2019, Vol. 43
文章信息
- 周毅, 许帅, 徐少春, 岳世栋, 顾瑞婷, 张晓梅, 许敏, 张玉, 张云岭, 张振海. 2019.
- ZHOU Yi, XU Shuai, XU Shao-chun, YUE Shi-dong, GU Rui-ting, ZHANG Xiao-mei, XU Min, ZHANG Yu, ZHANG Yun-ling, ZHANG Zhen-hai. 2019.
- 中国温带海域新发现较大面积(大于0.5 km2)海草床:Ⅱ声呐探测技术在渤海唐山沿海海域发现中国面积最大的鳗草海草床
- New discovery of larger seagrass beds with areas > 0.50 km2 in temperate waters of China: ⅡThe largest Zostera marina bed in China discovered in the coastal waters of Tangshan in the Bohai Sea by sonar detection technology
- 海洋科学, 43(8): 50-55
- Marina Sciences, 43(8): 50-55.
- http://dx.doi.org/10.11759/hykx20190318003
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文章历史
- 收稿日期：2019-03-18
- 修回日期：2019-04-19
2. 海洋国家实验室 海洋生态与环境科学功能实验室山东 青岛 266237;
3. 中国科学院大学北京 100049;
4. 中国科学院海洋大科学研究中心, 山东 青岛 266071;
5. 唐山海洋牧场实业有限公司河北 唐山 063611
2. Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Qingdao 266237, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
4. Center for Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China;
5. Tangshan Marine Ranching Industrial Limited Company, Tangshan 063611, China
海草是生活于浅海的单子叶高等被子植物。海草床是全球沿海重要的生态系统, 具有重要的生态服务功能[1-3]。然而, 由于受到日益加剧的人为因素和自然因素等多种胁迫因素的严重影响, 全球范围内的海草资源都出现了大规模的损失, 其退化及消失速度越来越快[4-5]。在中国, 从20世纪90年代至今, 大量先前报道的海草床经调查现已难觅踪迹。鳗草(Zostera marina L.), 又名大叶藻[6], 广布于北半球太平洋及北大西洋地区的温带浅海海域, 主要生长在地势平缓泥沙底质的浅水海底, 是北半球沿海分布最广泛的海草[3, 7]。以往的调查研究表明中国鳗草分布于河北、山东、辽宁等省沿海。鳗草在山东曾出现于烟台、威海、青岛和日照沿海等地[8-10]。但近年来作者实地调查发现, 面积较大且连续分布的海草床现已经很难找到。大部分文献记载的鳗草床已经被人类活动如滩涂养殖、海岸建设等破坏威胁, 导致生境破碎、面积锐减甚至消失等情况。海草床退化趋势日益加剧引起广泛的重视[11-13]。
为了更好保护海草资源, 查明现阶段沿海地区海草的空间分布和生物量情况迫在眉睫。现场采样调查法能提供精确的局部数据, 但耗时耗力, 不适用于大规模调查。光学遥感是潮间带海草分布制图的首选方法, 但是其有效性受到水体清澈度、云量和海面粗糙度的限制[14]。相反, 水声声呐探测技术由于成本低、效率高、应用范围广等优点, 是探测水生沉水植被特征的重要手段。本研究基于2014~2018年的实地调查并参考前人的研究报道[15-16], 根据卫星遥感影像的结果设计路线, 利用声呐探测技术对河北唐山乐亭-曹妃甸沿海的海草床进行探测, 发现该地区分布着面积约30 km2(外围面积约90 km2)的鳗草海草床, 是目前中国国内分布面积最大的鳗草海草床。本文系中国温带海域新发现较大面积(大于0.50 km2)海草床系列报道之一[17]。
