劉守海 ，張昊飛 ，何彥龍 ，彭小家 ，秦玉濤 ，季曉 ，楊志

1. 國(guó)家海洋局東海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，上海 201206；2. 海洋赤潮災(zāi)害立體監(jiān)測(cè)技術(shù)與應(yīng)用國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201206；

3. 上海海洋大學(xué)，上海 201306；4. 哈爾濱理工大學(xué)榮成學(xué)院，山東264300

近些年來(lái)由于水域污染、過(guò)度捕撈以及棲息地破壞等原因，使得河口生態(tài)系統(tǒng)的健康狀態(tài)不斷惡化，這一問(wèn)題引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。隨著“水污染防治行動(dòng)計(jì)劃”、“藍(lán)色海灣”等管理修復(fù)措施的出臺(tái)，開(kāi)展河口修復(fù)成效后評(píng)估、河口生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)估是亟待開(kāi)展的工作。魚(yú)類作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，特別是其在食物網(wǎng)中的位置以及對(duì)水質(zhì)的高度敏感性，魚(yú)類群落結(jié)構(gòu)變化反映了河口生態(tài)系統(tǒng)的健康情況（Karr，1981），因此魚(yú)類被認(rèn)為是評(píng)價(jià)河口生態(tài)系統(tǒng)健康的理想物種。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者積極探究人類干擾與生物特性之間的定量關(guān)系，找尋對(duì)干擾反應(yīng)敏感的生物指數(shù)。Karr（1981）最早提出了生物完整性指數(shù)（index of biotic integrity，IBI）。Deegan et al.（1997）進(jìn)一步提出了基于河口生境魚(yú)類群落變化的河口生物完整性指數(shù)（estuarine biotic integrity index，EBI）的概念，從15個(gè)指標(biāo)中篩選出了8個(gè)指標(biāo)，并利用指數(shù)評(píng)價(jià)了美國(guó)馬薩諸塞州東南一系列河口、海灣魚(yú)類棲息環(huán)境的功能。隨后，Hughes et al.（2002）利用河口生物完整性指數(shù)對(duì)美國(guó)馬薩諸塞州的科德角（Cape Cod）和巴澤茲灣（Buzzards Bay）的健康狀況作了整體性評(píng)價(jià)。Breine et al.（2007）基于魚(yú)類群落的河口生物完整性指數(shù)，評(píng)價(jià)了比利時(shí)法蘭德斯的須耳德河（Schelde river）河口的生態(tài)質(zhì)量。在中國(guó)，基于河口生境魚(yú)類群落變化的生物完整性指數(shù)研究有一些研究（毛成責(zé)等，2011；張芮等，2017），但有關(guān)河口生物完整性指數(shù)的應(yīng)用研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

上海地處長(zhǎng)江入海口，南瀕杭州灣，其周邊海域是多種魚(yú)類的產(chǎn)卵場(chǎng)和育幼場(chǎng)（莊平等，2006）。有關(guān)這一海域的魚(yú)類浮游生物群落結(jié)構(gòu)已有較多研究（楊東萊等，1990；朱鑫華等，2002；王金輝等，2007；劉守海等，2015）。本研究利用上海周邊海域2016年春季仔、稚魚(yú)DNA條形碼鑒定結(jié)果，運(yùn)用河口生物完整性指數(shù)（EBI），對(duì)上海周邊海域的健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)河口魚(yú)類棲息環(huán)境功能進(jìn)行初步探討，以期為河口生態(tài)修復(fù)后評(píng)估提供技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1調(diào)查區(qū)域

2016年5月9日—5月29日，在上海周邊海域（121°20′～123°E，30°30′～32°N）設(shè)置 13 個(gè)站位點(diǎn)（圖 1），按照《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB/T12763.6—2007）使用大型浮游生物網(wǎng)（網(wǎng)長(zhǎng)280 cm，網(wǎng)口內(nèi)徑80 cm，網(wǎng)口面積0.5 m2，網(wǎng)目0.505 mm）在站點(diǎn)進(jìn)行水平拖網(wǎng)。用無(wú)水乙醇保存標(biāo)本。根據(jù)所處地理位置的不同，將調(diào)查海域分為4個(gè)區(qū)域，長(zhǎng)江口口內(nèi)海域1～3號(hào)站，長(zhǎng)江口口外海域4～8站，舟山附近海域9～10站，杭州灣北部11～13站。

