大型底棲動物在近岸海域環(huán)境質量評價的應用

趙永強

大型底棲動物在近岸海域環(huán)境質量評價的應用

趙永強

圍繞國內(nèi)外利用海洋大型底棲動物評價海域環(huán)境質量的研究與應用成果，評述了環(huán)境污染和工程擾動對大型底棲動物的影響，以及利用大型底棲動物評價海域環(huán)境質量的方法。結合目前我國涉海項目環(huán)評及環(huán)保驗收調查中環(huán)境質量評價要求及各種方法特點，大型底棲動物污染指數(shù)法及β、γ多樣性指數(shù)法等在近岸海域環(huán)境質量評價中具有較強適用性和可操作性。同時，為保證調查數(shù)據(jù)的科學性、可比性，從調查時間、站位布設、采樣方法等方面提出了需注意的問題。

近岸海域；大型底棲動物；生物多樣性；環(huán)境質量評價

近岸海域生態(tài)系統(tǒng)是融河口海灣生態(tài)系統(tǒng)、海洋生態(tài)系統(tǒng)、潮間帶濕地生態(tài)系統(tǒng)為一體的復雜生態(tài)系統(tǒng)，具有較高生產(chǎn)力，是海洋生物的重要生存繁殖場所。同時，近岸海域也是世界上經(jīng)濟活動最為頻繁、人口最為稠密的地帶之一。在經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，近岸海域環(huán)境遭受了人類的高強度干擾。保護近岸海域是海洋環(huán)境保護的關鍵。有效評價近岸海域生態(tài)環(huán)境質量是制定保護對策的前提。

大型底棲動物是指不能通過0.5mm孔徑網(wǎng)篩（也有學者認為是1mm）的底棲動物類群，是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的重要生物類群，具有移動性差、生活周期長的特點，對環(huán)境變化表現(xiàn)得最為直接和準確，其群落結構和多樣性特征能夠指示海域環(huán)境現(xiàn)狀與變化，在海洋環(huán)境質量評價領域具有重要意義。

人類活動對大型底棲動物的影響途徑

環(huán)境污染與工程擾動是威脅近岸海域環(huán)境質量的主要人為因素，是近岸海洋環(huán)境保護所面臨的重要難題。

環(huán)境污染

海洋污染來源主要包括兩大方面，一方面是陸源污染物通過江河輸送到海洋環(huán)境，另一方面是港口航運、濱海工業(yè)的直接污染。

>>大型底棲動物群落結構和多樣性特征能夠指示海域環(huán)境現(xiàn)狀與變化，對于海洋環(huán)境質量評價具有重要意義。攝影/趙永強

國外學者[1]曾對大西洋東北部位于比斯開灣中的三處河口潮間帶的大型底棲動物進行過比較研究，發(fā)現(xiàn)在位于工業(yè)區(qū)（主要產(chǎn)業(yè)為造船、化工和航運）的兩處河口，大型底棲動物物種數(shù)量分別為22種和48種，而受人類影響很小的一處河口為88種，主要是工業(yè)污染導致前兩處河口大型底棲動物物種數(shù)量的減少。國內(nèi)學者[2]通過對舟山幾個開發(fā)程度不同的海島周圍海域的底棲動物進行研究，發(fā)現(xiàn)人類活動對底棲生物多樣性的干預在一定范圍內(nèi)已經(jīng)超過自然因素，主要影響方式為工程建設和航道疏浚對底棲生物棲息地的擾動，以及沿岸企業(yè)（港口、造船及石化）的污染排放對海水水質造成的影響，這在開發(fā)程度高的島嶼周圍以及航運繁忙的海域表現(xiàn)得尤為突出。

工程擾動

海洋工程對于底棲動物的影響主要表現(xiàn)在建設過程對海洋環(huán)境的占壓和擾動，而這些占壓和擾動將直接對底棲動物的生境構成影響甚至破壞。

對底棲生物影響較大的擾動因素主要有兩方面：一是對底棲動物棲息地的直接占壓，如海洋和海岸工程基礎施工、填海造地等。工程實施后，海洋的自然屬性已經(jīng)完全改變，占地范圍內(nèi)的底棲動物及其生境則完全消失。二是對底棲動物生境的劇烈擾動，如疏浚、吹沙等。施工結束后，擾動區(qū)域內(nèi)的底棲動物基本消失。雖國內(nèi)有研究表明[3]，工程擾動結束后底棲動物生境及多樣性會逐步得到不同程度的恢復，但卻需要經(jīng)歷較長的時間，對底棲動物的影響同樣比較嚴重。

利用大型底棲動物評價海域環(huán)境質量的方法

目前，利用大型底棲動物進行環(huán)境質量評價的方法有很多，需要調查的數(shù)據(jù)主要包括各調查站位的大型底棲動物種數(shù)、特性、棲息密度和生物量，部分方法還需要調查底棲動物棲息環(huán)境的水文、底質等。根據(jù)所需數(shù)據(jù)類型，可將評價方法歸納為三類：

