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蔡立哲,饶义勇,赵小雨,,杨德援,林靖翔,傅素晶,4,周细平
(1.厦门大学环境与生态学院，福建 厦门 361102;2.中国水产科学研究院南海水产研究所，广东 广州 510000；
3.厦门大学嘉庚学院环境科学与工程学院，福建 漳州 363105；
4.自然资源部第三海洋研究所海洋生物多样性研究室,福建 厦门 361005)
滨海核电站一般在近海处修建取水口，抽取海水进入核电站内作为最终冷却水吸收热量。近年来核电厂冷源系统频繁堵塞，主要原因为大量海洋生物在一定季节聚集暴发，使取水滤网堵塞，降低冷却水流量，进而使得机组故障[1-2]。造成核电站取水系统堵塞的物质有生物和非生物两类，生物类主要有浮游藻类、海草、水葫芦、水母、海地瓜(Acaudinamolpadioidea)、海瓜子、石莼(Ulvalactuca)、沙蛰、虾、鱼等，其中以水母导致的堵塞事件居多；
非生物类有冰、垃圾、泥沙、麦秸杆等[3-4]。
在福清核电站循环水过滤系统附着的大型底栖生物有牡蛎、翡翠贻贝(Pernaviridis)和藤壶等[5]。在宁德核电站附近海域，对核电取水安全存在潜在风险的大型底栖生物除了海地瓜外，还有棘刺锚参(Protankyrabidentata)、棒锥螺(Turritellabacillum)、爪哇拟塔螺(Turriculajavana)和小荚蛏(Siliquaminima)[6]。2015年8月8日海地瓜堵塞宁德核电冷源取水，致使核电反应堆停止工作[7]。
目前，缺乏评价潮下带和潮间带大型底栖动物堵塞核电冷源系统风险的标准。对定量采集(采泥器法)获得的海洋大型底栖动物优势种的筛选方法是采用相对重要性指数(IRI)或优势度指数(Y)。但是，IRI只涉及潮下带和潮间带大型底栖生物栖息密度、生物量和出现频率3个参数[8-9]，Y值仅涉及大型底栖生物栖息密度和出现频率2个参数[10-11]，大型底栖生物的生物学特征以及距离核电站取水口的距离等参数均未涉及，难于较精准地评价潮下带和潮间带某种大型底栖生物堵塞核电冷源系统的风险。对半定性采集(底拖网)获得的海洋大型底栖生物优势种的筛选方法也是采用IRI或Y[12]。本研究根据2017—2018年在大亚湾潮下带采泥器采集的大型底栖动物数据，建立了评价堵塞核电站冷源系统大型底栖动物的风险指数，简称采泥器法风险指数(grappler method risk index,GMRI)；
以及根据2021年3月底拖网数据，建立了底拖网法风险指数(bottom trawl risk index,BTRI)。
1.1 大亚湾及其核电基地
大亚湾位于广东省东部红海湾与大鹏湾之间，总面积650 km2。海湾周围的山地丘陵由古生代和中生代的各种变质岩、紫色砂岩、凝灰岩或花岗岩构成。海岸轮廓曲折多变，形成近岸水域“大湾套小湾”的隐蔽形势。主要港湾有烟囱湾、巽寮港、范和港、澳头港、小桂湾、大鹏澳[13]。位于广东省深圳市大鹏新区的大亚湾核电基地，拥有大亚湾、岭澳两座核电站(图1)共6台百万千瓦级压水堆核电机组，年发电能力约4.5×1010kW·h[14]。
1.2 大亚湾潮下带大型底栖动物数据来源
在2017年11月(秋季)、2018年1月(冬季)、4月(春季)和7月(夏季)对大亚湾52个取样站(D01～D42，D46～D55)进行了4个季度的大型底栖动物定量调查(图1)。每个取样站采用开口面积为0.05 m2的抓斗式采泥器成功取样4次，合计取样面积为0.2 m2。每斗采泥器的沉积物在甲板上放进塑料桶进行简易淘洗，泥水用0.5 mm孔径的网筛进行过滤，截留在网筛上的生物和残渣装进塑料瓶，用5%的中性甲醛溶液固定并贴上标签。固定后的生物残渣带回实验室作进一步分选，将大型底栖动物从残渣挑出后，在体视显微镜(Motic K-700L)下进行分类和计数，用吸水纸吸去动物体表的水分后在电子天平(0.1 mg，FA1204)上称量湿重。其余的操作方法按照《海洋调查规范》[15]和《海洋监测规范》[16]要求进行。
2021年3月，在大亚湾4个站位进行底拖网(图1)，记录了获得的海地瓜个数，并逐个称重。
图1 大亚湾潮下带大型底栖生物调查站位示意图Fig.1 Distribution of benthic macrofauna survey stations on the subtidal zone in Daya Bay图中圈起来的站位有底拖网。
