張萍,繳建華,孫萬勝,李彤,葉紅梅
(1.農(nóng)業(yè)部漁業(yè)環(huán)境及水產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心 (天津),天津300221;2.天津市水產(chǎn)技術(shù)推廣站,天津300221)
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渤海灣天津近岸海域大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)及次級生產(chǎn)力的初步研究
張萍1,繳建華1,孫萬勝1,李彤1,葉紅梅2
(1.農(nóng)業(yè)部漁業(yè)環(huán)境及水產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心 (天津),天津300221;2.天津市水產(chǎn)技術(shù)推廣站,天津300221)
摘要:為了解渤海灣天津近岸海域大型底棲動物現(xiàn)狀,于2014年5月和8月分兩個航次對該海域14個站位大型底棲動物棲息密度、生物量和生物多樣性進(jìn)行調(diào)查,同時用Brey(1990年)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算年次級生產(chǎn)力 (P)以及年次級生產(chǎn)力與年生物量 (B)的比值 (P/B)。結(jié)果表明:渤海灣天津近岸海域大型底棲動物隸屬7門9綱29種,包括軟體動物、節(jié)肢動物、多毛類、棘皮動物和其他底棲動物;年平均棲息密度為56.07 ind./m2,年平均生物量 (濕質(zhì)量)為52.98 g/m2,Shannon-Weiner多樣性指數(shù)平均為1.64,Margalef物種豐富度指數(shù)平均為0.59,Pielou均勻度指數(shù)平均為0.88,年平均生物量為9.54 g/m2(去灰分干質(zhì)量),年平均次級生產(chǎn)力為6.12 g/(m2·a)(去灰分干質(zhì)量),P/B值平均為0.70 a-1。研究表明:本調(diào)查海域的次級生產(chǎn)力與整個渤海灣相近,高于南黃海和東海,低于海壇海峽和膠州灣;P/B值較其他海域偏低,說明渤海灣近岸海域大型底棲動物群落中,生活史短、代謝快的小型種類所占比例低于其他海區(qū);整個渤海灣天津近岸海域 (63 km2)大型底棲動物年次級生產(chǎn)力約為386 t(去灰分干質(zhì)量),或是2144 t(鮮質(zhì)量)。
關(guān)鍵詞:渤海灣天津近岸海域;大型底棲動物;群落結(jié)構(gòu);次級生產(chǎn)力
渤海灣位于渤海西部,為三面環(huán)陸的半封閉性海灣[1]。天津近岸海域處于渤海灣底部,為渤海海灣與河口的交界處,是天津重要的漁業(yè)水域。近年來,隨著濱海新區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,港口建設(shè)、填海造田等活動日益增多[2],使得該海域生態(tài)環(huán)境遭到了嚴(yán)重破環(huán),漁業(yè)資源也因過度捕撈瀕臨枯竭。
底棲動物是生活在水底表面或沉積物中的一類動物[2],主要包括軟體動物、節(jié)肢動物 (甲殼綱)、環(huán)節(jié)動物 (多毛類)、棘皮動物、腔腸動物和脊索動物,還包括底棲魚類[3]。作為最重要的海洋動物類群之一,大型底棲動物在食物網(wǎng)中扮演著生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者的多重角色,同時底棲動物還是水體生態(tài)系統(tǒng)的次級生產(chǎn)者,對食物網(wǎng)中的能量進(jìn)行再加工和分配[2]。因此,大型底棲動物在海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動中發(fā)揮著重要作用[1],對海洋底棲動物的種群結(jié)構(gòu)特征及次級生產(chǎn)力進(jìn)行研究,可以確切地反映水體的質(zhì)量狀況,有利于了解海洋生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)和能量動態(tài),對保護(hù)海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展、維持漁業(yè)資源的可持續(xù)利用具有重要意義。本研究中,根據(jù)2014年5月和8月對渤海灣天津近岸海域14個站位大型底棲動物進(jìn)行調(diào)查,系統(tǒng)分析了該海域大型底棲動物的種類組成、豐度和生物量的時空分布、生物多樣性等生物學(xué)特性,同時對該海域的年次級生產(chǎn)力及其與年生物量的比值進(jìn)行研究,以期為渤海灣天津海域底棲動物資源的合理利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)和積累資料,同時為該海域的漁業(yè)資源,包括底層魚類、蝦類、蟹類增殖容量的進(jìn)一步研究提供參考。
