遼東灣海域底棲動物次級生產(chǎn)力研究及生境適宜性評價

李軼平，于旭光，孫 明，郭 棟，段 妍，董 婧

( 遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院, 遼寧省海洋生物資源與生態(tài)學(xué)重點實驗室，遼寧 大連 116023 )

遼東灣海域底棲動物次級生產(chǎn)力研究及生境適宜性評價

李軼平，于旭光，孫 明，郭 棟，段 妍，董 婧

( 遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院, 遼寧省海洋生物資源與生態(tài)學(xué)重點實驗室，遼寧 大連 116023 )

為了解遼東灣海域底棲動物次級生產(chǎn)力水平和時空分布特點，根據(jù)2007年的4月和10月遼東灣海域大型底棲動物調(diào)查數(shù)據(jù)，運用Brey經(jīng)驗公式計算大型底棲動物次級生產(chǎn)力和P/B值，并結(jié)合海洋生物指數(shù)方法對遼東灣海域進行生境適宜性評價。分析結(jié)果表明，該海域大型底棲動物年平均次級生產(chǎn)力為5.59 g/(m2·年)，年平均P/B值為3.16，遼東灣大型底棲動物次級生產(chǎn)力空間分布呈現(xiàn)出自沿岸向中部遞增的趨勢，P/B值空間分布與底棲動物次級生產(chǎn)力相反，呈現(xiàn)出自沿岸向中部遞減的趨勢，群落組成中以個體小、生活史短、代謝快的底棲動物為主。

大型底棲動物；次級生產(chǎn)力；P/B值；海洋生物指數(shù)方法

底棲動物作為海洋中的一個重要的生態(tài)群落，在海洋生態(tài)系統(tǒng)能量和物質(zhì)流動中占有非常重要的地位[1]。以次級生產(chǎn)力為表征(次級生產(chǎn)力是指生態(tài)系統(tǒng)中的異養(yǎng)微生物和動物通過生長和繁殖而增加的生物量或儲存的能量)，在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，底棲動物是次級生產(chǎn)力的主要貢獻(xiàn)者之一[2]。研究底棲動物的次級生產(chǎn)力，量化底棲動物生態(tài)過程，不僅幫助了解生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)和能量的動態(tài)變化[3]，而且對海洋生物資源可持續(xù)利用和海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究等具有重要意義[4-6]。國內(nèi)關(guān)于底棲動物次級生產(chǎn)力研究已有報道，多集中在膠州灣和長江口等近岸水域，以及黃海和東海等開闊外海水域[2,6-9]，而針對于遼東灣的研究報道則相對較少，僅見遼東灣西部局部海域的相關(guān)研究[1]。

遼東灣位于渤海東北部[10-11]，是多種經(jīng)濟魚類、蝦類和貝類的產(chǎn)卵場、索餌場和育肥場。近年來，由于受到氣候變化和人類活動等影響，遼東灣生態(tài)環(huán)境和漁業(yè)資源狀況發(fā)生了很大變化，因此，有必要通過遼東灣海域次級生產(chǎn)力分析研究，對遼東灣海域進行生境適宜性評價。Borja等[12]曾對歐洲近岸及河口海域軟底質(zhì)生態(tài)質(zhì)量狀況進行了完整性評價，在Pearson等[13-15]的理論框架模型基礎(chǔ)上提出了海洋生物指數(shù)方法，該方法在不同的環(huán)境脅迫條件下均可使用[17]。近年來，這種方法也被應(yīng)用于評價我國近岸海域[17-21]及河口地區(qū)[22-23]的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況，其評價效果和適用性得到了認(rèn)可和肯定。筆者以2007年的4月和10月遼東灣海域大型底棲動物調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù)，探討其次級生產(chǎn)力及其時空變化規(guī)律，并結(jié)合海洋生物指數(shù)方法對遼東灣海域進行生境適宜性評價，研究結(jié)果可為遼東灣海域海洋資源科學(xué)利用與可持續(xù)發(fā)展提供一定的技術(shù)支撐和現(xiàn)實依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品調(diào)查與測定

