吳 鵬，劉 永, ，肖雅元，謝雨芳，唐廣隆，林 琳，王 騰, ，李純厚,

1. 中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室/廣東珠江口生態(tài)系統(tǒng)野外科學觀測研究站/廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點實驗室，廣東 廣州 510300

2. 南方海洋科學與工程廣東省實驗室 (廣州)，廣東 廣州 511458

海島是一個獨特的生態(tài)系統(tǒng)，是紅樹林、海草床、海藻場和珊瑚礁等典型生態(tài)系統(tǒng)的重要載體，空間異質性高，生境多樣，能形成豐富的流場，具有營養(yǎng)鹽充足，浮游植物、底棲藻類等初級生產(chǎn)力較高的特點，棲息著眾多的趨礁性和戀礁性魚類，是海洋魚類洄游、產(chǎn)卵、越冬和索餌的理想場所，也是魚類“三場一通道”的重要場所[1-4]。然而，海島生態(tài)系統(tǒng)極為脆弱，對自然災害和人為活動干擾的抵抗力和自我恢復能力較弱[3,5]。隨著島礁經(jīng)濟對國民經(jīng)濟的貢獻率不斷提升，海島建設、旅游業(yè)、漁業(yè)捕撈、海水養(yǎng)殖和港口碼頭建設等人類活動加劇，造成海水富營養(yǎng)化，漁業(yè)資源衰退，海島生物多樣性降低，破壞了海島生態(tài)環(huán)境[2-3,5]。評價海島生態(tài)狀況，梳理海島典型生態(tài)問題，對于提出海島生態(tài)保護措施具有重要意義。

海島漁業(yè)生態(tài)狀況是反映海島生態(tài)的重要內(nèi)容，評價海島漁業(yè)生態(tài)狀況對于了解海島人類活動強度和管理保護海島生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮重要支撐作用。生態(tài)系統(tǒng)評價的主要方法有指示物種法與指標體系法，其中，指示物種法一般適于單一生態(tài)系統(tǒng)，難以全面反映復雜的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，具有一定的局限性；而多指標體系綜合指數(shù)法能夠綜合反映生態(tài)系統(tǒng)過程，已被廣泛應用于生態(tài)系統(tǒng)健康評價[6-7]。目前有研究通過構建多指標體系的模型對河口[8]、海灣[9]和人工魚礁[10-11]等典型漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)進行評價。在評價模型中，水環(huán)境質量狀況、浮游生物群落結構和初級生產(chǎn)力水平是漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)評價的重要內(nèi)容[8-11]。海水化學因子是反映海水水質的主體，初級生產(chǎn)力和浮游生物等餌料生物是衡量海洋漁場生態(tài)環(huán)境質量狀況的重要標志，而魚卵、仔稚魚是海洋魚類資源補充和可持續(xù)利用的基礎[12-13]。但是，目前針對近海島礁毗鄰海域漁業(yè)生態(tài)環(huán)境的多指標評價研究相對較少。

我國是海島大國，全國共有海島11 000余個，并且呈現(xiàn)出南方多、北方少，近岸多、遠岸少的特點[14]。我國海島多呈鏈狀或群狀分布，以列島或群島形式出現(xiàn)[15]。萬山群島位于珠江口的靠外海域，是我國沿海十一大群島之一，漁業(yè)資源豐富，區(qū)域內(nèi)的萬山漁場是我國六大漁場之一，有經(jīng)濟價值的魚類達200多種，貝類68種，蝦蟹61種，海藻18種[16]。鑒于島礁在支撐漁業(yè)資源中發(fā)揮著重要作用，本文以萬山群島毗鄰海域為研究區(qū)域，通過比較不同島礁間的海水水質、浮游生物和魚卵、仔稚魚群落組成變化，評價萬山群島漁業(yè)生態(tài)狀況，為島礁漁業(yè)生態(tài)環(huán)境保護和漁業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

