海洋牧场对浮游植物群落的影响：以白龙珍珠湾国家级海洋牧场示范区为例

《Biology》：Effects of Marine Ranching on Phytoplankton Community: A Case Study in the Bailong Pearl Bay National Marine Ranching Demonstration Zone, China Jian Qin, Yu Guo, Chuanxin Qin, Gang Yu, Jinhui Sun and Karsoon Tan

本文聚焦海洋牧场对浮游植物（Phytoplankton）群落的影响这一科学问题，以中国白龙珍珠湾国家级海洋牧场示范区为案例，通过季节性采样与数据分析，揭示了海洋牧场在夏季促进浮游植物生长，而在秋冬季有害藻华（HABs）爆发时却能有效抑制其丰度的独特生态调节作用，为海洋牧场管理及生态系统修复提供了关键依据。

　　

海洋牧场被视为修复海洋栖息地和增殖水生生物资源的重要策略。然而，在这种以人工鱼礁、增殖放流为特征的生态化养殖模式中，一个基础但关键的问题尚不明确：它对作为海洋食物网根基的浮游植物群落，究竟会产生怎样的影响？浮游植物不仅是重要的初级生产者，其异常增殖引发的有害藻华（Harmful Algal Blooms, HABs）更会对渔业、旅游业乃至人类健康构成严重威胁。因此，评估海洋牧场对浮游植物丰度与群落结构的时空影响，对于理解其生态效益、预测潜在风险并优化管理策略至关重要。

为回答这一问题，研究人员聚焦于中国广西的白龙珍珠湾国家级海洋牧场示范区。该区域自2009年开始建设，至2016年已被认定为示范区，内部布设了大量人工鱼礁和藻礁，并进行了大规模的增殖放流，是一个研究海洋牧场生态效应的理想场所。研究团队在示范区内（MR站）及其周边的近岸（I站）、外围（P站）、同纬度侧翼（S站）和外海（O站）等不同区域，共设立了18个采样站，于2020-2021年的四个季节（冬、夏、秋、春）进行了系统的海水样品采集。

研究采用了几项关键技术方法。首先，通过多功能环境传感器现场测定水温、盐度、pH、溶解氧（DO）等环境参数。其次，利用国标（GB17378-2007）规定的分光光度法，对过滤后的海水样品进行无机营养盐（硝酸盐NO₃^-、亚硝酸盐NO₂^-、铵盐NH₄⁺、磷酸盐PO₄^3-）的定量分析。最后，针对浮游植物，使用卢戈氏碘液固定水样，通过Uterm?hl沉淀法浓缩，并依据权威分类学文献进行物种鉴定与细胞计数，从而获得丰度与群落结构数据。所有数据的统计分析在SPSS中完成，并利用R语言进行主坐标分析（PCoA）以揭示群落结构的季节聚类特征。

季节性变化的环境参数

研究结果显示，海水温度从夏季（30.88 ± 1.62 °C）到冬季（18.98 ± 0.91 °C）呈下降趋势，而盐度则在春季和秋季较高，夏季最低。溶解氧在秋冬季显著高于春夏季。在空间上，春季各站环境参数无显著差异；夏季侧翼站（S站）盐度显著高于其他站；秋季内岸站温度较低而溶解氧较高。

无机营养盐的时空变化

营养盐浓度呈现明显的季节波动。夏季的亚硝酸盐和磷酸盐浓度最高，而冬季的硝酸盐浓度最高，秋季的铵盐浓度最高。空间上，春季侧翼站的硝酸盐、内岸站的磷酸盐较高；夏季内岸站亚硝酸盐、海洋牧场站铵盐较高；秋冬季海洋牧场站与外围站的磷酸盐浓度较高。

浮游植物丰度的时空变化

研究发现，浮游植物总丰度按春季、冬季、夏季、秋季的顺序递减。最关键的空间差异出现在夏、秋、冬三季：夏季，海洋牧场示范区内（MR站）的浮游植物丰度显著高于周边大部分区域；然而，在秋季和冬季，当周边水域（尤其是外海站和外围站）发生藻华时，海洋牧场区内的浮游植物丰度却显著低于这些区域。

浮游植物群落结构的时空变化

研究共鉴定出101种浮游植物，隶属26科44属，其中包含19种有害藻华（HABs）或潜在HABs物种。春季，各站点优势种组合不同，但无单一绝对优势种。夏季，透明根管藻（Rhizosolenia hyalina）在多个站点成为优势种。秋季，洛氏角毛藻（Chaetoceros lorenzianus）、翼根管藻（Rhizosolenia alata）和中肋骨条藻（Skeletonema costatum）成为共优势种。冬季，尖刺拟菱形藻（Nitzschia pungens）在大部分站点爆发性增殖，相对丰度超过80%。

有害藻华物种的分布

在春秋季，HABs占总浮游植物的比例约为15%，无显著优势种。秋季，中肋骨条藻成为优势HABs物种；冬季，尖刺拟菱形藻大规模水华，其相对丰度高达82.46%。

环境参数与浮游植物丰度的关系

相关性分析表明，浮游植物总丰度与硝酸盐呈显著正相关，与磷酸盐呈显著负相关。而HABs的相对丰度则与溶解氧、硝酸盐正相关，与温度、磷酸盐负相关。主坐标分析（PCoA）清楚地将浮游植物群落结构按季节分为三个聚类：春夏季、秋季和冬季，解释了52.8%的总方差。

在讨论与结论部分，作者深入阐释了这些发现的生态学含义与管理启示。研究表明，海洋牧场对浮游植物的影响具有双重性和季节性。夏季，海洋牧场区内浮游植物丰度更高，这可能源于人工鱼礁结构产生的湍流促进了底层营养盐的上涌，从而刺激了浮游植物的生长。然而，在秋冬季，尽管牧场区内营养盐（尤其是硝酸盐和磷酸盐）浓度较高，浮游植物丰度却低于周边区域。作者推测，这可能是因为人工鱼礁同时吸引了更高丰度的浮游动物和滤食性贝类，增强了“自上而下”的生物控制作用，从而在周边水域发生藻华（秋季以中肋骨条藻为主，冬季以尖刺拟菱形藻为主）时，牧场区内部起到了抑制藻华发展的作用。

中肋骨条藻虽不产毒，但其大规模水华会阻碍光线、消耗氧气，衰亡时产生有害物质，曾在中国和菲律宾造成严重的渔业经济损失。尖刺拟菱形藻则能产生产失忆性贝毒（domoic acid），对人类健康构成直接威胁，其在中国多个海域均有爆发记录。因此，海洋牧场表现出的潜在抑藻功能具有重要的环境管理价值。

相关性结果指出，硝酸盐可能是该区域浮游植物生长的关键限制性营养盐，而磷酸盐则呈负相关，表明营养盐来源可能并非主要来自河流径流，而更可能与上升流或水产养殖等人类活动输入有关。这提示，控制硝酸盐输入可能是管理该区域藻华的关键。

综上所述，本研究系统揭示了白龙珍珠湾海洋牧场示范区浮游植物群落的时空动态及其对海洋牧场工程的响应。其核心结论是：海洋牧场在夏季能促进浮游植物生产，提升基础生产力；而在秋冬季有害藻华易发期，则可能通过生态调节机制（如增强浮游动物摄食压力）抑制藻华发展。这证明了精心设计的海洋牧场不仅能增殖渔业资源，还可能作为一种基于自然的解决方案，助力调控有害藻华，维护近海生态系统健康。该研究为海洋牧场的生态效益评估、适应性管理以及在全球范围内推广可持续的海洋养殖模式提供了重要的科学依据。论文发表于《Biology》期刊。