彭松耀，賴子尼，麥永湛

（中國水產(chǎn)科學研究院珠江水產(chǎn)研究所，廣州 510380）

河口是最具社會經(jīng)濟相關性的沿海生態(tài)系統(tǒng)之一，不同來源的污染物進入河口，沉積物是河口環(huán)境污染物的“庫”［1］。大型底棲動物生活在污染物濃度較高的沉積物附近，大多數(shù)種類成體終生棲息在固定場所或者只能在有限的范圍內(nèi)活動，對逆境的逃避相對遲緩，在一定程度上能夠反映出沉積環(huán)境污染的作用。大型底棲動物是海洋生態(tài)環(huán)境的優(yōu)良指示生物，是海洋生態(tài)學研究的重要類群，以大型底棲動物為基礎的生態(tài)指數(shù)被廣泛的用于生態(tài)環(huán)境評估［2］。大型底棲動物的種類組成、生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)、次級生產(chǎn)力等群落參數(shù)能準確地反映所處環(huán)境的長期、宏觀變化［3-4］。利用大型底棲動物進行沉積環(huán)境監(jiān)測，能較好地反映沉積環(huán)境的變化情況及各種污染的綜合毒性，從而為沉積環(huán)境污染防治及生物多樣性的保護提供參考依據(jù)［5-6］。

目前國內(nèi)對河口水域大型底棲動物研究主要集中在生物多樣性、群落結(jié)構(gòu)、次級生產(chǎn)力等方面［7-12］，為中國河口海灣生態(tài)動力學過程研究提供了豐富的參考資料。

珠江口是生態(tài)敏感的典型河口區(qū)［13］，易受各種人為活動的干擾和破壞［14］，生物多樣性易受到威脅。研究干擾對生物多樣性的影響時，除考慮干擾類型和性質(zhì)，還需研究各物種對不同干擾的反應，即物種對干擾的敏感程度。指示物種法是生態(tài)系統(tǒng)健康研究的基本常見方法。指示種法（indicator species analysis）由DUFRêNE和LEGENDRE［15］提出，該方法結(jié)合物種的豐度和出現(xiàn)頻率，對群落中的每個物種指示值進行單獨計算，計算得出指示值反映信息含量和采樣概率。這種方法克服了與參數(shù)和多變量方法相關的許多限制，并且體現(xiàn)站點數(shù)量和物種豐富度的差異。由于每個指示值獨立計算，指示種分析法有助于克服無脊椎動物分類學和生態(tài)學知識有限帶來的障礙，即可以在不同群落的不同類群之間進行直接比較，而不需要事先了解某個類群的生態(tài)功能或預期對干擾響應模式［15-17］。

珠江口是我國河口生態(tài)系統(tǒng)最重要的水域之一，蘊藏著豐富的河口生物資源，是我國最主要的漁業(yè)區(qū)和魚類洄游通道之一，也一直是我國開展生命科學和地球科學交叉綜合研究的重要區(qū)域。近年來對珠江口大型底棲動物的研究多有報道，但主要集中在其群落結(jié)構(gòu)特征研究［18-19］。珠江口生態(tài)毒性效應與大型底棲動物群落相互關系研究報道較少。本研究運用指示種分析方法，探索河口大型底棲動物物種和環(huán)境之間的相互關系，為更好的了解河口環(huán)境對生物多樣性演變的影響機制，同時為河口生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和管理提供基礎數(shù)據(jù)。

本研究根據(jù)2015年11次珠江口大型底棲動物調(diào)查數(shù)據(jù)和沉積物環(huán)境數(shù)據(jù)，對珠江口具有沉積物生態(tài)毒性效應區(qū)域大型底棲動物指示種進行研究。旨在為珠江口生物多樣性的演變機制及生態(tài)系統(tǒng)安全評價提供基礎數(shù)據(jù)和資料。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查區(qū)域

珠江八大出?？谖挥?13°33′E～113°45′E、22°12′N～23°00′N，地處廣東大陸海岸線的中部，瀕臨南海。本研究在虎門、蕉門、洪奇瀝、橫門、磨刀門、雞啼門、虎跳門、崖門各設一個采樣站（圖1），于2015年1月至12月對大型底棲動物進行調(diào)查采樣。

