李曉靜 周政權(quán) 陳琳琳 李寶泉① 劉甜甜 艾冰花 楊陸飛 劉 博 王詩(shī)帥

(1. 中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所 煙臺(tái) 264003; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049; 3. 浙江海洋大學(xué) 舟山 316022;4. 煙臺(tái)大學(xué) 煙臺(tái) 264003; 5. 萊州市漁政漁港監(jiān)督管理站 萊州 261400)

隨著沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng), 土地短缺的問(wèn)題日益突出, 圍填海作為解決土地短缺, 拓展發(fā)展空間的有效手段, 已被沿海國(guó)家廣泛采納。然而, 圍填海工程在帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)利益的同時(shí), 也對(duì)海洋環(huán)境和海洋生物等造成了嚴(yán)重的破壞。20世紀(jì)中后期,人們已經(jīng)意識(shí)到圍填海的巨大破壞力, 荷蘭、日本、美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始進(jìn)行圍填海區(qū)域濕地等的恢復(fù)研究, 注重經(jīng)濟(jì)進(jìn)步與海岸帶可持續(xù)利用綜合發(fā)展(Wanget al, 2014; 李寶泉等, 2016)。

中國(guó)大陸海岸線長(zhǎng)度約為18000km, 包括海島在內(nèi)的總海岸線長(zhǎng)度則達(dá)到30000km, 中國(guó)的圍填海工程開(kāi)始于 20世紀(jì)中期, 規(guī)模持續(xù)增大, 圍填海幾乎遍及海岸線各處。據(jù)估計(jì), 到2020年, 中國(guó)對(duì)圍填海造陸面積的需求將超過(guò) 5880km2, 接近過(guò)去 50年圍填?？偯娣e的一半, 其影響不言而喻(Wanget al,2014)。

曹妃甸海域位于河北省唐山市唐?？h南部, 渤海 灣 東 北 部 , 東 經(jīng) 118°28′40″—118°34′0″、 北 緯38°54′0″—39°05′0″。曹妃甸沙島北側(cè)與大陸岸線之間發(fā)育大片潮間淺灘, 灘地地形破碎復(fù)雜, 生境形式多樣, 生物資源豐富(索安寧等, 2012)。渤海灣主要的兩個(gè)圍填海區(qū)域?yàn)椴苠楹吞旖驗(yàn)I海新區(qū), 其中曹妃甸圍填海工程開(kāi)始于2004年預(yù)計(jì)到2020年圍填海面積達(dá) 310km2(尹延鴻, 2007); 天津新區(qū)始于 1994年,預(yù)計(jì)圍填海面積為2270km2(肖慶聰?shù)? 2012)。

大型底棲生物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中種類最多、生態(tài)關(guān)系最復(fù)雜的生物類群, 在海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中發(fā)揮著重要的作用。大型底棲動(dòng)物活動(dòng)范圍有限, 有些營(yíng)固著生活, 對(duì)逆境的逃避能力較差, 受環(huán)境影響更為深刻(李新正, 2011)。索安寧等(2012)對(duì)曹妃甸圍填海工程的環(huán)境回顧性評(píng)價(jià)表明,在5類海洋生物群落中底棲動(dòng)物受影響程度最大, 其中群落密度影響最大, 其次為底棲動(dòng)物種數(shù)、生物量和生物多樣性指數(shù)(索安寧等, 2012)。Lu等(2002)于1998—2000年對(duì)新加坡Sungei Punggol河(榜鵝河)圍填海區(qū)域生物群落進(jìn)行了研究, 發(fā)現(xiàn)圍填海區(qū)域的大型底棲動(dòng)物群落物種數(shù)和豐度均明顯減少, 而附近區(qū)域的大型底棲動(dòng)物的物種數(shù)和豐度均有所上升(Luet al, 2002)。索安寧等(2015)研究了2004—2010年圍填海對(duì)曹妃甸海域魚(yú)類群落的影響, 對(duì)曹妃甸圍填海前中后期的魚(yú)類群落物種豐富度、密度、生物量、生物多樣性指數(shù)進(jìn)行了分析, 結(jié)果表明圍填海導(dǎo)致魚(yú)類的密度和生物量均有所減少, 附近海域的魚(yú)卵和幼魚(yú)密度和生物量也有所下降, 這主要是由于圍填海產(chǎn)生的懸浮物導(dǎo)致的(Suoet al, 2015)。

對(duì)大型底棲動(dòng)物長(zhǎng)周期的調(diào)查和分析, 對(duì)于研究環(huán)境條件長(zhǎng)期變化引起的生物響應(yīng)具有重要意義(Holland, 1985)。渤海灣圍填海工程的影響研究多集中于天津?yàn)I海新區(qū)沿岸, 對(duì)于曹妃甸附近海域的研究極少, 而對(duì)曹妃甸海域圍填海對(duì)大型底棲動(dòng)物群落的研究則更少。本文利用2013年和2014年的調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)域和年際比較分析, 明確了曹妃甸圍填海工程對(duì)大型底棲動(dòng)物群落的影響范圍和程度, 為渤海灣發(fā)展規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 站位布設(shè)和樣品采集

