中國溫帶海域新發(fā)現(xiàn)較大面積（大于50 ha）海草床: Ⅳ煙臺沿海海草分布現(xiàn)狀及生態(tài)特征

岳世棟, 徐少春, 張 玉, 喬永亮, 劉明杰, 張曉梅, 王 清, 周 毅

中國溫帶海域新發(fā)現(xiàn)較大面積（大于50 ha）海草床: Ⅳ煙臺沿海海草分布現(xiàn)狀及生態(tài)特征

岳世棟1, 2, 3, 4, 5, 6, 徐少春1, 2, 3, 4, 5, 6, 張 玉1, 2, 3, 4, 5, 6, 喬永亮7, 劉明杰1, 2, 3, 4, 5, 6, 張曉梅1, 2, 3, 4, 5, 6, 王 清8, 周 毅1, 2, 3, 4, 5, 6

(1.中國科學(xué)院海洋研究所 中國科學(xué)院海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點實驗室, 山東 青島 266071; 2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點國家實驗室 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實驗室, 山東 青島 266237; 3.中國科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心, 山東 青島 266071; 4.中國科學(xué)院海洋牧場工程實驗室, 山東 青島 266071; 5.中國科學(xué)院大學(xué), 北京 100049; 6.山東省實驗海洋生物學(xué)重點實驗室, 山東 青島 266071; 7.青島科技大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院, 山東 青島 266042; 8.中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所, 山東 煙臺 264003)

海草床是珍貴的“海底草原”, 具有十分重要的生態(tài)服務(wù)功能。20世紀(jì)90年代, 煙臺曾分布有4種海草, 尚不明確海草的分布現(xiàn)狀。本研究結(jié)合了現(xiàn)場調(diào)查、聲吶探測等手段, 查清了煙臺市萊州市至萊山區(qū)沿海海草的分布現(xiàn)狀, 發(fā)現(xiàn)了一處位于煙臺市套子灣的面積為51.90 ha的鰻草-日本鰻草混合草床, 并對鰻草、日本鰻草的生態(tài)特征進行了調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)煙臺現(xiàn)存海草僅有2種, 部分草床嚴(yán)重退化, 亟需對現(xiàn)存海草進行保護與監(jiān)測, 以遏制海草的退化速度。

鰻草; 日本鰻草; 套子灣; 聲吶; 海草床

海草, 是地球上唯一一類可生活在海洋環(huán)境中的被子植物, 是大約1億年前由陸地植物演化到適應(yīng)海洋環(huán)境的高等植物, 在植物進化上擁有重要的地位。大面積的連片海草被稱為海草床, 海草床具有極高的生產(chǎn)力, 能夠為眾多生物提供棲息地、產(chǎn)卵和庇護場所, 也是許多動物(如儒艮、海膽等)的食物來源; 能夠凈化水體、減緩水流、防風(fēng)固堤; 能夠有效地封存有機碳, 是重要的藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)[1-4]。然而, 由于全球氣候變化和人類活動干擾, 海草資源嚴(yán)重退化, 已有近三分之一的海草床消失[5], 我國是全球海草種類下降最集中的區(qū)域之一, 海草保護與修復(fù)是當(dāng)前海草研究最迫切的任務(wù)和目標(biāo)。

20世紀(jì)90年代, den Hartog和楊宗岱[6]報道了中國海草的分布信息, 在山東省煙臺市曾分布有鰻草()、叢生鰻草()、日本鰻草()和紅纖維蝦形草(), 尚不明確煙臺海草的分布現(xiàn)狀。查明當(dāng)今煙臺沿海海草空間分布和生態(tài)特征, 繪制海草分布圖譜, 能夠促進海草資源的保護與管理。隨著科技發(fā)展, 海草調(diào)查方法從簡單的現(xiàn)場采樣逐漸發(fā)展為衛(wèi)星遙感、聲吶探測、水下錄像等多技術(shù)手段。其中, 聲吶探測技術(shù)所需的時間、人力成本較低, 受外界環(huán)境條件的影響較小, 且能夠系統(tǒng)描繪海底特征, 是表征水下植被的有效工具[7-13]。

