隋吉星,于子山,曲方圓,劉衛(wèi)霞

(中國(guó)海洋大學(xué) 海洋生命學(xué)院,山東 青島266003)

膠州灣位于山東半島南岸,屬于典型的半封閉海灣。其海域環(huán)境特殊,底棲生物復(fù)雜多樣,從而成為海灣生態(tài)學(xué)研究的典型海域。早在20世紀(jì)50年代,中國(guó)科學(xué)院海洋研究所就與蘇聯(lián)科學(xué)院動(dòng)物研究所合作,對(duì)膠州灣底棲生物做了比較詳細(xì)的調(diào)查研究[1]。80年代以后關(guān)于膠州灣大型底棲生物的生態(tài)學(xué)研究更是持續(xù)不斷：劉瑞玉[2]對(duì)膠州灣底棲生物群落結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)的論述; 孫道遠(yuǎn)[3]圍繞膠州灣底棲生物的數(shù)量動(dòng)態(tài)進(jìn)行了細(xì)致的討論; 畢洪生等[4]對(duì)膠州灣近十幾年底棲生物群落的變化進(jìn)行了總結(jié),等等。而近幾年對(duì)膠州灣底棲生物的研究也更加詳細(xì)：?jiǎn)为?dú)討論多毛類[5]、軟體動(dòng)物[6]、甲殼動(dòng)物[7]、棘皮動(dòng)物[8]的數(shù)量動(dòng)態(tài)及其與環(huán)境因子的關(guān)系等。此外,對(duì)于膠州灣底棲生物多樣性、次級(jí)生產(chǎn)力也有不少的報(bào)道[9～12]。本研究是山東省908專項(xiàng)的一部分,就膠州灣中部海域大型底棲生物豐度、生物量、多樣性指數(shù)等展開研究,為膠州灣環(huán)境質(zhì)量的生態(tài)監(jiān)控和生物資源的持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 站位布設(shè)和樣品處理

于2006年8月、12月、2007年4月和10月分4個(gè)航次(以下簡(jiǎn)稱夏季、冬季、春季和秋季航次),對(duì)膠州灣中部海域的大型底棲生物進(jìn)行了取樣分析,共設(shè)5個(gè)站位(圖1)。樣品采集、保存、計(jì)數(shù)和稱量均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[13]和《908技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行。另在每站取沉積物表層樣,用于測(cè)定粒度和有機(jī)碳,測(cè)定有機(jī)碳的樣品置于-20℃保存。

圖1 調(diào)查海區(qū)站位圖Fig.1 Map of sampling stations in the study area

1.2 環(huán)境因子的測(cè)定

1.2.1 沉積物粒度的測(cè)定

沉積物樣品經(jīng)六偏磷酸鈉溶液和超聲波分散后,用 Cilas940L 型激光粒度儀(測(cè)量范圍 0.3～2000μm)進(jìn)行粒度測(cè)試,粒度參數(shù)的計(jì)算用矩值法。QD07和QD15站因底質(zhì)顆粒較大而采用篩析法測(cè)定。

1.2.2 沉積物有機(jī)質(zhì)的測(cè)定

樣品60℃烘72 h后,研磨,過100目篩,然后按照《海洋調(diào)查規(guī)范》重鉻酸鉀-硫酸氧化法及劉昌嶺改進(jìn)方法[14]進(jìn)行有機(jī)碳的測(cè)定。有機(jī)碳含量乘以1.724得有機(jī)質(zhì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用PRIMER5.0,spss10.0軟件包中的相關(guān)程序進(jìn)行數(shù)據(jù)資料的分析處理。

1.4 相對(duì)重要性指標(biāo)

相對(duì)重要性指標(biāo)全面考慮了大型底棲動(dòng)物種群的個(gè)體大小、數(shù)量和分布情況,能定量地反映出它們的地位和數(shù)量分布的變化情況[15],其計(jì)算公式為：

