梁 淼，姜 倩，李德鵬，柳圭澤，陳兆林，崔 雷,2，于大濤

( 1.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，遼寧 大連 116023； 2.天津大學 建筑工程學院，天津 300072 )

由于底棲動物運動能力差、生命周期長、可快速響應(yīng)海洋環(huán)境污染壓力的特點[1]，常被用作監(jiān)測和評估海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量健康的指示生物[2]。底棲動物群落結(jié)構(gòu)的變化可以指示其棲息環(huán)境受擾動的狀況[3]，海洋生態(tài)系統(tǒng)健康與否也將直接影響其空間分布和群落結(jié)構(gòu)的變化[4]。近年來，對于近岸海域生態(tài)環(huán)境健康的評價方法較多，其中建立在大型底棲動物群落基礎(chǔ)上的生物指數(shù)法已經(jīng)成為其監(jiān)測和評價的重要方法之一[5]。豐度/生物量比較曲線[6]、建立在大型底棲動物生態(tài)分組基礎(chǔ)上的AZTI海洋生物指數(shù)(AMBI)和融入了多因子分析的AZTI海洋生物指數(shù)(M-AMBI)在近岸海域的生態(tài)狀況評價和底棲群落結(jié)構(gòu)健康評價中得到了廣泛的應(yīng)用[7-11]。

曹妃甸海域位于渤海灣東北部，屬于半封閉內(nèi)海，海水的交換能力較弱。近年來，隨著該區(qū)域內(nèi)的填海造陸、港口開發(fā)、工業(yè)區(qū)建設(shè)和礦產(chǎn)開采等一系列開發(fā)活動的進行，給海洋生態(tài)環(huán)境帶來了巨大壓力，生物資源和環(huán)境質(zhì)量也面臨著前所未有的考驗[12]。因此，如何科學、準確、有效地評價曹妃甸近岸海域生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要的生態(tài)意義。筆者利用2015年9月和2016年5月春、秋兩季的大型底棲動物現(xiàn)狀調(diào)查數(shù)據(jù)，闡述海域大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)特征和生物多樣性的時空分布，并利用豐度/生物量比較曲線法、AMBI指數(shù)法和M-AMBI指數(shù)法對研究海域大型底棲動物群落健康和生境質(zhì)量進行評價，以期為曹妃甸近岸海域生態(tài)系統(tǒng)健康評價及生態(tài)恢復(fù)提供有效的科學管理決策。

1 材料與方法

1.1 采樣點設(shè)置

本研究共布設(shè)5個斷面20個調(diào)查站位，于2015年9月和2016年5月對曹妃甸近岸海域進行大型底棲動物樣品的采集。根據(jù)曹妃甸海域特征及開發(fā)利用現(xiàn)狀，將調(diào)查區(qū)域分為3個區(qū)，分別為曹妃甸填海區(qū)東側(cè)(調(diào)查斷面5，共計4個站位)、西側(cè)(調(diào)查斷面1，共計4個站位)及填海區(qū)附近(調(diào)查斷面2、3、4，共計12個站位)(圖1)。

圖1 曹妃甸近岸海域大型底棲動物采樣站位示意

1.2 樣品的采集和處理

大型底棲動物的采集和處理按照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763.6—2007)[13]進行。泥樣采用0.05 m2曙光振動式采泥器采集，每站取樣5次，取樣面積為0.2 m2，取樣深度為10～20 cm。將采集到的沉積物樣倒入網(wǎng)目為0.5 mm孔徑的網(wǎng)篩中，用水沖洗掉底泥。揀出所有樣品，裝入樣品瓶內(nèi)，放入標簽，用5%福爾馬林固定液固定，樣品帶回實驗室分析(包括種類鑒定、稱量及計算等)。底棲動物種類鑒定依據(jù)《中國近海多毛類環(huán)節(jié)動物》[14]和中國動物志系列叢書等資料進行。物種鑒定及名錄登記均通過《中國海洋生物名錄》[15]進行校對和復(fù)核。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 群落特征分析

大型底棲動物群落特征分析主要通過優(yōu)勢度指數(shù)(Y)[16]、Shannon-Weaner多樣性指數(shù)(H′)[17]、Pielou均勻度指數(shù)(J)[18]及相對重要性指數(shù)(IRI)[19]進行分析，其公式如下：

