楊 穎, 劉鵬霞, 周紅宏, 夏利花

1 國家海洋局東海環(huán)境監(jiān)測中心,上海 201206 2 自然資源部海洋生態(tài)監(jiān)測與修復(fù)技術(shù)重點實驗室,上海 201206

長江口是我國最大河口,受河流系統(tǒng)、氣候變化以及人類活動的深刻影響,其生態(tài)系統(tǒng)具有典型河口區(qū)域性特征。由于長江向河口區(qū)輸入豐富的營養(yǎng)物質(zhì),長江口海域歷史上是著名漁場。但隨著開發(fā)活動加劇,長江口海域面臨嚴峻的生態(tài)環(huán)境問題,多年來水體嚴重富營養(yǎng)化,導(dǎo)致赤潮頻發(fā)[1- 2],低氧現(xiàn)象突出[3]；海域生境破碎化[4],海洋生物種類和數(shù)量都處于較低水平,魚類資源減少[5],近30a長江口生態(tài)系統(tǒng)健康狀況逐漸下降[6],生態(tài)系統(tǒng)總體處于亞健康狀態(tài)[7-8]。長江口由于其河口流系復(fù)雜性、生態(tài)系統(tǒng)典型性,吸引了眾多學者的關(guān)注,本世紀以來,開展了大量關(guān)于長江口海域生態(tài)評價研究工作[9-13]。王金輝等開展了長江口及鄰近水域的生物多樣性變化趨勢分析[9],王江濤等開展了長江口海域近50a來營養(yǎng)鹽的變化及其對浮游植物群落演替的影響研究[10],黃海燕等開展了2004—2016年夏季長江口浮游植物及其影響研究[11],沈新強等基于長江口生態(tài)惡化的現(xiàn)狀,提出建立以長江口生態(tài)系統(tǒng)為基礎(chǔ)的管理機制[13]。以上成果均基于部分年份或部分監(jiān)測指標開展研究,本文系統(tǒng)梳理了2004年長江口生態(tài)監(jiān)控區(qū)建立以來的監(jiān)測資料,基于15a連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù),對長江口海域海洋生物變化趨勢及健康狀況進行評價,以期為長江經(jīng)濟帶保護提供基礎(chǔ)支撐。

1 材料與方法

1.1 資料來源

1.1.1評價區(qū)域與站位

圖1 長江口海域監(jiān)測站位示意圖Fig.1 The monitoring sites in Changjiang River estuary

評價區(qū)域為長江口及鄰近海域(圖1),范圍為徐六涇以東至123°,啟東嘴以南至杭州灣上海海域以北的海域,面積為13668km2。

1.1.2數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)引用了國家海洋局東海環(huán)境監(jiān)測中心2004—2018年每年8月的長江口生態(tài)監(jiān)控區(qū)監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)(DIN、DIP、重金屬、石油類等)和海洋生物(浮游植物、浮游動物和底棲生物)數(shù)據(jù)。文中除標明的文獻數(shù)據(jù)外,其他歷史數(shù)據(jù)均來源于國家海洋局東海環(huán)境監(jiān)測中心歷年在長江口海域的業(yè)務(wù)化監(jiān)測,每年的站位數(shù)量和位置與圖1或有不同。

采樣及監(jiān)測方法按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[14]中標準方法。浮游植物采用淺水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)垂直拖網(wǎng)。浮游動物采用淺水Ⅰ型和Ⅱ型浮游生物網(wǎng),種類組成(包括優(yōu)勢種和常見種等)結(jié)合淺水Ⅰ型和Ⅱ型浮游生物網(wǎng)樣品分析；生物密度、生物量采用淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)采集的樣品數(shù)據(jù)。底棲生物定量樣品用采泥器采集底泥,每站采樣面積不少于0.2m2,選取20%站位采集阿氏拖網(wǎng)樣品。

1.2 評價方法與標準

1.2.1生物多樣性評價

采用種類多樣性指數(shù)H′ (Shannon-Weaver index)、種類豐富度指數(shù)d(Margalef′S index)、均勻度指數(shù)J′ (Pielou index)和優(yōu)勢度指數(shù)Y對海洋生物多樣性進行評價[14],計算公式如式(1)—(4)。式中：S—種類數(shù)；N—所有種的個體總數(shù)；Pi—樣品中第i種個體數(shù)占總個體數(shù)的比例；fi—第i種在各樣品中的出現(xiàn)頻率；ni—樣品中第i種生物個體數(shù)。取Yi≥0.02的種類為優(yōu)勢種類[15]。

