張曉舉, 王海棠, 周建波, 溫若冰

(1. 國家海洋局 北海海洋工程勘察研究院, 山東 青島 266061; 2. 國家海洋局 北海環(huán)境監(jiān)測中心, 山東 青島 266033)

大型底棲動物具有區(qū)域性強(qiáng), 遷移能力弱等特點(diǎn), 對于環(huán)境污染及變化通常少有回避能力, 其群落的破壞和重建需要相對較長的時間, 利用大型底棲動物的種群結(jié)構(gòu)、優(yōu)勢種類、數(shù)量等參量可以確切反應(yīng)海洋環(huán)境的質(zhì)量狀況。海洋大型底棲動物的生態(tài)學(xué)研究, 對于了解底棲生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,開展海洋監(jiān)測, 實(shí)現(xiàn)海洋生物資源的保護(hù)和持續(xù)利用具有十分重要的科學(xué)意義[1-3]。近年來, 隨著港灣開發(fā)和海洋工程的發(fā)展, 疏浚物傾倒量逐年增加。傾倒活動必然會對海洋底棲生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。錦州港臨時海洋傾倒區(qū)(以下簡稱傾倒區(qū))自 2002年至2009年累計(jì)傾倒量約1 300萬m3, 2010年傾倒75萬m3, 2011年傾倒87.4萬m3, 2012年截至7月已傾倒53.6萬 m3, 傾倒物主要為疏浚廢物。目前關(guān)于傾倒活動對底棲動物影響的研究較少, 張敬懷等[4]、鄭琳等[5]、劉旭等[6]分別研究了珠江口、煙臺及青島海洋傾倒區(qū)傾倒活動引起的生物種群變化進(jìn)行了研究,而關(guān)于遼東灣傾倒活動對大型底棲動物的影響未見諸報(bào)道。

作者對傾倒區(qū)及鄰近海域大型底棲動物的群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步分析, 研究了傾倒活動對大型底棲動物群落的影響, 為合理利用海洋提供基礎(chǔ)資料和科學(xué)依據(jù), 有助于進(jìn)一步認(rèn)識人類活動與海洋生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查站位與樣品采集

采樣站位見圖1, 在研究范圍內(nèi)共設(shè) 12個站位進(jìn)行定量采集, 水深為16～20 m, 1～6號站為2002年至今進(jìn)行過傾倒的范圍, 是遼東灣傾倒活動比較頻繁的區(qū)域。根據(jù)傾倒海域水文條件及沉積物的分布,在傾倒范圍外選擇 7～12號站作為對照組, 分析傾倒海域內(nèi)外大型底棲動物群落的差異。海上采樣時間為 2012年 9月, 用 0.05 m2曙光(HNM-1-2型)采泥器, 每站采樣2次, 泥樣經(jīng)0.5 mm套篩現(xiàn)場沖洗,挑揀全部生物為一個樣品。樣品用 5%福爾馬林溶液現(xiàn)場固定, 于實(shí)驗(yàn)室鑒定后稱質(zhì)量(濕質(zhì)量)。室內(nèi)分析方法按《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T12763.9-2007)[7]進(jìn)行。

1.2 數(shù)據(jù)處理

采用Shannon-Wiener指數(shù)、Margalef豐度指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)分析底棲動物的群落結(jié)構(gòu)。

圖1 遼東灣西部海域大型底棲動物調(diào)查站位分布Fig.1 Sampling stations of macrobenthos in the western waters of Liaodong Bay

式中,ni為第i種的個體數(shù)量;Pi=ni/N,N為采集樣品種的所有種類總個體數(shù);S為采集樣品的種類總數(shù)。fi為第i種的出現(xiàn)頻率。

用豐度/生物量比較曲線, 即 ABC 曲線(Abundance and Biomass Curves)來監(jiān)測環(huán)境污染對大型底棲動物群落的擾動。用 Primer5.0 軟件構(gòu)建Bray-Curtis 相似性矩陣, 用 Bray-Curtis 相似性系數(shù)聚類對群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。在進(jìn)行群落分析時去除在總體中豐度小于1%的種, 但保留其中在任一站位相對豐度大于 3%的種, 以減少機(jī)會種的干擾[8]。

