長海縣筏養區表層沉積物與蝦夷扇貝大規模死亡相關性分析

于佐安+王笑月+李大成+付成東+張明+劉項峰

摘 要：2006-2009年，在長海縣大長山島和廣鹿島兩個蝦夷扇貝浮筏養殖海區采集4個批次沉積物樣品，檢測重金屬、有機質、硫化物、石油等8項化學指標，分析沉積物中的弧菌數量和異養細菌群落結構，評價筏養海區表層沉積物質量，在此基礎上，探討蝦夷扇貝筏養海區表層沉積物與蝦夷扇貝大規模死亡的相關性。結果表明：筏養海區沉積物中的重金屬（Cu、Pb、Cd、Hg、As）各項指標低于《海洋沉積物質量》（GB 18668-2002）中一類海洋沉積物評價標準，時空分布無顯著規律；4個批次調查中，遠岸水域石油含量均低于近岸，個別站位石油含量超出《海洋沉積物質量》（GB 18668-2002）中一類海洋沉積物標準；有機質和硫化物指標低于海洋沉積物一類標準，且遠岸水域有機質含量顯著低于筏養海域（P<0.05），2006年各站位有機質含量顯著高于2007年至2009年（P<0.05）。2006年筏養海區的異養細菌數量和弧菌數量顯著高于2007至2009年（P<0.05），且近岸水域異養細菌數量和弧菌數量顯著高于遠岸水域（P<0.05），四個批次表層沉積物細菌群落多樣性指數均較低，2006年筏養海區的細菌群落生物多樣性高于2007至2009年。大規模筏養蝦夷扇貝對海區沉積物表層環境造成了顯著壓力，沉積物環境中相對單一的細菌群落結構、高豐度弧菌存在與蝦夷扇貝大規模死亡可能具有一定的聯系。

關鍵詞：筏養蝦夷扇貝；死亡；沉積物；細菌群落結構；弧菌

中圖分類號：

文獻標識碼：A

沉積物是集化學物質和微生物于一體的特殊生態環境[1]。沉積物作為污染源，主要體現在由于沉積物與上覆水之間的交換作用，沉積物的污染為水體污染的來源之一，并通過水體擴散危及人類生存環境，目前全球河流、水庫、湖泊、海洋沉積物污染嚴重[2]。在貝類養殖海區，貝類代謝產物的聚集能影響底質的物理和化學環境，進而影響底部生態系統的生產力和生物多樣性[3-4]。我國沿海貝類產業規模龐大且養殖密度高，貝類自身代謝造成的污染可能對生態環境造成影響，甚至引起生態環境惡化。項福亭[5]等對煙臺北部貝類養殖區的調查結果證實，大量的生物沉積破壞了養殖區底質結構，從而導致養殖區域水環境和底質環境異常。Kaspar[6]研究發現養殖區貝床和間隙水的營養鹽濃度均高于對照區，Kautsky[7]等的測定結果證實，貝床沉積物釋放的氨、硅及磷，高于一般海區。

遼寧省長海縣自20世紀80年代引進蝦夷扇貝以來，開展筏式養殖30余年，養殖規模最高達2.67萬hm2。然而自2007年以來，蝦夷扇貝開始連續多年大規模死亡，嚴重影響當地經濟發展和漁民收入水平。國內許多學者對死亡原因進行了相關研究，于佐安等[8]開展了蝦夷扇貝大規模死亡流行病學調查；滕煒鳴等[9]對蝦夷扇貝膿胞病病原進行了分離鑒定；張明明等[10]分析了蝦夷扇貝大規模死亡原因。但筏養海區表層沉積物環境和蝦夷扇貝大規模死亡的相關性尚沒有相關論述。因此，本研究調查監測了2006-2009年長海縣蝦夷扇貝筏養區表層沉積物環境，研究了蝦夷扇貝筏式養殖對海底沉積物環境的生態影響，探討其與蝦夷扇貝大規模死亡的相關性。

