陳耀輝，劉守海，何彥龍，秦玉濤，季曉，張昊飛，徐韌

(1. 上海海洋大學 海洋生態(tài)與環(huán)境學院，上海 201306；2. 自然資源部 海洋生態(tài)監(jiān)測與修復技術重點實驗室，上海 201206；3. 國家海洋局 東海環(huán)境監(jiān)測中心，上海 201206；4. 自然資源部 中國極地研究中心，上海 200136)

1 引言

20世紀60年代以來，隨著全球經濟的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴重，生態(tài)系統(tǒng)健康問題受到了廣泛的關注[1-2]。由于研究者研究背景的差異，對生態(tài)系統(tǒng)健康的定義各有不同，至今仍未達成共識，但是研究者普遍認可：如果一個生態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定的和可持續(xù)的，那么它就是一個健康的生態(tài)系統(tǒng)[3]。在生態(tài)系統(tǒng)健康的相關研究中，評價生態(tài)系統(tǒng)健康狀況是最基礎、最重要的一個環(huán)節(jié)，目前生態(tài)系統(tǒng)健康評價的研究已經涉及到河流生態(tài)系統(tǒng)[4-5]、湖泊生態(tài)系統(tǒng)[6]、濕地生態(tài)系統(tǒng)[7-8]、森林生態(tài)系統(tǒng)等[9]；評價方法大致可分為指示物種法和指標體系法兩大類[3]。生物完整性指數（Index of Biological Integrity, IBI）法屬于指標體系法中的一種，在評價河流生態(tài)系統(tǒng)健康的研究中，它因為能夠將物種、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)層次的信息整合，以及能從生態(tài)系統(tǒng)的角度更好地反映河流生態(tài)系統(tǒng)健康狀況而被廣泛應用[10-11]。

生物完整性是指在天然棲息地中，群落所具有的種類組成、物種多樣性和功能結構特征，以及該群落所具有的維持自身平衡、保持結構完整和適應環(huán)境變化的能力[12]。20世紀80年代初，Karr[11]首先提出了以魚類作為指示生物，使用IBI評價水環(huán)境質量及生態(tài)系統(tǒng)狀況。在此基礎上，Deegan等[13]基于河口生境魚類群落變化的情況，進一步提出了河口生物完整性指數（Estuarine Biotic Integrity Index，EBI）的概念，并將之應用于馬薩諸塞州南部瓦庫伊特（Waquoit）海灣和巴特米爾克（Buttermilk）海灣生境質量的評價。此后，Hughes等[14]、Breine等[15]以及劉守海等[16]都利用EBI的方法對河口海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行了研究，以上研究集中在評價河口生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的現狀，尚未出現評價生態(tài)系統(tǒng)健康狀況變化趨勢的研究，而分析一個生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的長期變化有助于了解其驅動機制，并能針對性地對退化的生態(tài)系統(tǒng)進行修復。

長江是我國最大的河流，其大量的淡水輸入，給長江口海域帶來了大量的泥沙和營養(yǎng)物質[17]，同時長江口海域也受到臺灣暖流、蘇北沿岸流和黃海水團等海流水系的綜合影響，歷史上長江口海域是多種魚類的產卵場和育幼場[18]。然而，由于人類開發(fā)活動的加劇，長江口海域面臨的生態(tài)壓力與日俱增[19]。近年來，圍繞長江口海域生態(tài)環(huán)境的問題，我國學者開展了大量研究，包括探討長江口海域水質環(huán)境的變化[20-22]、評價沉積物生態(tài)環(huán)境的受污染程度[23-24]、研究生物群落與環(huán)境因子的關系[25-27]等，這些對長江口海域生態(tài)系統(tǒng)的研究，最終目的都是了解長江口海域生態(tài)系統(tǒng)狀況，以便合理利用長江口海域資源，使社會可持續(xù)發(fā)展。目前，長江口海域生態(tài)系統(tǒng)狀況不容樂觀：水體富營養(yǎng)化程度嚴重，這不僅導致水質惡化[22,27]，而且也使赤潮暴發(fā)次數增多[28]；底棲生物群落的物種數和生物量都處于較低水平[26]；魚類群落多樣性趨于簡單化，底層中型魚類個體減少[29]等。為更好地了解長江口海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的長期變化趨勢，本研究通過計算1986年、1999年、2007年以及2016年4個不同年份春季長江口海域魚類浮游生物的EBI值，評價了長江口海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況近30年的變化，以期為長江口海域生物資源的保護和修復以及為利用生物完整性評價河口生態(tài)系統(tǒng)健康狀況提供參考。

