辽东湾中部海域春季大型底栖生物的群落结构及影响因子

张晓举, 丁 龙, 冯春晖



辽东湾中部海域春季大型底栖生物的群落结构及影响因子

张晓举, 丁 龙, 冯春晖

(国家海洋局北海海洋工程勘察研究院, 山东青岛266061)

2013年5月对辽东湾中部的大型底栖生物进行了调查, 分析了该海域底栖生物的种类组成、丰度、生物量、群落结构及其与环境因子的关系。调查海域共发现大型底栖生物70种, 包括多毛类24种, 甲壳类18种, 软体动物20种, 棘皮动物7种, 纽虫1种。相对重要性指数大于100的种类有14种, 排名前3位的分别是日本游泳水虱、毛蚶、日本长尾虫。底栖动物丰度平均值为244.2 个/m2, 生物量为52.52 g/m2, 棘皮动物是生物量的重要贡献者。多样性指数平均值为3.24, 丰度生物量比较曲线分析结果认为调查海域大型底栖动物群落未受到干扰, 底栖生物群落的结构相似性较低, 在20%的相似程度上可分为5个组。底层水中溶解氧含量是影响底栖生物的主要因素, 不同底质条件是影响底栖生物生物量和群落结构的重要因素。

辽东湾; 大型底栖生物; 群落结构; 多样性; 环境因子

大型底栖生物迁移能力弱, 区域性强, 多数种类的成体终生栖息在固定场所或只能在底质表面进行有限范围的活动, 对污染或环境的变化没有或很小的回避性, 对海底环境的变化十分敏感[1], 其污染效应具有指示性和持续性[2-3], 其群落结构能够反映生态环境因子的空间异质性[4], 对于评价海洋生态系统的健康具有天然的意义。

辽东湾是中国纬度最高的半封闭内海, 作为渤海面积最大的内湾, 其生态系统的稳定性在很大程度上影响着渤海海洋生态系统的能量和物质循环。近年来辽东湾内的港口、管线及采砂等人为活动日益频繁, 给辽东湾的海洋底栖生态环境造成的影响难以估量。目前辽东湾大型底栖生物群落结构的研究报道集中于辽东湾北部及西海岸六股河口附近[5-10], 关于辽东湾中部大型底栖生物群落的研究尚未见报道。作者以2013年春季的生态调查结果为依据, 分析了底栖生物的种类组成、数量分布的空间特征及扰动程度, 为系统了解辽东湾中部大型底栖生物的生存状况, 探讨人类活动对大型底栖生物的影响程度提供参考, 并为相关管理部门的决策提供依据。

1 材料与方法

1.1 调查时段与站位分布

2013年5月(春季)对辽东湾中部海域进行了12个站位的大型底栖生物调查(图1)。采样用 0.05m2曙光型(HNM-1-2型)采泥器, 每站2个重复样, 合并为1个样品, 泥样经0.5mm套筛现场冲洗, 生物样品用5%福尔马林溶液现场固定, 在实验室经分析鉴定后称重。采样和室内分析方法按《海洋调查规范》(GB/T12763.9-2007)进行。

1.2 数据处理和分析

1.2.1 多样性指数的计算

采用Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数分析底栖动物的群落结构。

Pielou均匀度:＝/log2

Margalef丰富度:=(-1)/log2

式中,n为第种的个体数量;P=n/,为采集样品种的所有种类总个体数;为采集样品的种类总数。

1.2.2 优势度的计算

优势种采用相对重要性指数RI(Index of Relative Importance)确定, 计算公式如下:

RI=()

式中,为每种的生物量占总生物量的百分比,为每种的丰度占总丰度的百分比,为该种出现的频率。采用丰度/生物量比较曲线 (ABC曲线)分析大型底栖动物群落受污染或其他因素扰动的状况。

1.2.3 群落结构的分析

群落结构分析使用PRIMER5.0 软件完成。去除总体中丰度小于1%的种, 保留任一站位相对丰度大于 3%的种以减少机会种的干扰, 构建Bray-Curtis 相似性矩阵进行聚类(Cluster)分析。

2 结果

2.1 种类组成

春季调查海域共鉴定底栖生物70种, 其中多毛类24种, 占总种数的34.3%; 甲壳类18种, 占总种数的25.7%; 软体动物20种, 占总种数的28.6%; 棘皮动物7种, 纽虫1种, 共占总种数的11.4%。调查海域大型底栖生物的优势并不明显, 未发现相对重要性指数>500的种类, 相对占优的种类包括多毛类5种, 软体动物3种, 甲壳类3种, 棘皮动物3种(表1), 这些种类RI指数均大于100, 其余为常见种和一般种。调查中发现棘皮动物中棘刺锚参()的出现频率较低, 仅在6号站出现一次, 但该物种较高的生物量导致了其较高的RI指数值。

