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  • ISSN 1007-6336
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宁德东部海域大型底栖动物生态环境质量评价

唐娅菲 王金辉 程宏 郑碧琪 马祖友

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宁德东部海域大型底栖动物生态环境质量评价

    作者简介: 唐娅菲(1993-), 女, 云南昭通人, 硕士, 主要从事海洋生物与生态方面研究, E-mail:503233895@qq.com;
    通讯作者: 王金辉, wangjinhui@eastsea.gov.cn
  • 基金项目: 国家海洋公益性行业科研专项项目"海洋站生态环境长期综合观测系统集成技术研究与示范" 201505007

  • 中图分类号: X82

Eco-environment quality assessment of macrobenthic community in the East Ningde sea waters

    Corresponding author: Jin-hui WANG, wangjinhui@eastsea.gov.cn ;
  • CLC number: X82

  • 摘要: 2016年3月和11月对宁德东部海域30个站位进行大型底栖动物调查,本次调查共采集大型底栖动物99种(春季75种,秋季51种),其中多毛类44种,甲壳动物22种,软体动物16种,其他类群17种。本文首次将AMBIM-AMBI法引入宁德东部海域进行底栖生境质量评价,并将评价结果与Shannon-Weaver多样性指数(H')的评价结果相互比较,讨论其在宁德东部海域生境质量评价中的适用性。结果表明宁德东部海域大部分区域受轻度干扰,且春季底栖生态环境质量优于秋季。与H'的评价结果相比,AMBI的评价结果等级较高;M-AMBI的评价结果等级梯度更明显且与H'更一致。因此,在底栖生物以敏感种为主的宁德东部海域,用M-AMBIH'来评价其生态环境质量状况更为合理。
  • 图 1  宁德东部海域调查站位

    Figure 1.  Sampling stations inthe east Ningde sea waters

    图 2  调查海域大型底栖动物栖息密度

    Figure 2.  Spatial distribution ofmacrobenthos abundance in the east Ningde sea waters

    图 3  调查海域大型底栖动物生物量

    Figure 3.  Spatial distribution ofmacrobenthos biomass in the east Ningde sea waters

    图 4  各航次各站位生物多样性指数(H′)分布

    Figure 4.  Distributions of the H′ for each station in the spring and fall

    图 5  各航次各站位AMBI指数值分布

    Figure 5.  Distributions of the AMBI in each station in the spring and fall

    图 6  各航次各站位M-AMBI指数值分布

    Figure 6.  Distributions of the M-AMBI in each station in the spring and fall

    表 1  AMBIM-AMBI指数分级、扰动等级及生态环境质量状况

    Table 1.  AMBI and M-AMBI values and their ecological classifications

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    表 2  宁德东部海域大型底栖动物类群组成

    Table 2.  Group compositions of macrobenthos in the east Ningde sea waters

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    表 3  各航次各站位生物多样性指数(H′)值

    Table 3.  Results of Shannon-Weaver indexes (H′) for each station in the spring and fall

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    表 4  各航次各站位AMBIM-AMBI指数值

    Table 4.  Results of AMBI and M-AMBI for each stations in the spring and fall

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    表 5  各指数的相关性分析

    Table 5.  Correlation analysis between three indexes

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出版历程
  • 收稿日期:  2017-09-12
  • 录用日期:  2018-01-31
  • 刊出日期:  2019-04-20

宁德东部海域大型底栖动物生态环境质量评价

    作者简介:唐娅菲(1993-), 女, 云南昭通人, 硕士, 主要从事海洋生物与生态方面研究, E-mail:503233895@qq.com
    通讯作者: 王金辉, wangjinhui@eastsea.gov.cn
  • 1. 上海海洋大学, 上海 201306
  • 2. 国家海洋局东海环境监测中心, 上海 201206
  • 3. 国家海洋局东海分局, 上海 200137
  • 4. 国家海洋局宁德海洋环境监测中心站, 福建 宁德 352000
基金项目:  国家海洋公益性行业科研专项项目"海洋站生态环境长期综合观测系统集成技术研究与示范" 201505007

摘要: 2016年3月和11月对宁德东部海域30个站位进行大型底栖动物调查,本次调查共采集大型底栖动物99种(春季75种,秋季51种),其中多毛类44种,甲壳动物22种,软体动物16种,其他类群17种。本文首次将AMBIM-AMBI法引入宁德东部海域进行底栖生境质量评价,并将评价结果与Shannon-Weaver多样性指数(H')的评价结果相互比较,讨论其在宁德东部海域生境质量评价中的适用性。结果表明宁德东部海域大部分区域受轻度干扰,且春季底栖生态环境质量优于秋季。与H'的评价结果相比,AMBI的评价结果等级较高;M-AMBI的评价结果等级梯度更明显且与H'更一致。因此,在底栖生物以敏感种为主的宁德东部海域,用M-AMBIH'来评价其生态环境质量状况更为合理。

