大型底棲動(dòng)物與近海生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)

徐勇 李新正

近海與人類(lèi)生存生活密切相關(guān)。近海的魚(yú)類(lèi)、蝦蟹等資源物種是人類(lèi)重要的食物來(lái)源，而且近海豐富的石油、天然氣等能源是社會(huì)生產(chǎn)所需化石燃料的重要來(lái)源。此外，隨著人民生活水平的提高，每年有大量游客去海邊旅游。所以，近海生態(tài)系統(tǒng)在為人類(lèi)提供大量物質(zhì)和生態(tài)服務(wù)的同時(shí)，還承受著種種壓力。

我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)面臨的脅迫

在過(guò)去半個(gè)多世紀(jì)里，我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)受了極大的壓力，包括自然因素和人為因素，最終對(duì)海洋生物資源的可持續(xù)利用造成影響。

自然因素主要有氣候變化導(dǎo)致的海洋表面溫度升高、極端天氣增加，這對(duì)近海生態(tài)系統(tǒng)有著重要影響。海洋表面溫度升高不僅使魚(yú)卵孵化期和魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)期都縮短，致使魚(yú)類(lèi)個(gè)體小型化，而且還使海洋生物的分布發(fā)生變化，例如導(dǎo)致珊瑚蟲(chóng)因發(fā)生白化而消失。臺(tái)風(fēng)等極端天氣會(huì)引起表層海流的變化，對(duì)一些海洋洄游魚(yú)類(lèi)有重要影響，因?yàn)檫@些魚(yú)類(lèi)的生活史往往包括在海洋表層浮游的幼體階段。

人為因素造成的明顯負(fù)面影響有：①過(guò)度捕撈造成近海大黃魚(yú)、小黃魚(yú)、中國(guó)對(duì)蝦等水產(chǎn)資源枯竭，難以形成漁汛，傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)資源退化，但一些經(jīng)濟(jì)價(jià)值低的小型魚(yú)類(lèi)數(shù)量卻增加，漁業(yè)衰退的趨勢(shì)有增無(wú)減[1]。②填海造陸破壞了海岸帶生物原有的棲息地，同時(shí)鋼筋混凝土建造的濱海建筑成為許多外來(lái)物種的附著基，引起潮間帶物種在緯度分布上的劇烈變化。例如，長(zhǎng)江口北部潮間帶的人工基質(zhì)迅速被一些原來(lái)分布于長(zhǎng)江口南部巖石潮間帶的物種占據(jù)，從而改變了這些物種的地理分布范圍。③近海水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)對(duì)近海生態(tài)系統(tǒng)的影響也很大。養(yǎng)殖廢水的排放使得水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素含量增加，水體發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致赤潮災(zāi)害。赤潮生物既釋放有毒有害的代謝產(chǎn)物，又迅速消耗水體中的溶解氧，形成海洋中的低氧區(qū)，大量其他海洋生物因中毒或缺氧而死亡。從2007年開(kāi)始，我國(guó)近海每年夏天都會(huì)發(fā)生滸苔暴發(fā)的生態(tài)災(zāi)害，大面積滸苔散發(fā)的腥臭對(duì)旅游業(yè)和近海養(yǎng)殖都造成巨大影響。④工業(yè)廢水和廢物的排放不僅直接導(dǎo)致大量海洋生物中毒死亡，而且污染海洋生物賴以生存的棲息地。⑤大面積溢油污染海洋和海岸帶，使大量海洋生物因二次污染死亡。

位于我國(guó)和朝鮮半島之間的黃海是西北太平洋典型的半封閉邊緣海，也是典型的受人為因素嚴(yán)重影響的海域。近幾十年來(lái)，黃海的生態(tài)系統(tǒng)狀況不容樂(lè)觀：漁業(yè)資源因過(guò)度捕撈等原因日益枯竭；滸苔連年暴發(fā)，嚴(yán)重影響旅游業(yè)；水母的暴發(fā)使本已匱乏的漁業(yè)資源狀況進(jìn)一步惡化；濱海水產(chǎn)養(yǎng)殖的廢水導(dǎo)致近海出現(xiàn)赤潮和低氧區(qū)，等等。

近海生態(tài)系統(tǒng)健康的評(píng)價(jià)

“海洋生態(tài)系統(tǒng)健康”的概念通常用于描述海洋的狀況，反映海洋生態(tài)系統(tǒng)的整體特征。如何判斷近海生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)受到影響，以及受影響的程度？相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，海水中的元素含量、海洋生物群落組成等方面的變化，可以用來(lái)判斷海洋生態(tài)系統(tǒng)的演替程度，進(jìn)而對(duì)其健康狀況做出評(píng)價(jià)。