1 研究地区与研究方法 1.1 研究区域概况一次船只走航时我们在唐山曹妃甸龙岛附近发现了低潮可显露出的大面积鳗草海草床(图 1)。龙岛原名为东坑坨, 是唐山市近海一座原始沙岛, 属于障壁岛地貌, 岸线长约8 km, 南北宽从100 m到800 m不等; 西距曹妃甸工业区约5.5 km, 北距乐亭陆地岸线约11 km, 总体形状呈倒“L”型。该海域属非正规半日混合潮, 平均潮差1.54 m。曹妃甸甸头前沿500 m即为潮汐通道深槽, 为渤海湾最深处, 最大水深达42 m, 形成沙岛与深槽相伴的独特深槽地貌[16]。龙岛浅滩上建有两个油田人工岛, 并建有一人工大堤。根据卫星遥感影像及现场调查的结果及以往的研究, 本次调查区域为龙岛北侧大部分海域, 调查范围为39°00′41.8″N~ 39°07′53.9″N, 118°38′53.3″E~118°45′59.2″E(图 2)。根据海草分布情况, 选取了一处代表性的调查站位(图 2), 现场随机采集8个柱状样(D=19 cm, H=20 cm), 将鳗草筛洗干净带回实验室处理。调查的指标包括茎枝高度(cm)、茎枝密度(个/m2)、生物量(湿质量; g/m2)。茎枝高度为叶鞘和叶片高度的和。
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| 图 1 乐亭-曹妃甸海草床实地照片 Fig. 1 Field photo of the seagrass bed in Laoting–Caofeidian coastal waters |
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| 图 2 调查区域示意图 Fig. 2 Schematic map showing the survey area |
声呐探测使用的设备是由BioSonics公司生产的MX型号单波束声呐, 其内置DGPS。探测过程中声呐的工作频率是204.8 kHz, 传输ping信号的脉冲持续时间为0.4 ms, 具有较好的的信噪比。脉冲重复频率设置为5 ping/s, 单波束宽度为8.3。声纳换能器垂直放置在海水中, 以产生准确的海草冠层高度、海草覆盖度及海水水深测量结果。
其他设备包括差分GPS用来绘制和导航航线, 松下Toughbook CF-311笔记本电脑用来操作和配置声呐设备, 铁架用来将声纳设备固定在船体上, 以及安全绳索等。
1.3 数据获取及处理步骤调查时间为2018年8月, 对应鳗草生长高峰期。利用铁架将声呐设备固定在渔船上, 在天气海况良好的高潮时间按照规划好的路线进行声呐探测。使用运行在笔记本电脑上的BioSonics Visual Acquisition软件来获取声呐数据。
所获得声呐数据先经过BioSonics Visual Habitat软件进行描底和描顶等处理, 处理完成后将含有经纬度、水深、植被高度、植被覆盖度等详细内容的声呐数据以CSV文件格式导出, 进而将其导入ArcGIS软件进行插值分析、作图和计算等处理, 其中插值分析用的是地形转栅格工具。
2 结果 2.1 声呐探测海草床路线于2018年8月5日、7日、9日、10日、12日和13日6 d根据天气状况对调查区域的鳗草海草床进行声呐探测, 得到总的声呐探测路线如图 3所示。航线之间相隔约500 m, 总体以西北向东南垂直于龙岛分布。
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| 图 3 声呐探测海草床的路线示意图 Fig. 3 Schematic map showing the detection of seagrass bed using sonar technology |
通过数据处理, 乐亭-曹妃甸鳗草海草床总面积为29.17 km2, 主要分布在石油人工大堤的两侧以及距其向北6 km处, 外围面积高达90.26 km2(图 4)。调查区域水深较浅, 绝大部分区域不超过4 m, 仅航道处有较深水深, 最大水深超过15 m(图 5)。
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| 图 4 乐亭-曹妃甸海草床分布示意图(左)和海草床外围面积范围示意图(右) Fig. 4 Schematic map showing the seagrass bed distribution (left) and seagrass bed peripheral area range (right) |
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| 图 5 水深分布示意图 Fig. 5 Schematic map of water depth distribution |
根据统计数据(表 1), 乐亭-曹妃甸鳗草茎枝高度、密度、生殖枝比例和生物量显示出明显的季节变化。从5月初到9月末, 鳗草茎枝高度和生物量均显示先增大后减小的趋势; 而鳗草茎枝密度逐渐下降; 这是因为5~6月具有一定比例的生殖枝, 种子成熟后, 生殖枝开始衰落, 随着进入秋季, 茎枝密度不断下降。