IRI=(M+N)×F×104

式中，n為該海域出現(xiàn)所有大型底棲動物種類的總個體數(shù)，ni為第i種大型底棲動物的個體數(shù)，fi為第i種大型底棲動物在各站位出現(xiàn)的頻率。當Y>0.02時，即為該海域底棲動物優(yōu)勢種[16]；Pi為第i種的個體數(shù)(ni)與樣品中總個體數(shù)(N)的比值(ni/N)，log2S為多樣性指數(shù)的最大值，S為樣品中的物種總數(shù)；M為某一種類的生物量占總生物量的百分比，N為某一種類的豐度占總豐度的百分比，F(xiàn)為該種類的出現(xiàn)頻率。

1.3.2 群落結(jié)構(gòu)分析

利用PRIMER 6.0軟件進行大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)分析，對大型底棲動物的物種豐度進行l(wèi)og(x+1)轉(zhuǎn)換后，計算站位間的Bray-Curtis相似性系數(shù)，構(gòu)建相似性矩陣，并采用等級聚類方法和非度量多維尺度分析大型底棲動物群落的空間分布，通過雙因素相似性分析方法分析不同聚類組間的差異性，并通過相似性百分比分析不同物種對各群落組內(nèi)相似性和組間差異性的平均貢獻率[20]。

1.3.3 底棲生境質(zhì)量評價

底棲生境質(zhì)量評價方法采用豐度/生物量比較曲線法、AMBI指數(shù)法和M-AMBI指數(shù)法。

豐度/生物量比較曲線法監(jiān)測環(huán)境污染對底棲動物群落結(jié)構(gòu)的擾動[6]，是將生物量和豐度的k-優(yōu)勢度曲線繪入一張圖中，當生物量的k-優(yōu)勢度曲線始終位于豐度k-優(yōu)勢度曲線之上，則群落未受擾動，優(yōu)勢種類執(zhí)行k-選擇繁殖策略；當豐度和生物量曲線接近重合或者出現(xiàn)部分交叉，則群落受到中等程度的污染擾動；當豐度k-優(yōu)勢度曲線位于生物量k-優(yōu)勢度曲線之上，則群落受到嚴重污染擾動，優(yōu)勢種類執(zhí)行r-選擇繁殖策略[6]。

AMBI指數(shù)和M-AMBI指數(shù)應(yīng)用AMBI 5.0軟件進行計算。首先，對所有底棲動物的命名根據(jù)《中國海洋生物名錄》[15]進行核實，然后根據(jù)2017年6月的生物分組表進行底棲動物生態(tài)分組(http：∥ambi.azti.es)，其中，EGⅠ為對擾動敏感的物種，EGⅡ為對擾動不敏感的物種，EGⅢ為對擾動有耐受力的物種，EGⅣ為第二級機會種，EGⅤ為第一級機會種。本次春、秋兩季調(diào)查的物種矮指蠶(Pedinosomacurtum)和吻蟄蟲(Genusartacama)未分組(它們不屬于AMBI物種目錄中的任何一種)。秋季，未分組的矮指蠶出現(xiàn)在4-4站位、吻蟄蟲出現(xiàn)在1-3和5-4站位；春季，未分組的矮指蠶出現(xiàn)在2-4和5-3站位，并且它們在各站位中所占的比例均低于10%，不影響M-AMBI指數(shù)的計算結(jié)果。

M-AMBI是建立在AMBI指數(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合底棲群落AMBI指數(shù)、Shannon-Weaner多樣性指數(shù)和物種種數(shù)3項指標評分得出的多變量生物指數(shù)[2]。本研究數(shù)據(jù)處理中的參數(shù)設(shè)置按照歐盟對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的定義，“差”生態(tài)質(zhì)量的參照狀態(tài)值選自于無生命沉積物下的群落結(jié)構(gòu)參數(shù)和AMBI值[21]，因此，多樣性指數(shù)、物種數(shù)參照值取0，AMBI的參照值取6；“好”生物質(zhì)量的參照狀態(tài)值選取2006—2016年近10年研究區(qū)底棲動物物種數(shù)和Shannon-Weaner多樣性指數(shù)的最高值以及AMBI指數(shù)的最低值，即春季物種數(shù)為13、多樣性指數(shù)值為3.44；秋季物種種數(shù)為13、多樣性指數(shù)值為3.40，AMBI指數(shù)均為0。AMBI和M-AMBI指數(shù)分級、擾動等級以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況等級標準見表1[10]。

表1 AMBI和M-AMBI指數(shù)分級、擾動等級以及生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況分級標準

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

利用SPSS 13.0軟件在對變量進行方差齊性檢驗(Levene檢驗)后，再對春、秋兩季的底棲動物群落參數(shù)(種類數(shù)、豐度、生物量、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、AMBI指數(shù)和M-AMBI指數(shù))進行獨立樣本t檢驗；圖件繪制使用ArcGis 10.2制作完成。