2 材料和方法

2.1 數據來源

2016 年 5 月在長江口海域（30°30′～32°00′N，121°20′～123°00′E）進行海洋生物多樣性監(jiān)測采樣調查，按照《海洋調查規(guī)范》（GB/T 12763.6—2007）使用大型浮游生物網（網長280 cm，網口內徑80 cm，網口面積0.5 m2，網目0.505 mm）進行掛流拖樣；用淺水Ⅰ型浮游生物網(口徑50 cm、篩絹CQ14、孔徑0.505 mm)由底至表進行垂直拖網。魚類浮游生物樣品先用5%的福爾馬林溶液保存，待下一步回實驗室處理；實驗室中，先在體視顯微鏡下對樣品進行初步鑒定，而后利用基于線粒體COⅠ序列的DNA條形碼技術對未能定種的樣品進行DNA鑒定，并計數。其他魚類浮游生物數據分別引自：中國科學院海洋研究所 1986 年 5 月，在 30°35′～32°00′N，121°20′～124°00′E范圍內進行的浮性魚卵和仔稚魚生態(tài)調查[30]；中國科學院海洋研究所1999 年 5 月，在 30°30′～32°20′N，121°00′～123°30′E 范圍內進行的生態(tài)環(huán)境與資源綜合調查[31]；中國科學院海洋研究所2007年5月，在30°45′～32°00′N，121°00′～123°20′E 范圍內進行的漁業(yè)資源管理與可持續(xù)利用調查[32]。采樣站位及采樣時間見圖1。

參考《拉漢世界魚類系統(tǒng)名典》[33]和《江蘇魚類志》[34]統(tǒng)一命名各年份間拉丁文學名相同而中文學名不同或拉丁名和中文學名都不同但實為同一物種的魚類浮游生物。

2.2 評價指標的設置及計算

根據研究區(qū)域河口生境的屬性，本研究參考Karr[11]、Deegan 等[13]、Hughes等[14]及劉守海等[16]的研究方法，確定了適合評價長江口海域EBI的指標。評價指標分為物種組成、營養(yǎng)類型、魚類豐度和健康狀況3大類，共10項（表1)；將近30年來長江口海域受干擾程度較低的年份獲得的數據設置為各指標的期望值，然后將各年份的數據與期望值對比，根據各年份數據偏離期望值的程度，分為“好”、“一般”、“差”3個層次，分別賦予5分、3分、1分的評價，最后將各項指標得分相加即為該年份的EBI值。

EBI計算公式：

式中，M1～M10意義見表1。因研究區(qū)域魚類浮游生物包含了在河口育肥、產卵以及棲居的種類，因此M1屬性包含了河口育肥種、河口產卵種和河口定居種3個指標，故賦予M1屬性3個權重。EBI總分為60分，分數越高，代表該研究區(qū)域魚類浮游生物的生物完整性程度越高、生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定，則生態(tài)系統(tǒng)健康狀況越好。

2.3 EBI評價標準以及等級劃分

參考Karr[11]的研究，本文將EBI的總分劃分為9 個分數段，分屬 9 個等級：“極好”58～60；“極好-好”53～57；“好”48～52；“好-一般”45～47；“一般”40～44；“一般-差”35～39；“差”28～34；“差-極差”23～27；“極差”12～22。表 2 列出了各 EBI值及其對應的EBI等級，以及各EBI等級的特征描述。

3 結果

3.1 魚類浮游生物物種組成

圖1 不同調查時期長江口海域魚類浮游生物采樣區(qū)域和站位分布Fig. 1 Survey area and sampling stations of ichthyoplankton in the Changjiang River Estuary in different survey periods