1.3 大型底栖生物堵塞核电站冷源系统风险指数及其评价原理
海洋大型底栖动物优势种的一种筛选方法是采用相对重要性指数(IRI)[17]，另一种筛选办法是采用优势度(Y)[18]。对核电循环冷却水系统取水存在潜在风险的海洋生物须满足4个特征：①数量多或密度高；
②个体重量大，直径或体长大于3 mm；
③运动能力弱，易随海水流动而移动[19]；
④易聚集或暴发性增殖[20]。
本研究建立了2种基于评价大型底栖生物堵塞核电站冷源系统的风险指数：(1)采泥器法风险指数(GMRI)；
(2)底拖网法风险指数(BTRI)。
1.3.1 采泥器法风险指数(GMRI) 采泥器法风险指数公式如下：
GMRI=(A+B+S+F+C)×20%
(1)
式(1)中:A为丰度占比(percentage of abundance)，某物种的平均栖息密度占大型底栖动物平均栖息密度的百分比；
B为生物量百分比(percentage of biomass)，某物种的平均生物量占大型底栖动物平均生物量的百分比；
S为站位数百分比(percentage of sampling stations)，为某物种被采集到的站位数与总采集站位数的百分比；
F为漂浮风险(floating risk)，若某物种无游泳器官、无爬行器官、体无分节、无硬重外壳、体壁薄和体腔可胀缩，则漂浮能力为100%。上述形态特征每减少1个，漂浮能力递减20%，即5、4、3、2、1和0个形态特征的物种的漂浮能力分别为100%、80%、60%、40%、20%和0%。C为水流带动风险(water flow-driven risk)，根据生物的生态习性划分水流带动能力，无运动器官和碳酸钙外壳潜居(100%)、爬行但无碳酸钙外壳(90%)、匍匐但无碳酸钙外壳(80%)、攀附(70%)、吸附(60%)、泥管管栖(50%)、皮管管栖(40%)、有运动器官和碳酸钙外壳潜居或爬行(30%)、附着(20%)、固着(10%)。
GMRI值≥90%，为极高风险；
70%～<90%，为高风险；
50%～<70%，为中风险；
在30%～<50%，为低风险；
<30%，为极低风险。
1.3.2 底拖网法风险指数(BTRI) 底拖网法风险指数公式如下：
BTRI=N×30%+M×30%+
H×10%+F×20%+D×10%
(2)
式(2)中：N为每个站位底拖网获得的某物种个体数(个/网)，M为每个站位底拖网获得的某物种生物量(g/网)，H为水深(m)，F为漂浮风险，其风险百分比与采泥器法的F相同。D为底拖网站位与取水口的距离(km)，N、M、H、D与风险百分比的关系见表1。
BTRI值≥80，为极高风险；
60～<80，为高风险；
40～<60，为中风险；
20～<40，为低风险；
<20，为极低风险。
表1 底拖网大型底栖动物各参数与风险百分比的关系Tab.1 Relationship between benthic macrofauna parameters and percentage of risk in BTRI
2.1 大亚湾潮下带7种大型底栖动物采泥器法风险指数(GMRI)
根据2017年和2018年在大亚湾潮下带采泥器定量采集获得的短吻铲荚螠(Listriolobusbrevirostris)、毛头梨体星虫(Apionsomatrichocephala)、冠奇异稚齿虫(Paraprionospiocristata)、双鳃内卷齿蚕(Aglaophamusdibranchis)、波纹巴非蛤(Paratapesundulatus)和海地瓜相关数据，计算不同季节它们的潜在堵塞核电站冷源系统的GMRI。
2017年秋季、2018年冬季、春季和夏季大亚湾潮下带52个站位大型底栖动物平均栖息密度分别为256、267、377、261个/m2。2017年秋季、2018年冬季、春季和夏季大亚湾潮下带52个站位大型底栖动物平均生物量分别为18.80、12.59、17.93、24.66 g/m2。4个季度7种大型底栖动物平均栖息密度和生物量占大亚湾大型底栖动物总平均栖息密度和生物量的百分比见表2。
表2 大亚湾潮下带7种大型底栖动物4季的采泥器法风险指数(GMRI)Tab.2 Seasonal GMRIs of 7 macrobenthos from the subtidal zone in Daya Bay