2 結(jié) 果

2.1 大型底棲動物群落特征分析

2.1.1 物種組成

2015年9月秋季，曹妃甸近岸海域共發(fā)現(xiàn)大型底棲動物5門50種。其中環(huán)節(jié)動物28種，占56.00%；軟體動物4種，占8.00%；節(jié)肢動物16種，占32.00%；棘皮動物1種，占2.00%；紐形動物1種，占2.00%。2016年5月春季，調(diào)查海域共發(fā)現(xiàn)大型底棲動物6門62種。其中環(huán)節(jié)動物34種，占54.84%；軟體動物6種，占9.68%；節(jié)肢動物17種，占27.42%；棘皮動物3種，占4.84%；紐形動物、腔腸動物各1種，占1.61%。春、秋兩季調(diào)查海域種類分布主要為個體較小的環(huán)節(jié)動物、節(jié)肢動物，且物種種類數(shù)差異不顯著(t=0.718，P=0.477>0.05)。

2.1.2 優(yōu)勢種分布特征

2015年9月秋季，曹妃甸近岸海域大型底棲動物優(yōu)勢種有4種，其中日本大螯蜚(Grandidierellajaponica)的優(yōu)勢度(0.090)和平均豐度(70.00 個/m2)最高，相對重要性指數(shù)較高(909.31)，但其平均生物量最低，為0.03 g/m2，出現(xiàn)頻率較低，為45.00%，生態(tài)分組屬于EGⅢ對擾動有耐受力的物種；日本刺沙蠶(Neanthesjaponica)的優(yōu)勢度略低于日本大螯蜚，為0.075，但其相對重要性指數(shù)、平均生物量及出現(xiàn)頻率均最高，分別為1414.91、1.41 g/m2、60.00%，其生態(tài)分組也為EGⅢ，為對擾動有耐受力的物種。2016年5月春季，僅出現(xiàn)一種優(yōu)勢種，為囊葉齒吻沙蠶(Nephtyscaeca)，優(yōu)勢度為0.026，相對重要性指數(shù)為291.68，均低于秋季囊葉齒吻沙蠶的優(yōu)勢度(0.047)和相對重要性指數(shù)(574.37)。

表2 曹妃甸近岸海域大型底棲動物優(yōu)勢種統(tǒng)計情況

2.1.3 豐度及生物量特征

曹妃甸近岸海域2015年9月和2016年5月大型底棲動物平均豐度分別為(350.50±396.50)個/m2和(317.50±190.80)個/m2，且平均豐度在春、秋兩季無顯著差異(t=0.327，P=0.746>0.05)。其中，2015年9月秋季，從豐度占比來看，貢獻率最高的為節(jié)肢動物，其總豐度為3680.00個/m2，占比52.50%，其次為環(huán)節(jié)動物2970.00個/m2，占比35.84%，棘皮動物260.00個/m2(3.71%)，軟體動物80.00個/m2(1.14%)和紐形動物20.00個/m2(0.25%)(表3)；從空間分布來看，大型底棲動物豐度最大值出現(xiàn)在4-1站位(1990個/m2)，最低值出現(xiàn)在1-1站位(30.00個/m2)，底棲動物豐度高值區(qū)主要集中在曹妃甸填海區(qū)東側(cè)龍島附近海域，低值區(qū)主要在曹妃甸填海區(qū)西側(cè)調(diào)查斷面1區(qū)(圖2)。2016年5月春季，從豐度占比來看，貢獻率最高的為環(huán)節(jié)動物，其總豐度為3160.00個/m2，占比50.00%，其次為節(jié)肢動物2590.00個/m2，占比40.90%，軟體動物430.00個/m2(6.81%)，棘皮動物100.00個/m2(1.58%)，紐形動物30.00個/m2(0.47%)和腔腸動物10.00個/m2(0.24%)(表4)；從空間分布來看，大型底棲動物豐度最大值出現(xiàn)在4-3站位(870.00個/m2)，最低值出現(xiàn)在1-1站位(60.00個/m2)，底棲動物豐度高值區(qū)主要集中在龍島南側(cè)海域，低值區(qū)分布與秋季一致，也為曹妃甸填海區(qū)西側(cè)調(diào)查斷面1區(qū)(圖2)。秋季的最高值出現(xiàn)在4-1站位，而到春季4-1站位的豐度值顯著降低，僅為70.00個/m2。

