海洋工程建設(shè)對(duì)連云港近海環(huán)境因子和浮游植物的影響

　　摘要：為了明確海洋工程建設(shè)對(duì)連云港近海環(huán)境因子和浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響,于2009年5月(海洋工程建設(shè)前)和2016年同期(海洋工程建成后)前后兩次對(duì)連云港近海葉綠素a(Chla)含量、浮游植物群落結(jié)構(gòu)和環(huán)境因子的空間分布特征進(jìn)行了綜合調(diào)查.結(jié)果顯示,海洋工程建成后,調(diào)查海域水環(huán)境發(fā)生明顯變化.近岸海域出現(xiàn)一個(gè)明顯的高溫區(qū),與離岸海域溫差達(dá)3°C;營(yíng)養(yǎng)鹽濃度明顯降低,尤其是可溶性硅(DSi),平均濃度降低了70%.Chla濃度和浮游植物生物量顯著升高,群落結(jié)構(gòu)變化明顯,由硅藻占優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣�、甲藻共同占�?yōu)勢(shì).海洋工程建設(shè)前優(yōu)勢(shì)度較高的星臍圓篩藻(Coscinodiscusasteromphalus)和夜光藻(Noctilucascientillans)占比明顯降低,中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)優(yōu)勢(shì)度明顯升高.冗余分析(RDA)分析顯示,海洋工程建設(shè)前化學(xué)需氧量(COD)、可溶性無(wú)機(jī)氮(DIN)和鹽度(負(fù)相關(guān))是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要因素;海洋工程建設(shè)后溫度的影響明顯升高;溫度、BOD5和DO的增加可能是促使春季浮游植物增加的主要因素.

　　關(guān)鍵詞：海洋工程建設(shè);浮游植物;營(yíng)養(yǎng)鹽;群落結(jié)構(gòu)

　　連云港近海海域營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富初級(jí)生產(chǎn)力高生物種類繁多是我國(guó)八大漁場(chǎng)之一[1]該區(qū)域同時(shí)也是我國(guó)海洋開(kāi)發(fā)利用的重點(diǎn)區(qū)域近半個(gè)世紀(jì)來(lái),連云港沿海不斷進(jìn)行圍填海及海洋工程建設(shè)尤其是20092016年間進(jìn)行了大規(guī)模的海洋工程建設(shè)連云港旗臺(tái)作業(yè)區(qū)及防波堤、連云港主航道、跨海大橋、田灣核電站取水明渠和徐圩港區(qū)等諸多工程陸續(xù)建成[2]海岸線發(fā)生明顯變化鄰近海域由海水交換通暢的開(kāi)敞海灣變?yōu)楸缓Ｑ蠊こ汰h(huán)抱的半封閉人工海灣高強(qiáng)度的海洋開(kāi)發(fā)與利用顯著影響了連云港近海海域潮流場(chǎng)和水環(huán)境,從而對(duì)近海海域生態(tài)系統(tǒng)造成顯著影響[3-5]近年來(lái),連云港附近海域富營(yíng)養(yǎng)化加劇,赤潮頻發(fā)[6-7].

　　海洋工程論文范例：海洋石油平臺(tái)電力組網(wǎng)工程同期技術(shù)應(yīng)用研究

　　浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級(jí)生產(chǎn)者其群落結(jié)構(gòu)和豐度的變化對(duì)上層食物鏈、生物多樣性和氣候變化具有重要的影響[8-10]因此浮游植物常常作為研究生態(tài)環(huán)境變化的重要指標(biāo)海洋工程建設(shè)和運(yùn)行常常會(huì)顯著改變海域環(huán)境因子,直接或間接地影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)[11-14],例如天津沿海海洋工程建設(shè)使近海赤潮發(fā)生頻率和范圍明顯增加[15];象山灣濱海電廠的溫排水顯著影響鄰近海域浮游植物的生物量和群落結(jié)構(gòu)[16],使赤潮的爆發(fā)季節(jié)由春季提前到了冬季[17]雖然針對(duì)連云港近海海域環(huán)境變化、浮游植物群落結(jié)構(gòu)分布特征已經(jīng)開(kāi)展了一定研究[18-19],但海洋工程建設(shè)對(duì)連云港海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)影響及驅(qū)動(dòng)其變化的關(guān)鍵環(huán)境因子尚不明確.

