2025, Vol. 49
文章信息
- 刘明杰, 徐少春, 岳世栋, 张乃星, 王岚, 蒲思潮, 鲍萌萌, 王惠, 徐鑫, 董家锁, 周兴, 张晓梅, 周毅. 2025.
- LIU Mingjie, XU Shaochun, YUE Shidong, ZHANG Naixing, WANG Lan, PU Sichao, BAO Mengmeng, WANG Hui, XU Xin, DONG Jiasuo, ZHOU Xing, ZHANG Xiaomei, ZHOU Yi. 2025.
- 山东青岛古镇口湾海草床分布现状及生态特征
- Distribution status and ecological characteristics of seagrass beds in the Guzhenkou Bay, Qingdao, Shandong Province
- 海洋科学, 49(4): 76-83
- Marine Sciences, 49(4): 76-83.
- http://dx.doi.org/10.11759/hykx20241225002
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文章历史
- 收稿日期：2024-12-25
- 修回日期：2025-02-11
2. 自然资源部北海预报减灾中心, 山东 青岛 266061;
3. 自然资源部黄渤海温带海草床生态系统野外科学观测研究站, 山东 青岛 266033;
4. 青岛金沙海洋科技有限公司, 山东 青岛 266408;
5. 青岛西海岸新区海洋事业发展中心, 山东 青岛 266400;
6. 青岛海洋科技中心海洋生态与环境科学功能实验室, 山东 青岛 266237;
7. 中国科学院大学, 北京 100049
2. North Sea Forecast and Disaster Reduction Center, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266061, China;
3. Field Scientific Observation and Research Station of Yellow-Bohai Sea Temperate Seagrass Bed Ecosystems, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266033, China;
4. Qingdao Jinsha Marine Technology Limited Company, Qingdao 266408, China;
5. Qingdao West Coast New Area Marine Industry Development Center, Qingdao 266400, China;
6. Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Qingdao Marine Science and Technology Center, Qingdao 266237, China;
7. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
海草是一类能够适应海洋沉水生活的单子叶被子植物, 广泛分布在除南极洲以外所有大洲的近岸水域, 全球目前共发现有6科13属74种[1]。海草具有极高的初级生产力, 可以为众多的海洋生物提供栖息地和食物来源, 是重要的产卵场和育幼场[2]; 能够有效地阻挡海浪和减缓水流, 起到净化水质、稳固底质、保护海岸的作用[3]; 同时海草还具有高效的碳捕获、碳埋藏能力, 是全球重要的碳汇[4]。近几十年来, 由于自然和人为干扰, 世界各地的海草床生境急剧减少, 自1880年以来全球海草床损失面积达5 602 km2, 占已知海草床面积的19.1%[5]。
我国具有丰富的海草资源, 目前共发现有4科9属16种, 占全球海草种类的20%以上, 总分布面积超过26 000 hm2[6]。但近年来受人类活动和气候变化的影响, 我国海草资源已发生严重衰退[7]。20世纪80年代, 青岛胶州湾沿岸、市内各海区近海曾广泛分布有海草床, 主要分布种类包括红纤维虾形草(Phyllospadix iwatensis)、鳗草(Zostera marina)、日本鳗草(Zostera japonica)和丛生鳗草(Zostera caespitosa)4种[8-9]。刘旭佳等[10]于2009年再次调查时发现青岛近海海草场退化严重, 仅在青岛湾、汇泉湾和浮山湾发现有鳗草、日本鳗草和红纤维虾形草的存在。中国科学院海洋研究所于2017年走访调查时发现青岛市古镇口湾内有斑块状海草分布, 分布面积不足10 hm2并呈现退化趋势, 遂联合金沙海洋科技有限公司等单位在湾内开展了海草床保护与修复工作, 包括海草移植、播种修复以及野外苗圃构建等工作, 使海草分布及生存状况得到了显著改善。