式中,W為種群的生物量占大型底棲動(dòng)物總生物量的百分比;N為種群的豐度占大型底棲動(dòng)物總豐度的百分比;F為種群出現(xiàn)的頻率。

2 結(jié)果

2.1 沉積環(huán)境

調(diào)查中所測(cè)各站位的環(huán)境因子數(shù)據(jù)見表 1(僅春季航次)。本次調(diào)查有機(jī)質(zhì)含量平均值為 0.78%,與劉瑞玉等[2]的報(bào)道(平均為 0.95%)相差不大,而遠(yuǎn)低于袁偉[16]等的調(diào)查結(jié)果(位于膠州灣中部海域的S站,有機(jī)質(zhì)含量為 1.78%)。袁偉等調(diào)查的海域位于膠州灣養(yǎng)殖區(qū),餌料的投放和養(yǎng)殖生物的糞便可能是該海域有機(jī)質(zhì)含量高的主要原因。QD06站、QD09站和 QD13站底質(zhì)為粉砂黏土類型(中值粒徑分別為6.55、6.41和6.9),有機(jī)質(zhì)容易聚集,QD07站和QD15站底質(zhì)為中砂細(xì)砂類型,水循環(huán)好,含氧量高,有機(jī)質(zhì)含量低。

表1 各站位環(huán)境因子Tab.1 The environmental variables of each sampling station

2.2 大型底棲生物種類組成

在 4個(gè)航次的調(diào)查中,共采集鑒定大型底棲生物206種,其中多毛類98種,占總數(shù)的47.57%; 甲殼動(dòng)物53種,占總數(shù)的25.73%; 軟體動(dòng)物31種,占總數(shù)的 15.05%; 棘皮動(dòng)物 7種,占總數(shù)的 3.4%; 其他類群17種包括腔腸動(dòng)物門、紐形動(dòng)物門、魚類等,占總數(shù)的8.25%。

從豐度來看,多毛類占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),平均豐度為 925 個(gè)/m2,占總平均豐度的 67%; 軟體動(dòng)物為116 個(gè)/m2,占總平均豐度的 8%; 甲殼類為 219 個(gè)/m2,占總平均豐度的 16%; 棘皮動(dòng)物為 90 個(gè)/m2,占總平均豐度的7%; 其他類群22 個(gè)/m2,占總平均豐度的2%。

從生物量來看,多毛類平均生物量最低,為2.78 g/m2,占總平均生物量的10%; 甲殼動(dòng)物、軟體動(dòng)物、棘皮動(dòng)物相差不大,分別為 7.95 g/m2、6.59 g/m2、5.96 g/m2,分別占總平均生物量的27%、23%、21%; 其他類群平均生物量為 5.48 g/m2,占總平均生物量的19%。

2.3 相對(duì)重要性指數(shù)

由于動(dòng)物有運(yùn)動(dòng)能力,多數(shù)動(dòng)物群落研究中以數(shù)量或生物量為基礎(chǔ)來衡量種的重要性。但一般來說,對(duì)于小型動(dòng)物,以數(shù)量為指標(biāo)易于高估其作用,而以生物量為指標(biāo),易于低估其作用; 相反,對(duì)于大型動(dòng)物,數(shù)量低估了其作用,而生物量高估其作用。相對(duì)重要性指數(shù)同時(shí)以數(shù)量和生物量為指標(biāo),并考慮了種的分布情況,因而能較好地反映種的重要性。各季節(jié)相對(duì)重要性指數(shù)前4位的種見表2?？梢?不同季節(jié),種群的相對(duì)重要性存在差異。

2.4 生物多樣性

物種的豐富度反映的是一個(gè)群落中種的數(shù)目的多寡; 種的均勻度反映的是一個(gè)群落中全部種的個(gè)體數(shù)目的分配情況,它反映了種屬組成的均勻程度; 香濃威納指數(shù)在群落多樣性測(cè)度上借用了信息論中不定性測(cè)量方法,就是預(yù)測(cè)下一個(gè)采集的個(gè)體屬于什么種,如果群落的多樣性程度越高,其不定性也越大。在對(duì)一個(gè)群落多樣性進(jìn)行研究時(shí),一般從以上三種指數(shù)出發(fā),綜合分析比較物種的多樣性及其影響因素[6,9～11]。

