峽道整治工程對附近海域環境和海洋生物的影響＊——以三亞小洲島峽道整治工程為例

車志偉，史云峰，曲江勇

（1．國家海洋局三亞海洋環境監測站 三亞海洋生態監測重點實驗室 三亞 572000；2．瓊州學院生物科學與技術學院 三亞 572022）

海洋工程在解決沿海地區土地資源匱乏和社會經濟發展的同時，也帶來沿海灘涂環境污染、生物棲息地破壞或破碎化等生態問題，比如海域水體無機營養鹽含量升高，港灣水動力學條件和納潮量改變，海洋污染物的稀釋擴散速率降低等［1］。馬長 安 等［2］和 呂 巍 巍 等［3］研 究 表 明 圍填海工程會破壞原有的自然生態系統，導致灘涂內底棲動物和潮間帶生物種類和數量減少及生物多樣性降低；沈新強和沈盎綠［4］研究表明，疏浚作業產生的懸浮物和掩埋作用對海域環境、浮游動植物、魚類和貝類等均有不同程度的影響；趙文等［5］指出水下爆破活動對海區水質及浮游生物影響顯著。但關于峽道整治工程對附近海域水體環境和海洋生物的研究較少，且尚未見以實際工程為例的全工程期比較分析結果。

峽道整治工程會改變附近海域的岸線和水深，造成海底地形變化，進而引起水動力條件、流場和海水物質輸運能力的改變［6］。峽道疏浚還可能破壞底棲生物賴以生存的底質環境，懸浮泥沙會降低海水透明度并干擾海洋生物攝食［7］。此外工程改變區域自然環境和生態環境，可能對海區生物的多樣性和適宜性產生影響。因此，本研究擬以三亞小洲島峽道整治工程為研究對象，通過施工前、施工期和竣工后的對比，綜合分析附近海域海水水質、沉積物主要環境因子和浮游植物、浮游動物、底棲動物及潮間帶動物群落結構的變化，為合理利用和保護海洋灘涂資源和濕地生態修復提供基礎數據，也為同類型峽道整治工程環境影響評價提供參考。

1 材料與方法

1．1 工程概況

三亞小洲島峽道整治工程位于三亞灣南邊嶺西側海域的基巖島嶼小洲島與鹿回頭半島之間的海峽及淺灘地帶（圖1）。

小洲島是中生代燕山期花崗巖侵入體構成的低丘，沿岸被侵蝕物質在波浪和波流推移下堆積，使峽道水域淤淺。工程目的是通過岸灘整治恢復和改善海域的生態環境與景觀，工期為2012年5月至2013年4月。峽道疏浚采用抓斗式挖泥船作業，疏浚量約為18．9萬方。

1．2 調查時間和站位設置

分別于施工前（2012年3 月）、施工期（2012年11月）和竣工后（2013年8月）對小洲島峽道整治工程附近海域進行水質、沉積物和生態調查。調查站布設在整治工程及其周圍海域（圖1），其中1＃～8＃站位分別調查海水水質、沉積物環境因子、浮游生物和底棲動物，D1～D4站位調查潮間帶動物。

圖1 工程位置及海域調查站位分布

1．3 樣品采集與處理

海水、沉積物和生物樣品的采集及分析方法均按《海洋調查規范》（GB12763－2007）和《海洋監測規范》（GB17378－2007）進行。水質分別采集表層（0．5m）和底層水樣，調查項目包括水溫、鹽度、懸浮物（SS）、pH、溶解氧（DO）、化學需氧量（CODMn）、無機氮（DIN）、活性磷（DIP）和石油類；沉積物采用挖泥器采集表層樣（0～5cm），調查項目包括有機碳、硫化物、油類、總汞、砷、銅、鉛、鋅和鎘；生態調查項目包括浮游植物（淺水Ⅲ型浮游生物網樣）、浮游動物（淺水Ⅰ型浮游生物網樣）、底棲動物（采泥器采樣）及潮間帶動物（0．5mm 孔徑套篩篩選）。

1．4 數據處理與統計分析

工程附近海域1＃～5＃調查站位位于珊瑚礁保護區，執行一類水質標準；6＃～8＃調查站位位于三亞灣航道范圍，執行二類水質標準。定量描述海洋生物群落特征的參數采用Shannon－Wiener多樣性指數（H′）、Pielou均勻度指數（J′）和Jaccard相似性指數（JS）：

