毛成責(zé)，魏愛(ài)泓，張?jiān)仯瑥V旺，矯新明，崔彩霞，王晨波，周超凡

(1.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210019；2.江蘇省海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)中心，江蘇 南京 210019)

0 前言

根據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763.6—2007)，海洋大型底棲動(dòng)物為能被孔徑為0.5 mm的篩絹留住，棲息于沉積物中或沉積物至水界面的動(dòng)物，主要為軟體動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物、節(jié)肢動(dòng)物和棘皮動(dòng)物4大類(lèi)群，也包括部分底棲脊索動(dòng)物、紐蟲(chóng)和腔腸動(dòng)物等[1-2]。海洋大型底棲動(dòng)物在海洋生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)和碎屑食物鏈中兼具重要作用，具有種類(lèi)豐富、活動(dòng)能力較弱、分布范圍相對(duì)穩(wěn)定、對(duì)環(huán)境變化敏感等特點(diǎn)，其群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的正常運(yùn)行至關(guān)重要[3-5]。

評(píng)價(jià)大型底棲動(dòng)物群落健康狀況的指數(shù)繁多，常見(jiàn)的傳統(tǒng)方法有生物密度、生物量、優(yōu)勢(shì)種優(yōu)勢(shì)度計(jì)算法、香農(nóng)威納指數(shù)法(Shannon-Wienener Index, H′)等[6]。近年來(lái)，豐度-生物量比較法(Abundance-Biomass Comparison, ABC)，底棲生物完整性指數(shù)法(Benthic Macroinvertebrate Index of Biological Integrity, B-IBI)、AZTI 海洋生物指數(shù)(AZTI’s marine biotic index，AMBI)等的運(yùn)用逐漸增多[7-10]。B-IBI及AMBI法因?qū)Νh(huán)境壓力具有較好的分級(jí)指示作用而被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛使用，但其對(duì)物種敏感性界定和參照系的選擇要求較高，過(guò)程繁瑣，評(píng)價(jià)結(jié)果受2者的影響較大；ABC法則主要基于生物豐度和生物量累積百分比曲線(xiàn)的比較，操作較為簡(jiǎn)單，同時(shí)包含了種類(lèi)、生物密度和生物量3個(gè)維度的判斷，使評(píng)價(jià)結(jié)果較為合理，Clarke又根據(jù)其主要原理提出了一套量化計(jì)算公式，使評(píng)價(jià)結(jié)果更加便捷直觀[7,11-13]。

秦山島(34°52′N(xiāo)，119°16′E)作為江蘇海域的第二大海島，位于海州灣漁場(chǎng)和海州灣國(guó)家海洋公園的中心區(qū)域，島上植物資源豐富，兼具神路、將軍石等海蝕奇觀，周邊海域漁業(yè)資源豐富，作為一個(gè)典型的海島生態(tài)系統(tǒng)，具有較高的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值[14-15]。近年來(lái)，有學(xué)者對(duì)海州灣和連云港近岸海域大型底棲動(dòng)物群落種類(lèi)組成、數(shù)量分布和次級(jí)生產(chǎn)力等方面做了大量研究，但對(duì)于大型底棲動(dòng)物的群落健康狀況的研究較少[16-18]。作為秦山島保護(hù)與開(kāi)發(fā)利用示范項(xiàng)目的環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查的組成部分，現(xiàn)結(jié)合秦山島周邊海域大型底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種、多樣性指數(shù)和豐度-生物量比較法，分析評(píng)價(jià)夏季秦山島周邊海域大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的健康狀況，以期為秦山島開(kāi)發(fā)和利用后評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)，也為海島大型底棲動(dòng)物調(diào)查積累基礎(chǔ)資料。

1 研究方法

1.1 采樣時(shí)間

2015年8月。

1.2 調(diào)查站位

在秦山島周邊海域設(shè)10個(gè)站位(St.1-10)，分列近岸(單數(shù)站號(hào))與離岸(雙數(shù)站號(hào))，2者間距在2～3 km(圖1)。

