夏季福建北部近岸海域大型底棲生物群落特征

樊立靜，夏永健，李益云，凌信文

(1.國家海洋局寧德海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 寧德 352100;2.國家海洋局海洋赤潮災害立體監(jiān)測技術與應用重點實驗室 上海 200137)

夏季福建北部近岸海域大型底棲生物群落特征

樊立靜1，2，夏永健1，2，李益云1，2，凌信文1，2

(1.國家海洋局寧德海洋環(huán)境監(jiān)測中心站 寧德 352100;2.國家海洋局海洋赤潮災害立體監(jiān)測技術與應用重點實驗室 上海 200137)

文章以2013年8月福建北部近岸海域采集的大型底棲動物樣品和環(huán)境資料為基礎，分析其群落結構特征、受擾動情況和與環(huán)境因子的關系，并運用香濃－維納(H')多樣性指數(shù)、AZTI海洋生物指數(shù)(AMBI)和多元AZTI生物指數(shù)(M-AMBI)對福建北部近岸海域生態(tài)環(huán)境質量狀況進行評價。結果表明:2013年福建北部近岸海域大型底棲動物種類較少，生物密度和生物量偏低，物種小型化;調查海域底棲生物受干擾程度與環(huán)境壓力梯度基本一致，寧德市因海洋開發(fā)活動較少沿岸海域底棲生物生態(tài)質量高于福州近岸海域;多樣性指數(shù)H'、AMBI、M-AMBI等3種指數(shù)對福建北部近岸大型底棲生物評價結果不完全一致，AMBI指數(shù)、M-AMBI指數(shù)評價生態(tài)等級要高于多樣性評價結果。

底棲生物;生物群落;海洋環(huán)境;生物多樣性

Key words:Benthic organism，Biological community，Marine environment，Bio-diversity

1 引言

海洋大型底棲動物(Macrobenthos)生存于底層沉積物間，很多種類在完成變態(tài)反應之后終生只能棲息、活動在有限的河口或近海范圍內，易遭受污染壓力，能夠對環(huán)境質量的變化做出可預測性的響應。因此，大型底棲動物的生長及生活狀況不僅可以指征其棲息環(huán)境狀況，而且在一定程度上也可以反映出某段時間內其生存環(huán)境的質量狀況。目前應用大型底棲動物來監(jiān)測環(huán)境的變化已得到越來越多的認可，相應地多種用于海洋生態(tài)系統(tǒng)健康評價的生物指數(shù)也被提出［1－2］。

底棲生物指數(shù)大多針對底棲動物的群落結構、豐度、生物量、物種多樣性以及污染物耐受程度等方面進行研究［3－6］，多分為單變量和多變量指數(shù)。單變量的多樣性指數(shù)包括Shannon-Wiener(香濃－維納)多樣性指數(shù)(H')、Margalef種類豐富度指數(shù)(d)和Pielou均勻度指數(shù)(J)，發(fā)展較為成熟，可用于監(jiān)測淡水、海水底棲生物發(fā)生變化的狀況，在國內外應用廣泛。但有些情況下H'具有一定的不準確性，指示污染敏感度不夠，難以區(qū)分生態(tài)系統(tǒng)所遭受的自然和人為干擾，另外不同環(huán)境狀況下H'值的變化難以追溯是生境差異還是污染差異［1，7］。AMBI(AZTI's marine biotic index)指數(shù)由Borja等［8］發(fā)展而來，通過劃分底棲生物的生態(tài)等級判定環(huán)境受擾動情況，所有大型底棲動物被分成5個生態(tài)群落，以不同生態(tài)群落的豐度比例為基礎，得出的數(shù)值便于數(shù)理統(tǒng)計分析，計算公式為:

AMBI=［(0%EG I)+(1.5%EGII)+

(3%EG III)+(4.5%EG IV)+(6%EG V)］/100式中:EG I～EG V分別代表底棲生物敏感種、惰性種、耐受種、第二級機會種和第一級機會種5種生態(tài)等級豐度所占的百分比。該指數(shù)已經(jīng)成功應用于歐洲波羅的海、北海、大西洋、地中海、中國環(huán)渤海潮間等區(qū)域及多種擾動情況過程(如缺氧、砂礦開采、石油平臺、疏浚工程及水產(chǎn)養(yǎng)殖等)影響下的大型底棲動物生境健康評價之中［9－12］。

