河北昌黎生态监控区8月份大型底栖动物多样性研究＊

赵志楠，梁晓林，张月明，韩晓庆，张鉴达，高伟明

（1．河北师范大学 资源与环境科学学院 河北省环境演变与生态建设实验室，河北 石家庄，050024；2．河北省国土资源利用规划院，石家庄 河北，050051）

大型底栖动物是由生活在海洋基底表层或沉积物中动物组成的，一般指在分选时能被0．5mm或1．0mm孔径的网筛子留住的，生活在海洋沉积物中的底内或底上的动物［1］。常见的海洋大型底栖动物主要包括多毛类、软体动物类、甲壳类等三大类［2］，此外，还有棘皮动物、腔肠动物、长腕类和底栖鱼类等［3－4］。昌黎生态监控区是我国大型底栖动物物种较丰富的区域之一。近年关于渤海海域大型底栖动物生态学和多样性的研究有很多［5－8］，王瑜等［5］就渤海湾近岸海域春季大型底栖动物群落进行了研究；蔡文倩等［6］就渤海湾大型底栖动物群落优势种的长期变化进行了研究；王海博等［7］对环渤海秋季潮间带大型底栖动物进行了生态学研究；韩洁等［8］就渤海中、南部大型底栖生物多样性、丰度和生物量进行了研究。关于河口区生物种类组成和数量分布的研究也有很多［9－13］。本研究就底栖动物种类、数量及其多样性变化趋势两方面，运用2011－08，2012－08和2013－08三期大型底栖动物的监测数据，对昌黎监控区大型底栖动物的密度、生物量及多样性变化趋势进行了分析。

1 研究区概况

河北昌黎国家海洋生态监控区位于20m等深线以内的滦河口，大蒲河口浅海海区，总面积约为350km2。监控区在119°12′～119°42′E，39°24′～39°42′N均匀布设了19个监测站位。研究区属暖温带湿润大陆性季风气候，阳光充足，降水丰沛。

2 研究数据与方法

2．1 采样站位

监控区位于高潮线至20m等深线的滦河口以北39°26′30″N至大蒲河口以南39°39′00″N区域内350km2的海域。结合研究区域的形状及周围环境，共设置了19个站位（图1）。采用了2011－08、2012－08和2013－08三年间3期大型底栖动物监测数据。

图1 监测站位分布图Fig．1 Locations of the survey positions

2．2 采样方法

分别于2011－08－04，2012－08－04和2013－08－01利用0．05m2抓斗式采泥器，进行大型底栖动物采集。每个采样点采集2次泥样，样品分选使用0．5mm孔径网筛冲洗，标本用75%酒精现场固定。样品的处理、保存技术以及称重按照 GB／T12763．6－2007《海洋调查规范》［14］进行。

2．3 数据处理

运用生物多样性指标对底栖生物多样性水平进行计算，本研究选取的指标包括物种多样性指数（H＇）、均匀度指数（J）、丰富度指数（dMa）和优势度指数（Y），计算公式如下：

式中，S为样品中物种的总数；Pi为第i种个体数（n）与总体个数（N）的比值；fi为该物种在样品中出现的频率。

3 结果分析

3．1 种类分布

2011－08共监测到46种大型底栖动物：多毛类25种，占54．35%；甲壳类11种，占23．91%；软体类7种，占15．22%；棘皮类1种，占2．17%；长腕类1种，占2．17%；底栖鱼类1种，占2．17%（图2）。

2012－08共监测到45种大型底栖动物：多毛类29种，占64．44%；甲壳类9种，占20．00%；软体类4种，占8．89%，棘皮类2种，占4．44%；底栖鱼类1种，占2．22%（图2）。

2013－08共监测到80种大型底栖动物：多毛类44种，占55．00%；甲壳动物16种，占20．00%；软体动物14种，占17．50%；棘皮动物3种，占3．75%；长腕动物1种，占1．25%，腔肠动物1种，占1．25%；底栖鱼类1种，占1．25%（图2）。