曹妃甸近岸海域2015年9月和2016年5月大型底棲動物平均生物量分別為(12.70±21.70) g/m2和(16.20±23.30) g/m2，且平均生物量在春、秋兩季無顯著差異(t=-0.470，P=0.641>0.05)。其中，2015年9月秋季，從生物量占比來看，貢獻率最高的為節(jié)肢動物，其總生物量為88.30 g/m2，占比34.65%，其次為軟體動物84.40 g/m2，占比33.12%，環(huán)節(jié)動物70.30 g/m2(27.59%)，棘皮動物9.40 g/m2(3.69%)和紐形動物2.40 g/m2(0.95%)(表3)；從空間分布來看，大型底棲動物生物量最大值出現(xiàn)在1-1站位(79.50 g/m2)，最低值出現(xiàn)在3-1站位(1.00 g/m2)，底棲動物生物量空間分布與其豐度分布呈相反趨勢，即生物量高值區(qū)主要集中在曹妃甸填海區(qū)西側(cè)調(diào)查斷面1區(qū)，低值區(qū)主要在曹妃甸填海區(qū)東側(cè)龍島附近海域(圖2)。2016年5月春季，從生物量占比來看，貢獻率最高的為軟體動物，其總生物量為136.60 g/m2，占比42.25%，其次為環(huán)節(jié)動物80.20 g/m2，占比24.81%，節(jié)肢動物75.50 g/m2(23.35%)，棘皮動物15.90 g/m2(4.92%)，腔腸動物13.30 個/m2(4.11%)和紐形動物1.80 個/m2(0.56%)(表4)；從空間分布來看，大型底棲動物生物量最大值出現(xiàn)在2-2站位(103.90 g/m2)，最低值出現(xiàn)在1-3站位(1.20 g/m2)，底棲動物生物量空間分布也與其豐度分布成相反趨勢(圖2)。

2.1.4 生物多樣性特征

曹妃甸調(diào)查海域2015年9月秋季的大型底棲動物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)均高于2016年5月春季，但其差異不顯著(P>0.05)。其中，秋季，調(diào)查區(qū)內(nèi)多樣性指數(shù)平均值為2.44±0.54，最低值出現(xiàn)在1-1站位(0.92)，最高值出現(xiàn)在2-2站位(3.25)；均勻度指數(shù)平均值為0.87±0.06，最低值出現(xiàn)在4-1號站(0.72)，最高值在1-2號站(0.97)。春季，調(diào)查區(qū)內(nèi)多樣性指數(shù)平均值為2.24±0.14，最低值出現(xiàn)在1-3站位(0.42)，最高值出現(xiàn)在2-4站位(3.44)；均勻度指數(shù)平均值為0.84±0.14，最小值出現(xiàn)在1-3號站(0.41)，最高值在5-2號站(0.98)(圖3，表5)。

表3 曹妃甸近岸海域2015年9月大型底棲動物各類群的棲息豐度與生物量

表4 曹妃甸近岸海域2016年5月大型底棲動物各類群的棲息豐度與生物量

圖2 曹妃甸近岸海域大型底棲動物豐度和生物量的空間變化

圖3 曹妃甸近岸海域大型底棲動物多樣性指數(shù)空間分布特征

表5 曹妃甸近岸海域大型底棲動物多樣性指數(shù)動態(tài)變化

2.2 大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)分析

大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)聚類分析和非度量多維尺度分析結(jié)果一致(圖4)。雙因素相似性分析表明，兩次調(diào)查的不同聚類組間均存在顯著差異(2015年，R=0.612，P<0.01；2016年，R=0.495，P<0.01)。

以20%的相似性，2015年秋季研究區(qū)域的大型底棲動物群落可以分為4組，其中1-3站位為單獨一組，其他3組分別為：

組Ⅰ：由調(diào)查站位3-1、4-3、4-1、5-4、4-2、4-4、3-2、2-2、2-3、3-3、3-4、1-4、2-1共計13個站位組成，組內(nèi)平均相似性29.14%，主要貢獻種為囊葉齒吻沙蠶32.85%和日本刺沙蠶26.89%。

組Ⅱ：由調(diào)查站位5-2、5-3、1-2、5-1共計4個站位組成，組內(nèi)平均相似性50.02%，主要貢獻種為日本大螯蜚、馬氏刺蛇尾(Stegophiurasladeni)、中華蜾贏蜚(Corophiumsinensis)、智利巢沙蠶(Diopatrachiliensis)、日本尾突水虱(Cymodocejaponica)，貢獻率依次為31.76%、24.46%、14.21%、10.16%、9.66%。