福建北部海域淺海面積廣闊、生態(tài)類型多樣，但目前對該區(qū)域底棲生物的研究報道很少［13－14］。鑒于此，本研究采用2013年福建北部近岸夏季生物和環(huán)境調查數(shù)據(jù)為基礎，應用香濃－維納多樣性指數(shù)、AZTI海洋生物指數(shù)和多元AZTI生物指數(shù)，分析大型底棲生物群落結構特征和受擾動狀況，并結合福建北部近岸水域的水質和沉積物情況，探討影響底棲生物群落結構特征的主要環(huán)境因素。

2 材料與方法

2.1 調查海域及采樣方法

于2013年8月(夏季)進行調查，共布設20個位點，位于25°30'03″N－27°10'00″N、119°38'39″E－120°27'00″E(圖1)，調查范圍北至沙埕港、南至平潭，包括寧德市和福州市。調查區(qū)地形復雜，包含沙埕港、福寧灣、三沙灣、羅源灣、閩江口5個主要港灣;河流較多，有流江、楊家溪、霍童溪、白馬河、杯溪、閩江;區(qū)內還有眾多島礁。

圖1 2013年夏季航次采樣站位示意

調查采用挖斗式采泥器(QNC7－1)，取樣面積0.05 m2，每個站位重復取樣4次，用孔徑為0.5 mm的套篩篩選，4次取樣獲得的樣品合并作為該站該次采樣0.2 m2內樣品，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0.001 g精度天平)，并對所獲數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2.2 數(shù)據(jù)分析

群落結構分析采用英國普林茅斯海洋研究所開發(fā)的 Primer 6，對大型底棲生物進行聚類分析(cluster)和多維度排序(multidimensional scaling，MDS)，分析前對底棲動物豐度數(shù)據(jù)進行平方根轉化，然后計算 Bray-Curtis相似性系數(shù)，并建立相似性矩陣，最后運用平均聚類法(average method)進行聚類和排序。同時運用SIMPROF(similarity profile)對不同分組(cluster)進行檢驗，并刪除站位較少的組。在聚類基礎上，運用相似性百分比分析(similarity percentages，SIMPER)對不同分組所包含的物種進行組間平均相似性貢獻率百分比排列，以找出分組群落的表征種。

采用AMBI和M-AMBI指數(shù)對近岸底棲生物受擾動狀態(tài)進行評價和分析，AMBI值和M-AMBI采用AMBI 5.0軟件包進行計算。在計算過程中，調查區(qū)大部分底棲生物在AMBI 5.0軟件目錄的EG等級分類中存在;對目錄中沒有EG等級分類的物種，如果在目錄中有該物種更高級別的分類，就試著把物種的分類降低到屬或科的水平，或將其分配到近似的物種等級，如2種方法都不可行則該物種被忽略。

采取SPSS 13.0軟件分析環(huán)境因子和底棲生物密度、棲息量等相關性計算和檢驗。本文所有圖片均由Surfer 7.0軟件生成。

3 結果與分析

3.1 群落結構特征

3.1.1 種類組成

調查區(qū)共采集到淺海大型底棲生物7大類69種，其中環(huán)節(jié)動物種類最多，有34種，占總種數(shù)的49%;其次為甲殼動物16種，占總種數(shù)的23%;軟體動物11種，占總種數(shù)的16%;棘皮動物4種，占總種數(shù)的6%;腔腸動物2種，占總種數(shù)的3%;脊索動物、紐形動物各1種。表明福建北部近岸海域底棲生物種類組成以環(huán)節(jié)動物、甲殼動物和軟體動物為主。

調查區(qū)內各站位的平均物種數(shù)為8種，各站位底棲生物種類數(shù)的平面分布如圖2所示?？梢钥闯觯煌疚坏讞锓N類數(shù)分布存在較大差異，總體來看調查區(qū)底棲生物種類較少;最低值位于A07、A18、A19(4種)，最高值位于A01(13種);高值區(qū)位于沙埕港海域和三沙灣海域，低值區(qū)位于福寧灣海域和福州近岸。

圖2 大型底棲生物種類平面分布

調查區(qū)內各物種的優(yōu)勢度并不明顯，優(yōu)勢度超過0.02的僅有4種，分別為不倒翁蟲(Sternaspis scutata)、杰氏內卷沙蠶(Aglaophamus jeffreysii)、絨毛細足蟹(Raphidopus ciliatus)和蛇尾綱 sp.(Ophiuroidea sp.)。

