基于大型底棲動物群落特征的黃河口及鄰近水域健康度評價?

張 嵩， 張崇良， 徐賓鐸， 任一平

(中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，山東 青島 266003)

基于大型底棲動物群落特征的黃河口及鄰近水域健康度評價?

張 嵩， 張崇良， 徐賓鐸??， 任一平

(中國海洋大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，山東 青島 266003)

根據(jù)2013年8和10月、2014年2和5月在黃河口及鄰近水域的大型底棲動物調(diào)查數(shù)據(jù)，采用群落物種多樣性指數(shù)和豐度/生物量比較曲線，對黃河口大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)狀況進行分析。黃河口及鄰近水域共采集到大型底棲動物80種，以多毛類、節(jié)肢動物和軟體動物為主。10月優(yōu)勢種為紐蟲，2和8月優(yōu)勢種為江戶明櫻蛤(Moerellajedoensis)，5月無優(yōu)勢種。各群落物種多樣性指數(shù)的季節(jié)變化趨勢相同，均為2月最高，5和10月次之，8月最低，豐度/生物量比較曲線結(jié)果和多樣性指數(shù)一致。研究結(jié)果表明，黃河口及鄰近水域底棲生態(tài)狀況全年顯示為未受擾動狀態(tài)，群落結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，其中冬季最優(yōu)，其次為秋季和春季，夏季最差?？臻g變化表現(xiàn)為，靠近河口水域的生態(tài)狀況較差，底棲動物物種豐富度較低，而遠離河口區(qū)域的生態(tài)狀況較好。

黃河口；大型底棲動物；群落；多樣性指數(shù)；生態(tài)狀況

河口是淡水生態(tài)系統(tǒng)與海洋生態(tài)系統(tǒng)的混合區(qū)域[1]，由于其地理位置特殊性，理化環(huán)境復(fù)雜多變，是連接陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)的紐帶[2]。底棲動物(如多毛類，軟體類)在生態(tài)系統(tǒng)能量流動中具有重要的生態(tài)學(xué)意義，在維持水生生態(tài)系統(tǒng)的完整性方面具有關(guān)鍵功能[3]，且底棲生物的個體大小、營養(yǎng)類型、生活方式和耐污能力等特點具有差異性，對不同的環(huán)境變化具有特異的響應(yīng)特征，底棲生物種類和數(shù)量的變化能夠直接反映其所在系統(tǒng)的環(huán)境變化，底棲動物可以作為監(jiān)測環(huán)境變化的指示生物[4]。在描述底棲動物群落結(jié)構(gòu)及其生態(tài)狀況的變化時，生物多樣性指數(shù)和ABC曲線應(yīng)用較早[5-6]，由于2種方法可以定量地反映生物群落的物種多樣性程度，且其計算相對簡單，因此廣泛應(yīng)用于生物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的評價[7]。

黃河口位于渤海灣和萊州灣之間，屬于典型近岸河口生態(tài)系統(tǒng)。每年大量淡水隨黃河徑流進入渤海，將大量營養(yǎng)鹽、有機碳、重金屬、工業(yè)廢水和生活污水等污染物帶入到黃河口水域，對該河口生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重大影響[8-10]。近年來實施的調(diào)水調(diào)沙工程，會在短時間內(nèi)將大量淡水和泥沙沖入河口水域，造成較為劇烈的環(huán)境波動，對黃河口及鄰近水域的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的沖擊[11-12]。由于底棲生物活動能力弱、活動范圍小、且對環(huán)境變化敏感[13]，基于大型底棲動物群落變化的調(diào)查和監(jiān)測，可以準確地反映該水域底棲生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀和長期性變化。

本文根據(jù)2013年8、10月和2014年2、5月在黃河口及鄰近水域進行的大型底棲動物調(diào)查數(shù)據(jù)，運用群落物種多樣性指數(shù)和豐度/生物量比較曲線，從生物學(xué)角度對黃河口及鄰近水域大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)及其生態(tài)狀況進行分析，以期為黃河口水域底棲生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測、評價和保護提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣與分析

