蔡文倩, 周 娟, 林巋璇, 王 瑜, 夏 陽, 劉錄三
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基于底棲生物指數(shù)的遼東灣生態(tài)質(zhì)量狀況評價
蔡文倩1, 2, 周 娟1, 2, 林巋璇1, 2, 王 瑜1, 2, 夏 陽1, 2, 劉錄三1, 2
(1. 中國環(huán)境科學(xué)研究院環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險評估國家重點實驗室, 北京100012; 2. 中國環(huán)境科學(xué)研究院國家環(huán)境保護河口與海岸帶環(huán)境重點實驗室, 北京100012)
以2007年7月遼東灣近岸海域獲取的大型底棲動物樣品和環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ), 首次將-statistic應(yīng)用于該海域的生態(tài)質(zhì)量狀況評價, 并結(jié)合Shannon-Wiener生物多樣性指數(shù)及底棲生物完整性指數(shù)的評價結(jié)果全面分析其生態(tài)質(zhì)量狀況。結(jié)果表明, 大多數(shù)離岸海域取樣點的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況以輕度干擾為主, 而北部河口區(qū)(如大遼河口、雙臺子河口)則以重度干擾為主, 且沿河口區(qū)向外有明顯的空間梯度。這跟入海河流攜帶大量的營養(yǎng)鹽入灣從而導(dǎo)致河口區(qū)富營養(yǎng)化程度較高有關(guān)。各指數(shù)均能較為敏感地響應(yīng)富營養(yǎng)化的空間梯度變化, 且與富營養(yǎng)化指數(shù)顯著相關(guān); 同時, 3個指數(shù)之間呈顯著的相關(guān)關(guān)系, 能辨析北岸河口區(qū)組與近岸海域組的大型底棲動物群落顯著性差異, 適用于評價遼東灣的生態(tài)質(zhì)量狀況。
大型底棲動物; 底棲生物指數(shù); 生態(tài)質(zhì)量狀況評價; 遼東灣
探明人為壓力對海洋生態(tài)環(huán)境的影響, 評價海洋生態(tài)系統(tǒng)完整性和健康狀況, 恢復(fù)退化的棲居地, 已成為全世界共同關(guān)注的焦點[1]。作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組分之一, 大型底棲動物種類豐富且易于收集,對海底環(huán)境的擾動敏感而深刻[2], 被認為是衡量人為壓力最敏感、最合適的生物[3]。建立在其群落水平上的生物指數(shù)因為能較為全面地展示生物完整性狀況, 描述綜合壓力對環(huán)境的影響。目前, 在歐盟和美國的推動下, 世界上常用的生物指數(shù)主要是建立在群落結(jié)構(gòu)上的指數(shù)[4], 這些指數(shù)能夠響應(yīng)多種環(huán)境壓力, 已廣泛用于世界各地的海洋生態(tài)質(zhì)量狀況評價[5]。
與國內(nèi)其他河口海灣相似, 遼東灣的生態(tài)質(zhì)量狀況評價也大致始于20世紀(jì)80年代、90年代, 基本是通過分析海域內(nèi)的大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)來指示其生態(tài)質(zhì)量狀況[6]。90年代以后, 學(xué)者們開始從國外引入較為成熟的指數(shù)如多樣性指數(shù)、豐度/生物量曲線(Abundance and Biomass curves, ABC曲線)、AZTI海洋生物指數(shù)[7-8]。近年來, 也有學(xué)者采用河口生態(tài)系統(tǒng)健康狀況綜合指數(shù)對雙臺子河口、大遼河口的生態(tài)質(zhì)量狀況進行評價, 并指示兩個河口均處于亞健康狀態(tài)[9-10]。目前來看, 遼東灣海域建立在大型底棲動物群落基礎(chǔ)上的生態(tài)質(zhì)量狀況評價基本以上述成熟的指數(shù)為主, 且缺乏不同指數(shù)間的適用性比較。
本研究擬采用國內(nèi)外普遍使用的生物多樣性指數(shù)、-statistic(ABC曲線的數(shù)字化)及底棲生物完整性指數(shù)(Benthic Index of the Biotic Integrity, B-IBI)對遼東灣的生態(tài)質(zhì)量狀況進行評價, 并將這3類指數(shù)的評價結(jié)果進行比較以驗證它們在遼東灣的適用性, 為我國近岸海域生態(tài)質(zhì)量狀況評價體系中指數(shù)的選擇提供參考。