分別于2013年9—10月和2014年4—5月在渤海灣布設(shè)站位進(jìn)行調(diào)查(圖 1), 站位的布設(shè)原則主要考慮距離圍填海區(qū)域的遠(yuǎn)近及受影響程度的差異,圖中以 CFD標(biāo)記站位為曹妃甸圍填海工程區(qū)影響較大海域, 其他以BH標(biāo)記站位為距離圍填海區(qū)域較遠(yuǎn)區(qū)域, 進(jìn)行對(duì)比。由于受天氣海況等影響, 兩個(gè)航次成功采集的樣品有所差異, 2013年成功采集23個(gè)站位, 2014年成功采集20個(gè)站位。采用0.1m2的采泥器采集底泥, 經(jīng) 0.5mm孔徑的網(wǎng)篩分選后用 95%的酒精現(xiàn)場(chǎng)固定生物樣品, 帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行種類鑒定、個(gè)體計(jì)數(shù)和稱重。樣品的處理、保存、稱重均按照《海洋調(diào)查規(guī)范 第6部分: 海洋生物調(diào)查》(GB/T 12763.6-2007)進(jìn)行。水深、水溫、鹽度、溶解氧(DO)和pH等環(huán)境因子利用 YSI環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(600QS-M-O, 美國(guó))現(xiàn)場(chǎng)同步測(cè)定。營(yíng)養(yǎng)鹽用Niskon采水器采集表層海水,帶回實(shí)驗(yàn)室利用營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)流體分析儀(AutoAnalyzer 3, Bran Luebbe, Germany)測(cè)定, 測(cè)定方法按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第 4部分: 海水分析》(GB 17378.4-2007)進(jìn)行。

1.2 群落特征分析

采用優(yōu)勢(shì)度指數(shù)計(jì)算優(yōu)勢(shì)種組成, 多樣性指數(shù)計(jì)算物種多樣性特征。計(jì)算公式分別如下:

優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(陳亞瞿等, 1995):

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(Shannonet al,1949):

Margalef 物種豐富度指數(shù)(Margalef, 1968):

Pielou 物種均勻度指數(shù)(Pielou, 1975):

式中,N為所有站位采集的大型底棲動(dòng)物總個(gè)體數(shù);ni為第i種底棲動(dòng)物的總個(gè)體數(shù);fi為物種i在各站位出現(xiàn)的頻率;S為采泥樣品中的種類總數(shù);Pi為第i種的個(gè)體數(shù)與樣品中總個(gè)體數(shù)的比值(ni/N)。當(dāng)物種優(yōu)勢(shì)度Y＞0.02時(shí), 該種即為優(yōu)勢(shì)種(陳亞瞿等, 1995)。

1.3 群落結(jié)構(gòu)分析

采用 PRIMER 6.0進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析: 首先對(duì)物種的豐度數(shù)據(jù)進(jìn)行平方根轉(zhuǎn)換以平衡優(yōu)勢(shì)種和稀有種在群落中的影響, 并計(jì)算站位間的 Bray-Curtis相似性系數(shù), 構(gòu)建相似性矩陣, 然后采用 CLUSTER等級(jí)聚類方法和非度量多維標(biāo)度(non-metric multidimensional scaling, MDS)排序方法分析大型底棲動(dòng)物的群落分布格局。通過(guò) ANOSIM分析不同聚類組間的差異性, 并通過(guò) SIMPER 分析(similarity percentage program)不同物種對(duì)各群落組內(nèi)相似性和組間差異性的平均貢獻(xiàn)率(Clarkeet al, 1994; 周紅等,2003)。

圖1 2013年和2014年渤海灣采樣站位Fig.1 Sampling stations of macrobenthos off Caofeidian in Bohai Bay in 2013 and 2014

1.4 群落與環(huán)境因子相關(guān)性分析

為減少群落中的機(jī)會(huì)種對(duì)分析結(jié)果的干擾, 對(duì)兩次調(diào)查站位的環(huán)境因子與大型底棲動(dòng)物群落的物種數(shù)、總豐度、總生物量和群落多樣性指數(shù)進(jìn)行對(duì)數(shù)(ln(x+1))處理后, 利用分析統(tǒng)計(jì)軟件 SPSS進(jìn)行環(huán)境因子與群落生物指數(shù)的相關(guān)性分析。并利用生物統(tǒng)計(jì)軟件 PRIMER對(duì)所有站位的豐度和生物量指數(shù)與環(huán)境因子進(jìn)行 BVSTEP分析, 獲取解釋群落結(jié)構(gòu)的最佳環(huán)境因子組合(Clarkeet al, 1994)。

1.5 群落健康狀況評(píng)價(jià)

采用豐度/生物量比較曲線(abundance and biomass curves)分析大型底棲動(dòng)物群落受擾動(dòng)狀況,若生物量曲線始終位于豐度曲線之上, 則群落未受干擾; 若生物量和豐度曲線接近重合, 或者出現(xiàn)部分交叉, 則群落受到中等程度的擾動(dòng); 若生物量曲線始終位于豐度曲線之下, 則群落受到嚴(yán)重干擾(田勝艷等, 2006)。

采用 AMBI 5.0(http://www.azti.es)計(jì)算 AMBI和M-AMBI指數(shù), 采用 2014年物種列表, 根據(jù)各種底棲動(dòng)物對(duì)環(huán)境的敏感度不同, 將其分為不同的生態(tài)組。采用結(jié)果中的AMBI最小值多樣性指數(shù)(H’)的最高值和豐富度指數(shù)S的最高值, 并對(duì)上述H’值和S值各乘以 115%, 計(jì)算 M-AMBI指數(shù), 設(shè)定 M-AMBI的閾值如下: “優(yōu)”＞0.77; “良好”=0.53-0.77; “中等”=0.39-0.53; “較差”=0.20-0.39; “差”＜0.20, 非底棲無(wú)脊椎動(dòng)物(魚(yú))除外。

