劉旭東，孫立娥，張曉紅，李 曌，崔文連，王艷玲，汪進(jìn)生

1.青島市環(huán)境監(jiān)測中心站， 山東 青島 266003 2.中國環(huán)境監(jiān)測總站， 國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點實驗室， 北京 100012

渤海是中國的內(nèi)海，由于其重要的經(jīng)濟(jì)價值和重污染的環(huán)境特征一直備受關(guān)注，其沿岸的眾多河流每年給渤海帶來了大量的陸源有機(jī)質(zhì)、無機(jī)鹽等。這使得渤海餌料資源豐富，成為重要的天然漁場。近年來由于受到人類活動(陸源輸入、圍填海工程等)和氣候變化影響，渤海海洋生態(tài)環(huán)境和資源發(fā)生了重大變化，渤海生態(tài)系統(tǒng)整體處于亞健康的狀態(tài)[1]。

底棲動物生活在海洋環(huán)境的底棲區(qū)，生境的高度多樣化使其具有高的生物多樣性。底棲動物的種數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水層中的大型浮游動物、魚類和海洋哺乳類的總和，而且具有一些特有的生物門類[2]。它們參與生物地球化學(xué)循環(huán)，維持生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能，是監(jiān)測生態(tài)系統(tǒng)變化的重要研究對象[3]。因此，對渤海海域開展底棲動物的研究，為合理保護(hù)該海域海洋環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)健康具有重要意義。新中國成立以來，已進(jìn)行了多次包括大型底棲動物調(diào)查在內(nèi)的綜合性生物生態(tài)調(diào)查[4-9]。然而由于這樣的研究需要長期和大量的數(shù)據(jù)積累以及大量的人力、財力投入，調(diào)查的全面及系統(tǒng)性經(jīng)常受到限制，本次監(jiān)測站位廣泛分布于整個渤海海域，并對大型底棲動物的密度、生物量、群落結(jié)構(gòu)、多樣性水平進(jìn)行了具體的描述及分析，較為清晰地體現(xiàn)了渤海海域大型底棲動物的現(xiàn)狀，通過與歷史資料進(jìn)行對比，全面了解了現(xiàn)階段渤海大型底棲動物現(xiàn)狀，為促進(jìn)渤海經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展及環(huán)境評價提供基礎(chǔ)資料，為渤海海域生態(tài)系統(tǒng)的深入研究和保護(hù)提供參考依據(jù)。

1 調(diào)查與分析方法

1.1 研究海域與站位布設(shè)

研究海域范圍覆蓋渤海，按照《近岸海域環(huán)境監(jiān)測點位布設(shè)技術(shù)規(guī)范》(HJ 730—2014)[10]，

進(jìn)行網(wǎng)格化加密布設(shè)，不同省/直轄市間臨岸與臨岸外側(cè)海域站位綜合考慮，最終共設(shè)47個站位。如圖1所示：遼寧共布設(shè)17個站位，即LN01～LN17；河北共布設(shè)11個站位，即HB01～HB11；天津共布設(shè)4個站位，即TJ01～TJ04；山東共布設(shè)15個站位，即SD01～SD15。調(diào)查時間為2017年8—9月。本次研究使用0.1 m2箱式采泥器，每個站位取2個樣品。在取樣現(xiàn)場使用0.5 mm的網(wǎng)篩來分選大型底棲動物。將生物標(biāo)本、殘渣全部轉(zhuǎn)移至樣品瓶，用5%甲醛溶液固定。樣品的處理、保存、計數(shù)等均按《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB 12763—2007)[11]操作。

圖1 調(diào)查站位設(shè)置示意圖Fig.1 Sketch map of sampling stations

1.2 數(shù)據(jù)處理及分析

采用描述生物群落結(jié)構(gòu)3個參數(shù)：Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Margalef豐富度指數(shù)，對大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析[13]。采用優(yōu)勢度指數(shù)來確定優(yōu)勢種，此文中當(dāng)物種優(yōu)勢度指數(shù)>0.02時，該物種認(rèn)為是調(diào)查海域的優(yōu)勢種。其計算公式分別為

H′=-∑Pilog2Pi

(1)

J=H′/log2S

(2)

M=(S-1)/lnN

(3)

Y=(ni/N)×fi

(4)

式(1)中：H′為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，Pi為種i的個體數(shù)占總個體數(shù)的比例；式(2)中：J為Pielou均勻度指數(shù)，S為總物種數(shù)；式(3)中：M為Margalef豐富度指數(shù)，N是全部物種的個體數(shù)；式(4)中：Y為優(yōu)勢度指數(shù)，ni為第i種的個體數(shù),fi為該種在各站位出現(xiàn)的頻率。

聚類分析：采用 PRIMER 6 軟件根據(jù)物種密度(個/m2)平方根轉(zhuǎn)換計算Bray-Curtis相似性系數(shù)矩陣，采用等級聚類分析(CLUSRER)進(jìn)行群落結(jié)構(gòu)分析。