本文數(shù)據(jù)來源于2013年8月(夏季)、10月(秋季)和2014年2月(冬季)、5月(春季)在黃河口及其鄰近海域進行的大型底棲動物調(diào)查。調(diào)查海域范圍為119°00′E～119°36′E，36°30′N～38°12′N。該調(diào)查沿河口方向設(shè)置5個調(diào)查斷面(A～E)，每個斷面設(shè)置3～4個站位不等，共計18個站位(見圖1)。使用0.1 m2的箱式采泥器進行采樣，每個站點采3個平行樣品，所獲泥樣經(jīng)孔徑0.5 mm的套篩沖洗后，挑選全部生物個體，現(xiàn)場用5%海水甲醛溶液固定保存，帶回實驗室進行種類鑒定和數(shù)量分析。大型底棲動物樣品的采集、分析嚴格遵照《海洋監(jiān)測規(guī)范第7部分：近海污染生態(tài)調(diào)查和生物監(jiān)測》(GB 17378.7—2007)實施。

圖1 黃河口及其鄰近海域大型底棲動物調(diào)查站位

1.2 分析方法

應(yīng)用優(yōu)勢度(Y)指數(shù)計算不同月份的黃河口及鄰近水域大型底棲動物優(yōu)勢度并確定優(yōu)勢種，計算公式為：

生物多樣性指數(shù)應(yīng)用于指示生物群落結(jié)構(gòu)變化，反映生態(tài)狀況變化狀況，其中應(yīng)用較為廣泛的為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H’)[15]、Margalef物種豐富度指數(shù)(D)[16]和Pielou均勻度指數(shù)(J’)[17]。應(yīng)用這3個多樣性指數(shù)反映黃河口及其鄰近海域的大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)和其生態(tài)狀況的時空變化，計算公式為：

式中：ni為第i種大型底棲動物豐度；N為大型底棲動物總豐度；S為調(diào)查到的大型底棲動物種數(shù)。其中，在計算各月的多樣性指數(shù)時，以整個調(diào)查區(qū)域的大型底棲動物的豐度數(shù)據(jù)為樣本；對于多樣性指數(shù)的空間變化，則是基于各采樣站位的大型底棲動物豐度數(shù)據(jù)計算。群落物種多樣性指數(shù)和ABC曲線均運用Primer5.0軟件進行數(shù)據(jù)處理，并且應(yīng)用Surfer11進行作圖。

2 結(jié)果

2.1 群落組成

黃河口及鄰近水域4個航次的調(diào)查共獲得大型底棲動物80種，其中多毛類31種，占總種數(shù)的38.75%；節(jié)肢動物19種，占23.75%；軟體動物17種，占21.25%；棘皮動物6種，占7.5%；其他類包括紐蟲(Nemertinea)、渦蟲(Planarian)等共7種，占8.75%。多毛類、節(jié)肢動物和軟體動物是黃河口主要的大型底棲動物種類，占總種數(shù)的83.75%。調(diào)查區(qū)域大型底棲動物的年平均豐度為143 ind/m2，不同季節(jié)豐度變化范圍為143～449 ind/m2，其中2月(449 ind/m2)最高，其次為10月(247 ind/m2)和8月(159 ind/m2)，5月(143 ind/m2)最低。調(diào)查區(qū)內(nèi)大型底棲動物的優(yōu)勢種不明顯，其中2月、8月的優(yōu)勢種均為江戶明櫻蛤(Moerellajedoensis)，優(yōu)勢度Y值分別為0.05和0.09；10月的優(yōu)勢種為紐蟲，優(yōu)勢度Y值為0.04；5月則無優(yōu)勢種出現(xiàn)。

2.2 多樣性指數(shù)的時空變化

2.2.1 季節(jié)變化 大型底棲動物群落Shannon-Wiener多樣性指數(shù)變化范圍為4.04～4.77，平均值為4.51；Margalef物種豐富度指數(shù)變化范圍為4.54～7.38，平均值為5.87；Pielou均勻度指數(shù)變化范圍為0.90～0.95，平均值為0.92。3個多樣性指數(shù)的季節(jié)變化趨勢相同，均為冬季最高(2月)，其次為春季(5月)，而夏季(8月)最低(見圖2)。