近海生態(tài)系統(tǒng)健康的科學(xué)評(píng)價(jià)需要通過(guò)量化的科學(xué)認(rèn)知來(lái)了解和掌握，并分析外來(lái)壓力（人類(lèi)活動(dòng)等）的影響，從而為海洋管理決策提供科學(xué)依據(jù)，達(dá)到促進(jìn)海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的目的。如果海洋生態(tài)系統(tǒng)遭受威脅甚至損害，就需要采取有效措施，通過(guò)生態(tài)修復(fù)手段減輕受損程度，進(jìn)而使生態(tài)系統(tǒng)健康得以恢復(fù)。

海洋生物根據(jù)其生活方式被分為三大類(lèi)群，即浮游生物、游泳生物和底棲生物。底棲生物包括生活在海洋基底表面和沉積物中的各種生物，是海洋生物中種類(lèi)最多、生態(tài)關(guān)系最復(fù)雜的類(lèi)群。一般情況下，“底棲生物”只用于表示底棲動(dòng)物。

我國(guó)將不能通過(guò)孔徑0.5 毫米篩網(wǎng)的底棲動(dòng)物定義為大型底棲動(dòng)物（macrozoobenthos）。我國(guó)黃海大型底棲動(dòng)物多達(dá)853種，其中北黃海和南黃海的年總平均生物量分別為99.66 克/米2和27.69克/米2。由于運(yùn)動(dòng)能力較弱、活動(dòng)范圍有限、對(duì)逆境的逃避相對(duì)遲緩等特點(diǎn)，大型底棲動(dòng)物在海洋生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)中有著重要作用。以大型底棲動(dòng)物為研究對(duì)象，研究人員提出了許多評(píng)價(jià)方法，這些方法大致分為指示生物法和指示指數(shù)法兩大類(lèi)。

指示生物法

指示生物是指在一定區(qū)域內(nèi)，能反映環(huán)境整體特征或指示其中某一生態(tài)因子特征的生物物種、屬或群落[2]。通過(guò)對(duì)指示生物及其生理生態(tài)指標(biāo)、結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)和健康狀況的監(jiān)測(cè)，來(lái)評(píng)估整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的方法，就是指示生物法。在生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)體系中，指示生物法由于統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)單、所需數(shù)據(jù)量少，而應(yīng)用較早。1916年，德國(guó)學(xué)者首次利用多毛類(lèi)中的小頭蟲(chóng)來(lái)指示海洋中的污染，這也是最早利用生物評(píng)價(jià)海洋生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的案例。小頭蟲(chóng)是一種耐污染的厭氧動(dòng)物，主要以海底的有機(jī)碎屑為食，能在溶解氧濃度相對(duì)較低的條件下生存，但對(duì)環(huán)境變化敏感，在世界范圍內(nèi)都可作為指示生物。

黃海大型底棲動(dòng)物中最著名的指示生物也是小頭蟲(chóng)。1978年，我國(guó)研究人員發(fā)現(xiàn)青島灣小頭蟲(chóng)數(shù)量減少，據(jù)此判斷青島灣的污染比以前有所減輕，環(huán)境有所改善，并指出小頭蟲(chóng)作為近海污染指示生物的優(yōu)點(diǎn)：世界性分布；生活史明確；生命周期短，僅為30～60天；實(shí)驗(yàn)室內(nèi)易養(yǎng)殖[3]。他們同時(shí)發(fā)現(xiàn)，小頭蟲(chóng)在清潔的海水中3～4天就全部死亡[3]。

在青島近海沙質(zhì)海底區(qū)域，研究人員還常常通過(guò)調(diào)查海底沉積物表面是否有另一種大型底棲動(dòng)物——文昌魚(yú)來(lái)判斷該海域的健康狀況。與小頭蟲(chóng)相反，文昌魚(yú)對(duì)污染十分敏感，在受污染的海底無(wú)法生存。2017年夏季和秋季，在青島文昌魚(yú)水生野生動(dòng)物市級(jí)自然保護(hù)區(qū)海域，有文昌魚(yú)生存的地點(diǎn)水質(zhì)優(yōu)良，均處于貧營(yíng)養(yǎng)水平，其中溶解無(wú)機(jī)氮總體水平優(yōu)于海水一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)值[4]。

在夏季的黃海，深度超過(guò)50米、核心區(qū)水溫在10℃以下的黃海冷水團(tuán)（又稱黃海底層冷水）中，有一個(gè)大型底棲動(dòng)物群落——黃海冷水團(tuán)群落。這個(gè)群落的代表物種在過(guò)去60年中發(fā)生了明顯變化，多毛類(lèi)環(huán)節(jié)動(dòng)物的數(shù)量明顯減少，而冷水種類(lèi)淺水薩氏真蛇尾的數(shù)量顯著增加[5]。據(jù)推測(cè)，這種變化可能與人類(lèi)活動(dòng)有關(guān)，因?yàn)榈讓油暇W(wǎng)會(huì)刺激淺水薩氏真蛇尾增加捕食，同時(shí)讓它們的天敵（例如底層魚(yú)類(lèi)）減少，致使其數(shù)量增加，整個(gè)底棲生物群落的穩(wěn)定性變差[6]。

