興化灣污損生物群落結(jié)構(gòu)及其時空格局

吳加文，李 眾，林和山，劉 坤，黃雅琴，

林俊輝2，何雪寶2，牟劍鋒2，張舒怡2，馬 麗2，王建軍2

(1.長江三峽集團(tuán)福建能源投資有限公司，福建 福州 350003; 2.自然資源部第三海洋研究所海洋生物與生態(tài)實(shí)驗(yàn)室，福建 廈門 361005)

海洋污損生物對海洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)的影響早已引起人們的廣泛關(guān)注，隨著人類加快開發(fā)利用海洋資源的腳步，近岸海域各類人工設(shè)施的生物污損問題也必然引起人們的重視。近年來，許多研究對船舶[1]、浮標(biāo)[2]、油氣鉆井平臺[3-4]、養(yǎng)殖網(wǎng)箱[5-6]和其他人工設(shè)施[7]的生物污損問題進(jìn)行了多方位和深入的分析，主要涉及物種組成、附著機(jī)理、防除技術(shù)、污損生態(tài)效應(yīng)及外來物種等方面[8-12]。

興化灣位于福建省沿海中段，在莆田市和福清市境內(nèi)，海灣略呈長方形，由西北向東南展布。興化灣是個淤積型的基巖海灣，灣頂有木蘭溪等河流注入，灣口朝向東南，出南日群島經(jīng)興化水道和南日水道與臺灣海峽相通。興化灣的年平均氣溫約為20.2℃，年平均降水量約為1 300 mm。近年來，該海灣的海洋經(jīng)濟(jì)開發(fā)日漸規(guī)模，港口、碼頭、大型海洋風(fēng)電場等海洋工程建設(shè)如火如荼。因此，本研究利用模擬掛板試驗(yàn)，及時了解興化灣污損生物的群落結(jié)構(gòu)及其季節(jié)更替，掌握亞熱帶海灣污損生物的附著特征，可為海洋工程設(shè)計、施工以及污損生物防除提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

于2017年6月至2018年5月在興化灣口東北面(福清牛頭尾，25.3583°N，119.4816°E，圖1)進(jìn)行污損生物周年掛板試驗(yàn)，水深約為9 m，采用160 mm×160 mm×20 mm (厚度) 的混凝土試板，試板分左右兩面，分A、B兩個平行組掛放。季板、半年板和周年板的收放周期分別按每季、每半年和一周年進(jìn)行。每組試板均分成表層和底層兩層掛放，試板面與海面垂直，表層試板上沿與水面齊平，底層試板置于水深5 m。全年共回收試板28塊，回收率100%。標(biāo)本處理及室內(nèi)分析和資料整理均按《海洋調(diào)查規(guī)范》[13]要求進(jìn)行。

圖1 興化灣污損生物掛板試驗(yàn)點(diǎn)Fig.1 Location of biofouling investigation in Xinghua Bay

采用相對重要性指數(shù)(IRI)進(jìn)行群落優(yōu)勢種分析，公式如下：

IRI=(W+N)·F×104

(1)

式(1)中：W為某一種類的濕重占總濕重的百分比，N為某一種類的豐度占總豐度的百分比，F(xiàn)為該種類的出現(xiàn)頻率。

采用Primer 6.0進(jìn)行群落結(jié)構(gòu)和Bray-Curtis相似性分析，圖表繪制使用ArcGIS 10.3。

2 結(jié)果與討論

2.1 種類組成及優(yōu)勢種

經(jīng)過1a的掛板試驗(yàn)，共回收水泥試板28塊，其中季板16塊，半年板8塊，周年板4塊。共記錄大型污損生物12門94種，其中節(jié)肢動物32種、環(huán)節(jié)動物27種、軟體動物12種，三者構(gòu)成該海域污損生物的主要優(yōu)勢類群；另外還有藻類8種、刺胞動物6種、扁形動物1種、紐形動物1種、苔蘚動物2種、棘皮動物3種和脊索動物2種。

