煙臺(tái)海洋傾倒區(qū)生物群落結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化分析

劉旭，劉艷，趙瑞亮，紀(jì)靈，寧璇璇，伯云臺(tái)

（1. 國(guó)家海洋局北海分局，山東 青島 266033；2. 國(guó)家海洋局煙臺(tái)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，山東 煙臺(tái)264006；3. 煙臺(tái)港集團(tuán)有限公司，山東 煙臺(tái)264000）

煙臺(tái)海洋傾倒區(qū)生物群落結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化分析

劉旭1，劉艷2，趙瑞亮3，紀(jì)靈2，寧璇璇2，伯云臺(tái)2

（1. 國(guó)家海洋局北海分局，山東 青島 266033；2. 國(guó)家海洋局煙臺(tái)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，山東 煙臺(tái)264006；3. 煙臺(tái)港集團(tuán)有限公司，山東 煙臺(tái)264000）

利用煙臺(tái)海洋傾倒區(qū)2008年的監(jiān)測(cè)結(jié)果和相關(guān)歷史資料，分別對(duì)傾倒區(qū)的生物群落結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及動(dòng)態(tài)變化過程進(jìn)行研究。傾倒區(qū)內(nèi)目前有浮游植物18種，浮游動(dòng)物23種，底棲生物17種。浮游植物以硅藻門的新月菱形藻（Nitzschia closterium W. Smith）占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，浮游動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種為中華哲水蚤（Calanus sinicus Brodsky）和強(qiáng)壯箭蟲（Sagitta crassa Tokioka），底棲生物的組成以環(huán)節(jié)動(dòng)物最多，優(yōu)勢(shì)種不明顯。綜合指數(shù)分析表明傾倒區(qū)海域的生物群落結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。然而，多年的疏浚物傾倒使該區(qū)的生物群落發(fā)生了變化。與傾倒初期相比，浮游植物的種類數(shù)量減少，物種多樣性總體上呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；浮游動(dòng)物的種類數(shù)量和密度在2006年的調(diào)查中出現(xiàn)最低值，群落結(jié)構(gòu)趨向單調(diào)，至2008年這一趨勢(shì)有所緩和；底棲生物的種類數(shù)量和密度較傾倒初期也有明顯的下降，多樣性指數(shù)的降低和優(yōu)勢(shì)度的增大也預(yù)示群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的下降。

煙臺(tái)；海洋傾倒區(qū)；生物群落；動(dòng)態(tài)變化

煙臺(tái)海洋傾倒區(qū)是為環(huán)芝罘灣港口碼頭建設(shè)及港池航道清淤時(shí)傾倒廢棄物所設(shè)定，傾倒物的主要組成為疏浚物。根據(jù)國(guó)家海洋局北海分局的疏浚物傾倒資料統(tǒng)計(jì)，傾倒區(qū)自使用以來累計(jì)傾倒約為1 120萬m3。其中，1988年至1991年，傾倒量約為70萬m3；1991年至2001年間，傾倒量約為500萬m3；2001年至2004年和2004年至2006年的傾倒量均約為250萬m3；2006年至2008年間傾倒量為50萬m3左右。大量疏浚物的傾倒必然會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定程度的破壞。

為了解疏浚物傾倒對(duì)傾倒區(qū)海域生態(tài)環(huán)境的影響，分別于1991年10月、2001年7月、2004年8月、2006年9月和2008年7月對(duì)傾倒區(qū)進(jìn)行綜合調(diào)查。本文整理了2008年的調(diào)查結(jié)果，對(duì)傾倒區(qū)海域生物群落結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀進(jìn)行研究，進(jìn)一步結(jié)合歷史調(diào)查資料，分析了生物群落的動(dòng)態(tài)變化。

1 采樣及評(píng)價(jià)方法

樣品采集及分析方法按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[1]進(jìn)行。浮游植物采集水樣，用濃縮計(jì)數(shù)法對(duì)樣品進(jìn)行種類鑒定和數(shù)量統(tǒng)計(jì)；浮游動(dòng)物樣品采用淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)通過垂直拖網(wǎng)獲得，室內(nèi)分析包括種類鑒定、計(jì)數(shù)和濕重生物量的測(cè)定；底棲生物樣品用0.05 m2采泥器每站取5次獲得，進(jìn)行種類鑒定和計(jì)數(shù)。