本研究基于2015—2020年的實地調(diào)查, 查清了煙臺市萊州市至萊山區(qū)沿海海草的分布現(xiàn)狀, 并且結(jié)合聲吶探測與現(xiàn)場采樣, 描述了一處位于煙臺市套子灣內(nèi)的大面積鰻草-日本鰻草混合草床的分布情況。本文系中國溫帶海域新發(fā)現(xiàn)較大面積(大于50 ha)海草床系列報道之一[14-16]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

煙臺市(36°16′N～38°23′N、119°34′E～121°57′E)位于山東半島東部, 南鄰黃海, 北瀕渤海, 海岸線長909 km, 擁有230個海島和7個天然海灣[17]。研究岸線西起萊州市朱由鎮(zhèn)葉家村, 東至萊山區(qū)海昌漁人碼頭, 岸線總長約230 km(圖1)。其中, 套子灣(37°34′45′′N, 121°12′14′′E), 灣口向北敞開呈“弧形”, 總面積184 km2, 最大水深20 m, 平均水深12 m[18]。潮汐屬正規(guī)半日潮, 最高高潮位3.67 m, 最低低潮位?0.77 m[19]。

圖1 煙臺市萊州市至萊山區(qū)沿海海草分布現(xiàn)狀及套子灣聲吶探測路線

注: a圖中餅狀圖中綠色表示鰻草, 黃色表示日本鰻草。

1.2 海草分布現(xiàn)狀調(diào)查

根據(jù)前期資料, 在2015年12月—2019年12月期間, 對研究岸線內(nèi)已記錄的海草分布站點進行重訪調(diào)查, 了解歷史草床的分布現(xiàn)狀。同時, 對研究岸線內(nèi)可能適宜海草生長的生境進行調(diào)查, 尋找新的海草分布點。在調(diào)查中, 將海草的豐富度分為五個等級: 沒有發(fā)現(xiàn)鮮活海草或碎屑; 零星海草碎屑; 大量海草碎屑; 少量鮮活海草; 大量鮮活海草。

在分布有大量鮮活海草的地點, 于海草床核心區(qū)域通過隨機取樣法借助圓柱形樣方(若海草為日本鰻草等小型海草, 則使用直徑10.5 cm, 深度12 cm樣方; 若海草為鰻草等大型海草, 則使用直徑19 cm, 深度12 cm樣方)采集7個樣方, 將海草篩洗干凈并帶回實驗室進行莖枝密度(shoots?m?2)、莖枝高度(cm)測定, 并在60 ℃下烘干后測定生物量(g DW? m?2)。

1.3 環(huán)境因子調(diào)查

在分布有大量鮮活海草的地點, 現(xiàn)場使用YSI-EXO多參數(shù)水質(zhì)分析儀(美國YSI公司)測定采樣地點表層水的水溫、鹽度、溶解氧含量、濁度和pH, 同時借助圓柱形樣方(直徑10.5 cm, 深度12 cm)隨機采集4個沉積物樣品, 并在實驗室內(nèi)使用篩析法(將預(yù)處理的沉積物顆粒樣品通過多個孔徑不同的標(biāo)準(zhǔn)篩, 對不同粒徑范圍的顆粒進行稱重和計算, 獲得沉積物的粒徑分布)進行粒徑分析。

1.4 重點草床聲吶探測

根據(jù)普查結(jié)果, 借助聲吶探測方法對套子灣海草分布情況進行詳細(xì)調(diào)查。所用設(shè)備包括MX－單波束聲吶(美國BioSonics公司)、筆記本電腦(松下 Toughbook CF-311)等, 使用鐵架將聲吶設(shè)備固定在船沿上, 確保將聲吶換能器垂直于海面放置。探測過程中船速控制在4 kt以內(nèi), 確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。聲吶數(shù)據(jù)獲得后, 首先借助BioSonics Visual Habitat軟件平臺進行信息提取, 人工描底、描頂?shù)炔僮? 后將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入ArcGIS 10.2.2(Esri Inc., Redlands, CA, 美國), 通過“地形轉(zhuǎn)柵格”工具進行插值分析, 完成水深、海草冠層高度和蓋度分布圖像的繪制。