1.1 研究區(qū)域
本研究區(qū)域位于北緯40°12′~40°48′, 東經(jīng)120°54′~ 122°12′之間(圖1), 主要分布在遼東灣北部近岸海域。隨著沿岸城市經(jīng)濟的快速發(fā)展, 大量的污染物隨河流入海[11], 為遼東灣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量帶來嚴重的危害。其中, 北部河口區(qū)作為污染最嚴重的區(qū)域, 其主要污染物有無機氮、活性磷酸鹽等等[12-13], 導(dǎo)致該區(qū)域營養(yǎng)鹽含量嚴重超標(biāo)[14], 富營養(yǎng)化嚴重, 赤潮頻發(fā)[15]。
1.2 野外樣品采集與室內(nèi)分析
為監(jiān)測遼東灣的生態(tài)質(zhì)量狀況, 兼顧水深及鹽度梯度變化, 采用方格式布點方法在該海域設(shè)置了5個斷面29個點位, 并于2007年7月下旬進行大型底棲動物樣品及環(huán)境數(shù)據(jù)的采集工作。
使用0.05 m2的箱式采泥器取樣, 每個站位成功取樣2次合為1個樣品, , 隨后在1 mm孔徑的套篩中對大型底棲生物進行沖洗篩選, 按形體大小及軟硬程度將截留在篩網(wǎng)內(nèi)的動物分揀入盛有海水的器皿中, 難挑選的生物連同余渣帶回實驗室在解剖鏡下挑選。生物標(biāo)本一律用75%乙醇固定保存, 并帶回實驗室進行種類鑒定、棲息密度及生物量(濕重)計算等工作(GB/T 12763.6-2007)。
調(diào)查中借助YSI現(xiàn)場測定水深、溫度、濁度、溶解氧及pH等環(huán)境參數(shù)?,F(xiàn)場采集表層和底層水樣, 現(xiàn)場冷藏保存并帶至實驗室測定水體中的營養(yǎng)鹽及化學(xué)需氧量等環(huán)境參數(shù)。采集方法詳見GB 17378.4, 測定方法詳見《水和廢水測定方法》。
1.3 生物指數(shù)及環(huán)境壓力指數(shù)
1.3.1′
′的分級標(biāo)準(zhǔn)為: 等于0, 無大型底棲動物, 生態(tài)環(huán)境嚴重干擾; 0~1, 重度干擾, 1~2, 中度干擾; 2~3, 輕度干擾; 大于3, 未受干擾[16]。計算公式為:
式中,為樣方中的種數(shù);P為樣方中的第種所占的比例。
1.3.2-statistic
-statistic取值區(qū)間為(–1, 1), 其數(shù)值趨近于+1時, 表明群落僅有一個絕對優(yōu)勢種, 反之則反[17]。負值代表生態(tài)環(huán)境重度干擾, 正值代表未受干擾, 而未采集到大型底棲動物時無-statistic值(用“—”表示), 代表嚴重干擾。計算公式如下:
1.3.3 B-IBI
根據(jù)以往的研究結(jié)果[18], 遼東灣屬于高鹽泥質(zhì)(底層水鹽度>18, 粉砂和粘土含量>40%)。該底質(zhì)類型候選指標(biāo)為: Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、總生物量、總棲息密度、耐污種生物量百分比、敏感種生物量百分比、肉食性和雜食性動物密度百分比、5 cm深以下物種豐富度百分比等[19-20]。
由于本研究未分層采樣及食性的確定比較復(fù)雜, 去除“5 cm深以下物種豐富度(或生物量)百分比”及“肉食性和雜食性動物密度百分比”指標(biāo)[21]。但為更全面地反映長江口及毗鄰海域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況, 本研究選擇添加濾食種生物量百分比及總物種數(shù)2個指標(biāo)[21-22]。
在參考以往研究經(jīng)驗的基礎(chǔ)上, 敏感種為日本倍棘蛇尾()、中華倍棘蛇尾()及日本浪漂水虱(), 耐污種為剛鰓蟲、細絲鰓蟲()、后指蟲()、巖蟲()、紐蟲(Nemertinea)、背蚓蟲()、光滑河籃蛤、擬節(jié)蟲()及不倒翁蟲()。濾食種全部選擇雙殼類。
選取生境質(zhì)量較好的M11、M12、M13、M16、M18、M19、M21、M22、M25、M29等10個樣點為參考點, 剩余的為受損點。閾值分級標(biāo)準(zhǔn)詳見表1。
本文參考Diaz等[23]設(shè)定的B-IBI評分標(biāo)準(zhǔn): 分值: 5, 優(yōu); 3.0~4.9, 良; 2.7~2.9, 中等; 2.0~2.6, 差; 0.0~2.0, 劣。
1.3.4 環(huán)境壓力指數(shù)
考慮到遼東灣承受的人類活動干擾類型[11, 13-15, 24], 本研究采用富營養(yǎng)化指數(shù)(Eutrophication Index, EI)對該海域主要的環(huán)境壓力進行表征, 并對生物指數(shù)響應(yīng)環(huán)境壓力的敏感程度進行適用性驗證。EI具體計算方法參見鄒景忠等[25]。
