象山港浮游生態(tài)系統(tǒng)歷史演變示意圖 董涵 制圖

　　樂鳳鳳

　　黨的十九大報告指出“人與自然是生命共同體，人類必須尊重自然、順應自然、保護自然”。認識生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律，科學指導海洋空間規(guī)劃、管制和修復，探索人海和諧的空間發(fā)展道路，是自然資源部海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學重點實驗室（依托單位：自然資源部第二海洋研究所）建設的使命。

　　海灣是承載自然變化與人類活動的最重要區(qū)域之一，其環(huán)境惡化引起生態(tài)系統(tǒng)退化和資源衰退，對社會經(jīng)濟產(chǎn)生負反饋。浙江省海灣生態(tài)健康肩負著“重要窗口”的展示作用。浙江省象山港作為中國典型的亞熱帶海灣生態(tài)系統(tǒng)，擁有獨特的地形、水動力和生物群落，其生態(tài)系統(tǒng)對人類活動與自然變化的響應是對海灣空間單元開發(fā)格局的重要反饋。

　　針對美國切薩皮克灣、納拉甘西特灣，日本東京灣，法國布雷斯特灣和中國膠州灣、大亞灣等的多年研究表明，富營養(yǎng)化和海水升溫是近岸海灣的普遍問題。日前，自然資源部海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學重點實驗室近海生態(tài)研究團隊以東海狹長形半封閉海灣象山港為研究區(qū)域，系統(tǒng)揭示了富營養(yǎng)化和海水升溫疊加影響下海灣浮游生物的演變格局。相關成果發(fā)表在《海洋污染通報》《河口與海岸》《河口、海岸和大陸架》《浮游生物研究》等國際海洋學和浮游生態(tài)學主流期刊。

海水升溫作祟，能量上行受阻

　　該研究發(fā)現(xiàn)，富營養(yǎng)海灣大量浮游植物生物量不能有效傳遞到高營養(yǎng)級生物。

　　生物量是生態(tài)學術語，指單位面積（體積）內(nèi)某類生物的總重量。浮游植物是進行光合作用的初級生產(chǎn)者，高營養(yǎng)級生物是食物鏈中捕食浮游植物的浮游動物和魚類等。

　　該研究主要完成人之一、自然資源部第二海洋研究所研究員江志兵介紹，象山港屬亞熱帶高生產(chǎn)力（即浮游植物生物量高）海域，較大個體（微型， 2~20微米；小型，>20微米）浮游植物占比超過80%，較小個體（微微型，<2微米）浮游植物占比較小。江志兵介紹，近10年象山港污染得到有效控制，水體富營養(yǎng)化沒有進一步惡化，但以氮、磷計，只能長期維持在四類水體（適用于海洋港口、海洋開發(fā)作業(yè)區(qū)）；與此同時，先后上馬的寧海國華和大唐烏沙山兩個濱海電廠排放大量高溫廢水，疊加氣候變暖，使得象山港生態(tài)系統(tǒng)面臨海水快速升溫的壓力。在富營養(yǎng)化和暖化影響下，葉綠素a濃度和初級生產(chǎn)力逐漸升高，且個體大于20微米的浮游植物占比增加明顯。然而，較大個體的浮游動物（大中型，>505微米）生物量和豐度卻呈現(xiàn)下降趨勢，漁業(yè)資源也明顯下降。

　　為尋找其原因，研究團隊通過同步多參數(shù)高密度采樣法，利用隨機森林模型研究發(fā)現(xiàn)，象山港浮游動物生物量不會隨浮游植物生物量增加而增加，且兩者的比值隨浮游植物生物量增加而降低，表明大量浮游植物能量不能通過食物鏈有效傳遞到高營養(yǎng)級生物。研究同時發(fā)現(xiàn)，浮游動物對升溫最敏感，溫度升高促進了小個體（中小型，200~505微米）浮游動物增加，而較大個體（>505微米）的數(shù)量降低，即浮游動物整體趨于小型化，造成較大個體浮游植物生物量無法通過浮游動物攝食向高營養(yǎng)級生物傳遞。