生物群落多樣性分別采用Shannon-Wiener指數(shù)（H’），Pielou均勻度指數(shù)（J），優(yōu)勢(shì)度（D）進(jìn)行評(píng)價(jià)[2-5]。計(jì)算公式為：

a) Shannon-Weaver多樣性指數(shù)：

式中：H′—— 種類多樣性指數(shù)

S—— 樣品中的種類總數(shù)

Pi—— 第i種的個(gè)體數(shù)（ni）與總個(gè)體數(shù)（N）的比值（ni/N）。

b) Pielou均勻度指數(shù)：

J= H′/Hmax

式中：J——表示均勻度；

H′——種類多樣性指數(shù)值；

Hmax——為log2S，表示多樣性指數(shù)的最大值。

c) 優(yōu)勢(shì)度：

D= (N1+N2)/NT

式中： D——優(yōu)勢(shì)度；

N1——樣品中第一優(yōu)勢(shì)種的個(gè)體數(shù)；

N2——樣品中第二優(yōu)勢(shì)種的個(gè)體數(shù)；

NT——樣品中的總個(gè)體數(shù)。

2008年煙臺(tái)海洋傾倒區(qū)跟蹤監(jiān)測(cè)的調(diào)查站位見圖1。

圖1 2008年煙臺(tái)海洋傾倒區(qū)采樣站位圖Fig. 1 Location of sampling stations in the Yantai marine dumping site of 2008

2 傾倒區(qū)生物群落結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

選取2008年7月對(duì)煙臺(tái)傾倒區(qū)的調(diào)查結(jié)果，進(jìn)行生物群落結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀分析。

2.1 群落組成

2.1.1 浮游植物 本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)浮游植物18種，其中硅藻13種，甲藻4種，金藻1種。調(diào)查海域浮游植物平均細(xì)胞密度為1 380×104個(gè)/m3，變化范圍在（720～1 920）×104個(gè)/m3之間，各站位之間細(xì)胞密度呈現(xiàn)均勻分布狀態(tài)。其中，硅藻、甲藻和金藻分別占浮游植物總細(xì)胞數(shù)的94.52%、4.35%和1.13%。硅藻無論是在種類上，還是在細(xì)胞數(shù)量方面均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。本次調(diào)查的優(yōu)勢(shì)種為新月菱形藻（Nitzschia closterium W. Smith），其平均密度為662×104個(gè)/m3，占浮游植物總量的47.97%。

2.1.2 浮游動(dòng)物 本次調(diào)查中共鑒定出23種浮游動(dòng)物，其中甲殼動(dòng)物及幼體14種，毛顎動(dòng)物及幼體4種，棘皮動(dòng)物幼蟲2種，多毛類幼體、雙殼類及水母類各1種。07站的種類組成較少，其他站位浮游動(dòng)物種類組成相差不大。調(diào)查海區(qū)浮游動(dòng)物平均生物量為5 150.11 mg/m3，站位之間生物量波動(dòng)較大，最高值出現(xiàn)在06站，達(dá)22 375.8 mg/m3；最低值出現(xiàn)在07站，為322.7 mg/m3。浮游動(dòng)物的個(gè)體密度平均值為414.12個(gè)/m3，個(gè)體密度分布趨勢(shì)與生物量類似，最高個(gè)體密度分布在06站，為1 093.75個(gè)/m3；最低個(gè)體密度分布在07站，為17.42個(gè)/m3。鉤蝦數(shù)量的增多是06站生物量和個(gè)體密度遠(yuǎn)超過其他站位的原因。

本次調(diào)查海區(qū)中浮游動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種主要包括中華哲水蚤（Calanus sinicus Brodsky）和強(qiáng)壯箭蟲（Sagitta crassa Tokioka）。

2.1.3 底棲生物 本次調(diào)查所獲底棲生物樣品經(jīng)鑒定計(jì)有17種。其中環(huán)節(jié)動(dòng)物10種，節(jié)肢動(dòng)物3種，軟體動(dòng)物為2種，棘皮動(dòng)物和半索動(dòng)物各1種。調(diào)查海區(qū)底棲生物生物量平均值為7.06g/m2，個(gè)體密度的平均值為27.1個(gè)/m2，各站位之間平面分布較為均勻。調(diào)查區(qū)生物量組成和密度分布以環(huán)節(jié)動(dòng)物最高，節(jié)肢動(dòng)物次之，優(yōu)勢(shì)種類不明顯。