3.1.2 生物量和棲息密度

A04站位有1只較大的模糊新短眼蟹(重量為254 g)出現(xiàn)，因此剔除A04站位的模糊新短眼蟹。剔除后調查區(qū)各站位大型底棲生物的棲息密度在25～140 ind/m2，平均棲息密度為72 ind/m2，總生物量在0.12～28.36 g/m2，平均生物量為11.01 g/m2(剔除前調查區(qū)各站位大型底棲生物的棲息密度在25～140 ind/m2，平均棲息密度為72.25 ind/m2，總生物量在 0.12～1 271.42 g/m2，平均生物量為74.51 g/m2)。調查區(qū)內環(huán)節(jié)動物棲息密度最高，約占總密度的54%，但多為小型多毛類，生物量僅約占總生物量的14%;棘皮動物棲息密度位居第三，但個體較大，生物量成為調查區(qū)內生物量的最主要貢獻者(圖3)。

圖3 大型底棲生物主要類群生物密度和生物量組成

從空間分布角度(圖4)可以看出，密度平面分布與種類平面分布相似，沙埕港、晴川灣、三沙灣和羅源灣密度較高，最高值位于晴川灣A03站位(140 ind/m2);福寧灣、閩江口和長樂附近海域密度較低，最低值位于福寧灣外A07站位(25 ind/m2)。生物量平面分布呈現(xiàn)南、北部生物量較低，中部海域生物量較高的分布趨勢，最低值位于福寧灣外A07 (0.12 g/m2)，最高值位于東吾洋內 A08站位(28.36 g/m2)。

圖4 大型底棲生物群落棲息密度和生物量平面分布

3.1.3 物種多樣性

本次調查的物種多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均較低，平均值分別為2.59和1.11;均勻度指數(shù)較高，平均值為0.90。說明此時福建北部近岸生物群落物種多樣性較低，物種的豐富度不高，但物種間種類相差不大。

3.1.4 群落結構

聚類分析和MDS分析結果表明調查區(qū)內各站位間的群落結構相似性較低，大部分站位積聚在0%～20%的相似度的區(qū)間(圖5)。

圖5 大型底棲生物聚類分析與MDS分析結果

以15%的相似度劃分，福建北部近岸20個站位被劃分為6個組，第1組包含3個站位，分別是A03、A13和A14，位于晴川灣和三沙灣外海域;第2組包含10個站位，分別是A01、A02、A04、A06、A07、A10、A15、A17、A19和A20，包含位于福建北部近岸的大部分站位;第3組包含4個站位，分別是A09、A12、A16和A18，位于三沙灣內海域和閩江口海域。A05、A08、A11等3個站位各屬于一組，其中A05距離岸邊最遠(大約為32 km)，A08位于東吾洋內，A11位于東吾洋口。從空間分布來看，不同站組之間的底棲生物群落相互嵌套，呈現(xiàn)出斑塊狀分布。

經(jīng)Simper分析得出，各站位大型底棲動物群落的平均相似度較低，僅為15.2%。對平均相似性貢獻率超過7%的有4種，分別是杰士內卷沙蠶、不倒翁蟲、蛇尾綱和日本鼓蝦(Alpheus japonicas)。

3.2 底棲生物群落受擾動狀況

調查區(qū)20%的站位(A01、A04、A09、A10)多樣性指數(shù)都處于3～4，這些站位底棲生物受到輕度污染，生態(tài)質量為良;65%的站位多樣性指數(shù)處于2～3，這些站位底棲生物受到中等程度污染，生態(tài)質量為中;15%的站位多樣性指數(shù)處于1～2，這些站位底棲生物受到嚴重污染，生態(tài)質量為差，指數(shù)分級如表1所示。

