-P)、化学需氧量(COD)等10项;采用海流计24 h连续观测海域的流速、流向；浮游生物测定项目为浮游动物和浮游植物。摘要：为了建设獐子岛海洋牧场，拟在獐子岛海域范围为39°0′9″～39°0′58″N，122°55′1″～122°55′51″E处投放人工鱼礁，投礁前于2010年6月在拟投放人工鱼礁区域进行了本底调查。结果表明：该海域水深33～37 m，透明度为4.14 m，底质为硬泥底，海域的流速平缓，平均流速为31 cm/s，叶绿素a含量平均为1.68 μg/L，无机氮和活性磷酸盐分别为4.50、8.10 mmol/L，溶解氧和化学需氧量分别为10.22、0.2097 mg/L，水质因子均符合国家Ⅰ类海水水质标准；浮游动物有8种，优势种为强壮箭虫、小拟哲水蚤和大同长腹剑水蚤,浮游植物有11种，优势种为中肋骨条藻和柔弱菱形藻，游泳生物有大泷六线鱼、云鳚和黄鮟鱇等。调查结果表明，该海域水质符合国家Ⅰ类海水水质标准，海域环境优良，是许多生物优良的生息场，适宜投放人工鱼礁。
关键词：獐子岛；海洋牧场；人工鱼礁；生态环境；评估
自20世纪80年代以来，国内外学者对作为渔业发展方向的海洋牧场进行了诸多实验研究和生产性探索，获得了许多有推广价值的技术和成果[1-2]。投放人工鱼礁是海洋牧场建设的主要生态工程之一，通过投放人工鱼礁可以改善海域生态环境，建设渔场和增养殖场。中国从20世纪70年代末开始，陆续在沿海海域实验性地投放了一些鱼礁，产生了一定的生态及经济效益[3-4]。研究及实践表明，投放人工鱼礁后是否能产生显著效益，与其海域的自然环境和生物因子密切相关。
獐子岛位于北纬39°，盛产海参、鲍、扇贝、海胆、海螺、大泷六线鱼和许氏平鮋等多种海产品，素有“黄海明珠”之美誉。拟投放人工鱼礁的獐子岛海域为黄海近岸主要作业渔场，经过多年大规模高强度捕捞，特别是底拖网作业导致海洋生态环境受到一定程度的破坏，渔业资源的可持续利用也受到了影响。亟需通过人工鱼礁的建设，修复和优化生态环境，保护渔业资源。獐子岛海域是中国海洋牧场建设示范区，本研究中，作者根据在獐子岛海洋牧场人工鱼礁区海域投礁前开展的生态调查结果，对当年该海域的海洋资源环境条件等进行分析评估，旨在探讨该海域投放人工鱼礁的可行性，并为今后评价人工鱼礁的资源养护效果[5]提供基础依据。
1.1调查海域和时间
调查海域即拟投鱼礁海域，范围为39°0′9″N、122°55′1″E，39°0′9″N、122°55′51″E，39°0′58″N、122°55′51″E，39°0′58″N、122°55′1″E 4点连线之内的区域。
采用GPSMAP 60CSx型全球卫星定位系统在拟投人工鱼礁海域布设9个采样站位。各站位的经纬度如表1所示，调查时间为2010年6月。
1.2方法
1.2.1 监测项目 对拟投鱼礁区域的海洋生物和水文环境进行观测和调查，海洋环境因子的测定项目有水温、透明度、水深、盐度、叶绿素a、pH、溶解氧(DO)、无机氮(DIN)、活性磷酸盐-P)、化学需氧量(COD)等10项;采用海流计24 h连续观测海域的流速、流向；浮游生物测定项目为浮游动物和浮游植物。
水质因子和浮游生物样品的采集、保存与分析按《海洋监测规范》[6]和《海洋调查规范》[7]的有关规定进行。采用中国《海水水质标准》[8]评价海域水质。
表1拟投放鱼礁海域的调查站位
Tab.1Thestationswheretheartificialreefsareexpectedtobedisposedinto
N1N2N3N4N5T1T2T3T4东经Eastlongitude北纬Northlatitude122°55′1″39°0′33″122°55′21″39°0′14″122°55′33″39°0′31″122°55′45″39°0′9″122°55′51″39°0′58″122°55′11″39°0′41″122°55′31″39°0′11″122°55′50″39°0′41″122°55′16″39°0′55″
采用地笼网[5]和拖网对底栖生物进行调查。地笼网网笼共30节，每节均有网口，网口的宽、高分别为260、340 mm，网笼的总长、宽和高分别为13、0.4、0.3 m。在每个站位，将两个网笼连接后放入水中，网笼前后均坠以重石，网笼后端用网绳连接浮漂。拖网调查船为獐子岛科研船(功率为110.3 kW)，船速为4 kn，采用阿氏拖网，网口为2 m，拖网时间约20 min。本次调查在拟投礁区共拖网4次，站位分别为T1、T2、T3、T4(表1)。样品的采集按《海洋调查规范》[7]的有关规定进行。浮游生物的采集采用垂直拖网法，样品用甲醛溶液固定后，带回实验室进行分析鉴定。
