秦山岛周边海域大型底栖动物群落健康状况评价

毛成责，魏爱泓，张咏，袁广旺，矫新明，崔彩霞，王晨波，周超凡

(1.江苏省环境监测中心，江苏 南京 210019；2.江苏省海洋环境监测预报中心，江苏 南京 210019)

0 前言

根据《海洋调查规范》(GB/T 12763.6—2007)，海洋大型底栖动物为能被孔径为0.5 mm的筛绢留住，栖息于沉积物中或沉积物至水界面的动物，主要为软体动物、环节动物、节肢动物和棘皮动物4大类群，也包括部分底栖脊索动物、纽虫和腔肠动物等[1-2]。海洋大型底栖动物在海洋生态系统食物网和碎屑食物链中兼具重要作用，具有种类丰富、活动能力较弱、分布范围相对稳定、对环境变化敏感等特点，其群落结构的稳定对海洋生态系统物质循环和能量流动的正常运行至关重要[3-5]。

评价大型底栖动物群落健康状况的指数繁多，常见的传统方法有生物密度、生物量、优势种优势度计算法、香农威纳指数法(Shannon-Wienener Index, H′)等[6]。近年来，丰度-生物量比较法(Abundance-Biomass Comparison, ABC)，底栖生物完整性指数法(Benthic Macroinvertebrate Index of Biological Integrity, B-IBI)、AZTI 海洋生物指数(AZTI’s marine biotic index，AMBI)等的运用逐渐增多[7-10]。B-IBI及AMBI法因对环境压力具有较好的分级指示作用而被国内外学者广泛使用，但其对物种敏感性界定和参照系的选择要求较高，过程繁琐，评价结果受2者的影响较大；ABC法则主要基于生物丰度和生物量累积百分比曲线的比较，操作较为简单，同时包含了种类、生物密度和生物量3个维度的判断，使评价结果较为合理，Clarke又根据其主要原理提出了一套量化计算公式，使评价结果更加便捷直观[7,11-13]。

秦山岛(34°52′N，119°16′E)作为江苏海域的第二大海岛，位于海州湾渔场和海州湾国家海洋公园的中心区域，岛上植物资源丰富，兼具神路、将军石等海蚀奇观，周边海域渔业资源丰富，作为一个典型的海岛生态系统，具有较高的生态系统服务价值[14-15]。近年来，有学者对海州湾和连云港近岸海域大型底栖动物群落种类组成、数量分布和次级生产力等方面做了大量研究，但对于大型底栖动物的群落健康状况的研究较少[16-18]。作为秦山岛保护与开发利用示范项目的环境现状调查的组成部分，现结合秦山岛周边海域大型底栖动物优势种、多样性指数和丰度-生物量比较法，分析评价夏季秦山岛周边海域大型底栖动物群落结构的健康状况，以期为秦山岛开发和利用后评估提供科学依据，也为海岛大型底栖动物调查积累基础资料。

1 研究方法

1.1 采样时间

2015年8月。

1.2 调查站位

在秦山岛周边海域设10个站位(St.1-10)，分列近岸(单数站号)与离岸(双数站号)，2者间距在2～3 km(图1)。

图1 调查站位示意

1.3 样品采集

大型底栖动物样品采集方法按照《GB/T 12763.6—2007》进行，采样工具为静力式采泥器，每个站位取样2次，每次取样面积0.1 m2，泥样经0.5 mm过筛冲洗后，挑拣筛留生物样品。样品(腔肠动物、纽形动物、环节动物样本预先用硫酸镁麻醉)用5%的海水福尔马林保存[1]。

1.4 样品鉴定和指数计算公式

1.4.1 样品鉴定

在体视显微镜(Olympus SZ51)下根据相关大型底栖动物鉴定文献和专著将所有样品尽量鉴定到种并计数、称重(湿重)，为各站位的密度换算为ind./m2，生物量换算为g/m2[19-22]。

1.4.2 优势种

优势种根据相对重要性指数(Index of Relative Importance,IRI)确定，IRI >500的种类为优势种[23]。计算公式如下：

IRI= (N+W) ×F

(1)

式中：N——某个种类的个体数百分比，%；W——某个种类的重量百分比，%；F——某个种类在所有调查站位中的出现频率，%。

1.4.3 多样性指数

多样性指数选择最常用的香农威纳指数指数(H′)、Margalef丰富度指数(D)与Pielou 均匀度指数(J)，计算公式如下：

H′= -∑Pilog2Pi

(2)

D= (S-1)/log2N

(3)

J= H′/log2S

(4)

式中，Pi——种i所占站位总密度百分比；S——站位种数；N——站位个体总数[6]；H′的区间为[0，∞)，H′值可划分为4个等级：[3，∞)为清洁，[2，3)为轻度污染，[1，2)为中度污染，[0，1)为重度污染[24]。