H′=-∑Pilog2Pi

(1)

d=(S-1)/log2N

(2)

J′=H′/log2S

(3)

Yi=ni/N×fi

(4)

1.2.2健康指數(shù)評價

引用《近岸海洋生態(tài)健康評價指南》[16]中河口生態(tài)系統(tǒng)健康狀況評價方法,對長江口海洋生物健康狀況進行評價,評價指標及分級標準如表1,其中Ⅰ級賦值50,Ⅱ級賦值30,Ⅲ級賦值10,生物健康指數(shù)位于[35,50]為健康,[20,35)為亞健康,[10,20)為不健康。

表1 河口生物健康指數(shù)分級評價指標及標準[16]

2 海洋生物變化趨勢分析

對近15年長江口海域浮游植物、浮游動物、底棲生物的種類組成、密度變化、生物多樣性情況進行分析評價。

2.1 浮游植物

2.1.1種類組成

(1)種類數(shù)變化

近15年長江口海域夏季浮游植物共鑒定出8門373種(定種367種),其中硅藻(Diatomophyceae) 237種(定種232種),占65.3%；甲藻(Dinophyceae) 94種,占25.2%；綠藻(Chlorophyceae)25種,占6.7%；藍藻(Cyanophyceae)11種,占2.9%；金藻(Chrysophyceae)3種,裸藻(Euglenophyta)2種(定種1種),動鞭藻(Zooflagellates)1種,隱藻(Cryptophyta)1種。王金輝等[9]報道1997年10月—2002年5月長江口及鄰近水域浮游植物138屬402種,與之相比,近15年鑒定的浮游植物總種類數(shù)有所減少,其中硅藻數(shù)量減少22種,綠藻、藍藻分別減少11種,其余門類也有所減少,但甲藻總數(shù)量增加41種。

各年份鑒定出浮游植物4—6門類、60—149種,平均107種,2009年最低,2013年最高。平均種類數(shù)與20世紀80年代相比略低,與90年代相比持平[9]。各年份種類數(shù)分布趨勢如圖2所示,浮游植物種類數(shù)變化趨勢以2009年為分界點,之前種類數(shù)震蕩降低,之后呈現(xiàn)震蕩升高趨勢。

圖2 2004—2018年長江口海域浮游植物種類變化Fig.2 Variation of net-phytoplankton species in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

(2)種類組成變化

圖3 長江口海域浮游植物中硅藻、甲藻種類占比變化Fig.3 Variation of Diatomophyceae and Dinophyceaein ratio in the Changjiang River Estuary

各年份種類組成上硅藻均占絕對優(yōu)勢,種類數(shù)占浮游植物總種類數(shù)范圍57.6%—76.7%,甲藻次之,占13.3%—33.3%。年際分布上,硅藻與甲藻占比高低基本互補。各年份硅藻、甲藻比例變化情況如圖3所示,從20世紀80年代以來,長江口海域硅藻種類占比呈現(xiàn)震蕩下降的趨勢,甲藻種類占比有所升高[9]。按照年代劃分,20世紀80年代硅藻占比在80%以上；1990年—2009年的20年間,硅藻的平均占比約在70%；2010年—2108年硅藻平均占比63%,且相對穩(wěn)定,變化幅度不大。甲藻占比從1990年—2007年震蕩升高,從5%大幅升至33.3%；2008—2018年總體變化不大,平均占比23.3%。硅藻與甲藻比例的變化,與硅藻赤潮與甲藻赤潮的演變趨勢相一致,在針對長江口鄰近海域的研究中發(fā)現(xiàn),有害藻華優(yōu)勢類群近期已由硅藻逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧自錥1]。據(jù)統(tǒng)計,20世紀80—90年代骨條藻(Skeletonemaspp.)在赤潮優(yōu)勢種中所占比例超過30%,到2000年其比例下降至24%；而原甲藻(Prorocentrum)在20世紀80—90年代所占比例僅有10%左右,到2000年前后增加到36%[1]。關(guān)注長江口海域硅藻、甲藻演替的研究較多[1,9,10],顯示20世紀80年代以來本海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化。從本文的趨勢變化分析,2010年以來,硅藻、甲藻群落結(jié)構(gòu)進入了一個新的平衡狀態(tài)。