1.2.2 评价方法
(1)水质评价。采用标准指数法评价单项因子对环境产生的等效影响程度，采用综合指数法评价海域水质综合环境质量现状和富营养化水平[9]。
①单项水质评价指数方法。单项水质因子标准指数的计算公式为
Si=Ci/Cs。
(1)
其中：Si为单项水质因子的标准指数；Ci为各评价因子的实测浓度值；Cs为各评价因子的评价标准值。
DO的标准指数计算公式为
。
(2)
其中：SDO,j为DO的标准指数；DOf为某水温(T，℃)、气压条件下的饱和溶解氧浓度(mg/L)，计算公式为DOf=468/(31.6+T)；DOj为j站位溶解氧的实测值(mg/L)；DOs为溶解氧的评价标准限值(mg/L)，按Ⅰ类水质标准取为6.0 mg/L。
pH的标准指数计算公式为
SpH，j=(pHj-pHsm)/(pHsm-pHsd)。
(3)
其中：SpH,j为pH的标准指数；pHj为j站位pH的测定值；pHsm为pH的评价标准上限(8.5)和下限(7.8)的平均值(8.15)；pHsd为pH水质标准的下限值。
单项水质分级判定依据为：指数S<1时为环境良好区；S=1～2时为轻度污染区；S=2～5时为中度污染区；S=5～10时为重度污染区；S>10时为严重污染区。
②综合评价指数方法。采用分指数的平均值和最大值平方和的尼罗梅法，此法兼顾了平均分指数和最大分指数的影响。计算公式为
，
(4)
。
(5)
其中：WQI为环境综合质量指数；Smax为各项评价因子的最大分指数；Sj为j站位各项评价因子的分指数平均值；n为评价因子的种类数。
综合评价分级判定依据为：指数WQI<1时为环境良好区；WQI=1～2时为轻度污染区；WQI=2～5时为中度污染区；WQI=5～10时为重度污染区；WQI>10时为严重污染区。
(2)营养水平评价。评价公式为
E=(COD×DIN×DIP×106)/4500。
(6)
其中：E为富营养化指数；COD为化学需氧量含量(mg/L)；DIN为无机氮含量(mg/L)；DIP为活性磷酸盐含量(mg/L)。
其营养水平分级判定依据如表2所示。
表2营养水平分级
Tab.2Gradeofthetrophicallevel
E值Evalue营养水平分级rank营养水平trophicallevel0～0 51贫营养0 5～1 02中营养1 0～3 03富营养≥3 04高富营养
(3)N/P值。水域的N/P值是水域现存氮磷营养状态的具体反映。Redfield等[10]指出，海水中平均N/P值为15∶1，与浮游生物体内元素组成的N/P值大致接近，即浮游植物生长时N和P以15∶1的比例被消耗。这两种元素的比值高于此值时为磷限制，低于此值时为氮限制[11]。
1.2.3 生物评价方法 采用Shannon-Weaver多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef丰富度指数，评估海域的生物资源情况。物种丰富度指数(D)、生物多样性指数(H′)和物种均匀度指数(J′)的计算公式[12-14]为
D=(S-1)/lnN，
(7)
H′=-∑PilnPi，
(8)
J′=H′/log2n。
(9)
其中：n为种类数；N为样本总尾数；Pi为i种鱼在群落中所占的比例。
2.1海域水质因子
从表3可见：调查海域水深为32～37 m，盐度为28.71～32.34；表层的DO为8.08～11.55 mg/L，DIN为
为6.977～8.013 mmol/L，COD为0.1739～0.2557 mg/L；底层的DO为10.17～11.12 mg/L，DIN为
为8.658～9.136 mmol/L，COD为0.1758～0.2467 mg/L。
表3调查海域的水质测定结果
Tab.3Theparametersofthewaterqualityinthesurveyedarea
站位site水层waterlayer水深depth/m透明度transparency/m温度temperature/℃盐度salinity叶绿素a/(μg·L-1)chlorophyll-apH溶解氧DO/(mg·L-1)无机氮DIN/(mmol·L-1)活性磷酸盐PO3-4-P/(mmol·L-1)化学需氧量COD/(mg·L-1)N-1表层底层333．519 496 5029 2532 192 921 258 017 829 7910 172 2406 5237 2858 6580 18460 1906N-2表层底层374．