1.1調(diào)查水域及站位的設(shè)置
于2014年5月和8月對渤海灣天津近岸海域進(jìn)行大型底棲動物調(diào)查,調(diào)查范圍為北緯39°06'01″~39°12'31″、東經(jīng)117°50'00″~118°05'01″,調(diào)查面積為63 km2。在調(diào)查水域共設(shè)立監(jiān)測站位14個,
圖1 渤海灣天津近岸海域大型底棲動物調(diào)查站位分布圖Fig.1 Distribution of sampling sites in Tianjin coastal seawaters in Bohai Bay
1.2方法
1.2.1樣品的采集 用0.05 m2箱式采泥器采集海底泥樣,每個站位采集4次,將泥樣倒入3層套篩中 (上層孔徑2.0 mm,中層孔徑1.0 mm,下層孔徑0.5 mm),用海水沖洗,收集所有底棲動物樣品,用體積分?jǐn)?shù)為5%的甲醛溶液固定,帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行種類鑒定、稱重、計(jì)數(shù)。
樣品的采集、保存、分析均按照 《海洋調(diào)查規(guī)范》[4](GB/T 12763.1~11—2007)和 《海洋監(jiān)測規(guī)范》[5](GB17378.1~7—2007)進(jìn)行。
1.2.2指標(biāo)的計(jì)算 運(yùn)用生物多樣性指標(biāo)對底棲生物多樣性水平進(jìn)行計(jì)算,本研究中所選取的指標(biāo)包括Shannon-Weiner多樣性指數(shù) (H')、Pielou均勻度指數(shù) (J)、Margalef物種豐富度指數(shù) (D)和Simpson優(yōu)勢度指數(shù) (Y)[6-7],其計(jì)算公式分別為
其中:Pi為第i種個體數(shù)量占總個體數(shù)量的比例;ni為物種的密度(ind./L);N為總密度(ind./L);S為物種數(shù)量;fi為第i種的出現(xiàn)頻率。
次級生產(chǎn)力的計(jì)算采用Brey[8]的經(jīng)驗(yàn)公式:
由于M=B/A,將上述公式轉(zhuǎn)換為
其中:P為各站位大型底棲動物的年次級生產(chǎn)力[g/(m2·a)](去灰分干質(zhì)量);A為各站位大型底棲動物年平均棲息密度 (ind./m2);B為各站位大型底棲動物年平均生物量 (g/m2)(去灰分干質(zhì)量);M為各站位大型底棲動物個體年平均去灰分干質(zhì)量 (g/ind.)[9]。
將2014年5月和8月兩個航次每個站位的棲息密度和生物量的平均值作為該站位年平均棲息密度和年平均生物量。根據(jù)生物量鮮重的9/50作為去灰分干質(zhì)量 (ash-free dry weight,AFDM,即生物量鮮重的1/5作為干質(zhì)量,干質(zhì)量的9/10作為去灰分干質(zhì)量),獲得該站位年平均去灰分干質(zhì)量生物量,然后應(yīng)用上述公式計(jì)算出各站位大型底棲動物的年次級生產(chǎn)力[10]。
1.3數(shù)據(jù)處理
使用PRIMER 6.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,使用SPSS 13.0軟件進(jìn)行ANOVA分析,使用Surfur 7.0軟件繪制圖形。
2.1種類組成和優(yōu)勢種
渤海灣近岸海域所獲底棲動物標(biāo)本,經(jīng)鑒定共有29種,隸屬7門9綱 (表1)。其中軟體動物14種,占48.28%;節(jié)肢動物6種,占20.69%;多毛類和脊索動物各3種,均占10.34%;其他底棲動物包括腔腸動物、棘皮動物、螠蟲動物各1種,合計(jì)占10.34%。從季節(jié)上看 (表2),不同季節(jié)的種類組成均以軟體動物占優(yōu)勢,依次為節(jié)肢動物、多毛類和脊索動物。從表2還可以看出,渤海灣近岸海域大型底棲動物種數(shù)在豐水期 (8月)比枯水期 (5月)有所減少,其中軟體動物種數(shù)減少最為明顯。
