王宗興,孫丕喜**,劉彩霞,劉新杰,連 巖,徐玉珊

(1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061;2.山東出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心,山東青島266002;3.山東省榮成市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,山東威海264309)

桑溝灣大型底棲動(dòng)物生物多樣性研究*

王宗興1,孫丕喜1**,劉彩霞2,劉新杰3,連 巖3,徐玉珊3

(1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島266061;2.山東出入境檢驗(yàn)檢疫局檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心,山東青島266002;3.山東省榮成市海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心,山東威海264309)

為了解桑溝灣大型底棲動(dòng)物多樣性現(xiàn)狀,作者于2009年7月和12月對(duì)桑溝灣9個(gè)站位進(jìn)行2個(gè)航次的采樣,以種類組成、生物量和棲息密度為基礎(chǔ),采用物種多樣性指數(shù)(Shannon-Wiener index)、物種豐富度指數(shù)(Species richness index)以及物種均勻度指數(shù)(Species evenness index)對(duì)大型底棲動(dòng)物多樣性及其影響因子進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:共采到大型底棲動(dòng)物83種,其中多毛類45種,占種類總數(shù)的54.22%,軟體動(dòng)物11種(占13.25%),甲殼類23種(占27.71%),其他4種(占4.82%)。各站獲得平均種類數(shù)在2～28種之間,種類最少的出現(xiàn)在夏季的C8站,最多的出現(xiàn)在夏季的C4站。不同養(yǎng)殖區(qū)生物多樣性指數(shù)差異也很大,物種多樣性(H′)和物種豐富度指數(shù)(D)均以貝類養(yǎng)殖區(qū)最高,藻類養(yǎng)殖區(qū)最低,而物種均勻度指數(shù)(J′)以貝藻混養(yǎng)區(qū)最高,藻類養(yǎng)殖區(qū)最低。生物多樣性除了受種的數(shù)量及其個(gè)體密度的影響外,還與多種環(huán)境因素有關(guān),相關(guān)性分析結(jié)果表明:水溫、鹽度、沉積物類型和硫化物含量是影響桑溝灣大型底棲動(dòng)物生物多樣性的主要環(huán)境因子。

大型底棲動(dòng)物;生物多樣性;桑溝灣

桑溝灣地處山東半島東端(37°01′N～37°09′N,122°24′E～122°35′E),面臨黃海,為半封閉型海灣,開口向東,口門北起青魚嘴,南至褚島,寬度11.5 km,灣內(nèi)平均水深7～8 m,最大水深15 m,海域面積約140 km2,自然環(huán)境條件良好,是我國(guó)著名的海珍品和大型藻類養(yǎng)殖基地[1,2]。隨著灣內(nèi)增養(yǎng)殖面積的逐年增加,灣內(nèi)大量的增養(yǎng)殖帶來(lái)的環(huán)境污染,直接威脅著原本較脆弱的生態(tài)環(huán)境,從而改變了灣內(nèi)底棲動(dòng)物的生物量、棲息密度和生物多樣性指數(shù),但是關(guān)于桑溝灣大型底棲動(dòng)物多樣性的研究鮮見報(bào)道。為了解桑溝灣大型底棲動(dòng)物生物多樣性現(xiàn)狀,于2009年對(duì)桑溝灣9個(gè)站位進(jìn)行了夏、冬2個(gè)航次的調(diào)查。本文根據(jù)調(diào)查所獲海底表層采泥定量資料,對(duì)桑溝灣大型底棲動(dòng)物生物多樣性進(jìn)行了初步研究,闡明桑溝灣大型底棲動(dòng)物多樣性現(xiàn)狀,分析影響桑溝灣大型底棲動(dòng)物多樣性的因子,為桑溝灣的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)和持續(xù)開發(fā)利用提供科學(xué)的依據(jù),亦可為海灣生物多樣性研究提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 研究海域與站位布設(shè)

2009年7月和12月對(duì)桑溝灣海域的9個(gè)站位進(jìn)行了2個(gè)航次的大型底棲動(dòng)物調(diào)查,共設(shè)9個(gè)取樣站,其中C5站位于貝類養(yǎng)殖區(qū),C6和C8站位于藻類養(yǎng)殖區(qū),C2、C3、C4、C7和C9站位于貝藻混養(yǎng)區(qū)[3],C1站位于灣口非養(yǎng)殖區(qū)作為對(duì)照,站位分布見圖1。所測(cè)各站位的環(huán)境參數(shù)見表1。

