝大規(guī)模死亡的相關(guān)性尚沒有相關(guān)論述。因此，本研究調(diào)查監(jiān)測了2006-2009年長海縣蝦夷扇貝筏養(yǎng)區(qū)表層沉積物環(huán)境，研究了蝦夷扇貝筏式養(yǎng)殖對海底沉積物環(huán)境的生態(tài)影響，探討其與蝦夷扇貝大規(guī)模死亡的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間和站位

2006年10月、2007年10月、2008年10月和2009年10月份，在長?？h廣鹿島多落母筏式蝦夷扇貝養(yǎng)殖海區(qū)（122°24'32.6"～122°26'05.5"E，39°11'38.7"～39°12'15.9"N）和大長山島小圈筏式蝦夷扇貝養(yǎng)殖海區(qū)（122°32'55.50"～122°34'13.26"E，39°15'10.74"N ～39°15'34.02"）進(jìn)行4個(gè)頻次表層沉積物采集。兩個(gè)養(yǎng)殖區(qū)根據(jù)離岸遠(yuǎn)近各設(shè)4個(gè)站位（圖1、圖2），C4 站和G4站沒有蝦夷扇貝浮筏養(yǎng)殖。

1.2 采樣和分析方法

1.2.1 沉積物采樣方法 用面積為0.05 m2的抓斗采泥器采集未受擾動(dòng)的表層沉積物樣品。樣品儲(chǔ)存按照GB/T 12763.3-2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》[11]的相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

1.2.2 沉積物化學(xué)指標(biāo)樣品分析 沉積物樣品經(jīng)自然風(fēng)干，除去明顯雜物，充分混合均勻后，研磨過80目尼龍篩。根據(jù)GB/T 12763.3-2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定對沉積物中重金屬、有機(jī)質(zhì)、硫化物、油類等各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行分析測定。

1.2.3 沉積物微生物樣品分析 將沉積物樣品制成10-1，10-2，10-3，10-4稀釋樣，每個(gè)樣品接種4個(gè)平板。異養(yǎng)細(xì)菌、弧菌計(jì)數(shù)采用平板計(jì)數(shù)法[11]。采用的培養(yǎng)基分別為：異養(yǎng)細(xì)菌， ZoBell 2216E固體培養(yǎng)基；弧菌，TCBS培養(yǎng)基。

1.3 細(xì)菌分離和鑒定

細(xì)菌培養(yǎng)48 h、96 h后選取菌落數(shù)在30-300 CFU的ZoBell海水2216E平板，在平板上隨機(jī)挑取菌落，每個(gè)平板分離20～30株細(xì)菌。分離菌株純化2～3次，將獲得的純培養(yǎng)接種于斜面，15%甘油封口，4℃保存。菌株按美國Oliver海洋細(xì)菌鑒定系統(tǒng)及《常見細(xì)菌系統(tǒng)鑒定手冊》[12]提供的圖式鑒定至屬。

1.4 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

1.4.1 沉積物質(zhì)量評價(jià)方法 使用單因子污染指數(shù)Cif（實(shí)測沉積物濃度與標(biāo)準(zhǔn)值的比值）和綜合污染指數(shù)Cd（各單因子污染指數(shù)Cif之和）反映沉積物各理化指標(biāo)的污染程度。單因子指數(shù)評價(jià)公式：

式中Cif為評價(jià)因子的污染指數(shù)；Cis為評價(jià)因子實(shí)測濃度值；Cin為評價(jià)因子i的評價(jià)參考值，本文以第一類《海洋沉積物質(zhì)量》[13]（適用于海水養(yǎng)殖）的標(biāo)準(zhǔn)值為參考值。多種重金屬污染物的綜合效應(yīng)通過綜合污染指數(shù)Cd（各單因子污染指數(shù)Cif之和）評價(jià)。

1.4.2 細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)多樣性評價(jià)方法 采用Shannon-Weiner指數(shù)（H′）和物種Pielou均勻度指數(shù)（J'）評價(jià)沉積物環(huán)境中細(xì)菌群落多樣性。指數(shù)公式如下：