2 結(jié)果

2.1 種類組成

渤海海域共采集到大型底棲動物107種，主要類群為環(huán)節(jié)動物門的多毛類、軟體動物、節(jié)肢動物門的甲殼類為主，分別為42、25、27種，分別為底棲動物總種類組成的39.3%、23.4%、25.2%；此外有棘皮動物6種，其余門類7種(圖2)。

圖2 渤海海域大型底棲動物種類組成Fig.2 Species composition of Macrozoobenthos in the Bohai Sea

調(diào)查海域大型底棲動物種類站位出現(xiàn)率超過20%的有不倒翁蟲(Sternaspissculata)、彩虹明櫻蛤(Moerellairibescens)、長葉索沙蠶(Lumbrinerislongiforlia)、長須沙蠶(Nereislongior)和塞切爾泥鉤蝦(Eriopisellasechehensis)。

2.2 密度、優(yōu)勢種分布及生物多樣性

多毛類是密度組成的主要類群，平均棲息密度為42個/m2，占總密度的51.6%(表1)，彩虹明櫻蛤、不倒翁蟲、長葉索沙蠶為整個渤海海域的優(yōu)勢種類，優(yōu)勢度分別為0.029，0.024、0.022。渤海海域采集到大型底棲動物密度為3～213 個/m2，平均為82個/m2。總體來看，渤海中部生物密度較高，近岸較低，渤海灣生物密度較低(圖3)。

表1 底棲動物各類群密度及占比Table 1 Abundance and proportion of each group of Macrozoobenthos at the Bohai Sea

圖3 大型底棲動物密度分布Fig.3 Abundance distribution of Macrozoobenthos

由圖4可見，彩虹明櫻蛤在渤海海域中南部廣泛存在，黃河口以北及龍口港以北海域密度較高。不倒翁蟲主要分布于渤海中部及渤海灣海域，密度高值區(qū)位于渤海中部。長葉索沙蠶主要分布于遼東灣海域，其南部密度高于北部。渤海海域平均Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為1.84，均勻度指數(shù)為0.86，豐富度指數(shù)為1.07。近岸海域底棲動物多樣性情況較差，中部海域多樣性水平相對較好(圖5)。

圖5 渤海大型底棲動物Shannon多樣性指數(shù)分布Fig.5 Shannon-Wiener index distribution of Macrozoobenthos

2.4 群落聚類分析

聚類分析顯示(圖6)，渤海大型底棲動物群落在4個省/直轄市之間有所區(qū)分，近岸與中部海域劃分不明顯，可分為4個生物群落：遼寧東岸及西岸海域(LN02、LN05、LN07、LN09、LN11、LN15、LN16)形成以日本倍棘蛇尾-紅明櫻蛤為主的生物群落；遼寧北岸及中心海域形成長葉索沙蠶、胖掌異鉤蝦、鷹爪蝦為主的生物群落；河北附近海域形成以長須沙蠶、寡鰓齒吻沙蠶、不倒翁蟲、中蚓蟲為主的生物群落；山東、天津海域形成以彩虹明櫻蛤、不倒翁蟲為主的生物群落。

圖6 渤海海域大型底棲動物群落相似性聚類Fig.6 Cluster of Macrozoobenthos at the Bohai Sea

3 討論

3.1 渤海大型底棲動物的種類、密度及多樣性

底棲動物作為一類活動能力相對較弱的海洋生物類群，在受到人類活動的直接影響后，其生物種類及群落組成都將發(fā)生變化[12]。本次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)大型底棲動物107種，與胡顥琰等[5]、韓潔等[6]、李榮冠等[7]研究結(jié)果相近，種數(shù)少于其他研究結(jié)果，這主要與采樣航次、站位是否均勻覆蓋、季節(jié)和有無拖網(wǎng)數(shù)據(jù)有關(guān)[8-9]。

生物多樣性的測度方法對于描述局部海域海洋生物群落多樣性的時空分布格局和變化趨勢具有重要作用，在當(dāng)前海洋監(jiān)測評價及科學(xué)研究中常常被采用，《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378—2007)[13]推薦海洋生物多樣性評價采用豐富度、均勻度、生物多樣性等測度方法，多樣性指數(shù)數(shù)值大小很大程度上由群落自身特點所決定[14]。渤海三面為陸地所包圍，封閉性較強(qiáng),水體交換周期長，受陸源污染影響強(qiáng)烈，底棲動物與其他生活類型的海洋生物不同，它們活動能力較差，在完成其變態(tài)、發(fā)育過程后，終生只能在固定的范圍內(nèi)或在附著的基質(zhì)上生活[15]，本次調(diào)查顯示，渤海大型底棲動物密度及多樣性指數(shù)的高值海域分布在遠(yuǎn)離近岸的中部海域，近岸站位較低，推測原因為沿岸人為擾動及河口的陸源營養(yǎng)鹽輸入，導(dǎo)致水層環(huán)境和沉積環(huán)境條件一直處于變化當(dāng)中。而離近岸較遠(yuǎn)的中部海域受人為擾動相對較小，生態(tài)環(huán)境相對穩(wěn)定，這與渤海灣、膠州灣、遼東灣、黃河口大型底棲動物分布規(guī)律相吻合[16-19]。渤海海域大型底棲動物多樣性水平相較歷史水平有所降低，除了本身物種多樣性水平有所下降之外，和前研究受科考船等條件所限，覆蓋中部海域為主為造成Shannon-Wiener多樣性指數(shù)偏高也有一定關(guān)系[20]。