2 結(jié)果

2.1 大型底棲動物種類組成

調(diào)查共發(fā)現(xiàn)底棲動物 54種, 其中多毛類 35種,占總種數(shù)的64.8%; 甲殼類10種, 占總種數(shù)的18.5%;軟體動物6種, 占總種數(shù)的11.1%; 棘皮動物、紐形動物和脊椎動物各一種。調(diào)查海域底棲動物的優(yōu)勢種以多毛類為主(表 1), 其中日本長尾蟲(Aspeudes nipponicus)和深溝毛蟲(Sigambra bassi)等多毛類優(yōu)勢突出, 是調(diào)查海域最重要的種類組成部分; 甲殼類以背尾水虱(Anthuridea)和雙眼鉤蝦(Ampeliscasp.)占有優(yōu)勢, 軟體動物僅長偏頂蛤(Modiolus elongatus)一種占有優(yōu)勢。對照組共發(fā)現(xiàn)底棲動物53種, 僅多毛類膜質(zhì)偽才女蟲(Pseudopolydora kempi)未在對照組內(nèi)出現(xiàn),其余種類均在對照組內(nèi)有所分布。傾倒范圍內(nèi)的底棲動物種類數(shù)量明顯低于對照組, 共有 38種大型底棲動物, 其中多毛類26種, 甲殼類7種, 軟體動物2種,棘皮動物、紐形動物和脊椎動物各1種。對照組內(nèi)各站位均有數(shù)量眾多的軟體動物出現(xiàn), 而傾倒范圍內(nèi)幾乎未發(fā)現(xiàn)軟體動物, 僅距離傾倒位置較遠(yuǎn)的6號站發(fā)現(xiàn) 2種軟體動物, 且數(shù)量較低, 與對照組形成鮮明的對比, 這是由于疏浚物覆蓋了原有底質(zhì), 破壞了定居性貝類的棲息環(huán)境, 造成大量軟體動物的死亡[9], 傾倒活動對定居性的軟體動物掩埋效應(yīng)尤其明顯。

表1 調(diào)查海域大型底棲動物優(yōu)勢種Tab.1 Dominant species of macrobenthos in the investigated waters

2.2 大型底棲動物豐度與生物量

調(diào)查海域內(nèi)大型底棲動物的平均豐度為1 140.8 個/m2,取值為220.0～2 290.0 個/m2。平均生物量為11.02 g/m2, 其范圍為3.15～38.15 g/m2。生物量及豐度的最高值均出現(xiàn)在距岸較近的11號站, 該站發(fā)現(xiàn)數(shù)量眾多的日本長尾蟲(Aspeudes nipponicus)和背尾水虱(Anthuridea), 對生物量和豐度作出了較大貢獻(xiàn)。調(diào)查海域多毛類的平均豐度為 738.3 個/m2, 生物量為 6.58 g/m2; 甲殼動物的平均豐度為 201.7 個/m2,生物量為 2.65 g/m2, 這兩大動物類群是調(diào)查海域大型底棲動物群落的重要組成部分。傾倒范圍內(nèi)的底棲動物豐度及生物量明顯低于對照組(圖2)。傾倒范圍內(nèi)的軟體動物生物量為 0.22 g/m2, 豐度為 12 個/m2,遠(yuǎn)低于對照組1.34 g/m2和107個/m2的結(jié)果; 棘皮動物生物量平均值為0.07 g/m2, 而對照組為0.79 g/m2,相差近10倍, 這與棘皮動物對環(huán)境擾動比較敏感有關(guān)[10]。軟體動物和棘皮動物的減少是造成底棲動物豐度、生物量下降的主要原因。

圖2 大型底棲動物豐度及生物量的空間分布Fig.2 Spatial distribution of the abundances and biomasses of macrobenthos