短吻铲荚螠、毛头梨体星虫和海地瓜均无游泳器官、无爬行器官、体腔大、体壁薄、体无分节、无外壳，漂浮风险为100%；
棘刺锚参除了体壁略比海地瓜厚，其余5种形态特征与海地瓜相同，漂浮风险也是100%；
冠奇异稚齿虫和双鳃内卷齿蚕均有疣足(运动器官)和有分节，漂浮风险为2/5(即40%)；
波纹巴非蛤有斧足(爬行器官)和具外壳，漂浮风险也是40%(表2)。
根据7种大型底栖动物的生物特征，短吻铲荚螠、毛头梨体星虫、冠奇异稚齿虫、双鳃内卷齿蚕、波纹巴非蛤、棘刺锚参和海地瓜的水流带动风险分别为100%、100%、90%、90%、30%、100%和100%(表2)。
综合大亚湾潮下带4季的GMRI可以看出，7种大型底栖动物堵塞核电冷源系统的风险绝大多数处于低风险和无风险级别。冬季和春季双鳃内卷齿蚕的风险指数均是7种大型底栖动物中最高的，处于中风险；
夏季则是短吻铲荚螠，也处于中风险。波纹巴非蛤4个季节的GMRI均是7种大型底栖动物中最低的，这是因为波纹巴非蛤个体较大，有着厚重的贝壳，不易漂浮且水流带动风险低。2017年秋季、2018年冬季和春季采泥器法均未采集到海地瓜，但因为海地瓜漂浮和水流带动风险高，GMRI为40，处于低风险；
2018年夏季55个取样站中仅在D38站获得1个海地瓜，丰度占比、生物量占比和站位数占比分别为0.03%、0.65%、1.82%(表2)，均非常低，因此GMRI也仅比没有采集到海地瓜的其他季节多0.5。
2.2 大亚湾潮下带大型底栖动物底拖网法风险指数(BTRI)
根据2021年3月在大亚湾潮下带4个站位底拖网采集获得的大型底栖动物(仅统计海地瓜)个体数N、生物量M、水深H、漂浮风险F、与核电站取水口距离D等5个参数评价海地瓜堵塞核电站冷源系统的风险。
在D11站位拖网获得海地瓜5个/网，10%风险；
获得海地瓜生物量2.84 g/网，10%风险；
海地瓜漂浮风险100%；
水深7 m，70%风险；
与核电站取水口距离D>18 km，10%风险。
在D13站位拖网获得海地瓜50个/网，50%风险；
获得海地瓜生物量147.02 g/网，90%风险；
海地瓜漂浮风险100%；
水深9 m，60%风险；
与核电站取水口距离D>18 km，10%风险。
在D21站位拖网获得海地瓜1个/网，10%风险；
获得海地瓜生物量2.94 g/网，10%风险；
海地瓜漂浮风险100%；
水深22 m，10%风险；
与核电站取水口距离D>18 km，10%风险。
在D31站位拖网获得海地瓜16个/网，20%风险；
获得海地瓜生物量10.67 g/网，20%风险；
海地瓜漂浮风险100%；
水深14 m，50%风险；
与核电站取水口距离D>18 km，10%风险。
综合大亚湾潮下带4个站位2021年3月的海地瓜数据，可以看出，D13站位的BTRI属于高风险等级，D11和D31站位属于低风险等级，D21站位属于极低风险等级(表3)。
表3 大亚湾潮下带海地瓜底拖网法风险指数(BTRI)Tab.3 BTRIs of Acaudina molpadioidea on the subtidal zone stations in Daya Bay
2.3 大亚湾潮下带2021年3月海地瓜种群生物量动态
对2021年3月在大亚湾潮下带4个站位底拖网获得的每个海地瓜进行称重，可以发现湿重介于2～<3 g的海地瓜最多，0～<1 g和1～<2 g的个数也不少，分别为15个和16个，6～<7 g和7～<8 g均只有1个，没有大于8 g的海地瓜(图2)。
图2 大亚湾潮下带2021年3月海地瓜种群生物量分布Fig.2 Biomass distribution of Acaudina molpadioidea population on the subtidal zone in Daya Bay in March 2021
2.4 讨论
2.4.1 采泥器法风险指数(GMRI)的应用前景GMRI根据采泥器获得的大型底栖动物栖息密度、生物量、出现频率、漂浮风险、水流带动风险等5个参数评价大型底栖动物堵塞核电站冷源系统的风险。其中栖息密度、生物量、出现频率3个参数在潮下带大型底栖动物定量(采泥器)采集均比较容易获得，漂浮风险是根据大型底栖动物5种形态特征设置的，水流带动风险是根据动物10种生态和形态特征设置，均比较容易认定。