2.1.2密度變化

近15年長江口海域浮游植物的年度平均細胞密度范圍為(8.37—7480)×105個/m3,平均值為1.07×108個/m3,2014年最低,2012年最高。長江口海域為赤潮高發(fā)區(qū)域[1],每年5—8月為赤潮高發(fā)時段,2011、2012年監(jiān)測期間,部分站位正在發(fā)生中肋骨條藻赤潮,異于正常時期水體狀態(tài),扣除該2年份數(shù)據(jù),其余年份浮游植物密度均值為3.82×107個/m3。與1997—2002年長江口海域浮游植物豐水期平均密度(2.96×107個/m3)[9]相比有所上升。總體分布上,長江口海域夏季浮游植物平均細胞豐度呈上升趨勢(圖4),與黃海燕[11]等研究結(jié)果一致。

2.1.3生物多樣性

近15年長江口海域浮游植物的種類多樣性變化情況如圖5所示。生物多樣性指數(shù)范圍為0.81—2.18,2011年最低,2015年最高,2004—2008年浮游植物多樣性指數(shù)波動較小,2009—2018年震蕩幅度變大,但總體上無明顯變化規(guī)律。豐富度指數(shù)范圍0.45—1.28,2004、2014年最低,2018年最高,各年份有一定波動,2014—2018年逐年升高。均勻度指數(shù)范圍0.21 —1.63,2016年最低,2014年最高,除了2014、2015年兩個年份異偏高,其他年份物種均勻度指數(shù)較為平穩(wěn)且緩慢降低。

圖4 2004—2018年長江口夏季浮游植物豐度變化 Fig.4 Variation of net-phytoplankton density in summer in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

圖5 2004—2018年長江口海域浮游植物多樣性變化趨勢 Fig.5 Variation of net-phytoplankton biodiversity in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

2.1.4優(yōu)勢種

近15年夏季長江口海域浮游植物優(yōu)勢種如表2所示。以下藻種在不同年份成為優(yōu)勢藻種：中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)、佛氏海毛藻(Thalassiothrixfrauenfeldii)、假彎角毛藻(Chaetocerospseudocurviser)、尖刺菱形藻(Nitzschiapungens)、洛氏角毛藻(Chaetoceroslorenzianus)、菱形海線藻(Thalassionemanitzschioides)、尖刺擬菱形藻(Pseudo-nitzschiapungens)、旋鏈角毛藻(Chaetoceroscurvisetus)、梭角藻(Ceratiumfusus)、虹彩圓篩藻(Coscinodiscusoculus-iridis)、筆尖形根管藻(Rhizosoleniastyliformis)等。2004—2013年,中肋骨條藻連續(xù)10a為本海域第一優(yōu)勢種；2014年梭角藻變?yōu)榈谝粌?yōu)勢種；2015年尖刺擬菱形藻為第一優(yōu)勢種,中肋骨條藻不是優(yōu)勢藻種；2016、2018年中肋骨條藻又成為第一優(yōu)勢種,且優(yōu)勢度達到歷史最高。

各年份第一優(yōu)勢種平均優(yōu)勢度變化情況如圖6所示,歷年第一優(yōu)勢種平均優(yōu)勢度變化范圍0.28—0.88,其中2014年最低,2018年最高。長江口海域優(yōu)勢種群浮游植物的爆發(fā)性生長引起優(yōu)勢度的劇烈變化,使群落結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 2004—2018年長江口海域浮游植物優(yōu)勢種情況

圖6 2004—2018年長江口浮游植物第一優(yōu)勢種優(yōu)勢度變化 Fig.6 Variation of net-phytoplankton first dominant species′ dominance index in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