綜合出現(xiàn)頻率、附著密度和濕重，網(wǎng)紋藤壺(Amphibalanusreticulatus)在該海域污損生物群落中處于絕對優(yōu)勢地位，其IRI值可高達(dá)10 305；其它優(yōu)勢種還有藻類剛毛藻(Cladophorasp.)、叉節(jié)藻(Amphiroasp.)，刺胞動物中胚花筒螅(Ectopleuracrocea)、雙列筆螅(Pennariadisticha)，環(huán)節(jié)動物細(xì)毛背鱗蟲(Lepidonotustenuisetosus)，軟體動物門翡翠貽貝(Pernaviridis)、福建牡蠣(Magallanaangulata)，節(jié)肢動物三角藤壺(Balanustrigonus)、加爾板鉤蝦(Stenothoegallensis)、長鰓麥桿蟲(Caprellaequilibra)、角突麥桿蟲(Caprellascaura)，苔蘚動物大室別藻苔蟲(Biflustragrandicella)，脊索動物史氏菊海鞘(Botryllusschlosseri)等(表1)。

表1 興化灣污損生物的主要優(yōu)勢種Tab.1 Dominant species of biofouling in Xinghua Bay

續(xù)表1

2.2 表層附著量

表層污損生物的附著厚度、覆蓋面積、附著密度、附著濕重及其百分組成數(shù)據(jù)詳見表2。

2.2.1 附著厚度 季板中，春季和夏季的附著厚度為最高，分別為53±25 mm和44±56 mm，秋季最低，平均為8±1 mm；上半年的附著厚度(44±20 mm)高于下半年(17±4 mm)；周年板的平均附著厚度為27±8 mm。

2.2.2 覆蓋面積 季板中，僅夏季的覆蓋面積達(dá)到100%，冬季的平均覆蓋面積為最低(27%±9%)；下半年的覆蓋面積(98%±2%)高于上半年(67%±23%)；周年板的覆蓋面積達(dá)100%。

2.2.3 附著密度 季板中，夏季的平均附著密度明顯地高于其他季節(jié)，可達(dá)25 975±3 287 ind./m2，春、秋、冬季間的差異不大；下半年的附著密度(5 825±533 ind./m2)高于上半年(500±178 ind./m2)；周年板的附著密度高達(dá)5 300±2 726 ind./m2。

2.2.4 附著濕重 季板中，夏季的附著濕重明顯高于其他季節(jié)，可達(dá)8 825.0±868.3 g/m2，冬季的附著濕重最低，為36.3±18.8 g/m2；下半年的附著濕重(2 284.0±36.2 g/m2)明顯高于上半年(129.0±27.5 g/m2)；周年板的附著濕重為785.2±516.0 g/m2；藻類、節(jié)肢動物和刺胞動物為最主要的濕重貢獻(xiàn)類群。

表2 興化灣表層污損生物的數(shù)量組成Tab.2 Composition and distribution of biofouling abundance on the top test plates in Xinghua Bay

2.3 底層附著量

底層污損生物的附著厚度、覆蓋面積、附著密度、附著濕重及其百分組成數(shù)據(jù)詳見表3。

2.3.1 附著厚度 季板中，春、夏、秋、冬季的平均附著厚度差異不大，介于10～20 mm之間；下半年(22±3 mm)的附著厚度略高于上半年(12±3 mm)；周年板的平均附著厚度高達(dá)32±4 mm。

2.3.2 覆蓋面積 季板中，夏、秋兩季的覆蓋面積達(dá)100%，冬季的覆蓋面積最低，為23%±6%；下半年的覆蓋面積(100%±0%)高于上半年(86%±6%)；周年板的覆蓋面積達(dá)100%。

2.3.3 附著密度 季板中，夏季的附著密度為最高，可達(dá)24 375±4 626 ind./m2，其次是秋季，其附著密度為10 050±4 390 ind./m2，冬季為最低，僅有138±48 ind./m2；下半年的附著密度(5 450±2 308 ind./m2)高于上半年(2 225±563 ind./m2)；周年板的附著密度為21 413±3 621 ind./m2。

2.3.4 附著濕重 季板中，夏季的附著濕重明顯高于其他季節(jié)，可達(dá)8 742.1±992.2 g/m2，其余季節(jié)差異不大；下半年的附著濕重(1 849.3±769.5 g/m2)明顯高于上半年(72.1±26.7 g/m2)；周年板的附著濕重為1 064.3±446.6 g/m2；節(jié)肢動物、刺胞動物和苔蘚動物為最主要的濕重貢獻(xiàn)類群。