019 826 5429 4232 212 721 358 087 859 6210 471 9676 7317 1678 8760 17390 1758N-3表层底层324．019 476 6429 5432 231 041 168 097 8210 0310 592 6616 5466 9778 7010 25570 2467N-4表层底层375 219 176 7329 8232 342 151 257 997 828 0811 122 4286 3457 6838 7070 21680 2316N-5表层底层364．020 366 8828 7132 271 731 248 127 8511 5510 812 7646 9038 0139 1360 20850 2129
调查海域所有站位的水质因子均达到Ⅰ类海水水质标准，说明该海域适合作为海洋渔业水域、海上自然保护区和珍稀濒危海洋生物保护区。根据单项水质评价结果(表4)可知：调查海域各项评价因子标准指数S值均小于1，说明该海域为环境良好区；各调查站位的环境综合质量指数WQI值均小于1，也说明该海域为环境良好区。从富营养化水平评价结果可知，调查海域的E值有90%小于0.5，说明该海域处于贫营养状态。
表4调查海域的水质评价结果
Tab.4Assessmentofthewaterqualityinthesurveyedarea
站位site水层waterlayer单项因子标准指数SthesinglefactorstandardindexSpH溶解氧DO无机氮DIN活性磷酸盐PO3-4-P化学需氧量COD各项评价因子的分指数平均值Sj环境综合质量指数WQI氮/磷N/P富营养化指数EN-1表层底层0 40000 94290 19930 33640 01110 03280 48570 57720 09230 09530 23770 39690 39030 75720 02290 05680 11060 4006N-2表层底层0 20000 85710 16720 28710 00940 03360 47780 59170 08700 08790 18830 37150 38330 68820 01970 05690 08700 3889N-3表层底层0 17140 94290 27370 26420 01310 03270 46510 58010 12790 12340 21030 38870 23600 75920 02820 05650 17300 5207N-4表层底层0 45710 94290 35360 17550 01190 03180 51220 58050 10840 11580 28870 36930 41320 75870 02330 05480 14730 4750N-5表层底层0 08570 85710 84570 21940 01360 03470 53420 60910 10430 10650 31670 36540 67490 69070 02550 05690 16850 4995
从N/P评价结果可知，调查海域处于氮限制状态，浮游植物的生存环境有待改善。
对潮流的调查发现，调查海域最大流速为138.5 cm/s，最小流速为12.8 cm/s，平均流速为31 cm/s。潮汐的流向大部分是东南方向和西北方向。
2.2游泳生物
2.2.1 地笼网调查 从表5可见，地笼网调查共发现9种游泳生物，其中日本蟳和大泷六线鱼属于优势种群。物种丰富度指数、生物多样性指数和均匀度指数如表6所示。
表5游泳生物的地笼网调查结果
Tab.5Theinvestigationresultsofnektonsbyatrapnet
站位site大泷六线鱼Hexagrammosotakii云鳚Enedriasnebulosus日本蟳Charybdisjaponica广大扁玉螺Neveritareiniana枯瘦突眼蟹Oregoniagracilis高眼鲽Cleithenesherzensteini黄鮟鱇Lophiuslitulon方腕寄居蟹Pagurusochotensis海燕AsterinapectinifereN-1+++++----N-2+++------N-3+++--+++-N-4+++--+-++N-5+-+------优势度指数0 12120 10910 59090 00300 00300 01820 00300 01820 0030
注：-表示未发现；+表示有发现，下同
Note：-， represents without existence; + represents existence，et sequentia
表6调查海域游泳生物的群落结构指标
