昌黎海域文昌鱼时空分布及其与栖息地底质关系的探究＊

周卫彪，吴 凯，高伟明，韩晓庆

（1.河北师范大学 资源与环境科学学院，河北 石家庄，050024；2.河北省国土资源利用规划院，河北 石家庄，050051）

文昌鱼（Branchiostomalanceolatum）为国家二级野生保护动物，是一种珍贵的海洋生物，青岛文昌鱼是厦门文昌鱼的一个变种，是黄渤海唯一一种文昌鱼，分布在秦皇岛近岸、烟台、青岛胶州湾及大公岛附近海域。滦河口外昌黎海域为国内青岛文昌鱼栖息密度最高的海域之一。文昌鱼在砂质中营半穴居生活，其分布与沉积物粒度有密切的关系，研究清楚文昌鱼的分布与栖息地底质结构的关系，对加强文昌鱼的保护有积极意义［1－7］。曹玉萍等曾对该海域的文昌鱼种群结构和生物学特征进行研究［3］，马明辉曾于2000－08对该海域进行调查，并对文昌鱼与底质的关系做出分析［4］。但是，关于该海域多年间的文昌鱼分布及栖息地底质的时间、空间变化及文昌鱼与栖息地底质之间的关系少有研究。运用该海域2005年、2008年及2011年3期文昌鱼分布及底质调查数据，对该海域的文昌鱼分布及底质结构时空变化进行了研究，分析了该研究海区的文昌鱼分布和栖息地底质特征存在的关系，并对该海域威胁文昌鱼生存的主要环境压力进行了分析。

1 研究区概况

昌黎县位于河北省东北部，隶属秦皇岛市。昌黎县海域面积757.88km2，其中浅海面积715.86km2，占海域总面积的94.46%。滦河口外昌黎海域北起大蒲河河口南岸，南至滦河河口北岸（图1），属暖温带湿润大陆性季风气候，具有光照充足、降水丰沛、雨热同期等特点。研究区内主要河流为滦河，其余河流均为季节性河流。

图1 研究区位置图Fig.1 Location of the study area

2 研究数据及方法

2.1 调查范围及采样站位

调查范围为滦河口以北至大蒲河口以南，高潮线至20m等深线区域内近350km2的海域。在上述区域内共设站位19个（图2）。采用2005－08，2008－08及2011－08三期文昌鱼和底质监测数据。

2.2 分析测试方法

分别 于 2005－08－15，2008－08－25 和 2011－08－04 利 用0.05m2抓斗式采泥器，进行文昌鱼及沉积物样品采集。文昌鱼样本的分析测试方法采用计数法，样本处理按照相关规范［8］进行。沉积物处理采用筛分法结合沉析法即综合法，取2份分析样本，其中一份供作筛分法，分析粒径大于0.063mm的粒级配比，另一份供作沉析法，分析粒径小于0.063mm的粒级配比。最后，2种方法所求的体积分数，统一平差，求出校正值。粒度参数统计采用Folk等公式计算，沉积类型划分采用Shepard三角图式［9－10］。

图2 监测站位分布图Fig.2 Locations of the monitoring stations

3 结果与分析

3.1 沉积物类型

监测海区的底质沉积物粒度范围在0.001～2.000mm，以砂为主。其中，2005年监测海区底质沉积物类型：砂－粉砂－粘土（STY）、极细砂（VFS）、粘土质砂（YS）、粉砂质砂（TS）、粘土质粉砂（YT）、细砂（FS）、中细砂（MFS）、细中砂（FMS）、中粗砂（MCS）9种。2008年监测海区底质沉积物类型：粘土质粉砂（YT）、砂质粉砂（ST）、粉砂质砂（TS）、细砂（FS）、中细砂（MFS）、细中砂（FMS）、中砂（MS）7种。2011年监测海区底质沉积物类型：砂（S）、粉砂质砂（TS）、粘土质粉砂（YT）三种。3期监测期间，各粒组平均比例变化（表1）。