表1 香濃－維納多樣性指數(shù)、AMBI指數(shù)、M-AMBI指數(shù)的分級［15－

福建北部近岸大型底棲動物生態(tài)群落等級以EGI、EGII和EGIII物種為主，3個生態(tài)群落等級代表的物種所占平均比例分別為15%、48%和26%。其中，A13、A14和A16站位底棲動物生態(tài)群落等級以EGI為主，主要是一些對環(huán)境擾動敏感的物種，出現(xiàn)在無污染狀態(tài)下(初始狀態(tài))的代表種為中亞曼吉蟲(Armandia intermedia)、雙鰓內卷齒蠶(Aglaophamus dibranchis)等;A04、A06、A09、A11、A15、 A19、A20等大部分站位底棲動物生態(tài)群落等級以EGII為主，主要是一些對環(huán)境擾動惰性的物種(從初始狀態(tài)向輕微失衡過渡)，出現(xiàn)頻率較高的有豆形短眼蟹(Xenophthalmus pinnotheroides)、雙唇索沙蠶(Lumbrineris cruzensis)、寡節(jié)甘吻沙蠶(Glycinde gurjanovae)等;A01、A02、A12站位底棲動物生態(tài)群落等級以EGIII為主，主要是一些對環(huán)境擾動有一定耐受力的物種(輕微失衡狀態(tài))，出現(xiàn)頻率較高的有不倒翁蟲(Sternaspis scutata)、紐蟲(Amphiporus sp.)、西方似蟄蟲(Amaeana occidentalis);A03站位底棲動物生態(tài)群落等級以EGIV為主，主要是第二級機會種物種(從輕微失衡到顯著失衡狀態(tài)過渡)，代表種有稚齒蟲(Paraprionospio sp.)、須鰓蟲(Cirriformia sp.)、絲異須蟲(Heteromastus filiformis);調查區(qū)只出現(xiàn)一種 EGV等級物種即小頭蟲(Capitella Sp.)，是第一級機會種(顯著失衡狀態(tài))，小頭蟲是公認的指征水域環(huán)境遭受污染的生物指示種，出現(xiàn)在A01、A07、A09、A10、A11和A13。

各站位大型底棲動物生態(tài)等級計算的AMBI值范圍為0.82～6.00，其中15%的站位的AMBI≤1.2，即大型底棲生物未受到擾動，底棲群落處于健康狀態(tài);80%的站位AMBI≤3.3，即大型底棲動物處于輕度擾動狀態(tài)，底棲群落處于輕微失衡狀態(tài); 5%的站位(A03)AMBI≤4.3，即大型底棲動物受到中等擾動，底棲群落處于失衡狀態(tài)。調查區(qū)35%的站位M-AMBI≥0.77，即底棲生物生態(tài)環(huán)境質量為優(yōu);55%的站位M-AMBI處于0.53～0.77，即底棲生物生態(tài)環(huán)境質量為良;10%的站位M-AMBI處于0.39～0.53，即底棲生物生態(tài)環(huán)境質量為中(表2)。

表2 大型底棲動物多樣性指數(shù)H'、AMBI指數(shù)、M-AMBI指數(shù)評價結果

續(xù)表

從底棲動物多樣性指數(shù) H'、AMBI指數(shù)、M-AMBI指數(shù)分布可以看出，3種指數(shù)對福建北部近岸大型底棲生物評價結果不一致。多樣性指數(shù)評價結果為福建北部近岸大部分站位生態(tài)質量處于中等水平，有3個站位生態(tài)質量差;AMBI指數(shù)、MAMBI指數(shù)評價生態(tài)等級較高，即福建北部近岸監(jiān)測站位生態(tài)質量全部處于中等以上水平，少數(shù)站位質量為優(yōu)。

相關分析表明，多樣性指數(shù)H'和M-AMBI存在極顯著正相關關系(P＜0.01)，二者評價一致，主要因為M-AMBI的指數(shù)值主要取決于多樣性指數(shù)。

3.3 與環(huán)境因子的關系

根據(jù)Pearson相關性檢驗結果，本次調查大型底棲動物豐度與水質總磷呈極顯著負相關(P＜0.01)，與水質總有機碳呈顯著負相關(P＜0.05)，與沉積物pH值呈顯著負相關(P＜0.05);而生物量與水質總氮呈顯著負相關(P＜0.05)。