圖1 桑溝灣取樣站位示意圖Fig.1 Map of samp ling stations in the Sanggou Bay

表1 桑溝灣各站位環(huán)境參數(shù)(2009年7月測(cè))Table 1 Environmental factors of sampling stations in the Sanggou Bay(July 2009)

1.2 取樣方法

用0.05 m2抓斗式采泥器在調(diào)查站位定量采集表層沉積物樣品,每個(gè)站3個(gè)重復(fù)樣,混合后用1和0.5 mm孔徑的套篩進(jìn)行篩選,具體操作均按《海洋調(diào)查規(guī)范》[4]和相關(guān)國(guó)際規(guī)范[5-6]實(shí)施。將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后經(jīng)種類鑒定、個(gè)體計(jì)數(shù)、生物量計(jì)算,再與同時(shí)獲得的溫度、鹽度等環(huán)境參數(shù)進(jìn)行相關(guān)分析。

1.3 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用物種多樣性指數(shù)、物種豐富度指數(shù)、物種均勻度指數(shù)對(duì)底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)、組成特點(diǎn)及數(shù)量動(dòng)態(tài)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

物種多樣性(H′)的計(jì)算采用Shannon-W iener[7]的計(jì)算公式:H′=-∑(Pi)(log2Pi),其中,Pi為樣品中i種的密度比例,如樣品總密度為N,第i種的密度為Ni,則Pi=Ni/N。

物種豐富度(D)的計(jì)算采用Margalef[8]的計(jì)算公式:D=(S-1)/log2N,N為底棲動(dòng)物密度(單位:個(gè)/m2),S為采泥樣品中的種數(shù)。

物種均勻度(J’)的計(jì)算采用Pielou[9]的計(jì)算公式:J′=H′/log2S。

采用PRIM ER 5.0軟件[10]進(jìn)行上述指數(shù)的計(jì)算。

采用SPSS 18.0軟件包中的Co rrelate分析(Pearson)來(lái)檢驗(yàn)上述多樣性指標(biāo)與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系,使用One-Way ANOVA和配對(duì)樣本t檢驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)航次間多樣性指數(shù)的差異顯著性[11]。

2 結(jié)果

2.1 種類組成

采泥樣品經(jīng)分析、鑒定,共采到大型底棲動(dòng)物83種,其中多毛類45種(占種類總數(shù)的54.22%),軟體動(dòng)物11種(占13.25%),甲殼類23種(占27.71%),其他4種(占4.82%)。在組成上以溫帶種和廣溫性廣布種為主。桑溝灣大型底棲動(dòng)物的優(yōu)勢(shì)種或常見種名錄見表2。

表2 桑溝灣大型底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種或常見種名錄Table 2 Dominant species of macrobenthic fauna in Sanggou Bay

2.2 多樣性指數(shù)的水平分布

各站物種多樣性指數(shù)波動(dòng)幅度較大,最高值出現(xiàn)在冬季的C5站,為2.84,該站物種豐富度和均勻度指數(shù)數(shù)值也較大;最低值出現(xiàn)在夏季的C8站,僅為0.29,該站豐富度和均勻度指數(shù)也很低。

從圖2、圖3可以看出,C4站大型底棲動(dòng)物的物種多樣性和物種豐富度指數(shù)較大,C7和C8站的物種多樣性和物種豐富度指數(shù)均極小。從圖4可以看出,C7站均勻度指數(shù)最高,C8站最低。

不同養(yǎng)殖區(qū)各生物多樣性指數(shù)存在明顯差異(見圖5),物種多樣性和物種豐富度指數(shù)均以貝類養(yǎng)殖區(qū)最高,藻類養(yǎng)殖區(qū)最低,而物種均勻度指數(shù)以貝藻混養(yǎng)區(qū)最高,藻類養(yǎng)殖區(qū)最低。

圖2 各站大型底棲動(dòng)物平均物種多樣性指數(shù)Fig.2 Average Shannon-Wiener index of macrobenthic fauna in each station

圖3 各站大型底棲動(dòng)物平均物種豐富度指數(shù)Fig.3 Average species richness index of macrobenthic fauna in each station

圖4 各站大型底棲動(dòng)物平均物種均勻度指數(shù)Fig.4 Average Pielous evenness index of macrobenthic fauna in each station

圖5 不同養(yǎng)殖區(qū)大型底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)Fig.5 Biodiversity indices of different aquicultural area