基于物種數(shù)目的評價方法

如α生物多樣性指數(shù)法，是目前環(huán)評工作中采用較多的一種方法。此外，還有豐度生物量比較法、大型底棲動物污染指數(shù)法（MPI）。部分科研人員也在嘗試借鑒陸地生態(tài)學的一些研究成果來分析海洋生態(tài)問題，如β、γ多樣性指數(shù)，并在研究中取得了良好效果。雖然以上方法應用相對廣泛，也取得了一定的評價效果，但是該類方法沒有充分考慮種間個體差異、物種對環(huán)境污染的耐受能力以及生態(tài)系統(tǒng)類型和特征等信息，需要進一步加以改進。

基于物種特性的評價方法

如生物系數(shù)法（Biotic Coeffcient，BC）和生物指數(shù)法（Biotic Index，BI）[4]等，是根據(jù)底棲動物敏感性及對污染的反應，建立不同類型環(huán)境污染區(qū)的底棲動物數(shù)據(jù)庫，通過調查污染區(qū)域底棲動物的種類、密度，并進行數(shù)據(jù)庫比對分析，實現(xiàn)海域環(huán)境質量評價。該類評價方法所需數(shù)據(jù)最多，特別是對物種生態(tài)類別的劃定，需要較強的專業(yè)基礎，同時也需要比較嚴格的實驗條件，實施難度較大。此外，根據(jù)物種在分類學上的地位，一些更為復雜、精巧的分析理論也相繼出現(xiàn)，如分類多樣性指數(shù)法（Taxonomic diversity index）、分類差異指數(shù)法（Taxonomic distinctness）等[5]。目前，這些方法也逐步被運用于海洋大型底棲動物生態(tài)研究中。

“多秩”的評價方法

如底棲動物完整性指數(shù)法（Benthic Index of Biotic Integrity，B-IBI）[6]。該類方法涵蓋的信息較多，除包含物種數(shù)目、特性、棲息密度和生物量信息外，還包括了一部分環(huán)境因子。因為該類方法涉及的數(shù)據(jù)量較多，而且涵蓋了生物與環(huán)境諸多方面的信息，方法較為復雜，分析難度較大，所以產(chǎn)生了一些多元分析軟件，被專門用來或借鑒來研究生物與環(huán)境的關系，如PRIMER、CANOCO和PC-ORD。目前，這些方法和軟件已經(jīng)在海洋底棲動物生態(tài)研究中得到了一定的應用。

目前，方法1中的α生物多樣性指數(shù)法是環(huán)評及環(huán)保驗收中采用的主要評價手段，其他方法雖然也比較成熟，且有相關的程序軟件進行輔助分析，可操作性也比較強，但目前尚未納入到建設項目環(huán)評及竣工環(huán)保驗收有關的導則、規(guī)范中。方法2、3多用于海洋生態(tài)學研究，因專業(yè)性太強，而且需要監(jiān)測分析的因子也較多，限制了其在實際工作中的應用。

根據(jù)海洋環(huán)境質量評價的要求，結合以上各種方法的特點，建議加強方法1中的MPI及β、γ多樣性指數(shù)法在涉海項目環(huán)評及環(huán)保驗收中的推廣應用。雖然這些方法也存在一定的不足，但相對α生物多樣性指數(shù)法是一種補充和進步。

大型底棲動物調查應注意的問題

大型底棲動物標本的采集是利用其進行環(huán)境質量評價的基礎。目前在近岸海域中，主要的采樣方法是通過設置一定數(shù)量的采樣站位，利用沉積物采集設備采集底棲動物所棲息的沉積物，將采集到的沉積物通過一定孔徑的網(wǎng)篩過濾，從而將其中的底棲動物截留在網(wǎng)篩上，進而獲取底棲動物標本。因此，采樣站位及采樣方法的科學性、合理性將直接關系到評價結果的準確性、可靠性。此外，我國海洋面積較大，大部分海域處于溫帶、亞熱帶，海洋生物種類組成及數(shù)量分布隨季節(jié)變化較明顯，采樣時間不同也將影響調查結果可比性，這一點在驗收工作中表現(xiàn)得更為突出。

調查時間

在涉海工程竣工環(huán)保驗收調查中，有些項目在海洋生物驗收調查時間安排上與原環(huán)評調查時間不一致，則可能出現(xiàn)工程建設后生物多樣性反而高于建設前的 現(xiàn)象”。這就不能如實反映工程建設對海洋生態(tài)的影響，也就不能為環(huán)境保護、環(huán)境管理提供科學依據(jù)。因此，合理安排調查時間非常重要。