1.5 海草生態(tài)特征調(diào)查

2020年9月18日, 在套子灣海草床內(nèi)平行設(shè)置3條采樣斷面, 每個斷面設(shè)置2個采樣站位, 1個位于淺水區(qū)(水深<2 m, 站位A), 另1個位于深水區(qū)(水深>2 m, 站位C)。在每個點借助圓柱形樣方(直徑19 cm, 深度12 cm)采集1個樣方, 每個站位共采集3個樣方, 將海草篩洗干凈并帶回實驗室進行生物學(xué)參數(shù)測定。所測定的生物學(xué)參數(shù)包括: 生殖枝密度(shoots?m?2)、莖枝密度(shoots?m?2)、生殖枝生物量(g DW?m?2)、地上生物量(g DW?m?2)、地下生物量(g DW?m?2)、總生物量(g DW?m?2)、營養(yǎng)枝高度(cm)、葉鞘高度(cm)和葉寬(cm), 并計算地上生物量與地下生物量的比值。

在現(xiàn)場采樣過程中, 發(fā)現(xiàn)在鰻草床中分布有多個日本鰻草斑塊, 于是隨機選擇3個斑塊(站位B), 借助圓柱形樣方(直徑10.5 cm, 深度12 cm)各采集1個樣方, 將海草篩洗干凈并進行上述除葉鞘高度和葉寬以外的生物學(xué)參數(shù)測定。

另外, 為探究海草繁殖特征, 測定每個生殖枝的高度、每生殖枝佛焰苞數(shù)、每生殖枝種苞數(shù)、每佛焰苞雌花數(shù)和每種苞種子數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差形式表示。使用獨立樣本檢驗比較淺水區(qū)和深水區(qū)鰻草的生物學(xué)參數(shù)差異, 使用廣義相加模型(GAM)對套子灣海草冠層高度、蓋度與深度之間的關(guān)系進行擬合分析, 以<0.05作為差異顯著性水平。采用Excel進行數(shù)據(jù)整理和繪圖, 使用ArcGIS進行聲吶探測數(shù)據(jù)分析和繪圖, 利用R3.5.0(https://www.R-project.org/)進行數(shù)據(jù)分析和繪圖, 其中GAM模型使用R語言中mgcv程序包[20]進行構(gòu)建。

2 結(jié)果

2.1 海草分布現(xiàn)狀

2015年12月—2019年12月對14個地點進行實地調(diào)查, 僅套子灣、海昌漁人碼頭兩個地點分布有大量鮮活海草(圖1, 圖2)。2019年12月采樣調(diào)查發(fā)現(xiàn), 套子灣分布有大量鰻草, 分布面積大于50 ha, 其莖枝高度、密度、生物量分別為30.51±5.51 cm、468.82±114.73 shoots?m?2、143.37±42.17 g DW?m?2; 漁人碼頭分布有鰻草、日本鰻草, 總分布面積小于10 ha, 鰻草莖枝高度、密度、生物量分別為22.40±3.99 cm、362.96±195.11 shoots?m?2、111.11± 53.57g DW?m?2, 日本鰻草莖枝高度、密度、生物量分別為10.76±2.69 cm、1 762.06±519.95 shoots?m?2、47.66± 23.74 g DW?m?2。

圖2 套子灣與海昌漁人碼頭海草床現(xiàn)場照片

2.2 環(huán)境因子

套子灣、漁人碼頭關(guān)鍵環(huán)境因子如表1所示, 兩地表層沉積物均以砂(0.063<<2.0 mm)為主(圖3)。

表1 套子灣、漁人碼頭環(huán)境因子(n= 55)