表 1 遼東灣B-IBI指標(biāo)的閾值分級標(biāo)準(zhǔn)
1.4 數(shù)據(jù)處理
本研究數(shù)據(jù)處理和分析主要采用英國普利茅斯海洋研究所開發(fā)的PRIMER 6.0及SPSS 13.0軟件包中的相關(guān)程序進行, 同時采用Surfer 8.0軟件繪制平面分布圖(克里格插值法)。為了減少機會種對大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)的干擾, 刪除在總棲息密度中比例小于1%的物種, 但保留其中在任一站位的相對棲息密度大于3%的物種[7], 再利用PRIMER軟件繪制ABC曲線、提取-statistic值。數(shù)據(jù)分析前, 環(huán)境數(shù)據(jù)和生物指數(shù)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后分別計算歐氏(Euclidean)距離以構(gòu)建非相似性矩陣進行相關(guān)(RELATE)分析。采用SPSS13.0軟件進行Pearson相關(guān)性分析、回歸分析及單因素方差分析(one-way ANOVA), Pearson相關(guān)分析及回歸分析用以判斷生物指數(shù)之間以及其與環(huán)境參數(shù)之間的相關(guān)性, 并檢測生物指數(shù)對遼東灣河口區(qū)域其他區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差異的敏感性。
2.1 各生物指數(shù)的空間分布
2.1.1′
超過70%的樣點的′值大于2, 大型底棲動物群落生物多樣性較高, 生態(tài)環(huán)境處于“未受干擾”和“輕度干擾”狀態(tài), 這些樣點基本分布在離岸海域(圖2)。同時, 位于大遼河口附近海域的M2和M15未采集到底棲動物,′值為0, 生態(tài)環(huán)境受到“嚴重干擾”(表1)。剩余8個樣點均處于“中度干擾”以上, 且其基本分布在北岸河口區(qū)(表2, 圖2)??傮w上, 北岸河口區(qū)(如大遼河口、雙臺子河口)的底棲動物群落多樣性最低, 指示該處較差的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量, 但沿河口區(qū)向外生態(tài)質(zhì)量趨好(圖2)。
表2 遼東灣Shannon-Wiener生物多樣性指數(shù)值及其指示的生態(tài)質(zhì)量狀況
2.1.2-statistic
除大遼河口附近的M2和M15站未采集到底棲動物, 大型底棲動物群落受到“嚴重干擾”, 無法提取出-statistic值外, 該指數(shù)最高值出現(xiàn)在離岸較遠的M8站, 生物群落處于“未受干擾”狀態(tài); 最低值則在大遼河口區(qū)的M3站, 生物群落處于“重度干擾”狀態(tài)。剩余的22個樣點中, 位于大遼河口的M1、M3及大凌河口的M26站的生物群落處于“重度干擾”狀態(tài), 其他19個樣點均處于“未受干擾”狀態(tài)(表3)??傮w上,-statistic高值區(qū)集中在離岸海域, 而低值區(qū)則主要集中在大遼河口、大凌河口等北部河流入??趨^(qū), 且沿河口區(qū)向外指數(shù)值趨低(圖3)。
2.1.3 B-IBI
10個參考點中, 9個樣點的B-IBI取值區(qū)間為“3.0~4.9”, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況為“良”, 僅有1個位于2.7~2.9之間, 為“中等”, 說明參考點設(shè)置合理。剩余19個受損點中, 10個為“良”, 其余9個為“中等”以下狀態(tài)(占比超過40%)。整體上看, B-IBI最高值出現(xiàn)于離岸海域的M29站, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況為“良”, 而最低值則出現(xiàn)于大遼河口的M2站, 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量為“劣”。總體上看, B-IBI指示的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況為“劣”的樣點均位于北岸河口區(qū)(表4), 且以大遼河口最低, 指示該處的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量最差, 但沿北岸河口區(qū)向外生態(tài)環(huán)境質(zhì)量趨好(圖4)。
