1992—2012杭州湾海域生物多样性的变化趋势及原因分析

贾海波，唐静亮，胡颢琰

（1.浙江省舟山海洋生态环境监测站，浙江舟山 316004）

1992—2012杭州湾海域生物多样性的变化趋势及原因分析

贾海波1，唐静亮1，胡颢琰1

（1.浙江省舟山海洋生态环境监测站，浙江舟山 316004）

本文依据浙江省舟山海洋生态环境监测站（1992—2012年）20年的杭州湾生态环境质量监测数据，对杭州湾海洋生物多样性的现状及发展趋势进行了分析，并结合环境因子对生物多样性的变化原因进行了探讨。结果表明：杭州湾海域生物生存环境较为恶劣，生物多样性较低，生物群落结构简单，种类较少。20年间，杭州湾海域生物多样性的变化可大体分为2个阶段，第一阶段是20世纪90年代初至2000年，杭州湾生物群落的各项指标普遍呈现下降的趋势；第二阶段是2000年后至今，由于各项生态环境保护措施加强，杭州湾生物群落得到一定程度的恢复。相关性分析表明，DIN、DIP、COD和富营养化对杭州湾海域生物多样性产生了显著的影响。20年来杭州湾海域生物多样性的变化主要受人类活动的影响，污水排放导致的富营养化对生物多样性的丧失也有很大影响，滩涂围垦等沿海开发使海洋生物栖息地片段化，单调化，加速了生物多样性的降低。

杭州湾；生物多样性；变化趋势；原因分析

1 引言

生物多样性是地球上生命经过几十亿年发展进化的结果，是人类赖以生存的物质基础。

海洋是地球生命的摇篮，海洋生物多样性是全球生物多样性的重要组成部分。随着人类活动和全球气候变化对海洋环境的影响越来越剧烈，全球生物多样性和生物资源正在衰退，因而对海洋生物资源和生物多样性的保护显得尤为急迫［1—2］。近年来，我国学者在不同的时期对多个海域的海洋生物多样性现状进行了大量的研究，形成了一批研究成果［1—8］。然而，针对海洋生物多样性的长时间尺度的系统研究以及环境因子的长期变化对海洋生物多样性产生的影响的研究仍然较少［1，4］。

杭州湾位于浙江省北部，上海市南部，东临舟山群岛，西有钱塘江注入，是一个典型的喇叭状河口海湾。杭州湾东西长85.0 km，湾口宽100 km，海湾水域面积4 800 km2。杭州湾沿岸是我国经济最发达的地区之一。近年来，针对杭州湾的生态环境和生物多样性进行了许多调查和研究［9—11］。本文依据浙江省舟山海洋生态环境监测站20年的杭州湾生态环境质量监测数据，对1992—2012年杭州湾海洋生物多样性的现状及发展趋势进行了分析，并结合环境因子对生物多样性的变化原因进行了探讨，为促进海洋生物资源的可持续利用以及海洋经济的健康发展提供基础的数据支持。

2 调查站位与方法

杭州湾历年调查站位分布见图1，调查船为“浙海环监”号。调查时间为1992—2012每年春、夏、秋季各调查一次。其中，底栖生物仅每年春季调查一次。

杭州湾海域生态环境质量监测内容为海域水质、海洋生物。监测项目包括：

海水水质：无机氮（DIN）、活性磷酸盐（DIP）、化学需氧量（COD）、富营养化指数；

海洋生物：浮游植物、浮游动物、底栖生物。

富营养化指数（E）计算方法为［12］：

Shannon-Wiener多样性指数（H′）计算公式如下：

式中，S为某站采集样品的种类数；Pi为该站第i种的个体数占总个体数的比例。

分级标准为：H′＜1，为重度污染；H′=1～2，属中度污染；H′=2～3，为轻度污染；H′＞3，为无污染［13—15］。

样品的采集、预处理、分析均按《海洋监测规范》GB 17378.5-2007和《近岸海域环境监测规范》HJ 442-2008的有关规定执行［12，16］。

应用MAKESENS 1.0，采用曼-肯德尔（Mann-Kendall）检验法对调查海域生态群落和环境因子数据的变化趋势进行分析［17—18］。应用SPSS13.0软件，采用Spearman相关系数对杭州湾生态环境因子之间的相关性进行双变量相关分析（Bivariate）。