2021年4月在萬山群島島礁毗鄰海域布設研究站點18個，開展了漁業(yè)生態(tài)環(huán)境調查 (圖1)。調查站點均毗鄰海島，垂直島礁岸線均小于100 m。根據(jù) GB/T 12763.4—2007《海洋調查規(guī)范第4部分：海水化學要素調查》要求，采用容積為5 L的有機玻璃采水器采集表層海水 (0.5 m)，處理保存后進行測定分析；根據(jù) GB/T 12763.6—2007《海洋調查規(guī)范第6部分：海洋生物調查》要求，采用淺水I型浮游生物網(wǎng)由底至表垂直拖網(wǎng)采集浮游動物和魚卵、仔稚魚樣品采集后用甲醛固定，然后進行鑒定和計數(shù)。根據(jù)上述調查規(guī)范，結合 GB 17378.4—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范第4部分：海水分析》進行葉綠素a(Chla)、化學需氧量 (CODMn)、活性磷酸鹽 (PO4-P)、硝酸鹽 (NO3-N)、亞硝酸鹽(NO2-N)、氨氮 (NH4-N)分析，其中，無機氮(DIN) 為NO3-N、NO2-N、NH4-N之和。另外，鹽度和水溫使用YSI Professional Plus現(xiàn)場測定，水深和透明度通過測深儀和透明度盤現(xiàn)場測定。采用ArcGIS 10.6軟件繪制地圖，數(shù)據(jù)來源于全國地理信息資源目錄服務系統(tǒng) (https://www.webmap.cn/,1∶25萬全國基礎地理數(shù)據(jù)庫，2019公眾版) 。

圖1 珠江口萬山群島調查站點圖Fig. 1 Survey station of Wanshan Archipelago in Pearl River Estuary

1.2 海水富營養(yǎng)化評價

海水富營養(yǎng)化程度分別采用營養(yǎng)狀態(tài)質量指數(shù)(Nutrient quality index, NQI)[17]和富營養(yǎng)化指數(shù)(Eutrophication index, EI)[18]進行分析評價。

式中：CCOD、CDIN、、CChl-a分別為海水CODMn、無機氮、活性磷酸鹽、葉綠素a的監(jiān)測濃度；根據(jù)GB 3097—1997《海水水質標準》中第二類海水水質標準，將C'COD、C'DIN、分別設定為 3.0、0.3、0.03 mg·L-1，CChl-a設定為5 mg·m-3。NQI≤2時，營養(yǎng)等級為Ⅰ級，為貧營養(yǎng)化狀態(tài)；2＜NQI≤3時，營養(yǎng)等級為Ⅱ級，為中等營養(yǎng)化狀態(tài)；NQI＞3時，營養(yǎng)等級為Ⅲ級，為富營養(yǎng)化狀態(tài)。

式中：CCOD為監(jiān)測海水的化學需氧量 (mg·L-1)；CDIN為監(jiān)測海水的無機氮質量濃度 (mg·L-1)；CPO4-P為監(jiān)測海水的活性磷酸鹽質量濃度 (mg·L-1)。EI＜1時，表明水體為貧營養(yǎng)狀態(tài)；EI≥1時為水體富營養(yǎng)化；EI越高水體富營養(yǎng)化程度越嚴重。

1.3 初級生產(chǎn)力狀況

海水中的初級生產(chǎn)力 (碳，C) 根據(jù)Cadée[19]提出的方法計算：

式中：U為初級生產(chǎn)力 [mg·(m2·d)-1]；CChl-a的單位為mg·m-3；Q為不同層次同化系數(shù)的算術平均值，取經(jīng)驗值3.7；D為晝長，取12 h；E為真光層深度 (m)，取透明度的3倍。