圖1 調(diào)查站位示意

1.3 樣品采集

大型底棲動(dòng)物樣品采集方法按照《GB/T 12763.6—2007》進(jìn)行，采樣工具為靜力式采泥器，每個(gè)站位取樣2次，每次取樣面積0.1 m2，泥樣經(jīng)0.5 mm過(guò)篩沖洗后，挑揀篩留生物樣品。樣品(腔腸動(dòng)物、紐形動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物樣本預(yù)先用硫酸鎂麻醉)用5%的海水福爾馬林保存[1]。

1.4 樣品鑒定和指數(shù)計(jì)算公式

1.4.1 樣品鑒定

在體視顯微鏡(Olympus SZ51)下根據(jù)相關(guān)大型底棲動(dòng)物鑒定文獻(xiàn)和專(zhuān)著將所有樣品盡量鑒定到種并計(jì)數(shù)、稱(chēng)重(濕重)，為各站位的密度換算為ind./m2，生物量換算為g/m2[19-22]。

1.4.2 優(yōu)勢(shì)種

優(yōu)勢(shì)種根據(jù)相對(duì)重要性指數(shù)(Index of Relative Importance,IRI)確定，IRI >500的種類(lèi)為優(yōu)勢(shì)種[23]。計(jì)算公式如下：

IRI= (N+W) ×F

(1)

式中：N——某個(gè)種類(lèi)的個(gè)體數(shù)百分比，%；W——某個(gè)種類(lèi)的重量百分比，%；F——某個(gè)種類(lèi)在所有調(diào)查站位中的出現(xiàn)頻率，%。

1.4.3 多樣性指數(shù)

多樣性指數(shù)選擇最常用的香農(nóng)威納指數(shù)指數(shù)(H′)、Margalef豐富度指數(shù)(D)與Pielou 均勻度指數(shù)(J)，計(jì)算公式如下：

H′= -∑Pilog2Pi

(2)

D= (S-1)/log2N

(3)

J= H′/log2S

(4)

式中，Pi——種i所占站位總密度百分比；S——站位種數(shù)；N——站位個(gè)體總數(shù)[6]；H′的區(qū)間為[0，∞)，H′值可劃分為4個(gè)等級(jí)：[3，∞)為清潔，[2，3)為輕度污染，[1，2)為中度污染，[0，1)為重度污染[24]。

1.4.4 評(píng)價(jià)ABC曲線(xiàn)的統(tǒng)計(jì)值W

為簡(jiǎn)化ABC曲線(xiàn)法制圖和評(píng)價(jià)流程，Clarke根據(jù)其主要原理，研究出一個(gè)針對(duì)ABC曲線(xiàn)評(píng)價(jià)的統(tǒng)計(jì)值W，其計(jì)算公式如下：

(5)

式中，bj——按生物量從高到低排列時(shí)前j種的累積生物量(濕重)比例，%；aj——按豐度從高到低排列時(shí)前j種的累積豐度比例，%；W的區(qū)間為(-1，1)。

W趨向于1時(shí)，表示生物群落生物量?jī)?yōu)勢(shì)逐漸由單一物種所貢獻(xiàn)，各物種豐度均勻，在健康穩(wěn)固的生態(tài)環(huán)境中，生物群落結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定；當(dāng)W趨向于-1時(shí)，為適應(yīng)惡劣氣候或環(huán)境污染，生物量?jī)?yōu)勢(shì)個(gè)體消亡，群落生物量和豐度均由耐污和抗逆的小型個(gè)體貢獻(xiàn)，物種豐度差異較大，說(shuō)明生物群落受到外界干擾而穩(wěn)定性下降[13]。參考多樣性評(píng)價(jià)等級(jí)的劃分，將W值劃分為4個(gè)等級(jí)：(0.5，1)為無(wú)干擾，(0，0.5]為輕度干擾，(-0.5，0]為中度干擾，(-1，-0.5]為重度干擾[24-25]。