3 结果与分析

3.1 生物多样性变化趋势

3.1.1 种类数量的变化

浮游植物是海洋主要的初级生产者，处于海洋生态系统食物链的关键环节，是海洋中浮游动物及游泳动物等的基本饵料。2012年杭州湾浮游植物主要优势类群为硅藻，其次为甲藻。主要优势种为中肋骨条藻Skeletonema costatum、布氏双尾藻Ditylum brightwellii、琼氏圆筛藻Coscinodiscus jonesianus、虹彩圆筛藻Coscinodiscus oculus-iridis等。20年间杭州湾浮游植物种类数的变化范围为84～196，最大值出现在2006年，最小值出现在1993年（见图2）。1992—2006年浮游植物种类数呈现上升的趋势，2006年后有所下降，经Mann-Kendall检验上升趋势达到了显著水平（Z=2.08，p＜0.05）。

图1 杭州湾调查站位Fig.1 The distribution of stations in Hangzhou Bay

浮游动物是海洋生态系统中最重要的次级生产者，在海洋生物链中起着承上启下的关键作用。2012年杭州湾浮游动物的主要优势类群为桡足类，主要优势种为真刺唇角水蚤Labidocera euchaeta、虫肢歪水蚤Tortanus vermiculus、太平洋纺锤水蚤Acartia pacifica、左突唇角水蚤Labidocera sinilobata、火腿许水蚤Schmackeria poplesia等。杭州湾浮游动物种类数和生物量的变化趋势见图2b、3b。20年间浮游动物种类数波动较大，最大值出现在1992年，最小值出现在2000年。1992-1997年浮游动物种类数呈现下降的趋势，1998—2012年数值趋于稳定，变动幅度较小，Mann-Kendall检验未达到显著水平（Z=-0.74，p＞0.05）。

底栖生物种类数较低，种类组成较为单一，底栖生物生存环境较为脆弱。2012年杭州湾底栖生物的主要优势类群为甲壳动物，其次为多毛类，主要优势种为脊尾白虾Exopalaemon carinicauda、狭额绒螯蟹Eriocheir leptognathus、红狼牙鰕虎鱼Odontamblyopus rubicundus、光滑河篮蛤Potamocorbula laevis和长手沙蚕Magelonasp.等。杭州湾底栖生物种类数和生物量的变化趋势见图2c、3c。20年间杭州湾底栖生物种类数的变化范围为6～53，最大值出现在1992年，最小值出现在2000年。1992—2000年杭州湾底栖生物种类数量呈大幅下降趋势；2000—2005呈现波动回升，2005年后又有所下降。经Mann-Kendall检验变化趋势未达到显著水平（Z=-1.26，p＞0.05）。

图2 杭州湾浮游植物（a）、浮游动物（b）、底栖生物（c）种类数变化趋势Fig.2 Variation trends of phytoplankton（a），zooplankton（b），benthos（c）species number in Hangzhou Bay

3.1.2 生物量的变化

杭州湾叶绿素a的变化范围为0.54～3.42 mg／m3，最小值出现在1993年，最大值出现在2008年（图3a）。杭州湾海域的湾口宽阔，与外海混合作用强烈，水体稳定度差，悬浮物浓度高，所以杭州湾的叶绿素a含量总体较低［10］。1992—2003年呈现波动中逐渐下降的趋势，2003—2008年转而上升，2008年后又再次下降，Mann-Kendall检验无显著变化趋势（Z= 0.29，p＞0.05）。

浮游动物生物量的变化范围为20.7～150.3 mg／m3，最大值出现在1996年，最小值出现在2009年（图3b）。1992—1998年浮游动物生物量波动幅度较大；1998—2002年呈上升趋势；2002—2011年呈下降趋势。整体上1992—2012年浮游动物生物量呈现下降的趋势，但Mann-Kendall检验未达到显著水平（Z=-1.79，p＞0.05）。

底栖生物的生物量极低，变化范围为0～1.44 g／m2，最大值出现在1994年，最小值出现在2000年（图3c）。底栖生物生物量变化趋势同种类数量变化趋势相似，1992—2000年呈大幅下降趋势，2000—2012年则呈现波动中小幅回升。但Mann-Kendall检验表明底栖生物生物量的变化趋势均未达到显著水平（Z=-1.43，p＞0.05）。

