象山港浮游生態系統歷史演變示意圖 董涵 製圖

　　樂鳳鳳

　　黨的十九大報告指出“人與自然是生命共同體，人類必須尊重自然、順應自然、保護自然”。認識生態系統演變規律，科學指導海洋空間規劃、管制和修復，探索人海和諧的空間發展道路，是自然資源部海洋生態系統動力學重點實驗室（依託單位：自然資源部第二海洋研究所）建設的使命。

　　海灣是承載自然變化與人類活動的最重要區域之一，其環境惡化引起生態系統退化和資源衰退，對社會經濟產生負反饋。浙江省海灣生態健康肩負著“重要視窗”的展示作用。浙江省象山港作為中國典型的亞熱帶海灣生態系統，擁有獨特的地形、水動力和生物群落，其生態系統對人類活動與自然變化的響應是對海灣空間單元開發格局的重要反饋。

　　針對美國切薩皮克灣、納拉甘西特灣，日本東京灣，法國佈雷斯特灣和中國膠州灣、大亞灣等的多年研究表明，富營養化和海水升溫是近岸海灣的普遍問題。日前，自然資源部海洋生態系統動力學重點實驗室近海生態研究團隊以東海狹長形半封閉海灣象山港為研究區域，系統揭示了富營養化和海水升溫疊加影響下海灣浮游生物的演變格局。相關成果發表在《海洋汙染通報》《河口與海岸》《河口、海岸和大陸架》《浮游生物研究》等國際海洋學和浮游生態學主流期刊。

海水升溫作祟，能量上行受阻

　　該研究發現，富營養海灣大量浮游植物生物量不能有效傳遞到高營養級生物。

　　生物量是生態學術語，指單位面積（體積）內某類生物的總重量。浮游植物是進行光合作用的初級生產者，高營養級生物是食物鏈中捕食浮游植物的浮游動物和魚類等。

　　該研究主要完成人之一、自然資源部第二海洋研究所研究員江志兵介紹，象山港屬亞熱帶高生產力（即浮游植物生物量高）海域，較大個體（微型， 2~20微米；小型，>20微米）浮游植物佔比超過80%，較小個體（微微型，<2微米）浮游植物佔比較小。江志兵介紹，近10年象山港汙染得到有效控制，水體富營養化沒有進一步惡化，但以氮、磷計，只能長期維持在四類水體（適用於海洋港口、海洋開發作業區）；與此同時，先後上馬的寧海國華和大唐烏沙山兩個濱海電廠排放大量高溫廢水，疊加氣候變暖，使得象山港生態系統面臨海水快速升溫的壓力。在富營養化和暖化影響下，葉綠素a濃度和初級生產力逐漸升高，且個體大於20微米的浮游植物佔比增加明顯。然而，較大個體的浮游動物（大中型，>505微米）生物量和豐度卻呈現下降趨勢，漁業資源也明顯下降。

　　為尋找其原因，研究團隊透過同步多引數高密度取樣法，利用隨機森林模型研究發現，象山港浮游動物生物量不會隨浮游植物生物量增加而增加，且兩者的比值隨浮游植物生物量增加而降低，表明大量浮游植物能量不能透過食物鏈有效傳遞到高營養級生物。研究同時發現，浮游動物對升溫最敏感，溫度升高促進了小個體（中小型，200~505微米）浮游動物增加，而較大個體（>505微米）的數量降低，即浮游動物整體趨於小型化，造成較大個體浮游植物生物量無法透過浮游動物攝食向高營養級生物傳遞。

狹長地形決定，生態演變異質

　　該研究發現，亞熱帶狹長形海灣浮游生物長期演變顯現時空異質性。

　　據介紹，時空異質性也是生態學用詞，指生物和非生物環境隨時間變化、同時在空間分佈上不均勻。

　　象山港屬亞熱帶狹長形半封閉海灣，理化環境和生物群落具有顯著的季節變化和空間異質性。基於此，研究團隊推測營養鹽、水溫和浮游生物的長期變化可能也存在時空異質性，並利用1980年~2019年的歷史資料驗證了該假設。

　　據該研究主要完成人之一、自然資源部第二海洋研究所副研究員杜萍介紹，大中型浮游動物生物量於2005年電廠執行後快速下降，主要發生在夏、秋季的港底、港中部，這正是無機氮和水溫同步升高顯著的季節和區域，說明富營養化和高溫的共同作用明顯抑制了大中型浮游動物生物量，其中一個重要原因是夏季電廠排水口水溫超過了優勢種（中型橈足類）的致死溫度，而個體較小的短尾類幼體和劍水蚤比例增加。研究團隊還發現，在遠離港頂、港中部溫排水數十公里的港口區域，浮游動物變化趨勢與港底、港中部明顯不同，未見數量下降；港口區主要受港外海水影響，春季受長江沖淡水影響的時期，浮游動物數量甚至呈現明顯上升趨勢，與長江口浮游動物變化趨勢高度一致。

　　“象山港生態演變時空異質性這個案例，意味著在進行區域規劃和開發時，要尊重自然規律，合理佈局、有限發展，方能維繫海灣經濟與生態的可持續協調發展。”杜萍說。

生態結構變化，傳遞能效下降

　　總結該研究，食物鏈結構變化降低了生態系統能量傳遞效率。

　　據介紹，太陽能透過浮游植物光合作用進入海洋生態系統，然後從浮游植物逐級轉移到上一營養級，而上一營養級與下一營養級吸收能量的比值為生態系統的能量傳遞效率。

　　研究團隊綜合理化因素和各營養級生物的長期變化和異質性特徵推匯出象山港中底部浮游生態系統的演變過程：富營養化和暖化增加了浮游植物生物量，尤其促進個體較大的矽藻和甲藻生長，但海水升溫不利於較大型浮游動物繁殖，導致大粒徑浮游植物缺少有效的攝食控制。同時，冬季海水變暖加速了浮游植物生長，疊加同期浮游動物攝食作用較弱，引起藻華加劇，且藻華時間從春季提前至冬季。浮游植物旺發產生的初級生產力無法有效傳遞到較高營養級的浮游動物和魚類，造成牧食食物鏈效率降低。因此，除過度捕撈外，富營養化與變暖加劇引起的浮游生物粒級結構和物候過程改變也是象山港漁業資源較20世紀80年代明顯下降的重要原因。此外，微食物環作為初級生產力傳輸的補充途徑，相對重要性可能增強，其變化對能量傳遞效率的影響有待研究。

　　該研究結果豐富了海灣生態學的科學認知，提示內灣水交換能力差的海灣，需嚴格控制陸源營養鹽輸入，並減少網箱養殖和蝦塘養殖；同時嚴格控制電廠溫排水的溫升範圍，尤其在高溫季節。生態修復工作以提升生態系統的穩定性、提高藍色碳匯效率等生態服務功能為目標，該研究為海灣生態修復提供了科學支撐，支援內灣養殖大型經濟藻類（海帶等）和濾食性貝類（牡蠣等）、底播毛蚶、菲律賓蛤仔等土著貝類，以降低水體營養鹽濃度、減少浮游植物藻華的發生。