表3為本研究各站位在不同季節(jié)的三種指數(shù)的取值。香濃威納指數(shù)(H′)在冬季和夏季較高,平均值為2.81和2.8,而在春季和秋季較低,平均值為2.59和 2.50,這與李新正[9]等得出的結(jié)論是一致的。均勻度指數(shù)(J)在各個(gè)季節(jié)變化不大。物種豐度度指數(shù)(D)則為夏季(4.86)＞冬季(4.47)＞春季(3.81)＞秋季(2.79)。One-way ANOVA檢驗(yàn)結(jié)果表明：不同季節(jié)香濃威納指數(shù)差異不顯著(F=1.109,P＞0.05); 均勻度指數(shù)差異不顯著(F=1.421,P＞0.05); 豐富度指數(shù)差異顯著(F=4.594,P＜0.05)。

表2 各季節(jié)大型底棲生物相對(duì)重要性指數(shù)Tab.2 The IRI of macrobenthos at each season

表3 各站位不同季節(jié)多樣性指數(shù)Tab.3 Diversity of every season at each station

表4 研究海域大型底棲生物豐度Tab.4 The abundance of macrobenthos in the study area (個(gè)/m2)

2.5 大型底棲生物的豐度

表4為各站位不同季節(jié)大型底棲生物豐度的取值,5個(gè)站位的總平均豐度為1 507 個(gè)/m2。豐度的最高值出現(xiàn)在夏季航次中的QD07站,為4 170 個(gè)/ m2,原因是在該站采集到了大量的寡鰓齒吻沙蠶(Nephthys oligobranchia)、異蚓蟲(Heteromastus filiformis)、獨(dú)指蟲(Aricidea fragilis),其次為QD13站,平均豐度為1 498 個(gè)/m2。不同季節(jié)比較而言,夏季和冬季平均豐度較高,春季和秋季平均豐度較低。One-way ANOVA檢驗(yàn)結(jié)果表明：不同季節(jié)間豐度有顯著差異(F=4.067,P＜0.05)。

2.6 大型底棲生物的生物量

表5為各站位不同季節(jié)大型底棲生物生物量的取值。5個(gè)站位的總平均生物量為35.88 g/m2。生物量最高值出現(xiàn)在QD13站,為63.22 g/m2,原因是春季航次中在該站位采到了大個(gè)體的棘刺錨參(Protankyra bidentata),秋季航次中在該站位采到了生物量較大的菲律賓蛤仔(Ruditapes philippinarum)。此外,QD07站平均生物量也較高,為49.53 g/m2,原因是秋季航次中,在該站采到了大個(gè)體的強(qiáng)壯菱蟹(Parthenope validus)。不同季節(jié)比較而言,春季和秋季平均生物量較高,夏季和冬季平均生物量較低。One-way ANOVA檢驗(yàn)結(jié)果表明：不同季節(jié)間生物量差異不顯著(F=1.429,P＞0.05)。

表5 研究海域大型底棲生物生物量Tab.5 The biomass of macrobenthos in the study area (g/m2)

3 分析與討論

3.1 多樣性指數(shù)

香濃威納指數(shù)通常用于環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià),但評(píng)價(jià)環(huán)境污染程度的標(biāo)準(zhǔn)不盡一致。有的標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)為正常環(huán)境 H′指數(shù)值高,環(huán)境污染時(shí) H′值低[17]。李永棋[18]、孔凡翔等[19]提出H′值小于1嚴(yán)重污染; 1～3,中度污染; 大于3,清潔。蔡曉明等[20]認(rèn)為可將H′值分為四個(gè)等級(jí)：0～1為重污染; 1～2為中度污染; 2～3為輕度污染; 大于 3為清潔。蔡立哲等[21]在蔡曉明的基礎(chǔ)上提出5級(jí)標(biāo)準(zhǔn),考慮更加周全。國(guó)外有些學(xué)者認(rèn)為多樣性指數(shù)評(píng)價(jià)污染程度的值與研究區(qū)域沉積環(huán)境有關(guān),不同生境選擇多樣性指數(shù)的分值有所不同[22]。參照蔡曉明和蔡立哲的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),本研究海域 5個(gè)站位H′指數(shù)平均值在2～3之間,屬于輕度污染狀況。