圖3 套子灣、海昌漁人碼頭沉積物粒徑分布

2.3 重點草床海草分布情況

2020年7月17日按照如圖1所示的航線對套子灣的鰻草草床開展聲吶探測, 航線間距離為100 m。數(shù)據(jù)顯示, 套子灣海草床面積為51.90 ha, 主要分布在水深4 m以內(nèi), 近岸淺水區(qū)(<2 m)冠層高度小于60 cm, 而2 m以深草床冠層高度多大于60 cm(圖4, 圖5)。擬合分析后發(fā)現(xiàn), 海草冠層高度、蓋度, 在2.6 m以淺區(qū)域隨水深增加而顯著增加, 而在2.6 m以深區(qū)域隨水深增加而顯著減少(圖6;2=0.353,<0.05;2=0.391,<0.05)。

2.4 套子灣海草生態(tài)特征

套子灣海草生物學(xué)參數(shù)如表2所示, 采樣位置信息如圖7所示, 各站位海草冠層高度均與聲吶探測結(jié)果相符。其中, 淺水區(qū)鰻草的營養(yǎng)枝高度[(4)= ?4.845,<0.05]、葉鞘高度[(4)=?7.736,<0.05]均小于深水區(qū)。日本鰻草分布于套子灣淺水區(qū), 其生殖枝比例為11.06%±11.51%(表3)。

3 討論

本研究對我國煙臺市萊州市至萊山區(qū)沿海海草的分布現(xiàn)狀進行了首次報道, 并通過聲吶探測和現(xiàn)場采樣等手段對其中一處面積大于50 ha的海草床的分布情況和生態(tài)特征進行了詳細(xì)闡述。研究發(fā)現(xiàn)煙臺現(xiàn)存海草種類相較20世紀(jì)90年代明顯減少, 亟需對現(xiàn)存海草進行保護、修復(fù)與監(jiān)測, 以遏制海草的退化速度。

在套子灣海草床內(nèi), 深水區(qū)鰻草高度顯著大于淺水區(qū)。這是因為當(dāng)水深增加時, 光的可利用率逐漸減少, 海草會將更多的能量分配到葉的生長中,從而增加光的吸收[21-23]。GAM擬合分析表明, 當(dāng)水深超過2.6 m后, 鰻草的冠層高度、蓋度均會下降, 這可能是由于有限的光照限制了鰻草的生長。

在本研究調(diào)查中, 未能發(fā)現(xiàn)曾記載的叢生鰻草()和紅纖維蝦形草(), 現(xiàn)存的海草資源也較為有限?！吨袊持尽穂24]中記載, 1982年萊州市芙蓉島沿海曾分布有1 300 ha的鰻草, 2015年12月實地調(diào)查時, 此處僅存留少量鮮活海草(圖1左數(shù)第一個調(diào)查點), 斑塊狀分布, 面積小于1 ha。改革開放以來, 各地市沿海的海岸建設(shè)活動越來越頻繁, 圍填海以及碼頭、防波堤等工程建設(shè)或相關(guān)作業(yè)極為普遍, 這些活動不僅可能直接侵占海草床生境, 也可能影響周邊適宜的海草生存條件。如圖8所示, 與1984年相比, 現(xiàn)在煙臺套子灣海草分區(qū)區(qū)域潮間帶面積明顯減少, 這可能使得海草床面積迅速減少。另外, 潮間帶漁業(yè)采挖, 如利用鏟子或耙子采挖菲律賓蛤仔活動, 會直接折斷海草的根莖或?qū)⒑２葸B根翻起; 海水富營養(yǎng)化、陸源污染物增加等, 也嚴(yán)重威脅著海草床的健康。