1.2 采樣方法

每個站位用1/16m2彼得森采泥器重復采樣2次，計算為一個樣品，用孔徑為0.5 mm的套篩篩選，所獲樣品用75%的酒精固定后帶回實驗室，隨后進行種類鑒定、個體計數(shù)、稱重（使用0.001g精度天平），并對所獲數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。沉積物總氮、總磷和有機碳由美國Perkin-Elmer 2400元素分析儀測定，測定前沉積物樣品至烘箱40℃恒溫烘干。

圖1 采樣站位圖Fig.1 Spatial distribution of sam p ling sites in the Pearl River Estuary

1.3 數(shù)據(jù)分析

物種等級分析（rank abundance analysis）分別使用物種豐度數(shù)據(jù)和對物種豐度數(shù)據(jù)進行物種存在/缺失（absence/presence）轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進行計算，篩選物種豐度和頻度等級較高的物種，豐度和頻度值均較高（前5位）的物種為優(yōu)勢種。

珠江口沉積物總氮、總磷和總有機碳排序分析采用聚類分析（cluster）和非度量多維度排序（NMDS），分析前對沉積物總氮、總磷和有機碳的數(shù)據(jù)進行標準化處理，然后以歐氏距離建立相似性矩陣，最后運用平均聚類法（averagemethod）進行聚類和排序，分析珠江口不同月份沉積物環(huán)境的排序狀況。

河口沉積物生態(tài)毒性效應評價按照加拿大安大略省環(huán)境和能源部1992年發(fā)布的沉積物質(zhì)量評價指南［20］。本研究依照該評價指南將沉積物最低級別生態(tài)毒性效應以下樣點賦值為1，沉積物最低級別生態(tài)毒性效應以上的樣點賦值為2，作為指示種分析的參數(shù)之一（表1）。

表1 沉積物總氮、總磷和總有機碳生態(tài)毒性效應分級Tab.1 Classification of ecotoxicity effects of total nitrogen，total phosphorus and total organic carbon in sedim ents

選取2015年11次調(diào)查珠江口沉積物總氮、總磷、總有機碳及底層水鹽度等環(huán)境因子，運用指示種分析（indicator species analysis，ISA）結(jié)合了物種的相對豐度（relative abundance，RA）和相對頻度（relative frequency，RF）對大型底棲動物群落進行分析，根據(jù)反應物種指示作用的指示值（indicator value，IV）篩選區(qū)域大型底棲動物指示種以分析不同沉積物生態(tài)毒性效應。指示值的統(tǒng)計顯著性用蒙特卡洛檢驗P值來決定。其計算公式為：IV=100（RA×RF）［15，21］。指示種分析在R語言環(huán)境中完成。珠江口沉積物環(huán)境結(jié)構(gòu)的非度量多維度排序采用PRIMER 6.1軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 珠江口理化因素分析

對2015年珠江口沉積物總氮、總磷和總有機碳進行分析（表2），結(jié)果表明珠江口沉積物總氮的濃度均值范圍為378.42～868.61μg·g-1，高值出現(xiàn)在8月和9月。沉積物總磷的濃度均值范圍為614.88～721.881μg·g-1，高值出現(xiàn)在4月和5月。珠江口總有機碳的濃度均值范圍為1.00%～1.33%，高值出現(xiàn)在1月和5月。

2.2 種類組成與分布

11次調(diào)查共獲取大型底棲動物68種，其中環(huán)節(jié)動物多毛綱28種，節(jié)肢動物24種，軟體動物12種，其他類群4種，主要是底棲魚類、腔腸動物和紐形動物。物種名錄見表3。

2.3 優(yōu)勢種

對2015年各月珠江口豐度和頻度等級較高的物種進行篩選（表4和表5每月僅列出排序在前5位的物種的豐度和出現(xiàn)頻度），由表4、表5可知，寡鰓齒吻沙蠶（Nephtys oligobranchia）、日本大螯蜚（Grandidierella japonica）和日本旋卷蜾蠃蜚（Corophium volutator）物種豐度等級較高，寡鰓齒吻沙蠶、單葉沙蠶（Namalycastis aibiuma）和彩虹明櫻蛤（Moerella iribescens）頻度等級較高。

