周 然，覃雪波，彭士濤，石洪華，鄧仕槐

(1.四川農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，成都 611130;2.交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津 300456;3.天津自然博物館，天津 300074;4.國家海洋局第一海洋研究所，青島 266061)

渤海灣是一個典型的半封閉海灣，由于與外海的水交換非常緩慢，灣內(nèi)的各種污染物容易累積，導致水質(zhì)下降［1］。特別是近年來隨著環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟的高速發(fā)展，大量生產(chǎn)生活污水被排放到渤海灣，水質(zhì)進一步惡化。作為海洋生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要的生態(tài)類群，大型底棲動物在能流和物流中占有十分重要的地位，特別是其活動能力弱、棲息地相對穩(wěn)定、對海洋環(huán)境反應敏感的特點，長期以來一直作生態(tài)系統(tǒng)變化的環(huán)境指示種［2－4］。渤海灣底棲動物早有研究，但主要涉及物種、豐度、生物量、物種多樣性、群落結(jié)構(gòu)等［5－6］。環(huán)境因子影響大型底棲動物的分布，然而大型底棲動物和環(huán)境因子之間的關系研究在渤海灣卻鮮有涉及。

2008年5月，對渤海灣大型底棲動物和環(huán)境因子進行調(diào)查，運用多元分析探討大型底棲動物與環(huán)境因子之間的關系，明確影響大型底棲動物空間分布的關鍵環(huán)境因子，為評估人類活動對渤海灣生態(tài)環(huán)境的影響提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 站位布設

2008年5月，在渤海灣均勻設置30個站位(圖1)，其中S7位于南部水域，鄰近熱電廠;S13鄰近海河河口;S19位于北塘河口附近;S位25位于天津漢沽區(qū)附近。

1.3 樣品采集與分析

采樣使用取樣面積為0.10m2的抓斗式采泥器，每站取樣5次，合并為1個樣品，用0.50 mm孔徑的網(wǎng)篩分選樣品。樣品的處理、保存、計數(shù)等按《海洋調(diào)查規(guī)范》［7］操作。

水深和透明度根據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》［7］進行測定;水溫 (WT)、pH、鹽度 (Sal)和溶解氧 (DO)等環(huán)境參數(shù)由便攜式多參數(shù)－水質(zhì)分析低儀(MS5，HACH)現(xiàn)場測定。營養(yǎng)鹽，包括亞硝酸鹽(NO2－N)、硝酸鹽(NO3－N)、氨氮(NH4－N)、溶解性活性磷酸鹽(SRP)和硅酸鹽(SiO4)，參考APHA(1998)方法進行分析［8］，其中亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨氮合并為無機氮(DIN)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

優(yōu)勢種由公式y(tǒng)=fi×pi來確定，式中y為優(yōu)勢度，fi為i種在采樣點中出現(xiàn)頻率，pi為i種在總數(shù)量中的比例，y＞0.02 時，定為優(yōu)勢種［9］。

環(huán)境因子和大型底棲動物數(shù)量的站位間差異采用單因素方差分析法(One－way ANOVA)進行分析，在SPSS13.0上進行。

圖1 渤海灣調(diào)查站位Fig.1 The sampling stations in Bohai bay

大型底棲動物與環(huán)境因子的排序分析采用多元分析進行，在Canoco for windows 4.5軟件包上進行。進入排序的大型底棲動物要經(jīng)過篩選，只有至少在一個站位數(shù)量占該站位總數(shù)量5%以上的種類才考慮［10］。分析前，大型底棲動物數(shù)據(jù)量和環(huán)境因子(除pH外)均轉(zhuǎn)換成log(x+1)形式。首先對物種變量進行除趨勢對應分析(DCA)，以確定群落屬于單峰型分布或線型分布［11］。DCA結(jié)果表明，所有軸中梯度最長為4，大于3，因此運用典范對應分析(CCA)進行大型底棲動物與環(huán)境因子之間關系分析，同時采用向前引入法逐步篩選出顯著的環(huán)境變量，每一步都采用Monte Carlo置換檢驗。

2 結(jié)果

2.1 海區(qū)環(huán)境特征

各站位的水環(huán)境特征見圖2。從圖2中可見，水深、鹽度從近海到外海呈現(xiàn)增加的趨勢，相反，水溫呈現(xiàn)下降變化特征;pH和溶解氧的空間分布沒有規(guī)律性。營養(yǎng)鹽的空間分布主要受入海徑流的影響，濃度由近岸向外海逐漸降低，表明入海河流是海洋營養(yǎng)鹽的重要來源。

2.2 大型底棲動物種類與數(shù)量

調(diào)查期間，在渤海灣發(fā)現(xiàn)45種大型底棲動物，出現(xiàn)頻率最高的是小胡桃蛤(Nucula paulula)，達到77%，其次是渦蟲(Planocera sp.)、棘刺錨參(Protankyra bidentata)和絨毛細足蟹(Raphidopus ciliatus)，出現(xiàn)頻率也超過50%。共有35種大型底棲動物至少在一個站位數(shù)量占該站位總數(shù)量5%以上(表1)。

