刺参(Apostichopus japonicus)和皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)是我国传统海珍品，随着对其医疗药用和保健价值的认识，开发利用日益广泛，市场需求迅速增加。山东和辽宁沿海是我国刺参和皱纹盘鲍最重要的自然分布区(廖玉麟, 1997; 束靖等, 2008)。近年来，由于过度捕捞，自然资源急剧下降，人工养殖业快速发展，形成了刺参“北参南养”和皱纹盘鲍养殖“南北接力”的新型养殖模式，成为我国海水养殖新的增长点。目前，刺参、皱纹盘鲍增养殖苗种来源以人工育苗为主，其种质情况和遗传多样性对增养殖产业的发展有重要影响。为保护刺参、皱纹盘鲍种质资源及其生存环境，保障增养殖业可持续发展，2010年，农业部批准建立了千里岩海域国家级水产种质资源保护区，保护区总面积为1766.27 hm²，其中，核心区面积为202.29 hm²，实验区面积为1563.98 hm²。特别保护期为3月1日―9月30日。保护区位于山东省海阳市千里岩岛海域，主要保护对象为刺参、皱纹盘鲍，其他保护对象包括蓝点马鲛(Scomberomorus niphonius)、小黄鱼(Larimichthys polyactis)、带鱼(Trichiurus lepturus)、中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)、三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)、日本蟳(Charybdis japonica)等。

为全面掌握保护区生态环境和资源状况，参考农业部2011年颁发的《水产种质资源保护区管理暂行办法》，2015―2018年对千里岩海域国家级水产种质资源保护区水环境、沉积物环境、海洋生物开展全面调查与评价，调查了刺参、皱纹盘鲍资源概况，并通过刺参线粒体DNA (mtDNA)控制区(D-Loop)全序列，对该保护区野生刺参种群遗传多样性进行研究，评价该保护区海洋生态环境、保护对象遗传多样性状况，分析保护区管理存在的问题，为更好地开展水产种质资源保护区评价和管理工作提供参考。

1 材料与方法 1.1 样品采集

2015―2018年，在保护区及邻近海域设置4个水质站位(图 1)，采样分为表层(0.5 m)、中层(10 m)和底层(距离海底2 m)，其中，3号站位兼采沉积物和海洋生物。每年5月和8月，水质和浮游动植物各采样监测1次，沉积物和底栖生物样品仅8月采样监测1次，采样深度为33 m。样品采集、处理方法按照《海洋监测规范》(GB17378.3-2007)相关规定执行。2018年，在保护区海底随机采集规格≥150 g的刺参20只以上，活体冷藏送至实验室。每只刺参解剖取纵肌约0.5 g，放于独立的1.5 mL冻存管，–80℃冷冻保存。

1.2 参数与分析

水环境参数：盐度、pH、溶解无机氮(DIN)(亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、氨氮之和)、溶解无机磷(DIP)(活性磷酸盐)、化学需氧量(COD)、溶解氧(DO)、总氮(TN)、总磷(TP)、重金属(Cu、Zn、Hg、Cd和Pb)及As、石油类，按照《海洋监测规范》(GB 17378.4-2007)规定的方法执行。

沉积物环境参数：有机碳、硫化物、石油类、重金属(Cu、Zn、Pb、Cd和Hg)及As，按照《海洋监测规范》(GB 17378.5-2007)规定的方法执行。

海洋生物：叶绿素a、浮游植物、大型浮游动物、小型浮游动物、底栖生物，按照《海洋监测规范》(GB 17378.7-2007)规定的方法执行。

水环境pH、无机氮、活性磷酸盐、COD、DO均按《海水水质标准》(GB 3097-1997)Ⅰ类标准进行评价；重金属(Cu、Zn、Hg、Cd和Pb)及As、石油类按《渔业水质标准》(GB 11607-1989)进行评价；海洋沉积物硫化物、有机碳、石油类、重金属(Cu、Zn、Hg、Cd和Pb)及As均按《海洋沉积物质量》(GB 18668-2002)Ⅰ类标准进行评价。