1 材料與方法

1.1 采樣時間和站位

2006年10月、2007年10月、2008年10月和2009年10月份，在長海縣廣鹿島多落母筏式蝦夷扇貝養殖海區（122°24'32.6"～122°26'05.5"E，39°11'38.7"～39°12'15.9"N）和大長山島小圈筏式蝦夷扇貝養殖海區（122°32'55.50"～122°34'13.26"E，39°15'10.74"N ～39°15'34.02"）進行4個頻次表層沉積物采集。兩個養殖區根據離岸遠近各設4個站位（圖1、圖2），C4 站和G4站沒有蝦夷扇貝浮筏養殖。

1.2 采樣和分析方法

1.2.1 沉積物采樣方法 用面積為0.05 m2的抓斗采泥器采集未受擾動的表層沉積物樣品。樣品儲存按照GB/T 12763.3-2007《海洋監測規范》[11]的相關規定執行。

1.2.2 沉積物化學指標樣品分析 沉積物樣品經自然風干，除去明顯雜物，充分混合均勻后，研磨過80目尼龍篩。根據GB/T 12763.3-2007《海洋監測規范》的相關規定對沉積物中重金屬、有機質、硫化物、油類等各項指標進行分析測定。

1.2.3 沉積物微生物樣品分析 將沉積物樣品制成10-1，10-2，10-3，10-4稀釋樣，每個樣品接種4個平板。異養細菌、弧菌計數采用平板計數法[11]。采用的培養基分別為：異養細菌， ZoBell 2216E固體培養基；弧菌，TCBS培養基。

1.3 細菌分離和鑒定

細菌培養48 h、96 h后選取菌落數在30-300 CFU的ZoBell海水2216E平板，在平板上隨機挑取菌落，每個平板分離20～30株細菌。分離菌株純化2～3次，將獲得的純培養接種于斜面，15%甘油封口，4℃保存。菌株按美國Oliver海洋細菌鑒定系統及《常見細菌系統鑒定手冊》[12]提供的圖式鑒定至屬。

1.4 評價標準

1.4.1 沉積物質量評價方法 使用單因子污染指數Cif（實測沉積物濃度與標準值的比值）和綜合污染指數Cd（各單因子污染指數Cif之和）反映沉積物各理化指標的污染程度。單因子指數評價公式：

式中Cif為評價因子的污染指數；Cis為評價因子實測濃度值；Cin為評價因子i的評價參考值，本文以第一類《海洋沉積物質量》[13]（適用于海水養殖）的標準值為參考值。多種重金屬污染物的綜合效應通過綜合污染指數Cd（各單因子污染指數Cif之和）評價。

1.4.2 細菌群落結構多樣性評價方法 采用Shannon-Weiner指數（H′）和物種Pielou均勻度指數（J'）評價沉積物環境中細菌群落多樣性。指數公式如下：

③J'=H′/LnS其中H′為物種多樣度指數；S為種類數。

2 結果與分析

2.1 蝦夷扇貝筏養海區表層沉積物的重金屬、石油

2.1.1 表層沉積物重金屬、石油含量的時空分布和質量評價 兩個蝦夷扇貝筏養海區沉積物表層4個批次重金屬和石油含量如表1所示，各項重金屬含量無時間規律，近岸站位和遠岸站位也無顯著規律。石油含量在2006年、2008年和2009年的調查批次中都有超標站位，高值區出現在C2（2006年689×10-6）、G2（2008年551×10-6）和G1（2009年686×10-6）。經過方差分析，大長山島近岸站位（C1、C2、C3）和廣鹿島近岸站位（G1、G2、G3）石油（oil）含量均高于兩個島嶼的遠岸站位（C4、G4）（P<0.05）。

2006年10月、2007年10月、2008年10月和2009年10月連續四次對大長山島和廣鹿島兩個蝦夷扇貝筏養海區沉積物重金屬和石油含量進行取樣測定（表2），對海水表層沉積物重金屬和石油進行評價。結果表明，4個 批次樣品中，大長山島和廣鹿島兩個筏式養殖貝類養殖區海水中的Cu、Pb、Cd、Hg、As均符合海洋沉積物質量第一類標準，但石油含量除2007年以外，剩余三個批次中均有個別站位石油含量超標。