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)將不同站位采集的仔、稚魚(yú)樣品置于體視顯微鏡（Nikon SMZ 1500）下進(jìn)行形態(tài)觀察，測(cè)量體長(zhǎng)，并進(jìn)行初步的類群和種類鑒別，然后利用基于線粒體COI序列的DNA條形碼技術(shù)對(duì)仔、稚魚(yú)進(jìn)行種類鑒定（劉守海等，2017）。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)（小泉清明，1987；張世義等，2005；莊平等，2006；倪勇等，2006；伍漢霖等，2008）、臺(tái)灣魚(yú)類資料庫(kù)及Fishbase網(wǎng)站的信息，確定每種魚(yú)的棲息環(huán)境、營(yíng)養(yǎng)類型、耐受性以及是否為外來(lái)或天然雜交種。

1.2 EBI 指標(biāo)體系

Karr et al.（1986，1991）將評(píng)價(jià)的指標(biāo)分為物種豐度和組成、營(yíng)養(yǎng)類型組成及物種多度和健康狀況3大類，總共有12項(xiàng)屬性（表1）。每項(xiàng)屬性根據(jù)魚(yú)類群落的情況分別給予5分、3分、1分的評(píng)價(jià)，各項(xiàng)得分的總和即為該站點(diǎn)的EBI值。各項(xiàng)屬性可隨著不同生境類型以及魚(yú)類對(duì)環(huán)境變化的敏感程度進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷幕蛟鰷p（Deegan et al.，1997；Hughes et al.，2002）。

EBI計(jì)算公式為：

EBI=M1+M2+M3+??+M12（1）

Karr（1991）根據(jù)不同分?jǐn)?shù)段劃分了9等級(jí)（表2）：極好 57～60；極好-好 53～56；好 48～52；好-一般 45～47；一般 40～44；一般-差 35～39；差 28～34；差-極差 23～27；極差 12～22。Karr沒(méi)有對(duì)未采集到魚(yú)這一情況給出評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，本研究將該情況定義為0分。

圖1 采樣站位圖Fig. 1 Locations of sampling sites

表1 Karr et al.（1986）修訂的EBI評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 1 EBI metric system modified by Karr et al. (1986)

表2 EBI等級(jí)劃分和特征Table 2 Classification of EBI and the characteristic corresponding to EBI level

2結(jié)果

2.1種類組成及屬性類型

通過(guò)DNA條形碼的分析，本次調(diào)查獲得的仔、稚魚(yú)樣品隸屬于7目10科，鑒定到種的有18個(gè)種，鑒定到屬有1個(gè)屬（表3）。根據(jù)生態(tài)類型可分為淡水種、河口種和近海種（表3）。按棲息地劃分，底棲種8種，占42.1%；棲水層種11種，占57.9%。按耐污性劃分，低耐污種15種，占78.9%；高耐污種4種，占21.1%。按食性劃分，雜食性6種，肉食性12種，蟲(chóng)食性1種，分別占總體的31.6%，63.1%和5.3%。調(diào)查海域的仔、稚魚(yú)未發(fā)現(xiàn)外來(lái)或天然雜交種（表4）。

2.2長(zhǎng)江口及其鄰近海域的EBI指標(biāo)體系

本研究的水域?yàn)槭軓搅骷俺毕绊憚×业拇蠛涌?，綜合 Deegan et al.（1997），Hughes et al.（2002）及毛成責(zé)等（2011）的研究方法，選取了適合評(píng)價(jià)河口EBI的10個(gè)指標(biāo)（表5），其中屬性M1涵蓋了河口育肥種及河口產(chǎn)卵種2個(gè)指標(biāo)，所以賦予此項(xiàng)屬性3個(gè)權(quán)重。結(jié)合文獻(xiàn)（楊東萊等，1990；朱鑫華等，2002；王金輝等，2007）以及本研究結(jié)果，確定了種類結(jié)構(gòu)中各指標(biāo)（M1～M5）的值。EBI分?jǐn)?shù)越高，說(shuō)明仔、稚魚(yú)群落及其生境的健康狀況越好。