2.3 大型底棲動物群落多樣性

底棲動物群落多樣性指數(shù)見表2。結(jié)果表明, 傾倒范圍內(nèi)生物多樣性指數(shù)、均勻度高于對照組, 豐富度指數(shù)則低于對照組。這種現(xiàn)象的原因主要有兩個:一是距離傾倒范圍較遠(yuǎn)的 6號站多樣性水平很高,達(dá)到 4.04的清潔水平, 該站物種的數(shù)量分布比較均勻, 豐富度指數(shù)及生物量均接近于對照組, 提高了傾倒范圍內(nèi)多樣性指數(shù)的平均水平; 而對照組的 7號站日本長尾蟲優(yōu)勢度達(dá)到 0.66, 擠占了其他生物的生存空間, 導(dǎo)致該站多樣性指數(shù)偏低, 拉低了對照組的多樣性指數(shù)水平。去除6、7號站的干擾因素后傾倒范圍內(nèi)多樣性水平低于對照組。二是在傾倒范圍內(nèi)幾乎未采集到大個體的底棲動物, 大個體生物沒有明顯優(yōu)勢, 而小個體的底棲動物如深溝毛蟲、西方似蟄蟲、小頭蟲等數(shù)量分布均勻, 導(dǎo)致了傾倒范圍內(nèi)多樣性水平與均勻度高于對照組。

表2 調(diào)查海域大型底棲動物多樣性指數(shù)Tab.2 Diversity index of macrobenthos in the investigated waters

2.4 表層沉積物重金屬含量與底棲動物的相關(guān)性分析

韓潔等[11]對渤海大部分海區(qū)的大型底棲動物物種多樣性進(jìn)行了分析, 發(fā)現(xiàn)沉積物重金屬含量會對大型底棲動物的多樣性造成影響, 其中對生物種數(shù)的影響尤為突出。調(diào)查海域表層沉積物以粉砂質(zhì)黏土為主, 重金屬含量較低(表 3), 接近遼東灣環(huán)境背景值[12-13]。沉積物重金屬含量與底棲動物種類數(shù)量、豐度、生物量及多樣性水平之間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系(表4), 這是由于傾倒物以港區(qū)和航道疏浚物為主,疏浚物成分[14]與調(diào)查海域沉積物成分接近, 化學(xué)污染對調(diào)查海域沉積物環(huán)境造成的影響較小。

表3 調(diào)查海域表層沉積物重金屬含量Tab.3 Contents of heavy metals in surface sedimems in the investigated waters

2.5 大型底棲動物豐度、生物量比較曲線及群落分析

大型底棲動物豐度、生物量比較曲線較接近(圖3)且出現(xiàn)交叉, 生物量曲線整體位于豐度曲線之上,說明調(diào)查海域大型底棲動物群落受到中度干擾, 大型底棲動物群落由一種或幾種個體較小的種類占優(yōu)勢。聚類分析結(jié)果表明在 30%的相似度上, 大型底棲動物群落可分為兩個群落(圖4): 群落Ⅰ包括6～12號站, 群落內(nèi)的站位由對照組和距離傾倒位置較遠(yuǎn)的 6號站組成, 相似程度較高, 受傾倒活動干擾較小。群落內(nèi)生物多樣性水平較高, 物種相對豐富,SIMPER 分析表明擬特須蟲、長偏頂蛤、背尾水虱和雙眼鉤蝦為群落特征種, 多毛類、軟體和甲殼動物在群落中占有較大的比例, 棘皮動物也有廣泛的分布; 群落Ⅱ包括1～5號站。該群落位于傾倒活動較為頻繁的區(qū)域, 受干擾較為明顯, 深溝毛蟲、西方似蟄蟲、索沙蠶和小頭蟲是該群落的特征種, 小個體的多毛類是該群落的主要組成部分。與對照組比較, 豐度、生物量及多樣性水平均有所下降。

表4 大型底棲動物與表層沉積物重金屬含量的相關(guān)關(guān)系Tab.4 Correlations between macrobenthos and the content of heavy metals in sediments

圖3 調(diào)查海域大型底棲動物 ABC 曲線Fig.3 ABC plots of macrobenthos in the investigated waters

圖4 調(diào)查海域大型底棲動物豐度的聚類分析Fig. 4 Cluster analysis of macrobenthos abundance in the investigated waters

