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(shè)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(guān)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(shù)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(zhì)

　　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(zhì)性。

　　據(jù)介紹，時空異質(zhì)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(zhì)性。基于此，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(zhì)性，并利用1980年~2019年的歷史數(shù)據(jù)驗證了該假設(shè)。

　　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(zhì)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(diào)發(fā)展?！倍牌颊f。

生態(tài)結(jié)構(gòu)變化，傳遞能效下降

　　總結(jié)該研究，食物鏈結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)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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