声呐探测技术是海草床监测和管理的重要技术手段之一, 具有效率高、成本低、应用范围广等优点。周毅等[11]首次通过声呐探测技术查明了我国国内面积最大的鳗草海草床的分布特征, 随后声呐探测技术在山东威海[12]、烟台[13], 辽宁兴城[14]、大连[15]等地的海草床资源调查中得到了广泛的应用。为更全面地查清青岛市古镇口湾海草资源的分布现状, 本研究利用声呐探测技术结合站点调查对保护修复后的古镇口湾海草床分布情况、海草生物学特征以及环境因子进行了调查, 以丰富我国海草资源基础数据, 并为后期进一步的保护与修复工作提供本底参考。
1 材料与方法 1.1 研究区域概况古镇口湾(119°56′ E, 35°44′ N), 位于青岛市西南部, 半封闭式内湾, 缩口圆形, 面积约19 km2, 泥沙底质, 平均水深约4.5 m[18]。2023年7月, 通过实地调查和GPS定位, 确定了古镇口湾分布的海草种类为鳗草(图 1b)以及鳗草分布的大致范围, 并据此规划了声呐探测路线(图 1a)。
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| 图 1 古镇口湾海草床声呐探测路线示意图和退潮后海草床中的鳗草 Fig. 1 Sonar detection route schematic and eelgrass exposure in the Guzhenkou Bay |
2023年10月, 利用声呐探测方法对古镇口湾鳗草分布情况进行了调查。所用设备包括BioSonics MX回声测深仪(BioSonics Inc, 美国)等, 使用时用铁架将声呐设备固定在船沿上, 确保将声呐换能器垂直于海面放置。探测过程中, 按照规划好的路线进行声呐探测(图 1a), 航线之间相隔约100 m, 船速控制在4 kt以内, 确保数据准确性。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, 脉冲重复频率设置为5 ping/s, 单波束宽度为8.3。所获得的声呐数据经BioSonics Visual Habitat软件进行信息提取、人工描底、人工描顶等处理后, 将导出的数据文件导入ArcGIS Pro 3.0.2 (Esri Inc., 美国), 通过地形转栅格工具进行插值分析, 并进行水深、鳗草冠层高度和植被盖度分布图像的绘制与计算, 将冠层高度大于0.2 m的区域视为鳗草植被[11, 13]。
1.3 海草生物学特征调查2023年11月, 根据鳗草分布情况, 设置A和B两处调查站点(图 2a), 在每个站点利用圆柱PVC管(直径19 cm, 深度12 cm)随机采集6个样方, 样方之间间隔约10 m, 将样方内的鳗草筛洗干净带回实验室进一步测定生物学指标。记录样方内的茎枝数量, 计算茎枝密度; 测量叶鞘高度、茎枝高度(叶鞘和叶片高度之和)以及叶片宽度; 小心去除鳗草叶片上的附着藻类, 并将鳗草分为地上和地下两部分, 置于60 ℃烘箱中烘至恒重, 分别测量鳗草地上和地下部分生物量干质量, 并计算地上生物量和地下生物量的比值。将烘干后的鳗草地上、地下组织进一步研磨为粉末, 随后使用VARIO EL Ⅲ元素分析仪(Elemental Analyzer GmbH, Germany)分别测定各组织中的碳、氮元素含量, 计算碳、氮元素含量的比值。
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| 图 2 古镇口湾海草床植被冠层高度, 植被盖度以及水深分布 Fig. 2 Distribution of canopy height, vegetation coverage, and water depth in the Guzhenkou Bay |