于2007年的4月(春季)和10月(秋季)對遼東灣海域進行2個航次的調(diào)查，調(diào)查站位見圖1。調(diào)查采用0.05 m2HNM-1型采泥器采集底泥，用網(wǎng)目0.5 mm的套篩漂洗底質(zhì)樣品，所獲生物樣品用5%甲醛溶液固定，在實驗室進行種類鑒定、計數(shù)、稱量質(zhì)量和計算。以上步驟均按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[24]和《海洋調(diào)查規(guī)范》[25]進行。

圖1 2007遼東灣海域大型底棲動物采樣站位示意

1.2 次級生產(chǎn)力計算

計算各站位不同物種的個體數(shù)量、干質(zhì)量和去灰干質(zhì)量。其中，生物量濕質(zhì)量轉(zhuǎn)換為干質(zhì)量的比例為5∶1，干質(zhì)量轉(zhuǎn)換為去灰干質(zhì)量的比例為10∶9[4]。

采用Brey[26]的經(jīng)驗公式計算大型底棲動物次級生產(chǎn)力：

lgP=-0.4+1.007lgB-0.27lgm

為便于計算，根據(jù)m=B/A，將上述公式轉(zhuǎn)換為：

lgP=0.27lgA+0.737lgB-0.4

式中，P為底棲動物的年平均次級生產(chǎn)力[g/(m2·年)]，A為年平均豐度(個/m2)，B為年平均生物量(g/m2)，m為年平均個體質(zhì)量(g)(去灰干質(zhì)量)。

將每個站位大型底棲動物兩個季節(jié)的豐度和生物量平均值作為該種的年平均豐度和年平均生物量，應(yīng)用以上公式逐種計算年平均次級生產(chǎn)力，并將站位所屬種類的次級生產(chǎn)力相加，得到該站位大型底棲動物群落的年平均次級生產(chǎn)力；將所有種類的平均生產(chǎn)力相加，得到整個種群的年平均生產(chǎn)力[5]。

1.3 評價方法

海洋生物指數(shù)法根據(jù)各種底棲動物環(huán)境敏感度的不同，分為5個生態(tài)組[12]：① EGⅠ為干擾敏感種；②EGⅡ為干擾不敏感種；③EGⅢ為干擾耐受種；④ EGⅣ為二階機會種；⑤ EGⅤ即一階機會種。底棲動物通過AZTI中心網(wǎng)站公布的種類名錄最新數(shù)據(jù)(2014年11月)進行生態(tài)組分組，當(dāng)數(shù)據(jù)庫中未查到某一生物相應(yīng)的生態(tài)組時，將其與已經(jīng)分組的同一科或者同一屬的物種歸到同一組[27]。

BI值表示占優(yōu)勢地位的生態(tài)組別[15]，由此指示觀測點受干擾程度及底棲群落健康狀況。

表1 海洋生物指數(shù)值分級與相應(yīng)的環(huán)境質(zhì)量狀況[12]

2 結(jié)果與分析

2.1 種類、豐度和生物量

春秋兩季遼東灣海域調(diào)查共獲得大型底棲動物46種，隸屬6門7綱22目37科(表2)，主要以環(huán)節(jié)動物(19種)、軟體動物(14種)、節(jié)肢動物(10種)為主，占總種數(shù)的93.48%。大型底棲動物的年平均豐度為93.16個/m2，最高值出現(xiàn)在3號站，為240個/m2，最低值出現(xiàn)在7號站，為20個/m2；大型底棲動物的年平均生物量分別為30.60 g/m2，最高值出現(xiàn)在11號站，為211.87 g/m2，最低值出現(xiàn)在4號站，為0。