組Ⅲ：由調(diào)查站位1-1和2-4組成，組內(nèi)平均相似性為23.15%，主要貢獻種為日本大螯蜚，貢獻率為100%。

以10%的相似性，2016年春季研究區(qū)域的大型底棲動物群落可以分為7組，其中2-2站位和3-1站位單獨分組，其他5組分別為：

組Ⅰ：由調(diào)查站位5-1、5-2、5-4、2-3組成，組內(nèi)平均相似性25.42%，主要貢獻種依次為彩虹明櫻蛤(Moerellairidescens)(49.62%)、深溝毛蟲(Sigambrabassi)(10.47%)、灘擬猛鉤蝦(Harpiniopsisvadiculus)(9.81%)、蛇雜毛蟲(Poecilochaetusserpens)(9.79%)、日本大螯蜚(8.20%)和不倒翁蟲(Sternaspisscutata)(6.78%)。

組Ⅱ：由調(diào)查站位1-1和4-1組成，組內(nèi)平均相似性21.83%，主要貢獻種為智利巢沙蠶，貢獻率為100%。

組Ⅲ：由調(diào)查站位3-2和3-3組成，組內(nèi)平均相似性為38.91%，主要貢獻種為海漣蟲(Cumaceasp.)和海螢(Cypridinasp.)，貢獻率為52.09%、47.91%。

組Ⅳ：由調(diào)查站位2-1、1-2組成，組內(nèi)平均相似性為46.12%，主要貢獻種為日本大螯蜚和馬氏刺蛇尾，貢獻率分別為62.53%、37.47%。

組Ⅴ：由調(diào)查站位4-2、4-4、1-3、1-4、5-3、4-3、2-4、3-4共計8個站位組成，組內(nèi)平均相似性24.50%，主要貢獻種為囊葉齒吻沙蠶和小頭蟲(Capitellacapitata)，貢獻率分別為46.87%、56.93%。

2.3 底棲生境質(zhì)量評價

2.3.1 豐度/生物量比較曲線法評價

2015年9月秋季和2016年5月春季對調(diào)查海域各站位的大型底棲動物生物量和豐度數(shù)據(jù)做豐度/生物量比較曲線并得到W統(tǒng)計值(圖5)。2015年9月秋季，3-1(-0.13)、5-3(-0.04)和5-4(-0.007)站位W值小于0，其中3-1站位W值最小，且該站位的豐度/生物量比較曲線線中豐度遠在生物量曲線之上，表明該站位底質(zhì)環(huán)境受到劇烈擾動(圖6)。2016年5月春季，1-3(-0.67)、4-2(-0.11)和4-1(-0.03)站位W值小于0，其中1-3站位W值最低，主要因為該站位僅出現(xiàn)兩個物種，分別為囊葉齒吻沙蠶和紐蟲(Cavernulariasp.)，且囊葉齒吻沙蠶豐度高于紐蟲豐度，但其生物量低于紐蟲生物量，因此導(dǎo)致該站位豐度曲線在生物量曲線之上；另外，4-2站位的豐度曲線也在生物量曲線之上，說明1-3和4-2這兩個站位底質(zhì)環(huán)境均受到劇烈擾動(圖6)。

分別匯總2015年秋季和2016年春季20個站位生物量和豐度數(shù)據(jù)得出的調(diào)查海域豐度/生物量比較曲線(圖7)。由圖7可知，2015年秋季，大型底棲動物豐度曲線位于生物量曲線之上，表明底棲群落受到嚴重污染擾動，而到2016年春季，底棲動物群落生物量優(yōu)勢顯著上升，群落受擾動狀況改善，達到未受污染擾動狀態(tài)。

2.3.2 ABMI和M-ABMI指數(shù)評價

2015年9月秋季，曹妃甸近岸海域AMBI值為0.42～2.44(表6)，最低值出現(xiàn)在4-3站位，該站位主要由對擾動敏感的物種組成(EGⅠ占比77.8%)，最高值出現(xiàn)在4-1和4-2站位，第二級機會種(EGⅣ占比分別為62.8%和75.05%)為該站次的主要優(yōu)勢種。AMBI評價結(jié)果顯示，1-3和4-2站位為底棲群落結(jié)構(gòu)無擾動狀態(tài)，其余站位為輕微擾動狀態(tài)。M-AMBI值介于為0.39～0.89，最低值出現(xiàn)在1-1站位，該站位的種類數(shù)和多樣性指數(shù)最低，最高值出現(xiàn)在3-3站位，該站位的種類數(shù)和多樣性指數(shù)最高。M-AMBI生態(tài)環(huán)境狀況評價結(jié)果顯示，1-1和3-1站位，底棲生態(tài)環(huán)境已經(jīng)開始退化，處于中等級別；2-2、2-3、3-3站位底棲群落處于正常狀態(tài)，底棲生態(tài)環(huán)境未退化，處于優(yōu)狀態(tài)；其余站位底棲群落處于輕微失衡狀態(tài)，底棲生態(tài)環(huán)境未退化，但處于良好狀態(tài)。由空間分布上來看(圖8)，曹妃甸填海區(qū)東側(cè)龍島附近海域AMBI值較高，但其仍屬于輕微擾動界定范圍內(nèi)；其余調(diào)查站位AMBI值相對較低。M-AMBI值呈斑塊狀鑲嵌分布，這與曹妃甸海域獨特的地理環(huán)境有關(guān)。