2.2 浮游動物

2.2.1種類組成

近15年長江口海域夏季共鑒定浮游動物(I型網(wǎng)和II型網(wǎng))11門472種(不含浮游幼蟲),其中節(jié)肢動物(Arthropoda)298種,是最大類群；腔腸動物(Coelenterata)68種,環(huán)節(jié)動物(Annelida)30種,軟體動物(Mollusca)22種,尾索動物(Tunicata)22種,毛顎動物(Chaetognatha)20種,櫛水母動物(Ctenophora)5種,原生動物(Protozoa)3種,脊索動物(Chordata)2種,棘皮動物(Echinodermata)1種,輪蟲動物(Rotifera)1種。王金輝[9]等報道1997年10月—2002年5月長江口及鄰近水域浮游動物19個類群480種(含浮游幼蟲63種),與之相比,近15年夏季鑒定的浮游動物種類數(shù)有所增加。

各年份鑒定出浮游動物75—186種,平均99種,2005年最低,2008年最高。各年份種類數(shù)分布趨勢如圖7所示,2007—2009年鑒定的種類數(shù)較高,其他年份有一定波動,但差異不大。主要類群為節(jié)肢動物,各年份平均占比63.6%,其中2004—2008年節(jié)肢動物占比持續(xù)減少,主要因素是節(jié)肢動物中最大類群橈足類種類減少；腔腸動物各年份平均占比14.3%%,其中2007、2008年有較大波動,2007年僅鑒定出1種,2008年鑒定出26種,其余年份變化不大。2009—2018年,節(jié)肢動物與腔腸動物占比均處于動態(tài)平衡狀態(tài),比例互補。

2.2.2密度與生物量

近15年夏季長江口海域浮游動物I型網(wǎng)的年度平均密度范圍為203—2942個/m3,平均值為829個/m3,2006年最低,2017年最高?？傮w分布上,夏季浮游動物的平均密度呈上升趨勢 (圖8),其中2004—2015年在一定范圍內(nèi)波動,總體平穩(wěn)；2016、2017年平均密度異常升高,2018年大幅回落。

浮游動物I型網(wǎng)的年度平均生物量變化范圍為406—1729mg/m3,平均值為750 mg/m3,2013年最低,2018年最高。總體分布上,夏季浮游動物的平均生物量呈上升趨勢 (圖8)。與1997—2002年長江口海域浮游動物豐水期平均生物量(292.7 mg/m3)[9]相比,近15年浮游動物生物量年均值有明顯上升。2004—2014年浮游動物密度和生物量變化趨勢基本一致,2015—2018年,變化趨勢相反,可能預(yù)示著浮游動物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化。

2.2.3生物多樣性

長江口海域浮游動物(I型網(wǎng))種類多樣性變化情況如圖9所示。年度平均生物多樣性指數(shù)范圍為2.16—3.24,2016年最低,2006年最高,浮游動物多樣性指數(shù)總體波動較小,呈現(xiàn)小幅震蕩下降的趨勢。平均豐富度指數(shù)范圍0.68—3.79,2014年最低,2008年最高,各年份波動幅度較大,2008—2014年持續(xù)6年大幅下降,2015年后有所回升。均勻度指數(shù)范圍0.60 —2.38,除了2014、2015年兩個年份異常偏高,其他年份均勻度指數(shù)平穩(wěn)。

圖7 2004—2018年長江口海域浮游動物種類變化 Fig.7 Variation of zooplankton species in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

圖8 2004—2018年長江口海域浮游動物密度和生物量變化情況 Fig.8 Variation of zooplankton density and biomass in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

圖9 2004—2018年長江口海域浮游動物多樣性變化情況 Fig.9 Variation of zooplankton biodiversity in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

2.2.4優(yōu)勢種

近15年長江口海域浮游動物(I型網(wǎng))優(yōu)勢種如表3所示。各年份出現(xiàn)的優(yōu)勢種共有17種,其中背針胸刺水蚤(Centropagesdorsispinatus)在13個年份中作為優(yōu)勢種出現(xiàn),其中2008、2012、2014—2018年共7年為第一優(yōu)勢種；太平洋紡錘水蚤(Acartiapacifica)在11個年份中作為優(yōu)勢種出現(xiàn),2007年為第一優(yōu)勢種；真刺唇角水蚤(Labidoceraeuchaeta)在7個年份中作為優(yōu)勢種出現(xiàn),2011年為第一優(yōu)勢種；肥胖箭蟲(Sagittaenflata)在8個年份中作為優(yōu)勢種出現(xiàn)；雙生水母(Diphyeschamissonis)在7個年份中作為優(yōu)勢種出現(xiàn)；其他優(yōu)勢種類均為個別年份出現(xiàn)。