③J'=H′/LnS其中H′為物種多樣度指數(shù)；S為種類數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 蝦夷扇貝筏養(yǎng)海區(qū)表層沉積物的重金屬、石油

2.1.1 表層沉積物重金屬、石油含量的時(shí)空分布和質(zhì)量評價(jià) 兩個(gè)蝦夷扇貝筏養(yǎng)海區(qū)沉積物表層4個(gè)批次重金屬和石油含量如表1所示，各項(xiàng)重金屬含量無時(shí)間規(guī)律，近岸站位和遠(yuǎn)岸站位也無顯著規(guī)律。石油含量在2006年、2008年和2009年的調(diào)查批次中都有超標(biāo)站位，高值區(qū)出現(xiàn)在C2（2006年689×10-6）、G2（2008年551×10-6）和G1（2009年686×10-6）。經(jīng)過方差分析，大長山島近岸站位（C1、C2、C3）和廣鹿島近岸站位（G1、G2、G3）石油（oil）含量均高于兩個(gè)島嶼的遠(yuǎn)岸站位（C4、G4）（P<0.05）。

2006年10月、2007年10月、2008年10月和2009年10月連續(xù)四次對大長山島和廣鹿島兩個(gè)蝦夷扇貝筏養(yǎng)海區(qū)沉積物重金屬和石油含量進(jìn)行取樣測定（表2），對海水表層沉積物重金屬和石油進(jìn)行評價(jià)。結(jié)果表明，4個(gè) 批次樣品中，大長山島和廣鹿島兩個(gè)筏式養(yǎng)殖貝類養(yǎng)殖區(qū)海水中的Cu、Pb、Cd、Hg、As均符合海洋沉積物質(zhì)量第一類標(biāo)準(zhǔn)，但石油含量除2007年以外，剩余三個(gè)批次中均有個(gè)別站位石油含量超標(biāo)。

2.1.2 表層沉積物有機(jī)質(zhì)、硫化物含量時(shí)空分布和質(zhì)量評價(jià) 兩個(gè)蝦夷扇貝筏養(yǎng)海區(qū)表層4個(gè)批次沉積物有機(jī)質(zhì)和硫化物含量如表3所示，時(shí)間分布上2006年有機(jī)質(zhì)平均含量顯著高于其余三個(gè)批次（P<0.05）；空間分布4個(gè)批次調(diào)查中遠(yuǎn)岸站位（G4，C4）有機(jī)質(zhì)含量均低于近岸站位（P<0.05）；有機(jī)質(zhì)含量最高值出現(xiàn)在2006年G2站位（1.38×10-6），硫化物含量最高值出現(xiàn)在2009年C1站位（158.5×10-6）；各站位有機(jī)質(zhì)含量和硫化物含量均沒有超過海洋沉積物質(zhì)量第一類標(biāo)準(zhǔn)。

對兩個(gè)海區(qū)4個(gè)批次表層沉積物的有機(jī)質(zhì)和硫化物含量進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)如表4所示，2006年-2009年，海底表層沉積物有機(jī)質(zhì)污染程度要高于硫化物（P<0.05），長期浮筏蝦夷扇貝養(yǎng)殖可能與此相關(guān)。

2.2 表層沉積物細(xì)菌數(shù)量分布

對4個(gè)批次表層沉積物中異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和弧菌數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表5所示，2006年筏養(yǎng)海區(qū)表層沉積物，的異養(yǎng)細(xì)菌平均數(shù)量和弧菌平均數(shù)量顯著高于2007至2009年（P<0.05），水平分布上異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和弧菌數(shù)量近岸水域（C1/G1、C2/G2、C3/G3）顯著高于遠(yuǎn)岸水域（C4/G4）（P<0.05）。

2.3 表層沉積物異養(yǎng)細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)

對4個(gè)批次表層沉積物中的異養(yǎng)細(xì)菌進(jìn)行鑒定，2006年10月調(diào)查批次分離菌株44株，歸屬于9個(gè)屬；2007年10月調(diào)查批次分離菌株35株，歸屬于7個(gè)屬；2008年10月調(diào)查批次分離菌株31株，歸屬于6個(gè)屬；2009年10月調(diào)查批次分離菌株17株，歸屬于6個(gè)屬。四個(gè)批次調(diào)查中弧菌屬（Vibrio）均為優(yōu)勢菌屬。異養(yǎng)細(xì)菌菌屬組成及多樣性見表6，2006年批次表層沉積物中細(xì)菌多樣性最低。