1.4 浮游動物和魚類浮游生物分析

利用Primer 5軟件將各調查站點的浮游動物豐度值進行 lg (x+1)轉換后，建立樣品間的Bray-Curtis相似性矩陣，并進行組間平均的聚類分析和非度量多維標度排序分析 (Nonmetric multidimensional scaling, NMDS)，根據(jù)NMDS的聚類結果，應用相似性分析 (Analysis of similarities, ANOSIM)檢驗不同聚群的差異性。浮游動物群落多樣性采用香農(nóng)指數(shù) (Shannon-Wiener diversity index,H')[20]、均勻度指數(shù) (Pielou evenness index,J')[21]和豐富度指數(shù) (Margalef richness index,d)[22]根據(jù)如下公式進行分析：

1.5 浮游動物群落與水環(huán)境因子的相關性分析

選取浮游動物群落6個參數(shù)，包括浮游動物多樣性指數(shù)和魚類浮游生物豐度等；以及水環(huán)境因子3個參數(shù)，包括海水富營養(yǎng)化評價指標 (NQI和EI)和U；采用R 3.6.1軟件分析浮游動物群落分別與水環(huán)境因子的相關性。

2 結果

2.1 海水理化因子與水體富營養(yǎng)化狀況

萬山群島島礁毗鄰海域海水環(huán)境因子變化見表1。萬山群島鹽度變化介于19.51～34.19，桂山島西側和東澳島毗鄰海域的海水鹽度相對較低。萬山群島整個調查海域的海水PO4-P質量濃度較低，均低于3.0 μg·L-1。調查海域的COD質量濃度也較低，均低于1.5 mg·L-1，僅A4、A11和A18站點的COD質量濃度高于1.0 mg·L-1。萬山群島海水DIN質量濃度差異較大，變化范圍為0.04～2.07 mg·L-1，其中桂山島 (A1—A5) 和東澳島 (A10—A12) 毗鄰海域的DIN質量濃度明顯高于其他島礁海域；海水Chla質量濃度和初級生產(chǎn)力水平區(qū)域分布規(guī)律與DIN分布基本一致。

表1 珠江口萬山群島表層海水理化因子狀況Table 1 Environmental parameters of surface seawater in Wanshan Archipelago of Pearl River Estuary

以NQI分析海水富營養(yǎng)化狀況發(fā)現(xiàn)：有8個站點的NQI高于3，屬于富營養(yǎng)狀態(tài)，并且主要分布在桂山島和東澳島毗鄰海域；僅三門島毗鄰海域A9屬于中營養(yǎng)水平；其他站點屬于貧營養(yǎng)狀況。以EI分析海水富營養(yǎng)化狀況發(fā)現(xiàn)：僅東澳島附近的A11站點的EI值高于1，屬于富營養(yǎng)化水平；其他站點屬于貧營養(yǎng)化狀態(tài)。然而，萬山群島島礁毗鄰海域NQI和EI的區(qū)域分布規(guī)律基本一致，表現(xiàn)為桂山島和東澳島相對較高，而外伶仃島、三門島和大萬山島等相對較低 (圖2)。

圖2 珠江口萬山群島表層海水營養(yǎng)狀態(tài)質量指數(shù)和富營養(yǎng)化指數(shù)分布情況Fig. 2 Distribution of nutrient quality state index (NQI) and eutrophication index (EI) of surface seawater in Wanshan Archipelago of Pearl River Estuary

2.2 初級生產(chǎn)力水平分析

萬山群島島礁毗鄰海域海水初級生產(chǎn)力碳水平差別較大，變化范圍為 10.4～351.1 mg·(m2·d)-1(圖3)，根據(jù)賈曉平等[12]提出的海洋初級生產(chǎn)力等級劃分水平，該海域初級生產(chǎn)力整體水平不高，大多處于低水平。其中，桂山島毗鄰海域 (A1—A5) 的初級生產(chǎn)力水平相對較高，平均為243 mg·(m2·d)-1；該島毗鄰海域有2個站點 (A2和A4) 的初級生產(chǎn)力高于 300 mg·(m2·d)-1，屬于中等水平；1個站點(A3) 的初級生產(chǎn)力為 231 mg·(m2·d)-1，屬于中低水平。其次，東澳島毗鄰海域的初級生產(chǎn)力水平較高，A11和 A12分別為 210和 219 mg·(m2·d)-1，為中低水平。其他島礁的各站點初級生產(chǎn)力為低水平。