各年份第一優(yōu)勢種優(yōu)勢度范圍為0.06—0.33,2004—2018年平均值為0.18(圖10)。2004—2014年的10年中第一優(yōu)勢種優(yōu)勢度震蕩上升,近5年第一優(yōu)勢種的優(yōu)勢度波動較大。

2.3 底棲生物

2.3.1種類組成

近15年長江口海域夏季共鑒定底棲生物9門435種,其中環(huán)節(jié)動物(Annelida)182種,是底棲生物中的最大類群。軟體動物(Mollusca) 90種,節(jié)肢動物(Arthropoda)89種,脊索動物(Chordata)41種,棘皮動物(Echinodermata)23種,腔腸動物(Coelenterata) 4種,星蟲動物(Sipuncula) 3種,螠蟲動物(Echiura) 2種,紐形動物(Nemertea)1種。與1997年10月—2002年5月長江口及鄰近水域底棲生物種類數(shù)(4個類群97種)[9]相比,近15年鑒定的底棲生物種類數(shù)大幅增加。

各年份鑒定出底棲生物43—124種,平均81種,其中2004年最低,2017年最高(圖11),近15年底棲生物種類數(shù)有明顯升高的趨勢,2015—2018年均超過110種。環(huán)節(jié)動物為主要類群,各年份平均占比51.6%,2004—2009年環(huán)節(jié)動物占比逐年升高,2009—2018年則逐年下降。節(jié)肢動物各年份平均占比17.7%,2007—2014年占比較其他年份略低?？傮w上環(huán)節(jié)動物與節(jié)肢動物占比比例互補。

表3 2004—2018年長江口海域浮游動物優(yōu)勢種情況

圖10 2004—2018年浮游動物第一優(yōu)勢種優(yōu)勢度變化 Fig.10 Variation of zooplankton first dominant species′ dominance index in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

圖11 2004—2018年長江口海域底棲生物種類變化 Fig.11 Variation of benthos species in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

2.3.2密度與生物量

近15年夏季長江口海域底棲生物的平均密度范圍為13.5—174個/m2,各年份總平均值為98個/m2,2014年最低,2018年最高。各年份平均棲息密度變化劇烈,2010—2014年大幅下降,2014—2018年反彈,由最低位上升到最高位(圖12)。年平均生物量變化范圍為 0.26—13.6g/m2,均值5.52 g/m2,2014年最低,2018年最高。與1997—2002年長江口海域底棲生物平均生物量(8.93 g/m2)[9]相比,近15年生物量有所下降。各年份中生物量的變化趨勢總體與生物密度一致,震蕩幅度大,2005—2009年呈明顯下降趨勢,2010年異常升高后即迅速下降,2014年觸底,2018年反彈至最高位。

2.3.3生物多樣性

近15年長江口海域底棲生物多樣性變化情況如圖13所示。生物多樣性指數(shù)范圍為0.99—2.45,其中2012年最低,2014年最高。2004—2013年底棲生物多樣性指數(shù)總體呈下降趨勢,2014年反彈至最高點,近5年有所波動。豐富度指數(shù)范圍0.52—1.46,2004年最低,2016年最高,各年份有一定波動。均勻度指數(shù)范圍0.47 —2.45,2011年最低,2014年最高,總體變化趨勢與生物多樣性指數(shù)基本一致。

圖12 2004—2018年長江口海域底棲生物密度和生物量變化 Fig.12 Variation of benthos density and biomass in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

圖13 2004—2018年長江口海域底棲生物多樣性變化情況 Fig.13 Variation of benthos biodiversity in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