式中：S為樣品中總種數；Pi表示第i種的個體數與總個體數的比值；a為第A次調查的種數，b為第B次調查的種數，c為A、B兩次調查共有的種數。

數據的處理及分析應用Excel 2007和SPSS 17．0等統計分析軟件完成。

2 結果與分析

2．1 海洋環境變化

2．1．1 海水水質變化

施工前、施工期和竣工后對海水水質的調查結果如表1所示。由調查結果可知，施工前調查海域水質各因子均保持在一類海水水質標準范圍內，表明施工海域的海水環境質量較好。各調查期海水水溫變化范圍在28．3℃～29．9℃之間，且主要受海區季節和氣候變化所影響。隨著工程的進行，海水鹽度呈降低趨勢，尤其竣工后海水鹽度呈極顯著（P＜0．01）降低，可能是由于峽道疏浚改變了海區水動力學，海水受三亞河淡水影響程度增加所致。海水DO 含量與調查季節亦有很大關系，且施工期的機械擾動也可能是DO含量較高的原因。施工期SS 含量極顯著（P＜0．01）高于施工前和竣工后，說明施工過程有大量懸浮物排放，隨著疏浚施工停止作業，懸浮物的污染源終止，水體中的SS 含量也逐步恢復到自然水平。

表1 海水水質監測結果

續表

調查結果還表明，竣工后海水DIN、DIP、CODMn和石油類含量均顯著（P＜0．05）高于施工前和施工期，其含量的升高并未因工程的終止而恢復。經現場調查后認為，在疏浚工程竣工后，陸域上已開始進行樓房等構筑物施工建設，工人居住區的生活污水未經處理直接排海可能是造成海水中無機營養鹽、CODMn和石油類污染物含量增加的主要原因。另一方面，與工程對鹽度的影響類似，峽道整治工程改變了水下的地形，同時影響了海水的動力學環境，海區陸源淡水的比例增加，其攜帶的大量營養鹽和有機物質的貢獻度也隨之增加。雖然竣工后DIN、DIP 等水質因子的含量仍然符合一類海水水質標準的范圍內，但其增加趨勢仍在不斷加劇海水富營養化的風險。

2．1．2 沉積物環境因子變化

施工前后調查海區表層沉積物中有機碳、硫化物、油類、汞、砷、銅、鉛、鋅和鎘等環境因子均符合海洋沉積物環境質量標準，表明調查海域的沉積物質量較好。除有機碳外的主要沉積物環境因子均為施工期最高，說明整治工程施工過程的機械和人為排放是其主要來源，且隨著施工的結束，這些環境因子也逐漸得到不同程度的恢復。竣工后沉積物有機碳含量極顯著（P＜0．01）高于施工期和施工前，可能是陸源有機物沉積所至。

表2 沉積物監測結果

2．2 生物群落結構變化

2．2．1 浮游植物群落結構變化

峽道整治工程施工前、施工期和竣工后浮游植物群落種類、豐度、多樣性指數、均勻度指數變化及不同時期相似性指數分別見圖2（a）、表3、圖3和表4。

由調查結果可知，施工前，海區浮游植物的主要類群為角毛藻、菱形藻，優勢種為尖刺擬菱形藻（Pseudo－nitzschiapungens）、柔弱擬菱形藻（Pseudo－nitzschiadelicatissima）和海洋角毛藻（Chaetocerospelagicus）；竣工后類群增加，主要類群除角毛藻和菱形藻外增加了藍藻和根管藻，優勢種更替為紅海束毛藻（Trichodesmium erythraeum）、筆 尖 根 管 藻（Rhizosoleniastyliformis）、暹羅角毛藻（Chaetocerossiamense）和丹麥細柱藻（Leptocylindrusdanicus）。施工前、施工期和竣工后海區浮游植物種類數分別為43種、64種和63種，豐度分別為178．1×106ind／m3、6．4×106ind／m3和1．4×106ind／m3。施工期和竣工后的浮游植物種類數顯著高于施工前，但平均豐度卻極顯著（P＜0．01）低于施工前，其原因可能是施工造成營養鹽水平增加，耐低營養種群的優勢度和競爭力有所降低，同時耐污染型的種群有所發展（如，丹麥細柱藻）。隨著工程的進行，調查區浮游植物多樣性指數、均勻度指數均有所降低；施工前和竣工后的相似性指數為43．2%，說明工程導致浮游植物種類發生了中等程度的更替。