為了實現(xiàn)海草的有效保護和科學(xué)管理, 提出如下建議: 加強海草床生態(tài)服務(wù)功能價值研究, 提高公眾認(rèn)識, 建立政府、民眾及各組織團體聯(lián)動海草保護機制; 控制沿岸陸源污染輸入; 鼓勵當(dāng)?shù)鼐用耖_辟新的致富途徑, 試行“灘長制”, 專人保護海草床; 開展海草床人工修復(fù), 彌補自然或人為原因?qū)е碌暮２荽矒p失。

圖4 套子灣海草床內(nèi)海草冠層高度、蓋度和水深分布圖(2020年7月17日)

圖5 套子灣內(nèi)海草冠層高度、蓋度隨水深的分布箱形圖

圖6 套子塆內(nèi)海草冠層高度、蓋度與水深之間關(guān)系的擬合曲線

注: 實線表示擬合到每個關(guān)系的GAM回歸, 虛線表示平均趨勢線的置信區(qū)間)

圖7 套子灣海草生態(tài)特征調(diào)查采樣點

表3 套子灣日本鰻草繁殖特征(2020年9月18日)

圖8 套子灣沿海區(qū)域歷史變化

Fig.8 Changes in the areas of seagrass beds in the coastal waters of Taozi Bay

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New discovery of larger seagrass beds with area >50 ha in the temperate waters of China: Ⅳ Distribution status and ecological characteristics of seagrass in the coastal waters of Yantai

YUE Shi-dong1, 2, 3, 4, 5, 6, XU Shao-chun1, 2, 3, 4, 5, 6, ZHANG Yu1, 2, 3, 4, 5, 6, QIAO Yong-liang7, LIU Ming-jie1, 2, 3, 4, 5, 6, ZHANG Xiao-mei1, 2, 3, 4, 5, 6, WANG Qing8, ZHOU Yi1, 2, 3, 4, 5, 6

(1.CAS Key Laboratory of Marine Ecology and Environmental Sciences, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 2.Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266237, China; 3.Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 4.CAS Engineering Laboratory for Marine Ranching, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China; 5.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 6.Shandong Province Key Laboratory of Experimental Marine Biology, Qingdao 266071, China; 7.College of Environment and Safety Engineering, Qingdao University of Science and Technology, Qingdao 266042, China; 8.Yantai Institute of Coastal Zone Research, Chinese Academy of Sciences, Yantai 264003, China)

;; Taozi Bay; sonar; seagrass bed

Seagrass beds are regarded as precious submarine grasslands with important ecological service functions.In the 1990s, four species of seagrass were discovered in the coastal waters of Yantai.However, the current distribution of seagrass is unclear.In this study, we investigated the distribution of seagrass along the coastal waters from Laizhou to Laishan in Yantai through field surveys and sonar detection.A mixed seagrass bed (i.e.,and), with a seagrass area of 51.90 ha, was discovered in Taozi Bay, and the ecological characteristics of seagrass were investigated.Results showed that seagrass beds were seriously degraded, and only two species of seagrass were distributed in the current coastal waters of Yantai.Thus, the existing seagrass needs to be protected and monitored to curb its degradation rate.

Nov.18, 2020

[National Key R&D Program of China, No.2019YFD0901301; National Science & Technology Basic Work Program, No.2015FY110600; Key Research Project of Frontier Sciences of CAS, No.QYZDB-SSW- DQC041-1]

Q178.53

A

1000-3096(2021)10-0061-10

10.11759/hykx20201118003

2020-11-18;

2021-02-05

國家重點研發(fā)計劃“藍(lán)色糧倉科技創(chuàng)新”重點專項(2019YFD0901301); 國家科技基礎(chǔ)性工作專項(2015FY110600); 中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目(QYZDB-SSW-DQC041-1)

岳世棟(1995—), 男, 山東濰坊人, 博士研究生, 主要從事海草生態(tài)學(xué)研究, E-mail: yueshidong17@mails.ucas.ac.cn; 周毅(1968—), 通信作者, 博士生導(dǎo)師, 研究員, E-mail: yizhou@qdio.ac.cn

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)