| 时间 | 茎枝高度(cm) | 茎枝密度(茎枝/m2) | 生殖枝比例(%) | 生物量(g/m2) |
| 2018年5月3日 | 23.99±7.90 | 952.57±289.48 | 14.96±6.27 | 1 871.10±528.68 |
| 2018年6月1日 | 39.28±16.61 | 674.88±256.858 | 21.72±7.343 | 2 103.41±450.50 |
| 2018年7月18日 | 90.62±18.01 | 268.94±62.35 | 0 | 2 343.26±624.86 |
| 2018年9月24日 | 40.42±14.44 | 246.90±91.64 | 0 | 1 302.51±626.51 |
本研究利用声呐探测技术所发现的河北唐山乐亭-曹妃甸龙岛附近鳗草海草床为目前国内发现的面积最大的鳗草海草床, 也是面积最大的单种海草床。利用声呐探测技术查明海草的时空分布特征具有很高的效率, 此项研究也是国内首次将声呐探测技术应用到海草床相关研究方面。由于龙岛附近水域地势较缓, 水深较浅, 离岸较远, 为该处鳗草床提供了非常适宜的生长环境。乐亭-曹妃甸海草床鳗草生物量与其他文献报道的种群相比处于稍低水平[18-19]。该处海草床受人为干扰较小, 是进行实验研究的理想基地。作者实地考察也发现诸如修筑堤坝、围堰养殖以及捕捞作业等人类活动已经在曹妃甸地区影响了海草的分布和生长, 作者认为在此地建立海草保护区、科学管理和利用海草资源是保护此地海草资源的最佳方式。海草的保护和管理迫切需要得到当地政府和公众的了解和重视, 以避免海草退化殆尽的悲剧在此重演。
| [1] |
Barbier E B, Hacker S D, Kennedy C, et al. The value of estuarine and coastal ecosystem services[J]. Ecological Monographs, 2011, 81: 169-193. DOI:10.1890/10-1510.1 |
| [2] |
Costanza R, d'Arge R, de Groot R, et al. The value of the world's ecosystem services and natural capital[J]. Nature, 1997, 387: 253-260. DOI:10.1038/387253a0 |
| [3] |
Green E P, Short F T. World atlas of seagrasses[J]. Botany Marine, 2003, 47: 259-260. |
| [4] |
Orth R J, Carruthers T J B, Dennison W C, et al. A global crisis for seagrass ecosystems[J]. Bioscience, 2006, 56: 987-996. DOI:10.1641/0006-3568(2006)56[987:AGCFSE]2.0.CO;2 |
| [5] |
Waycott M, Duarte C M, Carruthers T J B, et al. Accelerating loss of seagrasses across the globe threatens coastal ecosystems[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009, 106: 12377-12381. DOI:10.1073/pnas.0905620106 |
| [6] |
黄小平, 江志坚, 范航清, 等. 中国海草的"藻"名更改[J]. 海洋与湖沼, 2016, 47(1): 290-294. Huang Xiaoping, Jiang Zhijian, Fan Hangqing, et al. The nomenclature of the "algae" name of seagrasses in China[J]. Oceanologia Et Limnologia Sinica, 2016, 47(1): 290-294. |
| [7] |
Larkum A W D, Orth R J, Duarte C M. Seagrasses:Biology, Ecology, and Conservation[M]. Dordrecht: Springer Press, 2006: 361-386.
