乔延龙 殷小亚 肖广侠 王立平

(1.天津大学环境科学与工程学院 天津 300072；2.天津市海洋咨询评估中心 天津 300457； 3.天津渤海水产研究所 中国水产科学研究院渤海水产研究中心 天津 300457； 4.山东省临沂市罗庄区水务局 临沂 276017；5.天津市水产局 天津 300202)

在经济全球化的发展进程中，海洋资源逐渐呈现出过度开发与利用的状态。随着围海造地为主的海洋开发强度加大，海洋工程引起周边海域悬浮物浓度升高，致使近岸海洋生态系统功能减退。围绕悬浮物对海洋生态产生的问题已成为国内外研究热点(包瑛瑛,2015; 李晓静等,2017; 崔磊等,2017)。研究表明，悬浮物对水体中生物的生理、行为、摄食、生长、繁殖等产生影响，高浓度的悬浮物可使水体生物死亡，从而影响生物种群组成和群落结构的稳定(李铁军等,2017; 蔡丽萍等,2011)。近岸海域是水生生物繁殖的重要场所，研究发现，水体环境质量和生物个体生长和发育存在一定联系(刘广远等,1998; 王广军等,2007)。目前，悬浮物对水生生物毒性效应研究，主要集中于疏浚淤泥和滩涂悬浮物对游泳能力强的鱼类及生物成体的毒性效应(周勇等,2010; 王云龙等,1999; 陈永平等,2015; 王娟娟等,2016; 蔡萌等,2007; 李广楼等,2010; 李纯厚等,1997)，而有关大规模围填海区域滩涂悬浮物对游泳能力较弱的生物幼体毒害作用关注较少。围填海区域滩涂是生物幼体育肥栖息的场所，海洋工程产生的悬浮物对生物幼体毒性将直接影响海洋生物群体补充数量，因此，开展此项研究对于渔业资源和海洋生态系统平衡具有重要意义。

渤海湾是渤海西部的半封闭浅水海湾，近岸滩涂广阔，水下地势平缓，在季风、海流、波浪、潮汐等对悬浮物输移和分布的影响下，较细的沉积物颗粒易于再悬浮，同时，在黄河沉积物扩散的双重影响下，渤海湾西北部成为高悬浮物浓度区，水体表层和底层的悬浮物浓度有较大差异(周舟等,2017; 曹祖德等,1993; Jianget al,1997; 江文胜等,2002; 崔廷伟等,2009)。随着沿海海洋经济快速发展，滨海地区海洋开发较为活跃，海上吹填、疏浚等海洋工程日趋频繁，海洋海岸工程扰动沉积物再悬浮，致使近岸海域悬浮物浓度急剧增加。中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)是黄、渤海地区的主要经济虾类，幼体阶段营浮游生活，以滤食浮游生物为主，变态发育为仔虾后营底栖生活，以底栖生物为主要饵料。环渤海围填海区域开发压缩了生物的栖息空间，海洋工程搅动产生悬浮物破坏了生物的生存环境，致使中国对虾资源急剧衰退，为了探究海洋生物幼体与滩涂悬浮物之间的关系，以渤海湾主要渔业经济物种和资源修复关键种——中国对虾仔虾期幼体为研究对象，利用实验生态学方法，研究了悬浮物对中国对虾幼体的毒性作用，可为探讨中国对虾幼体生态适应性提供参考，并对进一步研究近岸水体环境基准和生态环境容量具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料

实验用中国对虾幼体采自天津市滨海新区天津神育育苗有限公司养殖场，幼体体长为0.8～1 cm。实验前，将中国对虾幼体放入8 L海水的整理箱中暂养2 d，暂养海水经48 h曝气处理，挑选体长为1 cm、大小均匀、活力较好的个体进行悬浮物毒性实验，实验开始后减少饵料投喂。实验水体为天津大神堂海域经沉淀、砂滤的自然海水。经测定，盐度为31±1.0，pH 为 8.1±0.1，水温为(22±1)℃，24 h连续充气，每天换水1次，换水量为三分之一，每天早晚各投喂配合饲料1次。

实验用悬浮物泥样采自天津大神堂(117°55′18ʺE; 39°09′01ʺN)外海的表层底泥，经室内通风晾干，然后放在烘箱中(60℃)烘干至恒重，冷却，研磨后用 200目筛绢过筛，置于干燥器中低温保存。泥样的主要指标(测定结果见表1)与国家标准进行比较，硫化物、重金属(Hg、Cu、Zn、Pb和Cd)和油类物质的检测值达到我国海洋沉积物质量标准(GB18668-2002)的一级标准。