渤海灣大型底棲動物平均密度為406個/m2。數(shù)量空間分布明顯，呈現(xiàn)從近岸到外海降低的分布特征(圖3)，最高值出現(xiàn)位于南部海域的S7，高達6008個/m2，而位于天津港附近的S20，沒有采到大型底棲動物。

共發(fā)現(xiàn)3個優(yōu)勢種，分別是小月阿布蛤(Abrina lunella)、小胡桃蛤(Nucula paulula)和脆殼理蛤(Theora fragilis)，優(yōu)勢度分別為 0.02，0.03，0.22，其中小月阿布蛤和小胡桃蛤分布于多個站位，而脆殼理蛤主要分布于S7和S8(圖4)。

圖2 渤海灣各站位水體理化參數(shù)Fig.2 Water physicochemical variables in different sampling stations of Bohai bay

表1 渤海灣主要大型底棲動物Table 1 The main macroinvertebrate in Bohai Bay

圖3 渤海灣大型底棲動物數(shù)量空間分布Fig.3 Distribution of macroinvertebrate amount in Bohai bay

圖4 渤海灣大型底棲動物優(yōu)勢種分布Fig.4 Distribution of dominant species in Bohai bay

2.3 大型底棲動物與環(huán)境因子之間關系

用CCA分析大型底棲動物與環(huán)境因子之間的關系。前兩個排序軸的特征值分別為0.36和0.31，環(huán)境因子軸與物種排序軸之間的相關系數(shù)分別為0.90和0.91;兩個物種排序軸近似垂直，相關系數(shù)為－0.10，兩個環(huán)境排序軸的相關系數(shù)為0(表2)，說明排序軸與環(huán)境因子間線性結(jié)合的程度較好地反映了物種與環(huán)境之間的關系，排序結(jié)果可靠［12］。利用向前引入法對環(huán)境因子進行逐步篩選，Monte Carlo置換檢驗結(jié)果顯示，8個環(huán)境因子中，只有水深(F=1.71，P=0.01)、無機氮(F=1.84，P=0.01)和溶解氧(F=1.68，P=0.02)達到顯著水平，表明這3個環(huán)境因子對渤海灣大型底棲動物分布起到主導作用。

表2 前2個排序軸和環(huán)境因子間的相關系數(shù)Table 2 Correlation coefficients of environmental factors with the first two axes of CCA

圖5 渤海灣大型底棲動物與環(huán)境因子CCA排序圖(數(shù)字是大型底棲動物代碼，表1)Fig.5 Correlation plots of the redundancy analysis(RDA)on the relationship between the environmental variables and macroinvertebrate taxa in Bohai bay(the number is the code of the macroinvertebrate in Table 1)

渤海灣大型底棲動物與環(huán)境因子之間的關系可以很好在CCA排序圖中表現(xiàn)出來(圖5)。第一軸與水深呈顯著負相關，代表水深的梯度變化。從圖5的左到右，隨著水深減少，即向沿岸，底棲動物相應增加;第二排序軸與無機氮和溶解氧呈顯著負相關，代表無機氮和溶解氧的梯度變化。從圖5的上到下，隨著無機氮和溶解氧增加，底棲動物相應減少，表明底棲動物不喜歡棲息于無機氮含量較高的水域，盡管該水域溶解氧較高。

3 討論

3.1 渤海灣大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)變化

歷史上，渤海灣的大型底棲動物種類非常多，如1983年的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)122種［5］。進入21世紀以來，渤海灣大型底棲動物的發(fā)生較大的變化，主要表現(xiàn)3個方面的變化。一是種數(shù)變化，在2005年之前，種數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，而2005年之后，種數(shù)開始回升(表3)。下降的原因是由于多年來特別是改革開放以來，人類活動造成渤海灣水質(zhì)降低所致。作為我國一個重要的經(jīng)濟區(qū)，渤海灣所在的區(qū)域經(jīng)濟比較發(fā)達，與此同時，各種生產(chǎn)活動產(chǎn)生的廢水也較多，這些廢水通過河流排入渤海灣。據(jù)統(tǒng)計，每年大約有1億t的來自北京、天津和河北省等的廢水被排入渤海灣，使得渤海灣水質(zhì)急劇下降［14］。加之渤海灣是一個半封閉海灣，水交換能力弱，加劇水質(zhì)下降趨勢［1］。隨著渤海灣水質(zhì)下降，勢必造成許多底棲動物無法生存，表現(xiàn)為種類降低。2005年后渤海灣底棲動物種數(shù)有所回升，這得益于近年來國家出臺各種渤海生態(tài)保護政策，如2001年開始實施的《渤海碧海行動計劃》、2008年出臺的《渤海環(huán)境保護總體規(guī)劃》。在這些政策保障下，一方面，污染物排放量受到控制;另一方面，生態(tài)修復工程開始實施，如國家863計劃課題的“渤海典型海岸帶生境修復技術”就對渤海灣進行了示范。因此，渤海灣的海洋環(huán)境得到改善，底棲動物種群開始恢復，表現(xiàn)為種類回升。從表3可見，2011年渤海灣大型底棲動物的種數(shù)(111種)與1983年(122種)相差不遠。盡管如此，與渤海的臨近海灣相比，渤海灣的大型底棲動物種類不僅低于膠洲灣(59種)［15］，更低于萊洲灣(214種)［16］。這表明，渤海灣環(huán)境壓力依然嚴峻。二是密度發(fā)生變化。從表3可以看出，近30年來，渤海灣大型底棲動物的密度呈現(xiàn)不規(guī)律的變化，表明環(huán)境波動較大，與人為干擾相關。三是優(yōu)勢種更換頻繁。如2004年是日本鼓蝦和脆殼理蛤，到2011年，則是凸殼肌蛤和長偏頂蛤，這也表明渤海灣水環(huán)境不穩(wěn)定。因此，從大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)的變化可以看出，渤海灣的生態(tài)修復仍需要進一步進行。