2.3.4優(yōu)勢種

近15年夏季長江口海域底棲生物優(yōu)勢種如表4所示,第一優(yōu)勢種平均優(yōu)勢度范圍0.017—0.096,2015年最低,2012年最高。以下13種底棲生物在不同年份成為過長江口海域優(yōu)勢種：背蚓蟲(Notomastuslatericeus)、不倒翁蟲(Sternaspissculata)、彩虹明櫻蛤(Moerellairidescens)、短吻鏟莢螠(Listriolobusbrevirostris)、短葉索沙蠶(Lumbrinerislatreilli)、鉤蝦(Gammarussp)、尖葉長手沙蠶(Magelonacincta)、歐文蟲(Oweniafusformis)、奇異稚齒蟲(Paraprionospiopinnata)、日本角吻沙蠶(Goniadajaponica)、扇櫛蟲(Amphicteisgunneri)、雙形擬單指蟲(Cossurelladimorpha)、絲異須蟲(Heteromastusfiliformis)和圓筒原盒螺(Eocylichnacylindrella)等。其中背蚓蟲分別為2004、2005、2007年的第一優(yōu)勢種,其他年份不再是優(yōu)勢種；2009—2018年絲異須蟲連續(xù)10a都是優(yōu)勢種,其中有8a為第一優(yōu)勢種,且2012年優(yōu)勢度達到了15a中最高的0.096。底棲生物第一優(yōu)勢種優(yōu)勢度變化情況如圖14所示,2004—2008年優(yōu)勢度總體平穩(wěn),2009—2015年第一優(yōu)勢種優(yōu)勢度震蕩幅度變大,總體上略呈下降的趨勢。

表4 2004—2018年長江口海域浮游動物優(yōu)勢種情況

3 海洋生物健康評價及與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

3.1 海洋生物健康狀況

對長江口海域海洋生物(浮游植物、浮游動物、底棲生物)健康狀態(tài)進行評價。近15年長江口海域生物健康指數(shù)情況如圖15所示,各年份健康指數(shù)震蕩幅度較大,指數(shù)范圍為11.0—33.3,各年份平均值為21.9,接近亞健康指數(shù)下限。年際分布來看,2004、2005、2010—2014年共7年份海洋生物處于“亞健康”狀態(tài),2006—2009、2015—2018年共8年份處于“不健康”狀態(tài)。海洋生物健康指數(shù)在河口生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)中權(quán)重占50%[16],根據(jù)東海區(qū)海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報[8],長江口生態(tài)系統(tǒng)長期處于亞健康狀態(tài),其中海洋生物為亞健康或不健康狀態(tài)應(yīng)是影響河口生態(tài)系統(tǒng)健康的重要因素之一。

圖14 2004—2018年長江口底棲生物第一優(yōu)勢種優(yōu)勢度變化 Fig.14 Variation of benthos first dominant species′ dominance index in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

圖15 2004—2018年長江口海域海洋生物健康指數(shù)變化 Fig.15 Variation of Marine biological health index in the Changjiang River Estuary from 2004 to 2018

按照河口生物健康指數(shù)評價標準[16],分別評價生物健康指數(shù)的5個指標。夏季長江口海域浮游植物密度總體偏高,年平均密度僅2004、2005年符合I類賦值要求,2014年符合II類賦值要求,其他年份均為III類,高于評價標準上限。浮游動物密度總體偏低,年平均密度僅2017年賦值為II類,其余年份均為III類,低于評價標準下限；與之相反,浮游動物生物量總體偏高,2004、2005、2009、2010、2012、2013共6個年份年平均生物量符合I類賦值要求,2006、2011和2014年符合II類賦值要求,其余6年均為III類,且高于評價標準上限。底棲動物密度總體偏高,僅2014年符合II類賦值要求,其余14年均為III類,且高于評價標準上限；底棲動物生物量總體偏低,2004、2005和2010年符合I類賦值要求,2007、2016、2018年符合II類賦值要求,其余9年均為III類,且低于評價標準下限。

3.2 對主要污染物的壓力響應(yīng)及相關(guān)性分析

長江徑流攜帶流經(jīng)地區(qū)的工、農(nóng)業(yè)廢水和城市污水,將大量生源要素(C、N、P等)、有機污染物、重金屬等帶入長江口海域[17],通過長江徑流進入河口的污染物總量對上海長江口污染貢獻率約占90%以上[18]。本文分別對長江主要污染物入?？偭?、海域嚴重富營養(yǎng)化(富營養(yǎng)化統(tǒng)計方法按文獻[19])面積比例、營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)等與各生物指標(生物健康指數(shù),硅藻甲藻種類數(shù)比值,浮游生物和底棲生物的密度、生物量、優(yōu)勢度、均勻度、豐富度、多樣性指數(shù)等)進行相關(guān)性(Pearson相關(guān)性,雙尾,N=15,P<0.05)分析,探討環(huán)境因子對海洋生物的影響。