表1 長江口海域EBI評價指標體系Table 1 EBI metric system in the Changjiang River Estuary

研究發(fā)現，春季長江口海域共鑒定魚類浮游生物25科，共62種，其中鑒定到種的有51種，4個種鑒定到屬，7個種類鑒定到科（表3）。按照長江口海域魚類浮游生物的生態(tài)習性和空間分布的特點，將62種魚類浮游生物分為淡水型、沿岸型、半咸水型和近海型4種生態(tài)類型（表3）。

由圖2可知，近30年來，春季（5月份）長江口海域魚類浮游生物種類數在1986年較高，隨后急劇降低，1999年以后穩(wěn)定在較低水平。在分類階元為科的水平上，1986年、1999年、2007年及2016年分別為15、15、13、10科，總體呈現出緩慢遞減的趨勢；在分類階元為種的水平上，1986年魚類浮游生物種類數最多，達到30種，而后急劇下降到1999年的20種，此后種類數變化不大，分別為2007年的17種以及2016年的19種。

表2 EBI等級劃分和對應的特征描述Table 2 Classification of EBI and the characteristic corresponding to its level

3.2 長江口海域EBI指標賦值標準

本研究選擇長江口海域受人類干擾較少年份的數據作為EBI期望值。魚類浮游生物是魚類生活史早期的發(fā)育階段，其物種狀況、種群結構組成等受成魚影響[35-36]，在20世紀80年代以前，長江口海域漁業(yè)資源的開發(fā)利用程度在正常范圍，魚類群落基本保持完整狀態(tài)[29,37]，故本文參考1986年魚類群落的資料設置期望值。根據1、3、5賦值法，得到長江口海域河口生物完整性各指標的賦值標準（表4）。

表3 長江口海域魚類浮游生物名錄Table 3 Species categories of ichthyoplankton in the Changjiang River Estuary waters

續(xù)表 3

圖2 春季（5月）長江口海域物種數量變化Fig. 2 Changes in the number of species in the Changjiang River Estuary waters in spring (May)

3.3 長江口海域河口生物完整性變化趨勢

長江口海域在1986年、1999年、2007年和2016年4個不同時期的EBI值分別為52、40、36和34（表 5），對應的 EBI等級分別為“好”、“一般”、“一般-差”和“差”，生物完整性呈現出先下降后保持平穩(wěn)的趨勢。在物種組成大類的指標（M1～M5）中，各年份EBI得分的趨勢與EBI總分趨勢相似，1986-1999年先下降，1999年以后保持平穩(wěn)；而營養(yǎng)結構與魚類豐度和健康狀況兩大類指標的EBI得分則一直維持穩(wěn)定狀態(tài)。

表4 EBI 指標賦值標準Table 4 EBI metrics score criteria

表5 魚類浮游生物EBI值Table 5 EBI values of ichthyoplankton

4 討論

4.1 魚類浮游生物群落結構變化

在溫帶河口地區(qū)，魚類浮游生物群落一般以生活在河口地區(qū)的鰕虎魚科和在河口地區(qū)季節(jié)性產卵的鯡科、鳀科等居多[38-41]。本研究中，春季長江口海域魚類浮游生物主要類群為鳀科、鰕虎魚科、石首魚科、鯉科等，分屬于淡水型魚類、半咸水型魚類、沿岸型魚類、近海型魚類4種生態(tài)類型[30,42]，其中鳀科的鳳鱭和日本鳀、石首魚科的小黃魚為4個時期都出現的種類；鯔科的鰉、鲬科的鲬、鯧科的銀鯧和鰕虎魚科的斑點竿鰕虎魚在3個時期出現；其余出現2次的有7種；只出現1次的高達48種。研究發(fā)現，近30年春季長江口海域魚類浮游生物群落結構的變化主要是4個時期中只出現1次的偶見種引起的。與常見種相比，這些偶見種對環(huán)境的適應能力弱，當環(huán)境條件適合，這些種類增加，物種多樣性也變大；當環(huán)境惡化，它們不能適應就會逃逸或死亡，則魚類浮游生物物種多樣性迅速變小[43]。魚類浮游生物群落結構的變化與成魚群落結構的變化密切相關[36]。近年來，長江口近岸水域魚類物種多樣性降低，種類組成由20世紀60年代的以底層中型優(yōu)質魚類為主轉變?yōu)?1世紀以中上層小型低值雜質魚類為主的較為簡單的群落結構生態(tài)類型[37]，魚類群落結構逐步趨于簡單[44-45]，大型個體魚類減少[37,46]，而如鰕虎魚科的矛尾鰕虎魚等生命周期短的小型魚類占優(yōu)勢[45,47]。據統(tǒng)計，21世紀魚類浮游生物優(yōu)勢種多是鳳鱭、白氏銀漢魚等中小型魚類[48]。