指示指數(shù)法

指示指數(shù)法一般通過(guò)計(jì)算與大型底棲動(dòng)物相關(guān)的一些指數(shù)，根據(jù)數(shù)值高低來(lái)判斷海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，但也有一些指數(shù)可通過(guò)圖形呈現(xiàn)。

多樣性指數(shù)

在黃海對(duì)生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)用最廣泛的是多樣性指數(shù)。一般認(rèn)為，在沒(méi)有干擾的情況下，例如未受污染的清潔海域，生物種類(lèi)較多，數(shù)量分布相對(duì)均勻，生物多樣性較高；受到污染后，敏感種類(lèi)就會(huì)消失，耐污的種類(lèi)會(huì)增加，整體表現(xiàn)為種類(lèi)相對(duì)單一、個(gè)別種類(lèi)數(shù)量較大，多樣性降低[2]。

H、d、D值越高，表示多樣性越高；J值越高，表示均勻度越高。對(duì)于同樣面積大小的區(qū)域，這4個(gè)指數(shù)計(jì)算獲得的數(shù)值越高，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況就越好。根據(jù)位于南海的深圳灣福田地區(qū)潮間帶泥灘底棲動(dòng)物的H值的時(shí)空分布，結(jié)合底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的變化以及有機(jī)質(zhì)等參數(shù)，有學(xué)者建議按H值大小將污染程度分為5個(gè)等級(jí)：嚴(yán)重污染（H=0，無(wú)底棲生物）；重度污染（03）[7]。

在黃海應(yīng)用較多的多樣性指數(shù)是香農(nóng)—維納指數(shù)、瑪格列夫物種豐富度指數(shù)和皮盧均勻度指數(shù)，它們被用來(lái)說(shuō)明不同時(shí)期不同站點(diǎn)大型底棲動(dòng)物多樣性的差異，進(jìn)而評(píng)價(jià)近海生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況或趨勢(shì)。例如，南黃海東部深水區(qū)的大型底棲動(dòng)物的H值、d值和J值均顯著低于南黃海其他海域[6]，這意味著南黃海東部深水區(qū)并不是相關(guān)底棲生物生存的理想場(chǎng)所。

AZTI海洋生物指數(shù)

AZTI海洋生物指數(shù)（AMBI）由西班牙漁業(yè)與食品技術(shù)研究所（AZTI）的研究人員提出[8]。它按對(duì)環(huán)境變動(dòng)（有機(jī)物富集等）的耐受能力從低到高，將大型底棲動(dòng)物劃分為5類(lèi)生態(tài)類(lèi)群：①生態(tài)類(lèi)群Ⅰ（EGⅠ）：由對(duì)環(huán)境變動(dòng)非常敏感、只出現(xiàn)在無(wú)污染的原始環(huán)境中的物種組成，包括特化的食肉動(dòng)物和一些在底泥（指水體底部的有機(jī)與無(wú)機(jī)碎屑和土壤的混合物）中攝食的管棲多毛類(lèi)；②生態(tài)類(lèi)群Ⅱ（EGⅡ）：由對(duì)環(huán)境變動(dòng)不敏感，但總是在從初始狀態(tài)到輕微不平衡狀態(tài)（有機(jī)物輕微富集）的環(huán)境下低密度出現(xiàn)，且不隨時(shí)間發(fā)生顯著變化的物種組成，包括濾食動(dòng)物、選擇性不強(qiáng)的食肉動(dòng)物和食腐動(dòng)物；③生態(tài)類(lèi)群Ⅲ（EGⅢ）：由能耐受過(guò)量環(huán)境變動(dòng)的物種組成，可在通常情況下出現(xiàn)，但種群會(huì)受有機(jī)物輕微富集刺激，包括管棲的海稚蟲(chóng)等表層食底泥動(dòng)物（生活在水底且主要以有機(jī)沉積物為食的底棲動(dòng)物稱為食底泥動(dòng)物）；④生態(tài)類(lèi)群Ⅳ（EGⅣ）：由耐受從輕微到明顯不平衡狀態(tài)的二級(jí)機(jī)會(huì)種組成，主要為小型多毛類(lèi)，例如底內(nèi)食底泥動(dòng)物（穴居或埋棲于沉積物內(nèi)生活的底棲動(dòng)物稱為底內(nèi)動(dòng)物）；⑤生態(tài)類(lèi)群Ⅴ（EGⅤ）：由耐受明顯不平衡狀態(tài)的一級(jí)機(jī)會(huì)種組成，是一些在沉積物減少的條件下增殖的食底泥動(dòng)物[8]。其中，機(jī)會(huì)種是能在短期內(nèi)利用適宜環(huán)境迅速繁殖的物種。