图2 大型底栖动物物种组成分类Fig．2 Species composition of the macrozoobenthos

3．2 密度和生物量分析

3．2．1 密度变化分析

2011－08调查海域物种密度范围为10～970个／m2，平均栖息密度为43个／m2，各站位的平均密度为297个／m2，11号、15号、18号站位的密度明显高于其他站位，主要是由于这3个站位绒毛细足蟹分布密度较高，特别是18号站位，密度高达1 140个／m2，在该站位的密度组成中绒毛细足蟹占绝对优势，该物种的密度为970个／m2，占该站位总密度的85%；密度较低的为14号和17号站位，这2个站位均监测到1种底栖生物（图3）。

2012－08调查海域物种密度范围为0～2 040个／m2，平均栖息密度为41个／m2，各站位的平均密度为283个／m2，6号、8号、12号站位密度明显高于其他站位，这3个站位的大眼幼蟹、丝鳃虫等栖息动物密度较高，特别是6号站位，密度高达2 040个／m2，在该站位的密度组成中大眼幼蟹占绝对优势，该物种的密度为1 680个／m2，占该站位总密度的82．35%，密度最低为3号站位，该站位密度为0（图3）。

2013－08调查海域物种密度范围为0～1 190个／m2，平均栖息密度为28．74个／m2，各站位底栖动物的密度平均为337个／m2，6号、9号，12号这3个站位密度明显高于其他16个站位，主要是由于这3个站位中多毛类生物分布密度较高，特别是9号站位，密度高达1 190个／m2，在该站位的密度组成中锥稚虫、长吻沙蚕等多毛类动物占绝对优势，特别是锥稚虫的密度为630个／m2，占该站位总密度的53%；密度最低为11站位，该站位只监测到文昌鱼这一底栖生物物种，其它底栖物种均未监测到，该站位的生物密度远低于2011－08的密度（图3）。

图3 监控区内各站位大型底栖动物密度分布图（个·m－2）Fig．3 Sketch map of macrozoobenthos density in the stations of monitoring area（ind·m－2）

3．2．2 生物量变化分析

2011－08调查海域生物的生物量值范围是0．2～110．1g／m2，平均生物量为3．14g／m2，各站位的平均生物量为21．5g／m2。其中以11号站位最高，生物量为110．1g／m2，在该站位的生物量组成中澳洲鳞沙蚕、绒毛细足蟹占绝对优势；生物量最低的为14号站位，该站位的生物量为0．2g／m2（图4）。

2012－08调查海域大型底栖动物的生物量值范围是0～124．8g／m2，平均生物量为3．21g／m2，各站位的平均生物量为21．80g／m2。其中以19号站位最高，生物量为124．8g／m2，在该站位的生物量组成中砂海星占绝对优势；生物量最低的为3号站位，该站位的生物量为0，本年在该站位并未监测到底栖生物物种（图4）。

2013－08调查海域大型底栖动物的生物量值范围是2．2～1 238．3g／m2，平均生物量为7．72g／m2，各站位平均生物量为90．6g／m2。其中以12号站位最高，生物量为1 238．3g／m2，在该站位生物量组成中，菲律宾蛤仔、中国蛤蜊和文蛤等软体动物占绝对优势；生物量最低的为4号站位，该站位物种生物量为2．2g／m2（图4）。

图4 监控区内各站位大型底栖动物生物量分布图（g·m－2）Fig．4 Sketch map of macrozoobenthos biomass in the station of monitoring area（g·m－2）

3．3 多样性指标的站位分析

对监控区19个站位监测到的底栖生物进行多样性指标计算（表1），得出物种多样性指数（H＇）、均匀度指数（J）和丰富度指数（dMa），用来探究这3种指标在不同站位的变化趋势。

从表1中可以发现，调查区海域2011年物种多样性指数H＇平均值为1．82，均匀度指数J的平均值为0．71，丰富度指数（dMa）的平均值为1．90；2012年物种多样性指数H＇平均值为1．85，均匀度指数J的平均值为0．76，丰富度指数（dMa）的平均值为1．92；2013年物种多样性指数H＇平均值为2．74，均匀度指数J的平均值为0．80，丰富度指数（dMa）的平均值为3．15。

表1 监控区大型底栖动物多样性指数Table 1 Diversity index of the macrozoobenthos in monitoring area