表1 监测期各粒组体积分数变化Table 1 Changes in the proportions of particle factions in the monitoring period

3.2 粒度特征

监测海区沉积物粒度特征变化见表2。其中，2005年沉积物粒度分选性中等，2008年分选性差，2011年分选性好。

表2 监测海区沉积物粒度特征Table 2 Grain－size characteristics of the sediments in the monitoring sea area

3.3 文昌鱼的分布变化

2005年文昌鱼的分布主要分布在以大蒲河口外18号站与新开口外7号站连线为轴心分布，其中高密度区为11和10号站，11号站位的文昌鱼分布达到475尾/m2；2008年文昌鱼的分布分为3个部分，滦河口近岸区域、大蒲河口至新开口的近岸区域及远岸区域，其中高密度区为11和14号站；2011年文昌鱼的分布范围及密度均下降明显，只在滦河口近岸区域及大蒲河口至新开口的远岸区域少量分布。3期监测中各站位文昌鱼密度及生物量见表3。

表3 各站位文昌鱼密度及生物量Table 3 The density and biomass of Amphioxus at each stations

3.4 文昌鱼的分布与底质的关系

文昌鱼对底质的要求相对严格，本调查区域的温度、盐度、深度等均在文昌鱼的适宜范围内［11］。

3.4.1 底质类型对文昌鱼的影响

监测数据显示，文昌鱼集中分布的底质类型为细砂、中细砂、细中砂及中粗砂。利用各站点的底质粒组体积分数及文昌鱼密度数据，运用SPSS 19.0软件将各粒组体积分数与文昌鱼密度和生物量做聚类分析，发现0.125～1.000mm粒组比例与文昌鱼的密度和生物量关系密切（图3）。研究区底质的粒径主要为0.125～0.500mm，2005年该粒组的体积分数为72.95%～92.95%，2008年为65.66%～95.49%。2011年为83.60%～97.08%，而0.500～1.000mm的粒组值较小。做相关性分析发现0.500～1.000 mm粒组与文昌鱼分布呈显著相关（r＝0.360，p＜0.01，n＝57）。数据表明，0.500～1.000mm粒组值均高于平均值，以文昌鱼分布最多的站位（2005年11号站）为例，该站位0.500～1.000mm粒组的体积分数为5.52%，远高于2005年该粒组在研究区分布的平均值1.62%。因此，初步推断0.500～1.000mm粒组也是影响该海区文昌鱼分布的一个重要粒组组成。文昌鱼选择这种粗细混掺的底质，是因为此类底质较疏松，通气性好，便于其潜居生活。

图3 文昌鱼密度、生物量与各粒组比例聚类分析图Fig.3 Hierarchical clustering analysis of the density and the biomass of Amphioxus and the individual particle fractions

文昌鱼主要分布在0.125～1.000mm粒组大于90%的区域，2005年该组分体积分数大于90%的区域主要分布在大蒲河口外；2008年该组分体积分数高于90%的区域主要分布在大蒲河口外，呈条带状分布；2011年该组分体积分数高于90%的区域主要分布在大蒲河口至新开口的远岸区域及滦河口近岸区域（图4）。图4中曲线表示0.125～1.000mm粒组的体积分数（%），该粒组体积分数＞90%的分布变化与文昌鱼的分布变化具有一致性。

图4 研究区0.125～1mm粒组分布与文昌鱼分布关系示意图Fig.4 Relationship between the distribution of 0.125～1mm fraction and that of Amphioxus in the study area

在2000年马明辉探讨该海域文昌鱼栖息地底质特征时曾指出，影响本地区的文昌鱼分布的主要粒组为0.125～0.500mm［4］。本研究发现，滦河口外昌黎海域文昌鱼的适宜栖息粒径范围有所扩大，这显示出文昌鱼对环境变化的适应性。同时与黄厝海域文昌鱼适宜粒径［5］、闽江口至南澳海岸带的文昌鱼适宜粒径［6］、大放鸡海域文昌鱼适宜粒径［7］相比较（表4），滦河口外昌黎海域的文昌鱼适宜粒径相对较小，这很可能是由昌黎海域文昌鱼群体与黄厝海域、闽江口至南澳海域、大放鸡海域文昌鱼群体差异造成的，也显示了不同海域文昌鱼对不同底质粒度的适应。