表1 调查海域优势种

2.2 大型底栖生物丰度及生物量

春季调查海域大型底栖生物平均丰度为244.2 个/m2, 变化范围在120.0~630.0 个/m2之间。丰度最高值位于12号站, 该站多毛类数量众多, 其中日本长尾虫丰度高达380个/m2, 占该站总丰度的60.3%。10号站次之, 该站发现大量的单眼钩虾(sp.),数量高达160 个/m2。丰度的最低值位于3号站, 仅发现少量蛇尾、日本游泳水虱和寡鳃齿吻沙蚕, 该站未发现软体动物。站位之间的种类组成差异十分明显。底栖生物丰度的密集区位于调查海域中部, 低值区位于调查海域东北。

调查海域平均生物量为52.52 g/m2, 变化范围在7.63~182.94 g/m2之间。底栖生物量的最高值位于6号站, 该站发现棘刺锚参个体很大, 生物量高达154.80 g/m2, 贡献了该站生物量的93.1%。2号站发现哈氏刻肋海胆, 生物量达31.5 g/m2, 占该站生物量的79.9%。个体较大的棘皮动物是调查海区生物量的主要贡献者。

2.3 大型底栖生物群落的稳定性

评价结果表明, 多样性指数为2.48~3.75, 调查海域多样性指数的平均值为3.24, 仅3、4、8、9、12号站多样性指数均在3.00以下, 多样性指数的高值站位多分布于调查区外侧, 低值区位于调查区中部。调查海域均匀度指数和丰富度指数较高, 平均值分别为0.91和2.10。从ABC曲线的分布看, 生物量的曲线一直位于丰度曲线之上, 表明调查海域底栖生物群落尚未受到人为活动的显著干扰, 处于比较稳定的状态。

2.4 大型底栖生物群落划分

对底栖生物丰度进行聚类(Cluster)分析, 结果表明调查海域底栖生物群落异质化程度较高。在20%的相似度上, 可将调查海域底栖生物群落分为五个组, 组Ⅰ包括12号站, 位于调查区的东南侧, 通过SIMPER分析表明, 以多毛类和甲壳类居多, 软体及棘皮动物数量较少, 特征种为树蛰虫; 组Ⅱ包括9号站, 单眼钩虾和深沟毛虫为该组的特征种类; Ⅰ、Ⅱ组也是底栖生物多样性分布的低值区。组Ⅲ包括1、2、3、6、8、11号站, 主体位于调查区的北侧和南侧局部, 该组群落的相似程度为27.80%, 以日本游泳水虱、蛇尾和日本镜蛤为特征种, 这一组也是多样性分布的高值区; 组Ⅳ包括7、10号站, 该组位于调查海域西南, 该组群落相似性为40%, 种类组成以多毛类为主, 甲壳类最少, 软体动物次之, 以宽甲古涟虫、吻沙蚕(sp.)、不倒翁虫()为特征种, 该组多样性性指数均在3.50以上, 群落组成的多样化程度较高。组Ⅴ包括4、5号站, 该组群落相似性为40%, 深沟毛虫、日本长尾虫和长偏顶蛤是该类群的特征种。

3 讨论

3.1 与历史资料的比较

为了解辽东湾中部海域的底栖生态状况, 本文把此次的调查结果同周边海域的历史调查资料进行了比较(表2), 结果表明本次调查底栖生物丰度和生物量与辽东湾北部的数值最为接近, 且日本游泳水虱等重要种类的组成也未发生大的变化, 能够反映调查区域底栖生物群落的基本情况。各调查结果之间差异较大, 造成这种结果的原因主要有二: (1)调查方法不同。除辽东湾西部的调查方法与本次调查相同外, 其他研究方法均与本次调查有所差异。主要体现在采泥器型号及网筛孔径上。调查方法的差异使得底栖生物丰度与生物量之间的比较十分困难。就生物量而言, 本次调查生物量明显高于辽东湾北部和西部, 丰度则与其他几次的调查结果有较大的差异。(2)环境的差异。渤海在地理环境上与辽东湾有较大差距, 其结果仅可作为参考。调查海域辽东湾中部受陆域环境影响相对较小, 而2007年7月的调查和2009年10月的调查表明底栖生物的分布分别受辽河、大凌河和六股河等入海河流影响[5-6, 10], 自然条件的差异是导致调查结果不同的主要原因, 另外季节的差异也是导致调查结果迥异的原因之一。