2.3 多樣性指數(shù)的季節(jié)變化

桑溝灣大型底棲動(dòng)物群落的種數(shù)、物種多樣性、豐富度和均勻度指數(shù)季節(jié)間的差異不顯著(P>0.05),夏季種數(shù)、豐富度指數(shù)略高于冬季,冬季物種多樣性、均勻度指數(shù)略高于夏季(見表3)。冬季雖然水溫偏低,采集到的樣品種類數(shù)少于夏季,但各物種間數(shù)量較均衡,故物種多樣性和均勻度指數(shù)較高。

2.4 多樣性指數(shù)與環(huán)境因子的關(guān)系

相關(guān)分析表明,沉積物的各種環(huán)境因子對(duì)桑溝灣大型底棲動(dòng)物生物多樣性的影響要高于底層水的影響。

物種多樣性指數(shù)和沉積物的粉砂含量呈正相關(guān),與沉積物砂含量、硫化物、水體懸浮物含量呈負(fù)相關(guān);豐富度指數(shù)與水溫呈正相關(guān),與沉積物硫化物、底層水水溫、鹽度呈負(fù)相關(guān);均勻度指數(shù)與粉砂呈顯著正相關(guān)關(guān)系,與沉積物硫化物、底層水水溫、硅酸鹽呈負(fù)相關(guān)(見表4)。

總體看來(lái),桑溝灣大型底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)與沉積物粉砂含量呈正相關(guān),與沉積物砂含量和硫化物呈負(fù)相關(guān),與水體鹽度、懸浮物也呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系;與沉積物重金屬含量、底層水COD等環(huán)境因子的相關(guān)性不顯著。

表3 大型底棲動(dòng)物種類數(shù)(S)、物種多樣性指數(shù)(H′)、豐富度指數(shù)(D)和均勻度指數(shù)(J’)Table 3 Biodiversity indices of all stations based on the data of each cruise

表4 大型底棲動(dòng)物多樣性指數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性(Pearson相關(guān))Table 4 Pearson co rrelations between biodiversity indicesof macrofauna and environmental

3 討論

本次調(diào)查所獲大型底棲動(dòng)物的種類數(shù)遠(yuǎn)少于1983年調(diào)查結(jié)果[1-2],也少于南黃海[12-13]、渤海[14-15]及其鄰近的乳山灣[16]、青島近海[17]和膠州灣[18-21]的調(diào)查結(jié)果(見表5);大型底棲動(dòng)物種類組成與1983年相比也發(fā)生了較大的改變,軟體動(dòng)物變少而個(gè)體較小的多毛類增多,這與南黃海[13]和膠州灣[19,22]的調(diào)查結(jié)果相同;個(gè)體較小的多毛類成為桑溝灣大型底棲動(dòng)物第1大類群,造成大型底棲動(dòng)物棲息密度大幅增高(1 162個(gè)/m2,2009年;9.65個(gè)/m2,1982年),而生物量(20.12 g/m2,2009年;104.36 g/m2,1983年)卻降低的現(xiàn)象;不同養(yǎng)殖區(qū)大型底棲動(dòng)物生物多樣性指數(shù)存在差異,藻類養(yǎng)殖區(qū)各多樣性指數(shù)均最低,而貝類養(yǎng)殖區(qū)物種多樣性和物種豐富度指數(shù)均最高,均勻度指數(shù)也較高;本次調(diào)查所獲桑溝灣物種多樣性指數(shù)(H′)平均僅為1.78,低于乳山灣[16]、青島近海[17]和膠州灣[19,24]的調(diào)查結(jié)果。上述結(jié)果表明多年的大規(guī)模養(yǎng)殖活動(dòng)對(duì)桑溝灣大型底棲動(dòng)物群落已經(jīng)造成了影響,尤以藻類養(yǎng)殖為甚,藻類養(yǎng)殖區(qū)大型底棲動(dòng)物種類數(shù)及各多樣性指數(shù)均低于其他養(yǎng)殖區(qū)域,底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)趨向簡(jiǎn)單,這可能與藻類養(yǎng)殖活動(dòng)影響導(dǎo)致水體營(yíng)養(yǎng)化程度較高有關(guān)[25],也可能存在著更深層次更復(fù)雜的原因,需要引起重視,深入研究。

表5 桑溝灣大型底棲動(dòng)物種數(shù)、密度、生物量與其它海域的比較Table 5 Comparison of Species,Density and Biomass of macrobenthos in Sanggou Bay with other seas