表3 興化灣底層污損生物的數(shù)量組成Tab.3 Composition and distribution of biofouling abundance on the bottom test plates in Xinghua Bay

2.4 群落的季節(jié)變化

興化灣污損生物群落主要種的附著季節(jié)詳見圖2。依據(jù)Bray-curtis Similarity聚類分析(圖3)，可將該海域污損生物劃分為以下5種群落類型：群落I：剛毛藻-中胚花筒螅-施氏玻璃鉤蝦-大室別藻苔蟲群落；群落II：江蘺-中胚花筒螅-長鰓麥桿蟲群落；群落III：雙列筆螅-盤管蟲-細(xì)毛背鱗蟲-福建牡蠣-三角藤壺-大室別藻苔蟲群落；群落IV：愛氏?？?福建牡蠣-翡翠貽貝-網(wǎng)紋紋藤壺-史氏菊海鞘-紅賀海鞘群落；群落V：花石莼-中胚花筒螅-側(cè)花?？?福建牡蠣-網(wǎng)紋藤壺-大室別藻苔蟲群落。

圖2 興化灣污損生物群落主要種的附著季節(jié)Fig.2 Settlement stages of the dominant fouling species in Xinghua Bay

圖3 興化灣污損生物群落Bray-Curtis相似性聚類Fig.3 Bray-Curtis similarity of the fouling communities in Xinghua Bay

2.5 討論

在所鑒定的12門94種污損生物中，節(jié)肢動物、環(huán)節(jié)動物和軟體動物為最主要的優(yōu)勢類群，由于主要受南日島外海水系的控制，該海域的污損生物群落組成以近岸暖水種為主。網(wǎng)紋藤壺為該近岸海域最主要的優(yōu)勢種，其主要的附著季節(jié)為夏季和秋季。其他的優(yōu)勢種還有剛毛藻、叉節(jié)藻、中胚花筒螅、雙列筆螅、翡翠貽貝、福建牡蠣、三角藤壺、大室別藻苔蟲、史氏菊海鞘等。就不同水層而言，表層的總種數(shù)略高于底層，藻類主要分布于表層；就不同季節(jié)而言，春、夏的總種數(shù)明顯高于秋、冬。

四季比較，夏季的附著強(qiáng)度明顯高于其余三季，附著厚度、覆蓋面積、附著密度和濕重分別為30.5 mm、100%、25 175 ind./m2、8 783.6 g/m2，其次是秋季和春季，冬季的附著強(qiáng)度最低。下半年的附著強(qiáng)度明顯高于上半年，周年板的平均附著厚度可達(dá)30 mm。附著強(qiáng)度的垂直分布差異并不明顯，主要區(qū)別在于表層有部分藻類附著，而底層幾乎沒有藻類分布。

與東海主要港灣污損生物的夏季底層板附著濕重比較，該海域夏季底層板的附著濕重可達(dá)8 742.1 g/m2，附著強(qiáng)度在中國港灣污損生物中屬于2級[14]，低于沙埕港、寧德近岸附近海域、東山灣、泉州灣，但高于廈門港和洋山港。這可能與不同調(diào)查海域所處地理位置和環(huán)境特點(diǎn)密切相關(guān)，沙埕港海域潮差大，潮流流速大，港內(nèi)水深且水質(zhì)良好，故生物附著量大。興化灣與寧德近岸附近海域、泉州灣、東山灣相比，海流交換和水體環(huán)境變化不大，所以附著生物量相對較少。洋山港受長江沖淡水影響大，水中泥沙含量大而鹽度小，所以附著生物量相對較少。

可將該海域污損生物劃分為以下5種群落類型：剛毛藻-中胚花筒螅-施氏玻璃鉤蝦-大室別藻苔蟲群落，該群落分布于水體表層，適宜涼爽的春季，附著密度和濕重均不大，以剛毛藻為主；江蘺-中胚花筒螅-長鰓麥桿蟲群落，該群落適宜寒冷的冬季，附著密度和濕重均不大，以中胚花筒螅為主；雙列筆螅-盤管蟲-細(xì)毛背鱗蟲-福建牡蠣-三角藤壺-大室別藻苔蟲群落，該群落分布于水體底層，適宜涼爽的春季，附著密度和濕重均不大，以雙列筆螅為主；愛氏?？?福建牡蠣-翡翠貽貝-網(wǎng)紋紋藤壺-史氏菊海鞘-紅賀海鞘群落，該群落適宜炎熱的氣候條件，種類組成豐富，附著密度和濕重均較大，以固著生活的種類為主，其中網(wǎng)紋藤壺占絕對優(yōu)勢，其平均附著密度和濕重分別可達(dá)23 394 ind./m2和8 494.4 g/m2；花石莼-中胚花筒螅-側(cè)花海葵-福建牡蠣-網(wǎng)紋藤壺-大室別藻苔蟲群落，該群落適宜涼爽的秋季，以中胚花筒螅和網(wǎng)紋藤壺為主。

