厦门湾大型底栖动物多样性指数空间分布及其与环境因子的关系

黄 昆，陈 岚，傅婷婷，黄智伟，陈 凯

(1.福建海洋研究所，福建 厦门 361013；2.福建省海陆界面生态环境重点实验室， 福建 厦门 361013)

大型底栖动物是指生活在海洋沉积物底内、底表以及以水中生物和非生物体为依托并能被0.5 mm孔径网筛所截留的底栖生态类群[1]，运动能力不强，被广泛地用于指示其栖居环境质量状况[2-4]。生物多样性是指在一定时间和一定地区所有生物物种及其遗传变异和生态系统的总称，是人类生存发展的物质基础。香农-威纳(Shannon-Weaver)多样性指数H′、AZTI海洋生物指数AMBI和多变量AZTI海洋生物指数M-AMBI是近年评价海洋环境使用较多的多样性指数[5-16]。厦门岛四面环海，沿岸海域由同安湾、马銮湾、西部海域、九龙江口海域、东部海域、南部海域等组成，属于半封闭性河口海湾，海域总面积约390 km2，海岸线蜿蜒曲折，全长234 km。近些年，厦门湾沿岸城市经济迅速发展，海域污染日趋严重，底栖生物栖息地被破坏[17]。本研究以厦门湾为研究区域，于2012年夏季，在厦门湾各海域进行采样调查，分析厦门湾大型底栖动物的生物多样性现状，以及其与环境理化因子的相关关系，为厦门湾的可持续发展和环境管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 野外调查与采样

本次调查于2012年8月在厦门湾海域布设25个潮下带大型底栖动物取样站。站位分布图见图1。其中1～3号取样站位于同安湾顶部海域，4～10号取样站位于同安湾口与东海域交界处，11～15号取样站位于高崎机场埭辽排污口附近海域，16～20号取样站位于厦门东海域，21号取样站位于九龙江口海域，22～25号取样站位于杏林湾内。潮下带大型底栖动物采用面积为0.20 m×0.25 m(0.05 m2)的蚌式采泥器取样，每站连续采集沉积物4斗。沉积物样经淘洗后，用网目为0.5 mm的筛网分选，分离出大型底栖动物标本。各个样站的4个平行样装入一瓶，用5%福尔马林固定，并带回实验室进行大型底栖生物计数、称重和数据处理。底栖动物样品的处理与分析均按《海洋调查规范》[18]的有关规定进行，生物量采用样品的湿重表示。水质盐度、pH、溶解氧数据，采用多功能水质监测仪YSI6600现场测量，化学需氧量采用碱性高锰酸钾法测定。沉积物数据中，有机碳采用重铬酸钾氧化-还原容量法测定，硫化物采用碘量法测定，石油类采用紫外分光光度法测定。水质和沉积物的采集、运输和保存依据《海洋监测规范》执行[19-20]。

1.2 数据处理

选取物种数S、香农-威纳(Shannon-Weaver)多样性指数H′、AMBI指数和M-AMBI指数计算大型底栖动物的多样性，利用SPSS软件的Pearson相关性分析计算各指数与各环境因子间的相关关系。本文图片由Surfer软件绘制。

其中，香农-威纳(Shannon-Weaver)种类多样性指数H′计算公式如下：

(1)

式中：H′——种类多样性指数；N——单位面积样品中收集到各类动物的总个数；Ni——单位面积样品中第i种动物的个数；S——收集到的动物种类数。

式(1)表明底栖动物种类越多，H′值越大，水质或底质越好；反之，种类越少，H′值越小，水体或水质污染越严重[9]。

AMBI指数计算公式如下：

AMBI={(0×%G1)+(1.5×%G2)+(3.0×%G3)+(4.5×%G4)+(6.0×%G5)}/100

(2)

式中：G1～G5代表软相沉积环境中依大型底栖动物对污染耐受程度不同而划分的5个生态组群[6]。

AMBI值在0到7范围内波动，AMBI值越高，底栖群落受扰动程度越大，生态环境污染越严重。

M-AMBI指数采用了统计学中要素分析(Factor analysis，简称FA)和判别分析(Discriminant analysis，简称DA)将AMBI指数、多样性指数H′和丰度指数有机融合起来。该指数计算方法与AMBI相似，从AZTI(西班牙渔业与技术研究所)的网站(http：//www.azti.es)上可以下载到相应的应用软件和物组群落分类目录。

