本文以受人类活动影响显著的渤海为研究对象,通过调查和对历史资料的集成研究,探讨了20世纪80年代以来渤海氮、磷变化及其对浮游植物的影响;以真鲷、黑鲷、日本对虾、四角蛤蜊和毛蚶等渤海常见渔业资源生物作为生物指标种,运用加速生命试验法模型、复合污染效应加和模型和不同生活史生物幼体阶段存活率与其种群增长率之间的关系,估算了渤海近岸海域海水镉、汞、铅和石油烃复合污染对渤海常见鱼类、甲壳类和双壳类长期死亡率和种群增长率的影响;并运用Ecopath生态通道模型揭示了近50年来渔业捕捞对渤海生态系统的影响;剖析了近50年来渤海渔业资源的深刻变化特征,获得了一系列新的结果和认识。主要结论如下:1.渤海海水中氮浓度的增加、磷浓度的降低导致更易受磷限制的角毛藻属优势地位降低、而更易受氮限制的梭状角藻和叉状角藻等不利于高营养级渔业资源生物生长的浮游植物种类优势地位升高,渤海湾海水镉、汞、铅和石油烃复合污染导致渤海常见渔业资源生物的种群增长率明显降低,氮、磷、重金属和石油烃污染是导致渤海渔业资源衰退的重要原因之一。环渤海地区污水处理量、农用化肥的施用量和黄河入海径流量对近30年来渤海氮、磷变化具有显著的影响。渤海氮、磷变化致使浮游植物生长的限制性营养盐由20世纪80年代早期的氮限制、20世纪80年代末期的氮-磷共同限制转变为20世纪90年代以来的磷限制。运用半饱和吸收常数研究发现,20世纪80年代以来,具有较高的磷酸盐半饱和吸收常数和较低的硝酸盐半饱和吸收常数的浮游植物优势种(如角毛藻)优势地位下降,而具有较低的磷酸盐半饱和吸收常数和较高的硝酸盐半饱和吸收常数的浮游植物优势种(如梭状角藻和叉状角藻)优势地位升高。浮游植物群落结构朝着对高营养级渔业资源生物不利的方向发展。加速生命试验法模型(Accelerated Life Testing model)结果显示,1996-2005年渤海湾近岸海域海水镉、汞和铅平均浓度均已超过其对渤海湾常见渔业资源生物的安全浓度;在1996-2005年渤海湾近岸海域海水镉、汞、铅和石油烃平均浓度下,鱼类的长期死亡率分别为4.5%、16.3%、0.0%和12.0%,甲壳类的长期死亡率分别为0.4%、7.9%、0.3%和6.6%,双壳类的长期死亡率分别为10.5%、0.2%、0.2%和2.3%。效应加和模型(Independent Action model)的估算表明,在镉、汞、铅和石油烃组成的复合污染条件下,渤海湾常见鱼类、甲壳类和双壳类的长期死亡率分别为29.7%、14.6%和12.9%,其种群增长率分别降低约6.4%、14.6%和12.9%。复合污染是导致渤海湾渔业资源衰退的重要因素。2.渔业捕捞通过改变渤海生态系统关键功能组、降低生态系统的能量传递效率以及减弱生态系统的负反馈作用和稳定性,导致渤海生态系统特别是较高营养级渔业生物种群的重大失调,渔业捕捞是导致渤海渔业资源衰退的重要因素。Ecopath生态通道模型显示,由于过度的渔业捕捞,渤海生态系统最关键的功能组已由20世纪50年代末的高营养级游泳动物食性鱼类,转变为20世纪80年代初和20世纪90年代中等营养级的底栖大型甲壳类。近50年来渤海生态系统的能量传递效率在波动中显著下降,尤其以第二营养级和第三营养级能量传递效率的下降最为明显。近50年来渤海生态系统的总能流量、总生物量、流向碎屑的能流量、TPP/TR值、费恩循环指数、费恩路径长度和生态网络的聚合度等均呈现较大的波动,渤海生态系统的TPP/TR值都明显大于1。日益增长的捕捞强度导致渤海生态系统负反馈调节功能降低,目前渤海生态系统处于不稳定期。3.近几十年来渤海底栖食物链渔业资源衰退明显,渤海捕捞渔获物平均营养级处于下降趋势。淡水输入量、上行生物饵料提供量与水体硅的减少以及水体氮磷比与铅的增加直接或间接导致了捕捞渔获物平均营养级的降低。将20世纪50年代末以来,渤海生态系统食物网简化为浮游食物链、底栖食物链和碎屑食物链三条食物链。浮游食物链渔业资源已取代底栖食物链渔业资源成为最主要的渔业资源,碎屑食物链渔业资源生物量百分比呈上升趋势,近年来已成为继浮游食物链渔业资源的第二大类渔业资源。渔业捕捞、渤海次级生产力结构的变化是导致渤海主要渔业资源结构变化的重要因素。1956-2000年间,渤海捕捞渔获物平均营养级(Y)与公元年份(X)具有Y=-0.008X+19.777(R=-0.710,n=41,sig.=0.000)的统计关系,渤海捕捞渔获物平均营养级每年下降约0.01。20世纪50年代中期以来,渤海生态系统内部较高营养级渔业资源生物群落的衰退和较低营养级渔业资源生物群落相对生物量的增加是造成捕捞渔获物平均营养级降低的根本原因。淡水输入量、硅浓度和上行生物饵料提供量的降低以及N/P比和铅浓度的升高通过直接或间接影响渤海生态系统内部主要渔业资源结构变化进而导致了渤海捕捞渔获物平均营养级的降低。4.人类活动排污已对渤海湾浮游植物群落和底栖动物群落的多样性产生明显影响。环境污染引起的底栖动物群落多样性的降低可进而导致渤海湾底栖动物食性鱼类的衰退。2008年4月渤海湾浮游植物仍以硅藻为主;甲藻细胞丰度百分比较低,其高值区位于渤海湾口南北沿岸直接或间接受滦河或黄河径流输入的影响较为显著的区域,磷酸盐是影响硅藻和甲藻细胞丰度百分比的重要因素。2008年4月渤海湾浮游植物群落多样性和物种丰富度有较为一致的分布,磷酸盐、铬和汞是直接或间接影响浮游植物群落多样性和物种丰富度的重要因素。综合运用底栖动物群落多样性指数、种类个体的对数正态分布和K-优势度曲线等方法的评价结果表明,2008年4月渤海湾污染较重的海域主要位于曹妃甸港口邻近海域、黄骅港邻近海域和渤海湾口邻近黄河口的海域等直接或间接地受人类活动较大影响的海域。人类活动排污引起的底栖动物群落多样性的降低可进而导致渤海湾底栖动物食性鱼类的衰退。1998年至2006年渤海湾平均网产渔业资源量明显降低,营养级较高的底栖动物食性鱼类的优势地位已逐渐被较低营养级的浮游动物食性鱼类和底栖动物所代替,渔业资源生物平均营养级表现为下降的趋势,渔业资源呈现继续衰退的趋势。