圖2 黃河口及鄰近水域大型底棲動物群落多樣性指數(shù)的季節(jié)變化

2.2.2 空間變化 2月黃河口大型底棲動物群落Shannon-Wiener多樣性指數(shù)變化范圍為0～3.06，平均值為1.7。近河口海域及其西部近岸海域出現(xiàn)2個低值區(qū)，東北部遠海海域多樣性指數(shù)較高，總體上呈現(xiàn)從河口向外海逐漸升高的趨勢(見圖3A)。Margalef物種豐富度指數(shù)變化范圍為0～2.00，平均值為0.98。近河口東部海域和西部沿岸海域出現(xiàn)2個低值區(qū)，東北部海域豐富度指數(shù)較高，總體上呈現(xiàn)從河口向外海物種豐富度升高的趨勢(見圖3B)。Pielou均勻度指數(shù)的變化范圍為0.75～1.00，平均值為0.96。近河口海域和東北部遠海海域各出現(xiàn)一個低值區(qū)，近河口北部和東部海域大型底棲動物群落的均勻度較高(見圖3C)。

圖3 黃河口及鄰近水域2月大型底棲動物群落多樣性指數(shù)的空間分布

5月黃河口大型底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)變化范圍為0～2.32，平均值為1.04。近河口海域及其東北遠海和西北近岸海域出現(xiàn)3個低值區(qū)，其北部遠海海域多樣性指數(shù)較高(見圖4A)。Margalef物種豐富度指數(shù)變化范圍為0～1.34，平均值為0.54。河口北部遠海海域多樣性指數(shù)較高，而在近河口海域及其東北部遠海海域和西北近岸海域出現(xiàn)3個低值區(qū)(見圖4B)。Pielou均勻度指數(shù)的變化范圍為0.75～1.00，平均值為0.97。河口東北遠海海域出現(xiàn)一個低值區(qū)，而近河口海域均勻度較高，總體呈現(xiàn)從河口向外海輻射降低的趨勢(見圖4C)。

圖4 黃河口及鄰近水域5月大型底棲動物群落多樣性指數(shù)的空間分布

8月黃河口大型底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)變化范圍為0～2.63，平均值為0.95。近河口海域及其西部近岸海域多樣性指數(shù)較低，而東北部遠海多樣性指數(shù)較高，總體呈現(xiàn)由河口向外海輻射升高的趨勢(見圖5A)。Margalef物種豐富度指數(shù)變化范圍為0～1.59，平均值為0.49。河口及近岸海域豐富度指數(shù)較低，東北部遠海豐富度較高，總體呈現(xiàn)從河口到遠海海域輻射增大的趨勢(見圖5B)。Pielou均勻度指數(shù)的變化范圍為0.70～1.00，平均值為0.95。近河口東北部水域均勻度較高，而西北部近岸出現(xiàn)一個低值區(qū)(見圖5C)。

10月黃河口大型底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)變化范圍為0～2.95，平均值為1.39。近河口東部海域、東部遠海海域和西北部近岸海域出現(xiàn)3個低值區(qū)，而東北部遠海海域的多樣性指數(shù)較高(見圖6A)。Margalef物種豐富度指數(shù)變化范圍為0～1.94，平均值為0.80。近河口北部海域和西部遠海海域豐富度較低，而東北部遠海海域豐富度較高(見圖6B)。Pielou均勻度指數(shù)的變化范圍為0.93～1.00，平均值為0.98。河口南部海域均與度較低，而北部海域均勻度較高，總體呈現(xiàn)從南向北均勻度升高的趨勢(見圖6C)。

