丁敬坤 張雯雯 李 陽 薛素燕 李加琦 蔣增杰 方建光 毛玉澤

膠州灣底棲生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)——基于大型底棲動物生態(tài)學(xué)特征*

丁敬坤1,2,3張雯雯1,2,3李 陽1,2薛素燕1,2李加琦1,2蔣增杰1方建光1毛玉澤1,2①

(1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東省漁業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266071；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266237；3. 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院 上海 201306)

膠州灣；大型底棲動物；海洋生態(tài)系統(tǒng)健康；生物多樣性；M-AMBI指數(shù)

海洋生態(tài)系統(tǒng)健康(MEH)是指海洋生態(tài)系統(tǒng)的綜合特征用以描述海洋的狀態(tài)或狀況。Epstein等(1994)對海洋生態(tài)系統(tǒng)健康的定義是為了保持海洋的健康和可持續(xù)發(fā)展，海洋生態(tài)系統(tǒng)必須維持其一定的代謝活動水平、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組織，并且必須能夠抵抗各種時(shí)空尺度上的壓力(Wells, 2003)?；诘讞锶郝涞纳镏笖?shù)已經(jīng)成為生態(tài)系統(tǒng)健康評估和相關(guān)決策的有效工具(Pinto, 2009)，包括傳統(tǒng)的生物指標(biāo)，如物種豐度，多樣性指數(shù)(Shannon, 1949)和優(yōu)勢度，以及新開發(fā)的生物指數(shù)，如海洋生物指數(shù)(BI)(Grall, 1997)、AZTI海洋生物指數(shù)(AMBI) (Borja, 2000)、多變量AMBI (M-AMBI) (Muxika, 2007)和底棲質(zhì)量指數(shù)(BQI) (Rosenberg, 2004)，特別是Shannon-Wienerindex (￠)，AMBI和M-AMBI指數(shù)已廣泛應(yīng)用于河口和沿海水域。

膠州灣位于我國黃海中部，是一個自然條件相對獨(dú)立的半封閉型海灣，生態(tài)系統(tǒng)受人類活動和自然變化的雙重影響，是我國北方重要的灘涂貝類養(yǎng)殖海域(過鋒等, 2012)。貝類養(yǎng)殖面積占水產(chǎn)養(yǎng)殖總面積的71.6%，菲律賓蛤仔()是主要養(yǎng)殖種類，養(yǎng)殖面積占貝類養(yǎng)殖面積的93.2%(范穎等, 2016)。王洪法等(2011)自1998年起對膠州灣大型底棲動物進(jìn)行了連續(xù)觀察和研究，并對膠州灣常見的底棲類群進(jìn)行了分析與研究。麻驁等(2014)對膠州灣養(yǎng)殖水域和自然水域的底棲狀況研究發(fā)現(xiàn)，菲律賓蛤仔養(yǎng)殖活動壓力已造成養(yǎng)殖區(qū)域及其鄰近自然海域的大型底棲群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。崔正國等(2014)對膠州灣底播菲律賓蛤仔的質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評價(jià)，而基于大型底棲動物進(jìn)行海洋健康狀況評估的研究相對較少。本研究根據(jù)2017年夏季的調(diào)查資料，對山東省膠州灣海域大型底棲動物的種類、豐度、生物量、物種多樣性和群落結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析，探討了膠州灣大型底棲動物的生態(tài)學(xué)特征，分析了人工養(yǎng)殖對大型底棲動物的影響，并綜合評價(jià)了調(diào)查海域的生態(tài)狀況，為該海域的生態(tài)系統(tǒng)研究提供基礎(chǔ)資料。

1 調(diào)查海域與分析方法

1.1 站位設(shè)置

2017年7月調(diào)查了膠州灣海域大型底棲生物分布規(guī)律，共設(shè)置20個站位(圖1)，其中，7、17、18和 20號站位采集到養(yǎng)殖的菲律賓蛤仔，1、3、9、12和13號站位由于底質(zhì)和水深等原因沒有采集到沉積物。

1.2 樣品采集、處理與分析

采用中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局(2007)《海洋調(diào)查規(guī)范》(GBT12763.1)方法進(jìn)行樣品采集。用抓斗采泥器采集沉積物樣品，使用0.5 mm的套篩現(xiàn)場沖洗，保留大型底棲生物樣品，以5%的甲醛溶液固定，樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，更換固定液，對樣品進(jìn)行鑒定分類。樣品的處理、保存、計(jì)數(shù)和稱量等均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GBT12763.1)方法進(jìn)行。

圖1 膠州灣大型底棲生物采樣站位

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 優(yōu)勢種的確定 Mcnaughton物種優(yōu)勢度指數(shù)()公式如下：