M-AMBI指数的取值数范围在0～1之间，且M-AMBI值越接近1，则该点生态环境质量越好；M-AMBI值越接近0，则该点生态环境质量越差。

2 结果

2.1 多样性指数的空间分布

2012年8月调查海区潮下带大型底栖动物共出现103种，分属海绵动物门、刺胞动物门、纽形动物门、环节动物门、软体动物门、节肢动物门、棘皮动物门以及脊索动物门8门。本次调查中各站位底栖动物种类数有明显变化，分布区间为1～29种，平均为11种。其中位于东海域的16号取样站种类数最多，为29种，位于埭辽排污口附近的12号和位于杏林湾内的22号取样站最少，均只有1种。各海区站位平均种类数以东海域最多，为19种/站，其次是九龙江口海域，为17种/站，同安湾口海域为12种/站，埭辽排污口附近海域为9种/站，杏林湾海域为4种/站，同安湾顶部海域最低，平均种类数为3种/站(图2)。

2012年8月调查海域大型底栖动物多样性指数H′有明显的站位变化，各站位分布区间在0～4.457之间，平均值为2.328。其中位于东海域的16号取样站多样性指数H′最高，为4.457，位于埭辽排污口附近的12号站和位于杏林湾内的22号取样站最低，均为0。各海区站位平均生物多样性指数H′以东海域最高，为3.723，其次是同安湾口海域，为2.843，埭辽排污口海域为2.000，九龙江口海域为1.691，杏林湾海域为1.424，同安湾顶部海域最低，为0.762(图3)。

2012年8月调查海域大型底栖动物AMBI有明显的站位变化，分布区间在0.201～4.500之间，平均值为1.739。其中位于埭辽排污口附近海域的12号取样站AMBI最高，为4.500，位于同安湾口海域的4号取样站最低，为0.201。各海区站位平均AMBI值以九龙江口海域最高，为3.750，其次是同安湾顶海域，为2.085，埭辽排污口附近海域为1.930，杏林湾海域为1.888，东海域为1.614，同安湾口海域最低，为1.169(图4)。

2012年8月调查海域大型底栖动物M-AMBI有明显的站位变化，分布区间在0.107～0.967之间，平均值为0.538。其中东海域的16号取样站M-AMBI最高，为0.967，埭辽排污口附近海域的12号取样站最低，为0.107。各海区站位平均M-AMBI值以东海域最高，为0.738；其次是同安湾口海域，为0.620；埭辽排污口海域为0.486；九龙江口海域为0.431；杏林湾海域为0.395；同安湾顶部海域最低，为0.323(图5)。

2.2 多样性指数与环境因子的相关分析

表1为各站位多样性指数，表2为各站位环境理化因子数值，表3为各多样性指数与理化因子的相关关系，其中有机碳、硫化物和石油类为沉积物参数，其它为水质参数。

表1 厦门湾大型底栖动物多样性

续表1

表2 厦门湾各取样站环境因子

表3 厦门湾大型底栖动物多样性与环境因子的相关分析

注：*在P<0.05水平上显著，**在P<0.01水平上显著，ns：无显著性相关。

Notes：*correlation was significant at the 0.05 level；**correlation was significant at the 0.01 level；ns：no significant correlation.

各站位种类数与硫化物、石油类之间无显著相关关系。与有机碳之间有极显著负相关关系；与盐度之间有显著正相关关系；与pH之间有极显著正相关关系；与溶解氧之间有极显著正相关关系；与化学需氧量之间有极显著负相关关系。

各站位多样性指数H′与有机碳之间有显著负相关关系；与硫化物之间有显著负相关关系；与石油类之间有显著负相关关系；与盐度之间有极显著正相关关系；与pH之间有极显著正相关关系；与溶解氧之间有极显著正相关关系；与化学需氧量之间有极显著负相关关系。