2.2 綜合性指數(shù)分析

三種生物類群的各調(diào)查站位綜合性指數(shù)值如圖2所示。

圖2 浮游植物、浮游動(dòng)物、底棲生物的物種多樣性指數(shù)、均勻度和優(yōu)勢(shì)度分布Fig. 2 Distribution of diversity index, uniformity and dominance of phytoplankton, zooplankton and benthos

本次調(diào)查浮游植物物種多樣性指數(shù)值在1.29～2.74之間變動(dòng)，平均值為2.01；均勻度的變化范圍為0.63～0.91，平均值為0.75；優(yōu)勢(shì)度的變化范圍為0.41～0.86，平均值為0.69。浮游植物種類組成相對(duì)多樣，群落結(jié)構(gòu)比較正常。浮游動(dòng)物種類多樣性指數(shù)值變化范圍為1.17～2.46，平均值為1.78；均勻度的變化范圍為0.41～0.74，平均值為0.53；優(yōu)勢(shì)度的變化范圍為0.65～0.87，平均值為0.80。從圖2可以看出，浮游動(dòng)物絕大多數(shù)站位的多樣性指數(shù)值低于2.0，種類多樣性較低，05、06、07和08站多樣性指數(shù)低、優(yōu)勢(shì)度較高，表明該4個(gè)站位的浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)稍差。底棲生物多樣性指數(shù)值在1.50～2.52之間變動(dòng)，平均值為2.13；均勻度的變化范圍為0.95～0.97，平均值為0.96；優(yōu)勢(shì)度的變化范圍為0.43～0.75，平均值為0.58。底棲生物群落多樣性指數(shù)和均勻度較高，優(yōu)勢(shì)度較低，群落結(jié)構(gòu)比較正常。

Shannon-Weaver多樣性指數(shù)經(jīng)常被用來監(jiān)測(cè)海水、淡水中生物群落的結(jié)構(gòu)變化，是評(píng)價(jià)生物群落結(jié)構(gòu)質(zhì)量和水質(zhì)、底質(zhì)污染程度的工具，但是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不盡一致[6-8]。蔡立哲等[9]建議將底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)的污染評(píng)價(jià)范圍分為5類，即無底棲動(dòng)物為嚴(yán)重污染；H′＜1，為重污染；H′在1～2之間，為中等污染；H′在2～3之間為輕度污染；H′＞3無污染。按此范圍進(jìn)行劃分，傾倒區(qū)目前的污染狀況總體上仍屬于輕度污染，02、03、05、06站位的底棲生物多樣性指數(shù)值低于2，為中等污染。

3 傾倒區(qū)生物群落動(dòng)態(tài)變化分析

由于傾倒區(qū)歷次跟蹤監(jiān)測(cè)中生物站位幾經(jīng)變動(dòng)，因此選取歷次監(jiān)測(cè)均包含的09和B站的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，綜合指數(shù)取09和B站的平均值，同時(shí)由于歷次調(diào)查的調(diào)查時(shí)期有所差異，因此只對(duì)傾倒區(qū)的生物群落結(jié)構(gòu)特征的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行定性分析。

3.1 浮游植物

3.1.1 種類數(shù)量及細(xì)胞密度 分析表1可以看出，煙臺(tái)海洋傾倒區(qū)的浮游植物種類數(shù)量從2004年開始呈現(xiàn)大幅度下降趨勢(shì)，2008年略有所回升，與1991年的調(diào)查結(jié)果相比，2008年調(diào)查中浮游植物的種類數(shù)量下降了66.7%。在密度上，2001年和2004年調(diào)查中細(xì)胞密度顯著降低，2006年后調(diào)查海域的細(xì)胞密度出現(xiàn)大幅回升，但與種類數(shù)呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。

橫向比較發(fā)現(xiàn)，2006年前傾倒區(qū)的西南角（B）的種類數(shù)和細(xì)胞密度總體上略低于傾倒區(qū)中心點(diǎn)（09），推測(cè)原因?yàn)閮A倒區(qū)中心位置（09）靠近浮筒，傾倒船只難以靠近致使西南角的傾倒量遠(yuǎn)大于傾倒區(qū)內(nèi)部，從而使傾倒區(qū)西南區(qū)的污染相對(duì)嚴(yán)重，浮游植物的種類和密度受到影響[10]。