表3 遼東灣W-statistic值及其對應(yīng)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況
2.2 各生物指數(shù)與環(huán)境參數(shù)的關(guān)系
Pearson相關(guān)分析及多元回歸分析結(jié)果表明′與深度、水體鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量及營養(yǎng)鹽等呈顯著線性相關(guān)關(guān)系(=0.696,(1, 27)=25.333,< 0.05), RELATE分析也表明兩者之間顯著相關(guān)(= 0.409,<0.05)。′與表層水體內(nèi)的富營養(yǎng)化指數(shù)(EI表層)呈顯著線性負相關(guān)(= –0.478,(1, 27)=7.974,<0.05),與底層水的EI之間(EI底層)的相關(guān)性并不顯著(> 0.05)。RELATE分析表明′與EI表層顯著相關(guān)(= 0.446,<0.05), 但與EI底層的相關(guān)性并不顯著(>0.05)。
Pearson相關(guān)分析及多元回歸分析結(jié)果表明-statistic與深度、水體鹽度、溶解氧、化學(xué)需氧量及營養(yǎng)鹽呈顯著非線性相關(guān)關(guān)系(=0.987,(25, 3)= 4.576,<0.05), RELATE分析也表明兩者矩陣之間存在顯著的相關(guān)關(guān)系(=0.455,<0.05)。該指數(shù)與EI表層呈顯著線性負相關(guān)關(guān)系(= –0.690,(1, 27)=24.494,<0.05), 而與EI底層不存在顯著的相關(guān)關(guān)系(>0.05)。RELATE分析則表明-statistic與EI表層(=0.479,<0.05)及EI底層(= 0.227,<0.05)矩陣均呈顯著相關(guān)關(guān)系。
表4 遼東灣B-IBI指示的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況
Pearson相關(guān)分析表明, B-IBI與深度、濁度, 表層和底層水體中的溶解氧和鹽度均呈顯著正相關(guān), 而與表層及底層水體中的營養(yǎng)鹽和化學(xué)需氧量呈顯著負相關(guān)(<0.05)。多元回歸分析表明, B-IBI與環(huán)境參數(shù)呈顯著線性相關(guān)(=13.52,<0.05), RELATE分析也表明兩者矩陣之間呈顯著相關(guān)(=0.297,< 0.05)。B-IBI與EI表層之間呈顯著線性負相關(guān)關(guān)系(= 10.001,<0.05), 與EI表層之間的相關(guān)性不顯著(> 0.05); RELATE分析則表明該指數(shù)與EI表層(=0.333,<0.05)及EI底層(=0.227,<0.05)矩陣均呈顯著相關(guān)關(guān)系。
2.3 各生物指數(shù)在遼東灣生態(tài)質(zhì)量狀況評價中的適用性比較
由上文研究結(jié)果可知, 上述3類指數(shù)均能敏感地響應(yīng)富營養(yǎng)化的空間梯度變化, 指示北部河口區(qū)的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量較差, 而離岸的較好。Pearson相關(guān)分析表明這3類指數(shù)之間呈顯著相關(guān)關(guān)系(<0.05)。ANOVA分析結(jié)果表明所有指數(shù)均能辨識出北岸河口區(qū)(M1~M5, M14~M15, M24~M27等11個樣點)及近岸海域(剩余的18個樣點)大型底棲動物群落的顯著性差異(1=1,2=27,<0.05)。
3.1 生物指數(shù)的空間分布狀況分析
研究證實, 遼東灣北部海域的營養(yǎng)鹽、COD、DO沿河口區(qū)向離岸海域有明顯的空間梯度[13, 24], 且以大遼河口、雙臺子河口及小凌河口等最高[24], 這與上述3類生物指數(shù)值的空間分布基本吻合。特別地, 受營口工業(yè)園排放的大量工農(nóng)業(yè)和生活污水影響, 加上其自身相對封閉的自然地理特征, 大遼河口海域水體營養(yǎng)鹽超標(biāo)嚴重, 且呈現(xiàn)從河口內(nèi)向近岸海域逐漸遞減的空間分布趨勢, 水體富營養(yǎng)化程度逐漸降低[11, 26], 而上述3類指數(shù)均指示該海域調(diào)查樣點的生態(tài)質(zhì)量狀況為“劣”或“重度干擾”以上(如M1~M3站), 說明這些指數(shù)均能指示北部河口區(qū)環(huán)境質(zhì)量最差, 且能敏感地響應(yīng)遼東灣的環(huán)境壓力梯度。事實上, 這3類指數(shù)已被證實能指示渤海灣、廈門灣、長江口等典型海域面臨的環(huán)境壓力梯度[21-22, 27-28], 表征底棲群落對環(huán)境壓力梯度的響應(yīng)(如營養(yǎng)鹽輸入)[28], 亦如本研究所示。