图3 杭州湾浮游植物（a）、浮游动物（b）、底栖生物（c）生物量变化趋势Fig.3 Variation trends of phytoplankton（a），zooplankton（b），benthos（c）biomass in Hangzhou Bay

3.1.3 多样性指数的变化

1992—2012年杭州湾浮游植物的Shannon-Wiener多样性指数在0.8～1.8之间波动，1992—2000年呈下降趋势，2000年后浮游植物多样性指数有所回升，但总体上浮游植物多样性指数仍较低（见图4a），杭州湾海域的污染水平为中度污染。

1992—2012年杭州湾浮游动物的Shannon-Wiener多样性指数在1.57～2.69之间波动，1992—1994年多样性指数呈上升趋势；1994—2000年出现下降；2000—2012年又有所回升（见图4b）。总体上浮游动物多样性指数尚好，海域的污染水平处于中度污染或轻度污染。

图4 杭州湾浮游植物（a）、浮游动物（b）、底栖生物（c）多样性指数变化趋势Fig.4 Variation trends of phytoplankton（a），zooplankton（b），benthos（c）Shanono-Wiener biodiversity index in Hangzhou Bay

1992—2012年杭州湾底栖生物的Shannon-Wiener多样性指数在0～0.81之间波动，种类极其单一，多样性指数极低，海域的污染水平处于重度污染。尤其是1996—2002年均为0；2002—2009年呈较大幅度的上升趋势；2010后又有所下降（图4c）。经Mann-Kendall检验浮游植物、浮游动物和底栖生物的Shannon-Wiener多样性指数变化趋势均未达到显著水平。

通过对种类数量、生物量和多样性指数变化趋势的分析，杭州湾海域生物多样性的变化可大体分为2个阶段，第一阶段是20世纪90年代初至2000年，杭州湾生物群落的各项指标普遍呈现下降的趋势；第二阶段是2000年后至今，由于各项生态环境保护措施加强，杭州湾生物群落得到一定程度的恢复。刘录三等对长江口及其附近海域大型底栖动物群落的演变过程进行了研究，认为在20世纪90年代初至2005年，由于受到气候变化和人类活动的综合影响，底栖生物群落的种数、生物量都有所降低；而2005年之后，底栖生物群落得到一定程度的恢复［19］。杭州湾紧邻长江口，本研究中杭州湾底栖生物的变化趋势与刘录三等的研究结果基本一致。

3.2 生物多样性变化的原因分析

3.2.1 环境变化

杭州湾的无机氮（DIN）、活性磷酸盐（DIP）、化学需氧量（COD）、富营养化指数等主要水质环境因子的变化趋势见图5。DIN的平均含量变化范围为61.07～124.21μmol／L，最小值出现在1994年，最大值出现在2012年。1994—2012年基本呈现逐渐上升的趋势，至2012年达到最高值，经Mann-Kendall检验上升趋势达到了显著水平（Z=4.56，p＜0.01）。历年调查DIN均值含量均远远高于四类海水标准，是该海域的主要污染物之一。

DIP的平均含量变化范围为1.14～2.04μmol／L，最小值出现在1992年，最大值出现在2003年。1992—2003年间呈现逐渐上升的趋势，2003年以后有所降低。整体上1992—2012年DIP含量呈现上升的趋势，并且经Mann-Kendall检验达到了显著水平（Z=3.05，p＜0.01）。

COD的平均含量变化范围为1.33～4.10 mg／L，最小值出现在2008年，最大值出现在2000年。1992—2000年间呈现上升的变化趋势，2000年含量达到历年监测最大值，2002年以后开始呈现下降趋势。

杭州湾海域富营养化指数变化范围为12.3～59.5，最小值出现在1993年，最大值出现在2002年。1992—2000年间呈现上升趋势；2002—2005年呈现明显的下降趋势。整体上1992—2012年富营养化指数呈现上升的趋势，并且经Mann-Kendall检验达到了显著水平（Z=2.99，p＜0.01）。1992、1993年杭州湾富营养化指数属于重度富营养化状态，从1994年起富营养化指数大于15，属于严重富营养化状态。表明杭州湾海域富营养化状态较为严重。