2.4 珠江口沉積物非度量多維尺度分析

對珠江口不同月份沉積物總氮、總磷和總有機碳進行非度量多維尺度分析（圖2），結(jié)果表明，沉積物總氮劃分為3組，其中1月、3月和4月聚為一組（C組），2月、6月和12月聚為一組（B組），9月、10月和11月聚為一組（A組）。沉積物總磷劃分為4組，其中1月、2月和3月聚為一組（A組），4月和5月聚為一組（B組），6月和8月聚為一組（C組），9月、10月和11月聚為一組（D組）。沉積物總有機碳劃分為3組，其中1月和5月聚為一組（A組），2月和3月聚為一組（B組），4月、6月、9月、10月、11月和12月聚為一組（C組）。

表2 珠江口沉積物總氮、總磷和總有機碳的月際變化Tab.2 Inter-monthly variation of total nitrogen，total phosphorus and total organic carbon in sediments of the Pearl River Estuary

表3 珠江口大型底棲動物種類名錄［22］Tab.3 M acrobenthos taxa during sam pling period in the Pearl River Estuary

2.5 珠江口不同沉積物質(zhì)量大型底棲動物指示種

選擇沉積物總氮、總磷、總有機碳、底層水溫、鹽度、pH、溶解氧和溶解性固體總量為環(huán)境因子對2015年珠江口大型底棲動物指示種進行分析（表6），結(jié)果表明，1月、3月和4月珠江口總氮生態(tài)毒性效應區(qū)域的指示種為日本旋卷蜾蠃蜚。9月、10月和11月珠江口沉積物總氮安全濃度區(qū)域的指示種為小頭蟲（Capitella capitata）。6月和8月總磷毒性效應區(qū)域的指示種是寡鰓齒吻沙蠶。9月、10月和11月沉積物總磷安全濃度區(qū)域的指示種為縊蟶（Sinonovacula constricta）。4月、6月、9月、10月、11月和12月沉積物總有機碳安全濃度區(qū)域的指示種為日本大螯蜚和膜質(zhì)偽才女蟲（Pseudopolydora kempi），毒性效應區(qū)域的指示種為擬特須蟲（Paralacydonia paradoxa）。

表4 珠江口大型底棲動物優(yōu)勢種豐度等級排序表Tab.4 Dom inant species ofmacrobenthos based on abundance in the Pearl River Estuary（個·m-2）

3 討論

3.1 珠江口沉積物環(huán)境特征

河口沉積物是氮、磷等生源要素的重要儲存庫［23］。河口區(qū)的沉積物中氮、磷和有機碳的分布格局受陸源輸入［24］、沉積物類型和水動力條件等環(huán)境因素的共同作用，具有一定的特性。例如，河口沉積物中無機氮和磷的含量隨水深梯度增加。沉積物的粒度越細，氮和磷的含量越高，沉積物有機質(zhì)含量河口口外水域較口內(nèi)水域低［25-27］。本研究沉積物總氮和總磷含量與岳維忠等［13］的研究結(jié)果不一致，調(diào)查范圍不同是導致這種結(jié)果的主要因素。本研究采樣點位于河口近河流段，岳維忠等［13］的研究區(qū)域位于伶仃洋海灣內(nèi)，該水域污染物擴散較弱，氮污染物源強本底值高［28］；珠江口北部近河流段沉積物特征為細砂混合粘土和淤泥，這種類型沉積物對磷的吸附和富集能力較強［29-30］。本研究珠江口沉積物總氮和總磷含量的高值分別出現(xiàn)在8月和9月及4月和5月，沉積物的總有機碳含量高值出現(xiàn)在5月。珠江流域4月到9月是河流的洪水期，尤其是2014—2015年4—9月顯示出明顯的洪季特征［31］。洪水季節(jié)，河口沉積環(huán)境受入海徑流和潮流等水文狀況影響明顯［32-33］，珠江徑流在科氏力和沿岸流的共同作用下，攜帶大量懸浮物質(zhì)移至河口，使珠江口蓄積較多的陸源物質(zhì)，對有機質(zhì)的吸附能力更強，使沉積物中的TOC含量較高［27，34］。本研 究珠江口 沉積 物總 氮 含 量 從599.28μg·g-1至868.61μg·g-1（5月、8月—11月），處在最低級別生態(tài)毒性效應和嚴重級別之間，沉積物總氮濃度具有生態(tài)毒性效應。整個調(diào)查期間沉積物總磷含量變化范圍為614.88～721.881μg·g-1，全部高于600μg·g-1。沉積物總有機碳含量變化范圍為1.00%～1.33%，大部分月份都高于1.00%。說明2015年珠江口總磷的濃度和沉積物總有機碳濃度具有生態(tài)毒性效應，對環(huán)境產(chǎn)生危害。