圖4 曹妃甸近岸海域大型底棲動物站位聚類分析和多維尺度排序分析示意

圖5 曹妃甸近岸海域各站位W值

圖6 2015年9月調(diào)查海域3-1站位和2016年5月4-2站位豐度/生物量比較曲線

圖7 曹妃甸近岸海域大型底棲動物群落2015年和2016年豐度/生物量比較曲線

2016年5月春季，曹妃甸近岸海域AMBI值為0.66～3.00(表6)，最低值出現(xiàn)在3-3站位，該站位主要由為對擾動敏感的物種(EGⅠ占比55.80%)，最高值出現(xiàn)在1-1和4-1站位，此兩個站位主要由對擾動不敏感的物種(EGⅡ分別占比50.00%、41.70%)和第二級機會種(EGⅣ分別占比50.00%、41.70%)組成。AMBI評價結(jié)果顯示，3-3和5-2站位為無擾動狀態(tài)，其余站位為輕微擾動狀態(tài)。M-AMBI值為0.37～0.84，最低值出現(xiàn)在1-3站位，該站位的種類數(shù)和多樣性指數(shù)最低，最高值出現(xiàn)在4-3站位，該站位的種類數(shù)和多樣性指數(shù)最高。M-AMBI生態(tài)環(huán)境狀況評價結(jié)果顯示，1-3站位底棲生境質(zhì)量退化較嚴重，處于差的等級，其主要原因為此站位的物種數(shù)量僅為兩種，而且生態(tài)等級為EGⅡ的囊葉齒吻沙蠶的豐度占該站位總豐度的91.70%，過低的物種數(shù)和EGⅡ較高的豐度比例是導(dǎo)致1-3站位M-AMBI指數(shù)低、生境質(zhì)量等級差的原因；1-1、2-1、4-1、4-2站位底棲生態(tài)環(huán)境已經(jīng)開始退化，處于中等級別；2-4、4-3、5-1站位底棲底棲生態(tài)環(huán)境未退化，處于優(yōu)狀態(tài)；其余站位底棲生態(tài)環(huán)境未退化，處于良好狀態(tài)。由空間分布上來看(圖8)，曹妃甸填海區(qū)東側(cè)龍島附近海域AMBI值有所降低，擾動減輕，在曹妃甸填海區(qū)東側(cè)港池附近AMBI值升高，擾動有所增強，但均屬于輕微擾動范圍內(nèi)；M-AMBI值也呈斑塊狀鑲嵌分布。

圖8 曹妃甸近岸海域2015年和2016年航次調(diào)查各樣點AMBI值和M-AMBI值空間分布

表6 曹妃甸近岸海域AMBI、M-AMBI指數(shù)值及生境質(zhì)量狀況

續(xù)表

另外，對比2015年9月和2016年5月的評價結(jié)果可知，AMBI指數(shù)和M-AMBI指數(shù)差異不顯著(AMBI： t=-1.504，P=0.141>0.05；M-AMBI：t=1.423，P=0.163>0.05)。