3 討論

3.1 與歷史資料的比較

據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn), 渤海尤其是遼東灣內(nèi)進(jìn)行的大型底棲動物研究較為零散, 且站位設(shè)置疏密不一, 采樣范圍也不相同, 由此造成了數(shù)據(jù)間的可比性較差。為了解調(diào)查海域的底棲生態(tài)狀況, 本文選取了站位設(shè)置相對集中的研究結(jié)果(表 5), 初步探討大型底棲動物的分布趨勢。傾倒范圍內(nèi)大型底棲動物豐度與渤海范圍內(nèi)的其他海域相差甚遠(yuǎn), 而生物量差別較小, 造成這種差異的原因有: (1)采樣方法和站位布設(shè)的不同。采樣方法的不同主要表現(xiàn)在采泥器類型和所用網(wǎng)篩孔徑上。遼東灣北部調(diào)查采用 1 mm 孔徑的網(wǎng)篩, 較本次調(diào)查所用網(wǎng)篩的孔徑大, 且采用靜力式采泥器, 是導(dǎo)致平均豐度差異的原因之一。另外地理位置和站位布設(shè)的位置不同也是造成差異的重要原因。(2)環(huán)境因素的差異。幾次調(diào)查季節(jié)不同, 水文和水質(zhì)條件的差異是導(dǎo)致底棲動物豐度有較大波動范圍的原因之一。(3)傾倒活動的干擾。由于傾倒的影響, 局部范圍內(nèi)幾乎沒有軟體動物的出現(xiàn), 棘皮動物、甲殼類的數(shù)量也有明顯下降,是豐度及多樣性指數(shù)較 2009年 10月低的主要原因。本次調(diào)查的結(jié)果與遼東灣西部的調(diào)查結(jié)果比較接近, 基本能夠反映遼東灣西部大型底棲動物的情況。

表5 渤海不同海區(qū)間大型底棲生物的比較Tab.5 The comparison of macrobenthos in different waters of Bohai Sea

3.2 大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

調(diào)查海域大型底棲動物群落以多毛類、甲殼類和軟體動物為主。傾倒范圍內(nèi)的大型底棲動物的種數(shù)、豐度、生物量均低于對照組, 群落的相似程度較低, 斑塊化分布明顯。多毛類在種類和數(shù)量組成上占有絕對優(yōu)勢, 小個體的深溝毛蟲、西方似蟄蟲等多毛類是該群落的特征種, 群落結(jié)構(gòu)相對簡單。對照組底棲動物特征種包括多毛類、甲殼類和軟體動物, 種類構(gòu)成相對復(fù)雜, 多樣性水平和相似程度較高, 與群落Ⅰ相比是較為穩(wěn)定的群落, 位于調(diào)查海域西北的 7、8號站與群落內(nèi)各站相似程度較低,這是由于疏浚物在漲潮流的搬運(yùn)作用下抵達(dá)至此,對這兩個站的底棲動物群落產(chǎn)生了影響。聚類結(jié)果反映了底棲動物的空間分布及擾動情況, 傾倒活動對調(diào)查海域尤其是傾倒范圍內(nèi)底棲動物群落的影響較為明顯。

3.3 傾倒活動對大型底棲動物的影響

豐度生物量比較曲線顯示, 研究海域大型底棲動物群落受到中度干擾。傾倒頻繁的區(qū)域內(nèi)大型底棲動物的豐度、生物量均有所下降, 軟體動物、棘皮動物數(shù)量的降幅尤為明顯。軟體動物和甲殼類在群落中所占優(yōu)勢下降, 定居性的軟體動物幾乎消失,群落的特征種全部為小個體的多毛類, 與對照組差異明顯, 底棲動物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變, 可能為演替形成的次生群落。傾倒活動對大型底棲動物的影響方式主要是掩埋為主的物理影響及溶出物的化學(xué)影響等[18]。調(diào)查海域傾倒物主要為港池航道的疏浚物, 其成分接近遼東灣沉積物的環(huán)境本底值, 重金屬含量與底棲動物的數(shù)量及多樣性水平之間沒有明顯的相關(guān)性, 化學(xué)污染并非傾倒對調(diào)查海域底棲動物群落的主要影響方式。掩埋是傾倒活動對底棲生物群落的主要干擾方式。

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