3.2.1污染物通量與生物指標的相關(guān)性

選取了長江口徐六涇斷面監(jiān)測的DIN、DIP、石油類和重金屬(Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、Hg)等主要污染指標,統(tǒng)計了各指標2004—2018年歷年1—8月份的累積等標污染負荷(等標污染負荷統(tǒng)計方法按照文獻[20])與各生物指標的相關(guān)性。結(jié)果表明,DIN、石油烴類入海通量與生物健康指數(shù)呈顯著負相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)r分別為 -0.592和-0.661；DIP與底棲生物生物量呈顯著負相關(guān)關(guān)系(r= -0.597),與浮游動物生物量和豐富度呈顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)r分別為0.611和0.629；重金屬與底棲生物優(yōu)勢度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.661)。

3.2.2營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)變化與生物指標的相關(guān)性

統(tǒng)計各站位的N/P和Si/N均值與各生物指標的相關(guān)性。結(jié)果表明,N/P與浮游植物豐度呈顯著負相關(guān)(r= -0.589),但與浮游植物均勻度和多樣性指數(shù)呈顯著正相關(guān),相關(guān)系數(shù)r分別為0.605和0.631；Si/N與浮游植物多樣性指數(shù)呈顯著負相關(guān)(r= -0.573)。

3.2.3富營養(yǎng)化面積與生物指標的相關(guān)性

統(tǒng)計歷年長江口海域嚴重富營養(yǎng)化面積比例,與各生物指標進行相關(guān)性分析。結(jié)果表明,嚴重富營養(yǎng)化面積比例與硅藻甲藻種類數(shù)比值、底棲生物優(yōu)勢度均呈顯著正相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)r分別為0.625和0.751。

3.2.4相關(guān)性結(jié)果討論

從宏觀上,營養(yǎng)鹽(N、P、Si)水平是生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ),對營養(yǎng)鹽與浮游植物(初級生產(chǎn)力)的相互關(guān)系的研究較多[10- 11,21- 26],但由于其影響機制復(fù)雜,大部分研究都是基于其統(tǒng)計數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析。本文結(jié)合前人的研究基礎(chǔ),試圖部分給出上述指標的相關(guān)性分析。

DIN、石油烴類入海通量與生物健康指數(shù)呈負相關(guān)關(guān)系,可能與作為生源要素促進浮游生物過渡生長有關(guān)。20世紀80年代以來,長江口海域水體中DIN和DIP快速增加[21],導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化嚴重,促進了海區(qū)浮游植物生長,生物量增加,近15年浮游植物密度有所上升,2004—2018年中大部分年限浮游植物密度超過海洋生物健康評價標準[16]。有研究表明[27-28],海水中石油烴溶解組分,特別是低濃度條件下,由于石油烴可以為海洋浮游植物生長提供所需的部分碳源,從而對海洋浮游植物的生長產(chǎn)生一定促進作用。因此,營養(yǎng)鹽與石油烴類的輸入在促進浮游植物生長方面可能存在疊加效應(yīng)。營養(yǎng)要素與浮游生物、底棲生物的相關(guān)關(guān)系還需要進一步探討。