圖3 珠江口萬山群島表層海水的初級生產(chǎn)力狀況Fig. 3 Distribution of primary production of surface seawater in Wanshan Archipelago of Pearl River Estuary

2.3 浮游動物群落結構變化

聚類分析和非度量多維標度排序分析表明，萬山群島毗鄰海域的浮游動物群落結構具有區(qū)域性分布的特點，可聚為3大組 (圖4)，分別為桂山島毗鄰海域 (聚類Ⅰ)、外伶仃島毗鄰海域 (聚類Ⅱ)和東澳—大萬山毗鄰海域(聚類Ⅲ)。通過ANOSIM檢驗表明3個區(qū)域內(nèi)的浮游動物群落組成呈極顯著差異 (R=0.714,P=0.001)。萬山群島浮游動物的香農(nóng)指數(shù)和豐富度指數(shù)分別介于1.74～4.08和2.19～8.34，這兩個指數(shù)的區(qū)域分布規(guī)律相似，均在桂山島相對較低；而均勻度指數(shù)介于0.40～1.0，其中桂山島最低，而外伶仃島最高 (圖5)。

圖4 珠江口萬山群島浮游動物群落結構的聚類分析和非度量多維標度排序分析Fig. 4 Cluster analysis and nonmetric multidimensional scaling of zooplankton communities in Wanshan Archipelago of Pearl River Estuary

圖5 珠江口萬山群島浮游動物多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)變化情況Fig. 5 Variation of diversity index and Pielou evenness index of zooplankton communities in Wanshan Archipelago of Pearl River Estuary

2.4 魚類浮游生物變化

萬山群島不同島礁毗鄰海域的魚類浮游生物豐度具有一定差異 (圖6)。各島礁相比較而言，桂山島毗鄰海域 (A1—A5)的魚卵和仔稚魚豐度均明顯最高，平均值分別為 133 ?！-3和 18 尾·m-3，最大值分別可達311 ?！-3和51尾·m-3；其次，魚卵豐度在東澳島較高，而仔稚魚豐度在三門島和東澳島相對較高；白瀝島北部海域也存在較高的魚類浮游生物豐度，魚卵和仔稚魚豐度分別為7 ?！-3和 3 尾·m-3；外伶仃島、黃茅島、大萬山島和小萬山島的魚類浮游生物豐度均較低。

圖6 珠江口萬山群島魚類浮游生物的豐度變化Fig. 6 Distribution of ichthyoplankton abundance in Wanshan Archipelago of Pearl River Estuary

2.5 浮游動物群落與海水環(huán)境因子的相關性

將萬山群島毗鄰海域的浮游動物群落與水環(huán)境因子進行相關性分析(圖7)。NQI和EI呈極顯著正相關 (P＜0.01)；同時，NQI、EI與初級生產(chǎn)力呈極顯著正相關 (P＜0.01)，而與浮游動物均勻度指數(shù)呈顯著負相關 (P＜0.05)。在選擇分析的9個參數(shù)中，浮游動物均勻度指數(shù)和初級生產(chǎn)力與其余指標的相關性最高。浮游動物均勻度指數(shù)與6個參數(shù)具有較高的相關性，除與NQI和EI呈顯著負相關外，還與浮游動物物種數(shù)呈顯著負相關 (P＜0.05)，與初級生產(chǎn)力和魚卵、仔稚魚豐度呈極顯著負相關(P＜0.01)。初級生產(chǎn)力與5個參數(shù)具有較高的相關性，與NQI、EI和魚卵豐度呈極顯著正相關 (P＜0.01)，與仔稚魚豐度呈顯著正相關 (P＜0.05)，而與浮游動物均勻度指數(shù)呈極顯著負相關 (P＜0.01)。

圖7 珠江口萬山群島浮游動物與水環(huán)境因子間的相關性注：組間的顯著性分析，*表示P＜0.05，**表示P＜0.01。Fig. 7 Pearson correlation between zooplankton and environmental factors in Wanshan Archipelago of Pearl River EstuaryNote: Significant difference among groups. *. P＜0.05, **. P＜0.01.