2 結(jié)果

2.1 渤海灣曹妃甸與附近海域大型底棲動(dòng)物群落現(xiàn)狀

2.1.1 渤海灣曹妃甸與附近海域物種組成 2013年渤海灣調(diào)查海域共發(fā)現(xiàn)大型底棲動(dòng)物128種, 其中多毛類 64種為主要優(yōu)勢(shì)類群, 占總物種數(shù)的 50%,其他依次為軟體動(dòng)物28種(21.88%), 甲殼動(dòng)物21種(16.41%), 棘皮動(dòng)物 8種(6.25%), 其他動(dòng)物 7種(5.47%)。

2014年共發(fā)現(xiàn)大型底棲動(dòng)物143種, 其中多毛類59種, 占總物種數(shù)的41.26%, 其次為甲殼動(dòng)物43種,占 30.07%, 軟體動(dòng)物 27種(18.88%), 棘皮動(dòng)物 8種(5.59%), 其他動(dòng)物6種(4.20%)

曹妃甸海域(CFD 站位)和附近海域(BH 站位)各站位的物種數(shù)在不同區(qū)域(F=0.013,P=0.909＞0.05,單因素方差分析)和不同年間(F=1.508,P=0.226＞0.05,單因素方差分析)差異均不顯著。曹妃甸海域(CFD站位)兩個(gè)航次的總物種數(shù)均高于附近海域(BH站位),具體表現(xiàn)為, 2013年調(diào)查航次曹妃甸海域的多毛類物種數(shù)明顯高于附近海域, 而 2014年調(diào)查航次多毛類和甲殼類物種數(shù)均明顯高于附近海域, 其他主要類群在區(qū)域間和航次間均無(wú)明顯差異(圖2)。

圖2 2013年和2014年曹妃甸和附近海域大型底棲動(dòng)物物種數(shù)和物種組成的比較Fig.2 Comparison in species number and composition of macrobenthos between Caofeidian and its adjacent areas in 2013 and 2014

2.1.2 曹妃甸以及附近海域大型底棲動(dòng)物群落優(yōu)勢(shì)種 2013年和2014年曹妃甸和附近海域大型底棲動(dòng)物群落優(yōu)勢(shì)種均為凸殼肌蛤(Musculus senhousia)和日本倍棘蛇尾(Amphioplus japonicus)。曹妃甸區(qū)域兩個(gè)調(diào)查航次中, 凸殼肌蛤的優(yōu)勢(shì)度 2014為 0.5,2013年下降為 0.264, 優(yōu)勢(shì)度均明顯; 日本倍棘蛇尾2013年和2014年的優(yōu)勢(shì)度分別為0.036和0.038, 變化較小。附近海域優(yōu)勢(shì)度組成兩個(gè)航次期間則發(fā)生變化, 2013年凸殼肌蛤(0.36)優(yōu)勢(shì)度高于日本倍棘蛇尾(0.109); 2014年凸殼肌蛤(0.0260)優(yōu)勢(shì)度明顯下降低于日本倍棘蛇尾(0.252)。

2.1.3 曹妃甸以及附近海域大型底棲動(dòng)物的豐度和生物量 2013年總平均豐度為 1130.44ind/m2, 貢獻(xiàn)率最高的為軟體動(dòng)物 699.13ind/m2, 占比 61.85%,其次為多毛類 181.74ind/m2(16.08%), 棘皮動(dòng)物165.22ind/m2(14.62%), 甲殼動(dòng)物75.65ind/m2(6.69%),其他動(dòng)物8.70ind/m2(0.77%)。

2013年總平均生物量為 50.44g/m2, 其中棘皮動(dòng)物生物量最高為 23.99g/m2, 占總平均生物量的47.56%, 其次為軟體動(dòng)物18.67g/m2(37.02%), 多毛類5.22g/m2(10.34%), 其他動(dòng)物 1.86g/m2(3.69%), 甲殼動(dòng)物0.70g/m2(1.39%)。

2014年總平均豐度為698.25ind/m2, 軟體動(dòng)物豐度最高為 38.08ind/m2, 占總平均豐度的 54.43%, 其次為多毛類 123.17ind/m2(17.64%), 棘皮動(dòng)物119.92ind/m2(17.17%), 甲殼動(dòng)物68.58ind/m2(9.82%),其他動(dòng)物6.5ind/m2(0.93%)。

2014年總平均生物量為 38.62g/m2, 其中棘皮動(dòng)物最多為 16.35g/m2, 占總平均生物量的 42.33%, 其次為軟體動(dòng)物 8.24g/m2(21.35%), 其他動(dòng)物 7.25g/m2(18.77%), 多毛類4.60g/m2(11.91%), 甲殼動(dòng)物2.18g/m2(5.64%)。

大型底棲動(dòng)物豐度和生物量不同區(qū)域間(F=0.045,P=0.833＞0.05;F=0,P=0.983＞0.05, 單因素方差分析)及不同年份間(F=1.521,P=0.224＞0.05;F=0.480,P=0.492＞0.05, 單因素方差分析)差異均不顯著。大型底棲動(dòng)物豐度和生物量的空間分布不均勻,站位間有較大差距(圖 3), 主要與個(gè)體較小但數(shù)量較多的凸殼肌蛤和個(gè)體較大但數(shù)量較少的哈氏刻勒海膽(Temnopleurus hardwickii)、棘刺錨參(Protankyra bidentata)的不均勻分布有關(guān)。