Tab.6Thecommunitystructureindicesofnektonsinthesurveyedarea
调查方法method站位site物种丰富度指数Margalefrichnessindex生物多样性指数Shannon-Weaverdiversityindex均匀度指数PielouevennessindexN-12 062 130 92地N-20 871 160 73笼N-31 802 230 86网N-41 621 870 73N-50 420 440 44T11 732 600 93拖T21 622 310 89网T30 910 920 92T41 622 550 99
2.2.2 拖网调查 从表7可见，拖网调查共发现10种游泳生物，其中海燕、浅水萨氏真蛇尾、多棘海盘车和双壳类属于优势种群。
物种丰富度指数、生物多样性指数和均匀度指数如表6所示。
2.3浮游生物
2.3.1 浮游动物 从调查样品中共鉴定出浮游动物8种(表8)，分别为桡足类幼体、克氏纺锤水蚤、强壮箭虫、小拟哲水蚤、强额拟哲水蚤、大同长腹剑水蚤、双壳类幼体、中华哲水蚤。优势种为强壮箭虫、小拟哲水蚤和大同长腹剑水蚤等。
从表9可见：物种丰富度指数平均为1.10，生物多样性指数平均为1.07，均匀度指数平均为0.58。
表7游泳生物的拖网调查结果
Tab.7Theinvestigationresultsofnektonsbytrawl
站位site香螺Neptuneacumingi脊腹褐虾Crangonaffinis多棘海盘车Asteriasamurensis海燕Asterinapectinifere双壳类Lamellibranchia方腕寄居蟹Pagurusochotensis日本蟳Charybdisjaponica虾夷扇贝Patinopectenyessoensis高眼鲽Cleithenesherzenstein浅水萨氏真蛇尾OphiurasarsiivadicolaT1+++++++--+T2++++++---+T3---+---+--T4--+++++-++优势度指数0．05700．01900．14240．07590．18040．10440．08230．00630．00320．2848
表8调查海域的浮游动物
Tab.8Thezooplanktoninthesurveyedarea
站位site水层waterlayer桡足类幼体Copepoditelarva克氏纺锤水蚤Acartiaclausi强壮箭虫Sagittacrassa小拟哲水蚤Paracalanusparvus强额拟哲水蚤Paracalanuscrassirostris大同长腹剑水蚤Oithonasimilis双壳类幼体Lamellibranchialarvae中华哲水蚤CalanussinicusN-1表层底层++-+++----------N-2表层底层++--+++++-+++---N-3表层底层----++++--++--++N-4表层底层+---++++--++----N-5表层底层+---++++-++-----
表9浮游动物的群落结构指标
Tab.9Thezooplanktoncommunitystructureindicesintheareasurveyed
站位site水层waterlayer物种丰富度指数Margalefrichnessindex生物多样性指数Shannon-Weaverdiversityindex均匀度指数PielouevennessindexN-1表层底层0 910 870 641 100 640．69N-2表层底层1 261 021 441 370 560 69N-3表层底层0 931 861 241 330 620 67N-4表层底层0 820 671 210 100 610 06N-5表层底层0 821 821 151 100 580 69
2.3.2 浮游植物 从调查样品中共鉴定出浮游植物种类11种(表10)，主要由中肋骨条藻、柔弱菱形藻和尖刺菱形藻等组成，其中中肋骨条藻的出现频次为90%，柔弱菱形藻出现频次为80%，尖刺菱形藻出现频次为40%。优势种为中肋骨条藻和柔弱菱形藻。从表11可见：物种丰富度指数平均为0.69，生物多样性指数平均为6.35，均匀度指数平均为3.24。
表10调查海域的浮游植物
Tab.10Thephytoplanktonspeciesinthesurveyedarea