圖5 黃河口及鄰近水域8月大型底棲動物群落多樣性指數(shù)的空間分布

圖6 黃河口及鄰近水域10月大型底棲動物群落多樣性指數(shù)的空間分布

2.3 大型底棲動物的豐度/生物量比較曲線

黃河口大型底棲動物群落的豐度/生物量比較曲線如圖7所示，各季節(jié)大型底棲動物群落的生物量曲線始終位于豐度曲線之上，表明各季節(jié)的大型底棲動物群落未受到干擾。其中，夏季(8月)生物量曲線與豐度曲線的起點相距最近，且生物量曲線初始的變化幅度較大，隨后變化趨于平緩，表明夏季黃河口大型底棲動物群落趨于受干擾狀態(tài)；春季(5月)和秋季(10月)雖然生物量曲線和豐度曲線的起始點較近，但二者的變化趨勢均較為平穩(wěn)，大型底棲動物群落相對穩(wěn)定；冬季(2月)大型底棲動物群落的生物量曲線和豐度曲線變化均較為平緩，且生物量起點較高，表明大型底棲動物群落尚未受到干擾。

圖7 不同季節(jié)黃河口及鄰近水域大型底棲動物群落的豐度/生物量比較曲線

3 討論

據(jù)張志南等[18]研究，1990年代黃河口大型底棲動物群落主要由棘皮動物、軟體動物和多毛類組成，其中棘皮動物生物量幾乎占到了總生物量的50%。本次調(diào)查結(jié)果表明，目前黃河口及鄰近水域大型底棲動物群落主要由多毛類、節(jié)肢動物和軟體動物組成，其中多毛類占主要地位。大型底棲動物群落組成已經(jīng)發(fā)生了較大變化，其中中小個體和耐污種類逐漸成為主要種類，尤其是多毛類生物。該變化可能是人為擾動特別是環(huán)境污染引發(fā)的，如多毛類生物在污染較重時能夠大量增殖[19]。黃河口大型底棲動物物種數(shù)量從1990年的150種[18]降低到2013年的80種。大型底棲動物豐度也有較大變化，1990年黃河口及鄰近海域的大型底棲動物豐度均值為557 ind/m2[18]，2009年春季黃河口大型底棲動物的平均豐度為371 ind/m2[20]，均高于本次調(diào)查的115.62 ind/m2，平均豐度呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢。2004—2008年春季黃河口優(yōu)勢種為寡節(jié)甘吻沙蠶(Glycindegurjanovae)、縱溝紐蟲(Lineussp.)和絨毛細足蟹(Raphidopusciliatus)等[20]，而2014年春季調(diào)查結(jié)果為江戶明櫻蛤。黃河口大型底棲動物種類數(shù)量和豐度逐年減少，群落結(jié)構(gòu)由大型的、多年生的底棲生物為主導(dǎo)向小型耐污種類轉(zhuǎn)變，一定程度上反映出黃河口底棲生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)結(jié)果顯示，黃河口及鄰近海域底棲生態(tài)狀況全年均顯示為優(yōu)[21]，且其生態(tài)狀況在冬季最佳，其次為秋季、春季，夏季最差。豐度/生物量比較曲線結(jié)果也表明，黃河口大型底棲動物群落全年均處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，在夏季(8月)受擾動程度最大。黃河口鄰近水域各季節(jié)底棲生態(tài)狀況均顯示為未擾動，而各個站位的底棲生態(tài)狀況結(jié)果卻少有未擾動狀態(tài)，這是由于本文中各季節(jié)的多樣性指數(shù)是依照18個站位匯總數(shù)據(jù)計算所得，而非每個站位多樣性指數(shù)的均值。在理化環(huán)境變化劇烈的區(qū)域(如河口、潮間帶)，大型底棲動物會呈現(xiàn)分層現(xiàn)象[23]，大型底棲動物群落在空間上有一定的差異。王晶等[24]研究表明，評價區(qū)域物種多樣性時應(yīng)該應(yīng)用區(qū)域混合樣數(shù)據(jù)的計算方法。因此，在反映調(diào)查海域大型底棲動物群落的整體變化時，基于區(qū)域混合樣數(shù)據(jù)比基于站位樣方數(shù)據(jù)，可以更準確地反映底棲生態(tài)環(huán)境變化的真實情況。