　　鑒于此,本研究在2009年5月和2016年5月前后二次對(duì)連云港近海環(huán)境因子、葉綠素a(Chla)和浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)查,對(duì)比分析海洋工程建設(shè)前、后調(diào)查海域環(huán)境因子、Chla和浮游植物群落的空間分布特征及其相關(guān)關(guān)系,并與歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,研究了驅(qū)動(dòng)連云港近海海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵環(huán)境因子旨在揭示連云港海洋開(kāi)發(fā)利用對(duì)近海環(huán)境和浮游植物群落的影響為深入分析人類活動(dòng)對(duì)海洋環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)的影響提供重要的基礎(chǔ)資料.

　　1材料和方法

　　1.1研究海域

　　研究海域位于黃海海州灣南部,漲潮時(shí)潮流從東北方向涌入,自北向南分別進(jìn)入連云港港區(qū)、核電站周邊區(qū)域,然后順岸向東南方向形成沿岸漲潮流態(tài);落潮流態(tài)大致與漲潮流向相反.2009-2016年間,該海域進(jìn)行了大規(guī)模的海洋工程建設(shè),顯著改變岸線形狀和潮流場(chǎng).為了研究海洋工程建設(shè)對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響,我們選擇生物量豐富的春季進(jìn)行研究,分別在2009年5月25-26日(建設(shè)前)和2016年5月14-16日(建成后),對(duì)連云港近岸水域開(kāi)展了生態(tài)環(huán)境綜合調(diào)查.以田灣核電站取水口為中心,在連云港和徐圩港港區(qū)間,設(shè)置了14個(gè)站位,不同采樣年份站位設(shè)置略有不同.每個(gè)調(diào)查站位取表層水樣監(jiān)測(cè)溫度、鹽度、營(yíng)養(yǎng)鹽和Chla,同時(shí)對(duì)其中部分站位網(wǎng)采浮游植物進(jìn)行鑒定.

　　1.2樣品采集及分析

　　樣品的采集嚴(yán)格按照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T12763)進(jìn)行,用5L的卡蓋式采水器采集表層水樣分別用于營(yíng)養(yǎng)鹽、Chla和浮游植物分析.取500mL海水裝入聚乙烯瓶,并立即加入甲醛溶液固定保存(終濃度為3%~5%),用于浮游植物計(jì)數(shù);取1000mL水樣經(jīng)GF/F濾膜(Whatman)過(guò)濾后,濾膜于-20°C下避光并冷凍保存,用于Chla濃度的測(cè)定,每個(gè)采樣點(diǎn)取3個(gè)平行樣;另取250mL水樣用0.45μm醋酸纖維濾膜過(guò)濾,濾液用于營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的測(cè)定.

　　浮游植物樣品計(jì)數(shù)采用Utermöhl方法,固定好的浮游植物樣品搖勻,取25mL放入U(xiǎn)termöhl計(jì)數(shù)框,靜置24h,在OLYMPUSCKX53倒置顯微鏡下(200-400倍)進(jìn)行浮游植物的計(jì)數(shù),換算成浮游植物密度即每升水樣中藻類的細(xì)胞個(gè)數(shù),單位為cell/L.Chla的測(cè)定采用分光光度法進(jìn)行分析.環(huán)境要素分析按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB17378-2007)進(jìn)行.溫度、鹽度、pH與水深使用船載CTD(Seabird911)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定,溶解氧(DO)采用碘量法、化學(xué)需氧量(COD)采用堿性高錳酸鉀法測(cè)定、懸浮物(TSM)采用重量法測(cè)定.可溶性無(wú)機(jī)氮(DIN,為NO3-N、NO2-N、NH4-N之和)、可溶性無(wú)機(jī)磷(DIP,即PO4-P)和可溶性無(wú)機(jī)硅(DSi,即SiO3-Si)使用營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀(QuAAtroAutoAnalyzer39)進(jìn)行測(cè)定.

　　2結(jié)果

　　2.1調(diào)查海域環(huán)境因子的時(shí)空分布

　　2.1.1溫度、鹽度2009年5月,調(diào)查海域水溫變化范圍為16.59~18.93°C,均值為17.37°C,整體呈現(xiàn)由南向北逐漸升高的趨勢(shì),高值區(qū)出現(xiàn)在調(diào)查海域東南.2016年5月,調(diào)查水域水溫比2009年明顯升高,溫度變化范圍為18.25~21.03°C,平均水溫升至19.50°C,溫度空間分布與2009年明顯不同,整體呈現(xiàn)自近岸至離岸明顯降低的趨勢(shì),高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電排水口附近,范圍大概在近岸8千米以內(nèi).鹽度的變化趨勢(shì)和空間分布與溫度明顯不同.2009年5月,鹽度呈現(xiàn)自河口向離岸逐漸升高的趨勢(shì),鹽度變化范圍為30.64~31.47psu,均值為31.17psu.2016年,鹽度整體低于2009年同期,均值僅為30.74psu,高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電站附近海域,低值區(qū)出現(xiàn)在北部離岸海域.