综合大亚湾潮下带2017年和2018年4个季节的GMRI可以看出，除了冬季和春季的双鳃内卷齿蚕，以及夏季的短吻铲荚螠的风险指数处于中风险，其他季节其他大型底栖动物堵塞核电冷源系统的风险均处于低风险和极低风险级别，这与大亚湾尚未出现过大型底栖动物堵塞核电站冷源系统的状况是符合的。
2014年8月在福建宁德海域6个站位获得大型底栖动物平均栖息密度和生物量分别为9个/m2和19.88 g/m2[7]，海地瓜平均栖息密度和平均生物量分别为160个/m2和58 g/m2[6]，海地瓜平均栖息密度和生物量占大型底栖动物平均密度和生物量分别为5.73%和34.28%，出现频率为100%，距离取水口的最短直线距离小于1 km，风险100%，因此，宁德海域海地瓜的GMRI达68.00%，属于中风险级别，但接近高风险级别。相对于大亚湾潮下带，宁德海域海地瓜堵塞核电冷源系统风险更高。
2.4.2GMRI和BTRI的优点及不足 采泥器法获取潮下带大型底栖动物的优点:①可以获得各类群的大型底栖动物(包括海地瓜)，特别是个体较小的大型底栖动物也可定量获取；
②可以定量获得大型底栖动物栖息密度和生物量；
③可以根据站位的数量以及某种大型底栖动物在各个站位的数量计算出现频率[19]。除了本研究2017—2018年大亚湾潮下带4个季节的所有大型底栖动物均可计算IRI外，在宁德海域[6]和山东南部沿海[17]也获得多种大型底栖动物的相对重要性指数，当然，也有一些文献只计算优势度[9,20]。
采泥器法获取潮下带大型底栖动物的不足在于：①一些大个体、比较容易漂浮(如海地瓜)，或爬行较快的虾、蟹、鱼类较不容易定量获取，2017—2018年大亚湾潮下带4个季节的大型底栖动物中很少获得海地瓜、对虾和鱼类；
②多毛类分类较难、比较容易碎片化，因而在计数上容易偏差，即一个易断的个体因碎片化而被鉴定为多个个体，而有些又被当作残段，多个个体计数为1个个体，这些均影响相对GMRI指数值。
底拖网法获取潮下带大型底栖动物的优点：①相对于采泥器法，底拖网采样面积更大，除可采到一些生活在海底表层的大个体生物，也可获得一些具有一定游泳能力、经常或临时生活在海底的鱼类、虾类和蟹类；
②半定量获得大型底栖动物丰度和生物量[21-22]。
底拖网法获取潮下带大型底栖动物的不足在于：①小个体大型底栖动物难于获取，因为底拖网网衣最小孔径一般是2 cm，一些小个体大型底栖动物或大个体大型底栖动物的幼体容易被漏过，如海地瓜的幼体，伸缩性较大，一般难以拖网获取；
又如多毛类的许多个体均较小，底拖网难以获取。长江口底拖网获得的优势度(Y)大于0.02的大型底栖动物不含有多毛类[18]，大亚湾2004—2013年底拖网的优势种也不含有多毛类[23]；
②底拖网虽然采集面积比采泥器的大得多，但有些海区不适宜底拖网，特别是养殖区或水很浅的海区。
GMRI和BTRI均可作为核电站附近海区大型底栖动物堵塞核电冷源系统风险的评价指标，若要进一步完善GMRI或BTRI，则需要更多数据的统计和分析。
本研究根据2017年10月至2018年7月在大亚湾潮下带52个站位用采泥器获得的4个季节大型底栖动物数据，以及2021年3月在大亚湾潮下带4个站位底拖网获得的海地瓜数据，建立了两种基于评价大型底栖动物堵塞取水口站冷源系统的风险指数，即采泥器法风险指数(GMRI)和底拖网法风险指数(BTRI)。GMRI和BTRI各分别选择了5种群落和生态参数，并赋予它们不同的权重进行计算。GMRI和BTRI均分为5种风险等级，分别是极高风险、高风险、中风险、低风险和极低风险。2017年和2018年，大亚湾潮下带7种大型底栖动物堵塞核电冷源系统的风险绝大多数处于低风险和无风险级别，与大亚湾尚未出现大型底栖动物堵塞核电站冷源系统的状况是符合的。2021年3月大亚湾潮下带D13站位海地瓜堵塞核电站冷源系统处于高风险等级(65%)。通过验证表明，这两种风险指数可综合运用于大型底栖动物堵塞滨海核电站冷源系统的风险评估。
致谢：感谢厦门大学海洋与地球学院刘敏教授及其团队协助进行2021年3月在大亚湾的底拖网采样。感谢陈昕韡、谭文娟、陈丙温、彭文晴、刘彩莲、张炳煌、魏培、曾张健、刘静林、蒋一苇等同学帮助在大亚湾潮下带的野外采样和室内大型底栖动物的分选。
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