2.3仔稚魚(yú)EBI值及其空間分布

所有站點(diǎn) EBI均值為 27.6，變化范圍在 0～41之間（表6）；最大值出現(xiàn)在杭州灣北部的13號(hào)站位。從EBI值的區(qū)域分布來(lái)看，杭州灣北部（站位12和站位13）EBI值等級(jí)為一般，舟山附近海域（站位9和站位10）以及杭州灣北部的部分區(qū)域（站位11）EBI值等級(jí)為差，而長(zhǎng)江口海域（站位1～4和站位 6～8）（口內(nèi)和口外）EBI值等級(jí)為差-極差。這種分布狀況（圖 2）反映了人類干擾程度的不同導(dǎo)致了水域生物完整性的差異。

表3 上海周邊海域魚(yú)類浮游生物名錄Table 3 Species categories of ichthyoplankton in Shanghai adjacent waters

表4 仔、稚魚(yú)種類組成及屬性類型Table 4 The metrics and species composition of fish larvae and juveniles

3討論

3.1 DNA條形碼在魚(yú)類浮游生物的應(yīng)用

魚(yú)卵和仔、稚魚(yú)的種類分布和數(shù)量變化是評(píng)估海域魚(yú)類產(chǎn)卵場(chǎng)最直接、有效的數(shù)據(jù)資料，同時(shí)也是作為水域評(píng)價(jià)污染狀況的指標(biāo)（張仁齋等，1985），準(zhǔn)確地鑒定魚(yú)類浮游生物是魚(yú)類浮游生物研究的基本前提。而魚(yú)類早期發(fā)育階段時(shí)間較短，其形態(tài)變化復(fù)雜，可用于鑒別的形態(tài)特征較少。中國(guó)已知海洋魚(yú)類已超過(guò)3000種，但是有資料可查的魚(yú)卵與仔、稚魚(yú)種類不超過(guò)300種（卞曉東等，2008）。從報(bào)道來(lái)看，魚(yú)卵和仔、稚魚(yú)的研究中，存在部分樣品鑒定到科級(jí)或未鑒定（朱鑫華等，2002；蔣玫等，2006；王金輝等，2007；劉淑德等，2009；閆欣等，2014；劉守海等，2015）。

表5 EBI評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)Table 5 Adapted EBI metric system

表6 各站位仔、稚魚(yú)EBI值Table 6 EBI values of fish larvae and juveniles at research area

DNA條形碼技術(shù)通過(guò)一段短的DNA序列作為標(biāo)記，建立條形碼和生物實(shí)體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系（Hebert et al.，2003a，2003b），從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物種的快速鑒定?；贐OLD等數(shù)據(jù)庫(kù)的魚(yú)類DNA條形碼信息不斷豐富，為開(kāi)展仔、稚魚(yú)鑒定工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)（Lakra et al.，2009；王中鐸等，2009；柳淑芳等，2010；程寶國(guó)等，2012；宋超等，2014；于亞男等，2014）。周美玉等（2015）將形態(tài)學(xué)特征分為2種類型魚(yú)卵和3種類型仔、稚魚(yú)的樣品，應(yīng)用DNA條形碼技術(shù)分析鑒定得到3個(gè)魚(yú)卵種類和4個(gè)仔、稚魚(yú)種類。劉守海等（2017）通過(guò)DNA條形碼技術(shù)鑒定調(diào)查所獲得的7目10科樣品，鑒定到種的比例高達(dá)94.7%。其中，鑒定出矛尾蝦虎魚(yú)（Chaeturichthys stigmatias）、睛尾蝌蚪蝦虎魚(yú)（Lophiogobius ocellicauda）、褐吻蝦虎魚(yú)（Rhinogobius brunneus）、斑尾刺蝦虎魚(yú)（Acanthogobius ommaturus）、斑點(diǎn)竿蝦虎魚(yú)（Luciogobius guttatus）等5個(gè)蝦虎魚(yú)科種類，青魚(yú)（Mylopharyngodon piceus）、鰱（Hypophthalmichthys molitrix）和鳊（Parabramis peknensis）等3個(gè)鯉科種類。以上結(jié)果說(shuō)明DNA條形碼可對(duì)形態(tài)學(xué)較難鑒定的科類或相似種類進(jìn)行有效的物種鑒定，從而提高魚(yú)類浮游生物鑒定的準(zhǔn)確性。