English Abstract

  • 福建省宁德市位于长江三角洲、珠江三角洲的中间位置,东临东海,与台湾隔海相望,海岸线长1046 km,海洋水域总面积44565.8 km2,占全省海洋总面积的35.6%。本研究区域为宁德东部海域,主要包括晴川湾及福宁湾邻近海域。晴川湾海岸线曲折,种植和养殖了多种海产品,距海岸线100 m左右的海上还分布着一串岛链;福宁湾是霞浦县重要的养殖基地之一,也是全国第一家海洋生态特别保护区“福建省宁德市海洋生态特别保护区”的一部分。

    大型底栖动物是海洋生态系统中的一个重要类群,具有种类丰富益于采集、活动能力弱活动范围有限、栖息地相对稳定以及对海洋环境扰动反应敏感等特点,因此大型底栖动物能够作为指示生物,客观地反映海洋环境特点和生态环境质量状况[1-3]。国内外科学家广泛认为可以利用大型底栖动物和生物指数进行生态环境质量评价[4-10]

    本文根据2016年3月(春季)及11月(秋季)宁德东部海域大型底栖动物调查数据,分析该海域大型底栖动物春秋两季的变化,并对大型底栖动物生境质量进行评价。由于海洋生态系统的复杂性及人为压力的影响,不同评价指数在同一区域进行评价,结果往往不尽相同,因此研究现有方法对不同区域的适用性是极其重要的。本文将我国常用的基于群落结构建立的Shannon-Weaver多样性指数H′、基于底栖生物敏感度分类原理建立的指数AMBI和在欧洲已被广泛用于检测多种人为压力的复合指数M-AMBI[11]应用于宁德东部海域大型底栖动物生态环境质量评价,并将评价结果相互比较分析,探讨这些指数在宁德东部海域生境质量评价中的适用性,以期为宁德东部海域环境监测、评价及生态系统保护提供更多的科学依据。此外本次调查区域中晴川湾邻近海域和福宁湾湾外海域大型底栖动物情况、群落分布特征以及应用多样性指数H′和生物指数AMBIM-AMBI综合评价生境质量,探讨其在宁德东部海域的适用性,均未见报道,本研究填补了上述海域大型底栖动物调查资料的空白。

    • 2016年3月30日~4月1日(春季)和2016年11月5日~11月7日(秋季)完成宁德东部海域浅海大型底栖动物调查。共设置30个站位,如图 1

      图  1  宁德东部海域调查站位

      Figure 1.  Sampling stations inthe east Ningde sea waters

    • 样品的采集与分析均按照《海洋监测规范》(GB17378-2007)的规定执行。采用0.05 m2的采泥器,每站不少于3次,沉积物经套筛网(上层网目为2 mm,中层网目1 mm,底层网目为0.5 mm)淘洗后,用5%甲醛溶液固定,运回实验室以镜检计数法分析各站浅海大型底栖动物的种类组成、栖息密度和生物量。

    • 优势种优势度(Y)的计算公式:

      式中:fi为第i个种在各样方中出现频率;ni为群落中第i个种在空间中的个体数量;N为群落中所有种的个体数总和。本次调查生物优势度Y≥0.02即为优势种。

    • Shannon-Weaver多样性指数(H′)属于单因子指数,它是将大量信息整合到一个指数中,广泛应用于监测海洋底栖动物的变化情况[12],发展到现在已较为成熟。目前该指数常与生境污染程度的等级关联,评价范围分为5级:无底栖动物为严重污染;H′值小于1,重度污染;H′值在1~2之间,中度污染;H′值在2~3之间,轻度污染;H′值大于3,清洁[13]。但考虑到环境因子影响的复杂性和“污染”的严格定义限制,因此本文以该指数评价生境时,将多样性指数H′关联的“污染”改为“扰动”,扰动不局限于污染因子的影响,还包括各种环境胁迫因子的影响,使本文H′指数和AMBIM-AMBI指数之间的对比更为合理。一般来说,在未受扰动的环境中物种多样性高,各物种之间会为了维持生态平衡相互制约,所以个体数有限;当环境受到扰动时,不能适应的物种逃离或死亡,所以种类数少,但能适应的物种由于竞争者的减少,个体数大量增加。因此多样性指数能较好的反映环境受扰动的状况,并表征区域大型底栖动物群落的季节性变化。H′公式如下:

      式中:H′为种类多样性指数;S为样品中的总种数;Pi为第i种的个体数(ni)与总个体数(N)的比值(ni/N)。

    • 2000年Borja和Muxika等[12, 14]创建了AMBI(AZTI's marine biological index,AZTI海洋生物指数)以及融入因子分析的M-AMBI方法,在不同的环境胁迫条件下,如富营养化、采砂、缺氧、重金属污染、石油开采、港口和堤防的建设及运行、疏浚及鱼虾贝类养殖、城市生活污水排放、生物污染等,均可使用,且在国内外已得到广泛应用[15]

      AMBIM-AMBI数值的计算使用软件AMBI 5.0进行,软件以及相应的物种分类目录可以在AZTI网站( http://AMBI.azti.es)免费获得,物种的生态分组以及分组表内未包含的大型底栖动物根据文献规定执行[12, 16]。其中生态分组为5个组,即EG Ⅰ(sensitive)对扰动敏感的物种、EG Ⅱ(indifferent)对扰动不敏感的物种、EG Ⅲ(tolerant)对扰动有耐受力的物种、EG Ⅳ(second-order opportunistic species)第二级机会种,EG Ⅴ(first-order opportunistic species)第一级机会种。此外,由于宁德东部海域养殖业发达,因此AMBI的参照值取6,多样性和物种数的参照值均取0[17]。评价标准见表 1

      表 1  AMBIM-AMBI指数分级、扰动等级及生态环境质量状况

      Table 1.  AMBI and M-AMBI values and their ecological classifications

    • 本文首次将AMBIM-AMBI法引入宁德东部海域进行底栖生境质量评价,研究其在该区域的适用性和敏感性,以此扩大其应用地理范围,也为我国近岸海域生境质量评价指数的选择提供一定的参考。将生物指数AMBIM-AMBI的评价结果与多样性指数H′的评价结果进行比较,以验证这两个评价指数在宁德东部海域的适用性。如果3种指数评价结果都在第二个等级及以上,或者第三个等级及以下,则认为评价结果一致[18]

    • 数据处理、统计分析和制图利用Excel 2007完成。相关性(Peason)分析由SPSS 17.0软件进行,分布图绘制使用Suffer 13.0软件进行。

    • 2016年宁德东部海域春秋两季调查共获大型底栖动物99种,大型底栖动物种类组成见表 2。其中多毛类44种(占44.4%),甲壳动物22种(占22.2%),软体动物16种(占16.2%),棘皮动物10种(占10.1%),其它7种(占7.1%)。2个航次大型底栖动物种类数量随时间变化明显,春季种类数量达75种,多于秋季51种。多毛类在2个航次中均为优势类群,春季为34种,秋季为24种。

      表 2  宁德东部海域大型底栖动物类群组成

      Table 2.  Group compositions of macrobenthos in the east Ningde sea waters

      本次调查大型底栖动物优势种共6种,优势种存在明显的季节更替。春季的优势种为棒锥螺(Turritella bacillum)、钩虾(Gammaridean sp.)、异须沙蚕(Nereis heterocirrata),秋季的优势种为豆形短眼蟹(Xenophthalmus pinnotheroides)、双鳃内卷齿蚕(Aglaophamus dibranchis)、丝异须虫(Heteromastus filiforms)。

    • 调查海域两个航次大型底栖动物平均栖息密度为83.33 ind/m2,其中春季的平均栖息密度为107.33 ind/m2,秋季的平均栖息密度为59.33 ind/m2,春季大于秋季。春季最大栖息密度为955.00 ind/m2,出现在zw9,主要物种为棒锥螺,秋季最大栖息密度为290.00 ind/m2,出现在zw4,主要物种为丝异须虫。两季的栖息密度在空间分布上存在差异,整体来说春季在晴川湾和福宁湾附近海域均出现一些高值;而秋季栖息密度呈散点状分布,各站点栖息密度相对较低,且在晴川湾附近出现一些高值(图 2)。

      图  2  调查海域大型底栖动物栖息密度

      Figure 2.  Spatial distribution ofmacrobenthos abundance in the east Ningde sea waters

      调查海域两个航次大型底栖动物平均生物量为51.84 g/m2,其中春季的平均生物量为81.71 g/m2,秋季的平均生物量为21.98 g/m2,春季大于秋季。春季最大生物量为1382.05 g/m2,秋季最大生物量为79.50 g/m2,均出现在zw9,春季生物量的主要贡献者为棒锥螺,秋季生物量的主要贡献者为棒锥螺和棘刺锚参(Protankyra bidentata)。春秋两季的生物量分布不规则,空间分布差异较大,且在部分区域出现不同程度的高值,可能与当地的水产品养殖有关(图 3)。