2.1.2 表層沉積物有機質、硫化物含量時空分布和質量評價 兩個蝦夷扇貝筏養海區表層4個批次沉積物有機質和硫化物含量如表3所示，時間分布上2006年有機質平均含量顯著高于其余三個批次（P<0.05）；空間分布4個批次調查中遠岸站位（G4，C4）有機質含量均低于近岸站位（P<0.05）；有機質含量最高值出現在2006年G2站位（1.38×10-6），硫化物含量最高值出現在2009年C1站位（158.5×10-6）；各站位有機質含量和硫化物含量均沒有超過海洋沉積物質量第一類標準。

對兩個海區4個批次表層沉積物的有機質和硫化物含量進行質量評價如表4所示，2006年-2009年，海底表層沉積物有機質污染程度要高于硫化物（P<0.05），長期浮筏蝦夷扇貝養殖可能與此相關。

2.2 表層沉積物細菌數量分布

對4個批次表層沉積物中異養細菌數量和弧菌數量進行統計分析，結果如表5所示，2006年筏養海區表層沉積物，的異養細菌平均數量和弧菌平均數量顯著高于2007至2009年（P<0.05），水平分布上異養細菌數量和弧菌數量近岸水域（C1/G1、C2/G2、C3/G3）顯著高于遠岸水域（C4/G4）（P<0.05）。

2.3 表層沉積物異養細菌群落結構

對4個批次表層沉積物中的異養細菌進行鑒定，2006年10月調查批次分離菌株44株，歸屬于9個屬；2007年10月調查批次分離菌株35株，歸屬于7個屬；2008年10月調查批次分離菌株31株，歸屬于6個屬；2009年10月調查批次分離菌株17株，歸屬于6個屬。四個批次調查中弧菌屬（Vibrio）均為優勢菌屬。異養細菌菌屬組成及多樣性見表6，2006年批次表層沉積物中細菌多樣性最低。

3 討論

3.1 蝦夷扇貝大規模筏式養殖對表層沉積物重金屬的影響及其與扇貝死亡之間的聯系

李玉等對連云港近岸海域沉積物中重金屬污染來源進行分析，認為工業和生活污水排放、農業灌溉水排放以及有機質降解是重金屬三個主要來源[15]。柴小平等對杭州灣及鄰近海域表層沉積物重金屬的分布、來源進行了分析，認為陸源碎屑顆粒的輸送對研究區域表層沉積物中重金屬的組成和分布具有決定性的意義[16]。因此，蝦夷扇貝大規模筏式養殖對本海域內重金屬分布和含量不起決定作用，近岸、中岸和遠岸的重金屬沒有規律性分布也從側面說明筏式養殖和重金屬含量以及分布相關性不大。同時長海縣大長山島和廣鹿島均為離岸較遠島嶼，陸源污染相對較少，重金屬污染水平較低，各項指標均符合國家一類海洋沉積物評價標準，單項污染指數都不高，因此和蝦夷扇貝大規模死亡可能沒有相關性。