1.4.4 评价ABC曲线的统计值W

为简化ABC曲线法制图和评价流程，Clarke根据其主要原理，研究出一个针对ABC曲线评价的统计值W，其计算公式如下：

(5)

式中，bj——按生物量从高到低排列时前j种的累积生物量(湿重)比例，%；aj——按丰度从高到低排列时前j种的累积丰度比例，%；W的区间为(-1，1)。

W趋向于1时，表示生物群落生物量优势逐渐由单一物种所贡献，各物种丰度均匀，在健康稳固的生态环境中，生物群落结构趋于稳定；当W趋向于-1时，为适应恶劣气候或环境污染，生物量优势个体消亡，群落生物量和丰度均由耐污和抗逆的小型个体贡献，物种丰度差异较大，说明生物群落受到外界干扰而稳定性下降[13]。参考多样性评价等级的划分，将W值划分为4个等级：(0.5，1)为无干扰，(0，0.5]为轻度干扰，(-0.5，0]为中度干扰，(-1，-0.5]为重度干扰[24-25]。

种数、密度、多样性指数的平面分布图用surfer 12.0绘制；W值计算用PRIMER 5.0完成；多样性指数与W值相关性分析在SPSS 22.0中完成。

2 结果与分析

2.1 大型底栖动物种类组成

调查共鉴定出大型底栖动物7大类31种(表1)。由表1可见，软体动物、环节动物各10种，分别占总种数的32.26%，为优势类群，节肢动物5种(16.13%)，脊索动物和棘皮动物各2种(6.45%)，纽形动物和腔肠动物各1种(3.23%)；根据IRI值大小，优势种依次为红狼牙虾虎鱼(IRI=4 844)、棘刺锚参(IRI=2 072)、内卷原盒螺(IRI=543)和微角齿口螺(IRI=501)。

表1 大型底栖动物种类组成①

各类群大型底栖动物种数、平均密度及平均生物量见表2。由表2可见，各类群平均密度排序为：软体动物>节肢动物>环节动物>脊索动物>棘皮动物>纽形动物>腔肠动物；平均生物量排序为：脊索动物>棘皮动物>腔肠动物>节肢动物>环节动物>软体动物>纽虫类；软体动物在种类和平均密度上占优势，脊索动物在生物量上占优势。

表2 各类群大型底栖动物种数、平均密度及平均生物量

站位间大型底栖动物各类群密度百分比见图2。由图2可见，站位间各类群密度百分比存在一定差异。St.1节肢动物百分比最高，占比70%；St.4、St.7环节动物百分比最高，分别为54.55%和37.50%；St.5棘皮动物百分比最高，为38.46%；St.6、St.9和St.10软体动物百分比最较高，分别占比52.17%，60.00%和63.16%；其余站位各类群百分比分布相对均匀。

图2 站位间大型底栖动物各类群密度百分比

站位间大型底栖动物各类群生物量百分比见图3。由图3可见，站位间各类群生物量百分比差异较大，St.1、St.5和St.7棘皮动物百分比最高，分别占比59.91%，95.23%和88.94%；St.2、St.3、St.4、St.6和St.9脊索动物百分比最高，分别占比95.42%，81.38%，76.54%，44.85%和53.91%；St.8环节动物百分比最高，占比35.88%；St.10软体动物百分比最高，占比74.55%。

图3 站位间大型底栖动物各类群生物量百分比

2.2 大型底栖动物密度、生物量与种数的空间分布

大型底栖动物密度、生物量和种数的空间分布见图4(a)(b)(c)。由图4(a)可见，大型底栖动物密度St.6最大，为115 ind./m2，其次为St.1和St.9，均为100 ind./m2，其余均<100 ind./m2，St.2最小，为20 ind./m2，平均值为70 ind./m2；由图4(b)可见，生物量St.3最大，为197.25 g/m2，其次为St.5，为135.77 g/m2，其余均<100.00 g/m2，St.9最小，为2.56 g/m2，平均值为54.04 g/m2；由图4(c)可见，种数St.6最大，为12种，其余均<10种，平均值为8种。大型底栖动物密度和种数的空间分布无明显特征，生物量近岸站位高于离岸站位。

图4 大型底栖动物密度、生物量和种数的空间分布

2.3 多样性指数与W值空间分布

大型底栖动物群落参数的空间分布见表4。由表4可见，W值为St.3最大，为0.786，St.10最小，为-0.260，除St.2、St.3、St.5外，剩余站位W均为负值，平均值为0.020，说明大部分站位大型底栖动物群落受到了不同程度的干扰，总体处于轻度干扰状态。多样性指数St.8最大，为1.62，St.2和St.5最小，为0.23，平均值为1.24；丰富度指数St.6最大，为3.51，St.3最小，为1.92，平均值为2.57；均匀度指数St.2最大，为1.00，St.1最小，为0.77，平均值为0.92；多样性评价结果显示为中度污染。