站位site水层waterlayer具槽直链藻Melosirasulcata角毛藻Chaetocerossp 布氏双尾藻Ditylumbrightwelli加拟星杆藻Asterionellakariana中肋骨条藻Skeletonemacostatum中华根管藻Rhizosoleniasinensis刚毛根管藻Rhizosoleniasetigera尖刺菱形藻Nitzschiapungens柔弱菱形藻Nitzschiadelicatissima中心圆筛藻Coscinodiscuscentralis多甲藻PeridiniumN-1表层底层-+-+-+-++++++-+++-----N-2表层底层-+---+--+++---+-+-+-+-N-3表层底层--------+++-----++----N-4表层底层------+--++---+-++----N-5表层底层--------++------++----
表11浮游植物的群落结构指标
Tab.11Thephytoplanktoncommunitystructureindicesinthesurveyedarea
站位site水层waterlayer物种丰富度指数Margalefrichnessindex生物多样性指数Shannon-Weaverdiversityindex均匀度指数PielouevennessindexN-1表层底层0 861 6911 4713 574 944 84N-2表层底层1 360 4414 365 215 563 29N-3表层底层0 540 363 671 672 311 67N-4表层底层0 800 367 481 673 741 67N-5表层底层0 240 292 841 502 841 50
人工鱼礁是海洋牧场中生物生息场建设的一部分，具有修复和优化海洋环境的功能，在海水增养殖业和保护生物资源方面起着重要作用[3]。但是，投放人工鱼礁后，是否能产生聚集和养护鱼类资源的作用，与投放海域的多种因素有关，如底质、地形、水质因子、浮游生物和游泳生物种类等。因此，开展对投礁前海域生态环境的评估是投放人工鱼礁必不可少的环节，也是制定海洋牧场人工鱼礁建设方案的主要依据。
投放人工鱼礁的海域应具备一定的底质条件。邵广昭[15]曾报道，投放人工鱼礁海域的底质最好为平坦、较坚硬的海床。人工鱼礁的投放可以改变海域底质地貌，在鱼礁区形成涡流，有利于形成良好的饵料环境，促进鱼类栖息。通常认为，投礁海域的水深一般不能低于15 m，低于15 m时，投放鱼礁会影响海面正常船只的航行，鱼礁也容易受到恶劣天气时波浪的冲击，从而影响鱼礁的稳定性[16]。良好的透明度以及适宜的盐度和温度可以促进礁体上生物附着及其光合作用，提高海域初级生产力。海域的流速以平缓为宜，平缓的流速有利于冲刷人工鱼礁上附着的污染物[17]，而且不会导致鱼礁移动或翻倒。水质和浮游生物的优良状况也是选择投放人工鱼礁海域必须满足的条件，即所选海域的水质必须能满足鱼类栖息、繁殖的条件，而海域内丰富的浮游生物也是良好渔场形成的基础。目前，中国投放人工鱼礁都选择在良好的鱼类索饵场且有多种鱼类栖息的海域。
从本次调查结果可知：所选海域的底质为硬泥底，平均粒径为2.36～3.61 μm，水深为32～37 m，水色较清，大部分海域流速比较平缓，虽然有时最高流速达138.5 cm/s，但平均流速只有31 cm/s，说明该海域属于流速平缓区；该海域的盐度平均值为30.79，且表层盐度低于底层盐度，但盐度差不大，没有骤变现象；pH平均值为7.94，表层pH普遍高于底层，但pH的变化范围不大，且均在国家Ⅰ类海水水质标准范围内，说明该海域水质较稳定。
本次调查结果表明：DO平均值为10.22 mg/L，符合Ⅰ类海水水质标准，表层DO普遍低于底层，DO浓度受温度和盐度的制约，底层的盐度较高导致了底层的DO浓度也大于表层，但是该海域同一水层的DO浓度稳定，有利于生物的生长和栖息；无机氮是浮游生物生长因子之一，水体中的无机氮含量对于生态系统中的能量转化具有一定的影响力，在某种程度上无机氮也反映了该海域生物的新陈代谢规律，该海域的无机氮平均值为4.50 mmol/L，符合Ⅰ类海水水质标准；适宜的活性磷酸盐也能促进海域生态系统的能量转化，而该海域活性磷酸盐也符合Ⅰ类海水水质标准；COD的平均值为0.21 mg/L，符合Ⅰ类海水水质标准，COD反映了水中受还原性物质污染的程度，而该海域较低的COD值，充分体现了海域良好的水质和未受还原性物质污染的状况。上述调查结果说明了该海域在水质方面具有优良的水质环境和有利于投放人工鱼礁的环境因素。
