隋吉星, 李新正, 王洪法, 張寶琳

(1. 中國(guó)科學(xué)院 海洋研究所, 山東 青島 266071; 2.中國(guó)科學(xué)院 研究生院, 北京 100039)

石島海域位于山東半島最東端, 屬于南黃海海區(qū)。這里有中國(guó)北方最大的漁港石島港, 石島灣核電站也在建設(shè)中。大型底棲生物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 它們通過(guò)攝食、掘穴等活動(dòng)與周?chē)h(huán)境互相影響, 共同維持著海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能[1-3]。因此, 大型底棲生物的群落特征與海域環(huán)境息息相關(guān)[4-5]。早在20世紀(jì)50年代, 我國(guó)就對(duì)山東省沿岸海域資源環(huán)境做過(guò)詳細(xì)調(diào)查, 如中國(guó)科學(xué)院海洋研究所與蘇聯(lián)科學(xué)院動(dòng)物研究所合作對(duì)膠州灣大型底棲生物做了比較詳細(xì)的調(diào)查研究[6]。1980年以后關(guān)于膠州灣、渤海灣、遼東灣等海域的大型底棲生物的生態(tài)學(xué)研究更是持續(xù)不斷[7-11], 但石島海域的調(diào)查卻較少。本文報(bào)道了近期在石島海域進(jìn)行的大型底棲生物調(diào)查的種類組成、數(shù)量分布與群落特征等成果, 以期為進(jìn)一步對(duì)該海域進(jìn)行群落和多樣性分析、次級(jí)生產(chǎn)力估算等研究提供參考, 并為相關(guān)部門(mén)的管理決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 站位布設(shè)和樣品處理

于2008年8月、11月、2009年2月和5月分4個(gè)航次(以下簡(jiǎn)稱夏季、秋季、冬季和春季航次), 對(duì)石島海域的大型底棲生物進(jìn)行了取樣分析, 共設(shè)6個(gè)站位, 為比較石島灣和桑溝灣大型底棲生物的不同, 特將調(diào)查站位分為兩個(gè)小組, 其中SM1、SM2、SM3、SM4位于石島灣, SN1和SN2位于桑溝灣(圖1)。樣品的采集、保存、計(jì)數(shù)和稱量(生物量為濕質(zhì)量)均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[12]進(jìn)行, 大型底棲生物的采樣工具為面積0.1m2的抓斗式采泥器, 每站成功取樣2次合并為1個(gè)樣品。使用0.5 mm孔徑的網(wǎng)篩分選底棲生物樣品, 所得樣品用75%酒精現(xiàn)場(chǎng)固定。

圖1 調(diào)查海區(qū)站位圖 Fig. 1 Map of sampling stations in Shidao sea area

1.2 數(shù)據(jù)處理

大型底棲生物群落結(jié)構(gòu)分析采用PRIMER5.0軟件包中的相關(guān)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)資料的分析處理; 除計(jì)算大型底棲生物種數(shù)、棲息密度與生物量外, 還估算了底棲生物優(yōu)勢(shì)度指數(shù)．公式如下:

式中,Y為底棲生物優(yōu)勢(shì)度指數(shù);ni為第i種的總個(gè)體數(shù);N為在所有站位采集的底棲生物總個(gè)體數(shù);fi為該物種在各調(diào)查站位中的出現(xiàn)頻率。通常情況下, 當(dāng)Y＞0.02 時(shí), 該種為優(yōu)勢(shì)種[13]。

2 結(jié)果

2.1 大型底棲生物種類組成

在4個(gè)航次的調(diào)查中, 共采集鑒定大型底棲生物164種, 其中多毛類90種, 占總數(shù)的54.88%; 甲殼動(dòng)物35種, 占總數(shù)的21.34%; 軟體動(dòng)物17種, 占總數(shù)的10.37%; 棘皮動(dòng)物8種, 占總數(shù)的4.88%; 其他類群14種包括腔腸動(dòng)物門(mén)、紐形動(dòng)物門(mén)、腕足動(dòng)物門(mén)等, 占總數(shù)的8.54%。