圖2 動植物種類變化

表3 海洋生物豐度變化

表4 海洋生物相似性指數JS變化

圖3 海洋生物指數變化

2．2．2 浮游動物群落結構變化

不同調查時期海域浮游動物種類變化見圖2（b）。施工前浮游動物主要類群為橈足類、毛顎類和糠蝦類，優勢種為亞強真哲水蚤（Eucalanus subcrassus）、中華哲水蚤（Calanussinicus）、紅紡錘水蚤（Acartiaerythraca）和中華異水蚤（Acartiellasinensis）；竣工后主要類群更替為橈足類、水母類和毛顎類，優勢種更替為異體住囊蟲（Oikopleuradloica）、鳥啄尖頭溞（Penillaavirostris）、肥胖箭蟲（Sagittaenflata）、百陶箭蟲（Sagittabedoti）和雙生水母（Diphyeschamissonis）。與浮游植物類似，施工開始后（施工期42種、竣工期34 種）浮游動物種類也多于施工前（24種），豐度顯著（P＜0．05）降低（表3）。浮游動物多樣性指數和均勻度指數（圖3）施工前和施工期沒有顯示出差異，但竣工后有所降低。施工前和施工期相似性指數為43．5%（表4），施工前和竣工后相似性指數為38．1%，說明峽道整治工程也會導致浮游動物產生中等程度的更替。

2．2．3 底棲動物群落結構變化

如圖2（c）和表3所示，施工前、施工期和竣工后海域底棲動物種類分別為15 種、16 種和12種，豐度分別為87．5ind／m2、42．5ind／m2和43．7ind／m2，工程導致底棲動物種類和數量發生顯著減少。施工前底棲動物主要類群為軟體動物、環節動物類和脊索動物，施工導致脊索動物消失，多毛類和甲殼類動物出現。施工前底棲動物優勢種為中國杓蛤（Cuspidariachinensis）和深溝籃蛤（Corbulafortisulcata），竣工后為小楯桑椹 螺（Clypeomorushumilis）、克 氏 銼 棒 螺（Rhinodaviskochi）和白脊藤壺（Balanusalbico－status），說明優勢種更替明顯。同時，竣工后底棲動物多樣性指數和均勻度指數（圖3）較施工前也有顯著（P＜0．05）降低。施工前與施工期及施工前與竣工后海區底棲動物相似性指數（表4）均低于30%，說明峽道整治工程對底棲生物的種群結構產生了顯著的影響。

2．2．4 潮間帶動物群落結構變化

如圖2（d）所示，施工前調查潮間帶動物有24種，施工期間為19 種，其主要類群甲殼類、軟體動物和多毛類動物均出現不同程度的減少；竣工后潮間帶動物種類數有所回升（23種），但多毛類動物消失。施工前潮間帶動物優勢種分別為海南舟 鉤 蝦（Bemloshainanensis）、包 氏 短 槳 蟹（Thalamitapoissonii）、凸 加 夫 蛤（Gafrarium tumidum）、塔節結濱螺（Antigonalamellaris）和雙斑細螯寄居蟹（Clibanariusbimaculatus），竣工后更替為四齒大額蟹（Metopograpsusquadridentarus），塔節結濱螺和雙斑細螯寄居蟹。施工導致潮間帶動物豐度（表3）出現顯著（P＜0．05）降低，竣工后的豐度僅為施工前的29．0%，其生物多樣性指數和均勻度指數（圖3）也出現不同程度降低。施工前與施工期潮間帶動物相似性較大72．0%（表4），但施工前與竣工后相似性卻較低30．6%，說明工程導致潮間帶生物種類組成發生較大變化，群落演替明顯。

3 討論

工程建設對海洋水質的影響主要表現為兩個方面：其一為建設過程中產生的懸浮物質對水質的影響，其二為施工期的生產和生活污水排放入海對水質的影響，其中以高濃度的懸浮物質對海洋環境的影響最為劇烈［8］。由調查結果比較分析可知，施工期海水的SS、CODMn、DIN、DIP和石油類的含量均高于施工前，其中懸浮物含量的增加幅度較為明顯。依據施工方案估算工程泥沙排放速率約為0．03kg／s，在潮流等動力因素作用下，高濃度的懸浮水體向周圍擴散，會導致以施工區為中心的附近海域海水渾濁度顯著上升。竣工后海水SS 含量較施工期降低了55．6%，表明在疏浚施工結束后，隨著懸浮物的不斷沉降，其含量水平正逐步恢復到正常水平。竣工后海水中有機污染物和營養鹽含量高于施工前和施工期，呈上升趨勢，工程區陸域排放的生活污水是其主要來源。盡管3 次調查的水質均符合一類海水水質標準，表明峽道整治工程對海區水質環境的影響程度較輕，但陸域污染物排放對水質環境影響的問題已開始顯現，應予以足夠重視。