2.2 群落次級生產(chǎn)力與P/B值

運用Brey[26]經(jīng)驗公式計算得到2007年遼東灣大型底棲動物的年平均次級生產(chǎn)力為5.59 g/(m2·年)，其中對其貢獻(xiàn)最大的是軟體動物，占大型底棲動物次級生產(chǎn)力的39.20%，其次是甲殼動物占33.92%，環(huán)節(jié)動物占20.08%。

年平均次級生產(chǎn)力最高值出現(xiàn)在11號站，為18.67 g/(m2·年)，最低值出現(xiàn)在4號站，為0，該站位生物量也為0，遼東灣大型底棲動物次級生產(chǎn)力空間分布呈現(xiàn)出自中部向沿岸遞減趨勢(圖2a)；年平均P/B值為3.16，最高值出現(xiàn)在18號站，為8.72，最低值出現(xiàn)在4號站，為0，P/B值空間分布與底棲群落次級生產(chǎn)力相反，呈現(xiàn)出自中部向沿岸遞增趨勢(圖2b)。

2.3 評價結(jié)果

根據(jù)海洋生物指數(shù) V 5.0軟件種類名錄(V5-2014-11)進行生態(tài)分組并分析，結(jié)果見表3、表4。春季共有3個樣本的BI=0，占總樣本數(shù)的15.79%，5個樣本的BI=1，占總樣本數(shù)的26.32%，11個樣本的BI=2，占總樣本數(shù)的57.89%；秋季共有2個樣本的BI=0，占總樣本數(shù)的10.53%，2個樣本的BI=1，占總樣本數(shù)的10.53%，13個樣本的BI=2，占總樣本數(shù)的68.42%，2個樣本的BI=3，占總樣本數(shù)的10.53%。

表2 2007年遼東灣大型底棲動物種類

站位EGⅠEGⅡEGⅢEGⅣEGⅤ海洋生物指數(shù)BI環(huán)境干擾程度底棲群落健康狀況185.7%14.3%0.0%0.0%0.0%0.2141未受干擾高2100.0%0.0%0.0%0.0%0.0%0.0000未受干擾高37.1%92.9%0.0%0.0%0.0%1.3932輕微干擾好40.0%100.0%0.0%0.0%0.0%1.5002輕微干擾好50.0%85.0%14.3%0.0%0.0%1.7142輕微干擾好60.0%0.0%100.0%0.0%0.0%3.0002輕微干擾好7100.0%0.0%0.0%0.0%0.0%0.0000未受干擾高80.0%75.0%25.0%0.0%0.0%1.8752輕微干擾好950.0%25.0%25.0%0.0%0.0%1.1251未受干擾高100.0%100.0%0.0%0.0%0.0%1.5002輕微干擾好1183.3%16.7%0.0%0.0%0.0%0.2501未受干擾高120.0%100.0%0.0%0.0%0.0%1.5002輕微干擾好1333.3%66.7%0.0%0.0%0.0%1.0001未受干擾高140.0%100.0%0.0%0.0%0.0%1.5002輕微干擾好150.0%66.7%33.3%0.0%0.0%2.0002輕微干擾好16100.0%0.0%0.0%0.0%0.0%0.0000未受干擾高1733.3%33.3%33.3%0.0%0.0%1.5002輕微干擾好1837.5%62.5%0.0%0.0%0.0%0.9381未受干擾高199.1%90.9%0.0%0.0%0.0%1.3642輕微干擾好

表4 遼東灣秋季大型底棲動物生態(tài)環(huán)境敏感度分組情況、海洋生物指數(shù)值與相應(yīng)的環(huán)境質(zhì)量狀況

由空間分布來看，春季的低值區(qū)分布在錦州灣及遼河口附近海域，高值區(qū)出現(xiàn)在離岸較遠(yuǎn)的灣內(nèi)水域，但分布差異不明顯，大部分水域海洋生物指數(shù)值為0～2，說明春季遼東灣底棲生境受干擾程度較輕；秋季的分布與春季比較呈現(xiàn)相反的特征，低值區(qū)出現(xiàn)在離岸較遠(yuǎn)的灣內(nèi)水域，高值區(qū)則分布在遼東灣東西兩側(cè)近岸水域，說明近岸水域的底棲生境受干擾程度較高，海洋生物指數(shù)值分布呈現(xiàn)由近岸水域向灣內(nèi)水域逐漸降低的趨勢。