3 討論

3.1 基于水環(huán)境因子的萬山群島水質評價

萬山群島中的桂山島和東澳島毗鄰海域的NQI和EI相對較高，而大萬山島相對較低，表現(xiàn)為水體富營養(yǎng)化程度從萬山群島西北部向東南部逐漸降低的趨勢 (圖2)。水體中的DIN較高是造成桂山島和東澳島毗鄰海域NQI和EI較高的主要原因，而這與珠江口徑流輸入大量DIN濃度較高的水體有關；而且受地轉偏向力作用，珠江口的淡水主要從偏西側輸送入海[23]。桂山島和東澳島毗鄰海域鹽度明顯低于其他島礁，也說明了這兩個島礁確實受西側淡水輸入的影響較大。已有研究也發(fā)現(xiàn)珠江口八大口門可輸入大量營養(yǎng)鹽，徑流中的DIN濃度普遍偏高[24-26]。島上人類活動可能是造成桂山島和東澳島毗鄰海域DIN濃度較高的另一原因，現(xiàn)場調查發(fā)現(xiàn)這兩個島目前在開展基礎設施建設。但是，要準確追蹤水體中氮污染來源還有難度，目前研究發(fā)現(xiàn)通過硝酸根中氮和氧同位素組成，結合水體化學特征，可有效識別水體中氮污染源[27]。然而，萬山群島南部和東部的大萬山島和外伶仃島等島礁海域的NQI和EI較低，這可能與珠江口下游海域逐漸開闊，海水交換能力加快有關。不過，與歷史資料相比，處于珠江口下游的萬山群島海域內(nèi)的NQI和EI明顯低于珠江口上游[25-26,28-29]，本研究發(fā)現(xiàn)NQI和EI在東澳島毗鄰海域最高分別為7.71和1.13 (圖2)。黨二莎等[29]發(fā)現(xiàn)在以第三類海水水質標準為參照的情況下，2016年珠江口上游的NQI值變化范圍介于6.41～26.45，平均值為10.33，說明本研究中萬山群島的NQI明顯低于珠江口上游。張景平等[28]根據(jù)2006—2007年的調查發(fā)現(xiàn)珠江口上游的EI平均值最高可達6.31，曾丹娜等[26]發(fā)現(xiàn)2008—2010年夏季珠江口上游的口門至內(nèi)伶仃島海域水體呈重度及嚴重富營養(yǎng)化 (EI＞5)，謝群等[25]發(fā)現(xiàn)2014年春季珠江口上游的EI平均值高達8.2，同樣說明了萬山群島的EI低于珠江口上游。

本次調查的初級生產(chǎn)力平均值為(121.9±106.5)mg·(m2·d)-1，根據(jù)賈曉平等[12]提出的海洋初級生產(chǎn)力等級劃分水平，整體而言萬山群島的初級生產(chǎn)力水平均不高，桂山島和東澳島毗鄰海域的初級生產(chǎn)力水平雖相對較高，但是也僅桂山島部分區(qū)域的初級生產(chǎn)力屬于中等水平(圖3)。本次調查初級生產(chǎn)力水平較低的可能原因是調查站位位于島礁毗鄰海域，沿岸海流作用造成水體混合加強，水體透明度較低；此外，調查期間主要為陰雨天氣，光照較弱影響初級生產(chǎn)力水平。從初級生產(chǎn)力的區(qū)域分布上看，本次調查結果與劉華健等[30]的調查結果相似，均發(fā)現(xiàn)春季在桂山島和萬山群島西北側的初級生產(chǎn)力相對較高。