固著生活類型是該海域污損生物群落的主體[15]，其利用石灰質(zhì)外殼或特殊的器官固著于基質(zhì)上，在季板、半年板和年板3種類型的掛板中都占有很高的比例，如藻類、水螅、盤管蟲、牡蠣、無柄蔓足類[14]和苔蘚蟲等，其中網(wǎng)紋藤壺在夏秋兩季的生物量占比中起主導(dǎo)地位；附著生活類型的代表主要有?？①O貝等，它們以足絲或基盤附著于基質(zhì)上，可做短距離運(yùn)動，此類生物也可成為污損生物群落的主體，其中翡翠貽貝在下半年底層板的生物量占比中起重要地位?；顒有陨铑愋鸵话銈€體不大，質(zhì)量較輕，不會成為污損群落的主體，在污損群落中僅起陪襯作用，它們的出現(xiàn)以及數(shù)量的多寡受前二類生物所左右，但其種類豐富，有時附著數(shù)量巨大，如麥桿蟲和鉤蝦等，其中長鰓麥桿蟲在冬季的表層板附著數(shù)量很大。

污損生物群落個體間因附著空間和食物競爭而存在著相互依存或互相制約的關(guān)系，又依照對環(huán)境因子的適應(yīng)性而存在著一定的時空分布規(guī)律。溫度是決定污損生物地理分布的最主要環(huán)境因素，污損生物種類的溫度屬性是不同氣候帶污損生物群落組成差異的本質(zhì)體現(xiàn)。網(wǎng)紋藤壺是廣泛分布于熱帶、亞熱帶近岸海域的暖水種，是本研究海域污損生物群落中最主要的優(yōu)勢種和代表種，該物種廣泛分布于東海和南海的近岸海域，其在中國近岸海域的地理分布北界為長江口，而越往南其附著期越長，在南海近岸全年均可附著[16]，該物種也是日本南部、泰國灣、印度和墨西哥灣沿岸的主要污損種類。另外，春季的掛板中，也有三角藤壺的附著，該物種是世界性廣分布的暖水種，適宜高鹽水域，本次掛板位置位于灣口，本灣雖有荻蘆溪、木蘭溪等淡水溪流，但徑流量不大，所以本灣的海水鹽度較高，平均鹽度約為33.0。

3 結(jié)論

該研究海域位于臺灣海峽西北部近岸，主要受外海水系控制，其污損生物群落組成以近岸暖水種為主，主要表現(xiàn)為典型的亞熱帶內(nèi)灣型群落，也有少量的高鹽種分布。全年共記錄污損生物12門94種，網(wǎng)紋藤壺是最主要的優(yōu)勢種和代表種。全年共5種群落類型：群落I：剛毛藻-中胚花筒螅-施氏玻璃鉤蝦-大室別藻苔蟲群落；群落II：江蘺-中胚花筒螅-長鰓麥桿蟲群落；群落III：雙列筆螅-盤管蟲-細(xì)毛背鱗蟲-福建牡蠣-三角藤壺-大室別藻苔蟲群落；群落IV：愛氏海葵-福建牡蠣-翡翠貽貝-網(wǎng)紋紋藤壺-史氏菊海鞘-紅賀海鞘群落；群落V：花石莼-中胚花筒螅-側(cè)花海葵-福建牡蠣-網(wǎng)紋藤壺-大室別藻苔蟲群落。夏季為污損生物的附著旺季，其次分別為秋季、春季和冬季，下半年的附著強(qiáng)度明顯高于上半年，附著強(qiáng)度的垂直分布差異并不明顯，主要區(qū)別在于表層有部分藻類附著，而底層幾乎沒有藻類分布。