狹長地形決定，生態(tài)演變異質

　　該研究發(fā)現(xiàn)，亞熱帶狹長形海灣浮游生物長期演變顯現(xiàn)時空異質性。

　　據(jù)介紹，時空異質性也是生態(tài)學用詞，指生物和非生物環(huán)境隨時間變化、同時在空間分布上不均勻。

　　象山港屬亞熱帶狹長形半封閉海灣，理化環(huán)境和生物群落具有顯著的季節(jié)變化和空間異質性?；诖?，研究團隊推測營養(yǎng)鹽、水溫和浮游生物的長期變化可能也存在時空異質性，并利用1980年~2019年的歷史數(shù)據(jù)驗證了該假設。

　　據(jù)該研究主要完成人之一、自然資源部第二海洋研究所副研究員杜萍介紹，大中型浮游動物生物量于2005年電廠運行后快速下降，主要發(fā)生在夏、秋季的港底、港中部，這正是無機氮和水溫同步升高顯著的季節(jié)和區(qū)域，說明富營養(yǎng)化和高溫的共同作用明顯抑制了大中型浮游動物生物量，其中一個重要原因是夏季電廠排水口水溫超過了優(yōu)勢種（中型橈足類）的致死溫度，而個體較小的短尾類幼體和劍水蚤比例增加。研究團隊還發(fā)現(xiàn)，在遠離港頂、港中部溫排水數(shù)十公里的港口區(qū)域，浮游動物變化趨勢與港底、港中部明顯不同，未見數(shù)量下降；港口區(qū)主要受港外海水影響，春季受長江沖淡水影響的時期，浮游動物數(shù)量甚至呈現(xiàn)明顯上升趨勢，與長江口浮游動物變化趨勢高度一致。

　　“象山港生態(tài)演變時空異質性這個案例，意味著在進行區(qū)域規(guī)劃和開發(fā)時，要尊重自然規(guī)律，合理布局、有限發(fā)展，方能維系海灣經(jīng)濟與生態(tài)的可持續(xù)協(xié)調發(fā)展?！倍牌颊f。

生態(tài)結構變化，傳遞能效下降

　　總結該研究，食物鏈結構變化降低了生態(tài)系統(tǒng)能量傳遞效率。

　　據(jù)介紹，太陽能通過浮游植物光合作用進入海洋生態(tài)系統(tǒng)，然后從浮游植物逐級轉移到上一營養(yǎng)級，而上一營養(yǎng)級與下一營養(yǎng)級吸收能量的比值為生態(tài)系統(tǒng)的能量傳遞效率。

　　研究團隊綜合理化因素和各營養(yǎng)級生物的長期變化和異質性特征推導出象山港中底部浮游生態(tài)系統(tǒng)的演變過程：富營養(yǎng)化和暖化增加了浮游植物生物量，尤其促進個體較大的硅藻和甲藻生長，但海水升溫不利于較大型浮游動物繁殖，導致大粒徑浮游植物缺少有效的攝食控制。同時，冬季海水變暖加速了浮游植物生長，疊加同期浮游動物攝食作用較弱，引起藻華加劇，且藻華時間從春季提前至冬季。浮游植物旺發(fā)產(chǎn)生的初級生產(chǎn)力無法有效傳遞到較高營養(yǎng)級的浮游動物和魚類，造成牧食食物鏈效率降低。因此，除過度捕撈外，富營養(yǎng)化與變暖加劇引起的浮游生物粒級結構和物候過程改變也是象山港漁業(yè)資源較20世紀80年代明顯下降的重要原因。此外，微食物環(huán)作為初級生產(chǎn)力傳輸?shù)难a充途徑，相對重要性可能增強，其變化對能量傳遞效率的影響有待研究。

　　該研究結果豐富了海灣生態(tài)學的科學認知，提示內(nèi)灣水交換能力差的海灣，需嚴格控制陸源營養(yǎng)鹽輸入，并減少網(wǎng)箱養(yǎng)殖和蝦塘養(yǎng)殖；同時嚴格控制電廠溫排水的溫升范圍，尤其在高溫季節(jié)。生態(tài)修復工作以提升生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、提高藍色碳匯效率等生態(tài)服務功能為目標，該研究為海灣生態(tài)修復提供了科學支撐，支持內(nèi)灣養(yǎng)殖大型經(jīng)濟藻類（海帶等）和濾食性貝類（牡蠣等）、底播毛蚶、菲律賓蛤仔等土著貝類，以降低水體營養(yǎng)鹽濃度、減少浮游植物藻華的發(fā)生。



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