表3 渤海灣大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)變化Table 3 The variation of the macroinvertebrate community structure in Bohai Bay

3.2 渤海灣大型底棲動物與環(huán)境因子關系

大型底棲動物不僅受到底質(zhì)影響，也受到底層水環(huán)境的影響［17］。在兩個底質(zhì)相同的海區(qū)，由于水環(huán)境條件不同，兩者底棲動物完全不同［18］。以本研究的S19和S20站位為例，兩站位均位于北塘入?？诟浇?，底質(zhì)均為粘土［19］，但兩個站位的大型底棲動物完全不同，在S19主要分布有小月阿布蛤和泥鉤蝦，而在S20站位沒有采到大型底棲動物。這表明，水環(huán)境對底棲動物的分布具有重要的影響。在本研究中，水深、無機氮和溶解氧是影響渤海灣大型底棲動物分布的重要環(huán)境因子。

水深影響底棲動物的分布，可能與兩方面相關。一是水深與透明度相關。水體透明度影響光在水中的強度。動物的生長需要一定的光照，過高或過低都會影響動物的生長發(fā)育。從圖5中看，渤海灣的大多底棲動物分布于中等深度的海域中，這是由于水深過低，說明離岸最近，受到的人為干擾大［20］，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近岸水域水體較混濁，透明度小，也不利于動物生長發(fā)育。然而，水深過高，使得進入水中的光強不夠，從而影響動物的生長發(fā)育。二是可能與不同的底棲動物的生活習性相關。通常，水深是影響多毛類分布的主要環(huán)境因子［21］。因此，在圖5中，異足索沙蠶、寡鰓齒吻沙蠶和沙蠶與水深向量顯著相關。本研究與Glockzin和Zettler的研究結(jié)果相似，他們發(fā)現(xiàn)水深顯著影響南波羅的海的波美拉尼亞海灣大型底棲動物的分布［22］。

Dippner和Ikauniece認為，富營養(yǎng)化對大型底棲動物群落產(chǎn)生顯著影響［23］。作為衡量富營養(yǎng)化程度重要指標之一的無機氮在本研究中顯著影響大型底棲動物的分布。一項對山東半島南部海灣底棲動物研究表明，水體中營養(yǎng)鹽物質(zhì)增加時，大型底棲動物多樣性相應降低［17］。在本研究中，大型底棲動物主要分布于無機氮含量較低的水域(圖5)，表明渤海灣水體無機氮濃度已經(jīng)對該海域的大型底棲動物產(chǎn)生的負面影響。因此，控制氮的輸入是維持渤海灣生態(tài)平衡的重要舉措之一。

溶解氧對底棲動物的分布及群落結(jié)構(gòu)具有明顯的影響［24］，相關研究表明，當水體中的溶解氧低于2 mg/L時，底層拖網(wǎng)的漁獲量基本為0［25］。然而，在本研究中，發(fā)現(xiàn)大型底棲動物主要分布于溶解相對較低的區(qū)域(圖5)。造成這種原因可能是本研究中的溶解含量總體較高，最低值都超過6 mg/L，均高于一類海水標準。因此可以認為其并非是底棲動物分布的限制因子。相關分析表明，溶解氧和無機氮成顯著正相關(表2)，可能是造成其成顯著環(huán)境因子的其中原因之一。從各個環(huán)境因子之間的關系也可以看出，其它一些環(huán)境因子與本研究得到的3個顯著環(huán)境因子之間也呈顯著相關(表2)，這表明，大型底棲動物與環(huán)境因子之間的關系是錯綜復雜，仍需要進一步研究。

4 結(jié)論

(1)渤海灣共發(fā)現(xiàn)大型底棲動物45種，平均密度為406個/m2。底棲動物數(shù)量空間差異明顯，呈現(xiàn)從近岸到外海降低的變化特征。

(2)近30年來，渤海灣大型底棲動物種類、密度和優(yōu)勢種都發(fā)生了明顯的變化，這種變化與渤海灣的海洋環(huán)境質(zhì)量變化相關。渤海灣的環(huán)境并不穩(wěn)定，生態(tài)修復仍需要進一步進行。

(3)渤海灣大型底棲動物空間分布主要受到水深、無機氮和溶解氧等3個環(huán)境因子的影響。

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