1.3.2 多樣性指數(shù)計(jì)算 采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)()、Margalef豐富度指數(shù)()和Pielou′s均勻度指數(shù)()進(jìn)行多樣性分析，公式如下：

1.3.3 群落結(jié)構(gòu)分析 運(yùn)用非參數(shù)多變量分析群落結(jié)構(gòu)，對各站位大型底棲動物的豐度進(jìn)行2次方根轉(zhuǎn)換。根據(jù)群落Bray-Curtis相似性系數(shù)，采用等級聚類的方法對各站位大型底棲動物結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大型底棲動物種類組成

經(jīng)過分析鑒定，調(diào)查海域共采集到大型底棲動物64種。其中，多毛類種數(shù)最多(25種)，占39.1%；甲殼動物23種，占35.9%；軟體動物9種，占14.1%；棘皮動物和其他類群共7種，占10.9%。該海域生物量和豐度的平均值分別為70.00 g/m2和132 ind./m2。

表1列出了優(yōu)勢度排名前10位的物種，包括多毛類7種，軟體動物1種，棘皮動物1種，紐形動物1種。

表1 膠州灣底棲動物優(yōu)勢種或常見種名錄

Tab.1 Dominant species of macrobenthic fauna in Jiaozhou Bay

2.2 大型底棲動物豐度、生物量及空間分布

膠州灣海域大型底棲動物的總平均豐度為132 ind./m2，軟體動物和多毛類占絕對優(yōu)勢，軟體動物平均豐度為54 ind./m2，占41%；多毛類平均豐度為40 ind./m2，占30%；甲殼類動物平均豐度為26 ind./m2，占20%；棘皮動物平均豐度為6 ind./m2，占4.5%；其他類群平均豐度為6 ind./m2，占4.5%。

該海域大型底棲動物總平均生物量為70 g/m2。軟體動物占絕對優(yōu)勢，其平均生物量為53.29 g/m2，占76%；棘皮動物平均生物量為11.88 g/m2，占17%；甲殼類和多毛類比重最小，分別為1.78和0.54 g/m2，分別占2.5%和0.5%；其他類群平均生物量為2.50 g/m2，占4%(表2)。

表2 膠州灣海域大型底棲動物各類群生物量和豐度

Tab.2 Biomass and abundance of macrobenthic fauna in Jiaozhou Bay

從豐度的空間分布來看(圖2a)，最高值出現(xiàn)在距離灣口較近的7號站位，其豐度高達(dá)305 ind./m2，原因是采集到大量的菲律賓蛤仔。豐度高值區(qū)主要集中在灣頂部附近和灣口西部。從大型底棲動物生物量的空間分布看(圖2b)，最高值出現(xiàn)在靠近灣頂?shù)?8號站位，其生物量達(dá)333.28 g/m2，其主要原因是采集了大量的菲律賓蛤仔。最低值出現(xiàn)在2號站位，其生物量僅為0.46 g/m2。

圖2 膠州灣大型底棲動物豐度(ind./m2)(a)與生物量(g/m2)(b)平面分布

2.3 大型底棲動物多樣性指數(shù)分析

2.4 大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)

對各站位大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行聚類分析(圖4)。從圖4可以看出，在15%的相似水平上可將 15個站位分為3組(14號單個站位不構(gòu)成群落)，其中，7、17、18和20號站位為Ⅰ組；4、6、8、10、11和15號站為Ⅱ組；2、5、16和19號站位為Ⅲ組。ANOSIM分析顯示，3個群落之間差異極顯著(<0.01，=0.79)。

SIMPER分析表明，Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ 3個群落的非相似性為89.31%，造成群落差異的主要物種為菲律賓蛤仔、寡鰓齒吻沙蠶、強(qiáng)壯藻鉤蝦、短葉索沙蠶、紐蟲、不倒翁蟲、棘刺錨參、凸殼肌蛤、絲異須蟲和背褶沙蠶，這些物種的累積貢獻(xiàn)率為42.85%。

表3 膠州灣海域大型底棲動物多樣性指數(shù)

Tab.3 Diversity indices of macrobenthic fauna in Jiaozhou Bay

圖3 大型底棲動物多樣性指數(shù)及物種數(shù)分布

A：豐富度指數(shù)；b：均勻度指數(shù)；c：多樣性指數(shù)；d：物種數(shù)

a:; b:; c:; d:

圖4 膠州灣海域大型底棲動物聚類分析

圖5 膠州灣海域M-AMBI指數(shù)

右軸的“Bad to High”表示采樣點(diǎn)的生態(tài)狀況與觀測到的M-AMBI值之間的關(guān)系

“Bad to High” on the right axis indicates how the ecological status of sampling sites relates to the observed M-AMBI values