      图  3  调查海域大型底栖动物生物量

      Figure 3.  Spatial distribution ofmacrobenthos biomass in the east Ningde sea waters

    • 2016年宁德东部海域各航次各站位生物多样性指数H′数值及扰动程度如表 3所示。春季H′>3未受扰动的站位有9个,2 < H′ < 3受轻度扰动的站位有18个,1 < H′ < 2受中度扰动的站位有2个,H′<1受重度扰动的站位有1个;秋季H′>3未受扰动的站位有3个,2<H′ < 3受轻度扰动的站位有18个,1 < H′ < 2受中度扰动的站位有8个,H′ < 1受重度扰动的站位有1个。各站位均采集到大型底栖动物。

      表 3  各航次各站位生物多样性指数(H′)值

      Table 3.  Results of Shannon-Weaver indexes (H′) for each station in the spring and fall

      春季多样性指数H′范围在0.46~3.78之间,平均值为2.57;秋季多样性指数H′范围在0.59~3.50之间,平均值为2.30。总体而言,该海域环境受扰动程度较轻,大型底栖动物种类的多样性水平较好;春季与秋季之间存在季节性差异,春季的受扰动程度比秋季轻,且多样性水平高于秋季(图 4)。

      图  4  各航次各站位生物多样性指数(H′)分布

      Figure 4.  Distributions of the H′ for each station in the spring and fall

    • 春秋两季调查共获99种大型底栖动物,其中77种被分入相应的生态组(ecological groups,EGs),22种未被分入相应的生态组。根据Borja[16, 19]的方法对未列入分组的物种进行分组。22种底栖动物中有9种被分入EG Ⅰ,5种被分入EG Ⅱ,3种被分入EG Ⅲ,1种被分入EG Ⅳ,4种未分组。未分组比例超过20%的站位共5个,包括春季的3个站位zw1(33.3%)、zw19(25.0%)和zw22(23.8%),秋季的2个站位zw25(20.0%)和zw29(25.0%),除这5个站位的评价结果需谨慎判断外,其他各个站位均可运用AMBIM-AMBI法进行分析。

    • 采用AMBIM-AMBI指数评价宁德东部海域生境质量状况,评价结果见表 4。从表中可见,调查海域在不同季节受干扰程度不同,生态质量亦不同。AMBI的评价结果中,春季环境未受干扰的站位有10个,占33.3%,受轻度干扰的站位有20个,占66.7%;秋季未受干扰的站位有3个,占10.0%,受轻度干扰的站位有25个,占83.3%,受中度干扰的站位有2个,占6.7%。总体而言,秋季受干扰程度大于春季。M-AMBI的评价结果中,春季群落生态质量为高的站位有2个,占6.7%,为好的站位有26个,占86.7%,为中等的站位有2个,占6.7%;秋季群落生态质量为高的站位有1个,占3.3%,为好的站位有15个,占50.0%,为中等的站位有10个,占33.3%,为差的站位有4个,占13.3%。总体而言,春季的生态质量优于秋季。

      表 4  各航次各站位AMBIM-AMBI指数值

      Table 4.  Results of AMBI and M-AMBI for each stations in the spring and fall

      该海域AMBI值介于0.05~3.90之间,在时空分布上无显著性差异,最低值(环境受干扰程度最轻)出现在春季的zw9站位,该站位的主要优势种为敏感型物种(EG Ⅰ占比为97.9%);最高值(环境受干扰程度最重)为秋季的zw1站位,该站位的主要优势种为第二级机会种(EG Ⅳ占比为55.0%),不同季节各站位AMBI指数值分布如图 5

      图  5  各航次各站位AMBI指数值分布

      Figure 5.  Distributions of the AMBI in each station in the spring and fall

      M-AMBI值介于0.33~0.94之间,在时空分布上无显著性差异,最高值(健康状况最好)出现在春季的zw22站位,最低值(健康状况最差)出现在秋季的zw29站位。不同季节各站位M-AMBI指数值如图 6M-AMBI的评价结果等级梯度较为明显,从高到差均有涉及。