遗传多样性分析参照刘丽娟等(2021)的方法，以2条特异性引物进行PCR扩增，引物序列为CS-F：TCGTAACATAGTAGGTGTACC；CS-R：CAACCCAT ACTGCTGTAAAC，PCR产物双向测序、剪切，获得刺参D-loop全序列，用MEGA 4.0和DnaSP 5.0进行分析。

1.3 评价方法 1.3.1 单因子污染指数法

单个污染物的污染指数(P_i)计算公式：

${P_i} = \frac{{{C_i}}}{{{S_i}}}$

式中，C_i为污染物实测浓度，S_i为污染物的标准浓度。

1.3.2 有机污染指数法(蒋国昌等, 1987)

有机污染指数(A)计算公式：

$A = \frac{{{\rm{CO}}{{\rm{D}}_i}}}{{{\rm{CO}}{{\rm{D}}_s}}} + \frac{{{\rm{DI}}{{\rm{N}}_i}}}{{{\rm{DI}}{{\rm{N}}_s}}} + \frac{{{\rm{DI}}{{\rm{P}}_i}}}{{{\rm{DI}}{{\rm{P}}_s}}} - \frac{{{\rm{D}}{{\rm{O}}_i}}}{{{\rm{D}}{{\rm{O}}_s}}}$

式中，A为有机污染指数，COD_i、DIN_i、DIP_i和DO_i为实测值，COD_s、DIN_s、DIP_s和DO_s为标准浓度。

1.3.3 Shannon-Weaver多样性指数法(Shannon, 1963)

生物多样性指数(H')计算公式：

$H' = - \mathop \sum \limits_{i = 1}^s {P_i} \times {\rm{lo}}{{\rm{g}}_2}{P_i}$

式中，H'为生物多样性指数，S为样品中的种类数量，P_i为第i种的个体数与总个体数的比值。

1.3.4 单倍型多样度、核苷酸多样度指数法

刺参D-loop序列用MEGA 4.0和DnaSP 5.0软件进行分析，分别计算刺参群体的个体间遗传距离、平均遗传距离、单倍型多样度、核苷酸多样度、群体内序列间核苷酸差异的平均数和中性检验Tajima's D值等遗传多样性指标。

2 结果与分析 2.1 水环境质量 2.1.1 单因子指数评价

2015―2018年的海水监测结果显示，保护区所有站位的pH变化范围为8.06~8.26，DO为6.37~10.98 mg/L，均达Ⅰ类水质标准；盐度变化范围为30.330~32.412；COD、DIP、DIN、石油类(图 2)和重金属(Cu、Zn、Hg、Cd、Pb及As) (图 3)的污染指数P_i < 1，均不存在污染(P_i < 1，不存在污染；P_i≥1，存在污染)。其中，DIP污染指数P_i变化范围为0.009~0.016，显示该海区DIP远低于Ⅰ类海水水质标准。

保护区海水的潜在性富营养化评价结果显示(表 1)，DIN变化范围为0.020~0.199 mg/L，均低于0.2 mg/L，DIP范围为未检出~0.0096 mg/L，均远低于0.03 mg/L，评价等级为Ⅰ级贫营养。氮磷比(N/P)范围为42.8~ 603.0，显著高于Redfield比值(Redfield, 1958)，显示该海区N/P失衡，P含量偏低。

按有机污染指数法评价标准(蒋国昌等, 1987)，2015―2018年海水有机污染的评价结果显示(图 4)，2015年8月水质较好(0 < A≤1)，其他监测时间水质均良好(A≤0)，保护区水环境质量总体良好。

2.2 沉积物环境质量

2015―2018年，保护区沉积物硫化物、有机碳、石油类、重金属(Cu、Zn、Hg、Cd和Pb)及As含量见表 2，所有参数的污染指数P_i < 1，满足保护区要求的海洋沉积物质量标准，保护区沉积物环境良好。

2.3 海洋生物群落特征

2015―2018年，保护区所有监测站位叶绿素平均含量为0.04~0.91 μg/L；2015年5月平均值最高，为0.80 μg/L，2018年5月最低，为0.12 μg/L；叶绿素含量较低，变化不大。