2.1.4 曹妃甸及附近海域大型底棲動(dòng)物生物多樣性2013年曹妃甸海域的物種豐富度指數(shù)d、物種均勻度指數(shù)J’和香農(nóng)威納多樣性指數(shù)H’平均值分別為2.22±1.10, 0.60±0.29和 2.43±1.35。3個(gè)多樣性指數(shù)最高值均出現(xiàn)在 CFD29站位, 最低值均出現(xiàn)在 CFD42站位。附近海域的物種豐富度指數(shù)d、物種均勻度指數(shù)J’和香農(nóng)威納多樣性指數(shù)H’平均值分別為2.16±0.78, 0.61±0.27, 2.32±0.95。豐富度指數(shù)的最高值位于 BH08站位, 均勻度指數(shù)的最高值位于 BH11站, 香農(nóng)威納多樣性指數(shù)最高值位于BH23站位, 3個(gè)指數(shù)的最低值均位于BH15站位。

2014年曹妃甸海域物種豐富度指數(shù)d、物種均勻度指數(shù)J’和香農(nóng)威納多樣性指數(shù)H’平均值分別為3.08±1.48, 0.79±0.23 和 3.12±1.12。豐富度指數(shù)d指數(shù)、物種多樣性指數(shù)H’最高值均位于CFD33站位, 物種均勻度指數(shù)J’最高值均位于CFD31; 豐富度指數(shù)d指數(shù)最低值位于 CFD39, 物種均勻度指數(shù)J’和香農(nóng)維納多樣性指數(shù)H’最低值均位于 CFD38。附近海域的豐富度指數(shù)d平均值為 2.83±0.96, 最高值位于BH10站位, 最低值位于 BH18; 物種均勻度指數(shù)J’和香農(nóng)威納多樣性指數(shù)H’平均值分別為0.74±0.21和2.84±0.75, 最高值位于BH25, 最低值位于BH24。

圖3 2013年和2014年調(diào)查區(qū)域大型底棲動(dòng)物豐度和生物量在各站位的分布Fig.3 Spatial distributions of microbenthic abundance and biomass in sampling stations in 2013 and 2014

航次間比較, 曹妃甸海域生物多樣性指數(shù)均高于附近海域; 區(qū)域間比較, 2014年均高于2013年(圖4)。物種豐富度指數(shù)和均勻度指數(shù)在不同年間有顯著差異(F=5.350,P=0.026＜0.05;F=4.651,P=0.037＜0.05,單因素方差分析), 區(qū)域間無(wú)顯著差異(F=0.331,P=0.568＞0.05;F=0.102,P=0.751＞0.05, 單因素方差分析)香農(nóng)威納多樣性指數(shù)區(qū)域和年份間均無(wú)差異(F=0.454,P=0.504＞0.05;F=3.693,P=0.062＞0.05, 單因素方差分析)。

2.1.5 渤海灣調(diào)查海域大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)聚類分析結(jié)果見(jiàn)圖5, 且MDS分析與CLUSTER聚類分析結(jié)果一致。ANOSIM分析表明, 兩次調(diào)查的不同聚類組間均存在顯著差異(2013年R=0.858,P＜0.01; 2014年R=0.921,P＜0.01,Global Test)。

圖4 2013年和2014年大型底棲動(dòng)物生物多樣性指數(shù)Fig.4 Species biodiversity indices of microbenthic communities in 2013 and 2014

以20%的相似性, 2013年調(diào)查區(qū)域的大型底棲動(dòng)物群落可分為 8組, 其中 CFD37、BH12、CFD38、BH23單獨(dú)成組, 其他3組分別為:

組 I: 由 13個(gè)站位組成, 組內(nèi)平均相似性為35.61%, 主要貢獻(xiàn)物種為凸殼肌蛤和日本倍棘蛇尾,貢獻(xiàn)率分別為60.72%和10.64%。

組II: 由BH21、BH22、CFD29組成, 組內(nèi)平均相似性為 32.87%, 主要貢獻(xiàn)物種為日本倍棘蛇尾(32.84%)、深溝毛蟲(chóng)(Sigambra bassi)(13.89%)和雙櫛蟲(chóng)(Ampharete acutifrons)(13.89%)。

組III: 包括CFD31和CFD32兩個(gè)站位, 組內(nèi)平均相似性為 35.67%, 主要貢獻(xiàn)物種為側(cè)帶裁判螺(Inquisitor latifasciata)(39.97%)、凸殼肌蛤(15.68%)、豆形胡桃蛤(Nucula faba)(11.09%)、絲異蚓蟲(chóng)(Heteromastus filiformis)(11.09%)、長(zhǎng)須沙蠶(Nereis longior)(11.09%)、筆帽蟲(chóng)(Pectinaridae)(11.09%)。

以20%的相似性, 2014年調(diào)查區(qū)域的大型底棲動(dòng)物群落可分為7組, 其中CFD37、CFD42單獨(dú)聚為一組, 其他5組分別為:

組 I: 由 9個(gè)站位組成, 組內(nèi)平均相似性為26.56%, 主要貢獻(xiàn)物種為日本倍棘蛇尾和擬特須蟲(chóng)(Paralacydonia paradoxa), 貢獻(xiàn)率分別為 34.47%和13.40%。