優(yōu)勢種結(jié)構(gòu)的變化體現(xiàn)了物種群落結(jié)構(gòu)的變化,根據(jù)Simpson優(yōu)勢度指數(shù)的要求,優(yōu)勢種按照優(yōu)勢度Y≥0.02為界來確定,渤海灣天津近岸海域大型底棲動物優(yōu)勢種為巖蟲Marphysa sanguinea、泥藤壺 Balanus uliginosus、菲律賓蛤仔 Ruditapes philippinarum、棘刺錨參Protankyra bidentata、薄片鏡蛤Dosinia laminata、扁玉螺Glossaulax didyma、紅帶織紋螺Nassarius succinctus。
2.2棲息密度與生物量
2.2.1各類群的棲息密度與生物量組成 渤海灣天津近岸海域大型底棲動物年平均棲息密度范圍為17.50~235.00 ind./m2,平均值為56.07 ind./m2,年平均生物量 (濕質(zhì)量)范圍為5.50~274.70 g/m2,平均值為52.98 g/m2。其中,軟體動物的年平均棲息密度為24.47 ind./m2,年平均生物量為25.74 g/m2;節(jié)肢動物的年平均棲息密度為13.75 ind./m2,年平均生物量為7.60 g/m2;多毛類的年平均棲息密度為10.54 ind./m2,年平均生物量為4.80 g/m2;棘皮動物的年平均棲息密度為5.54 ind./m2,年平均生物量為11.35 g/m2;脊索動物的年平均棲息密度為1.43 ind./m2,年平均生物量為2.40 g/m2;腔腸動物的年平均棲息密度為0.18 ind./m2,年平均生物量為0.43 g/m2;螠蟲動物的年平均棲息密度為0.18 ind./m2,年平均生物量為0.66 g/m2。7大類群中年平均棲息密度和年平均生物量最高的為軟體動物,最低的為腔腸動物,各類群組成比例見圖2??梢姡瑹o論在種類上還是數(shù)量上,軟體動物都占絕對優(yōu)勢。棘皮動物雖然密度較小,但由于其個體較大,使其成為調(diào)查區(qū)內(nèi)總生物量的第二大貢獻(xiàn)者。
表1 渤海灣近岸海域大型底棲動物的種類組成Tab.1 Species composition of macrobenthos in Tianjin coastal seawaters in Bohai Bay
圖2 大型底棲動物主要類群棲息密度和生物量的組成Fig.2 Composition of density and biomass of the major macrobenthic groups
2.2.2棲息密度與生物量的空間分布 從渤海灣近岸海域大型底棲動物棲息密度及生物量空間分布(圖3、圖4)可以看出:低棲息密度區(qū)與低生物量區(qū)均分布在中心漁港南側(cè)海域,其中以S04號站位最低 (17.50 ind./m2、5.50 g/m2),采集到的樣品多為個體較小的多毛類;棲息密度和生物量最高的為S05號站位(235.00 ind./m2、274.70 g/m2),其中泥藤壺單種棲息密度平均為155.00 ind./m2,菲律賓蛤仔單種生物量平均為105.45 g/m2。
2.2.3棲息密度與生物量的季節(jié)變化 渤海灣近岸海域大型底棲動物 5月總棲息密度為72.86 ind./m2,總生物量為69.95 g/m2;8月總棲息密度為39.29 ind./m2,總生物量為36.02 g/m2。與物種數(shù)一樣,該海域大型底棲動物5月的棲息密度和生物量均高于8月,主要原因是軟體動物、棘皮動物和多毛類在5月所占比例較8月大 (圖5)。
表2 不同季節(jié)大型底棲動物的群落組成Tab.2 Species composition of macrobenthos in different seasons 種
圖3 渤海灣近岸海域大型底棲動物密度分布Fig.3 Spatial distributions of the density for the macrobenthos in coastal seawaters in Bohai Bay
圖4 渤海灣近岸海域大型底棲動物生物量分布Fig.4 Spatial distributions of the biomass for macrobenthos in coastal seawaters in Bohai Bay
2.3生物多樣性
從表3可見:在調(diào)查區(qū)內(nèi),各站位不同季節(jié)大型底棲動物的Shannon-Weiner多樣性指數(shù) (H')為0.00~2.92,平均值為1.64;Margalef物種豐富度指數(shù) (D)為0.00~1.18,平均值為0.59,其中S07號站位8月多樣性指數(shù)和物種豐富度指數(shù)均為0.00,表明該站位在該季節(jié)的底棲動物群落已處于非常脆弱的狀態(tài);Pielou均勻度指數(shù) (J)為0.48~1.00,平均值為0.88,且該指數(shù)在5月和8月的最高值 (S04號站位)和最低值 (S05號站位)均出現(xiàn)在同一站位,表明調(diào)查區(qū)域內(nèi)物種均勻度空間分布在各季節(jié)差異不明顯。整體上,渤海灣近岸海域大型底棲動物的多樣性指數(shù)和物種豐富度指數(shù)均較低,均勻度指數(shù)一般,表明該海域水質(zhì)呈現(xiàn)不健康的群落狀態(tài)。