从生物种类方面来看，浮游植物是海洋初级生产力的提供者之一，是各种海洋生物的饵料，是食物链中基本的一环[18]。浮游动物在生态系统中起着调控生态环境结构的作用，可调节生态平衡，为鱼类提供饵料，其数量和种类会直接影响海域的渔业资源量。该海域浮游动物和浮游植物的生态结构较好、种类较多，但生物量较低，如投放人工鱼礁可以优化海域的水质，促进浮游生物生长，从而有利于鱼类等资源的增殖。游泳生物的生物多样性可以反映该海域的资源量和受污染程度[19]，该海域游泳生物种类丰富，尽管调查捕获数量偏少(可能是由于调查站位设置与拖网时间较短等原因)，但根据已捕获的渔获物，可说明该海域的生态结构较为优良，且有许氏平鮋、大泷六线鱼等岩礁性鱼类的存在，而人工鱼礁投放后对岩礁性鱼类可起到较好的养护与增殖效果，对鱼类资源的恢复与增殖会起到重要作用。该海域的营养化状况属于贫营养型，不会存在赤潮的威胁。因此，该海域的生态环境也完全满足建设人工鱼礁区的基本条件。
在该海域投放人工鱼礁建设海洋牧场，可以改善该海域的底质环境与生态环境，使其更加适合海洋生物的栖息、繁殖和生长，同时可防止底拖网对其地貌的破坏。人工鱼礁区在增殖鱼类资源的同时还可成为该海域良好的垂钓区域，促进獐子岛旅游业和第三产业的良性发展。
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Abstract：The ecological environment was surveyed and assessed in marine ranching area at Zhangzi Island in 39°0′9″-39°0′58″N and 122°55′1″-122°55′51″E where, an artificial reef is planed to be disposed on June in 2010. The results showed that the area surveyed had water depth value of 33-37 m and Secchi disc value of 4.14 m, the hard substrate bottom, mild flowing velocity with an average of 31 cm/s, average chlorophyll a of 1.68 μg/L, inorganic nitrogen level of 4.50 mmol/L, dissolved oxygen level (DO) of 10.22 mg/L, phosphorus level of 8.10 mmol/L, and COD of 0.2097 mg/L, within the government standards of the First Class Marine Water Quality. There were 8 zooplankton species, with dominant species ofSagittacrassa,Paracalanusparvus, andOithonasimilis, 11 phytolankton species, with dominant species of green algaSkeletonemacostatumand diatomNitzschiadelicatissima, and nektons fat greenlingHexagrammosotakii, cloudy bennyEnedriasnebulosus, and yellow goosefishLophiuslitulon. The findings indicate that the area is good in water quality, and suitable habitats for many living things, so the optimal for artificial reef construction.
Key words：Zhangzi Island; marine ranching; artificial reef; ecological environment; assessment
DOI：10.3969/J.ISSN.2095-1388.2014.01.016
文章编号：2095-1388(2014)01-0075-07
收稿日期：2013-05-21
基金项目：国家海洋局海洋公益性行业科研专项(200805030)；国家科技支撑计划项目(2012BAD18B00)；公益性行业(农业)科研专项(200903005)；辽宁省科技攻关计划(2011228001)
中图分类号：S953.1
文献标志码：：A