組II: 由BH12、BH25、CFD43組成, 組內(nèi)平均相似性為 27.10%, 主要貢獻(xiàn)物種為豆形胡桃蛤(20.54%)、紐蟲(chóng)(Nemertinea)(20.54%)和 凹鰭孔鰕虎魚(yú)(Ctenotrypauchen chinensis)(20.54%)。

組III: 由BH18和CFD39組成, 組內(nèi)平均相似性為 36.02%, 主要貢獻(xiàn)物種為塞切爾尼鉤蝦(Eriopisella sechellensis)(50%)和日本倍棘蛇尾(50%)。

組IV: 由BH24和CFD38組成, 組內(nèi)平均相似性為29.97%, 主要貢獻(xiàn)物種為凸殼肌蛤。

組V: 由CFD34、CFD35、CFD36三個(gè)站位組成,組內(nèi)平均相似性為 24.45%, 主要貢獻(xiàn)物種為多鰓齒吻沙蠶(Nephtys polybranchia) (18.92%)、獨(dú)指蟲(chóng)(Aricidea fragilis) (17.83%)、寡節(jié)甘吻沙蠶(Glycinde gurjanovae) (13.38%)、塞切爾尼鉤蝦 (10.02%)。

2.1.6 大型底棲動(dòng)物群落與環(huán)境因子的關(guān)系2013年生物群落指數(shù)與環(huán)境因子相關(guān)性(Pearson Correlation)分析表明, 物種數(shù)與總碳、總有機(jī)碳和總氮含量、硝酸鹽、總?cè)芙鈶B(tài)磷呈顯著負(fù)相關(guān)(R= –0.557,P=0.006＜0.01;R= –0.582,P=0.004＜0.01;R= –0.721,P=0＜0.01;R= –0.457,P=0.028＜0.05;R= –0.444,P=0.034＜0.05); 總豐度與銨鹽呈極顯著負(fù)相關(guān)(R= –0.570,P=0.004＜0.01); 物種豐富度指數(shù)與總碳、總有機(jī)碳和總氮均呈極顯著負(fù)相關(guān)(R= –0.567,P=0.005＜0.01;R= –0.600,P=0.002＜0.01;R= –0.706,P＜0.01); 均勻度指數(shù)與銨鹽呈顯著正相關(guān)(R=0.476,P=0.022＜0.05), 與硅酸鹽、總碳、總有機(jī)碳、總氮呈顯著負(fù)相關(guān)(R= –0.482,P=0.020＜0.05;R= –0.429,P=0.041＜0.05;R= –0.428,P=0.042＜0.05;R= –0.509,P=0.013＜0.05); 香農(nóng)威納多樣性指數(shù)與硅酸鹽、總碳、總有機(jī)碳和總氮呈顯著負(fù)相關(guān)(R= –0.466,P=0.025＜0.05;R= –0.507,P=0.014＜0.05;R= –0.502,P=0.015＜0.05;R= –0.623,P=0.001＜0.01)。BVSTEP 分析表明,銨鹽是影響該航次大型底棲動(dòng)物豐度和生物量分布的關(guān)鍵環(huán)境因子, 與豐度的 Spearman相關(guān)系數(shù)為0.310, 與生物量的Spearman相關(guān)系數(shù)為0.240。

2014年生物群落與環(huán)境因子相關(guān)性(Pearson Correlation)分析表明, 總生物量與鹽度、溶解氧呈顯著負(fù)相關(guān)(R= –0.476,P=0.034＜0.05;R= –0.488,P=0.029＜0.05), 與亞硝酸鹽呈顯著正相關(guān)(R=0.477,P=0.033＜0.05), 與硝酸鹽呈極顯著正相關(guān)(R=0.568,P=0.009＜0.01); 均勻度指數(shù)與深度呈顯著正相關(guān)(R=0.533,P=0.016＜0.05); 香農(nóng)威納多樣性指數(shù)與深度呈極顯著正相關(guān)(R=0.598,P=0.005＜0.01), 與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)(R= –0.518,P=0.019＜0.05)。BVSTEP 分析表明, 溫度、溶解氧和硝酸鹽是影響該航次大型底棲動(dòng)物豐度分布的關(guān)鍵環(huán)境因子, 與豐度的 Spearman相關(guān)系數(shù)為 0.454, 溶解氧、酸堿度和硝酸鹽是影響該航次大型底棲動(dòng)物生物量分布的關(guān)鍵環(huán)境因子, 與生物量的Spearman相關(guān)系數(shù)為0.368。

2.1.7 大型底棲動(dòng)物群落受擾動(dòng)狀況 2013年和2014年的ABC曲線分析表明, 渤海灣大型底棲動(dòng)物群落均已受到中等程度的干擾, 2014年大型底棲動(dòng)物群落生物量?jī)?yōu)勢(shì)有所上升(圖 6), 說(shuō)明生物群落受擾動(dòng)狀況較2013年有所改善。

圖6 2013年和2014年調(diào)查區(qū)域ABC曲線Fig.6 The ABC curves at all stations in study areas in 2013 and 2014

圖7 2013年(左圖)和2014年(右圖)渤海灣M-AMBI指數(shù)分布Fig.7 Distributions of M-AMBI indices in Bohai Bay in 2013 (left) and 2014 (right)