表5 珠江口大型底棲動物優(yōu)勢種頻度等級排序表Tab.5 Dom inant species ofmacrobenthos based on frequency in the Pearl River Estuary （次）

3.2 珠江口大型底棲動物優(yōu)勢種的組成

優(yōu)勢種在群落中具有廣泛的生境范圍，對生產(chǎn)力貢獻較大［35］。優(yōu)勢種通過數(shù)量優(yōu)勢及種間關系利用生境資源量，影響群落中能量流動和物質(zhì)循環(huán)［36］。目前國內(nèi)外對河口大型底棲動物優(yōu)勢種判定通常根據(jù)物種豐度和頻度優(yōu)勢度，有學者根據(jù)底棲動物生活型研究優(yōu)勢種垂直分布，如分別計算底內(nèi)和底上大型底棲動物的優(yōu)勢種［37］。根據(jù)彭松耀等［18］和張敬懷等［19］的研究，珠江口大型底棲動物優(yōu)勢種由個體較小的多毛類、端足類和雙殼類組成，均為河口廣鹽性種類［38］，對溫度和鹽度變化的適應能力較強［39］。本研究珠江口大型底棲動物優(yōu)勢種組成與張敬懷等［40］、孫凱靜等［41］、袁一鳴等［42］、李曉靜等［43］的研究結(jié)果相似（表7）。

圖2 珠江口不同月份沉積物總氮、總磷和總有機碳排序圖Fig.2 NMDS p lots based on the inter-monthly total nitrogen，total phosphorus and total organic carbon of sediments in the Pearl River Estuary

表6 珠江口大型底棲動物指示種Tab.6 Indicator species ofmacrobenthos in the Pearl River Estuary

受陸海相互作用及環(huán)境劇烈變化影響［49］，河口大型底棲動物優(yōu)勢種的組成及分布具有以下特征：①河口優(yōu)勢種的組成具有海洋生物區(qū)系特點；②優(yōu)勢種的物種數(shù)和生物量隨鹽度和水深梯度增加；③河口內(nèi)側(cè)水域大型底棲動物小型化明顯，由一些耐受性較強、壽命短、具有高繁殖力的r策略者物種組成；④河口大型底棲動物優(yōu)勢種生物量低值化。珠江口大型底棲動物區(qū)系屬于印度-西太平洋暖水區(qū)系中的南海區(qū)沿岸區(qū)系，長江口和黃河口大型底棲動物優(yōu)勢種分別屬于東海區(qū)和黃渤海區(qū)［50］。

優(yōu)勢種作為群落結(jié)構(gòu)指標之一較群落功能指標更容易獲取，是河口生態(tài)系統(tǒng)健康評價的常用指標。有關珠江口及鄰近海域大型底棲動物群落生態(tài)特征研究均報道珠江口大型底棲動物優(yōu)勢種主要以多毛類和小型雙殼類為主［46-47］，例如寡鰓齒吻沙蠶、歐文蟲（Owenia fusform）、異毛蚓蟲一種（Parheteromastussp.）、長手沙蠶一種（Magelonasp.）和光滑河籃蛤（Potamocorbula laevis）。上述優(yōu)勢種的數(shù)量與沉積物有機質(zhì)含量有關，反映河口沉積環(huán)境生態(tài)健康狀況。