公式中使用的是各生態(tài)類(lèi)群的豐度（單位面積內(nèi)的動(dòng)物個(gè)體數(shù)，而非物種數(shù)）占群落中大型底棲動(dòng)物總豐度的百分比。采用AMBI一般能獲得從0到6的一系列連續(xù)的值，其中當(dāng)AMBI≤0.2時(shí)，群落未受污染，處于正常健康狀況；當(dāng)5.5

AMBI和M-AMBI已經(jīng)在歐洲近海得到廣泛應(yīng)用，并具有良好的環(huán)境指示作用。在煙臺(tái)近海，AMBI和M-AMBI的數(shù)值表明四十里灣和套子灣海域大部分調(diào)查站位在2013年時(shí)處于中等或較好的健康狀況[9]。

底棲多毛類(lèi)機(jī)會(huì)種和端足類(lèi)指數(shù)

底內(nèi)動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)指數(shù)

式中各營(yíng)養(yǎng)類(lèi)群的數(shù)據(jù)是調(diào)查到的所有物種的個(gè)體總數(shù)。ITI計(jì)算出的數(shù)值在0～100范圍內(nèi)，其中ITI≤30表明研究地點(diǎn)處于被污染的不健康狀況，3060為未受污染的正常狀況。

我們用ITI研究了黃海近岸海域在2000—2011年期間的大型底棲動(dòng)物群落，發(fā)現(xiàn)這些群落受到中等擾動(dòng)，表明生態(tài)系統(tǒng)狀況趨向不健康；ITI與AMBI和皮盧均勻度指數(shù)的空間變化趨勢(shì)較為一致，驗(yàn)證了ITI用于海洋生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的有效性。

豐度—生物量比較曲線

豐度—生物量比較（ABC）曲線方法通過(guò)比較大型底棲動(dòng)物的豐度的K-優(yōu)勢(shì)度曲線與生物量的K-優(yōu)勢(shì)度曲線在同一圖上的相對(duì)位置，來(lái)判斷海域的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，其中，K-優(yōu)勢(shì)度曲線是依據(jù)物種豐度（或生物量）的百分比進(jìn)行降序排列得到的物種豐度（或生物量）的累積百分比曲線。根據(jù)1959年7月、2004年6月和2012年8月南黃海冷水團(tuán)中心內(nèi)部、外部大型底棲動(dòng)物群落的ABC曲線特征判斷，該中心內(nèi)部、外部的群落狀況良好，生態(tài)系統(tǒng)處于健康狀況[10]。

上述介紹的方法雖然比較成熟、應(yīng)用較廣，但它們都是在物種級(jí)別上的健康評(píng)價(jià)，將群落中的每個(gè)物種視為一致[11]。近年來(lái)，將大型底棲動(dòng)物之間的進(jìn)化關(guān)系及分類(lèi)距離應(yīng)用于海洋環(huán)境污染監(jiān)測(cè)的探索逐漸增加，發(fā)展出平均分類(lèi)差異（average taxonomic distinctness， AvTD）指數(shù)等分類(lèi)多樣性（taxonomic diversity）指數(shù)，這些指數(shù)具有不受采樣方法及環(huán)境條件影響、僅用物種名錄便可計(jì)算等優(yōu)勢(shì)。AvTD已經(jīng)在黃海的污染監(jiān)測(cè)與健康評(píng)價(jià)方面顯示出良好的應(yīng)用前景，但它涉及物種之間分類(lèi)距離的路徑長(zhǎng)度權(quán)重值等參數(shù)，計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜[11]。

在黃海，利用大型底棲動(dòng)物進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)的嘗試越來(lái)越多，這無(wú)疑有助于我國(guó)的海洋資源管理和環(huán)境保護(hù)。然而，目前多數(shù)評(píng)價(jià)案例的理論基礎(chǔ)借鑒的是國(guó)外的研究，缺乏自主開(kāi)發(fā)、更適合我國(guó)近海特點(diǎn)的方法。建立本土化的大型底棲動(dòng)物指標(biāo)體系是我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)健康評(píng)價(jià)迫切需要解決的問(wèn)題，這需要積極探索，以便更好地服務(wù)國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略和海洋生態(tài)修復(fù)。

[1]孫松， 蘇紀(jì)蘭， 唐啟升. 全球變化下動(dòng)蕩的中國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng).科學(xué)時(shí)報(bào)， 2010-03-10（A3）.

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