3.1.2 種類組成 傾倒區(qū)浮游植物群落在1991年、2001年和2004年調(diào)查中始終保持著以硅藻為主、甲藻為次的基本群落結(jié)構(gòu)特征，但2006年浮游植物的種類組成發(fā)生了比較明顯的變化，無論是種類組成還是細(xì)胞數(shù)量組成上硅藻比例均顯著降低、甲藻升高，而在2008年調(diào)查中硅藻重新成為浮游植物的優(yōu)勢(shì)種群。

表1 各監(jiān)測(cè)年度浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征表Tab. 1 Composition and complexity of phytoplankton community in the dumping area

3.1.3 浮游植物綜合性指數(shù)分析 從表1中可以看出，1991年調(diào)查海域的浮游植物多樣性指數(shù)值大于3.0、均勻度值接近1.0，而優(yōu)勢(shì)度較低，表明浮游植物種類組成豐富，群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；2001年和2004年浮游植物的種類組成多樣性有所下降；2006年調(diào)查中由于甲藻種類數(shù)的增多，多樣性指數(shù)增大；2008年09和B兩站位多樣性指數(shù)平均值下降至1.91，而優(yōu)勢(shì)度較以往四次調(diào)查結(jié)果均偏高，表明目前該海域浮游植物的種群結(jié)構(gòu)質(zhì)量劣于傾倒初期，疏浚物傾倒使浮游植物種類多樣性降低。

3.2 浮游動(dòng)物

3.2.1 種類數(shù)量及生物密度 從表2可以看出，浮游動(dòng)物的種類數(shù)量和個(gè)體密度的最低值出現(xiàn)在2006年，2008年調(diào)查中浮游動(dòng)物的種類和密度均有明顯的增加。橫向比較發(fā)現(xiàn)，除2006年外，傾倒區(qū)西南角（B）浮游動(dòng)物種類和密度低于傾倒區(qū)中心點(diǎn)（09），這與該區(qū)域傾倒量較大造成浮游植物的數(shù)量減少和初級(jí)生產(chǎn)力的降低有關(guān)。

3.2.2 種類組成及優(yōu)勢(shì)種類 歷次調(diào)查所采集的浮游動(dòng)物種類組成變化不大，調(diào)查海域以浮游甲殼類為主，還包括浮游幼蟲、毛顎動(dòng)物、水母類等。歷次調(diào)查的優(yōu)勢(shì)種類主要以中華哲水蚤（Calanus sinicus Brodsky）、強(qiáng)壯箭蟲（Sagitta crassu Tokioka）等為主，均為我國(guó)黃渤海的常見種。

3.2.3 浮游動(dòng)物綜合性指數(shù)分析 從1991年至2006年浮游動(dòng)物群落多樣性指數(shù)值一直呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，均勻度降低，優(yōu)勢(shì)度增大，表明浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)質(zhì)量有所下降。其中，2006年浮游動(dòng)物的多樣性指數(shù)較低、優(yōu)勢(shì)度較大的原因是此次調(diào)查所獲得的浮游動(dòng)物種類數(shù)量較少，只有8種，而且雙刺紡錘水蚤（Acartia bifilosa Giesbrecht）和強(qiáng)壯箭蟲（Sagitta crassa Tokioka）占種類組成的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，分別達(dá)到48.19%和31.93%，群落結(jié)構(gòu)趨于簡(jiǎn)單。2008年這一趨勢(shì)有所緩和，浮游動(dòng)物種類數(shù)增加，多樣性指數(shù)增大，優(yōu)勢(shì)度有所下降。

表2 各監(jiān)測(cè)年度浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征表Tab. 2 Composition and complexity of zooplankton community in the dumping area

3.3 底棲生物

3.3.1 種類組成及生物密度 與1991年相比，2001年底棲生物種類數(shù)量大幅度減少，2001年之后變化不大；個(gè)體密度呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)。與1991年相比，2008年底棲生物種類數(shù)量減少了72%，個(gè)體密度僅為1991年的4.87%。 橫向比較發(fā)現(xiàn)，除了2006年外，傾倒區(qū)的西南角（B）的底棲生物種類數(shù)和密度低于傾倒區(qū)中心位置（09）的相應(yīng)數(shù)據(jù)，這與傾倒區(qū)西南角的傾倒量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中心直接相關(guān)。3.3.2 底棲生物綜合性指數(shù)分析 從表3可以看出，在傾倒初期1991年的調(diào)查中09和B站多樣性指數(shù)的平均值為2.35，其它各次調(diào)查H′有所降低，在2.0附近波動(dòng)，同時(shí)優(yōu)勢(shì)度的增大也預(yù)示該海域底棲生物種群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的下降。