1.2 实验方法

采用《水质物质对淡水鱼(斑马鱼)急性毒性测定方法(GB/T13267-1991)》。在实验开始前，进行急性毒性预实验，确定悬浮物浓度范围。根据预实验结果，本实验设置 20、40、80、160、320、640 mg/L 共6个悬浮物梯度，每个实验浓度设3组平行实验，同时设1个对照组，每组投放中国对虾幼体 50尾。实验水温与暂养时保持一致，各组充气量相同，以气泡均匀、悬浮物不沉底为准。每天08:00换水，每隔2 h用玻璃棒进行搅拌，保持持续充气，使泥样始终处于悬浮状态。暴露后，每2 h观察1次中国对虾幼体的状态，连续8 h，之后每12 h观察1次，暴露48 h后，每24 h观察1次，统计各组中国对虾幼体的死亡情况，死亡标准为用细玻璃棒触动其腹部，5 s内没有任何反应，则视其为死亡，在显微镜下镜检观察、拍照。记录中国对虾幼体的死亡个数、死亡时间，统计死亡率，并将3个平行组的平均值作为每个浓度的实验结果。根据预实验结果，中国对虾幼体在悬浮物处理12 h后陆续出现中毒症状，实验周期设为 12、24、48、72 和 96 h。

表1 悬浮物主要成分含量(mg/kg)Tab.1 Main components of the suspended solids (mg/kg)

1.3 镜检观察

将取出的中国对虾幼体死亡个体进行去脱水处理后，置于光学显微镜下观察，经连接相机(Olympus SZX7)进行拍照。

1.4 数据处理

实验中所有数据均采用改良寇式法进行统计分析(黄瑞等,2017; 孙瑞元,1963)，计算各实验悬浮物浓度组对中国对虾幼体的半致死浓度LC50和LC50时的95%置信区间，计算公式如下：

式中，i为组距，即相邻2组对数剂量之差；Xm为最大剂量对数；p为各剂量组死亡率(死亡率均用小数表示)；q为各剂量组存活率(存活率均用小数表示)；∑p为各剂量组死亡率之和；n为各组实验动物数；Sx50为logLC50的标准误。

安全浓度公式：

2 结果与分析

2.1 中国对虾幼体的中毒症状

在放入悬浮液中的前几小时，中国对虾幼体比较活跃，上下游动，游动速度较快。但随着受试时间的增加，游动速度逐渐变缓，最后潜伏于实验容器下部，静止不动。随实验时间增加，受试中国对虾幼体逐渐昏迷，直至死去。在此实验过程中，实验中国对虾幼体体色也发生了变化，由最初健康的青色，逐渐蜕变为粉色，继而变为灰白色。

2.2 中国对虾幼体死亡率

在急性毒性实验中，随着暴露时间延长，中国对虾幼体死亡个体数量呈现增加趋势(表1)。暴露12 h时，20～80 mg/L组中国对虾幼体没有出现死亡，160～640 mg/L组开始出现死亡情况；暴露24 h时，20～ 40 mg/L 组没有死亡个体，80 mg/L 组开始出现死亡；暴露36 h时，20～40 mg/L组开始出现死亡个体；48～96 h 时，随着悬浮物浓度增加，中国对虾幼体的死亡率逐渐增加，并呈现出明显的剂量效应关系。

在不同浓度悬浮物实验组，随着时间推移，中国对虾幼体出现死亡个体时间节点呈现延后现象。实验对照组在12～36 h内未发现死亡个体，在72 h时出现 死亡个体。实验浓度为20、40 mg/L时，在12～24 h内未发现死亡个体，在 48 h出现死亡个体；实验浓度为80mg/L时，在 12 h内未发现死亡个体，在 24 h出现死亡个体；实验浓度为320 mg/L和640 mg/L，12 h 就出现死亡个体；640 mg/L 在60h时的死亡率达到64%。

表2 中国对虾幼体悬浮物急毒性实验结果Tab.2 Results of acute toxicity experiment of Fenneropenaeus chinensis larve

2.3 急性毒性实验结果

在悬浮物条件下胁迫12 h后，中国对虾幼体的死亡率开始增加，随着暴露时间延长，累积死亡率快速增加，悬浮浓度达到640 mg/L以上，中国对虾幼体累积死亡率超过 50%，同时，20、40、80、160、320 mg/L 的累积死亡率分别为 13%、19%、20%、21%，22%，而对照组的积累死亡率仅有4% (图1)。

图1 悬浮物对中国对虾幼体的累积死亡率Fig 1 Cumulative mortality rate of Fenneropenaeus chinensis larve under the suspended solids

经计算得到悬浮物对中国对虾幼体12、24、36、48、72、96 h 的 LC50和 LC50的 95%置信区间，96 h-LC50安全浓度为 1.83 mg/L (表3)。

表3 悬浮物对中国对虾的急性毒理实验Tab.3 Acute toxicity of suspended solids to Fenneropenaeus chinensis larve

图2 悬浮物对中国对虾幼体的中毒症状Fig.2 Symptoms of Fenneropenaeus chinensis larve under the suspended solids