　　2.2調(diào)查海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)及豐度分布特征

　　2009年5月,調(diào)查海域共采集到浮游植物3門41種,其中硅藻36種,是主要浮游植物種類,占總物種數(shù)的87.8%,其次為甲藻門4種(9.8%),金藻門1種(2.4%).調(diào)查海域優(yōu)勢(shì)種類(Y≥0.02)共7種,優(yōu)勢(shì)種為星臍圓篩藻(Coscinodiscusasteromphalus)、夜光藻(Noctilucascientillans)、中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)、中心圓篩藻(Coscinodiscuscentralis)、派格棍形藻(Bacillariapaxillifera)、虹彩圓篩藻(Coscinodiscusoculus-iridis)、有棘圓篩藻(Coscinodiscusspinosus)和威氏圓篩藻(Coscinodiscuswailesii).

　　高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電附近的A1站位和南部近岸的A6站位(圖6A),以中肋骨條藻、星臍圓篩藻和夜光藻為主.2016年5月調(diào)查海域共采集到浮游植物4門29種,其中硅藻19種,甲藻8種,金藻1種,裸藻1種,浮游植物種類低于2009年.硅藻依然是最主要的浮游植物種類,但占比明顯降低(65.5%),甲藻占比明顯升高(27.6%).調(diào)查海域優(yōu)勢(shì)種群也發(fā)生明顯變化,中肋骨條藻優(yōu)勢(shì)度明顯升高,其他優(yōu)勢(shì)種則更替為柔弱幾內(nèi)亞藻(Guinardiadelicatula)、微小原甲藻(Prorocentrumminimum)、海鏈藻(Thalassiosirasp.)、裸甲藻(Gymnodiniumsp.)、舟形藻(Naviculaspp.)和隱藻(Crytophyceaespp.).浮游植物生物量顯著高于2009年,空間分布與2009年明顯不同,最高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電取水渠附近,以柔弱幾內(nèi)亞藻和中肋骨條藻為主.

　　2.3浮游植物與環(huán)境因子的相關(guān)性

　　為了進(jìn)一步研究調(diào)查環(huán)境因子變化對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響,本研究分別對(duì)2009年5月、2016年5月以及兩個(gè)年份數(shù)據(jù)合并后優(yōu)勢(shì)種與環(huán)境因子進(jìn)行了RDA分析.2009年,排序圖第1軸和第2軸分別解釋了47.4%和28.2%的物種變化,選取的環(huán)境因子與主要浮游植物優(yōu)勢(shì)種類相關(guān)性較好.影響排序軸1的主要環(huán)境變量是COD、DIN和鹽度(負(fù)相關(guān));影響排序軸2的主要是溫度和DSi(負(fù)相關(guān)).中肋骨條藻和夜光藻與溫度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān).星臍圓篩藻、中心圓篩藻和派格棍形藻等大部分優(yōu)勢(shì)種群與營(yíng)養(yǎng)鹽和COD呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系.

　　2016年同期,RDA排序圖的第1軸與第2軸分別解釋了53.0%和41.1%的物種組成變化,選取的環(huán)境因子可以較好的解釋浮游植物群落變化.影響排序軸1的主要環(huán)境變量是T和COD(負(fù)相關(guān))，BOD5和鹽度(負(fù)相關(guān))則是影響排序軸2主要環(huán)境變量.優(yōu)勢(shì)度較高的中肋骨條藻與營(yíng)養(yǎng)鹽呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系.與2009年不同,中肋骨條藻與溫度相關(guān)性較低;柔弱幾內(nèi)亞藻、微小原甲藻和隱藻與溫度呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)關(guān)系;舟形藻和海鏈藻則與溫度呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系.為了避免同年樣品因環(huán)境條件相似削弱環(huán)境與優(yōu)勢(shì)物種的相關(guān)性，我們將兩個(gè)年份的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，重新分析優(yōu)勢(shì)種及其與環(huán)境要素的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果顯示,RDA排序圖的第1軸與第2軸分別解釋了65.2%和5.2%的物種組成變化,環(huán)境因子可以較好的解釋浮游植物群落變化(圖7C).影響排序軸1的主要環(huán)境變量是T、DSi(負(fù)相關(guān))和COD(負(fù)相關(guān)),影響排序軸2的主要是DIN.優(yōu)勢(shì)種與溫度、DO、BOD5呈現(xiàn)明顯的正相關(guān),與其他環(huán)境因子呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系.