3.2 基于浮游動物群落的萬山群島水質評價

浮游動物群落結構是指示近岸河口和海灣等生態(tài)系統(tǒng)水環(huán)境狀況的重要指標[31-32]。從群落結構組成上，萬山群島海域大致可聚類分成3大組(圖4)，其主要還可能與水環(huán)境狀況相關。以往研究也表明珠江口浮游動物群落呈區(qū)域分布特點，且受鹽度影響最為明顯，其次為水溫和pH等環(huán)境因子[33-34]。此外，珠江口浮游動物季節(jié)性變化規(guī)律也比較明顯[33-34]。本調查發(fā)現(xiàn)萬山群島浮游動物H'介于1.75～4.08，平均值為2.86 (圖5)。根據(jù)HY/T 215—2017《近岸海域海洋生物多樣性評價技術指南》，該海域的浮游動物多樣性較高，基本處于高水平 (H'≥2.4)。根據(jù)H'＜1為重度污染，1～2為中度污染，2～3為輕中度污染，大于3為輕度污染至未污染的標準[35]，萬山群島海域僅桂山島附近部分區(qū)域受到一定污染，其余海域未受污染。

魚卵和仔稚魚是重要的浮游動物種類，其數(shù)量可反映漁業(yè)資源補充狀況。本研究發(fā)現(xiàn)萬山群島島礁間魚類浮游生物豐度差別非常明顯，其中桂山島毗鄰海域的魚卵和仔稚魚豐度相對較高，最大值分別可達 311 粒·m-3和 51尾·m-3(圖 6)。本調查結果與以往調查結果相一致，在不同季節(jié)中，春季珠江口的魚卵和仔稚魚豐度相對較高，并且春季在珠江口的青州附近水域豐度最高[13,36]，而桂山島位于青州以南的臨近水域，區(qū)域距離非常近。此外，本調查區(qū)域的魚類浮游生物豐度遠高于2004—2007年春季青州附近的歷史數(shù)據(jù)[13]。根據(jù)《近岸海洋生態(tài)健康評價指南 HY/T 215—2017》的標準，河口魚卵及仔稚魚豐度高于50個·m-3表示河口生態(tài)環(huán)境極為健康，而桂山島的魚類浮游生物豐度要高于該標準值。因此，推測萬山群島的桂山島可能是珠江口魚類的重要產(chǎn)卵場。主要原因可能有兩方面：1) 桂山島島礁環(huán)境為魚類棲息和孕育等提供了良好的庇護場所；2) 桂山島位于珠江口咸淡水交匯區(qū)域，水體中營養(yǎng)物質和初級生產(chǎn)力均相對較高，為魚類產(chǎn)卵和魚類浮游生物生長創(chuàng)造了良好的環(huán)境條件。

本研究發(fā)現(xiàn)海水初級生產(chǎn)力和浮游動物均勻度指數(shù)可較好地指示萬山群島水質環(huán)境狀況，同時該區(qū)域的海水初級生產(chǎn)力與浮游動物群落間的關聯(lián)度最高。圖7顯示初級生產(chǎn)力與NQI和EI呈極顯著正相關 (P＜0.01)。在珠江口河網(wǎng)水體中，已有研究也發(fā)現(xiàn)初級生產(chǎn)力與EI呈線性相關關系，初級生產(chǎn)力隨水體富營養(yǎng)化程度增加而升高[37]。初級生產(chǎn)力還與魚卵和仔稚魚豐度呈顯著正相關 (P＜0.05，圖7)；其可能原因是初級生產(chǎn)力影響著浮游植物數(shù)量，而浮游植物是仔稚魚的關鍵餌料生物，進而可影響仔稚魚豐度[30,38]。張景平等[39]曾提出相比于浮游植物或底棲生物的多樣性指數(shù)，浮游動物多樣性指數(shù)更適于評價珠江口海域水質污染程度。在浮游動物多樣性指數(shù)中，本研究發(fā)現(xiàn)浮游動物均勻度指數(shù)與水質富營養(yǎng)化指標的相關性最高，呈顯著負相關，這表明海水富營養(yǎng)化可能導致浮游動物多樣性降低。