3 討 論

3.1 曹妃甸近岸海域大型底棲動物群落組成和優(yōu)勢種分析

根據(jù)本研究結(jié)果，2015年秋季曹妃甸近岸海域共發(fā)現(xiàn)大型底棲動物5門50種，到2016年春季，物種數(shù)有所上升，為62種，兩次調(diào)查主要由個體較小的多毛類物種組成。李曉靜等[11]對曹妃甸近岸海域2013年和2014年大型底棲動物的調(diào)查結(jié)果顯示，其物種數(shù)分別為128種和143種。與之相比，本次調(diào)查的物種數(shù)明顯下降。一方面可能是由于渤海近年來受到污染日趨嚴重，水交換能力減弱，渤海底棲生態(tài)系統(tǒng)衰退嚴重[22-23]。歷史上，渤海灣的大型底棲動物種類非常多，如1983年調(diào)查的物種數(shù)為122種[24]。進入21世紀以來，渤海灣大型底棲動物發(fā)生較大的變化，物種數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢[25-26]。渤海灣作為我國重要的海洋經(jīng)濟區(qū)之一，各種生產(chǎn)活動產(chǎn)生的廢水較多；加之渤海灣是一個封閉的海灣，水體交換能力弱，加劇了水質(zhì)下降趨勢，造成許多底棲動物無法生存，表現(xiàn)為種類降低[27]。與臨近海灣相比，渤海灣的大型底棲動物種類僅高于遼東灣(46種)[28]，低于膠洲灣(59種)[29]，更低于萊洲灣(214種)[30]。這表明，渤海灣環(huán)境壓力依然嚴峻。另一方面，隨著曹妃甸工業(yè)區(qū)填海造地的完成，一些工業(yè)及碼頭工程陸續(xù)進入運營狀態(tài)，海上運輸及溢油的頻發(fā)給該海域造成了巨大的生態(tài)壓力，其水環(huán)境質(zhì)量和沉積環(huán)境質(zhì)量的變化都可能直接或潛在地影響大型底棲動物群落組成的空間分布格局[31]，進而造成物種數(shù)明顯下降。渤海由于其海底地形、海流和水團結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，導(dǎo)致其海洋生物棲息環(huán)境復(fù)雜多樣[9]。然而，生物群落中優(yōu)勢種的優(yōu)勢度與群落穩(wěn)定性密切相關(guān)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的生物群落中優(yōu)勢種的優(yōu)勢度并不顯著，脆弱的生物群落中優(yōu)勢種的優(yōu)勢度會比較高[32]。2015年和2016年調(diào)查結(jié)果顯示，曹妃甸近岸海域主要以節(jié)肢動物和環(huán)節(jié)動物為主，其分別占比為52.50%和50.00%，日本大螯蜚和囊葉齒吻沙蠶分別為兩次調(diào)查的主要優(yōu)勢種，其優(yōu)勢度分別為0.090和0.026，由此推測，該海域的大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)相對脆弱。另外，從調(diào)查種類多為節(jié)肢動物、環(huán)節(jié)動物等個體較小的種類，同時結(jié)合多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)的分布來看，曹妃甸附近海域多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)較低，說明曹妃甸近岸的底棲生物出現(xiàn)小型化和低質(zhì)化現(xiàn)象，進一步證實了本次調(diào)查區(qū)域底棲生態(tài)群落結(jié)構(gòu)相對比較脆弱。本研究結(jié)果與李曉靜等[11]研究結(jié)果一致，曹妃甸海域底棲物種小型化依然明顯[11]。

3.2 曹妃甸近岸海域大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)

根據(jù)大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)聚類分析和非度量多維尺度分析結(jié)果表明，調(diào)查海域大型底棲動物群落的相似性較低，其中，2015年可將不同調(diào)查站位的大型底棲動物群落在20%的相似性水平上劃分為4個不同的聚類組，并且非度量多維尺度排序結(jié)果的壓力系數(shù)高達0.18。2016年可將不同調(diào)查站位的大型底棲動物群落在10%的相似性水平上劃分為7個不同的聚類組，并且非度量多維尺度排序結(jié)果的壓力系數(shù)高達0.12。造成各調(diào)查站位大型底棲動物群落低相似性的原因可能與底棲動物分布海域的底質(zhì)沉積環(huán)境有關(guān)[31]。渤海海域底質(zhì)條件多變、海流復(fù)雜及溫鹽的變化和差異等不穩(wěn)定[9]，這些特點導(dǎo)致其群落結(jié)構(gòu)空間異質(zhì)性較高，相似性較低。在其他海域也出現(xiàn)類似現(xiàn)象，張蒙生等[34]對山東半島南部近海的大型底棲動物的群落特征進行了分析，在23%相似性水平上，調(diào)查區(qū)域大型底棲動物群落呈明顯地域性分布，且沉積物類型是影響調(diào)查區(qū)域群落分布的主要因素。另外，嚴重的陸源污染輸入、高強度的漁業(yè)捕撈壓力[35]等人為擾動也可能會改變底棲生境的多樣性和底棲生物的群落結(jié)構(gòu)，底質(zhì)環(huán)境受到強烈的擾動，在一定程度上限制了大型底棲動物的生存與發(fā)展[36]，進而導(dǎo)致底棲動物群落結(jié)構(gòu)異質(zhì)性增強。類似的情況在長江口海域和渤海灣均有發(fā)生[37-38]。

