張曉舉, 丁 龍, 馮春暉

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遼東灣中部海域春季大型底棲生物的群落結(jié)構(gòu)及影響因子

張曉舉, 丁 龍, 馮春暉

(國(guó)家海洋局北海海洋工程勘察研究院, 山東青島266061)

2013年5月對(duì)遼東灣中部的大型底棲生物進(jìn)行了調(diào)查, 分析了該海域底棲生物的種類組成、豐度、生物量、群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系。調(diào)查海域共發(fā)現(xiàn)大型底棲生物70種, 包括多毛類24種, 甲殼類18種, 軟體動(dòng)物20種, 棘皮動(dòng)物7種, 紐蟲1種。相對(duì)重要性指數(shù)大于100的種類有14種, 排名前3位的分別是日本游泳水虱、毛蚶、日本長(zhǎng)尾蟲。底棲動(dòng)物豐度平均值為244.2 個(gè)/m2, 生物量為52.52 g/m2, 棘皮動(dòng)物是生物量的重要貢獻(xiàn)者。多樣性指數(shù)平均值為3.24, 豐度生物量比較曲線分析結(jié)果認(rèn)為調(diào)查海域大型底棲動(dòng)物群落未受到干擾, 底棲生物群落的結(jié)構(gòu)相似性較低, 在20%的相似程度上可分為5個(gè)組。底層水中溶解氧含量是影響底棲生物的主要因素, 不同底質(zhì)條件是影響底棲生物生物量和群落結(jié)構(gòu)的重要因素。

遼東灣; 大型底棲生物; 群落結(jié)構(gòu); 多樣性; 環(huán)境因子

大型底棲生物遷移能力弱, 區(qū)域性強(qiáng), 多數(shù)種類的成體終生棲息在固定場(chǎng)所或只能在底質(zhì)表面進(jìn)行有限范圍的活動(dòng), 對(duì)污染或環(huán)境的變化沒(méi)有或很小的回避性, 對(duì)海底環(huán)境的變化十分敏感[1], 其污染效應(yīng)具有指示性和持續(xù)性[2-3], 其群落結(jié)構(gòu)能夠反映生態(tài)環(huán)境因子的空間異質(zhì)性[4], 對(duì)于評(píng)價(jià)海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康具有天然的意義。

遼東灣是中國(guó)緯度最高的半封閉內(nèi)海, 作為渤海面積最大的內(nèi)灣, 其生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性在很大程度上影響著渤海海洋生態(tài)系統(tǒng)的能量和物質(zhì)循環(huán)。近年來(lái)遼東灣內(nèi)的港口、管線及采砂等人為活動(dòng)日益頻繁, 給遼東灣的海洋底棲生態(tài)環(huán)境造成的影響難以估量。目前遼東灣大型底棲生物群落結(jié)構(gòu)的研究報(bào)道集中于遼東灣北部及西海岸六股河口附近[5-10], 關(guān)于遼東灣中部大型底棲生物群落的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。作者以2013年春季的生態(tài)調(diào)查結(jié)果為依據(jù), 分析了底棲生物的種類組成、數(shù)量分布的空間特征及擾動(dòng)程度, 為系統(tǒng)了解遼東灣中部大型底棲生物的生存狀況, 探討人類活動(dòng)對(duì)大型底棲生物的影響程度提供參考, 并為相關(guān)管理部門的決策提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查時(shí)段與站位分布

2013年5月(春季)對(duì)遼東灣中部海域進(jìn)行了12個(gè)站位的大型底棲生物調(diào)查(圖1)。采樣用 0.05m2曙光型(HNM-1-2型)采泥器, 每站2個(gè)重復(fù)樣, 合并為1個(gè)樣品, 泥樣經(jīng)0.5mm套篩現(xiàn)場(chǎng)沖洗, 生物樣品用5%福爾馬林溶液現(xiàn)場(chǎng)固定, 在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)分析鑒定后稱重。采樣和室內(nèi)分析方法按《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T12763.9-2007)進(jìn)行。

1.2 數(shù)據(jù)處理和分析

1.2.1 多樣性指數(shù)的計(jì)算

采用Margalef豐富度指數(shù)、Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)分析底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)。

Pielou均勻度:＝/log2

Margalef豐富度:=(-1)/log2

式中,n為第種的個(gè)體數(shù)量;P=n/,為采集樣品種的所有種類總個(gè)體數(shù);為采集樣品的種類總數(shù)。

1.2.2 優(yōu)勢(shì)度的計(jì)算

優(yōu)勢(shì)種采用相對(duì)重要性指數(shù)RI(Index of Relative Importance)確定, 計(jì)算公式如下:

RI=()

式中,為每種的生物量占總生物量的百分比,為每種的豐度占總豐度的百分比,為該種出現(xiàn)的頻率。采用豐度/生物量比較曲線 (ABC曲線)分析大型底棲動(dòng)物群落受污染或其他因素?cái)_動(dòng)的狀況。

1.2.3 群落結(jié)構(gòu)的分析

群落結(jié)構(gòu)分析使用PRIMER5.0 軟件完成。去除總體中豐度小于1%的種, 保留任一站位相對(duì)豐度大于 3%的種以減少機(jī)會(huì)種的干擾, 構(gòu)建Bray-Curtis 相似性矩陣進(jìn)行聚類(Cluster)分析。

2 結(jié)果

2.1 種類組成

春季調(diào)查海域共鑒定底棲生物70種, 其中多毛類24種, 占總種數(shù)的34.3%; 甲殼類18種, 占總種數(shù)的25.7%; 軟體動(dòng)物20種, 占總種數(shù)的28.6%; 棘皮動(dòng)物7種, 紐蟲1種, 共占總種數(shù)的11.4%。調(diào)查海域大型底棲生物的優(yōu)勢(shì)并不明顯, 未發(fā)現(xiàn)相對(duì)重要性指數(shù)>500的種類, 相對(duì)占優(yōu)的種類包括多毛類5種, 軟體動(dòng)物3種, 甲殼類3種, 棘皮動(dòng)物3種(表1), 這些種類RI指數(shù)均大于100, 其余為常見(jiàn)種和一般種。調(diào)查中發(fā)現(xiàn)棘皮動(dòng)物中棘刺錨參()的出現(xiàn)頻率較低, 僅在6號(hào)站出現(xiàn)一次, 但該物種較高的生物量導(dǎo)致了其較高的RI指數(shù)值。

表1 調(diào)查海域優(yōu)勢(shì)種

2.2 大型底棲生物豐度及生物量

春季調(diào)查海域大型底棲生物平均豐度為244.2 個(gè)/m2, 變化范圍在120.0~630.0 個(gè)/m2之間。豐度最高值位于12號(hào)站, 該站多毛類數(shù)量眾多, 其中日本長(zhǎng)尾蟲豐度高達(dá)380個(gè)/m2, 占該站總豐度的60.3%。10號(hào)站次之, 該站發(fā)現(xiàn)大量的單眼鉤蝦(sp.),數(shù)量高達(dá)160 個(gè)/m2。豐度的最低值位于3號(hào)站, 僅發(fā)現(xiàn)少量蛇尾、日本游泳水虱和寡鰓齒吻沙蠶, 該站未發(fā)現(xiàn)軟體動(dòng)物。站位之間的種類組成差異十分明顯。底棲生物豐度的密集區(qū)位于調(diào)查海域中部, 低值區(qū)位于調(diào)查海域東北。

調(diào)查海域平均生物量為52.52 g/m2, 變化范圍在7.63~182.94 g/m2之間。底棲生物量的最高值位于6號(hào)站, 該站發(fā)現(xiàn)棘刺錨參個(gè)體很大, 生物量高達(dá)154.80 g/m2, 貢獻(xiàn)了該站生物量的93.1%。2號(hào)站發(fā)現(xiàn)哈氏刻肋海膽, 生物量達(dá)31.5 g/m2, 占該站生物量的79.9%。個(gè)體較大的棘皮動(dòng)物是調(diào)查海區(qū)生物量的主要貢獻(xiàn)者。

2.3 大型底棲生物群落的穩(wěn)定性

評(píng)價(jià)結(jié)果表明, 多樣性指數(shù)為2.48~3.75, 調(diào)查海域多樣性指數(shù)的平均值為3.24, 僅3、4、8、9、12號(hào)站多樣性指數(shù)均在3.00以下, 多樣性指數(shù)的高值站位多分布于調(diào)查區(qū)外側(cè), 低值區(qū)位于調(diào)查區(qū)中部。調(diào)查海域均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)較高, 平均值分別為0.91和2.10。從ABC曲線的分布看, 生物量的曲線一直位于豐度曲線之上, 表明調(diào)查海域底棲生物群落尚未受到人為活動(dòng)的顯著干擾, 處于比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