|
| [8] |
杨宗岱. 中国海草植物地理学研究[J]. 海洋湖沼通报, 1979, 2: 41-46. Yang Zongdai. The geographical distribution of seagrasses in China[J]. Transactions of Oceanology and Limnology, 1979, 2: 41-46. |
| [9] |
den Hartog C, Yang Z. A catalogue of the seagrasses of China[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 1990, 8(1): 74-91. DOI:10.1007/BF02846454 |
| [10] |
郑凤英, 邱广龙, 范航清, 等. 中国海草的多样性、分布及保护生物多样性[J]. 生物多样性, 2013, 21(5): 517-526. Zheng Fengying, Qiu Guanglong, Fan Hangqing, et al. Diversity, distribution and conservation of Chinese seagrass species[J]. Biodiversity Science, 2013, 21(5): 517-526. |
| [11] |
刘鹏, 周毅, 刘炳舰, 等. 大叶藻海草床的生态恢复:根茎棉线绑石移植法及其效果[J]. 海洋科学, 2013, 37(10): 1-8. Liu Peng, Zhou Yi, Liu Bingjian, et al. Transplantation of eelgrass (Zostera marina L.) in Huiquan Bay using rhizomes bound to a small elongate stone with biodegradable cotton thread[J]. Marine Sciences, 2013, 37(10): 1-8. |
| [12] |
邱广龙, 范航清, 周浩郎, 等. 广西潮间带海草的移植恢复[J]. 海洋科学, 2014, 38(6): 24-30. Qiu Guanglong, Fan Hangqing, Zhou Haolang, et al. Transplantation techniques for restoring the intertidal seagrasses in Guangxi[J]. Marine Sciences, 2014, 38(6): 24-30. |
| [13] |
吴钟解, 陈石泉, 王道儒, 等. 海南岛东海岸海草床生态系统健康评价[J]. 海洋科学, 2014, 38(8): 67-74. Wu Zhongjie, Chen Shiquan, Wang Daoru, et al. The health assessment of the sea grass bed ecosystem in the east coast of Hainan Islands[J]. Marine Sciences, 2014, 38(8): 67-74. |
| [14] |
Vis C, Hudon C, Carignan R. An evaluation of approaches used to determine the distribution and biomass of emergent and submerged aquatic macrophytes over large spatial scales[J]. Aquatic Botany, 2003, 77: 187-201. DOI:10.1016/S0304-3770(03)00105-0 |
| [15] |
刘慧, 黄小平, 王元磊, 等. 渤海曹妃甸新发现的海草床及其生态特征[J]. 生态学杂志, 2016, 35(7): 1677-1686. Liu Hui, Huang Xiaoping, Wang Yuanlei, et al. Newly discovered seagrass bed and its ecological characteristics in the coastal area of Caofeidian, Bohai Sea[J]. Chinese Journal of Ecology, 2016, 35(7): 1677-1686. |
| [16] |
褚宏宪, 史慧杰, 宗欣, 等. 渤海湾曹妃甸深槽海区地形地貌特征及控制因素[J]. 海洋科学, 2016, 40(3): 128-137. Chu Hongxian, Shi Huijie, Zong Xin, et al. Characteristic geomorphology and controlling factors of Caofeidian Channel in the Bohai Bay[J]. Marine Sciences, 2016, 40(3): 128-137. |
| [17] |
周毅, 张晓梅, 徐少春, 等. 中国温带海域新发现较大面积(大于50 ha)的海草床:Ⅰ黄河河口区罕见大面积日本鳗草海草床[J]. 海洋科学, 2016, 40(9): 95-97. Zhou Yi, Zhang Xiaomei, Xu Shaochun, et al. New discovery of larger seagrass beds with areas > 50 ha in temperate waters of China:An unusual large seagrass (Zostera japonica) bed in the Yellow River estuary[J]. Marine Sciences, 2016, 40(9): 95-97. |
| [18] |
Zhou Y, Liu X J, Liu B J, et al. Unusual pattern in characteristics of the eelgrass Zostera marina L. in a shallow lagoon (Swan Lake), north China:implications on the importance of seagrass conservation[J]. Aquatic Botany, 2015, 120: 178-184. DOI:10.1016/j.aquabot.2014.05.014 |
| [19] |
Xu S C, Wang P M, Zhou Y, et al. New insights into different reproductive effort and sexual recruitment contribution between two geographic Zostera marina L. populations in temperate China[J]. Frontiers in Plant Science, 2018, 9: 15. DOI:10.3389/fpls.2018.00015 |