2013年和2014年調(diào)查站位M-AMBI指數(shù)空間分布如圖 7, 曹妃甸圍填海區(qū)域大型底棲動(dòng)物群落健康狀況明顯較差, 2014年大型底棲動(dòng)物群落狀況明顯優(yōu)于2013年, 與ABC曲線分析的受擾動(dòng)結(jié)果一致。

2.2 渤海灣大型底棲動(dòng)物群落的年際變化

2.2.1 曹妃甸圍填海區(qū)大型底棲動(dòng)物群落年際變化馬萬(wàn)棟等(2015)統(tǒng)計(jì)了環(huán)渤海圍填海不同區(qū)域不同時(shí)期的圍填海面積, 其中也涵蓋本調(diào)查 CFD站位的唐山市和秦皇島市同時(shí)期圍填海面積(表 1)。2005—2010年曹妃甸海域圍填海面積迅速增加, 之后又有所減少(馬萬(wàn)棟等, 2015)。索安寧等(2012)對(duì)曹妃甸圍填海工程環(huán)境影響進(jìn)行了回顧性評(píng)價(jià), 2007年大型底棲動(dòng)物的物種數(shù)、豐度和香農(nóng)威納多樣性指數(shù)均明顯較低, 這可能與該時(shí)期曹妃甸圍填海面積迅速增加有關(guān)(索安寧等, 2012)。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)2013—2014年該區(qū)域的物種數(shù)和生物多樣性均有所上升, 這與近年來(lái)圍填海面積有所下降有關(guān), 生物多樣性有所恢復(fù)。相關(guān)性分析表明圍填海面積與大型底棲動(dòng)物的物種數(shù)、豐度、生物量和香農(nóng)威納多樣性指數(shù)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系, 但均未達(dá)顯著水平(R= –0.644,P=0.555＞0.05;R= –0.725,P=0.483＞0.05;R= –0.529,P=0.645＞0.05;R= –0.841,P=0.364＞0.05, Pearson 相關(guān))。

表1 曹妃甸不同時(shí)期圍填海面積及大型底棲動(dòng)物物種組成、豐度、生物量和香農(nóng)維納多樣性指數(shù)Tab.1 The area of reclamation, species composition, abundance, biomass, and Shannon-Weiner biodiversity indices of macrobenthos in different years off Caofeidian coast

2.2.2 天津沿海大型底棲動(dòng)物群落的變化 天津沿海區(qū)域大型底棲動(dòng)物群落研究較多, 本文取孫道元等(1991)、張培玉(2005)、房恩軍等(2006)、王瑜等(2010)、蔡文倩等(2012)以及本研究 2013和 2014年的調(diào)查數(shù)據(jù), 結(jié)合馬萬(wàn)棟等(2015)同時(shí)期圍填海面積進(jìn)行相關(guān)性分析(表 2)。圍填海面積與大型底棲動(dòng)物物種數(shù)、物種均勻度指數(shù)和香農(nóng)威納多樣性指數(shù)成正相關(guān)(R=0.467,P=0.533＞0.05;R=0.702,P=0.298＞0.05;R=0.647,P=0.353＞0.05, Pearson相關(guān)), 與豐度、生物量、物種豐富度指數(shù)呈負(fù)相關(guān)(R= –0.413,P=0.587＞0.05;R= –0.101,P=0.899＞0.05;R= –0.173,P=0.827＞0.05, Pearson相關(guān)), 但均未達(dá)顯著水平。生物多樣性的年際變化顯示大型底棲動(dòng)物多樣性在2010年左右有所下降, 近年來(lái)有所回升, 與 2008年圍填海面積急劇增加以及近年來(lái)圍填海面積有所下降有關(guān)。大型底棲動(dòng)物豐度和生物量受某些機(jī)會(huì)種如凸殼肌蛤或者重量較大個(gè)體的采集影響較大, 2011年大型底棲動(dòng)物物種數(shù)、豐度和生物量明顯高于其他年份, 主要因?yàn)樵撃攴莶杉酱罅康耐箽ぜ「蚝烷L(zhǎng)偏頂蛤(蔡文倩等, 2012), 也與2010年圍填海面積明顯減少有關(guān)。

表2 天津沿海不同時(shí)期圍填海面積及大型底棲動(dòng)物物種組成、豐度、生物量和生物多樣性指數(shù)Tab.2 The area of reclamation, species composition, abundance, biomass and Shannon-Weiner biodiversity indices of macrobenthos in different years off Tianjin coast

3 討論

3.1 渤海灣圍填海工程對(duì)大型底棲動(dòng)物群落的影響分析

3.1.1 物種組成、豐度和生物量 曹妃甸 2003—2011年圍海造地面積約 274.7km2, 其中 2007—2008年圍填海面積增幅最大, 之后幾年有所下降(吳越等,2013)。曹妃甸海域大型底棲動(dòng)物群落年際比較發(fā)現(xiàn),2007年大型底棲動(dòng)物的物種數(shù)、豐度和多樣性指數(shù)有所下降, 由此可以推斷, 圍填海工程對(duì)該區(qū)域的大型底棲動(dòng)物群落造成了一定的影響。