表4 各地文昌鱼适宜粒组比较Table 4 Comparison of the particle fractions that favor the inhabitance of Amphioxus at different locations

3.4.2 底质粒度特征对文昌鱼分布的影响

沉积物的粒度特征是沉积物的基本性质之一，是沉积物物源、沉积动力、搬运距离等综合作用的结果，在沉积物粒度中包含了水动力条件和物源的信息［12］。中值粒径指示了沉积物粒度分布的集中趋势，反映了沉积介质的平均动能。研究区的文昌鱼集中分布区中值粒径变化见表5。文昌鱼集中分布区沉积颗粒粗细状况出现先细化后粗化的波动，即在2008年偏细，其中文昌鱼的分布密度大于50尾/m2的站位平均粒径1.38～2.98φ（图5），在2011年偏粗，而这种波动主要受研究海域水动力的增减和沉积物物质来源的变化的影响。图5中曲线表示中值粒径，单位为φ。

表5 文昌鱼集中分布海区底质粒度特征Table 5 The grain－size characteristics of the bottom sediments in the areas where Amphioxus is concentrated

图5 研究区中值粒径与文昌鱼分布关系示意图Fig.5 Relationship between the medium diameters of sediments and the distribution of Amphioxus in the study area

分选系数代表了沉积物颗粒大小的均匀程度，若粒级少，主要粒级突出，则分选就好，分选系数的数值小；反之，粒级分布范围很广，主要粒级不突出，则分选就差，分选系数的数值大。研究区的文昌鱼集中分布区分选系数变化（表5）：2005年沉积物粒度分选性好；2008年分选性中等；2011年分选性很好。除2008年1、8、10号站位及2005年15号站位分选系数大于2，分选性差，其余站位分选系数均小于2，其中文昌鱼密度大于50尾/m2的站位，分选系数均小于1，分选性为好或很好（图6）。图6中曲线表示分选系数。

图6 研究区分选系数与文昌鱼分布关系示意图Fig.6 Relationship between the sorting coefficients of sediments and the distribution of Amphioxus in the study area

2008年研究海域分选系数为2.17，分选性差，说明研究海域水动力过程波动幅度较大，沉积环境不稳定，受此影响，在2008年文昌鱼的集中分布区，分选系数的数值也较2005年、2011年大，分选性中等。偏态度用来量度沉积物颗粒频率分布的对称程度，反应沉积环境能量的变异。研究海域中的文昌鱼集中分布区偏态度变化见表5。四分位偏态均近似对称分布，呈正偏。

3.5 文昌鱼种群数量下降原因分析

首先，文昌鱼生境退化的主要原因是滦河入海悬沙量明显减少，沙源补充严重不足所致。文昌鱼对其生活沙质环境要求很高。滦河径流量和输沙量的季节变化极为明显，随之作用营力也发生显著的季节变化。在洪水季节，以河流作用为主，表现为三角洲的堆积；在枯水季节，以波浪作用为主，表现为三角洲被破坏和改造。在上述条件的作用下，滦河口以北海域，沉积特征表现为近岸为细砂、中细砂，向外出现大片中砂，其范围可至水深10～15m的平缓地带，形成了文昌鱼适宜的栖息环境。

滦河水利工程（包括干流的潘家口水库、大黑汀水库和支流上的桃林口水库及引滦工程）的实施控制了滦河流域89.9%的汇水面积，调蓄了滦河下游63.6%的径流量，也使其泥沙量减少了99.3%［13］，从而引起滦河下游直至滦河三角洲的快速响应，由此导致滦河口的衰亡和滦河三角洲由淤涨转变为侵蚀后退。