我國在國家及地方層面每年都有海洋生態(tài)的例行調查任務，調查范圍基本覆蓋了大部分近岸海域。建議在制訂環(huán)評現(xiàn)狀監(jiān)測方案前，盡量收集所在海域的政府例行調查資料，環(huán)評中現(xiàn)狀調查時間除工程特殊要求外，最好能與例行調查時間一致，環(huán)評工作可結合例行調查數(shù)據(jù)進行有針對性的補充監(jiān)測。在此條件下，一方面可以拓寬環(huán)評中現(xiàn)狀調查資料來源，在節(jié)約各種成本的同時，又可互相補充印證，提高數(shù)據(jù)準確性；另一方面，調查時間的合理安排也為后期環(huán)保驗收調查提供了便利條件，驗收數(shù)據(jù)同樣更為豐富，能更加準確地評價工程建設前后海洋環(huán)境質量的變化。

站位布設

合理的站位和樣方布設是快捷、準確了解調查區(qū)域大型底棲動物分布的關鍵。調查站位太少，則獲取的樣本不具有代表性，不能如實反映調查區(qū)域實際情況；調查站位太多，則又增加了調查成本。與陸生植物調查所不同的是，底棲動物調查無法直接觀測到動物種類與分布情況，這就增加了站位設置的難度。如何減小因站位設置帶來的影響，合理確定調查站位數(shù)量及分布，除滿足相關導則、規(guī)范要求外，還需注意以下兩方面：

海洋水文、地形是影響底棲生物分布的重要地理因素。充分收集歷史資料，全面了解調查海域水文、地形特點及生物分布情況，可為合理布設站位提供參考。在制訂調查方案時，要求調查單位注明各底棲動物取樣站位水深、底質特征以及所處海域流場情況等是非常必要的。

站位布設數(shù)量和點位分布的操作原則。在站位布設數(shù)量和點位分布上，可以參考以下操作原則：在環(huán)境特殊、水文和地形變化復雜的海域多布置調查站位，相對單一區(qū)域少布置站位；近岸加密布站，遠岸適當稀疏；工程擾動區(qū)附近加密布站，外圍適當稀疏；排污口附近多布置站位，外圍則可適當減少。

取樣方法

在獲取大型底棲動物時，對于用于沉積物沖洗的網(wǎng)篩孔徑大小目前仍有分歧，沈國英和施并章將大型底棲動物定義為不能通過1.0mm孔徑網(wǎng)篩的底棲動物類群；《海洋調查規(guī)范第6部分：海洋生物調查》和我國近海海洋綜合調查與評價專項《海洋生物生態(tài)調查技術規(guī)程》中，針對大型底棲動物所用過篩器的孔徑為0.5mm。而在實際調查中，1.0mm及0.5mm孔徑均被普遍應用。

國內(nèi)外多數(shù)研究表明，1mm孔徑下大型底棲動物種類、數(shù)量調查結果與0.5mm孔徑下的調查結果具有較大差異，后者的種類、數(shù)量比前者更豐富。由此可見，網(wǎng)篩孔徑的差異會導致調查結果出現(xiàn)差異。在驗收調查中，如果驗收階段與環(huán)評階段取樣網(wǎng)篩孔徑不一致，將直接影響到環(huán)境質量對比分析結果的可信度。因此，在環(huán)評階段制訂監(jiān)測方案時，需要求監(jiān)測單位注明取樣網(wǎng)篩孔徑，從而為后期評價以及驗收期間的對比分析提供依據(jù)。

[1] García-Arberas L, Rallo A. The intertidal softbottom infaunal macrobenthos in three Basque Estuaries (Gulf of Biscay): a feeding guild approach[J]. Hydrobiologia, 2002, 475/476: 457-468.

[2] 趙永強, 壽鹿, 徐曉群, 等. 海洋大型底棲動物對海島開發(fā)的生態(tài)響應 以寧波大榭島為例[J].生態(tài)學報,2010,30(3): 0726-0733.

[3] 章飛軍, 童春富, 謝志發(fā), 等. Exergy作為生態(tài)學指標用于底棲動物群落恢復監(jiān)測[J]. 生態(tài)學報, 2007, 27(5): 1910-1916.

[4] Borja A, Franco J, Perez V. A Marine Biotic Index to Establish the Ecological Quality of Soft-Bottom Benthos Within European Estuarine and Coastal Environments[J]. Marine Pollution Bulletin, 2000, 40(12): 1100-1114.

[5] Clarke KR and Warwick RM. Changes in marine communities: an approach to statistical analysis and interpretation. 2ndEdition. PRIMER-E: Plymouth, UK. 2001: 172.

[6] 蔡立哲, 馬麗, 高陽, 等. 海洋底棲動物多樣性指數(shù)污染程度評價標準的分析[J]. 廈門大學學報(自然科學版), 2002, 41(5): 641-646.

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2095-6444(2014)05-0039-03

2014-01-30

趙永強，北京國寰天地環(huán)境技術發(fā)展中心有限公司。