種數(shù)、密度、多樣性指數(shù)的平面分布圖用surfer 12.0繪制；W值計(jì)算用PRIMER 5.0完成；多樣性指數(shù)與W值相關(guān)性分析在SPSS 22.0中完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 大型底棲動(dòng)物種類(lèi)組成

調(diào)查共鑒定出大型底棲動(dòng)物7大類(lèi)31種(表1)。由表1可見(jiàn)，軟體動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物各10種，分別占總種數(shù)的32.26%，為優(yōu)勢(shì)類(lèi)群，節(jié)肢動(dòng)物5種(16.13%)，脊索動(dòng)物和棘皮動(dòng)物各2種(6.45%)，紐形動(dòng)物和腔腸動(dòng)物各1種(3.23%)；根據(jù)IRI值大小，優(yōu)勢(shì)種依次為紅狼牙蝦虎魚(yú)(IRI=4 844)、棘刺錨參(IRI=2 072)、內(nèi)卷原盒螺(IRI=543)和微角齒口螺(IRI=501)。

表1 大型底棲動(dòng)物種類(lèi)組成①

各類(lèi)群大型底棲動(dòng)物種數(shù)、平均密度及平均生物量見(jiàn)表2。由表2可見(jiàn)，各類(lèi)群平均密度排序?yàn)椋很涹w動(dòng)物>節(jié)肢動(dòng)物>環(huán)節(jié)動(dòng)物>脊索動(dòng)物>棘皮動(dòng)物>紐形動(dòng)物>腔腸動(dòng)物；平均生物量排序?yàn)椋杭顾鲃?dòng)物>棘皮動(dòng)物>腔腸動(dòng)物>節(jié)肢動(dòng)物>環(huán)節(jié)動(dòng)物>軟體動(dòng)物>紐蟲(chóng)類(lèi)；軟體動(dòng)物在種類(lèi)和平均密度上占優(yōu)勢(shì)，脊索動(dòng)物在生物量上占優(yōu)勢(shì)。

表2 各類(lèi)群大型底棲動(dòng)物種數(shù)、平均密度及平均生物量

站位間大型底棲動(dòng)物各類(lèi)群密度百分比見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn)，站位間各類(lèi)群密度百分比存在一定差異。St.1節(jié)肢動(dòng)物百分比最高，占比70%；St.4、St.7環(huán)節(jié)動(dòng)物百分比最高，分別為54.55%和37.50%；St.5棘皮動(dòng)物百分比最高，為38.46%；St.6、St.9和St.10軟體動(dòng)物百分比最較高，分別占比52.17%，60.00%和63.16%；其余站位各類(lèi)群百分比分布相對(duì)均勻。

圖2 站位間大型底棲動(dòng)物各類(lèi)群密度百分比

站位間大型底棲動(dòng)物各類(lèi)群生物量百分比見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，站位間各類(lèi)群生物量百分比差異較大，St.1、St.5和St.7棘皮動(dòng)物百分比最高，分別占比59.91%，95.23%和88.94%；St.2、St.3、St.4、St.6和St.9脊索動(dòng)物百分比最高，分別占比95.42%，81.38%，76.54%，44.85%和53.91%；St.8環(huán)節(jié)動(dòng)物百分比最高，占比35.88%；St.10軟體動(dòng)物百分比最高，占比74.55%。

圖3 站位間大型底棲動(dòng)物各類(lèi)群生物量百分比

2.2 大型底棲動(dòng)物密度、生物量與種數(shù)的空間分布

大型底棲動(dòng)物密度、生物量和種數(shù)的空間分布見(jiàn)圖4(a)(b)(c)。由圖4(a)可見(jiàn)，大型底棲動(dòng)物密度St.6最大，為115 ind./m2，其次為St.1和St.9，均為100 ind./m2，其余均<100 ind./m2，St.2最小，為20 ind./m2，平均值為70 ind./m2；由圖4(b)可見(jiàn)，生物量St.3最大，為197.25 g/m2，其次為St.5，為135.77 g/m2，其余均<100.00 g/m2，St.9最小，為2.56 g/m2，平均值為54.04 g/m2；由圖4(c)可見(jiàn)，種數(shù)St.6最大，為12種，其余均<10種，平均值為8種。大型底棲動(dòng)物密度和種數(shù)的空間分布無(wú)明顯特征，生物量近岸站位高于離岸站位。