生物多樣性主要受種的數(shù)量及其個(gè)體密度的影響。桑溝灣物種多樣性指數(shù)最高的冬季C5站,共采到20種動(dòng)物,且無(wú)數(shù)量特別大的種;而物種多樣性指數(shù)最低的C8站,僅采到2種大型底棲動(dòng)物;C7站雖采到的底棲動(dòng)物種類較少,但各種類密度較均一,所以均勻度指數(shù)最高。

另外,生物多樣性指數(shù)還與多種環(huán)境因素有關(guān)。在不同的時(shí)間和空間尺度上的自然或人為的干擾都會(huì)導(dǎo)致底棲動(dòng)物群落組成和生物多樣性的變化[26]。從表4中可以看到,桑溝灣大型底棲動(dòng)物物種數(shù)與水溫正相關(guān),與鹽度負(fù)相關(guān),這與于海燕等[19]在膠州灣的調(diào)查結(jié)果相同。物種數(shù)、各多樣性指數(shù)與沉積物硫化物含量均呈負(fù)相關(guān),表明硫化物是影響桑溝灣大型底棲動(dòng)物分布的重要環(huán)境因子。沉積物粉砂含量與多樣性指數(shù)呈正相關(guān),尤其是與均勻度指數(shù)達(dá)到顯著正相關(guān)(P<0.05),而沉積物砂含量則與多樣性指數(shù)呈負(fù)相關(guān),表明底質(zhì)類型也是影響大型底棲動(dòng)物群落分布的重要環(huán)境因子,這與李新正等[18],Gray[27],李寶泉等[28]的研究結(jié)果相符?？傊?水溫、鹽度、沉積物類型及硫化物含量是影響桑溝灣大型底棲動(dòng)物多樣性的主要環(huán)境因子。

桑溝灣這樣1個(gè)半封閉型的局部生態(tài)系統(tǒng),其平衡很容易被打破,這需要人們更密切監(jiān)測(cè)桑溝灣大型底棲動(dòng)物多樣性的變化,分析人類活動(dòng)對(duì)桑溝灣生態(tài)環(huán)境的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響,加強(qiáng)對(duì)其生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。

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The Species Diversity of Macrobenthic Fauna in Sanggou Bay,China

WANG Zong-Xing1,SUN Pi-Xi1,LIU Cai-Xia2,LIU Xin-Jie3,L IAN Yan3,XU Yu-Shan3
(1.First Institute of Oceanography,SOA,Qingdao 266061,China;2.Technical Center of Inspection and Quarantine,Shandong Administration for Entry-Exit Inspection and Quarantine,Qingdao 266002,China;3.Marine Environmental Monitoring Center,Rongcheng Fishery and Ocean Bureau,Shandong Province,Weihai264309,China)

We surveyed the macrofauna diversity at 9 sampling stations of the Sanggou Bay during two cruises from July 2009 to December 2009.The species diversity was studied based on quantitative investigations of species composition,abundance and biomass.In analyzing the data,the Shannon-W iener index,species evenness and species richness indices are used to study the distributional trends of community structure,the distributional trends of species assemblages and dominant species of macrobenthic fauna in Sanggou Bay.The results show ed the following:A total of 83 species macrobenthic animals w ere obtained,of which 45 species were Polyehaeta,11 were Mollusca,23 were Crustaeea,and the rest 4 were other animal groups.The average number of species was about 2-28 per samp le station,the lowest number,2 species,w as found in Station C8 reco rded in July 2009,the maxim um num ber,28 species,w as found in Station C4 recorded in Dec.2009.Therewas great difference of biodiversity indices between each aquicultural area,both the Shannon-W iener indexand species richness index were highest in Bivalves cultural area.And the Shannon-Wiener index,Pielou evenness index,species richness index were lowest in Kelp cultural area.The number of species and its abundance have great effect on biodiversity,some environmental factors such as temperature,salinity,sediment grain size and sulfides have great effect on biodiversity,too.

macrobenthic;biodiversity;Sanggou Bay

Q178.1;Q958.1

A

1672-5174(2011)7/8-079-06

海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(200805031)資助

2010-09-07;

2011-02-24

王宗興(1980-),男,助理研究員。研究方向:海洋底棲動(dòng)物分類與生態(tài)學(xué)。

**通訊作者:E-mail:pxsun@fio.o rg.cn

責(zé)任編輯 朱寶象