3 討論

3.1 蝦夷扇貝大規(guī)模筏式養(yǎng)殖對表層沉積物重金屬的影響及其與扇貝死亡之間的聯(lián)系

李玉等對連云港近岸海域沉積物中重金屬污染來源進(jìn)行分析，認(rèn)為工業(yè)和生活污水排放、農(nóng)業(yè)灌溉水排放以及有機(jī)質(zhì)降解是重金屬三個(gè)主要來源[15]。柴小平等對杭州灣及鄰近海域表層沉積物重金屬的分布、來源進(jìn)行了分析，認(rèn)為陸源碎屑顆粒的輸送對研究區(qū)域表層沉積物中重金屬的組成和分布具有決定性的意義[16]。因此，蝦夷扇貝大規(guī)模筏式養(yǎng)殖對本海域內(nèi)重金屬分布和含量不起決定作用，近岸、中岸和遠(yuǎn)岸的重金屬?zèng)]有規(guī)律性分布也從側(cè)面說明筏式養(yǎng)殖和重金屬含量以及分布相關(guān)性不大。同時(shí)長?？h大長山島和廣鹿島均為離岸較遠(yuǎn)島嶼，陸源污染相對較少，重金屬污染水平較低，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家一類海洋沉積物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，單項(xiàng)污染指數(shù)都不高，因此和蝦夷扇貝大規(guī)模死亡可能沒有相關(guān)性。

3.2 蝦夷扇貝大規(guī)模筏式養(yǎng)殖對表層沉積物石油的影響及其與扇貝死亡之間的聯(lián)系

石油烴具有疏水性，海水中的石油烴吸附在懸浮物上隨潮流遷移，最終沉淀在海底和潮間帶的沉積物上[17]。因此，沉積物被認(rèn)為是石油烴的環(huán)境歸宿，發(fā)揮了“匯”的作用[18]。而長?？h海區(qū)表層沉積物石油的來源主要來自筏式養(yǎng)殖所用漁船的燃油泄漏。由于蝦夷扇貝扇貝筏式養(yǎng)殖規(guī)模逐步擴(kuò)增，海區(qū)所需漁船數(shù)量也越來越多，而海區(qū)大規(guī)模筏式養(yǎng)殖同時(shí)妨礙了水流的運(yùn)動(dòng)，使泄漏的燃油不能快速擴(kuò)散。因此養(yǎng)殖生產(chǎn)活動(dòng)中輕微的燃油泄漏隨時(shí)間積累和漁船數(shù)量的增加最終對海底沉積物環(huán)境造成了影響。而離岸較遠(yuǎn)海區(qū)由于養(yǎng)殖較少，海流通暢，因此四個(gè)批次調(diào)查中遠(yuǎn)岸水域表層沉積物石油含量均低于近岸石油含量。雖然通過對表層沉積物的石油進(jìn)行質(zhì)量評價(jià)，只有個(gè)別站位超出國家一類沉積物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但養(yǎng)殖活動(dòng)用船過程中燃油泄漏對海區(qū)環(huán)境的影響需要引起注意，而表層沉積物中石油對環(huán)境的改變，對細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響也不容忽視。2007年風(fēng)暴潮讓海底表層沉積物重新進(jìn)入海水變成懸浮物質(zhì)，附著石油烴的懸浮物被扇貝濾食，可能對扇貝自身健康造成一定影響，和蝦夷扇貝大規(guī)模死亡可能具有一定相關(guān)性。