      图  6  各航次各站位M-AMBI指数值分布

      Figure 6.  Distributions of the M-AMBI in each station in the spring and fall

    • H′评价结果相比,AMBI的评价结果等级更高,其中春季zw8、zw9和zw23,H′评价结果为中或重度扰动,而AMBI评价结果为未受干扰;秋季zw5、zw10、zw14、zw22、zw23、zw25和zw27,H′评价结果为中或重度扰动,而AMBI评价结果为未受干扰或轻度干扰。造成这种差异的原因在于,这些站位在不同季节均存在优势度较高的物种,使得H′的值较低,评价结果较差,但这些优势种又以敏感种为主,因此AMBI的评价结果反而较好。除此之外其他站位春秋两季的评价结果相差不大。

      M-AMBIH′评价结果相比,春季zw5、zw8、zw9、zw23和zw30,H′评价结果为轻或中或重度扰动,而M-AMBI评价结果为好或中;秋季zw6、zw12、zw18、zw19和zw24,H′评价结果为轻度扰动,而M-AMBI评价结果为中等。由于M-AMBI是复合指数,因此造成该差异的原因除上述理由之外,还在于某些站位虽然敏感种比例较高,但物种个体丰度较低,使得这些站位评价结果不一致。此外其他站位春秋两季的评价结果基本相同。

      不同指数评价结果的相关性分析见表 5。分析结果表明无论是春季还是秋季,复合指数M-AMBIH′均呈极显著正相关,事实上,在M-AMBI计算中H′的比重较高[20],进一步表明M-AMBIH′的评价结果更接近。

      表 5  各指数的相关性分析

      Table 5.  Correlation analysis between three indexes

      综上所述,3种不同指数对宁德东部海域底栖生境质量的评价结果大部分是一致的,少数不一致的站位AMBI评价等级较高,而H′M-AMBI的评价等级稍低但更接近,且H′M-AMBI的评价等级梯度更明显。因此,H′M-AMBI的评价结果更为合理。

    • 2016年宁德东部海域春秋两季调查共获大型底栖动物99种(春季75种,秋季51种)。春季大型底栖动物平均栖息密度和平均生物量均大于秋季。其原因在于春季是亚热带近海大多数底栖动物的第一波繁殖盛期,因此春季生物种类数及栖息密度均明显高于秋季;春季显著的优势种是软体动物棒锥螺,优势度高达0.26,其个体重大,数量多,而秋季优势种是小型多毛类丝异须虫,这是春季生物量明显高于秋季的主要原因。

    • 使用AMBI软件对底栖动物生境质量进行评价时,因存在同种异名、种名变更等情况,所以物种名录的核对和录入是非常重要的。本次调查的物种按照目前的物种分组表(http://AMBI.azti.es)大多数被分入了相应的生态组别,但还有部分物种未分组。一般来说,同一个属的物种生态组别相同,按照这一原则大部分未分类物种被分入了同属物种的生态组别,例如依据已有的Cucumaria elongata的生态组别将Cucumaria echinata分入EG Ⅰ。还有个别物种可能由于其分类阶元较高,未进行分组,例如孔虾虎鱼(Trypauchen vagina)。

    • 对不同区域进行生境质量评价时,由于不同评价指数的适用性比照及评价结果不尽相同,所以要对可选择的生物指数进行适用性评估,以此选择最适合研究区域的评价方法,从而保证不同指数间评价结果的可靠性与可比性。因此本文选用生物指数AMBI、M-AMBI与多样性指数H′评价宁德东部海域大型底栖动物生境质量,并将评价结果相互对比,探讨其在宁德东部海域的适用性。目前环境污染评价都是以化学指标为主导,贸然以多样性指数H′数值大小轻言污染程度是值得商榷的,因此本文以该指数评价生境时,将多样性指数H′关联的“污染”改为“扰动”,扰动不局限于污染因子的影响,还包括各种环境胁迫因子的影响。将多样性指数H′与生境扰动程度等级关联,可使生物指数AMBI、M-AMBI与多样性指数H′之间的相互对比验证更为合理。目前,AMBI、M-AMBIH′三种方法已经被广泛应用到不同区域底栖生物生境质量评价中,大量研究结果表明M-AMBIAMBI能更好的反映环境的实际情况,与本研究结果基本一致,因此在物种组成以敏感种为主的宁德东部海域,选择M-AMBIH′能较为合理地评价其大型底栖动物生境质量状况。

      总体而言,2016年宁德东部海域大部分区域受轻度干扰,部分区域未受干扰或受中等程度干扰,少数区域受强烈干扰,生态质量状况整体上较好,这可能是由于调查区域比较靠外,且福宁湾在2007年初正式成立了“福宁湾尖刀蛏繁殖保护区”,海洋环境得到改善。此外,春季受干扰的程度比秋季轻微,生态质量状况也较好,这可能与秋季该区域的养殖活动有关。

参考文献 (20)

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