本研究發(fā)現，長江淡水輸入量的變化會對長江口海域魚類浮游生物群落變化產生影響。近30年來淡水種只出現在1999年和2016年，據中國泥沙公報數據（http://www.mwr.gov.cn/sj/tjgb/zghlnsgb）以及張曉曉等[49]的研究，2016年年徑流量明顯比其他3個年份要大；盡管1986年、1999年和2007年3年的年徑流量相近，但1999年5月長江中下游降水偏多[50]，這導致長江口海域淡水輸入量增加。Faria等[51]在對瓜地亞納（Guadiana）河口及其鄰近海域魚類浮游生物群落與環(huán)境因子關系的研究中同樣發(fā)現徑流對河口魚類浮游生物有重要影響。

4.2 長江口海域河口生物完整性指數

魚類浮游生物是河口生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分[52]。由于自身運動能力弱，魚類浮游生物對環(huán)境擾動能夠做出相對快速的響應[53]，故對環(huán)境變化敏感；另外，魚類浮游生物既是主要的被捕食者，又是次級生產力的重要消費者，充當著生物量消費者和生物能量轉換者的角色[54]，是長江口海域生態(tài)系統(tǒng)食物鏈中重要環(huán)節(jié)。因此魚類浮游生物這一類群可以作為評價長江口海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的指示生物。

本研究選取魚類浮游生物的物種組成、營養(yǎng)結構、魚類豐度和種群狀況3大類屬性指標，評價了近30年長江口海域魚類浮游生物群落的生物完整性。研究發(fā)現，長江口海域的EBI等級發(fā)生了從“好”、“一般”、“一般-差”到“差”的變化，表明近30年長江口海域生態(tài)系統(tǒng)內魚類浮游生物的生物完整性由好變差，也從一定程度上表明人類活動對長江口海域魚類浮游生物群落的干擾在增強。EBI等級在1986年為“好”層次，表明當時長江口海域生態(tài)系統(tǒng)受到的人為干擾較少，魚類浮游生物群落營養(yǎng)結構較平衡，低耐受性種類較多而天然雜交種較少，河口生物完整性程度較高；1999年以后，EBI等級穩(wěn)定在“一般”到“差”層次，魚類浮游生物種類數以及低耐污魚種類數都出現一定程度的下降，高耐污魚種類增加，生物完整性程度較差。從EBI評分可以看出，1986年到1999年之間EBI得分的降低，魚類浮游生物種類結構的變化是主要原因，其中低耐污魚種類數減少以及總種類數下降又是種類結構變化的主要原因，且物種總種類數下降是由低耐污魚種類數的減少而造成的。研究發(fā)現，營養(yǎng)結構類型3個指標的值在4個時期中并沒有太大變化，包含了海洋食物鏈中位于第二營養(yǎng)級的日本鳀、康氏小公魚、細條天竺鯛和鳳鱭等；位于第三營養(yǎng)級的小黃魚、黃姑魚、鲬以及各種舌鰨等；位于第四營養(yǎng)級的龍頭魚、鱸魚、藍點馬鮫、帶魚等[55]，反映出魚類浮游生物群落營養(yǎng)結構保持穩(wěn)定，群落生態(tài)功能可以維持正常運轉。