其中, 優(yōu)勢(shì)度較高的有多毛類的擬特須蟲(chóng)(Paralacydonia paradoxa)、叉毛卷須蟲(chóng)(Cirrophorus furcatus)、索沙蠶(Lumbrinerissp.)、長(zhǎng)吻沙蠶(Glycera chirori)、背蚓蟲(chóng)(Notomastus latericeus); 甲殼動(dòng)物有鐮形葉鉤蝦(Jassa falcata)、美原雙眼鉤蝦(Ampelisca miharaensis); 棘皮動(dòng)物有日本倍棘蛇尾(Amphioplus japonicus)等, 4個(gè)季節(jié)調(diào)查中優(yōu)勢(shì)種見(jiàn)表1。

2.2 大型底棲生物的密度與生物量

表2和表3為各站位不同季節(jié)大型底棲生物密度與生物量。6個(gè)站位的總平均密度為280 個(gè)/m2, 總平均生物量為11.00 g/m2。密度的最高值出現(xiàn)在夏季航次中的SN1站, 為1 605 個(gè)/m2, 該站采集到的鐮形葉鉤蝦(Jassa falcata)密度達(dá)到了1040 個(gè)/m2; 生物量的最高值出現(xiàn)在秋季航次中的SM2站, 為81.12 g/m2。該站采集到的心形海膽(Echinocardium cordatum)生物量達(dá)到了65.72 g/m2。

從季節(jié)看, 平均密度以夏季最高, 春季和秋季相差不大, 冬季最低; 平均生物量則秋季最高, 夏季次之, 冬季和春季較低。從站位看, SM1站密度與生物量明顯偏低, 這與該站位粗砂的底質(zhì)類型有關(guān), 這種底質(zhì)底棲生物食物匱乏, 難以生存。位于石島灣的SM1～SM4四個(gè)站位平均密度(167個(gè)/m2)遠(yuǎn)低于位于桑溝灣的SN1、SN2站的平均密度(504個(gè)/m2), 而平均生物量(14.08 g/m2)卻遠(yuǎn)高于桑溝灣的平均生物量(4.86 g/m2)。這表明, 石島灣的大型底棲生物以大個(gè)體保守種占優(yōu)勢(shì), 而桑溝灣大型底棲生物則以小個(gè)體的機(jī)會(huì)種占優(yōu)勢(shì), 由Connell的中度擾動(dòng)假說(shuō)和Huston的種類多樣性假說(shuō)可以推測(cè), 桑溝灣大型底棲生物群落的受干擾程度大于石島灣底棲生物群落[14-15]。

表1 石島大型底棲生物各季節(jié)優(yōu)勢(shì)種及其優(yōu)勢(shì)度 Tab. 1 The seasonal dominant species and their Y-values of macrobenthos from Shidao area

表2 石島海域大型底棲生物密度 Tab. 2 The density of macrobenthos in Shidao area 個(gè)/m2

表3 石島海域大型底棲生物生物量 Tab. 3 The biomass of macrobenthos in Shidao area g/m2

2.3 站位分組

群落結(jié)構(gòu)分析旨在闡明特定生物群落的物種組成特征, 探討群落中不同物種間的生態(tài)地位及其相互作用。本文選取春季航次密度數(shù)據(jù)的相似性矩陣進(jìn)行聚類分析 (圖2)。結(jié)果表明, 調(diào)查海域大型底棲生物調(diào)查站可以明顯地分為兩組: SM1站為站組Ⅰ, 其他5個(gè)站位為站組Ⅱ。利用SIMPER程序進(jìn)一步分析各站組的特征種, 結(jié)果表明: 站組Ⅰ以多毛類動(dòng)物的長(zhǎng)錐蟲(chóng)(Haploscoloplos elongatus)和軟體動(dòng)物的雙紋須蚶(Barbatia bistrigata)為特征種; 站組Ⅱ5個(gè)站的物種平均相似性為27.06%, 以多毛類動(dòng)物擬特須蟲(chóng)(Paralacydoniaparadoxa)、不倒翁蟲(chóng)(Sternaspis scutata)、軟體動(dòng)物的殼蛞蝓(Philinesp.)和甲殼動(dòng)物的美原雙眼鉤蝦(Ampeliscamiharaensis)為特征種, 它們對(duì)站組特征累積貢獻(xiàn)率為40.46%。