3.2 蝦夷扇貝大規模筏式養殖對表層沉積物石油的影響及其與扇貝死亡之間的聯系

石油烴具有疏水性，海水中的石油烴吸附在懸浮物上隨潮流遷移，最終沉淀在海底和潮間帶的沉積物上[17]。因此，沉積物被認為是石油烴的環境歸宿，發揮了“匯”的作用[18]。而長海縣海區表層沉積物石油的來源主要來自筏式養殖所用漁船的燃油泄漏。由于蝦夷扇貝扇貝筏式養殖規模逐步擴增，海區所需漁船數量也越來越多，而海區大規模筏式養殖同時妨礙了水流的運動，使泄漏的燃油不能快速擴散。因此養殖生產活動中輕微的燃油泄漏隨時間積累和漁船數量的增加最終對海底沉積物環境造成了影響。而離岸較遠海區由于養殖較少，海流通暢，因此四個批次調查中遠岸水域表層沉積物石油含量均低于近岸石油含量。雖然通過對表層沉積物的石油進行質量評價，只有個別站位超出國家一類沉積物評價標準，但養殖活動用船過程中燃油泄漏對海區環境的影響需要引起注意，而表層沉積物中石油對環境的改變，對細菌群落結構的影響也不容忽視。2007年風暴潮讓海底表層沉積物重新進入海水變成懸浮物質，附著石油烴的懸浮物被扇貝濾食，可能對扇貝自身健康造成一定影響，和蝦夷扇貝大規模死亡可能具有一定相關性。

3.3 蝦夷扇貝大規模筏式養殖對表層沉積物有機質、硫化物的影響及其與扇貝死亡之間的聯系

水體沉積物中硫循環研究結果表明[19-20]，在低氧化還原電位條件下，沉積物中有機質、硫酸鹽、氧化鐵和二價金屬離子在硫酸鹽還原菌（SRB）的參與下可發生反應生成硫化物。養殖區含有豐富有機質，有機質降解在消耗大量溶解氧的同時使氧化還原電位（Eh）降低，此時硫酸鹽還原菌更易將硫酸鹽還原生成硫離子，從而在底質形成大量硫化物沉積[21]。因此硫化物沉積和養殖區大量有機質密切相關。長海縣海區大規模筏式養殖蝦夷扇貝的代謝產物，由于海水流動性不強累積沉積至海底表層，構成海區表層沉積物有機質的主要部分。而大量有機質沉積同時導致硫化物生成并沉積。因此，蝦夷扇貝大規模筏式養殖對表層沉積物有機質和硫化物的分布和數量有著舉足輕重的作用。四個批次調查中，遠岸海水表層沉積物有機質的含量低于近岸也說明筏式大規模養殖對海底表層沉積物環境造成了一定影響。雖然有機質和硫化物含量沒有超過國家一類沉積物評價標準，對目前扇貝大規模死亡沒有直接相關性，但表層沉積物中有機質大量累積為病原菌的滋生繁殖提供條件，可能會造成病害頻發，水生動物大量死亡[22]。

3.4 蝦夷扇貝大規模筏式養殖對表層沉積物異養細菌豐度和群落結構的影響及其與扇貝死亡之間的聯系

養殖活動影響了沉積物中微生物多樣性，影響了微生物群落的組成和分布，進而擾亂了微生物的生態功能[23]。Caruso等發現地中海區域的漁場在存在前后，水體中異養細菌密度變化不大，而沉積物中異養細菌的密度則顯著增加[24]；近海網箱養殖活動使象山港沉積物細菌群落結構發生變化，多樣性和均勻度也顯著降低，致使近海沉積物細菌群落由多樣性高的穩定結構向多樣性降低的不穩定結構轉變[25]。長海縣大長山島和廣鹿島8個站位四個批次調查中同樣表明表層沉積物細菌群落多樣性指數都較低，弧菌為表層沉積物細菌群落結構中的主要優勢菌。水平分布上異養細菌數量和弧菌數量近岸水域同樣顯著高于遠岸水域。蝦夷扇貝大規模筏式養殖明顯改變了海底表層沉積物的異養細菌豐度和群落結構，而弧菌成為優勢菌更加劇了扇貝患病的幾率，可能與筏養蝦夷扇貝大規模死亡密切相關。2006年筏養海區的表層沉積物中異養細菌平均數量和弧菌平均數量顯著高于2007至2009年，其細菌多樣性也最低。這很可能與2007年風暴潮有關，由于近岸養殖水層較淺，強風將表層沉積物和海水混合，大量細菌進入表層海水，使2007年以后海水表層沉積物中的異養細菌的豐度降低，沉積物環境被動改變反而增加細菌多樣性。但進入海水中的大量弧菌增加了蝦夷扇貝患病的危險。

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（收稿日期： 2016-09-02）