3．3．1 Shannon－Wiener多样性指数（H＇）

2011－08监控区19个站位底栖动物的H＇值变化范围为0～3．49，由于14号站位和17号站位只有一个物种出现，所以这2个站位的H＇值较低均为0，19个站位H＇值平均值为1．82。最大值出现在12号站位，该站位共监测到14种大型底栖动物，其中多毛类10种、软体类1种、甲壳类2种；2012－08监控区19个站位底栖动物的H＇值变化范围为0～3．73，3号站位由于没有监测到物种出现，所以该站位H＇为0；19个站位的H＇值平均值为1．85。最大值出现在7号站位，该站位共监测到17种大型底栖动物，其中多毛类14种，甲壳类3种，软体类2种；2013－08监测区大型底栖动物的H＇值变化范围为0～4．14，19个站位的均值为2．74，最大值出现在于6号站位，该站位共监测出22种大型底栖动物，其中多毛类16种，软体类2种、甲壳类2种、棘皮类2种，最小值出现在11号站位，该站位只监测到文昌鱼这一物种，生物多样性指数远低于2011年的监测数据（图5）。

图5 多样性指数（H＇）变化趋势Fig．5 Variation trend of the Shannon－Wiener index

3．3．2 Pielou均匀度指数（J）

2011－08监控区底栖动物的J值变化范围为0～1．86，最大值出现在19号站位，最小值出现在14号和17号站位，19个站位J值的均值为0．71；2012－08监控区底栖动物的J值变化范围为0～1．71，最大值出现在1号站位，最小值出现在3号站位，19个站位J值的均值为0．76；2013－08监控区底栖动物的J值变化范围为0～0．98，最大值出现在7号和17号站位，最小值出现在11号站位，19个站位J值的均值为0．80，2013年J值总体水平要高于2011年和2012年（图6）。

图6 均匀度指数（J）变化趋势Fig．6 Variation trend of the evenness index

3．3．3 丰富度指数（dMa）

2011－08监控区大型底栖动物dMa值变化范围为0～3．82，最大值出现在12号站位，这跟多样性指数H＇呈正相关，最低值出现在14号和17号站位，19个站位的dMa均值是1．90；2012－08监控区大型底栖动物dMa值变化范围为0～3．01，最大值出现在6号站位，最小值出现在3号站位，19个站位的dMa均值为1．92；2013－08监控区大型底栖动物dMa值变化范围为0～5．34，最大值出现在6号站位，这也与该站位的多样性指数值H＇呈正相关，最低值出现在11号站位，19个站位的dMa均值为3．15（图7）。

图7 丰富度指数（dMa）变化趋势Fig．7 Variation trend of the species richness index

3．3．4 多样性变化与环境因子的关系

物种多样性除了受种的数量及个体密度的影响外，还与多种环境因素有关，如水温、盐度、初级生产力、底质类型等［15］。此外，沉积物粉砂—粘土含量升高，含沙量较低等都会对物种多样性产生影响。人为因素对大型底栖动物的影响也非常大。

与前两年监测数据相比，2013年监控区19个站位的平均温度与盐度较高，适宜的温度、盐度以及较好的底质为大型底栖动物的生存繁殖提供了良好的环境，物种生物多样性水平也相应提高。

监控区大型底栖动物多样性水平在时间和空间上都表现出一定变化。根据三期监测数据发现2013－08监控区的多样性水平要高于前两年，该年份监控区水质较好，各站位受污染物的影响较小，温度与盐度适合底栖动物的生存繁殖［16］，故该年大型底栖动物的多样性水平较高。2012－08监控区降水量高于其他两年，随河流入海的陆域污染物较多，当年大型底栖动物的多样性水平较低。