圖2 石島海域大型底棲生物聚類分析 Fig. 2 Hierarchical cluster of the macrobenthos in Shidao area

3 討論

3.1 種類組成

從種類組成結(jié)果可以看出, 調(diào)查海域大型底棲生物優(yōu)勢(shì)度非常明顯。優(yōu)勢(shì)種多為多毛類, 優(yōu)勢(shì)度最高的多毛類索沙蠶(Lumbrinerissp.)優(yōu)勢(shì)度最高, 達(dá)到0.165。該種在污染較嚴(yán)重的海域密度常常較大。一般來(lái)說(shuō), 生物群落的物種優(yōu)勢(shì)度越高, 說(shuō)明群落內(nèi)各物種的生態(tài)地位越不平衡, 生物群落也就更加脆弱; 反之, 物種優(yōu)勢(shì)度越低, 則群落內(nèi)各物種的生態(tài)地位更加趨于平衡, 生物群落就越穩(wěn)定[11]。從本調(diào)查可以看出, 優(yōu)勢(shì)種優(yōu)勢(shì)度明顯, 反應(yīng)了該海域大型底棲生物群落的不穩(wěn)定性較強(qiáng)。

3.2 與其他海域大型底棲生物群落對(duì)比

本文研究海域位于山東半島東端, 屬于黃海海域。為了更完整地認(rèn)識(shí)調(diào)查海域大型底棲生物群落的生態(tài)狀況, 將本次調(diào)查大型底棲生物結(jié)果與以往山東沿岸和黃海海域大型底棲生物研究成果進(jìn)行了比較[16-18](表4)。由表4可以看出, 本次調(diào)查海域大型底棲生物生物量較山東南岸、南黃海和北黃海海域明顯偏低。這可能是由于以下兩個(gè)原因造成的: (1)本次調(diào)查海域更加靠近陸地, 陸源污染對(duì)該海域影響顯著[19], 如工業(yè)廢水經(jīng)車(chē)腳河、張家河等河流入海, 加深了對(duì)海域環(huán)境的污染; (2)石島港是北方最大的漁港, 來(lái)來(lái)往往的漁船對(duì)該海域大型底棲生物群落有較強(qiáng)的干擾。

3.3 群落結(jié)構(gòu)

從調(diào)查海域大型底棲生物聚類分析結(jié)果來(lái)看, 離岸最近的SM1站被單獨(dú)劃分為一個(gè)組, 而相對(duì)離岸較遠(yuǎn)的5個(gè)站位劃分為一個(gè)組, 這表明陸源因素可能是該海域影響大型底棲生物分布的重要因素。另外, 從底質(zhì)類型來(lái)看, SM1站為粗砂, 底棲生物種類較少, 棲息密度和生物量均較低, 而其他5個(gè)站位底質(zhì)類型相似, 為軟泥細(xì)沙, 大型底棲生物種類豐富, 棲息密度和生物量也較高。這與目前普遍認(rèn)為的泥沙等混合型沉積環(huán)境的底棲生物多樣性高于泥或砂等勻質(zhì)的沉積環(huán)境相符合[20]。

表4 石島及鄰近海域大型底棲動(dòng)物生物量比較 Tab. 4 The comparison of biomass of macrobenthos in different waters

致謝: 本項(xiàng)目組李寶泉、王金寶、韓慶喜、蔡文倩等分別鑒定了標(biāo)本, 李寶泉、王金寶、韓慶喜、董棟、董超、馬林、王曉晨、蔡文倩、孫德海等參與野外采樣調(diào)查、樣品初步分析等工作, 中國(guó)科學(xué)院海洋生物標(biāo)本館人員為本研究的樣品分析給予大力協(xié)助, 在此一并致謝。

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