3 討 論

3.1 P/B值

P/B值為次級生產(chǎn)力與生物量的比值，其值高低與生物的生命周期有關(guān)[4]，該值同時也反映了一個生態(tài)群落內(nèi)物種的新陳代謝的高低和世代更替的速度，個體較小、繁殖較快、生活史短、對環(huán)境變化適應(yīng)較強的物種P/B值較高，反之，P/B值較低[6.28]。底棲動物的P/B值分布具有一定規(guī)律性：一年一代的種類P/B值的峰值為4～5；一年兩代的峰值為5～6；一年多代P/B值分布較分散，但主要為3～13；兩年一代的峰值為2～3；多年一代的種類P/B值較小，峰值主要為0～1[3,5]，遼東灣P/B值為3.16，說明該水域內(nèi)物種平均每1～2年更替1個世代，此研究結(jié)果高于萊州灣[5]、膠州灣[9]和長江口[6]，說明遼東灣大型底棲動物群落中個體小、繁殖較快、生活史短、代謝快的種類所占的比例高于以上海域。

3.2 次級生產(chǎn)力分布格局

遼東灣大型底棲動物次級生產(chǎn)力空間分布呈現(xiàn)出自沿岸向中部遞增的趨勢，P/B值空間分布與底棲群落次級生產(chǎn)力相反，呈現(xiàn)出自沿岸向中部遞減的趨勢。次級生產(chǎn)力呈現(xiàn)這一分布格局的原因是沿岸生物個體小，如1號和3號站位分布有耳口露齒螺和短角雙眼鉤蝦等，而中部生物個體大[3-4,28]，如7號和11號站位分布有長偏頂蛤和多皺無吻螠等。該分布與底棲動物的生活環(huán)境有密切的關(guān)系，沿岸區(qū)域受徑流的影響，鹽度偏低，沉積速率高，加之沿岸港口清淤航道及船只拋錨的影響，底質(zhì)被擾動，海底環(huán)境不穩(wěn)定，在一定程度上限制了大型底棲動物的生存和發(fā)展，因而導(dǎo)致沿岸生物個體小；中部海域距河口較遠(yuǎn)，溫鹽變化和沉積環(huán)境趨于穩(wěn)定，陸源性營養(yǎng)物質(zhì)大量沉淀，使沉積物中有機質(zhì)含量較高，為大型底棲動物的生存和發(fā)展提供了有力條件，因而中部海域生物個體較大[6]。

該分布格局與長江口次級生產(chǎn)力自入?？谙驏|呈遞增的趨勢相類似[6]，長江口附近近岸次級生產(chǎn)力最低，東南部外海水域次級生產(chǎn)力的漸變達(dá)到最高，這表明入海徑流對河口底棲動物有著相似的影響方式，但在自然地理特征方面，遼東灣與長江口水域存在顯著差異，遼東灣北部水域三面環(huán)陸，受沿岸人類活動的影響更為劇烈，導(dǎo)致底棲動態(tài)環(huán)境更為復(fù)雜多變[29]；紀(jì)瑩璐等[1]曾指出，在遼東灣西部海域大型底棲動物年平均次級生產(chǎn)力由西部近岸區(qū)域向東部遠(yuǎn)岸區(qū)域逐級遞增，本次遼東灣格局分析不僅證實了這一結(jié)論，而且將分布趨勢拓展至整個遼東灣。

