《Biology》：Interannual Dynamics of Macrobenthic Communities near a Coastal Nuclear Power Plant: Environmental Drivers and Risks of Cooling Source Blockage
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中国沿海核电站的冷却水系统频繁受到海洋生物引起的堵塞威胁。然而，关于大型底栖动物群落动态及其与环境因素关联的长期研究较为匮乏，限制了对此类堵塞风险的精准预防。研究人员于2018年至2024年间，在福建东北部核电站（NPP）邻近的三个功能区（取水口、港池和排水口
中国沿海核电站的冷却水系统频繁受到海洋生物引起的堵塞威胁。然而，关于大型底栖动物群落动态及其与环境因素关联的长期研究较为匮乏，限制了对此类堵塞风险的精准预防。研究人员于2018年至2024年间，在福建东北部核电站（NPP）邻近的三个功能区（取水口、港池和排水口）的24个采样站对大型底栖动物进行了定量监测，并同步测量了水环境因子。利用Shannon–Wiener指数和Margalef指数分析了群落结构特征。采用Grappler Method风险指数（GMRI）筛选可能堵塞冷却水系统的物种，并应用Mantel检验和随机森林模型探索大型底栖动物群落与环境因子之间的关联。共鉴定出161种大型底栖动物。多毛类（71种，占44.1%）为绝对优势类群，其次为甲壳类（35种）和软体动物（30种）。多毛类比例的年际波动范围为41.1%–57.8%，并于2023年达到峰值。不同区域间群落结构存在显著差异（PERMANOVA，p < 0.05），其中2024年区域间差异最大（R2 = 0.36）。排水口的年平均物种数（9种）、密度（155.25 ind./m2）和生物量（29.58 g/m2）均高于取水口和港池。GMRI鉴定出棘刺锚参（Protankyra bidentata，2019年至2023年GMRI值为50.67%–64.98%）和海葵（Actiniaria sp.，2021年GMRI值为54.63%）为冷却水系统堵塞的中风险物种，而其他大部分生物被归类为低风险或极低风险。Mantel检验和随机森林分析证实，氮营养盐（NO??）和磷（PO?3?）与多毛类群落显著正相关。此外，NO??和NH??各解释了多样性指数（H′）变异的13.66%，是驱动群落结构的关键因子。本研究揭示了热力和营养驱动因子在多时间尺度上共同主导塑造大型底栖动物群落，并识别出特定形态适宜的分类单元为潜在堵塞风险物种。研究结果为针对性的风险物种监测提供了科学依据，并支持将长期生态数据整合到核电站冷却水系统安全管理中。
**论文解读文章**
**研究背景**
沿海核电站（NPP）的冷却水系统常因海洋生物异常聚集（如爆发、生物污损）而面临堵塞威胁，全球范围内已发生多起由此引发的安全事故，导致巨大经济损失。据统计，全球近200起核电站取水口堵塞事件中，84%由海洋生物触发。然而，现有研究多基于短期（一年或更短）调查数据，难以反映大型底栖动物群落结构的长期动态；同时，关于大型底栖动物群落与环境因子相关性的研究尚不充分。因此，亟需开展长期、系统的监测，以揭示群落年际变化及其驱动机制，为冷却水系统堵塞风险预警和生态安全管理提供科学依据。本研究基于福建东北部核电站邻近水域近6年（2018–2024年）的底栖生物调查数据，分析大型底栖动物的物种组成、密度、生物量、多样性指数及优势种的年际变化，筛选评估可能堵塞冷却水系统的物种，并探讨群落结构与环境因子的关联。研究成果发表于《Biology》。