2.4 大型底棲生物群落劃分

對(duì)底棲生物豐度進(jìn)行聚類(Cluster)分析, 結(jié)果表明調(diào)查海域底棲生物群落異質(zhì)化程度較高。在20%的相似度上, 可將調(diào)查海域底棲生物群落分為五個(gè)組, 組Ⅰ包括12號(hào)站, 位于調(diào)查區(qū)的東南側(cè), 通過(guò)SIMPER分析表明, 以多毛類和甲殼類居多, 軟體及棘皮動(dòng)物數(shù)量較少, 特征種為樹蟄蟲; 組Ⅱ包括9號(hào)站, 單眼鉤蝦和深溝毛蟲為該組的特征種類; Ⅰ、Ⅱ組也是底棲生物多樣性分布的低值區(qū)。組Ⅲ包括1、2、3、6、8、11號(hào)站, 主體位于調(diào)查區(qū)的北側(cè)和南側(cè)局部, 該組群落的相似程度為27.80%, 以日本游泳水虱、蛇尾和日本鏡蛤?yàn)樘卣鞣N, 這一組也是多樣性分布的高值區(qū); 組Ⅳ包括7、10號(hào)站, 該組位于調(diào)查海域西南, 該組群落相似性為40%, 種類組成以多毛類為主, 甲殼類最少, 軟體動(dòng)物次之, 以寬甲古漣蟲、吻沙蠶(sp.)、不倒翁蟲()為特征種, 該組多樣性性指數(shù)均在3.50以上, 群落組成的多樣化程度較高。組Ⅴ包括4、5號(hào)站, 該組群落相似性為40%, 深溝毛蟲、日本長(zhǎng)尾蟲和長(zhǎng)偏頂蛤是該類群的特征種。

3 討論

3.1 與歷史資料的比較

為了解遼東灣中部海域的底棲生態(tài)狀況, 本文把此次的調(diào)查結(jié)果同周邊海域的歷史調(diào)查資料進(jìn)行了比較(表2), 結(jié)果表明本次調(diào)查底棲生物豐度和生物量與遼東灣北部的數(shù)值最為接近, 且日本游泳水虱等重要種類的組成也未發(fā)生大的變化, 能夠反映調(diào)查區(qū)域底棲生物群落的基本情況。各調(diào)查結(jié)果之間差異較大, 造成這種結(jié)果的原因主要有二: (1)調(diào)查方法不同。除遼東灣西部的調(diào)查方法與本次調(diào)查相同外, 其他研究方法均與本次調(diào)查有所差異。主要體現(xiàn)在采泥器型號(hào)及網(wǎng)篩孔徑上。調(diào)查方法的差異使得底棲生物豐度與生物量之間的比較十分困難。就生物量而言, 本次調(diào)查生物量明顯高于遼東灣北部和西部, 豐度則與其他幾次的調(diào)查結(jié)果有較大的差異。(2)環(huán)境的差異。渤海在地理環(huán)境上與遼東灣有較大差距, 其結(jié)果僅可作為參考。調(diào)查海域遼東灣中部受陸域環(huán)境影響相對(duì)較小, 而2007年7月的調(diào)查和2009年10月的調(diào)查表明底棲生物的分布分別受遼河、大凌河和六股河等入海河流影響[5-6, 10], 自然條件的差異是導(dǎo)致調(diào)查結(jié)果不同的主要原因, 另外季節(jié)的差異也是導(dǎo)致調(diào)查結(jié)果迥異的原因之一。

表2 本次調(diào)查與周邊海區(qū)的比較

3.2 影響底棲生物群落分布的環(huán)境因素

調(diào)查海域底層海水和表層沉積物的環(huán)境質(zhì)量見(jiàn)表3, 底棲生物豐度與底層水中溶解氧含量之間呈顯著正相關(guān)(=0.701,<0.05), 充足的氧含量對(duì)于底棲生物的增長(zhǎng)具有促進(jìn)作用[12], 溶解氧對(duì)底棲生物的分布有明顯影響[13]。豐度與底層水溫呈顯著負(fù)相關(guān)(= –0.581,<0.05), 而這一范圍內(nèi)溫度并不會(huì)限制底棲生物的生長(zhǎng)和發(fā)育, 這一結(jié)果其實(shí)是溫度與溶解氧的高度相關(guān)性(= –0.970,<0.01)所致。Pearson相關(guān)性分析表明生物量的分布與底層磷酸鹽含量呈顯著正相關(guān)(=0.690,<0.05)。調(diào)查水域底層溶解氧含量較高, 平均值達(dá)10.14mg/L, 這是因?yàn)檎{(diào)查海域沉積物顆粒較粗, 所含有機(jī)質(zhì)較少[14], 而且底層水體懸浮物含量較低, 有機(jī)質(zhì)降解所消耗的氧氣少。就本次調(diào)查而言, 底層水中溶解氧含量是影響豐度分布的主要因素。在本次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)底棲生物的豐度、生物量與表層沉積物中的環(huán)境因子間無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系, 這主要是由于沉積物監(jiān)測(cè)以污染因子的監(jiān)測(cè)為主, 而各污染因子均滿足一類沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn), 污染物處于較低的水平, 尚未對(duì)底棲生物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生制約。