使用便携式YSI-EXO多参数水质分析仪(美国YSI公司)测定海草床表层海水的水温、盐度、溶解氧、浊度和pH, 同时分别在A、B两处调查站点随机采集3个表层沉积物样品, 带回实验室后置于60 ℃烘箱中烘至恒重, 使用重量法测定沉积物含水率, 使用灼烧减量法测定有机质含量, 使用筛析法进行粒径分析。使用研钵和研杵将烘干后的沉积物样品进行研磨, 过80目网筛, 去除贝壳、植物碎屑等大颗粒物质。使用VARIO EL Ⅲ元素分析仪(Elemental Analyzer GmbH, Germany)对筛分后样品的总碳、总氮含量进行测定。
1.5 数据分析数据均以平均值±标准差表示, 使用独立样本T检验比较A、B两处调查站点鳗草的生物学指标和沉积物特征。使用简单线性回归对鳗草茎枝高度、叶鞘长度和叶片宽度三者之间的回归关系进行拟合分析, 使用广义相加模型(GAM)对海草冠层高度、植被盖度与水深之间的关系进行拟合分析, 以P < 0.05作为差异显著性水平。利用R 4.3.1 (https://www.R-project.org/)进行数据分析和绘图, 其中GAM模型使用R 4.3.1中mgcv程序包进行[19]构建。
2 结果 2.1 海草分布情况古镇口湾鳗草海草床分布情况如图 2所示, 海草床分布面积为20.42 hm2, 外围面积约55 hm2, 植被盖度平均为(67.22 ± 22.63)%。草床核心区域的鳗草冠层高度大于0.3 m (图 2a), 植被盖度大于90% (图 2b)。鳗草主要分布在水深3~5 m范围内(图 2c), 且随着水深的增加, 鳗草冠层高度和植被盖度均具有先增加后降低的趋势(图 2、图 3, P < 0.001)。
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| 图 3 鳗草冠层高度和植被盖度对水深的响应曲线 Fig. 3 Response curves of canopy height and plant coverage of Zostera marina L. to water depth 注: 实线显示了对每个关系拟合的GAM回归, 虚线表示平均趋势线的置信区间, 纵坐标s(Depth, 8.36)表示用平滑函数来拟合变量之间的关系, 数值表示平滑函数的有效自由度 |
2023年11月, 海草床内鳗草平均茎枝密度、茎枝高度、生物量分别为(599.59 ± 217.94) shoots·m–2, (32.36 ± 7.28) cm, (204.27 ± 89.64) g DW·m–2。站点A的茎枝密度((740.67 ± 213.96) shoots·m–2)显著高于站点B((458.51 ± 104.63) shoots·m-2, t10 = 2.90, P = 0.016)。如表 1所示, A、B两站点之间鳗草的茎枝高度、叶鞘长度、叶片宽度和地上与地下生物量之比差异均无统计显著性(P > 0.05), 站点A鳗草的地上、地下生物量均显著高于站点B(P < 0.05)。
| 站点 | 茎枝高度/cm | 叶鞘长度/cm | 叶片宽度/cm | 地上生物量/(g·m–2) | 地下生物量/(g·m–2) | 地上生物量/地下生物量 |
| A | 35.82±4.25 | 6.86±0.58 | 0.51±0.03 | 136.38±41.02 | 133.14±49.01 | 1.10±0.31 |
| B | 28.91±8.35 | 5.82±1.22 | 0.46±0.06 | 59.55±35.2 | 79.47±15.07 | 0.77±0.51 |
如表 2所示, A、B两站点之间鳗草地上和地下组织的碳、氮元素含量及比值无显著性差异(P > 0.05), 鳗草地上组织碳、氮含量显著高于地下组织(P < 0.05), 地上组织碳、氮元素含量的比值显著低于地下组织(P < 0.05)。如图 4所示, 鳗草茎枝高度、叶鞘长度和叶片宽度的范围分别为21.40~54.70 cm, 3.50~8.90 cm, 0.30~0.61 cm。鳗草茎枝高度、叶鞘长度和叶片宽度三者的回归分析结果显示, 三者之间均存在显著的正相关关系, 且茎枝高度与叶鞘长度之间的相关关系最强(图 4, P < 0.001)。
| 站点 | 鳗草组织 | 碳元素质量分数/% | 氮元素质量分数/% | 碳氮元素质量分数比 |
| A | 地上 | 35.31±1.10 | 2.72±0.18 | 13.04±1.15 |
| 地下 | 31.37±2.95 | 1.73±1.02 | 23.34±11.93 | |
| B | 地上 | 35.31±1.27 | 2.88±0.09 | 12.28±0.30 |
| 地下 | 30.09±0.30 | 1.10±0.19 | 28.10±5.26 |