2.5 大型底棲動物M-AMBI指數(shù)分析

對膠州灣大型底棲動物進(jìn)行M-AMBI指數(shù)分析(圖5)。其中，5、17、18和19號站位環(huán)境質(zhì)量狀況為差，4、6、8和11號站位環(huán)境質(zhì)量狀況為好，其他站位環(huán)境質(zhì)量狀況為中等。

3 討論

3.1 影響大型底棲動物種類組成和分布的因素

從空間尺度上看，調(diào)查海域大型底棲動物的生物量和豐度的高值區(qū)域都出現(xiàn)在灣頂附近和灣口的西部海域，而低值區(qū)域則出現(xiàn)在灣中部和灣口東部，與李新正等(2002)的調(diào)查結(jié)果一致。形成這種分布格局可能是由于膠州灣是一個半封閉海灣，灣內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，海水對海底的沖刷作用逐漸減弱，底質(zhì)由灣頂?shù)挠倌嗟綖持胁康哪嗌持钡綖晨诘纳笆?，灣底淤泥中有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)豐富，使得以沉積物中有機(jī)質(zhì)為食物的多毛類等在灣頂較為豐富(李新正等, 2005)。而灣口附近，由于潮流場的水平分布不均勻，導(dǎo)致灣的西—西南部水體交換能力弱，環(huán)境較為穩(wěn)定(呂新剛等, 2010)。

另一方面，膠州灣中部菲律賓蛤仔養(yǎng)殖活動對生態(tài)系統(tǒng)有一定的擾動作用，除了其自身的濾食和挖掘等活動對該海域沉積環(huán)境的化學(xué)過程的擾動外，其收獲過程(一般是耙式收獲)對表層的沉積環(huán)境造成了劇烈的物理擾動，對大型底棲動物的生活環(huán)境造成了一定的破壞。物種數(shù)的空間分布與生物量和豐度皆不相同，其高值區(qū)主要集中在靠近灣口的站位。通常，受養(yǎng)殖活動影響的特征之一是底棲動物優(yōu)勢種單一，即優(yōu)勢度高(Kutti, 2007)；而物種的優(yōu)勢度越高，說明群落內(nèi)物種的生態(tài)地位越不平衡，生物群落越不穩(wěn)定(劉錄三等, 2008)。最終會導(dǎo)致養(yǎng)殖區(qū)及鄰近自然海域的大型底棲動物群落特征發(fā)生變化，物種數(shù)量的下降(麻驁等, 2014)。群落聚類分析發(fā)現(xiàn)，菲律賓蛤仔養(yǎng)殖密度較大的站位群落結(jié)構(gòu)較為相似，被劃分在同一個群落中。進(jìn)一步對采集到菲律賓蛤仔的養(yǎng)殖海域進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，隨著養(yǎng)殖密度增大，生物多樣性指數(shù)呈現(xiàn)下降的趨勢，與Kaspar等(1985)研究結(jié)果一致，即養(yǎng)殖活動會改變底棲生物的群落結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致大型底棲動物的生物多樣性指數(shù)下降。由此可見，膠州灣中部菲律賓蛤仔養(yǎng)殖活動對底棲動物已經(jīng)造成了一定的影響，對生態(tài)系統(tǒng)有一定的擾動。

3.2 膠州灣生態(tài)系統(tǒng)健康狀況

海洋中的各類污染物能夠以不同的方式進(jìn)入沉積物中，引起底質(zhì)環(huán)境的變化，進(jìn)而影響底棲生物的結(jié)構(gòu)和組成。指數(shù)通常被認(rèn)為是一種評價(jià)水域有機(jī)污染的有效工具，按照蔡立哲等(2002)對的污染評價(jià)方法進(jìn)行分類，對膠州灣生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行綜合評價(jià)。評價(jià)結(jié)果表明，膠州灣海域多數(shù)站位屬于中度污染，其中，環(huán)境質(zhì)量狀況為好的站位主要集中在靠近灣口的附近，主要原因可能是靠近灣口的水體交換能力強(qiáng)，有較好的自凈能力，因而提供了比較有利的生存環(huán)境(呂新剛等, 2010)。