2.4 急性毒性实验镜检

采用解剖镜对中国对虾死亡幼体鳃和体表进行观察。从镜检情况来看，死亡个体体表附着一层薄薄底泥，死亡对虾个体的鳃内存在颗粒物质，解剖镜观察下为底泥颗粒。

3 讨论

水生生物对环境质量的变化有一定耐受性，但对摄食、运动、生理生化等功能将产生影响(沈建忠,2004; 钟硕良等,2017; 冯政夫等,2016)。本研究结果表明，中国对虾幼体在悬浮物胁迫下出现急性毒性效应，随着悬浮物暴露时间的延长和悬浮物浓度的升高，实验组中国对虾幼体的死亡率不断上升，当悬浮物溶度低于320 mg/L时，中国对虾幼体死亡率较稳定，剂量效应不明显，悬浮物浓度高于640 mg/L时，中国对虾幼体死亡个体增加，呈现明显的剂量效应，出现悬浮物对中国对虾幼体致死效应。由于悬浮物的主要有害物质低于《海洋沉积物质量》一类要求，实验海水各项水质指标的含量均符合《海水水质标准》二类要求，不会对实验动物产生毒害作用，造成中国幼体死亡。通过镜检，中国对虾幼体鳃部有大量悬浮物颗粒，可能由于中国对虾幼体呼吸作用下，悬浮物中的微小颗粒随水流到达鳃的表面，吸附在鳃丝表面，造成生物体呼吸障碍，致使生物体出现死亡。同时，随着中国对虾幼体中毒程度加深，悬浮物颗粒粘附在个体的体表和附肢上，减弱了游泳能力(McLeayet al,1987)，致使摄食行为受到影响，加剧中国对虾幼体死亡。

将本研究悬浮物对中国对虾幼体的 LC50与已报道悬浮物对其他水生生物的LC50进行比较(表4)，可以得出，近岸海域悬浮物毒性大小排序为，鲈鱼(Lateolabrax japonicus)幼体＞梭鱼(Sphyraenus)幼体＞半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)幼体＞中国对虾幼体。基于生物生态位分析，中国对虾是一种广温广盐底层甲壳类，半滑舌鳎是一种广温广盐底层鱼类，鲈鱼和梭鱼是一种广温广盐中上层鱼类。通过对比发现，生态位较高的水生生物游泳能力强，对悬浮物的耐受性强，能及时产生回避反应，迁移至安全水域。Henley等(2000)研究发现，悬浮物较多的浑浊水体，迫使浮游生物和鱼类同时发生迁移活动。由此可见，悬浮物对迁移能力弱的水生生物幼体、胚胎等具有较强的急性毒性。通过与王娟娟等(2016)研究对比发现，滩涂底泥悬浮物对中国对虾幼体的 LC50小于疏浚悬浮物，原因可能是受双向的沿岸环流影响，本研究所取渤海湾西部天津海域滩涂底泥表层以砂、粉砂质砂、砂纸粉砂和粘土质粉砂4种沉积物为主，而在天津港航道取样的疏浚悬浮物颗粒直径小于滩涂底泥，更容易堵塞生物幼体鳃腔，同时，疏浚物悬浮物可溶出硝基苯类、DMS、卤代酚类等有机物和重金属物质(季晓等,2013)，在疏浚淤泥的悬浮物和溶出化学污染物联合作用下，随着时间延长，可能致使疏浚悬浮物产生较强的毒性，且致毒机理也可能不同。

表4 悬浮物对几种水生生物的急性毒性Tab.4 Acute toxicity of suspended solids to several aquatic species

随着渤海湾沿海海洋经济快速发展，在过度捕捞、海洋环境污染、海洋海岸工程等影响下，天津海洋生物资源呈现急剧衰退趋势，渔业生物群体小型化、低龄化，渔获种类组成低质化、低值化现象日趋严重。为了养护近岸海洋生物资源，利用海洋海岸工程生态补偿资金，近几年，在海岸生态环境受损区域开展了生物增殖放流，以期恢复近岸生物资源。但是，在水生生物苗种增殖放流选址方面，主要依据温度、盐度等常规水环境指标，为了提高放流苗种成活率，需综合考虑放流区域悬浮物浓度变化情况，优化水生生物苗种增殖放流地点。同时，渤海湾作为海洋生物资源的三场一通道，对黄海、渤海渔业资源和生态环境意义重大，在每年5～6月海洋渔业生物产卵期，建议海洋和渔业行政主管部门限制近岸海域清淤和围填海工程审批，严格控制海洋海岸工程扰动强度，降低近岸海域悬浮物浓度，减少对海洋渔业生物幼体伤害。该研究结果可为渤海及其他海区近岸滩涂海洋生物资源恢复和养护管理提供参考依据。