3.2 生物指數(shù)對富營養(yǎng)化壓力的響應(yīng)分析
河流攜帶入海大量的營養(yǎng)鹽(如DIN)導(dǎo)致遼東灣近岸海域營養(yǎng)鹽含量普遍較高, 其中又以北部河口區(qū)(如大遼河)最高[14], 東南部和中部污染程度較低, 水體富營養(yǎng)化程度也從近岸向海灣中部逐漸降低[8, 26]。本研究中營養(yǎng)鹽與上述3類生物指數(shù)之間的顯著相關(guān)關(guān)系及兩者較為一致的空間分布模式也印證了這一結(jié)論, 說明這些指數(shù)均能較為敏感地響應(yīng)遼東灣的富營養(yǎng)化壓力。同時, 富營養(yǎng)化會降低水體溶解氧濃度, 從而對底棲動物群落產(chǎn)生較大的影響[29]。本次調(diào)查中, 大遼河口M1和M2站的溶解氧濃度分別為2.59和3.64 mg/L, 低于清潔水體正常水平的下限(5 mg/L), 也證實了大遼河過度的陸源排污已造成河口區(qū)水體嚴重富營養(yǎng)化影響了棲居于此大型底棲動物, 如各指數(shù)在該處的低值所示。
3.3 生物指數(shù)在遼東灣的適用性分析
由上文可知, 遼東灣的富營養(yǎng)化程度較高, 北部河口區(qū)尤為嚴重[30], 各生物指數(shù)均能辨析河口區(qū)與近岸海域的底棲生物群落差別及它們與EI之間的顯著相關(guān)關(guān)系所示。然而, 多樣性指數(shù)與底層水體的EI無顯著相關(guān)關(guān)系, 可能與M3、M15樣點底層環(huán)境參數(shù)值缺失, EI在克里格插值基礎(chǔ)上得來(ArcGIS 9.0)[8], 從而影響了整體相關(guān)分析結(jié)果有關(guān)。此外, 鹽度、溶解氧、深度等是影響遼東灣底棲動物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境參數(shù)[7], 而本研究中它們與各生物指數(shù)之間的顯著相關(guān)關(guān)系也驗證了此結(jié)論。各指數(shù)均能響應(yīng)遼東灣大型底棲動物群落指標(biāo)的空間分布格局及變化, 即河口區(qū)低且沿河口向外逐漸升高[31]。事實上, 嚴重的富營養(yǎng)化已使得遼東灣大型底棲動物群落發(fā)生較大改變, 如北部河口區(qū)的群落生物多樣性和豐富度顯著降低, 敏感種逐漸失去優(yōu)勢而機會種逐漸增多[31], 如上述3類指數(shù)在該海域的低值所示。
3.4 生物評價方法的選用
Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的普適性較強[7, 28], 但無法辨析自然和人為壓力干擾, 建議最好用于河口海灣底棲動物群落特征研究, 或作為其他指數(shù)如B-IBI的指標(biāo)使用。ABC曲線及其數(shù)字化即-statistic可用于描述海洋生態(tài)系統(tǒng)的底棲生物群落受擾動狀況[7, 28, 32], 但在高強度干擾的海域(如渤海灣大量的圍海造陸工程)[28], 群落結(jié)構(gòu)較為脆弱的情況下, 最好結(jié)合其他指數(shù)使用[28]。由于參考狀態(tài)設(shè)置充分、考慮的群落指標(biāo)較多, B-IBI可作為河口海灣的底棲生態(tài)質(zhì)量狀況評價的優(yōu)選方法[21-22]。
(1) Shannon-Wiener生物多樣性指數(shù)、-statistic及B-IBI評價結(jié)果均能敏感地響應(yīng)研究區(qū)的環(huán)境壓力梯度變化(主要是富營養(yǎng)化壓力), 指示北岸河口區(qū)尤其是大遼河口、雙臺子河口等的生態(tài)質(zhì)量較差, 離岸海域生態(tài)質(zhì)量狀況良好。
(2) 各生物指數(shù)之間呈顯著相關(guān)關(guān)系, 且能辨析北岸河口區(qū)與近岸海域組別大型底棲動物群落的顯著性差異, 適用于遼東灣的生態(tài)質(zhì)量狀況評價。
[1] Borja á. Grand challenges in marine ecosystems ecology[J]. Frontiers in Marine Science, 2014, 1: 1-6.