3.2 渤海大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)演變

在進(jìn)行底棲動物群落歷史對比分析時, 由于以往調(diào)查者的目的和側(cè)重點有所差異，調(diào)查站位和監(jiān)測水平不一致。為增加歷史數(shù)據(jù)的可比性，進(jìn)行現(xiàn)狀和歷史資料的比較時，常采用不同類群占比的方式來進(jìn)行對比。表2對比結(jié)果顯示，近年來渤海海域大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)的組成中，體型較大的棘皮動物、雙殼類軟體動物種類比例減少，更小型的多毛類、甲殼類比例增加[9,20-23]。

表2 渤海大型底棲動物密度占比歷史數(shù)據(jù)與本研究數(shù)據(jù)對比Table 2 Comparison between this study and other related studies on the abundance of Macrozoobenthos at the Bohai Sea

聚類分析方法在群落生態(tài)學(xué)的研究中被廣泛采用，在評價群落結(jié)構(gòu)的相似性上具有重要作用[24-25]。劉瑞玉等[26]基于1950—1970年代的調(diào)查資料，將渤海大體劃分為4種底棲動物群落類型，優(yōu)勢種都是個體較大的棘皮動物、甲殼類、雙殼類等。周紅[27]通過研究發(fā)現(xiàn)，渤海底棲動物種類組成和群落結(jié)構(gòu)自 1990 年代起已經(jīng)較1980年代發(fā)生顯著變化，原有的萊州灣以凸殼肌蛤-心形海膽為優(yōu)勢種的群落被較小的紫殼阿文蛤-銀白殼蛞蝓取代。轉(zhuǎn)至2000年，李榮冠[7]經(jīng)過調(diào)查提出渤海海域可基本分為4個群落：①擬特須蟲-短竹蟶等為優(yōu)勢種的群落；②花岡鉤毛蟲-長鰓麥桿蟲等占優(yōu)勢的群落；③不倒翁蟲-脆殼理始等占優(yōu)勢的群落；④梳鰓蟲-小亮櫻蛤等占優(yōu)勢的群落。2011—2014年的的研究[9,20]同樣表明，潮海大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)中的優(yōu)勢種多為小型多毛類、甲殼類。本次調(diào)查中近一步佐證了渤海海域底棲動物小型化的發(fā)展趨勢。尤其表現(xiàn)在河北、天津、山東部分海域的聚類分析顯示，基本為更加小型化的多毛類生物群落，并且軟體動物中的優(yōu)勢種類為彩虹明櫻蛤，也是生物量并不占優(yōu)的軟體動物。一般認(rèn)為類群的替代(小型多毛類和甲殼類取代大個體的棘皮動物和軟體動物)和類群內(nèi)種類小型化的趨勢，與以下幾種情況有關(guān)：①過度捕撈及大型底拖網(wǎng)；②地方性污染及富營養(yǎng)化；③底棲動物捕食者改變；④自然界長期變化等[17,28-31]。

1980年代以來，隨著沿海經(jīng)濟(jì)和海洋產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)渤海地區(qū)處于持續(xù)加速開發(fā)狀態(tài)，近年來對于漁業(yè)的研究結(jié)果與本文的底棲動物的研究結(jié)論基本一致，即頭足類、口蝦蛄、小型中上層魚類(黃鯽等)逐漸成為主要的優(yōu)勢種類。漁獲物中長壽命、高營養(yǎng)級的底層魚類比例下降，而短壽命、低營養(yǎng)級的小型中上層魚類比例上升[30-33]。與此同時近年來海洋資源開發(fā)中所排放的污水、廢物、漏油事故以及近岸海水養(yǎng)殖規(guī)模的擴(kuò)大等因素的作用，渤海生態(tài)系統(tǒng)的健康已經(jīng)受到嚴(yán)重影響，嚴(yán)重污染海域主要集中在遼東灣、渤海灣、萊州灣海域[34]。本次底棲動物調(diào)查結(jié)果與上述特征所吻合：底棲動物群落聚類也基本以海域區(qū)分，相應(yīng)的群落優(yōu)勢種類也主要是小型化的底棲動物，近岸海域生物多樣性水平較低。

生態(tài)系統(tǒng)健康是新的環(huán)境管理和生態(tài)系統(tǒng)管理目標(biāo)，通過繼續(xù)監(jiān)控渤海海域的大型底棲動物群落特征及變化趨勢，正確判斷人為活動導(dǎo)致的海域生態(tài)系統(tǒng)退化范圍與程度，對合理保護(hù)渤海海洋生物多樣性具有重要意義。

4 結(jié)論

本次調(diào)查在渤海海域共采集大型底棲動物107種，其平均密度為82 個/m2，優(yōu)勢種類分別為彩虹明櫻蛤、不倒翁蟲、長葉索沙蠶。與歷史數(shù)據(jù)的對比表明，近年來受人類活動影響，渤海海域大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了變化，表現(xiàn)出了小型化的特征。