表4 大型底栖动物群落参数的空间分布

对5种参数进行两两相关性分析，结果显示W与H′呈显著负相关(r=-0.662，p<0.05)，H′与D呈极显著正相关(r=0.940，p<0.05)；其余参数间无显著相关性。

3 讨论

3.1 优势种的演替及多样性变化

20世纪90年代秦山岛周边海域的软体动物和节肢动物在种数、密度和生物量方面均占优势，主要优势种包括扁玉螺(Neveritadidyma)和小刀蛏(Cultellusattenuatus)等对环境较敏感的大型经济贝类[14]。本次调查优势类群主要为软体动物，脊索动物和棘皮动物，软体动物优势种内卷原盒螺和微角齿口螺等小型杂食性贝类，在恶劣的海洋环境中仍能生存[26-27]。脊索动物优势种红狼牙虾虎鱼主要习性特征为穴居于泥沙质浑浊浅海，杂食藻类碎屑、小型节肢动物、贝类和脊索动物，抗逆能力较强，其数量优势给其他底栖类群带来了摄食压力，使软体动物和节肢动物生物量减少[14,28]。棘皮动物优势种棘刺锚参为黄渤海近岸和内湾的优势种，在污染较为集中的渤海莱州湾、渤海湾和辽东湾内数量尤多，相关研究表明，棘刺锚参的环境适应能力、繁殖能力和生境占领能力均强于其他底栖种类，其在沿岸的大量聚集甚至可能堵塞海岸工程取水口引发事故，是至灾风险较高的生态灾害物种[29-30]。

类似情况也出现在田湾核电站周边海域，陈斌林等[31]比较了1998和2005年田湾核电站周边海域大型底栖生物群落，受核电站工程开山采石及海岸软基处理等人为活动干扰，相较1998年，2005年密度显著升高，种类数和生物量明显降低，优势类群由个体较大的软体动物和棘皮动物变为个体较小且耐污的环节动物。

海州湾不同海域底栖生物多样性与均匀度指数比较见表5。

表5 海州湾不同海域底栖生物多样性与均匀度指数比较

由表5可见，从多样性角度看，对比陈斌林等和贺心然等[17,32-33]2005年在秦山都附近的连云港碱厂、田湾核电站和连云港港的调查，秦山岛多样性指数明显下降，根据近年海洋环境质量公报，秦山岛的污染压力主要来自沿岸的临洪河等入海河流的输入，相较各海域大型底栖动物多样性，秦山岛周边海域最低，处于中度干扰水平。说明近年来，污染压力和人类的开发活动使秦山岛周边的底栖生境受到了一定程度的干扰。

3.2 大型底栖动物群落健康状况评价

本研究中，基于丰度-生物量比较法(ABC比较法)W值与多样性指数评价结果存在着一定的差异，相关性分析显示2者呈显著负相关；W均值为0.02，显示大型底栖动物群落受到轻度干扰，多样性指数均值为1.24，显示为中度污染。胡桂坤等[7,34-35]的研究表明多样性指数侧重生物种类的多少级分布的均匀性，秦山岛海域除受污染压力和人为干扰外，其铁板沙底质和浅水悬沙扰动也限制了部分底栖种类的栖息生长，导致生物多样性偏低，处于中度干扰水平。丰度-生物量比较法弥补了多样性指数中的生物量维度信息，在多样性指示的基础上增加了物种生活史对策类型对生境的指示作用，污染压力较重或生境恶劣的情况下，优势种为r对策者，个体小、寿命短、存活率低、扩散能力强、生殖速率快；污染较轻或无污染的稳定生境下，优势种为K(Kapazitätsgrenze，容量极限)对策者，个体大、寿命长、存活率高、扩散能力弱、生殖率低、种群数量有增长极限；秦山岛大型底栖动物多样性一般，优势种为耐污的软体动物、脊索动物和棘皮动物，但其主要为K对策种类，说明大型底栖动物群落受到了一定干扰，但群落结构仍较为稳定[36-37]。

4 结论

本次调查共鉴定大型底栖动物7大类31种，其中软体动物在密度上占优势，脊索动物在生物量上占优势，优势种4种，根据IRI值大小依次为红狼牙虾虎鱼、棘刺锚参、内卷原盒螺和微角齿口螺。其中，St.6大型底栖动物密度最大，St.3的大型底栖动物生物量最大，生物量近岸站位高于离岸站位，密度与种数分布无明显规律。根据丰度-生物量比较法评价，秦山岛周边海域大型底栖动物群落受到了轻度干扰，但群落结构仍较为稳定。