各站位AMBI与有机碳、pH、溶解氧、化学需氧量间均无显著相关关系。与硫化物之间有极显著正相关关系；与石油类之间有极显著正相关关系；与盐度之间有显著负相关关系。

各站位M-AMBI与有机碳之间有显著负相关关系；与硫化物之间有显著负相关关系；与石油类之间有显著负相关关系；与盐度之间有极显著正相关关系；与pH之间有极显著正相关关系；与溶解氧之间有极显著正相关关系；与化学需氧量之间有极显著负相关关系。

3 讨论

厦门湾海域中同安湾顶、杏林湾和埭辽海域均处于海湾内部，水动力交换较弱，且受到较强程度的陆源排污影响，海域环境质量较差，尤其是湾顶离岸边较近站点和排污口附近站点。九龙江口海域主要受到九龙江淡水和陆源排污汇入影响，调查期间也受到航道疏浚工程的一定扰动影响。东海域靠近外海，远离陆地，水动力交换较强，陆源污染物被稀释较多，环境质量较好。同安湾口位于同安湾与东海域交界之处，环境质量介于二者之间。

本次调查共采集记录到厦门湾大型底栖动物8门103种。其中环节动物多毛类种类最多，其次是软体动物。厦门湾大型底栖动物以体型小、适应范围广、繁殖力强的r对策种为主，说明厦门湾底栖生态环境退化情况比较明显[21]。各海区站位平均种类数分布趋势为东海域>九龙江口海域>同安湾口海域>埭辽排污口附近海域>杏林湾海域>同安湾顶部海域。平均生物多样性指数H′分布趋势为东海域>同安湾口海域>埭辽排污口附近海域>九龙江口海域>杏林湾海域>同安湾顶部海域。平均AMBI值分布趋势为九龙江口海域>同安湾顶海域>埭辽排污口附近海域>杏林湾海域>东海域>同安湾口海域。平均M-AMBI值分布趋势为东海域>同安湾口海域>埭辽排污口附近海域>九龙江口海域>杏林湾海域>同安湾顶部海域，M-AMBI分布趋势与多样性指数H′分布趋势一致，因为M-AMBI的计算与多样性指数H′有很大相关性。按照平均多样性指数H′来评价厦门海域的健康状况，东海域为清洁海域，同安湾口和埭辽排污口附近海域为轻度污染海域，杏林湾和九龙江口海域为中度污染海域，同安湾顶部海域为重度污染海域。按照AMBI值来评价，除了九龙江口海域为轻度污染，其它海域皆为清洁海域。按照M-AMBI值来评价，东海域和同安湾口海域为清洁海域，九龙江口和埭辽排污口附近海域为轻度污染海域，杏林湾和同安湾顶部海域为中度污染海域。AMBI指数的评价结果相对另两种指数偏高。种类数和多样性指数H′以及M-AMBI值的空间分布趋势表明，厦门湾海域环境总体为近岸较差、外海较好，东海域的健康状况普遍好于各内湾，这与人类活动影响的强度分布如各类陆源污染物的汇入，以及海域水动力环境的好坏相一致。而AMBI的分布趋势显示，从九龙江口往北往东延伸，海域沉积环境逐渐好转。

与理化因子的相关分析表明：多样性指数H′和M-AMBI与各环境因子间相关关系均较强，AMBI只与硫化物、盐度、石油类之间有显著或极显著相关关系。种类数与有机碳、盐度、pH、溶解氧、化学需氧量之间有显著或极显著相关关系。其中有机碳、硫化物、石油类和化学需氧量反映了水体的污染状况，盐度和pH一般随着离岸距离增加而升高。多样性指数H′和M-AMBI与各因子具有较强相关性，说明该指数可以较好地反映环境压力。AMBI在本实验中与环境因子关联性较差，且评价结果普遍偏高，无法敏感地响应环境压力，说明其不适用于评价厦门海域[22]。

香农-威纳生物多样性指数H′在国内外常被用来描述生物群落的生态学特征，也常被用来监测淡水、海水底栖生物群落结构的变化，被认为能较好地评价水体的污染程度，在我国一直被广泛应用。M-AMBI充分考虑到群落结构状况的好坏以及各个物种的环境敏感程度，可以有效地评价河口和近岸海域软底质底栖生态质量状况。在本次实验中，两种指数与环境因子呈现较强相关性，可较敏感地响应厦门湾海域环境的空间变化，很好地指示海域沉积环境和水体富营养化的压力变化，较为适合在本研究区域使用。