隋吉星, 李新正, 王洪法, 張寶琳

(1. 中國科學院 海洋研究所, 山東 青島 266071; 2.中國科學院 研究生院, 北京 100039)

石島海域位于山東半島最東端, 屬于南黃海海區(qū)。這里有中國北方最大的漁港石島港, 石島灣核電站也在建設中。大型底棲生物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分, 它們通過攝食、掘穴等活動與周圍環(huán)境互相影響, 共同維持著海洋生態(tài)系統(tǒng)的結構和功能[1-3]。因此, 大型底棲生物的群落特征與海域環(huán)境息息相關[4-5]。早在20世紀50年代, 我國就對山東省沿岸海域資源環(huán)境做過詳細調(diào)查, 如中國科學院海洋研究所與蘇聯(lián)科學院動物研究所合作對膠州灣大型底棲生物做了比較詳細的調(diào)查研究[6]。1980年以后關于膠州灣、渤海灣、遼東灣等海域的大型底棲生物的生態(tài)學研究更是持續(xù)不斷[7-11], 但石島海域的調(diào)查卻較少。本文報道了近期在石島海域進行的大型底棲生物調(diào)查的種類組成、數(shù)量分布與群落特征等成果, 以期為進一步對該海域進行群落和多樣性分析、次級生產(chǎn)力估算等研究提供參考, 并為相關部門的管理決策提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 站位布設和樣品處理

于2008年8月、11月、2009年2月和5月分4個航次(以下簡稱夏季、秋季、冬季和春季航次), 對石島海域的大型底棲生物進行了取樣分析, 共設6個站位, 為比較石島灣和桑溝灣大型底棲生物的不同, 特將調(diào)查站位分為兩個小組, 其中SM1、SM2、SM3、SM4位于石島灣, SN1和SN2位于桑溝灣(圖1)。樣品的采集、保存、計數(shù)和稱量(生物量為濕質量)均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[12]進行, 大型底棲生物的采樣工具為面積0.1m2的抓斗式采泥器, 每站成功取樣2次合并為1個樣品。使用0.5 mm孔徑的網(wǎng)篩分選底棲生物樣品, 所得樣品用75%酒精現(xiàn)場固定。

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

1.2 數(shù)據(jù)處理

大型底棲生物群落結構分析采用PRIMER5.0軟件包中的相關程序進行數(shù)據(jù)資料的分析處理; 除計算大型底棲生物種數(shù)、棲息密度與生物量外, 還估算了底棲生物優(yōu)勢度指數(shù)．公式如下:

式中,Y為底棲生物優(yōu)勢度指數(shù);ni為第i種的總個體數(shù);N為在所有站位采集的底棲生物總個體數(shù);fi為該物種在各調(diào)查站位中的出現(xiàn)頻率。通常情況下, 當Y＞0.02 時, 該種為優(yōu)勢種[13]。

2 結果

2.1 大型底棲生物種類組成

在4個航次的調(diào)查中, 共采集鑒定大型底棲生物164種, 其中多毛類90種, 占總數(shù)的54.88%; 甲殼動物35種, 占總數(shù)的21.34%; 軟體動物17種, 占總數(shù)的10.37%; 棘皮動物8種, 占總數(shù)的4.88%; 其他類群14種包括腔腸動物門、紐形動物門、腕足動物門等, 占總數(shù)的8.54%。

其中, 優(yōu)勢度較高的有多毛類的擬特須蟲(Paralacydonia paradoxa)、叉毛卷須蟲(Cirrophorus furcatus)、索沙蠶(Lumbrinerissp.)、長吻沙蠶(Glycera chirori)、背蚓蟲(Notomastus latericeus); 甲殼動物有鐮形葉鉤蝦(Jassa falcata)、美原雙眼鉤蝦(Ampelisca miharaensis); 棘皮動物有日本倍棘蛇尾(Amphioplus japonicus)等, 4個季節(jié)調(diào)查中優(yōu)勢種見表1。

2.2 大型底棲生物的密度與生物量

表2和表3為各站位不同季節(jié)大型底棲生物密度與生物量。6個站位的總平均密度為280 個/m2, 總平均生物量為11.00 g/m2。密度的最高值出現(xiàn)在夏季航次中的SN1站, 為1 605 個/m2, 該站采集到的鐮形葉鉤蝦(Jassa falcata)密度達到了1040 個/m2; 生物量的最高值出現(xiàn)在秋季航次中的SM2站, 為81.12 g/m2。該站采集到的心形海膽(Echinocardium cordatum)生物量達到了65.72 g/m2。