圖5 渤海灣近岸海域不同季節(jié)大型底棲動物棲息密度和生物量的比較Fig.5 Comparison of density and biomass of macrobenthos in coastal seawaters in Bohai Bay in different seasons
表3 渤海灣近岸海域不同季節(jié)大型底棲動物多樣性指數(shù)Tab.3 Diversity indices of macrobenthos in coastal seawaters in Bohai Bay in different seasons
2.4次級生產(chǎn)力和P/B值
從表4可見,渤海灣天津近岸海域14個站位大型底棲動物的年平均棲息密度為56.07 ind./m2,年平均生物量為9.54 g/m2(去灰分干質(zhì)量),年平均次級生產(chǎn)力為6.12 g/(m2·a)(去灰分干質(zhì)量),P/B值平均為0.70 a-1。
2.5次級生產(chǎn)力與環(huán)境因子的關(guān)系
本研究中調(diào)查的底層環(huán)境因子有水深、水溫、鹽度、pH、溶解氧、懸浮物、化學(xué)需氧量(CODMn)、總磷、總氮。相關(guān)分析表明 (表5),次級生產(chǎn)力與豐度、生物量呈顯著正相關(guān) (P<0.05),與水溫呈極顯著正相關(guān) (P<0.01),與水深呈負(fù)相關(guān)??梢姡詈退疁厥怯绊懘渭壣a(chǎn)力的重要環(huán)境因子。
表4 大型底棲動物年平均棲息密度、年平均生物量、年次級生產(chǎn)力和P/B值 (去灰分干質(zhì)量)Tab.4 Annual abundance,biomass,secondary production and P/B(ash-free dry weight)of macrobenthos
表5 次級生產(chǎn)力與環(huán)境因子的相關(guān)性Tab.5 Correlations between secondary production of macrobenthos and environmental factors
3.1大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)的變化趨勢
渤海大型底棲動物種類相對較為貧乏和單調(diào),多樣性程度很低,群落中占優(yōu)勢的物種主要是低鹽、廣溫性暖水種[1-2]。1983年 (5月和8月)的天津市海岸帶和海涂資源綜合調(diào)查[11]結(jié)果顯示,渤海灣大型底棲動物為104.5種;張培玉[12]于2003年 (5月和8月)對渤海近岸底棲動物調(diào)查結(jié)果為74.5種;馬玉艷等[13]于2011年 (5月和8月)對渤海灣基礎(chǔ)生物資源現(xiàn)狀調(diào)查中得到底棲動物為32.5種。本次調(diào)查共獲得大型底棲動物29種,與2011年調(diào)查結(jié)果相似,但較10年前 (2003年)下降了61.07%,較30年前 (1983年)下降了72.24%,說明渤海灣近岸海域底棲生物資源有退化的趨勢。從生物量組成上看,本次調(diào)查中以軟體動物所占比例最高,達(dá)48.58%;其次為棘皮動物,占21.42%,兩者之和占總生物量的70.00%,可見渤海灣近岸海域大型底棲動物生物量以軟體動物和棘皮動物構(gòu)成主要類群。胡顥琰等[14]根據(jù)1997年和1998年對渤海近岸海域的調(diào)查發(fā)現(xiàn),底棲生物的生物量以軟體動物和棘皮動物占優(yōu)勢,分別占33.7%和32.3%。本研究結(jié)果與其一致。此外,本研究中所依據(jù)的數(shù)據(jù)來源于5月和8月兩個航次的調(diào)查結(jié)果,而確定底棲動物群落結(jié)構(gòu)特征需要有全年的觀測資料,因此,對于本研究結(jié)果可能存在誤差。
3.2大型底棲動物次級生產(chǎn)力的分布格局