N/P和Si/N以及嚴重富營養(yǎng)化面積與各生物指標的相關(guān)性可能與研究海域的水文、水質(zhì)、生物分布特性有關(guān)。長江口海域水質(zhì)分布特點為口內(nèi)、口門及近河口區(qū)域鹽度低、懸浮物含量高,水質(zhì)渾濁,DIN與DIP濃度高(N/P也高),富營養(yǎng)化嚴重；隨離岸方向鹽度逐漸升高,DIN與DIP濃度迅速降低,富營養(yǎng)化現(xiàn)象逐漸消失[8]。浮游植物的分布也具有河口區(qū)特征,主要硅藻種類高生物量區(qū)域分布在低鹽高營養(yǎng)鹽的近河口羽狀鋒區(qū),主要甲藻種類高生物量區(qū)域主要分布在海域相對高鹽低濁度的羽狀鋒區(qū)和層化水體上部[29]。據(jù)此推斷,近河口區(qū)域N/P升高,Si/N下降[21],可能抑制了低鹽區(qū)部分硅藻的生長,促進了高鹽區(qū)域甲藻種類和生物量的增長,導(dǎo)致了N/P與浮游植物豐度呈負相關(guān),與浮游植物均勻度和多樣性指數(shù)呈正相關(guān),Si/N則與浮游植物多樣性指數(shù)呈負相關(guān)。這與王江濤等[10]研究的近30a來長江口海域過量的DIN和持續(xù)升高的N/P可能是造成這硅藻-甲藻藻種長期演變現(xiàn)象的主要原因的結(jié)論相一致。同理,嚴重富營養(yǎng)化區(qū)域處于近河口區(qū)域,以硅藻分布為主,非富營養(yǎng)化區(qū)域的甲藻種類增多,因此嚴重富營養(yǎng)化面積比例與硅藻甲藻種類數(shù)比值呈正相關(guān)關(guān)系。

重金屬與底棲生物的相關(guān)性可能與其毒性效應(yīng)有關(guān)。重金屬作為一類持久性和生物累積性污染物,是近海環(huán)境中最主要的污染物之一,進入海洋的重金屬污染物絕大部分富集在沉積物中[30],部分種類底棲生物對重金屬含量表現(xiàn)出較高的耐受能力,有些耐受能力則較低[30],最終耐受力高的生物種類以優(yōu)勢度表現(xiàn)出來,即重金屬與底棲生物優(yōu)勢度呈正相關(guān)。

4 小結(jié)

本文對近15年長江口海域夏季海洋生物變化趨勢及健康狀況進行評價,結(jié)果表明：

(1)群落結(jié)構(gòu)組成發(fā)生一定變化。近15年與20世紀90年代末相比,浮游植物種類數(shù)有所減少,但細胞密度有所上升；浮游動物種類數(shù)有所增加,生物量明顯增加；底棲生物種類數(shù)大幅增加,但生物量有所下降。浮游植物以硅藻為主,但甲藻占比有所增加,2010年以來,硅藻、甲藻群落結(jié)構(gòu)進入了一個新的平衡狀態(tài)。浮游動物中以節(jié)肢動物為主,節(jié)肢動物中的主要類群橈足類占比有所下降,2009—2018年,節(jié)肢動物與腔腸動物占比均處于動態(tài)平衡狀態(tài)。近15年底棲生物種類數(shù)有明顯升高的趨勢,2015—2018年均超過110種。

(2)生物多樣性總體水平一般。浮游植物多樣性指數(shù)總體較低,豐富度和均勻度較差,第一優(yōu)勢種的優(yōu)勢度較高。浮游動物多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)總體優(yōu)于浮游植物,處于較好水平,但多年呈現(xiàn)下降的趨勢。底棲生物多樣性水平一般,豐富度和均勻度較差,優(yōu)勢種漸趨單一。

(3)海洋生物總體處于不健康狀態(tài)。各年份平均健康指數(shù)為21.9,接近亞健康指數(shù)下限,其中7年份處于“亞健康”狀態(tài),8年份處于“不健康”狀態(tài)。影響生物健康的主要指標為浮游植物密度總體偏高,浮游動物密度總體偏低、生物量總體偏高,底棲動物密度總體偏高、生物量總體偏低。

(4)生態(tài)系統(tǒng)變化與陸源主要污染物排放、營養(yǎng)結(jié)構(gòu)變化和水體富營養(yǎng)化均具有一定的相關(guān)性。DIN、石油類入海通量與生物健康指數(shù)呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.05),DIP與底棲生物生物量呈顯著負相關(guān)關(guān)系。N/P與浮游植物豐度呈顯著負相關(guān),但與浮游植物均勻度和多樣性指數(shù)呈顯著正相關(guān)；Si/N與浮游植物多樣性指數(shù)呈顯著副相關(guān)。海域嚴重富營養(yǎng)化面積比例與硅藻甲藻種類數(shù)比值呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

致謝：感謝上海海洋大學水產(chǎn)與生命學院方淑波老師給予的幫助。