水體環境的變化狀況與浮游植物、浮游動物、底棲動物群落結構參數改變密切相關［9］。浮游植物是水域的初級生產者，在海洋生態系統物質循環和能量轉化中具有重要意義，浮游植物群落結構的變化，是反映海洋環境狀況的重要指標［10］。袁健美等［11］的研究表明，海域浮游植物的變化受海水中SS 含量的影響較為顯著，本研究也可得出類似結論。峽道整治過程對灘涂底質的擾動較大，有大量的泥沙擴散進入附近海域，可導致海水透明度下降，不利于浮游植物的光合作用，進而影響浮游植物的細胞分裂和生長，使單位水體內浮游植物的數量降低［12］。因此，懸浮物的增加可能是導致施工過程中浮游植物豐度和多樣性指數下降的重要原因。同時，工程建設對海域的水質也會產生影響，進而改變了浮游植物的生長環境，可能會促使某些耐污染的種類大量生長成為優勢種，進而影響到浮游植物的種群結構。

作為海洋食物鏈的中間環節，浮游動物是海洋次級生產力的重要組成部分，在海洋生態系統物質循環和能量流動中起著承上啟下的重要作用［13］。浮游植物是浮游動物的餌料來源，浮游植物的變化可通過食物鏈傳遞影響浮游動物的種群動態［14］，同時懸浮顆粒也會黏附在浮游動物體表干擾其正常的生理功能，過量的懸浮物質還會堵塞浮游橈足類動物的食物過濾系統和消化器官［15］，導致浮游動物因饑餓而死亡［16］。但施工期所產生的懸浮物對海洋生物的影響在時間尺度上也是暫時的，水體中的懸浮物會很快恢復到施工期的水平，海洋浮游動物種群很快得到恢復。在竣工后調查發現海區浮游動物豐度有所恢復，可能與海水SS含量降低有關。

底棲動物是海洋水層－底層耦合作用的重要環節，是維持海洋生態系統良性循環的重要生物群，其生態方面的研究近些年來受到人們的廣泛關注［17］。馬明輝等［18］研究發現較高濃度懸浮物連續作用會使蝦夷扇貝（Patinopectenyessoensis）死亡率明顯增加；鄭琳等［19］發現傾倒所造成的懸浮物濃度增加可直接加劇貝類對重金屬的積累，進而對貝類生物組織器官造成傷害；晁敏等［20］研究發現文蛤（Meretrixmeretrix）和尖紫蛤（Sanguinolariaacuta）在被疏浚土掩埋后會表現出垂直移動行為，尖紫蛤近50%個體進出水管伸出疏浚土表層。峽道整治工程使灘涂底質發生了明顯的改變，沉積物粒度、有機質和污染物含量均可能是影響底棲動物種類組成、群落結構和分布的因素。本研究的結果顯示，施工過程前后海域底棲生物的種類組成發生較大變化，群落演替明顯，生物平均豐度和生物量與施工前相比明顯減少，其主要原因可能是峽道疏浚改變了底棲生物原有的棲息環境及高濃度懸浮物質的沉降掩埋作用。

潮汐帶來豐富的營養物質和食物，使潮間帶動物豐度和生物多樣性保持在一定水平［21］。峽道整治工程施工期間不斷擾動沿岸灘涂，竣工后灘涂高程改變，潮汐的動力作用亦隨之發生變化，這些都會導致潮間帶動物群落發生顯著的演替。施工期調查的底棲生物種類比施工前有所減少，豐度、多樣性指數等指標也低于施工前，這表明施工對潮間帶生物棲息環境的干擾是比較明顯的。竣工期調查結果表明，潮間帶區域已重構了新的潮間帶生物群落，種類有23種之多，主要是甲殼類和軟體類動物，潮間帶生態環境恢復較快。

綜上所述，峽道整治工程對附近海域環境如潮灘高程、海水動力學、SS含量和底質等多種環境因子產生較大影響，進而導致海區動植物群落結構及多樣性發生改變。生境的改變在短期內的影響主要是使海區生物多樣性和均勻度降低，并導致群落發生不同程度的演替。隨著時間的延長，海區生物的數量和多樣性是否會不斷升高，生物群落演替的方向和結果如何，還需要進一步的調查研究確定。

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