將研究結(jié)果與同處渤海海域的萊州灣[5]和渤海中部[4]進行比較，遼東灣次級生產(chǎn)力為5.59 g/(m2·年)，萊州灣次級生產(chǎn)力為5.60 g/(m2·年)，渤海中部次級生產(chǎn)力為4.46 g/(m2·年)，聯(lián)系三個海域的水深，符合Brey等關(guān)于大型底棲動物次級生產(chǎn)力隨水深增加而降低的一般性推論[30]。

3.3 底棲群落受擾動狀況

海洋生物指數(shù)是通過大型底棲生物各種主要類群組成的變化——耐受種和敏感種類的消長情況來判定海洋環(huán)境干擾程度的高低[31]，如本研究所示，春季錦州灣及遼河口附近海域受干擾程度低，離岸較遠(yuǎn)的灣內(nèi)水域干擾程度高，但大部分水域海洋生物指數(shù)值均處于0～2，說明春季遼東灣底棲生境受干擾程度普遍較輕；秋季與春季特征相反，離岸較遠(yuǎn)的灣內(nèi)水域受干擾程度低，遼東灣東西兩側(cè)近岸水域受干擾程度高，這主要由于近岸底棲生態(tài)環(huán)境受到鹽度、水深等環(huán)境因子及海岸工程、污染物排放、圍墾養(yǎng)殖等人為干擾的影響更為突出。這同時也從一個側(cè)面解釋了遼東灣次級生產(chǎn)力的分布格局。

海洋生物指數(shù)法不僅可以評價環(huán)境干擾程度，還可以反應(yīng)底棲生物群落健康狀況[17]。在水深較淺、鹽度較低和污染相對較重的河口及近岸區(qū)域不適宜底棲動物的棲息；在水深較深、鹽度較高和無明顯污染的海區(qū)較適宜大型底動物棲群落的棲息[22]。遼東灣大型底棲動物群落健康狀況顯示：近岸水域受陸源污染以及航道疏浚等人類活動的影響劇烈，底棲動物群落較為脆弱；離岸水域受陸源污染和海洋工程等人類活動的影響較少，底棲動物群落較為健康。

致謝

感謝遼寧省海洋水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)資源研究室全體成員在外業(yè)調(diào)查和室內(nèi)生物學(xué)鑒定過程中辛勤的付出！

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SecondaryProductivityofZoobenthosandHabitatSuitabilityEvaluationinLiaodongBay

LI Yiping，YU Xuguang，SUN Ming，GUO Dong，DUAN Yan，DONG Jing

( Key Laboratory of Marine Biological Resources and Ecology, Liaoning Ocean and Fisheries Science Research Institute, Dalian 116023,China )

The secondary productivity and P/B value of macrozoobenthos were estimated by Brey empirical formula and the suitability of habitat was evaluated by AMBI method based on the survey data of macrobenthos in Liaodong Bay in April and October of 2007, in order to get the secondary productivity level and the characteristics of spatial and temporal distribution of zoobenthos in Liaodong Bay. The results showed that the annual average secondary productivity of the macrozoobenthos was 5.59 g/(m2·a), and the annual average P/B value was 3.16. The spatial distribution of secondary productivity of macrozoobenthos showed a trend of increasing from the coast to the middle part, but the spatial distribution of P/B value was opposite from the zoobenthos secondary productivity, presenting the trend of decreasing from the coast to the middle part. The community composition was mainly of zoobenthos with small individuals, short life history and fast metabolism.

macrozoobenthos; secondary productivity; P/B value;AMBI

10.16378/j.cnki.1003-1111.2017.06.006

S922.91

A

1003-1111(2017)06-0728-07

2016-10-31；

2016-12-30.

國家海洋公益性行業(yè)科研專項(201405010)；中國近海海洋綜合調(diào)查與評價-908遼寧專項(LN-908-01-01-06).

李軼平(1981-)，男，助理研究員，碩士；研究方向：地理信息系統(tǒng)、底棲生物.E-mail:yiping463@sina.com.通訊作者: 董婧(1966-)，女，研究員：研究方向：漁業(yè)資源、水母生態(tài)學(xué).E-mail:dj660228@tom.com.