3.2 豐度與生物量

本次調(diào)查海域總平均豐度為1 507 個(gè)/m2,結(jié)果遠(yuǎn)大于劉瑞玉等[2](平均豐度為 203個(gè)/m2)和李新正等[9](平均豐度為 386 個(gè)/m2)得出的報(bào)道,而小于袁偉等[16](平均豐度為2 183 個(gè)/m2)的報(bào)道。本次調(diào)查海域總平均生物量為35.88 g/m2,結(jié)果遠(yuǎn)小于李新正等[9](平均生物量為 151.18 g/m2)和袁偉等[16](平均生物量為 469.90 g/m2)的報(bào)道,而與于子山等[23](平均生物量為41.90 g/m2)得出的結(jié)果相差不大。

造成如此大的差異可能是由于以下原因：(1) 本實(shí)驗(yàn)只在膠州灣中部設(shè)了 5個(gè)站,這與袁偉等研究的膠州灣西部海域和劉瑞玉、李新正等研究的整個(gè)膠州灣是不同的; (2) 袁偉和李新正所調(diào)查的海域都出現(xiàn)了大量的菲律賓蛤仔。尤其是袁偉等調(diào)查的海域,D站位菲律賓蛤仔的生物量高達(dá)2 157 g/m2,對(duì)結(jié)果產(chǎn)生了重大的影響,如果除去這一因素,其平均生物量?jī)H為44.50 g/m2。而本次調(diào)查的海域位于膠州灣中部,遠(yuǎn)離菲律賓蛤仔的養(yǎng)殖區(qū),雖然個(gè)別站位也采集到該生物,但對(duì)結(jié)果沒有決定性的影響;(3) 可能是使用網(wǎng)篩孔徑的不同,本研究采用的是0.5 mm的網(wǎng)篩,這樣就保存了數(shù)量較大的小個(gè)體的多毛類生物。

3.3 豐度生物量比較曲線

通過豐度和生物量比較曲線(簡(jiǎn)稱 ABC曲線),可以了解底棲生物群落發(fā)生的變化,從而揭示環(huán)境的污染狀況[24-26]。一般地,若豐度曲線位于生物量曲線之下,代表一種群落未受干擾的狀況; 若豐度曲線位于生物量曲線之上,代表一種群落受到嚴(yán)重干擾的狀況; 若豐度曲線與生物量曲線重疊或交叉,代表一種群落受到中等干擾的狀況。本文對(duì)春季航次的5個(gè)站位做了ABC曲線(圖2)。

圖2 大型底棲生物豐度和生物量比較曲線Fig.2 Comparison of the abundance and biomass of macrobenthos

ABC結(jié)果表明,該海域環(huán)境狀況比較好,有輕度污染,與 H′結(jié)果相吻合。QD06、QD07、QD09、QD13四個(gè)站代表大型底棲生物群落受到干擾較輕,亦即污染較輕,QD15站的ABC指示的是接近未受擾動(dòng)的群落結(jié)構(gòu)。其他3個(gè)航次所做ABC曲線與本航次結(jié)果相似。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)沉積物中有機(jī)質(zhì)含量、生物多樣性指數(shù)和豐度生物量比較曲線的綜合分析認(rèn)為,膠州灣中部海域環(huán)境質(zhì)量狀況比較好,污染較輕,大型底棲生物群落結(jié)構(gòu)受到的擾動(dòng)較輕。

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