圖4 大型底棲動(dòng)物密度、生物量和種數(shù)的空間分布

2.3 多樣性指數(shù)與W值空間分布

大型底棲動(dòng)物群落參數(shù)的空間分布見(jiàn)表4。由表4可見(jiàn)，W值為St.3最大，為0.786，St.10最小，為-0.260，除St.2、St.3、St.5外，剩余站位W均為負(fù)值，平均值為0.020，說(shuō)明大部分站位大型底棲動(dòng)物群落受到了不同程度的干擾，總體處于輕度干擾狀態(tài)。多樣性指數(shù)St.8最大，為1.62，St.2和St.5最小，為0.23，平均值為1.24；豐富度指數(shù)St.6最大，為3.51，St.3最小，為1.92，平均值為2.57；均勻度指數(shù)St.2最大，為1.00，St.1最小，為0.77，平均值為0.92；多樣性評(píng)價(jià)結(jié)果顯示為中度污染。

表4 大型底棲動(dòng)物群落參數(shù)的空間分布

對(duì)5種參數(shù)進(jìn)行兩兩相關(guān)性分析，結(jié)果顯示W(wǎng)與H′呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.662，p<0.05)，H′與D呈極顯著正相關(guān)(r=0.940，p<0.05)；其余參數(shù)間無(wú)顯著相關(guān)性。

3 討論

3.1 優(yōu)勢(shì)種的演替及多樣性變化

20世紀(jì)90年代秦山島周邊海域的軟體動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物在種數(shù)、密度和生物量方面均占優(yōu)勢(shì)，主要優(yōu)勢(shì)種包括扁玉螺(Neveritadidyma)和小刀蟶(Cultellusattenuatus)等對(duì)環(huán)境較敏感的大型經(jīng)濟(jì)貝類(lèi)[14]。本次調(diào)查優(yōu)勢(shì)類(lèi)群主要為軟體動(dòng)物，脊索動(dòng)物和棘皮動(dòng)物，軟體動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種內(nèi)卷原盒螺和微角齒口螺等小型雜食性貝類(lèi)，在惡劣的海洋環(huán)境中仍能生存[26-27]。脊索動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種紅狼牙蝦虎魚(yú)主要習(xí)性特征為穴居于泥沙質(zhì)渾濁淺海，雜食藻類(lèi)碎屑、小型節(jié)肢動(dòng)物、貝類(lèi)和脊索動(dòng)物，抗逆能力較強(qiáng)，其數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)給其他底棲類(lèi)群帶來(lái)了攝食壓力，使軟體動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物生物量減少[14,28]。棘皮動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種棘刺錨參為黃渤海近岸和內(nèi)灣的優(yōu)勢(shì)種，在污染較為集中的渤海萊州灣、渤海灣和遼東灣內(nèi)數(shù)量尤多，相關(guān)研究表明，棘刺錨參的環(huán)境適應(yīng)能力、繁殖能力和生境占領(lǐng)能力均強(qiáng)于其他底棲種類(lèi)，其在沿岸的大量聚集甚至可能堵塞海岸工程取水口引發(fā)事故，是至災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)較高的生態(tài)災(zāi)害物種[29-30]。

類(lèi)似情況也出現(xiàn)在田灣核電站周邊海域，陳斌林等[31]比較了1998和2005年田灣核電站周邊海域大型底棲生物群落，受核電站工程開(kāi)山采石及海岸軟基處理等人為活動(dòng)干擾，相較1998年，2005年密度顯著升高，種類(lèi)數(shù)和生物量明顯降低，優(yōu)勢(shì)類(lèi)群由個(gè)體較大的軟體動(dòng)物和棘皮動(dòng)物變?yōu)閭€(gè)體較小且耐污的環(huán)節(jié)動(dòng)物。