3.2.2 生物多样性与环境因子的相关性分析

由SPSS13.0软件进行统计，应用Pearson相关系数对杭州湾生物多样性与环境因子进行双变量相关分析（Bivariate）。结果表明：浮游动物种类数与DIN（-0.633，p＜0.01）、DIP（-0.650，p＜0.01）和富营养化指数（-0.651，p＜0.01）呈现显著负相关；底栖生物的种类数与DIP（-0.514，p＜0.05）、COD（-0.470，p＜0.05）和富营养化指数（-0.650，p＜ 0.01）呈现显著负相关。其他因子之间的相关系数未达到显著性水平（表1）。

图5 杭州湾海域主要环境因子变化趋势Fig.5 Variation trends of main environmental factors in Hangzhou Bay

表1 杭州湾生物多样性与环境因子的Pearson相关系数（r）Tab.1 Pearson Correlation coefficient（r）between Biodiversity and environmental factors in Hangzhou Bay

与浮游动物、底栖生物相比浮游植物受DIN、DIP、COD和富营养化的影响较小。这主要是由于杭州湾在河水-冲淡水界面水体的强烈混合，悬浮泥沙的输入和海底沉积物的再悬浮形成了杭州湾的最大浊度带，水体悬浮物的浓度大于1 000 mg／dm3，造成透明度小、真光层浅，光便成为浮游植物群落增长的主要限制因子，尽管营养盐很丰富，浮游植物也不能有效地利用［10］。

有机质污染以及水体富营养化会显著影响浮游动物和底栖生物的群落结构及分布［19—21］。富营养化不但严重威胁着沿海海域的生物多样性，并对海域生态系统的结构和功能产生潜在的影响［22—23］。相关研究表明：中等程度的有机质污染会导致底栖生物在物种丰富度、丰度和生物量方面都高于受高度污染或低水平有机质污染的区域［24—26］。蔡立哲等研究发现，深圳湾潮间带大型底栖动物群落存在着明显的空间差异，机会种在高有机质含量的沉积物中大量繁殖，并认为这与生活污水排放增加有关［4］。纪焕红和叶属峰的研究也表明长江口浮游动物生态分布与化学需氧量、活性磷酸盐、无机氮呈负相关［27］。

通过Pearson相关分析可以得出：20年来杭州湾海域海水中DIN、DIP、COD和富营养化的变化已经对浮游动物、底栖生物群落结构产生了显著的影响。其中，尤其以富营养化对杭州湾生物多样性的影响最为显著。

4 杭州湾海域生物多样性变化的原因分析

影响生态系统生物多样性的自然因素主要有气候变化、径流量、潮汐、上升流等。人为因素包括废水排放、过度捕捞、大型水利工程、滩涂围垦、航道整治工程、油污染事故等［28］。另外，物种入侵导致本土的海洋生物生存空间减少，改变区域内生物种群数量，进而影响整个生态系统结构［29］。各因子对海域生物多样性的影响程度不一。目前，我国海洋生物多样性面临的问题仍十分严峻。

4.1 自然因素

杭州湾生态系统生物量、多样性指数较低的自然因素主要为：杭州湾是一个喇叭型的港湾，温度、盐度周年变化大，受潮汐的影响十分显著。杭州湾底质为泥质粉沙，海水含泥沙量大、沉积速度快、泥沙大进大出，岸滩冲淤变化剧烈。杭州湾在海流的强动力作用影响下，海底表面处于频繁动态变化之中，在这种水动力和底质环境中，不适宜底栖生物生长［30］。而且，杭州湾海水含泥沙量大、浊度大、透明度低，限制了浮游植物的光合作用，造成了海域初级生产力低，进而影响整个生态系统［10，30］。另外，杭州湾受长江径流影响，污染物质存在叠加现象。

4.2 人为因素

杭州湾生态系统多样性指数较低的人为因素主要是环境污染和对海洋的过度开发。杭州湾沿岸城市化程度高，人口密集，经济发达，大量的生活污水、工农业废水均排入杭州湾。截至2012年，杭州湾沿岸累计建成拥有入海排污口的污水处理厂38家，年污水排放量12.1×108t。环境污染造成杭州湾海域水质状况极差，处于严重富营养化状态。一方面，污染的直接毒害作用，阻碍生物的正常生长发育，使生物丧失生存或繁衍的能力。另一方面，污染引起生境的改变，使生物丧失了生存的环境［31］。