3.2上海周邊海域的健康狀況

一方面，上海因地理位置特殊，長(zhǎng)江和錢塘江攜帶了大量氨氮、磷酸鹽等入海，導(dǎo)致其周邊海域海水質(zhì)量較低。另一方面，徑流帶來(lái)豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為親魚(yú)的產(chǎn)卵提供餌料基礎(chǔ)，也為仔、稚魚(yú)的索餌提供條件；同時(shí)，河口區(qū)域適合的鹽度以及較高的渾濁度，制約著捕食者到此追捕仔、稚魚(yú)的能力，因此河口成為了魚(yú)類產(chǎn)卵、育幼的理想場(chǎng)所。

本研究中，由EBI值空間分布（表6和圖2）結(jié)果可知，調(diào)查區(qū)域各站點(diǎn)中健康狀況較好的為杭州灣北部水域的站位13和站位12，最差的為長(zhǎng)江口航道及錨地的站位1～4和站位6～8。浮游動(dòng)物調(diào)查也驗(yàn)證了上述結(jié)果，即上海周邊海域浮游動(dòng)物個(gè)體總數(shù)分布特征呈現(xiàn)出長(zhǎng)江口門內(nèi)低、杭州灣北部和舟山附近水域較高的特征（紀(jì)煥紅等，2006）。站位13和站位12位于杭州灣北部金山三島附近，該區(qū)域較豐富的餌料為仔、稚魚(yú)生長(zhǎng)提供了條件（劉建國(guó)等，2015）。站位 1～4和站位 6～8水域?yàn)殚L(zhǎng)江口航道及錨地，繁忙的長(zhǎng)江航道不利于對(duì)棲息環(huán)境變化敏感的仔、稚魚(yú)生存。河口生物完整性指數(shù)客觀地反映了魚(yú)類浮游生物群落對(duì)生境變化的響應(yīng)。

3.3河口生物完整性指數(shù)在河口健康評(píng)價(jià)的應(yīng)用前景

健康的河口生態(tài)系統(tǒng)是指在特定的自然邊界范圍內(nèi)，可維系其正常的結(jié)構(gòu)（現(xiàn)存物種類別、種群大小和組成）和功能（食物網(wǎng)物質(zhì)和能量流動(dòng)）的河口生態(tài)系統(tǒng)。由于海洋物理性質(zhì)特殊（流動(dòng)性、邊界和尺度的難確定性），對(duì)河口生態(tài)系統(tǒng)的研究變得十分困難，與其他生態(tài)系統(tǒng)相比，其結(jié)構(gòu)和功能更加復(fù)雜，穩(wěn)定性也較低（Vandermeulen，1998）。生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)主要有兩種方法，一是指示物種評(píng)價(jià)，二是結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)評(píng)價(jià)。指示物種評(píng)價(jià)主要依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵物種、特有物種等的數(shù)量、生產(chǎn)力及一些生理生態(tài)指標(biāo)描述生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況；而結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)評(píng)價(jià)主要是綜合生態(tài)系統(tǒng)的多項(xiàng)指標(biāo)，反映生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能（祁帆等，2007）。