海州灣不同海域底棲生物多樣性與均勻度指數(shù)比較見(jiàn)表5。

表5 海州灣不同海域底棲生物多樣性與均勻度指數(shù)比較

由表5可見(jiàn)，從多樣性角度看，對(duì)比陳斌林等和賀心然等[17,32-33]2005年在秦山都附近的連云港堿廠、田灣核電站和連云港港的調(diào)查，秦山島多樣性指數(shù)明顯下降，根據(jù)近年海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)，秦山島的污染壓力主要來(lái)自沿岸的臨洪河等入海河流的輸入，相較各海域大型底棲動(dòng)物多樣性，秦山島周邊海域最低，處于中度干擾水平。說(shuō)明近年來(lái)，污染壓力和人類(lèi)的開(kāi)發(fā)活動(dòng)使秦山島周邊的底棲生境受到了一定程度的干擾。

3.2 大型底棲動(dòng)物群落健康狀況評(píng)價(jià)

本研究中，基于豐度-生物量比較法(ABC比較法)W值與多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果存在著一定的差異，相關(guān)性分析顯示2者呈顯著負(fù)相關(guān)；W均值為0.02，顯示大型底棲動(dòng)物群落受到輕度干擾，多樣性指數(shù)均值為1.24，顯示為中度污染。胡桂坤等[7,34-35]的研究表明多樣性指數(shù)側(cè)重生物種類(lèi)的多少級(jí)分布的均勻性，秦山島海域除受污染壓力和人為干擾外，其鐵板沙底質(zhì)和淺水懸沙擾動(dòng)也限制了部分底棲種類(lèi)的棲息生長(zhǎng)，導(dǎo)致生物多樣性偏低，處于中度干擾水平。豐度-生物量比較法彌補(bǔ)了多樣性指數(shù)中的生物量維度信息，在多樣性指示的基礎(chǔ)上增加了物種生活史對(duì)策類(lèi)型對(duì)生境的指示作用，污染壓力較重或生境惡劣的情況下，優(yōu)勢(shì)種為r對(duì)策者，個(gè)體小、壽命短、存活率低、擴(kuò)散能力強(qiáng)、生殖速率快；污染較輕或無(wú)污染的穩(wěn)定生境下，優(yōu)勢(shì)種為K(Kapazit?tsgrenze，容量極限)對(duì)策者，個(gè)體大、壽命長(zhǎng)、存活率高、擴(kuò)散能力弱、生殖率低、種群數(shù)量有增長(zhǎng)極限；秦山島大型底棲動(dòng)物多樣性一般，優(yōu)勢(shì)種為耐污的軟體動(dòng)物、脊索動(dòng)物和棘皮動(dòng)物，但其主要為K對(duì)策種類(lèi)，說(shuō)明大型底棲動(dòng)物群落受到了一定干擾，但群落結(jié)構(gòu)仍較為穩(wěn)定[36-37]。

4 結(jié)論

本次調(diào)查共鑒定大型底棲動(dòng)物7大類(lèi)31種，其中軟體動(dòng)物在密度上占優(yōu)勢(shì)，脊索動(dòng)物在生物量上占優(yōu)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)種4種，根據(jù)IRI值大小依次為紅狼牙蝦虎魚(yú)、棘刺錨參、內(nèi)卷原盒螺和微角齒口螺。其中，St.6大型底棲動(dòng)物密度最大，St.3的大型底棲動(dòng)物生物量最大，生物量近岸站位高于離岸站位，密度與種數(shù)分布無(wú)明顯規(guī)律。根據(jù)豐度-生物量比較法評(píng)價(jià)，秦山島周邊海域大型底棲動(dòng)物群落受到了輕度干擾，但群落結(jié)構(gòu)仍較為穩(wěn)定。