[2] Pelletier M C, Gold A J, Heltshe J F, et al. A method to identify estuarine macroinvertebrate pollution indicator species in the Virginian Biogeographic Province[J]. Ecological Indicators, 2010, 10(5): 1037-1048.
[3] Hoey G V, Permuy D C, Vandendriessche S, et al. An ecological quality status assessment procedure for soft-sediment benthic habitats: Weighing alternative approaches[J]. Ecological Indicators, 2013, 25: 266-278.
[4] Pinto R, Patricio J, Baeta A. et al. Review and evaluation of estuarine biotic indices to assess benthic condition[J]. Ecological Indicators, 2009, 9: 1-25.
[5] Borja A, Barbone E, Basset A, et al. Trayanova A. Response of single benthic metrics and multi-metric methods to anthropogenic pressure gradients, in five distinct European coastal and transitional ecosystems[J]. Marine Pollution Bulletin, 2011, 62: 499-513.
[6] 孫道元, 劉銀城. 渤海底棲動物種類組成和數(shù)量分布[J]. 黃渤海海洋, 1991, 9(1): 42-50. Sun Daoyuan, Liu Yincheng. Species composition and quantitative distributions of biomass and density of the microbenthic infauna in the Bohai Sea[J]. Journal of Oceanography of Huanghai & Bohai Seas, 1991, 9(1): 42-50.
[7] 劉錄三, 孟偉, 李子成, 等. 遼東灣北部海域大型底棲動物研究: II.生物多樣性與群落結(jié)構(gòu)[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2009, 22(2): 155-161. Liu Lusan, Meng Wei, Li Zicheng, et al. Studies on macrobenthos in the northern waters of Liaodong Bay: II. Biodiversity and Community structure[J]. Research of Environmental Sciences, 2009, 22(2): 155-161.
[8] Cai W Q, Meng W, Zhu Y Z, et al. Assessing benthic ecological status in stressed Liaodong Bay (China) with AMBI and M-AMBI[J]. Chinese Journal of Oceanology and Limnology, 2013, 31(3): 482-492.
[9] 楊福霞. 大遼河口生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系與技術(shù)方法研究[D]. 青島: 中國海洋大學(xué). 2011. Yang Fuxia. Indicators and methods of ecosystem health assessment in Daliao River Estuary[D]. Qingdao: Ocean University of China. 2011.
[10] 劉玉令. 雙臺子河口海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況與生態(tài)系統(tǒng)評價研究[D]. 大連: 大連海事大學(xué), 2011. Liu Yuling. Research of marine ecological environment and ecosystem services in Shuangtaizi Estuay[D]. Dalian: Dalian Maritime University. 2011.
[11] 王煥松, 雷坤, 李子成, 等. 遼東灣北岸主要入海河流污染物入海通量及其影響因素分析[J]. 海洋學(xué)報, 2011, 33(6): 110-116. Wang Huansong, Lei Kun, Li Zicheng, et al. Analysis of major pollutants flux into the sea and influencing factors on the north shore of the Liaodong Gulf[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2011, 33(6): 110-116.
[12] Dong Z J, Liu D Y, Keesing J K. Jellyfish blooms in China: dominant species, causes and consequences[J]. Marine Pollution Bulletin, 2010, 60(7): 954-963.
[13] 楊福霞, 簡慧敏, 田琳, 等. 大遼河口COD與DO的分布特征及其影響因素[J]. 環(huán)境科學(xué), 2010, 35(10): 3748-3754. Yang Fuxia, Jian Huimin, Tian Lin, et al. Distribution characteristics of COD and DO and its influencing factors in the Daliaohe Estuary[J]. Environmental Science, 2010, 35(10): 3748-3754.