近几年来滦河三角洲的形态发生了严重改变，已近衰亡［14］。三角洲在衰亡过程中前缘在侵蚀状态下逐渐变得平直，滨外坝向陆迁移，外廓线曲率愈来愈小；三角洲两侧外廓线曲率较顶部相对较大。因文昌鱼栖息地涨潮流速大于落潮流速，中砂及中细砂被不断搬运到潮间带，再在由风动力搬运补充给沿岸沙丘，导致文昌鱼栖息地中砂和中细砂含量下降，栖息地发生严重改变，文昌鱼种群数量下降。

同时，昌黎海域近年来海洋养殖规模面积猛增，规模不断扩大（表6），对文昌鱼群的生存和繁衍有一定的威胁。养殖密度过大，养殖总量超过水域容纳量，养殖病害在逐渐增多，养殖贝类粪大量沉降到海底也加剧了文昌鱼栖息环境的改变。另外由于水产养殖大量的围垦，造成水动力条件下降，设置的大量养殖筏及吊笼会改变水动力条件［15］，也对文昌鱼的栖息地造成一定的影响。育苗室、储水池等建设对海滩造成严重的破坏，向海内排放养殖废水，水体中N、P等含量升高，临近水域营养盐含量不断增加，加速了藻类在春夏季的大量繁殖和水体的富营养化［16］，导致文昌鱼的密度和生物量呈现下滑趋势。

表6 昌黎县历年海水养殖面积统计Table 6 The statistics of the ocean aquaculture areas over the years in the Changli County

此外，滦河口昌黎海域南为滦河口，北为大蒲河口，每年都有大量污染物由河口排入。滦河与大蒲河排入海区的主要污染物为有机污染物（以COD计）和石油类。大蒲河口入海有机污染物占总污染物的97%，石油烃占2.8%，滦河入海有机污染物占总污染物的97.5%，石油烃为2.2%。滦河水系，收纳的废污水占河北省滨海三市排污口进入入海河流的污废水量的4.14%，污染物占8.50%。由于文昌鱼的滤食活动有助于净化水体，其数量多的水域通常是清洁的，但文昌鱼对环境污染极其敏感，当水环境污染的程度大于文昌鱼净化水体的能力时，不利于文昌鱼的生长。

4 结论

1）滦河口外昌黎海域文昌鱼主要分布在细砂、中细砂、细中砂及中粗砂类型的底质中，中值粒径范围为1.38～2.98φ，分选性好，四分位偏态近似对称，呈正偏；

2）影响文昌鱼分布的主要粒组为0.125～1.000mm，文昌鱼主要分布在该粒组体积分数＞90%的海域，该粒组体积分数＞90%的底质分布变化与文昌鱼的分布变化具有一致性，同时发现该海域文昌鱼的适宜栖息粒组范围扩大；

3）与其他海域的适宜文昌鱼栖息底质对比，发现昌黎海域的适宜文昌鱼栖息底质的颗粒较细；

4）文昌鱼的空间分布由片状、条带状分布向斑点状分布演变，文昌鱼密度及生物量也呈下降趋势，特别是在2008～2011年监测期，下降趋势明显；

5）该海域文昌鱼种群退化的主要原因是是滦河入海悬沙量明显减少，沙源补充严重不足，同时该海域海洋养殖产业的迅猛发展，改变了文昌鱼适宜生存和繁衍的底质和水动力条件，成为文昌鱼种群退化的一个重要原因，此外，该海域的环境污染也对文昌鱼的生存造成一定威胁。

滦河口外昌黎海域文昌鱼的栖息环境已遭受破坏，文昌鱼种群在该海域出现严重的退化，我们研究了该海域底质与文昌鱼的时空变化及相关关系，但是，对文昌鱼的栖息环境仅仅分析底质这单一因素，显然不足以了解文昌鱼的生命生态全貌，仍需要在今后的研究对其它因素诸如水质环境、饵料等加以综合考虑。

致谢：河北省昌黎黄金海岸国家级自然保护区管理处为本研究提供相关数据。

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