3.3 蝦夷扇貝大規(guī)模筏式養(yǎng)殖對表層沉積物有機(jī)質(zhì)、硫化物的影響及其與扇貝死亡之間的聯(lián)系

水體沉積物中硫循環(huán)研究結(jié)果表明[19-20]，在低氧化還原電位條件下，沉積物中有機(jī)質(zhì)、硫酸鹽、氧化鐵和二價(jià)金屬離子在硫酸鹽還原菌（SRB）的參與下可發(fā)生反應(yīng)生成硫化物。養(yǎng)殖區(qū)含有豐富有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)降解在消耗大量溶解氧的同時(shí)使氧化還原電位（Eh）降低，此時(shí)硫酸鹽還原菌更易將硫酸鹽還原生成硫離子，從而在底質(zhì)形成大量硫化物沉積[21]。因此硫化物沉積和養(yǎng)殖區(qū)大量有機(jī)質(zhì)密切相關(guān)。長?？h海區(qū)大規(guī)模筏式養(yǎng)殖蝦夷扇貝的代謝產(chǎn)物，由于海水流動(dòng)性不強(qiáng)累積沉積至海底表層，構(gòu)成海區(qū)表層沉積物有機(jī)質(zhì)的主要部分。而大量有機(jī)質(zhì)沉積同時(shí)導(dǎo)致硫化物生成并沉積。因此，蝦夷扇貝大規(guī)模筏式養(yǎng)殖對表層沉積物有機(jī)質(zhì)和硫化物的分布和數(shù)量有著舉足輕重的作用。四個(gè)批次調(diào)查中，遠(yuǎn)岸海水表層沉積物有機(jī)質(zhì)的含量低于近岸也說明筏式大規(guī)模養(yǎng)殖對海底表層沉積物環(huán)境造成了一定影響。雖然有機(jī)質(zhì)和硫化物含量沒有超過國家一類沉積物評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對目前扇貝大規(guī)模死亡沒有直接相關(guān)性，但表層沉積物中有機(jī)質(zhì)大量累積為病原菌的滋生繁殖提供條件，可能會(huì)造成病害頻發(fā)，水生動(dòng)物大量死亡[22]。

3.4 蝦夷扇貝大規(guī)模筏式養(yǎng)殖對表層沉積物異養(yǎng)細(xì)菌豐度和群落結(jié)構(gòu)的影響及其與扇貝死亡之間的聯(lián)系

養(yǎng)殖活動(dòng)影響了沉積物中微生物多樣性，影響了微生物群落的組成和分布，進(jìn)而擾亂了微生物的生態(tài)功能[23]。Caruso等發(fā)現(xiàn)地中海區(qū)域的漁場在存在前后，水體中異養(yǎng)細(xì)菌密度變化不大，而沉積物中異養(yǎng)細(xì)菌的密度則顯著增加[24]；近海網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動(dòng)使象山港沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，多樣性和均勻度也顯著降低，致使近海沉積物細(xì)菌群落由多樣性高的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)向多樣性降低的不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變[25]。長?？h大長山島和廣鹿島8個(gè)站位四個(gè)批次調(diào)查中同樣表明表層沉積物細(xì)菌群落多樣性指數(shù)都較低，弧菌為表層沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)中的主要優(yōu)勢菌。水平分布上異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量和弧菌數(shù)量近岸水域同樣顯著高于遠(yuǎn)岸水域。蝦夷扇貝大規(guī)模筏式養(yǎng)殖明顯改變了海底表層沉積物的異養(yǎng)細(xì)菌豐度和群落結(jié)構(gòu)，而弧菌成為優(yōu)勢菌更加劇了扇貝患病的幾率，可能與筏養(yǎng)蝦夷扇貝大規(guī)模死亡密切相關(guān)。2006年筏養(yǎng)海區(qū)的表層沉積物中異養(yǎng)細(xì)菌平均數(shù)量和弧菌平均數(shù)量顯著高于2007至2009年，其細(xì)菌多樣性也最低。這很可能與2007年風(fēng)暴潮有關(guān)，由于近岸養(yǎng)殖水層較淺，強(qiáng)風(fēng)將表層沉積物和海水混合，大量細(xì)菌進(jìn)入表層海水，使2007年以后海水表層沉積物中的異養(yǎng)細(xì)菌的豐度降低，沉積物環(huán)境被動(dòng)改變反而增加細(xì)菌多樣性。但進(jìn)入海水中的大量弧菌增加了蝦夷扇貝患病的危險(xiǎn)。

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（收稿日期： 2016-09-02）