張壯壯等(2015)利用 1984、2005和 2007—2011年的數(shù)據(jù)分析, 發(fā)現(xiàn)天津沿岸圍填海工程引起的岸線長(zhǎng)度、占用灘涂面積和近岸淺海面積, 與大型底棲動(dòng)物總物種數(shù)、生物多樣性指數(shù)呈負(fù)相關(guān), 與總生物量、總豐度呈正相關(guān)關(guān)系。同時(shí)改變了群落中不同類群的組成, 即減少甲殼動(dòng)物和軟體動(dòng)物比例, 增加多毛類種類數(shù)量所占比例。本文分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)圍填海面積與大型底棲動(dòng)物豐度和生物量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與物種數(shù)和香農(nóng)威納多樣性指數(shù)成正相關(guān), 但相關(guān)性均未達(dá)顯著水平, 這可能與我們選取的調(diào)查數(shù)據(jù)季節(jié)不同, 且本文的圍填海面積為相同時(shí)間段的總面積, 與生物數(shù)據(jù)并非一一對(duì)應(yīng)。張壯壯等(2015)文中也提及研究受調(diào)查時(shí)間、站點(diǎn)位置和數(shù)目、采泥器種類、網(wǎng)篩孔徑等影響, 調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果會(huì)有所差異。同時(shí), 豐度與生物量受個(gè)別機(jī)會(huì)種的大量采集與重量較大個(gè)體的偶然采集影響較大, 無(wú)法準(zhǔn)確反映大型底棲動(dòng)物群落擾動(dòng)狀況。

渤海灣 2005—2010年圍填海面積較大, 大型底棲動(dòng)物群落波動(dòng)較大。近年來(lái)隨著圍填海面積的減少,大型底棲動(dòng)物群落多樣性有所恢復(fù)。曹妃甸與附近海域的大型底棲動(dòng)物群落差異不顯著, 與渤海灣曹妃甸圍填海工程浩大, 且圍填海區(qū)域較廣, 對(duì)渤海灣影響范圍較大有關(guān)。同時(shí)也與渤海灣受人類擾動(dòng)因素眾多, 且圍填海工程近年來(lái)有所減少, 沿岸群落有所恢復(fù)有關(guān)。

3.1.2 優(yōu)勢(shì)種和優(yōu)勢(shì)類群 優(yōu)勢(shì)種由于其高度的生態(tài)適應(yīng)性, 對(duì)群落結(jié)構(gòu)的分析具有重要的作用。蔡文倩等(2012)發(fā)現(xiàn)渤海灣生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重干擾, 已發(fā)生改變, 不再適應(yīng)對(duì)環(huán)境敏感的物種生存, 為干擾耐受種提供更多生態(tài), 導(dǎo)致其擴(kuò)張占據(jù)主導(dǎo)地位。自2011年來(lái)干擾耐受種凸殼肌蛤一直占據(jù)優(yōu)勢(shì)地位。本調(diào)查發(fā)現(xiàn)2013年和2014年凸殼肌蛤優(yōu)勢(shì)地位依然顯著, 但干擾不敏感種日本倍棘蛇尾的出現(xiàn), 預(yù)示著生態(tài)環(huán)境的逐漸改善, 逐漸適應(yīng)其他物種的生存。

2013年和2014年兩個(gè)航次的大型底棲動(dòng)物群落優(yōu)勢(shì)類群為多毛類, 曹妃甸 2014年甲殼動(dòng)物明顯增多, 所占比例僅次于多毛類, 但是兩個(gè)區(qū)域兩次調(diào)查中多毛類和甲殼動(dòng)物的生物量均較低, 高豐度和低生物量可以看出調(diào)查區(qū)域物種小型化依然明顯。

3.1.3 群落健康狀況 2013年和2014年大型底棲動(dòng)物群落已受到中等程度的干擾, 曹妃甸圍填海工程區(qū)大型底棲動(dòng)物群落健康狀況明顯較差。Lu等(2002)發(fā)現(xiàn)Sungei Punggol河靠近圍填海區(qū)的大型底棲動(dòng)物群落物種數(shù)和豐度明顯下降。Li等(2010)發(fā)現(xiàn)天津港工業(yè)區(qū)圍填海工程導(dǎo)致大型動(dòng)物多樣性下降甚至滅絕。索安寧等(2012)對(duì)曹妃甸圍填海工程的回顧性評(píng)價(jià)中提出, 圍填海對(duì)底棲動(dòng)物的影響最大。Suo等(2015)研究發(fā)現(xiàn)曹妃甸圍填海工程對(duì)魚(yú)類群落造成明顯的損害, 魚(yú)類豐度、生物量明顯下降。由此可以看出, 圍填海對(duì)附近海域的生物群落造成了明顯的擾動(dòng), 影響不容忽視。2014年的大型底棲動(dòng)物群落狀況優(yōu)于 2013年, 這與 2014年為春季調(diào)查航次,處于大型底棲動(dòng)物的繁殖季節(jié), 而 2013年為秋季調(diào)查航次有關(guān)。

3.2 圍填海對(duì)大型底棲動(dòng)物影響的原因

圍填海工程占用近岸淺灘, 灘涂濕地為魚(yú)蝦類的重要產(chǎn)卵場(chǎng)和索餌場(chǎng), 淺灘填埋造陸后, 生物全部死亡, 造成生物群落不可逆的損害。圍填海工程導(dǎo)致近岸潮流水動(dòng)力減弱, 淤泥質(zhì)粉土沉降堆積, 底質(zhì)類型改變, 水深逐漸變淺, 改變了大型底棲動(dòng)物生境狀況。