M-AMBI指數(shù)表明，膠州灣海域皆受到不同程度的干擾，多數(shù)站位的環(huán)境健康狀況處于中等狀態(tài)，與法只能指示環(huán)境污染程度和評價(jià)等級少相比，M-AMBI指數(shù)對環(huán)境煩擾程度的分級更加細(xì)致。另外，M-AMBI指數(shù)不僅可以評價(jià)環(huán)境的干擾程度，還可以反應(yīng)生態(tài)環(huán)境健康狀況，但與多樣性指數(shù)相比，M-AMBI指數(shù)評價(jià)得出的環(huán)境健康狀況普遍較高?；诟鞣N底棲動物對環(huán)境敏感度不同，對大型底棲動物進(jìn)行分級，某些情況下，針對棲息地不同，污染分級的閾值范圍也會有所不同(Borja, 2005)?？傮w來說，M-AMBI指數(shù)評價(jià)得出的環(huán)境健康狀況基本能夠反應(yīng)膠州灣海域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。M-AMBI值的優(yōu)勢在于結(jié)合了AMBI、物種多樣性指數(shù)和豐富度等群落結(jié)構(gòu)參數(shù)，不會受到站位物種數(shù)量的限制，在提供合適的參照狀態(tài)基礎(chǔ)下，可以更好的反應(yīng)各站位的環(huán)境質(zhì)量情況(Li, 2017)。為促進(jìn)M-AMBI指數(shù)在我國近岸海域的應(yīng)用，在今后的研究中加強(qiáng)關(guān)于近岸海域大型底棲動物的基礎(chǔ)生物學(xué)研究，合理的設(shè)置采樣點(diǎn)和采樣頻率，提高不同海域和不同時(shí)間點(diǎn)研究結(jié)果的可比性。

結(jié)合多樣性指數(shù)和M-AMBI值的分析，整體上來講，膠州灣海域的擾動等級為中度擾動，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況介于中等與一般之間。

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Health Assessment of the Benthic Ecosystem in Jiaozhou Bay: Ecological Characteristics of the Macrobenthos

DING Jingkun1,2,3, ZHANG Wenwen1,2,3, LI Yang1,2, XUE Suyan1,2, LI Jiaqi1,2, JIANG Zengjie1, FANG Jianguang1, MAO Yuze1,2①

(1. Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Shandong Provincial Key Laboratory of Fishery Resources and Eco-Environment, Qingdao 266071; 2. Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266237; 3. College of Fisheries and Life Sciences, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306)

Based on survey data from Jiaozhou Bay in July 2017, the ecological characteristics of macrobenthos were analyzed using cluster analysis, and biodiversity and Multivariate-AZTI’s Marine Biotic Index (M-AMBI) methods. A total of 64 species were identified, including 25 species of Polychaeta, 23 species of crustaceans, nine species of mollusks, and seven species belonging to other benthic groups and echinoderms. The average biomass and abundance were 70.0 g/m2and 132 ind./m2, respectively. There were three dominant species, including,, and. The ranges of the Margalef species richness index, Shannon-Wiener diversity index, Pielou’s evenness index, and M-AMBI were 0.69~3.77, 0.67~3.12, 0.25~1.00 and 0.26~0.60, respectively. According to the results of the cluster analysis, the macrobenthos at the 15 stations could be clustered into three infaunal communities at 15% similarity. The station communities with higher density of clam larvae were divided into the same community, clustering results were related to Philippine clam farming. The Shannon-Wiener Index (′) and M-AMBI analysis showed that the macrobenthic community tended to be moderately disturbed.

Jiaozhou Bay; Macrobenthos; Marine ecosystem health; Biodiversity; M-AMBI

S917

A

2095-9869(2020)02-0020-07

毛玉澤，研究員，E-mail: maoyz@ysfri.ac.cn

2018-11-04,

2018-12-05

* 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(LMEES-CTSP-2018-4)、國家基金委–山東省聯(lián)合基金項(xiàng)目(U1606404)、中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(20603022017002)、政府間國際科技創(chuàng)新合作重點(diǎn)專項(xiàng)(2016YFE0112600)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-49)共同資助[This work was supported by Creative Team Project of the Laboratory for Marine Ecology and Environmental Science, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology(Qingdao) (LMEES-CTSP-2018-4), the NSFC-Shandong Joint Fund for Marine Ecology and Environmental Sciences (U1606404), Central Public-Interest Scientific Institution Basal Research Fund, YSFRI, CAFS (20603022017002), International Science and Technology Cooperation Program of China (2016YFE0112600), and China Aquaculture Research System (CARS-49)]. 丁敬坤，E-mail: 913292967@qq.com

10.19663/j.issn2095-9869.20181104001

http://www.yykxjz.cn/

丁敬坤, 張雯雯, 李陽, 薛素燕, 李加琦, 蔣增杰, 方建光, 毛玉澤. 膠州灣底棲生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)——基于大型底棲動物生態(tài)學(xué)特征. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2020, 41(2): 20–26

Ding JK, Zhang WW, Li Y, Xue SY, Li JQ, Jiang ZJ, Fang JG, Mao YZ. Health assessment of the benthic ecosystem in Jiaozhou Bay: Ecological characteristics of the macrobenthos. Progress in Fishery Sciences, 2020, 41(2): 20–26

MAO Yuze, E-mail: maoyz@ysfri.ac.cn

(編輯 馬璀艷)