表3 調(diào)查海域底層海水環(huán)境因子統(tǒng)計(jì)

調(diào)查中發(fā)現(xiàn), 各組的底棲生物群落的構(gòu)成有很大差別, 底質(zhì)環(huán)境對(duì)生物分布的種類產(chǎn)生的影響十分明顯[15-16]。組I、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ的底棲生物以管棲類、底埋和穴居類生物居多, 這是因?yàn)槌练e物中泥和粉砂含量較高而粗砂含量較低, 為多毛類和軟體動(dòng)物等穴居、底埋和管棲生物提供了良好的棲息環(huán)境[17-19]。組Ⅲ多樣性水平和生物量較高, 物種組成的多少及每個(gè)物種個(gè)體的數(shù)量是衡量生物群落多樣性的基礎(chǔ), 故多樣性指數(shù)并非單指物種數(shù)量的多寡, 各個(gè)物種間的均勻程度也是衡量多樣性的重要因素[20]。該組群中底表匍匐型、管棲類、爬行類和穴居類均有分布, 底棲生物數(shù)量的相對(duì)均勻分布是該組群多樣性水平較高的主要原因。該組沉積物是由砂、黏土和粉砂較均勻的混合, 中砂、黏土和粉砂含量均在20%以上, 相對(duì)于單一的沉積環(huán)境, 混合的沉積環(huán)境的空間異質(zhì)化程度更高, 可以為底棲生物的生長(zhǎng)發(fā)育提供更多的空間, 是該組生物多樣性較高的基礎(chǔ), 這一結(jié)果與李新正等人的研究結(jié)果一致[21-22]。該組也是生物量的高值區(qū), 大個(gè)體底棲生物如棘皮動(dòng)物的分布是該組生物量較高的原因, 在該組中大型底棲生物更趨向于保守種占優(yōu)勢(shì)。

底棲生物是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng), 底棲生物群落的形成實(shí)際上是由水動(dòng)力條件[23]、水深等物理因素[24]和水質(zhì)等理化因素[25]以及競(jìng)爭(zhēng)與捕食[26]等生物因素共同作用所致, 很難直接得到單一因素對(duì)底棲生物群落影響的量化結(jié)果。環(huán)境因子對(duì)底棲生物群落的影響是一個(gè)復(fù)雜、動(dòng)態(tài)的過(guò)程, 對(duì)大型底棲生物的影響機(jī)理尚有待進(jìn)一步研究。

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Macrobenthos community and environmental factors in the middle waters of Liaodong Bay in spring

ZHANG Xiao-ju, DING Long, FENG Chun-hui

(SOA. North Sea Marine Engineering Prospecting Research Institute, Qingdao 266061, China)

Macrobenthos was investigated in the middle waters of Liaodong Bay in May 2013. The species composition, abundance, biomass, community structure, and relationship with environmental factors of macrobenthos were analyzed. In total, 70 species were identified in the research region, including 24 species of Polychaeta, 18 species of Crustacea, 20 species of Mollusca, 7 species of Echinoderms and 1 species of Nemerteans. The indexes of relative importance were greater than 100 of 14 species. The top of three were,, and. The average abundance of macrobenthos was 244.2 ind./m2, and the average biomass was 52.52 g/m2. Echinoderms were important contributors to biomass.The average biodiversity index of macrobenthos were 3.24. ABC (abundance/biomass comparison), revealing that macrobenthos communities were undisturbed in the research region. The structural similarity of the macrobenthos community was at a low level. The macrobenthos communities could be divided into five groups with 20% similarity. Dissolved oxygen content in bottom waters was an important factor affecting the abundance of macrobenthos. Different sediment conditions were important factors affecting macrobenthos biomass and community structure.

Liaodong Bay; macrobenthos; community structure; biodiversity; environmental factors

(本文編輯: 梁德海)

Dec. 12, 2015

[863 shipborne marine environment Monitoring System, No. 2007AA092101; Marine science and technology projects of North Sea Branch of the State Oceanic Administration, No. 2014B12]

Q958.8

A

1000-3096(2016)10-0043-06

10.11759/hykx20140311004

2015-12-12;

2016-04-29

國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目(No.2007AA092101); 北海分局海洋科技項(xiàng)目(2014B12)

張曉舉(1982-), 男, 山東威海人, 工程師, 研究生, 從事海洋生態(tài)學(xué)研究, 電話: 13553074532, E-mail: zhangxj_space@163.com