底質(zhì)類型和水深是影響大型底棲動(dòng)物分布的重要環(huán)境因子(李寶泉等, 2005; 李新正等, 2006), 渤海灣優(yōu)勢(shì)種主要為凸殼肌蛤, 與該區(qū)域的粘土質(zhì)粉砂為主有關(guān)。對(duì)2013年和2014年的生物群落進(jìn)行聚類分組發(fā)現(xiàn), 群落間相似性較低, 這由于渤海灣沿岸受人為干擾嚴(yán)重和環(huán)境復(fù)雜, 形成了不同的小生境, 導(dǎo)致各個(gè)站位的大型底棲動(dòng)物群落相似性不高(蔡文倩等, 2013)。

大規(guī)模的圍填海工程改變了原來(lái)淺海區(qū)的海洋動(dòng)力邊界條件, 勢(shì)必引起周?chē)Ｓ虻某绷?、沖淤過(guò)程和泥沙遷移的改變, 使近岸海水與外海交換能力下降, 進(jìn)而導(dǎo)致海水富營(yíng)養(yǎng)化。

渤海 1960—1996年的環(huán)境變化和生態(tài)系統(tǒng)反應(yīng)研究發(fā)現(xiàn), 渤海的鹽度、溫度、溶解無(wú)機(jī)氮、氮磷比呈上升趨勢(shì), 溶解氧、磷、硅和硅氮比呈下降趨勢(shì)。渤海由于人類的干擾和氣候的變化, 造成淡水補(bǔ)給的減少, 進(jìn)而導(dǎo)致磷、硅等營(yíng)養(yǎng)鹽的限制, 造成渤海生物系統(tǒng)衰退和生物多樣性減少(Ninget al, 2010)。而本次調(diào)查發(fā)現(xiàn), 大型底棲動(dòng)物物種數(shù)、豐富度指數(shù)和、均勻度指數(shù)和物種多樣性指數(shù)與總碳、總有機(jī)碳和總氮呈顯著或者極顯著負(fù)相關(guān), 物種數(shù)與總?cè)芙鈶B(tài)磷呈顯著負(fù)相關(guān), 物種均勻度指數(shù)、多樣性指數(shù)與硅酸鹽呈顯著負(fù)相關(guān)。由此可以看出渤海的富營(yíng)養(yǎng)化的狀態(tài)和趨勢(shì)對(duì)大型底棲動(dòng)物群落已產(chǎn)生不同程度的影響。

圍填海疏浚和吹填過(guò)程中, 產(chǎn)生高濃度的懸浮物, 造成水體的透明度下降, 影響浮游植物的光合作用, 進(jìn)而影響以浮游生物為食的大型底棲動(dòng)物的正常生長(zhǎng)(Newcombeet al, 1991)。另外, 許多大型底棲動(dòng)物幼體營(yíng)浮游生活, 幼體對(duì)懸浮物的抵抗力較差,懸浮物堵塞幼體的鰓部致其死亡, 直接影響對(duì)成體的補(bǔ)充。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)荔枝螺幼體對(duì)懸浮物的耐受性很差,懸浮物濃度達(dá)到2mg/L時(shí), 將對(duì)荔枝螺造成急性毒性效應(yīng), 且隨著懸浮物濃度的上升, 致死率明顯上升(本研究), 杜東等(2012)對(duì)曹妃甸近岸海域2009年懸浮泥沙含量分布發(fā)現(xiàn)近岸5m以淺地區(qū)的懸沙濃度多大于 10mg/L, 勢(shì)必對(duì)大型底棲動(dòng)物幼體造成一定的影響。

4 結(jié)論

(1) 渤海灣大型底棲動(dòng)物群落的物種組成仍以多毛類占據(jù)主要優(yōu)勢(shì), 優(yōu)勢(shì)種主要以干擾耐受種凸殼肌蛤?yàn)橹? 調(diào)查區(qū)域物種小型化特征明顯。曹妃甸圍填海區(qū)域與附近海域的物種組成、豐度和生物量以及多樣性指數(shù)差異并不顯著, 與渤海灣沿岸圍填海分布較廣, 影響較大, 以及近年來(lái)生物群落有所恢復(fù)有關(guān)。

(2) 渤海灣大型底棲動(dòng)物群落的物種數(shù)、豐度和生物量以及多樣性指數(shù)與圍填海面積相關(guān)性不顯著,但圍填海面積較大的時(shí)期, 大型底棲動(dòng)物群落明顯波動(dòng)較大, 曹妃甸 2005—2010年圍填海面積明顯增多, 而 2007年大型底棲動(dòng)物物種數(shù)、豐度和生物多樣性指數(shù)明顯較低, 說(shuō)明圍填海對(duì)大型底棲動(dòng)物群落具有強(qiáng)烈的擾動(dòng)影響。

(3) 2013年和2014年的渤海灣大型底棲動(dòng)物群落已受到中等程度的擾動(dòng), 水體呈富營(yíng)養(yǎng)化的狀態(tài)和趨勢(shì), 并對(duì)大型底棲動(dòng)物群落產(chǎn)生了不同程度的影響。

(4) 大型底棲動(dòng)物豐度、生物量受機(jī)會(huì)種和個(gè)體較大個(gè)體的偶然采集影響較大, 對(duì)群落受擾動(dòng)狀況反映能力較差, M-AMBI指數(shù)對(duì)渤海大型底棲動(dòng)物群落健康狀況反映情況較佳, 曹妃甸圍填海區(qū)大型底棲動(dòng)物群落生態(tài)健康狀況明顯較差。

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