　　3討論

　　3.1海洋工程建設(shè)、運(yùn)營(yíng)對(duì)環(huán)境因子影響

　　連云港近海主要受蘇北沿岸流、徑流輸入以及沿岸漲、落潮流的影響[22-23],海洋工程的建設(shè)使沿岸流和漲、落潮受到阻隔,近海海水交換受到影響.通過(guò)對(duì)海洋工程建設(shè)前(2009年)、后(2016年)春季環(huán)境因子變化趨勢(shì)的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn),連云港鄰近海域海水溫度、鹽度、營(yíng)養(yǎng)鹽等環(huán)境因子及其空間分布均發(fā)生明顯變化.2016年5月,調(diào)查海域海水平均溫度明顯高于2009年同期,這可能是由于2016年整體氣溫比2009年偏高[24-25].

　　海洋工程建設(shè)前、后溫度空間分布差異明顯,海洋工程建成后田灣核電站取水明渠南側(cè)和徐圩港西防波堤間形成高溫區(qū),與離岸海域溫差達(dá)3℃,明顯高于海洋工程建設(shè)前.這可能是由于大規(guī)模的海洋工程建設(shè)改變了岸線,使鄰近海域由海水交換通暢的開(kāi)敞海灣變成了被海洋工程環(huán)抱的半封閉人工海灣,影響了田灣核電站溫排水的展布形態(tài)和規(guī)模，使高溫海水被限制在田灣核電取水明渠和徐圩港西防波堤間[26]。2016年核電取、排水口溫差明顯高于2009年同期,也說(shuō)明沿海海洋工程建設(shè)會(huì)影響核電站溫排水?dāng)U散，使排水口鄰近海域海水溫度升高.

　　2016年5月鹽度整體低于2009年同期,這可能與2016年春季降水明顯增多有關(guān)[27].鹽度空間分布發(fā)生明顯變化,高值區(qū)出現(xiàn)在田灣核電排水口附近海域,這可能是由于田灣核電取水明渠建成,大量取自離岸的高鹽冷卻海水,集中在田灣核電南側(cè)河口附近的排水口排出,加之核電機(jī)組冷卻過(guò)程中海水溫度的升高起到一定的濃縮效應(yīng),使排水口附近鹽度略高于取水口.2016年5月和2009年同期相比,BOD5和DO均值明顯升高,COD均值降低.

　　田灣核電站取水明渠南側(cè)和徐圩港西防波堤間形成了一個(gè)明顯的高COD、低BOD5和DO的區(qū)域,這可能是由于海洋工程建設(shè)阻礙了河流輸入的陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)擴(kuò)散,與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)密切相關(guān)的COD升高,而陸源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氧化消耗使該區(qū)域BOD5和DO顯著降低[28-29].海洋工程建成后河口東北方向DO低值區(qū)向東南移,這可能是由于田灣核電取水明渠的防波堤阻礙了陸源物質(zhì)向東北擴(kuò)散，因此河口東北處消耗的DO降低.

　　4結(jié)論

　　通過(guò)對(duì)連云港近海田海洋工程建設(shè)前(2009年)、后(2016年),環(huán)境因子和浮游植物變化研究發(fā)現(xiàn):

　　4.1海洋工程建成后,海水交換受到影響,調(diào)查海域春季環(huán)境因子及其空間分布發(fā)生明顯變化,田灣核電排水口附近出現(xiàn)一個(gè)明顯的高溫、高鹽、高營(yíng)養(yǎng)鹽和低溶氧的區(qū)域.

　　4.2海洋工程建成后,調(diào)查海域春季浮游植物的生物量明顯升高;浮游植物由硅藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變?yōu)楣�、甲藻共同占�?yōu)勢(shì);中肋骨條藻優(yōu)勢(shì)度明顯升高。

　　4.3RDA分析發(fā)現(xiàn):海洋工程建設(shè)前,影響浮游植物優(yōu)勢(shì)種變化的主要因素是COD和DIN;海洋工程建設(shè)后溫度的影響明顯升高;溫度、BOD5和DO的增加可能是促使春季浮游植物增加的主要因素.但海洋工程影響浮游植物群落變化的機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究.

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　　作者：張晶晶1,王以斌2*,王英1,王田田3,呂其明1,高彥潔1,呂振波1*

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