4 討論

4.1 群落結構特征

根據(jù)《2013年東海區(qū)海洋環(huán)境狀況公報》，與東海區(qū)其他海域相比，福建北部近岸海域底棲生物密度要高于江蘇近岸(14 ind/m2)、長江口－杭州灣附近海域(41 ind/m2)，與浙江中南近岸海域(87 ind/m2)相近。根據(jù)《2013年福建省海洋環(huán)境狀況公報》，福建近岸海域共鑒定出大型底棲生物286種，平均密度為142 ind/m2，平均生物量為57.9 g/m2;與之相比，本次調查各站位物種數(shù)偏少、生物密度偏低、生物量相差較遠，主要原因是個體較大的物種在群落中占比較小，而個體較小的多毛類占比明顯較高。2011年8月福建北部沿岸大型底棲生物共檢出68種，平均密度為79.71 ind/m2，平均生物量為22.46 g/m2;2012年8月共檢出64種，平均密度為95.58 ind/m2，平均生物量為22.63 g/m2;與之相比，2013年調查海域物種數(shù)和棲息密度變化較小，但生物量大幅度降低。事實上，隨著人類活動對海洋環(huán)境的干擾越來越大，我國各地近岸海域底棲生物群落結構均出現(xiàn)類似情況，如萊州灣、長江口海域等［17－18］。

根據(jù)MDS和Simper分析結果，福建北部沿岸各站位的底棲生物群落結構相似性低，這可能是由于福建北部沿岸海域環(huán)境的復雜性形成不同的小生境。不同的小生境棲息著不同結構的底棲動物群落，導致各站位的底棲動物群落結構相似性都較低，類似情況也發(fā)現(xiàn)于渤海灣海域、長江口水域［19］。

4.2 底棲群落受擾動狀況

福建北部近岸開發(fā)強度不同，最北部的寧德經(jīng)濟發(fā)展較慢、圍海造陸工程較少、對海洋生物環(huán)境壓力較小，而福州經(jīng)濟發(fā)展迅速、海洋開發(fā)活動很多、對海洋環(huán)境壓力較大，導致寧德近岸底棲生物種類、密度和生物量均高于福州近岸，底棲動物多樣性指數(shù)H'、AMBI指數(shù)、M-AMBI指數(shù)均可指示出此環(huán)境壓力梯度。在我國其他海域，這3個指數(shù)也均能有效評價底棲生態(tài)質量狀況，如渤海潮間帶、遼東灣、東海、香港和深圳近岸海域［20－21］;AMBI和M-AMBI指數(shù)在世界應用也非常廣泛，能夠檢測出底棲生物群落對環(huán)境壓力梯度的響應。

4.3 與環(huán)境因子的關系

許多研究工作表明，鹽度、水深、溶解氧能直接影響底棲生物群落的分布和組成特征。本次調查中發(fā)現(xiàn)調查區(qū)鹽度、水深、溶解氧與底棲生物種類、密度和生物量并沒有顯著關系，分析原因可能是調查區(qū)鹽度、溶解氧含量相近，沒有達到影響底棲生物的梯度。雖然各站位水深相差較大，但因為調查區(qū)地形復雜、水動力相差較大，掩蓋水深對生物的影響。此外，本次調查發(fā)現(xiàn)大型底棲動物與水質總磷、總氮、總有機碳和沉積物pH值呈顯著負相關，其中底棲生物與水質總磷的相關關系已有研究證實［22－23］，但與水質總氮、總有機碳和沉積物pH值的相關關系還需進一步深入研究。

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Characteristics of Macrobenthic Community in the Coastal area of Northern Fujian Province in Summer 2013

FAN Lijing1，2，XIA Yongjian1，2，LI Yiyun1，2，LING Xinwen1，2

(1．Ning De Marine Environmental Monitoring Center，Ningde 352100，China;2．Key Laboratory of Integrated Marine Monitoring and Applied Technologies for Harmful Algal Blooms，SOA，Shanghai 200137，China)

Based on the macrobenthic samples and environmental data collected from northern Fujian Province in summer 2013，the characteristics，disturbance and the relationship with the environmental factors of macrobenthic community were analyzed，and the eco-environmental quality was assessed by using the diversity index，AZTI marine biotic index(AMBI)and multivariate AZTI index(M-AMBI)．In the coastal area of northern Fujian Province in summer 2013，the macrobenthic species was less，the density and the biomass were lower，and the body size had miniaturization tendency．The macrobenthic community was affected and the degree agreed with the environmental pressure gradient，the eco-environmental quality of coastal area in Ningde where the marine developing activities were less，was higher than coastal area of Fuzhou．The assessment results of macrobenthic community using diversity index H'，AMBI index，M-AMBI were not completely consistent，the ecological levels assessed by AMBI，M-AMBI indexes were higher than those by diversity．

P74

A

1005－9857(2017)02－0085－08

2016-09-30;

2016-12-19

樊立靜，工程師，碩士，研究方向為海洋環(huán)境監(jiān)測與評價，電子信箱:fanlijing2006@163.com