在長(zhǎng)江口及其鄰近海域的生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)研究中，指示物種評(píng)價(jià)方法中有運(yùn)用棲息密度和生物 量 計(jì) 算 AMBI（BAMBI） 和 M-AMBI（M-BAMBI），對(duì)長(zhǎng)江口海域進(jìn)行底棲生態(tài)質(zhì)量評(píng)價(jià)，受干擾最嚴(yán)重的區(qū)域集中在杭州灣、舟山及長(zhǎng)江口門區(qū)附近海域（蔡文倩等，2013）。結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)評(píng)價(jià)方法中有河口生態(tài)系統(tǒng)健康模糊評(píng)價(jià)模型（周曉蔚等，2011）和長(zhǎng)江河口生態(tài)系統(tǒng)整合健康指數(shù)（葉屬峰等，2007）。前者借鑒壓力-狀態(tài)-響應(yīng)指標(biāo)結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)建了長(zhǎng)江口及毗鄰海域的由年徑流量波動(dòng)比、入海段面 CODMn、DO超標(biāo)率、底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)、浮游植物甲藻種類比例、類大腸菌群超標(biāo)率等22個(gè)敏感指標(biāo)組成的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立了基于最大熵的河口生態(tài)系統(tǒng)健康模糊評(píng)價(jià)模型。運(yùn)用該模型對(duì)長(zhǎng)江口生態(tài)系統(tǒng)健康的現(xiàn)狀為亞健康狀態(tài)（周曉蔚等，2011）。后者通過(guò)物理化學(xué)指標(biāo)、生態(tài)學(xué)指標(biāo)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)學(xué)指標(biāo)三大類30個(gè)指標(biāo)來(lái)建立長(zhǎng)江河口生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，評(píng)價(jià)認(rèn)為長(zhǎng)江河口生態(tài)系統(tǒng)總體上處于亞健康（葉屬峰等，2007）。以上評(píng)價(jià)結(jié)果認(rèn)為長(zhǎng)江口及其鄰近海域的生態(tài)系統(tǒng)健康處于亞健康。在本研究中，作為指示物種評(píng)價(jià)的河口生物完整性指數(shù)，通過(guò)EBI指數(shù)將上海周邊水域分為 3個(gè)不同區(qū)域：EBI值等級(jí)為一般的杭州灣北岸水域，EBI值等級(jí)為差的舟山附近海域，而長(zhǎng)江口海域（口內(nèi)和口外）EBI值等級(jí)為差-極差。本結(jié)果是對(duì)長(zhǎng)江口及其鄰近海域的亞健康海域內(nèi)生境的進(jìn)一步細(xì)分。

河口生物完整性指數(shù)強(qiáng)調(diào)從生態(tài)學(xué)角度反映河口生態(tài)系統(tǒng)健康與否，定量描述環(huán)境狀況特別是人為干擾與生物特性之間的關(guān)系。同步分析關(guān)鍵理化指標(biāo)評(píng)價(jià)水環(huán)境，可與河口生物完整性共同評(píng)價(jià)河口生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況。河口生物完整性指數(shù)選擇魚(yú)類浮游生物群落變化作為研究對(duì)象，通過(guò)分析魚(yú)類浮游生物群落變化與河口環(huán)境問(wèn)題之間的關(guān)系，評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，為從生態(tài)系統(tǒng)水平上評(píng)價(jià)河口生態(tài)健康提供了有效的生物監(jiān)測(cè)手段。

4結(jié)論

通過(guò)DNA條形碼的分析，本次調(diào)查獲得仔、稚魚(yú)樣品有18個(gè)種，鑒定到屬有1個(gè)屬。根據(jù)生態(tài)類型可分為淡水種、河口種和近海種（表3）。按棲息地劃分，底棲種8種，占42.1%；棲水層種11種，占57.9%。按耐污性劃分，低耐污種15種，占78.9%；高耐污種4種，占21.1%。按食性劃分，雜食性6種，肉食性12種，蟲(chóng)食性1種，分別占總體的31.6%，63.1%和5.3%。

通過(guò)河口生物完整性指數(shù)（EBI）評(píng)價(jià)上海周邊海域的健康狀況。所有站點(diǎn)EBI均值為27.6，變化范圍在0～41之間。杭州灣北岸EBI值等級(jí)為一般，舟山附近海域EBI值等級(jí)為差，而長(zhǎng)江口海域EBI值等級(jí)為差-極差。研究表明，EBI方法在海洋生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)過(guò)程中表現(xiàn)出良好的效果。