3.3 不同評價方法對底棲生境質(zhì)量評價合理性分析

豐度/生物量比較曲線、AMBI指數(shù)及M-AMBI 指數(shù)法均能在一定程度上反映底棲動物受擾動狀態(tài)，近年來，已被用于港灣、近岸海域以及河口區(qū)的底棲生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價[1,9,33,39]。豐度/生物量比較曲線能較客觀地反映出海洋環(huán)境污染對底棲動物群落結(jié)構(gòu)的影響[39]，是一種根據(jù)物種棲息豐度和生物量計算其對環(huán)境中各類參數(shù)響應(yīng)的方法[40]。AMBI指數(shù)及M-AMBI指數(shù)法是歐盟水框架指令評價方法組成之一，它們被廣泛應(yīng)用于河口和海岸帶水域的水環(huán)境質(zhì)量檢測和生態(tài)研究中[41-42]。這些生物指數(shù)的應(yīng)用，提升了人們對海洋底棲無脊椎動物群落的生態(tài)功能認知，使得底棲生物群落水平上的環(huán)境指示作用更加迅捷和有效[39]。

由于海洋生態(tài)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性以及人為環(huán)境壓力的影響，不同的評價指數(shù)在同一區(qū)域通常給出不同的評價結(jié)果[8]。在本研究中，不同生物指數(shù)的評價結(jié)果往往存在一定的差異。豐度/生物量比較曲線研究結(jié)果顯示，2015年秋季底棲群落受到嚴重污染擾動，而到2016年春季，底棲動物群落生物量優(yōu)勢顯著上升，群落受擾動狀況改善，達到未受污染擾動狀態(tài)。這可能由于2015年底，整個曹妃甸工業(yè)區(qū)填海工程已經(jīng)基本實施完畢，隨著圍填海面積不斷擴大，曹妃甸海岸帶自然屬性被改造程度日益加深，由此帶來海岸線增長，潮間帶寬度減少、近岸沖淤環(huán)境改變、洪水、生物多樣性損失等一系列嚴重后果，原始棲息地大面積喪失，進而導(dǎo)致2015年調(diào)查海域底棲群落受到嚴重污染擾動，隨著填海工程的結(jié)束，底棲生物群落結(jié)構(gòu)逐漸恢復(fù)，物種種類數(shù)量及生物量較2015年調(diào)查有所上升，群落擾動消失并呈現(xiàn)恢復(fù)狀態(tài)。

AMBI評價結(jié)果顯示，2015年和2016年90%站位的底棲環(huán)境屬于輕微擾動狀況，10%的站位屬于無擾動狀況。M-AMBI指數(shù)評價結(jié)果顯示，2015年，90%的站位底棲生境質(zhì)量達到優(yōu)良狀態(tài)，10%的調(diào)查站位達到中等狀態(tài)。而到2016年，生境質(zhì)量為優(yōu)良狀態(tài)的站位比列有所下降，為75%；處于中等環(huán)境質(zhì)量的調(diào)查站位比例有所增多，達到20%，其中2015年秋季2-1、4-1和4-2站位生境質(zhì)量為良好，而到2016年春季其生境質(zhì)量下降，達到中等水平；另外1-3站位由2015年秋季良好狀態(tài)之間下降到較差水平。

AMBI、M-AMBI指數(shù)評價結(jié)果與豐度/生物量比較曲線的評價結(jié)果不一致，分析原因：首先，豐度/生物量比較曲線法是一種作圖方法，不同于有精確數(shù)值的指數(shù)方法，同時該方法僅將污染分為3種程度，即嚴重污染、中度污染和無污染，因而與生物指數(shù)的評價無法一致；其次，AMBI指數(shù)是嚴格基于底棲生物敏感度分類的指數(shù)[42]，M-AMBI為綜合了AMBI、生物多樣性和物種豐度的復(fù)合指數(shù)，并通過因子分析和判別分析計算指數(shù)值[21]，被認為更能夠反映人為環(huán)境壓力[43]。由此可知，AMBI指數(shù)評價結(jié)果僅是基于大型底棲動物自身對周邊環(huán)境變化的敏感程度，沒有考慮到周邊的其他環(huán)境因素的變化，其評價結(jié)果有些狹窄。而M-AMBI評價結(jié)果綜合多種因素，包括底棲動物自身的敏感程度、周邊生態(tài)環(huán)境變化情況及人類對環(huán)境造成的壓力情況等等，因此其結(jié)果更能真實反映該區(qū)域的底棲生境質(zhì)量狀況。AMBI和復(fù)合指數(shù)M-AMBI已經(jīng)被應(yīng)用于不同的水體類型(近岸海域、河口以及湖泊)，大部分的應(yīng)用結(jié)果都表明，M-AMBI指標比單因子指數(shù)AMBI更能夠反映環(huán)境的實際情況[44]，這與本研究的結(jié)論一致。