近年来随着社会经济发展和河口治理的需要，在杭州湾地区实施了高密度的港口航道建设、滩涂围垦等工程［32］。杭州湾原有的芦苇、泥滩、水体及鸟类组成的独特潮间带生态系统遭受严重破坏，鱼类洄游通道被截断。许多海洋工程的兴建，严重恶化了生物的生存环境，造成海洋生态系统结构失衡，典型生态系统遭到严重破坏。造成海洋生物栖息地片段化，单调化，加速了海洋生物资源与生物多样性的损失。同时湿地生态系统的破坏，使得杭州湾对陆源污染物的截留、吸收和净化功能迅速退化，海水自净能力大大降低。围垦后的湿地主要用于临港工业、临港物流业和农业种养业，各种污染物叠加排放，导致杭州湾的污染形势更加严峻。

进入21世纪后，我国对海洋环境保护的力度不断加强，随着“碧海行动计划”、入海污染物总量控制等环保措施的积极推进，杭州湾海洋生物多样性得到了一定恢复，但退化趋势尚未完全遏制。

总之，自然因素对生物多样性的影响一般要经过漫长的过程，往往处于动态平衡中［28］。而20年来杭州湾生物多样性先降低后回升的变化趋势，主要受环境污染、开发活动以及环保措施的加强等人类活动的影响。

5 结论

（1）杭州湾海域水质状况极差，处于严重富营养化状态，生物生存环境较为恶劣，生物多样性较低，生物群落结构简单，种类缺乏。

（2）杭州湾海域生物多样性的变化可大体分为2个阶段，第一阶段是20世纪90年代初至2000年前后，杭州湾生物群落的各项指标均普遍呈现下降的趋势；第二阶段是2000年后至今，由于各项生态环境保护措施加强，杭州湾生物群落得到一定程度的恢复。

（3）相关性分析表明，DIN、DIP、COD和富营养化指数对杭州湾海域生物多样性产生了十分显著的影响。20年来杭州湾海域生物多样性的变化，主要受环境污染、沿岸开发以及环保措施等人类活动的影响。

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The variation tendency of biodiversity and cause analysis in Hangzhou Bay from 1992 to 2012

Jia Haibo1，Tang Jingliang1，Hu Haoyan1
（1.Zhejiang Marine Ecological Environmental Monitoring Station，Zhoushan 316004，China）

Based on 20 years（1992 to 2012）monitoring data maintained by Zhejiang Marine Ecological Environmental Monitoring Station，the current situation and variation tendency of the Hangzhou Bay biodiversity were analyzed.The results showed that the environmental quality of Hangzhou Bay was poor，accompanied by low biodiversity and simple biological community structure.The variation of biodiversity in Hangzhou Bay could be divided into two stages over 20 years.In the first stage，from early 1990’s to 2000，indexes of biological communities in Hangzhou Bay decreased markedly.In the second stage，after 2000，some recoveries of biological communities had been found due to strengthening environment protection measures.Correlation analysis showed that DIN，DIP，COD and eutrophication had significant effects on biological diversity in Hangzhou Bay.Variation of biodiversity in the Hangzhou Bay over 20 years was mainly attributed to human activity.Loss of biodiversity was mainly because of sewage discharge induced eutrophication.Meanwhile，reclamation and other coastal development，which led to fragmentation and monotonization of marine habitat，also accelerate the reduction of biodiversity.

Hangzhou Bay；biodiversity；variation tendency；cause analysis

Q178.532

A

0253-4193（2014）12-0111-08

贾海波，唐静亮，胡颢琰.1992—2012杭州湾海域生物多样性的变化趋势及原因分析［J］.海洋学报，2014，36（12）：111—118，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.12.011

Jia Haibo，Tang Jingliang，Hu Haoyan.The variation tendency of biodiversity and cause analysis in Hangzhou Bay from 1992 to 2012［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（12）：111—118，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.12.011

2013-09-12；

2014-02-19。

环保公益性行业科研专项（201309008）；中国环境监测总站转型发展科研支撑项目（2011ZX-HY003-01）。

贾海波（1983—），男，山东省聊城市人，工程师，研究方向为海洋生态。E-mail：wave_of_sea＠163.com