[14] 周丹卉. 大遼河口典型污染物時空分布研究[J]. 環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟, 2015, 7: 52-54. Zhou Danhui. Spatial and Temporal distributions of typical pollutants in Daliaohe Estuary[J]. Environmental Protection and Circular Economy , 2015, 7: 52-54.
[15] Ministry of Environmental Protection of the People’s Republic of China (MEPPRC). Report on the state of the environment in China [R]. Beijing: MEPPRC, 2008.
[16] 蔡立哲, 馬麗, 高陽, 等. 海洋底棲動物多樣性指數(shù)污染程度評價標(biāo)準(zhǔn)的分析[J]. 廈門大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2002, 41(5) : 641-646. Cai Lizhe, Ma Li, Gao Yang, et al. Analysis on assessing criterion for polluted situation using species diversity index of marine macrofauna[J]. Journal of Xiamen University (Nature Science), 2002, 41(5): 641-646.
[17] Clarke K R, Warwick R M. Chang in marine communities: An approach to statistical analysis and interpretation. 2nd edition: PRIMER-E[M]. UK: Plymouth Marine Laboratory, 2001.
[18] 徐東浩, 李軍, 趙京濤, 等. 遼東灣表層沉積粒度分布特征及其地質(zhì)意義[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì), 2012, 32(5): 35-42. Xu Donghao, Li Jun, Zhao Jingtao, et al. Grain-size distribution of surface sediments of the Liaodong Bay, Bohai and sedimentary environment restoration[J]. Marine Geology and Quaternary Geology, 2012, 32(5): 35-42.
[19] Weisberg S B, Ranasinghe J A, Dauer D M, et al. An estuarine benthic index of biotic integrity (B-IBI) for Chesapeake Bay[J]. Estuaries, 1997, 20(1): 149-158.
[20] Llansó R J, Dauer D M. Methods for calculating the Chesapeake Bay benthic index of biotic integrity (EB). http: //www.baybenthos.versar.com. 2002.
[21] 蔡立哲. 河口港灣沉積環(huán)境質(zhì)量的底棲生物評價[D].廈門: 廈門大學(xué), 2003. Cai Lizhe. New methods studies on environmental quality assessment in bays and estuaries: using benthos[D]. Xiamen: Xiamen University, 2003.
[22] 周曉蔚, 王麗萍, 鄭丙輝, 等. 基于底棲動物完整性指數(shù)的河口健康評價[J]. 環(huán)境科學(xué), 2007, 30(1): 242- 247. Zhou Xiaowei, Wang Liping, Zheng Binghui, et al. Estuary health assessment using a benthic-index of biotic integrity in Yangtze estuary and its adjacent waters[J]. Environmental Science, 2007, 30(1): 242-247.
[23] Diaz R J, Cutter Jr G R, Dauer A M. A comparison of two methods for estimating the status of benthic habitat quality in the Virginia Chesapeake Bay[J]. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2003, 285- 286: 371-381.
[24] 秦延文, 鄭丙輝, 張雷, 等. 2004-2008 年遼東灣水質(zhì)污染特征分析[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2010, 23(8): 987- 992. Qin Yanwen, Zheng Binghui, Zhang Lei, et al. Pollution characteristics analysis of water quality in Liaodong Bay from 2004 to 2008[J]. Research of Environmental Sciences, 2010, 23(8): 987-992.
[25] 鄒景忠, 董麗萍, 秦保平. 渤海灣富營養(yǎng)化和赤潮問題的初步探討[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 1983, 2(2): 41-45. Zou Jingzhong, Dong Liping, Qin Baoping. Preliminary study on the eutrophication and red tide in Bohai Bay[J]. Marine Environmental Sciences, 1983, 2(2): 41-45.
[26] 王煥松, 雷坤, 李子成, 等. 遼東灣海域水體富營養(yǎng)化的模糊綜合評價[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2010, 23(4): 413-419. Wang Huansong, Lei Kun, Li Zicheng, et al. Fuzzy comprehensive evaluation of water eutrophication in Liaodong Bay[J]. Research of Environmental Sciences, 2010, 23(4): 413-419.