浮游植物和浮游动物每航次采样。但由于该海区水深在30 m以上，仅2017年8月、2018年8月成功采得底栖生物样品。海洋生物多样性指数见表 3和图 5。保护区每航次检出浮游植物9~24种不等，种类以硅藻(Diatom)为主，其中，角毛藻(Chaetoceros sp.)、圆筛藻(Coscinodiscus sp.)最为常见，每航次的浮游植物密度从2018年5月的2.9×10⁴ cell/m³升至2015年8月的3.2×10⁵ cell/m³，与2013年的研究结果基本一致(宁璇璇等, 2014)。每年5月检出浮游植物的种类、数量、生物多样性指数均低于该年度8月。2016年5月的H′=1.07，2018年5月H′=1.77，浮游植物生物多样性一般，其他航次均H′≥2，显示该保护区浮游植物多样性较高，生态结构稳定。

每航次采集到的大型浮游动物种类有9~14种，最常见的优势种为强壮滨箭虫(Aidanosagitta crassa)和中华哲水蚤(Calanus sinicus)。最低密度8 ind./m³出现在2018年8月，最高密度2317 ind./m³出现于2018年5月。与浮游植物相反，每年5月大型浮游动物的数量、生物多样性指数均高于该年度8月。2016年5月、2018年5月生物多样性偏低(H′=0.82、H′=0.22)，经分析认为，原因是该海区中华哲水蚤(优势度为86.6%)和夜光虫(Noctiluca scintillans)(优势度为97.0%)大量繁殖所致；2015年8月生物多样性一般；其他航次生物多样性较高(H′≥2)。

每航次采集到小型浮游动物种类7~29种，最常见优势种为强壮滨箭虫和近缘大眼剑水蚤(Corycaeus affinis)。最低密度17 ind./m³出现于2018年8月，最高密度14571 ind./m³出现于2016年5月；2015年8月多样性指数H′=0.93，显示小型浮游动物多样性偏低，小拟哲水蚤(Paracalanus parvus)优势度达84.8%；2015年5月和2018年8月，H′分别为1.33、1.43；其他航次均H′≥2。显示该保护区浮游动物多样性通常较高，生态结构稳定。

2017、2018年分别检出底栖生物7种、10种，密度为110~120 ind./m²，均比较稳定。优势种为口虾蛄幼体(Oratosquilla oratoria lavar)，常见种包括东方缝栖蛤(Hiatella orientalis Yokoyama)、小头虫(Capitella capitata Fabriceus)、不倒翁虫(Sternaspis scutata Renier)、樱蛤科(Tellinidae)、沙蚕科(Nereidae)。生物多样性指数H′≥2，显示该保护区底栖生物多样性通常较高，生态结构稳定。

千里岩海域国家级水产种质资源保护区的海洋生物种类丰富，多样性指数以较高水平为主，偶尔出现单种浮游动物大量增殖、多样性指数偏低现象。

2.4 刺参遗传多样性

2018年，在保护区采集野生刺参样本21个，对每个刺参DNA进行PCR扩增，测序获得的mtDNA序列经MEGA 4.0比对、剪切后，获得453~459 bp的刺参mtDNA D-loop全序列。采用MEGA 4.0、DnaSP 5.0分析各遗传多样性数据，结果见表 4。分析可见，采集的刺参单倍型多样度处于较高水平。核苷酸多样度分别为0.033，与中国、韩国和俄罗斯沿海8个刺参群体的D-loop序列分析结果比较，仅次于韩国浦项的黄参(0.0441)和青岛太平角的刺参(0.0345)，高于烟台长岛的刺参(0.0109)，且远高于8个刺参的总体(0.0159)(王锦锦等, 2020)，略低于大连、朝鲜罗津、俄罗斯海参崴刺参(姬南京等, 2014)和小石岛刺参国家级水产种质资源保护区刺参(陶翠花, 2009; 刘丽娟等, 2021)，显示千里岩保护区刺参遗传多样性较高，种质资源较丰富。中性检验结果Tajima′s D=–1.15，表明群体偏离了中性模式，可能受到群体扩张和自然选择的作用，但统计学上差异不显著(P > 0.10)。