從季節(jié)看, 平均密度以夏季最高, 春季和秋季相差不大, 冬季最低; 平均生物量則秋季最高, 夏季次之, 冬季和春季較低。從站位看, SM1站密度與生物量明顯偏低, 這與該站位粗砂的底質類型有關, 這種底質底棲生物食物匱乏, 難以生存。位于石島灣的SM1～SM4四個站位平均密度(167個/m2)遠低于位于桑溝灣的SN1、SN2站的平均密度(504個/m2), 而平均生物量(14.08 g/m2)卻遠高于桑溝灣的平均生物量(4.86 g/m2)。這表明, 石島灣的大型底棲生物以大個體保守種占優(yōu)勢, 而桑溝灣大型底棲生物則以小個體的機會種占優(yōu)勢, 由Connell的中度擾動假說和Huston的種類多樣性假說可以推測, 桑溝灣大型底棲生物群落的受干擾程度大于石島灣底棲生物群落[14-15]。

表1 石島大型底棲生物各季節(jié)優(yōu)勢種及其優(yōu)勢度 Tab. 1 The seasonal dominant species and their Y-values of macrobenthos from Shidao area

表2 石島海域大型底棲生物密度 Tab. 2 The density of macrobenthos in Shidao area 個/m2

表3 石島海域大型底棲生物生物量 Tab. 3 The biomass of macrobenthos in Shidao area g/m2

2.3 站位分組

群落結構分析旨在闡明特定生物群落的物種組成特征, 探討群落中不同物種間的生態(tài)地位及其相互作用。本文選取春季航次密度數(shù)據(jù)的相似性矩陣進行聚類分析 (圖2)。結果表明, 調(diào)查海域大型底棲生物調(diào)查站可以明顯地分為兩組: SM1站為站組Ⅰ, 其他5個站位為站組Ⅱ。利用SIMPER程序進一步分析各站組的特征種, 結果表明: 站組Ⅰ以多毛類動物的長錐蟲(Haploscoloplos elongatus)和軟體動物的雙紋須蚶(Barbatia bistrigata)為特征種; 站組Ⅱ5個站的物種平均相似性為27.06%, 以多毛類動物擬特須蟲(Paralacydoniaparadoxa)、不倒翁蟲(Sternaspis scutata)、軟體動物的殼蛞蝓(Philinesp.)和甲殼動物的美原雙眼鉤蝦(Ampeliscamiharaensis)為特征種, 它們對站組特征累積貢獻率為40.46%。

圖2 石島海域大型底棲生物聚類分析 Fig. 2 Hierarchical cluster of the macrobenthos in Shidao area

3 討論

3.1 種類組成

從種類組成結果可以看出, 調(diào)查海域大型底棲生物優(yōu)勢度非常明顯。優(yōu)勢種多為多毛類, 優(yōu)勢度最高的多毛類索沙蠶(Lumbrinerissp.)優(yōu)勢度最高, 達到0.165。該種在污染較嚴重的海域密度常常較大。一般來說, 生物群落的物種優(yōu)勢度越高, 說明群落內(nèi)各物種的生態(tài)地位越不平衡, 生物群落也就更加脆弱; 反之, 物種優(yōu)勢度越低, 則群落內(nèi)各物種的生態(tài)地位更加趨于平衡, 生物群落就越穩(wěn)定[11]。從本調(diào)查可以看出, 優(yōu)勢種優(yōu)勢度明顯, 反應了該海域大型底棲生物群落的不穩(wěn)定性較強。

3.2 與其他海域大型底棲生物群落對比

本文研究海域位于山東半島東端, 屬于黃海海域。為了更完整地認識調(diào)查海域大型底棲生物群落的生態(tài)狀況, 將本次調(diào)查大型底棲生物結果與以往山東沿岸和黃海海域大型底棲生物研究成果進行了比較[16-18](表4)。由表4可以看出, 本次調(diào)查海域大型底棲生物生物量較山東南岸、南黃海和北黃海海域明顯偏低。這可能是由于以下兩個原因造成的: (1)本次調(diào)查海域更加靠近陸地, 陸源污染對該海域影響顯著[19], 如工業(yè)廢水經(jīng)車腳河、張家河等河流入海, 加深了對海域環(huán)境的污染; (2)石島港是北方最大的漁港, 來來往往的漁船對該海域大型底棲生物群落有較強的干擾。