**主要关键技术方法**
研究人员于2018年至2024年（2022年因台风未采样）在福建东北部核电站邻近水域（27.03°N–27.06°N, 120.27°E–120.30°E）设置24个采样站，分为取水口（QS01–QS10）、港池（GC01–GC10）和排水口（PS01–PS04）三个功能区。每年7月或10月使用0.1 m2抓斗式采泥器采集大型底栖动物，每站两重复合并为一个定量样品，经0.5 mm孔径筛网冲洗后称重鉴定。同步依据国家标准测定水温（WT）、盐度（SAL）、pH、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、活性磷酸盐（PO?3?）、亚硝酸盐（NO??）、硝酸盐（NO??）、氨氮（NH??）和悬浮物（SS）等水环境因子。采用Shannon–Wiener指数（H′）、Margalef丰富度指数（d）和Pielou均匀度指数（J′）分析群落结构；利用Grappler Method风险指数（GMRI）评估堵塞风险；通过主坐标分析（PCoA）和置换多元方差分析（PERMANOVA）检验群落差异；运用Mantel检验和随机森林模型分析群落与环境因子的相关性。
**研究结果**
**3.1 大型底栖动物物种组成**
研究期间共鉴定出161种大型底栖动物，多毛类为绝对优势类群（71种，占44.1%），其次为甲壳类（35种，21.7%）、软体动物（30种，18.6%）和棘皮动物（10种，6.2%）。多毛类比例年际波动范围为41.1%–57.8%，2023年达到峰值（57.8%）；甲壳类比例逐年下降（2018年25.0%降至2024年15.8%）；软体动物比例波动于7.8%–18.4%。PCoA和PERMANOVA结果显示，各年份不同功能区之间大型底栖动物群落结构存在显著差异（p < 0.05），其中2024年差异最大（PC1解释32.6%方差），2020年差异相对最小。
**3.2 大型底栖动物物种数、生物量、密度及多样性指数**
年际物种数范围为45–76种，年均63种，呈波动上升趋势，2024年达最高（较2018年增加约20%）。排水口（PS）的年均物种数（9种）、密度（155.25 ind./m2）和生物量（29.58 g/m2）均高于取水口（QS）和港池（GC）。密度在2018年和2023年存在显著区域差异（p < 0.05）；生物量仅在2020年差异极显著（p < 0.01）。多样性指数（H′）年均2.57，2024年最高（2.93）。综合三个指数，排水口的生物多样性在多数年份低于其他区域。
**3.3 优势种、GMRI及其与环境因子的相关性**
主要优势种包括类拟刺虫（Notomastus cf. aberans）、棘刺锚参（Protankyra bidentata）和丝异须虫（Heteromastus filiformis）。GMRI评估显示，棘刺锚参在2019–2023年GMRI值为50.67%–64.98%（中风险），其生物量比例在相应期间达11.75%–53.66%；海葵（Actiniaria sp.）仅在2021年7月GMRI达54.63%（中风险）；其余物种为低风险或极低风险。Mantel检验表明，水体PO?3?对多毛类群落影响极显著（p < 0.01），pH、COD和NO??影响显著（p < 0.05）；pH对棘皮动物群落影响极显著（p < 0.01）。随机森林分析显示，影响多样性指数（H′）的关键水环境因子为盐度（SAL，解释14.14%变异）、NH??（13.66%）、NO??（13.66%）、水温（WT，12.73%）和悬浮物（SS，7.90%）。
**总结讨论与结论**
讨论部分指出，多毛类的持续优势与其高生理耐受性（广盐、广温、皮肤呼吸）密切相关，热排放（排水口水温较取水口高2.0–3.0℃）加速有机物分解，为食碎屑多毛类提供丰富食物，支持其数量优势。甲壳类比例下降可能与沉积物缺氧有关。本研究记录的161种物种、年均密度97.33 ind./m2和生物量16.98 g/m2高于福建、广东其他沿海电厂区域，归因于6年监测周期覆盖群落年际周期、热排放增强耐热物种适应性以及采样站覆盖功能区的全面性。棘刺锚参和海葵的中风险源于其形态和行为特征：棘刺锚参体壁柔软可穿过5 mm滤网，具100%浮游能力且生物量比例高；海葵通过触手黏液形成生物膜阻塞水流。研究还发现，营养盐（NH??、NO??）是驱动群落结构的关键因子，其变化间接调节特定形态风险物种的生境适宜性。研究结论为：本研究通过多时间尺度证据，揭示热力和营养驱动因子共同主导塑造大型底栖动物群落，并识别出棘刺锚参和海葵为冷却水系统堵塞的中风险物种。研究建议将长期底栖群落数据整合至核电站风险预警系统，以支持冷却水系统安全的主动管理。