優(yōu)勢種明顯影響群落結(jié)構(gòu)和群落環(huán)境的形成，群落演變通常表現(xiàn)為優(yōu)勢種和優(yōu)勢類群的時序性變化［51］。陳琳琳等［52］根據(jù)渤海南部近岸水域大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)變化特征系統(tǒng)分析了其長期演變的過程和規(guī)律并識別重要演變時段，其中就包含生物資源優(yōu)勢種的演變特征，研究結(jié)果預測萊州灣漁業(yè)資源小型化和低值化的演變趨勢。珠江口大型底棲動物群落演變過程及機制機理報道較少，已有研究僅報道珠江口大型底棲動物生物量呈下降趨勢［18-19，22］。研究珠江口大型底棲動物演變趨勢，可能需要開展底棲生物及相關環(huán)境因子長周期的監(jiān)測，探索底棲生物群落演變主要驅(qū)動因素。

表7 我國河口大型底棲動物優(yōu)勢種組成Tab.7 Composition of dom inant species in five estuaries from Bohai Sea to the South China Sea

3.3 珠江口沉積物總氮、總磷生態(tài)毒性效應區(qū)域大型底棲動物指示種

利用生物群落評估和管理是把群落作為一個整體指標，其方法包含的一個前提是采用的群落必須在整體上有效，指示種分析法是一種部分代替整體的方法，指示種的分析方法不能超出源群落的適用范圍，且指示種分析方法的預測精度取決于指示種對源群落真實信息的反映程度［53］。

底棲無脊椎動物通常被認為是水生態(tài)系統(tǒng)有力的指示物種［54-55］。目前淡水、河口和近岸水域利用大型底棲動物來評價生態(tài)系統(tǒng)健康多使用基于底棲生物敏感分類的指數(shù)，例如生物完整性指數(shù)、海洋生物指數(shù)、Bentix指數(shù)和BO2A指數(shù)（benthic opportunistic annelida and amphipod index）。上述大部分方法均是在歐洲“水框架指令”下建立的評價方法。由于我國與歐美國家在動物區(qū)系方面的差異，上述指數(shù)應用需開展適用性評估，以保證結(jié)果的可比性和可靠性［56］。本研究對珠江口具有沉積物總氮、總磷和總有機碳生態(tài)毒性的區(qū)域進行研究，根據(jù)DUFRêNE和LEGENDRE［15］指示值方法計算該區(qū)域內(nèi)大型底棲動物生態(tài)毒性指示值，通常指示值越高，則物種對特定群落生態(tài)毒性的指示效果越好。本研究結(jié)果表明，日本旋卷蜾蠃蜚、寡鰓齒吻沙蠶和擬特須蟲是珠江口沉積物具有生態(tài)毒性效應的區(qū)域的指示種。日本旋卷蜾蠃蜚屬于底內(nèi)動物，生活在2～6 cm的厚沉積物“U”管中。日本旋卷蜾蠃蜚對鹽度、沉積物質(zhì)量和沉積物有機碳含量的耐受性較強，通常被用作河口和近海監(jiān)測沉積物毒性的指示生物［57］。日本旋卷蜾蠃蜚大量分布的區(qū)域生物擾動較強，影響沉積物中的氮通量［58］。PELEGRí和BLACKBURN［59］的研究發(fā)現(xiàn)，日本旋卷蜾蠃蜚大量存在可增加沉積物碳氮的礦化過程。擬特須蟲是一種食底泥者，在沉積物有機質(zhì)含量較高的區(qū)域豐度較高［60］。寡鰓齒吻沙蠶主要分布在細砂混合淤泥和粘土的沉積物中。沉積物顆粒較小，總磷含量高，沉積物可能產(chǎn)生生態(tài)毒性效應。是否耐受沉積物中磷毒性，或者是其他因素導致寡鰓齒吻沙蠶在生態(tài)毒性效應區(qū)域存在，需要進一步研究。