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| 图 4 鳗草茎枝高度、叶鞘长度和叶片宽度三者之间拟合关系(n = 60) Fig. 4 Fitting relationships among shoot height, sheath length, and leaf width of eelgrass (n = 60) |
2023年11月15日海草床内表层海水的温度为(15.57 ± 0.11) ℃, 盐度为31.10 ± 0.03, pH为8.10 ± 0.06, 溶解氧为(10.91 ± 0.35) mg/L, 浊度为(76.27 ±29.91) FNU。A、B两站点沉积物特征如表 3所示, 两站点表层沉积物有机质含量和总氮含量相近(P > 0.05), 粒径均以砂(0.063 < Φ < 2.0 mm)为主。站点A沉积物含水率显著高于站点B(t4 = 3.82, P = 0.02), 站点B沉积物的总碳含量显著高于站点A(t4 = 3.04, P = 0.04)。站点B沉积物的粉砂(0.060 39 < Φ < 0.063 mm)含量高于站点A, 砂(0.063 < Φ < 2.0 mm)含量低于站点A(P = 0.01)。
| 站点 | 含水率/% | 有机质/% | 总碳/% | 总氮/% | 砂/% | 粉砂/% |
| A | 29.49±0.61 | 1.28±0.06 | 0.17±0.03 | 0.04±0.01 | 92.40±0.28 | 7.60±0.28 |
| B | 25.40±1.75 | 1.35±0.11 | 0.23±0.01 | 0.04±0.00 | 87.54±1.87 | 12.46±1.87 |
鳗草为我国温带海域海草群落的优势种之一, 主要分布于辽宁省、河北省和山东省沿海[6]。近年来我国黄、渤海海域鳗草资源退化严重, 因生境破坏等原因大面积鳗草海草床退化消失[6]。20世纪50年代我国鳗草分布最南端曾位于日照石臼所[9], 但由于全球增温引起的海水水温升高, 鳗草的适宜栖息地近年来表现出北移的趋势[20]。古镇口湾鳗草海草床的茎枝密度低于同一季节的唐山曹妃甸鳗草海草床(我国面积最大的鳗草海草床)[11], 该草床相较于我国其他鳗草种群分布纬度较低, 更加接近鳗草的耐温阈值上限[21], 因此可能将会面临水温持续升高所产生的影响。通过对北美8个鳗草种群的长期调查发现, 夏季水温升高会降低鳗草的生存概率[22], 全球变暖将如何影响古镇口湾鳗草海草床的分布情况、种群补充机制以及物种组成特征等方面, 仍需要进一步持续监测与研究[23]。本研究不仅丰富了我国鳗草资源的基础数据, 该种群独特的地理位置也为开展鳗草耐热胁迫机理、筛选耐热基因等研究提供了绝佳的实验材料[24]。
尽管在保护与修复的努力下, 古镇口湾海草床的生存和分布状况得到了很大的改善, 但在实地调查过程中仍发现海草床周边区域正遭受较为严重的人为破坏(图 5a); 研究结果发现站点B的鳗草生物量、茎枝密度显著低于站点A(表 1), 表明站点B鳗草分布相对稀疏, 可能因为站点B距离海岸更近且水深较浅, 受人为扰动更为频繁。在海草床内采挖蛤蜊、竹蛏等行为不仅会导致部分海草植被被移走和连根拔起, 降低鳗草茎枝密度和生物量, 同时还会破坏沉积物稳定性, 减少沉积物碳储量, 从而降低海草床的固碳能力[25]。与此同时, 湾内水产养殖活动(图 5b)有可能会对水质条件产生不利影响, 从而威胁海草的生存。因此需要进一步采取适当的保护与管理措施, 以更好地保护和恢复古镇口湾内的海草资源, 例如: (1)坚持自然恢复为主、人工修复为辅, 建议在湾内设立海草床保护区, 以减少海草床的人为干扰与破坏, 科学管理和开发海草床资源, 阻止海草床的进一步衰退; (2)持续开展海草床生态修复工作, 因地制宜选择恰当的修复物种与修复技术, 加强对修复后草床的定期巡护与跟踪监测; (3)通过科普讲座等多种途径向社会公众普及海草床生态价值与保护知识, 提升公众海草床保护意识。
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| 图 5 古镇口湾海草床潜在的威胁因素 Fig. 5 Potential threats to the seagrass bed in the Guzhenkou Bay |
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