表2 本次调查与周边海区的比较

3.2 影响底栖生物群落分布的环境因素

调查海域底层海水和表层沉积物的环境质量见表3, 底栖生物丰度与底层水中溶解氧含量之间呈显著正相关(=0.701,<0.05), 充足的氧含量对于底栖生物的增长具有促进作用[12], 溶解氧对底栖生物的分布有明显影响[13]。丰度与底层水温呈显著负相关(= –0.581,<0.05), 而这一范围内温度并不会限制底栖生物的生长和发育, 这一结果其实是温度与溶解氧的高度相关性(= –0.970,<0.01)所致。Pearson相关性分析表明生物量的分布与底层磷酸盐含量呈显著正相关(=0.690,<0.05)。调查水域底层溶解氧含量较高, 平均值达10.14mg/L, 这是因为调查海域沉积物颗粒较粗, 所含有机质较少[14], 而且底层水体悬浮物含量较低, 有机质降解所消耗的氧气少。就本次调查而言, 底层水中溶解氧含量是影响丰度分布的主要因素。在本次调查中发现底栖生物的丰度、生物量与表层沉积物中的环境因子间无显著相关关系, 这主要是由于沉积物监测以污染因子的监测为主, 而各污染因子均满足一类沉积物质量标准, 污染物处于较低的水平, 尚未对底栖生物的生长发育产生制约。

表3 调查海域底层海水环境因子统计

调查中发现, 各组的底栖生物群落的构成有很大差别, 底质环境对生物分布的种类产生的影响十分明显[15-16]。组I、Ⅱ、Ⅳ、Ⅴ的底栖生物以管栖类、底埋和穴居类生物居多, 这是因为沉积物中泥和粉砂含量较高而粗砂含量较低, 为多毛类和软体动物等穴居、底埋和管栖生物提供了良好的栖息环境[17-19]。组Ⅲ多样性水平和生物量较高, 物种组成的多少及每个物种个体的数量是衡量生物群落多样性的基础, 故多样性指数并非单指物种数量的多寡, 各个物种间的均匀程度也是衡量多样性的重要因素[20]。该组群中底表匍匐型、管栖类、爬行类和穴居类均有分布, 底栖生物数量的相对均匀分布是该组群多样性水平较高的主要原因。该组沉积物是由砂、黏土和粉砂较均匀的混合, 中砂、黏土和粉砂含量均在20%以上, 相对于单一的沉积环境, 混合的沉积环境的空间异质化程度更高, 可以为底栖生物的生长发育提供更多的空间, 是该组生物多样性较高的基础, 这一结果与李新正等人的研究结果一致[21-22]。该组也是生物量的高值区, 大个体底栖生物如棘皮动物的分布是该组生物量较高的原因, 在该组中大型底栖生物更趋向于保守种占优势。

底栖生物是一个复杂的生态系统, 底栖生物群落的形成实际上是由水动力条件[23]、水深等物理因素[24]和水质等理化因素[25]以及竞争与捕食[26]等生物因素共同作用所致, 很难直接得到单一因素对底栖生物群落影响的量化结果。环境因子对底栖生物群落的影响是一个复杂、动态的过程, 对大型底栖生物的影响机理尚有待进一步研究。

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Macrobenthos community and environmental factors in the middle waters of Liaodong Bay in spring

ZHANG Xiao-ju, DING Long, FENG Chun-hui

(SOA. North Sea Marine Engineering Prospecting Research Institute, Qingdao 266061, China)

Macrobenthos was investigated in the middle waters of Liaodong Bay in May 2013. The species composition, abundance, biomass, community structure, and relationship with environmental factors of macrobenthos were analyzed. In total, 70 species were identified in the research region, including 24 species of Polychaeta, 18 species of Crustacea, 20 species of Mollusca, 7 species of Echinoderms and 1 species of Nemerteans. The indexes of relative importance were greater than 100 of 14 species. The top of three were,, and. The average abundance of macrobenthos was 244.2 ind./m2, and the average biomass was 52.52 g/m2. Echinoderms were important contributors to biomass.The average biodiversity index of macrobenthos were 3.24. ABC (abundance/biomass comparison), revealing that macrobenthos communities were undisturbed in the research region. The structural similarity of the macrobenthos community was at a low level. The macrobenthos communities could be divided into five groups with 20% similarity. Dissolved oxygen content in bottom waters was an important factor affecting the abundance of macrobenthos. Different sediment conditions were important factors affecting macrobenthos biomass and community structure.

Liaodong Bay; macrobenthos; community structure; biodiversity; environmental factors

(本文编辑: 梁德海)

Dec. 12, 2015

[863 shipborne marine environment Monitoring System, No. 2007AA092101; Marine science and technology projects of North Sea Branch of the State Oceanic Administration, No. 2014B12]

Q958.8

A

1000-3096(2016)10-0043-06

10.11759/hykx20140311004

2015-12-12;

2016-04-29

国家863计划项目(No.2007AA092101); 北海分局海洋科技项目(2014B12)

张晓举(1982-), 男, 山东威海人, 工程师, 研究生, 从事海洋生态学研究, 电话: 13553074532, E-mail: zhangxj_space@163.com