4.3 長江口海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的變化

魚類浮游生物的生物完整性程度能夠反映生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況[56]。本文EBI顯示近30年來長江口海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況由20世紀80年代中期“好”下降為21世紀初以來“差”。除了從EBI方面反映了近年來長江口海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況變差外，許多研究者從其他角度對長江口生態(tài)系統(tǒng)健康狀況進行了研究，同樣發(fā)現近年長江口海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較差。在使用指標體系法評價長江口海域生態(tài)健康狀況的研究中，周曉蔚等[57]使用壓力-狀態(tài)-響應指標結構模型發(fā)現1996—2005年這10年該海域都處在“亞健康-病態(tài)”狀態(tài)。葉屬峰等[58]通過物理化學指標、生態(tài)學指標和社會經濟學指標3大類30個指標評價2002—2004年的生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，發(fā)現2002—2004年該海域總體上處于“亞健康”狀態(tài)。眾多使用漁業(yè)資源和生態(tài)環(huán)境數據，利用Ecopath模型探討生態(tài)系統(tǒng)內部營養(yǎng)結構和能量流動的變化的研究發(fā)現，2000—2016年長江口海域生態(tài)系統(tǒng)均處于“不成熟”的發(fā)展階段，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性較低、抗干擾能力弱，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況較差[59-61]。

長江口海域生態(tài)系統(tǒng)同時受到人類活動和自然狀況變化的影響，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的變化也受到多種因素的影響，包括漁業(yè)捕撈[29,62]、長江徑流[63]、環(huán)境污染[64]、灘涂圍墾[65]等。研究發(fā)現，長江口海域健康狀況近30年的變化主要與漁業(yè)捕撈、環(huán)境污染、長江徑流量等因素相關，它們降低了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性減弱。中等捕撈強度會使魚類多樣性增加，但過高的捕撈強度又會使多樣性下降[66]，根據東海區(qū)漁業(yè)統(tǒng)計年鑒對捕撈力量的統(tǒng)計結果：從1951年開始至2002年，東海區(qū)的捕撈力量呈現逐年增加的趨勢，其中主要從80年代初期開始急劇增加[29]；此外，80年代對捕撈網具進行了改革，使捕撈網具對于魚類更有針對性，且幼魚的捕撈量急劇上升[62]。環(huán)境污染直接造成生物棲息地環(huán)境質量下降，嚴重威脅到許多物種的生存[67]。近30年來，長江口海域水體無機氮和活性磷酸鹽的含量不斷升高[27]，活性磷酸鹽和無機氮含量在1987—2005年之間都出現了2次明顯躍升，2005年以后保持高位震蕩，水體富營養(yǎng)化程度較高；另外，有機污染物也不斷增多，從1986年的115種增加到21世紀初的308種[68]。據大通站多年輸沙量資料顯示，長江入海口輸沙量在20世紀50年代至2004年間急劇下降[22]，而后保持較低的輸入量，輸沙量的減少，使長江口海域海水的自凈能力下降[69]，導致生態(tài)系統(tǒng)自我調節(jié)能力減弱。

5 結論

近30年來，長江口海域魚類浮游生物群落結構發(fā)生了變化。魚類浮游生物種類數在1986年較高，有16科29種，之后開始下降為1999年15科20種，2007年13科17種，2016年10科19種，整體呈現出由高變低，而后穩(wěn)定在較低水平的趨勢。

本研究中1986年、1999年、2007年以及2016年4個不同時期的EBI值分別為 52、40、36、34，對應的EBI等級分別是“好”、“一般”、“一般-差”、“差”，表明1986年長江口海域生態(tài)系統(tǒng)受人類干擾少，魚類浮游生物群落物種多樣性豐富，生物完整性程度較高，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性高，自我恢復能力強，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況良好；進入21世紀后，自然因素和人類活動雙重影響對長江口海域生態(tài)系統(tǒng)干擾的加重，使物種種類數和低耐污種數都出現一定程度的下降，生態(tài)系統(tǒng)健康狀況變差。

EBI值能夠反映長江口海域生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況，但今后仍需要對魚類浮游生物進行更多的調查，包括關注魚類浮游生物物種、種群、群落的變化，研究環(huán)境變化對魚類浮游生物群落的影響，以及探究魚類浮游生物對環(huán)境變化的響應等，進一步完善EBI評價指標體系，使之能更精確評價長江口海域生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。