本研究結(jié)果表明,大型底棲動物次級生產(chǎn)力的空間變化與年平均棲息密度和年平均生物量呈現(xiàn)出一致性 (表4);同時相關(guān)分析也表明,大型底棲動物的次級生產(chǎn)力與年平均棲息密度、年平均生物量呈正相關(guān) (表5),再次證明了以上觀點(diǎn)。由于大型底棲動物的分布受諸多物理和生物因素的影響,如水深、水溫、鹽度、懸浮物濃度、沉積物中值粒徑、水體交換能力和物種間的相互關(guān)系等[15],因此,空間分布上具有較大變異。2014年對渤海灣天津近岸海域大型底棲動物的調(diào)查結(jié)果表明,位于中心漁港南側(cè)海域的S04號站位年平均棲息密度、年平均生物量和年平均次級生產(chǎn)力均最低(表4),主要是由于其地理位置距離河口較近,受到海、淡水交替的影響,該水域水溫、鹽度等理化指標(biāo)發(fā)生著較大的變化。而且人類活動的頻繁出現(xiàn),造成水體的嚴(yán)重污染,該站位的生態(tài)環(huán)境不適合較大型的底棲生物長期棲息與生存,生物群落結(jié)構(gòu)趨向簡單,故僅采集到多毛類的日本刺沙蠶。而在中心漁港東側(cè)海域的S05號站位年平均棲息密度、年平均生物量和年平均次級生產(chǎn)力都最高,其中年平均次級生產(chǎn)力達(dá)30.82 g/(m2·a)(去灰分干質(zhì)量),這是因?yàn)樵撜疚恢饕植贾涹w類(菲律賓蛤仔、扁玉螺、光滑河藍(lán)蛤)、節(jié)肢類(泥藤壺)、多毛類 (日本刺沙蠶、巖蟲)、棘皮類(棘刺錨參)等14種大型底棲動物。從環(huán)境因子來看,此站位水流速度緩慢,含沙量相對較高,水體平均初級生產(chǎn)力也高于其他站位,這些因素均有利于大型底棲動物豐度和生物量的增加,從而導(dǎo)致次級生產(chǎn)力的增加。
3.3次級生產(chǎn)力與其他海域的比較
將渤海灣天津近岸海域大型底棲動物次級生產(chǎn)力與其他海域進(jìn)行比較 (表6),結(jié)果發(fā)現(xiàn),本研究海域的次級生產(chǎn)力與整個渤海灣[16]相近,高于南黃海[17]和東海[18], 低于海壇海峽[19]和膠州灣[20],這主要與該水域中大型底棲動物群落組成密切相關(guān)。在調(diào)查區(qū)域內(nèi),個體較大、生活周期較長的軟體動物、節(jié)肢動物和棘皮動物種類在豐度組成中占到60%以上,使得本海域具有較高的次級生產(chǎn)力。其次,南黃海和東海的平均水深遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本研究海域,而次級生產(chǎn)力卻相對較低,這與Brey等[8]有關(guān)大型底棲動物次級生產(chǎn)力隨水深的增加而下降的推論相符。
P/B值為生產(chǎn)力與生物量之比,代表生物量周轉(zhuǎn)的次數(shù),該值高低與生物的生命周期相關(guān)。個體小、生活史短、繁殖率高、對環(huán)境變化適應(yīng)能力強(qiáng)的物種P/B值較高;反之,該值較低[21-22]。同時,P/B值反映了一個生態(tài)類群內(nèi)物種新陳代謝的快慢和世代更替的速度[11]。渤海灣天津近岸海域大型底棲動物年P(guān)/B值為0.7 a-1,表明該海域物種的平均世代更替速度大約為每年0.7代,與其他海域相比偏低(表6),說明渤海灣天津近岸海域大型底棲動物群落中,小型種類所占比例低于其他海域。
表6 渤海灣近岸海域與其他海域大型底棲動物平均生產(chǎn)力及P/B值比較Tab.6 Comparison of secondary production and P/B ratio of macrobenthos in Tianjin coastal seawaters in Bohai Bay with those in other seas
3.4整個渤海灣天津近岸海域年次級生產(chǎn)力估算
根據(jù)Brey[8]的經(jīng)驗(yàn)公式得出2014年渤海灣天津近岸海域大型底棲動物年平均次級生產(chǎn)力為6.12 g/(m2·a)(去灰分干質(zhì)量),渤海灣天津近岸海域面積以63 km2計(jì)算,得到整個渤海灣天津近岸海域大型底棲動物年次級生產(chǎn)力約為386 t(去灰分干質(zhì)量),或是2144 t(鮮質(zhì)量)。
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中圖分類號:S932.8
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
DOI:10.16535/j.cnki.dlhyxb.2016.03.017
文章編號:2095-1388(2016)03-0324-07
收稿日期:2015-08-19
基金項(xiàng)目:國家海洋局2011年中央分成海域使用金支出項(xiàng)目 (環(huán)保類)[HYSYJ(HB)2011—DST—2]
作者簡介:張萍 (1983—),女,工程師。E-mail:zyrzjhzp@163.com
通信作者:繳建華 (1965—),男,研究員。E-mail:jiaojianhua.5@163.com如圖1所示。