3.3 群落結構

從調(diào)查海域大型底棲生物聚類分析結果來看, 離岸最近的SM1站被單獨劃分為一個組, 而相對離岸較遠的5個站位劃分為一個組, 這表明陸源因素可能是該海域影響大型底棲生物分布的重要因素。另外, 從底質類型來看, SM1站為粗砂, 底棲生物種類較少, 棲息密度和生物量均較低, 而其他5個站位底質類型相似, 為軟泥細沙, 大型底棲生物種類豐富, 棲息密度和生物量也較高。這與目前普遍認為的泥沙等混合型沉積環(huán)境的底棲生物多樣性高于泥或砂等勻質的沉積環(huán)境相符合[20]。

表4 石島及鄰近海域大型底棲動物生物量比較 Tab. 4 The comparison of biomass of macrobenthos in different waters

致謝: 本項目組李寶泉、王金寶、韓慶喜、蔡文倩等分別鑒定了標本, 李寶泉、王金寶、韓慶喜、董棟、董超、馬林、王曉晨、蔡文倩、孫德海等參與野外采樣調(diào)查、樣品初步分析等工作, 中國科學院海洋生物標本館人員為本研究的樣品分析給予大力協(xié)助, 在此一并致謝。

[1] Somerfield P J, Cochrane S J, Dable S, et al. Free-living nematodes and macrobenthos in a high-latitude glacial fjord [J]．Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 2006, 330: 284-296．

[2] Blanchard A L, Feder H M．Adjustment of benthic fauna following sediment disposal at a site with multiple stressors in Port Valdez, Alaska[J]．Mar Pollut Bull, 2003, 46: 1500-1590．

[3] Holte B, Dahle S, Gulliksen B, et al．Some macrofaunal effects of local pollution and glacier-induced sedimentation with indicative chemical analyses in the sediments of two Arctic fjords [J]．Polar Biology, 1996, 16: 549-557．

[4] Bǒhmer J, Zenker A, Ackermann B, et al. Macrozoobenthos communities and biocoenofic assessment of ecological status in relation to degree of human impact in small streams in southwest Germany[J]．Journal of Aquatic Ecosystem Stress and Recovery, 2001, 8: 407-419．

[5] Salas F, Neto J M, Borja A, et al．Evaluation of the applicability of a marine biotic index to characterize the status of estuarine ecosystems: the case ofMondego estuary(Portugal)[J]．Ecological Indicators, 2004, 4: 215-225．

[6] 古麗婭諾娃, 吳寶鈴. 膠州灣底棲生物群落[C]//中國科學院海洋研究所. 海洋科學集刊, 北京: 科學出版社, 1963: 3: 51-61.

[7] 劉瑞玉. 膠州灣生態(tài)學和生物資源[M].北京: 科學出版社, 1992.

[8] 隋吉星, 于子山, 曲方圓等. 膠州灣中部海域大型底棲生物生態(tài)學初步研究[J]. 海洋科學, 2010,34(5): 1-6.

[9] 孫道元, 張寶琳, 吳耀泉. 膠州灣底棲生物動態(tài)的研究[C]//中國科學院海洋研究所. 海洋科學集刊, 北京: 科學出版社, 1996: 37: 103-114.

[10] 韓潔, 張志南, 于子山. 渤海中、南部大型底棲動物的群落結構[J]. 生態(tài)學報, 2004, 24(3): 531-537.

[11] 劉錄三, 孟 偉, 鄭丙輝, 等. 遼東灣北部海域大型底棲動物研究:I.種類組成與數(shù)量分布[J]. 環(huán)境科學研究, 2008, 21(6): 118-123.

[12] 國家技術監(jiān)督局．GBT12763.6-1991海洋調(diào)查規(guī)范-海洋生物調(diào)查[S]．北京: 中國標準出版社, 1991.

[13] 沈國英, 施并章. 海洋生態(tài)學[M]. 北京: 科學出版社, 2001: 55-161.

[14] Connell J H.Diversity in tropical rain forests and coral reefs[J]. Science, 1978, 199: 1302-1310.

[15] Huston M.A general hypothesis of species diversity[J]. Am Nat, 1979, 113: 81-101.

[16] 隋吉星. 山東省沿岸大型底棲生物生態(tài)學研究[D]. 青島: 中國海洋大學, 2011.

[17] 劉錄三, 李新正．南黃海春秋季大型底棲動物分布現(xiàn)狀[J]．海洋與湖沼, 2003, 34(1): 26-32．

[18] 曲方圓, 于子山, 劉衛(wèi)霞, 等. 北黃海春季大型底棲生物群落結構[J]. 中國海洋大學學報, 2009, 39: 109-114.

[19] 趙可勝, 王麗霞, 孫長青. 石島灣海域排污口位置優(yōu)選[J]. 青島海洋大學學報, 1994, 8: 98-104.

[20] Gray J S. Animal-sediment relationships[J]. Oceanogr Mar Biol Ann Rev,1974, 12: 223-261.