表3 各監(jiān)測(cè)年度底棲生物群落結(jié)構(gòu)特征表Tab. 3 Composition and complexity of benthos community in the dumping area

4 結(jié) 論

通過上述分析可以看出，傾倒區(qū)污染通量的增加對(duì)該區(qū)的生物群落造成了一定程度的影響。海域浮游植物種類數(shù)量在2004年的調(diào)查中大幅下降，細(xì)胞密度在2001年和2004年的調(diào)查中明顯降低。以硅藻為主、甲藻為次的基本群落結(jié)構(gòu)特征在2006年調(diào)查中發(fā)生了改變，表現(xiàn)為甲藻在種類組成上占據(jù)優(yōu)勢(shì)。與1991年相比，浮游植物種類多樣性總體上呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。浮游動(dòng)物的種類數(shù)量和個(gè)體密度均在2006年的調(diào)查中出現(xiàn)最低值，種類組成和優(yōu)勢(shì)種變化不大。浮游動(dòng)物的種群結(jié)構(gòu)質(zhì)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，至2008年這一趨勢(shì)有所緩和，種類數(shù)量和個(gè)體密度增加，多樣性指數(shù)增大，優(yōu)勢(shì)度有所下降。底棲生物在2001年的調(diào)查中種類數(shù)量大幅減少，個(gè)體密度呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，物種多樣性的下降和優(yōu)勢(shì)度的增大預(yù)示著群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的下降。

傾倒區(qū)海域生物群落質(zhì)量現(xiàn)狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，浮游植物恢復(fù)以硅藻為主、甲藻為次的基本結(jié)構(gòu)特征，細(xì)胞分布較均勻，種類組成相對(duì)多樣，群落結(jié)構(gòu)比較正常。浮游動(dòng)物種類組成以浮游甲殼類為主，優(yōu)勢(shì)種類中華哲水蚤（Calanus sinicus Brodsky）和強(qiáng)壯箭蟲（Sagitta crassa Tokioka）均為黃渤海的常見種。生物量和個(gè)體密度在站位間差別較大，絕大多數(shù)站位的多樣性指數(shù)值低于2.0，群落組成相對(duì)偏差。底棲生物組成以環(huán)節(jié)動(dòng)物為主，生物量和密度分布較均勻，多樣性指數(shù)和均勻度較高、優(yōu)勢(shì)度較低，群落結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。與傾倒初期相比，三類生物群落結(jié)構(gòu)質(zhì)量均下降。按照蔡立哲對(duì)底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)污染評(píng)價(jià)范圍的劃分標(biāo)準(zhǔn)，傾倒區(qū)目前的污染狀況總體上仍屬于輕度污染。

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Analysis of the features and dynamic changes of biological community structure in the Yantai marine dumping site

LIU Xu1, LIU Yan2, ZHAO Rui-liang3, JI Ling2, NING Xuan-xuan2, BO Yun-tai2
(1. North China Sea Branch, SOA, Qingdao 266033, China;2. Yantai Oceanic Environmental Monitoring Central Station, Yantai 264006, China; 3. Yantai Port Group, Yantai 264000, China)

Based on the observed data of each monitoring from 1991 to 2008 in Yantai marine dumping site, the current features and dynamic changes of biological community structure were studied. In the survey of 2008, a total of 18 taxon of phytoplankton, 23 taxon of zooplankton and 17 taxon of benthos are identified. The dominant phytoplankton species is Nitzschia closterium. Calanus sinicus and Sagitta crassa are the dominant species of zooplankton. The benthos is mainly composed by annelida, but the dominant species is not evident. The diversity analysis shows that the biological community structures are relatively normal. However, long time disposal of dredged materials have changed the biological communities in Yantai dumping site. The variety and diversity of phytoplankton decrease compared with priory period of disposal. The variety and density of zooplankton have a minimum in the survey of 2006 and the community structure tends to be simple until 2008. To benthos, the variety and density decrease apparently in comparison with priory period of dredge materials disposal. The decrease of Shannon-Weaver diversity index and increase of Dominance index indicate the decline of the stability of benthos community.

Yantai; marine dumping site; biological community; dynamic changes

Q145+.1; Q178.53

A

1001-6932(2010)04-0396-06

2009-02-13；

2009-12-07

劉旭（1971—），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測(cè)及行政執(zhí)法工作

劉艷（1979—），女，工程師。電子郵箱：liuxue1918@sina.com