2.5 保护生物资源概况

千里岩海域国家级水产种质资源保护区主要保护对象为刺参、皱纹盘鲍，是我国少数几个未被开发的刺参、皱纹盘鲍原种产地之一。保护区刺参资源较为丰富，主要分布在千里岩岛海岸线100 m以内，在岛屿东南侧及岛屿中部山腰处较为集中。据调查，该海区刺参生物量从2010年的6.33 g/m²降至2015年的4.37 g/m²，资源量下降31%；通过走访调查发现，2017、2018年千里岩海域刺参捕捞产量有所回升，显示刺参资源量略有恢复；但保护区皱纹盘鲍极少，基本形不成产量，且在调查过程中未采集到样品。

3 讨论

2015―2018年，千里岩海域国家级水产种质资源保护区海水水质一直优良，较2012、2013年该海域水质(曲琳, 2014)有所提高，优于海州湾大竹蛏种质资源保护区(夏斌等, 2014; 尚聪聪等, 2021)、前三岛海域国家级水产种质资源保护区(王珍珍等, 2019)和小石岛刺参国家级水产种质资源保护区(刘丽娟等, 2021)，显著优于靖海湾松江鲈鱼种质资源保护区(崔毅等, 2013; 滕瑶等, 2018)。主要由于该保护区位于南黄海，所在海域开阔，海水交换和自净能力强，且千里岩岛为无居民海岛，周边现无开发活动，距陆地最近点海阳市凤城码头24.8 n mile，受人类活动影响小。叶绿素a是研究海洋浮游植物生物量与初级生产力的重要指标(Henson et al, 2010)。千里岩保护区叶绿素a含量远低于2015年夏季渤海湾(王毅波等, 2019)和2010―2011年胶州湾(王玉珏等, 2015)，可见该海域初级生产力水平较低，分析认为与该海域营养盐含量低、氮磷比失衡有关。

保护区海洋生态环境总体良好，生物多样性丰富，浮游生物调查常见虾类幼体、腹足类幼体、双壳类幼体和鱼卵、仔稚鱼，可见保护区内有多种经济生物自然繁殖。但主要保护对象刺参资源量下降，遗传多样性稍低于小石岛刺参国家级水产种质资源保护区(刘丽娟等, 2021)；皱纹盘鲍资源极少，综合保护效果与小石岛保护区相比尚有很大差距。分析认为，一是受自然影响：冬季持续低温、夏季连续高温和持续降雨、绿潮等可能影响保护对象的生长和繁殖；二是人为造成：千里岩保护区的特别保护期为3月1日―9月30日，由于保护区没有明确的范围和位置标识，且缺乏专人管理，保护区内常有渔民从事捕捞生产，必然影响保护对象的资源量；三是与保护对象的生活习性有关：刺参、皱纹盘鲍作为底栖生物，活动范围有限，很难从临近海域获得资源补充，并且由于生长、发育缓慢，分别在2龄和3龄达到性成熟，在持续捕捞压力下，资源量难以通过自然繁殖恢复。

近年来，通过千里岩保护区海域附近航道的货船数量不断增加，且千里岩岛作为海阳市最大的岛屿，具有得天独厚的自然优势，开发利用的呼声很高，可能对保护区带来更多影响(曲琳, 2014)。因此，应采取积极措施，保护、恢复海洋生物资源，维护保护区环境和种质资源保护与当地经济发展之间的平衡。针对千里岩海域国家级水产种质资源保护区资源与环境保护现状，认为应从以下方面开展工作：一是广泛进行水产种质资源保护的重要性宣传，提高附近进行生产作业的渔民水产种质资源保护意识；二是加大管理力度，坚决杜绝违规在保护区进行捕捞作业行为；三是在保护区外围海域设置浮标等标志，明确保护区的范围；四是开展资源恢复工作，以保护区捕捞的刺参、皱纹盘鲍为亲体进行人工繁育，将子一代大规格苗种投放于保护区；五是根据实际情况，调整延长特别保护期。