[27] 吳海燕, 陳克亮, 張平, 等.基于不同生物指數(shù)的羅源灣生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況評價[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2013, 24(3): 825-831. Wu Haiyan, Chen Keliang, Zhang Ping, et al. Eco-environmental quality assessment of Luoyuan Bay, Fujian Province of East China based on biotic indices[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(3): 825-831.
[28] Cai W Q, Meng W, Liu L S, et al.Evaluation of the ecological status with benthic indices in the coastal system: the case of Bohai Bay (China)[J]. Frontiers of Environmental Science and Engineering, 2014, 8(5): 737-746.
[29] 王延明, 方濤, 李道季, 等. 長江口及毗鄰海域底棲生物豐度和生物量研究[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2009, 28(4): 366-382. Wang Yanming, Fang Tao, Li Daoji, et al. Abundance and biomass of benthos in Changjiang Estuary and adjacent sea[J]. Marine Environmental Science, 2009, 28(4): 366-382.
[30] Bu H M, Meng W, Zhang Y. Nitrogen pollution and source identification in the Haicheng River basin in Northeast China[J]. Science of the Total Environment, 2011, 409(18): 3394-3402.
[31] 劉錄三, 孟偉, 鄭丙輝, 等.遼東灣北部海域大型底棲動物研究: I. 種類組成與數(shù)量分布[J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2008, 21(6): 118-123. Liu Lusan, Meng Wei, Zheng Binghui, et al. Studies on macrobenthos in the northern waters of Liaodong Bay: I. Species composition and number distribution[J]. Research of Environmental Sciences, 2008, 21(6): 118-123.
[32] 李榮冠, 江錦祥. 應(yīng)用棲息密度生物量比較法監(jiān)測海洋污染對底棲生物群落的影響[J]. 海洋學(xué)報, 1992, 14(1): 108-114. Li Rongguan, Jiang Jinxiang. Monitoring the affection of marine pollution on macrobenthos community using the abundance/biomass comparison[J]. Acta Ocenologica Sinica, 1992, 14(1): 108-114.
Ecological quality status of Liaodong Bay using benthic indices
CAI Wen-qian1, 2, ZHOU Juan1, 2, LIN Kui-xuan1, 2, WANG Yu1, 2, XIA Yang1, 2, LIU Lu-san1, 2
(1. State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China; 2. State Environmental Protection Key Laboratory of Estuary and Coastal Environment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China)
On the basis of the analysis of macrozoobenthos samples and environmental materials collected from Liaodong Bay in July 2007,-statistic was used for the first time to assess the ecological quality status of the study area. In addition, Shannon-Wiener biodiversity index and Benthic Index of Biotic Integrity were employed to comprehensively analyze the ecological quality status of the area. The results of the analysis indicated that majority of the sampling sites in the offshore area were slightly disturbed; however, the areas located in the coastal areas, especially those in the Daliao River and Shuangtaizi River estuaries, were significantly disturbed and a spatial gradient was observed from the estuaries to the offshore area. This spatial pattern may have occurred because of the large amount of industrial and municipal wastewater being discharged every year from Liaoning Province into the Liaodong Bay through land streams, causing severe eutrophication in the northern coastal areas especially near the estuaries. Furthermore, all the indices exhibited sensitivity toward the spatial gradient of the Eutrophication Index (EI) and showed significant relations with EI. These relations were also observed among all the biotic indices that could identify the differences between the macrozoobenthos communities in the north estuaries group and those in the coastal areas group. It was concluded that all indices used in the study were suitable for assessing the ecological quality status in the Liaodong Bay.
macrozoobenthos; benthic indices; ecological quality status assessment; Liaodong Bay
(本文編輯: 康亦兼)
Jan. 15, 2016
[National Natural Science Foundation of China, No. 41406160; State Environmental Protection, research and public service industry, No. 201309007]
X826
A
1000-3096(2016)10-0105-08
10.11759/hykx20160115003
2016-01-15;
2016-05-06
國家自然科學(xué)青年基金項目(41406160); 國家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(201309007)
蔡文倩(1986-), 女, 河南鹿邑人, 博士, 助理研究員, 主要研究方向為生物監(jiān)測與評價, 電話: 010-84918794, E-mail: caiwq@craes. org.cn; 劉錄三(1975-), 通信作者, 男, 山東莒縣人, 博士, 研究員, 主要研究方向為水生生物監(jiān)測與評價, 電話: 010-84915316, E-mail: liuls@craes.org.cn