除在时间上表现出较大差别外，3a间监控区19个站位的多样性水平在空间上也表现出巨大差异。2011－08监控区生物多样性水平较高的站位是6号、8号、12号和16号站位。孙鲁峰等［17］研究表明，营养物质与底栖动物的多样性水平有密切关系。这四个站位除6号站位外均位于河口区，吸收的营养物质较多，有利于大型底栖动物的生存。2012－08监控区降水较多［17］，随河流入海的陆域污染物增多，污染加重、水质变差，致使靠近海岸的几个站位生物量不断减少，相反距海岸较远的5号、7号和15号站位生物多样性水平较高。2013－08监控区生物多样性水平较高的站位是2号、6号、10号和15号站位。这几个站位远离陆地，受陆域污染物影响较小且该年份监控区水质较好，利于生物生存。特别是6号站位远离海湾进出海水通道，水流平缓，底质为粉砂质砂（TS）适合大型底栖动物的生存，故3a间监控区19个站位中多样性指标最高值出现在该6号站位。3a中监控区19个站位3项多样性指标最低值均为0。2011－08监控区14号和17号站位的三项多样性指标最低，由于这两个站位底质为粒径较粗的砂（S），不利于生物生存，监测到的物种数较少，多样性水平较低；2012－08监控区3项多样性指标值最低的为3号站位，由于该年份降水较多，随河流入海的污染物较多［18］，监控区水质差，且3号站位的水温和盐度低于其他年份，在该站位并未监测到任何物种，因此该站位多样性水平较低；2013－08监控区多样性指标最低的为11号站位主要是由于该站位底质为砂（S），不适合其他大型底栖动物的生存，只监测到文昌鱼一种物种。

3．3．5 优势度指数（Y）

优势种结构的变化体现了物种群落结构的变化，本研究运用Simpson优势度指数公式对3a间监控区内的大型底栖动物进行指标计算，得到各物种的优势度指数（Y）。徐兆礼等［19］把Y＞0．02的物种视为优势种。为把大型底栖动物的优势种数目控制在一定范围内，本研究规定当Y＞0．001时，该物种即为优势种（表2）。

表2 监控区大型底栖动物优势种及优势度Table 2 Dominant species and dominance degree of the macrozoobenthos in monitoring area

3a内大型底栖动物主要优势种的变化，表明多毛类物种优势远高于其他底栖类群。2011－08甲壳类在密度和出现频率上占绝对优势，第一优势种绒毛细足蟹的优势度甚至达到了0．029，远远高于其他物种的优势度，表明群落结构比较单一；2012－08甲壳类优势明显下降，特别是绒毛细足蟹在该年未被监测到，第一优势种转变为裸盲蟹，此外古明圆蛤的优势度明显下降，多毛类和底栖鱼类动物在密度和出现频率上占绝对优势，底栖鱼类的优势度明显上升；2013－08多毛类动物在密度和出现频率上占绝对优势，19个站位的第一优势种转变为多毛类的长吻沙蚕，但其Y值下降为0．007 0，甲壳类生物优势种转为中国蛤蜊和日本美人虾。此外，其他类群的优势种构成中保留了甲壳类和软体类动物，但优势作用甚微，各物种的Y值除多毛类外，其他类群优势度明显低于前两年，这也侧面反映出该年度物种多样性水平相对较高。

优势度指数作为衡量多样性水平的指标之一，反映了大型底栖动物处于何种状态，及其在群落中的地位和作用。Y值越大，表明群落内物种数量及其分布越不均匀，优势种地位越突出，越不利于生物多样性水平的提高。2013－08监控区大型底栖动物第一优势种的Y值较前两年略低，表明该年物种生物多样性水平较高。

4 结 论

1）监控区大型底栖动物主要类群为多毛类，甲壳类和软体类。监控数据表明2013－08监控区监测到的大型底栖动物的物种总数远高于前两年，与前两年的监测数据相比，2013－08除监测到多毛类，甲壳类和软体类等生物外，还监测到了腔肠动物。

2）2013年监控区大型底栖动物的物种多样性指数、丰度和生物量均高于前两年同期。主要是由于2013－08监控区的水质状况要好于前两年同期水质。由于海洋生态系统的复杂性，大型底栖动物的密度、生物量和多样性指数是许多环境和生物因子相互作用的结果。在这一影响过程中，大型底栖动物本身也逐渐在慢慢适应这种变化，并作出相应反映。

3）通过调查研究发现监控区大型底栖动物第一优势种每年都在变化，且每个物种的优势指数值相对较小。这表明了该区域的物种群落结构相对比较丰富，物种多样性水平较高。

致谢：河北省昌黎黄金海岸国家级自然保护区管理处为本研究提供相关数据，在此表示衷心感谢。

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