從空間變化上來看，河口區(qū)的生態(tài)狀況劣于遠海區(qū)域，這種時空變化趨勢可能與入海徑流對該海域生態(tài)環(huán)境具有重要影響有關(guān)。由于每年夏季6、7月，黃河進行調(diào)水調(diào)沙，大量的淡水、泥沙進入黃河口海域，黃河調(diào)水調(diào)沙期間將超過全年的1/3的泥沙送入海中[25]。在大量淡水和泥沙的作用下，河口區(qū)域的理化環(huán)境發(fā)生巨大變化，在河口周圍形成巨大的鹽度梯度，水體能見度急劇下降[26]。大量的污染物也進入河口生態(tài)系統(tǒng)，而且在河口區(qū)的污染明顯高于遠海區(qū)域[27]。由于不同底棲動物的對環(huán)境變化的耐受性不同，河口區(qū)域生態(tài)環(huán)境變化可能對底棲生物群落產(chǎn)生很大影響，導(dǎo)致了河口區(qū)域大型底棲動物種類組成和數(shù)量的變化。劉瀟等[28]對2013年黃河口不同季節(jié)水質(zhì)研究結(jié)果顯示，6、7月水環(huán)境質(zhì)量要優(yōu)于10月，近河口區(qū)域生態(tài)狀況劣于離岸水域，本文結(jié)果與其略有不同，這可能與其直接利用水質(zhì)指標進行評價有關(guān)。水質(zhì)指標反映即時的水質(zhì)狀況，而底棲動物對環(huán)境變化的響應(yīng)具有一定的滯后性[29]，但可以反映長期的環(huán)境變化，對長時間的累積變化具有表征作用[30]。與此同時，劉瀟[31]在對黃河口及其鄰近水域水質(zhì)的評價研究中顯示，河口近岸海域的富營養(yǎng)化水平整體高于外海海域，受擾動較嚴重，這與本文所得結(jié)果相吻合。

4 結(jié)語

調(diào)查共獲得大型底棲動物80種，多毛類種類數(shù)最多。秋季優(yōu)勢種為紐蟲，夏季和冬季優(yōu)勢種為江戶明櫻蛤，春季無明顯優(yōu)勢種。大型底棲動物群落多樣性指數(shù)與豐度/生物量比較曲線表明，黃河口鄰近水域整體上全年的底棲生態(tài)狀況處于未受擾動狀態(tài)。從空間變化看，8月河口附近的底棲生態(tài)狀況較差，遠離河口水域的生態(tài)環(huán)境優(yōu)于河口區(qū)。從10月至翌年5月，河口區(qū)域生態(tài)狀況呈轉(zhuǎn)好趨勢。

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責(zé)任編輯 朱寶象

Ecological Status Assessment Based on Macrobenthic Community Characteristics in Yellow River Estuary and Its Adjacent Waters

ZHANG Song, ZHANG Chong-Liang, XU Bin-Duo, REN Yi-Ping

(College of Fisheries, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Based on the data collected during the seasonal macrobenthic surveys conducted in August and October 2013 and February and May 2014 in Yellow River Estuary and its adjacent waters, environmental quality of the estuary was assessed with biodiversity index and abundance/biomass curve in order to monitor and evaluate the ecological quality of Yellow River Estuary benthic ecosystem and change of macrobenthic community structure. The results showed that a total number of 80 species were collected, and the most of them was polychaetes, arthropod and Mollusca.Moerellajedoensiswas dominant in February and August, while Nemertine was dominant in October, and there was no evident dominant species in May. Species diversity indices showed a similar monthly change, the highest in February, then in May and October, and the least in August. The environmental quality for the entire surveyed area was good in four seasons, similar with the results of ABC plots. The environmental quality was the best in winter, then in autumn and summer, and the worst in spring. In terms of spatial variation of environmental quality, the inshore and estuarine areas had worse environmental quality and less richness than offshore area in four seasons.

Yellow River estuary; macrozoobenthos; community; species diversity index; ecological status

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費項目(201303050)資助 Supported by Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201303050)

2016-05-16；

2016-12-15

張 嵩(1985-)，男，博士生，主要從事海洋生態(tài)評價研究。E-mail：mythtime@163.com

?? 通訊作者：E-mail：bdxu@ouc.edu.cn

S932.8；Q958.1

A

1672-5174(2017)05-065-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20160182

張嵩， 張崇良， 徐賓鐸， 等. 基于大型底棲動物群落特征的黃河口及鄰近水域健康度評價[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2017, 47(5): 65-71.

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