Community structure and secondary production of macrobenthos in Tianjin coastal seawaters in Bohai Bay
ZHANG Ping1,JIAO Jian-hua1,SUN Wan-sheng1,LI Tong1,YE Hong-mei2
(1.Quality of Fishery Environment and Aquatic Products Supervision and Testing Center(Tianjin),Ministry of Agriculture,Tianjin 300221,China;2.Tianjin Aquatic Product Technology Promotion Department,Tianjin 300221,China)
Abstract:Biomass,abundance and diversity index of macrobenthos were determined in fourteen sampling stations in Tianjin coastal seawaters in Bohai Bay in May and August of 2014 and the secondary production and P/B ratio of macrobenthos were estimated by Brey’s(1990)empirical formula in order to understand the current status of macrobenthos in Tianjin coastal seawaters in Bohai Bay.There were 29 species of macrobenthos belonging to 7 phyla and 9 genera including Mollusca,Arthropoda,Polychaeta,Echinodermata and other animals in Tianjin coastal waters in Bohai Bay in 2014,with annual mean biomass of 52.98 g/m2(wet weight)and density of 56.07 ind./m2.It was found that the mean Shannon-Weiner diversity index was 1.64,mean Margalef index 0.59,and mean Pielou index 0.88.The annual mean AFDW(ash-free dry weight)was 9.54 g(AFDM)/m2,the mean value of secondary production of macrobenthos was 6.12[g(AFDM)/(m2·a)],and the annual mean of P/B ratio was 0.70 a-1.The findings indicated that the secondary production in Tianjin coastal waters in Bohai Bay was close to that in the overall Bohai Sea,higher than those in the Southern Yellow Sea and the East China Sea,and lower than that in the Haitan Strait and Jiaozhou Bay.There was lower P/B ratio in Tianjin coastal waters in Bohai Bay than in other coastal waters,indicating that there was less small-sized,short life and rapid metabolism species of macrobenthos in Tianjin coastal waters of Bohai Bay than in other coastal waters.The mean annual secondary production was 386 t in ash free dry mass and 2144 t in wet mass in Tianjin coastal waters(63 km2)in Bohai Bay.
Key words:Tianjin coastal seawaters of Bohai Bay;macrobentho;community structure;secondary production