膠州灣中部海域大型底棲生物生態(tài)學初步研究

隋吉星,于子山,曲方圓,劉衛(wèi)霞

(中國海洋大學 海洋生命學院,山東 青島266003)

膠州灣位于山東半島南岸,屬于典型的半封閉海灣。其海域環(huán)境特殊,底棲生物復雜多樣,從而成為海灣生態(tài)學研究的典型海域。早在20世紀50年代,中國科學院海洋研究所就與蘇聯(lián)科學院動物研究所合作,對膠州灣底棲生物做了比較詳細的調(diào)查研究[1]。80年代以后關于膠州灣大型底棲生物的生態(tài)學研究更是持續(xù)不斷：劉瑞玉[2]對膠州灣底棲生物群落結(jié)構作了詳細的論述; 孫道遠[3]圍繞膠州灣底棲生物的數(shù)量動態(tài)進行了細致的討論; 畢洪生等[4]對膠州灣近十幾年底棲生物群落的變化進行了總結(jié),等等。而近幾年對膠州灣底棲生物的研究也更加詳細：單獨討論多毛類[5]、軟體動物[6]、甲殼動物[7]、棘皮動物[8]的數(shù)量動態(tài)及其與環(huán)境因子的關系等。此外,對于膠州灣底棲生物多樣性、次級生產(chǎn)力也有不少的報道[9～12]。本研究是山東省908專項的一部分,就膠州灣中部海域大型底棲生物豐度、生物量、多樣性指數(shù)等展開研究,為膠州灣環(huán)境質(zhì)量的生態(tài)監(jiān)控和生物資源的持續(xù)利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 站位布設和樣品處理

于2006年8月、12月、2007年4月和10月分4個航次(以下簡稱夏季、冬季、春季和秋季航次),對膠州灣中部海域的大型底棲生物進行了取樣分析,共設5個站位(圖1)。樣品采集、保存、計數(shù)和稱量均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[13]和《908技術規(guī)程》進行。另在每站取沉積物表層樣,用于測定粒度和有機碳,測定有機碳的樣品置于-20℃保存。

圖1 調(diào)查海區(qū)站位圖Fig.1 Map of sampling stations in the study area

1.2 環(huán)境因子的測定

1.2.1 沉積物粒度的測定

沉積物樣品經(jīng)六偏磷酸鈉溶液和超聲波分散后,用 Cilas940L 型激光粒度儀(測量范圍 0.3～2000μm)進行粒度測試,粒度參數(shù)的計算用矩值法。QD07和QD15站因底質(zhì)顆粒較大而采用篩析法測定。

1.2.2 沉積物有機質(zhì)的測定

樣品60℃烘72 h后,研磨,過100目篩,然后按照《海洋調(diào)查規(guī)范》重鉻酸鉀-硫酸氧化法及劉昌嶺改進方法[14]進行有機碳的測定。有機碳含量乘以1.724得有機質(zhì)含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用PRIMER5.0,spss10.0軟件包中的相關程序進行數(shù)據(jù)資料的分析處理。

1.4 相對重要性指標

相對重要性指標全面考慮了大型底棲動物種群的個體大小、數(shù)量和分布情況,能定量地反映出它們的地位和數(shù)量分布的變化情況[15],其計算公式為：

式中,W為種群的生物量占大型底棲動物總生物量的百分比;N為種群的豐度占大型底棲動物總豐度的百分比;F為種群出現(xiàn)的頻率。

2 結(jié)果

2.1 沉積環(huán)境

調(diào)查中所測各站位的環(huán)境因子數(shù)據(jù)見表 1(僅春季航次)。本次調(diào)查有機質(zhì)含量平均值為 0.78%,與劉瑞玉等[2]的報道(平均為 0.95%)相差不大,而遠低于袁偉[16]等的調(diào)查結(jié)果(位于膠州灣中部海域的S站,有機質(zhì)含量為 1.78%)。袁偉等調(diào)查的海域位于膠州灣養(yǎng)殖區(qū),餌料的投放和養(yǎng)殖生物的糞便可能是該海域有機質(zhì)含量高的主要原因。QD06站、QD09站和 QD13站底質(zhì)為粉砂黏土類型(中值粒徑分別為6.55、6.41和6.9),有機質(zhì)容易聚集,QD07站和QD15站底質(zhì)為中砂細砂類型,水循環(huán)好,含氧量高,有機質(zhì)含量低。

表1 各站位環(huán)境因子Tab.1 The environmental variables of each sampling station

2.2 大型底棲生物種類組成

在 4個航次的調(diào)查中,共采集鑒定大型底棲生物206種,其中多毛類98種,占總數(shù)的47.57%; 甲殼動物53種,占總數(shù)的25.73%; 軟體動物31種,占總數(shù)的 15.05%; 棘皮動物 7種,占總數(shù)的 3.4%; 其他類群17種包括腔腸動物門、紐形動物門、魚類等,占總數(shù)的8.25%。

從豐度來看,多毛類占有絕對優(yōu)勢,平均豐度為 925 個/m2,占總平均豐度的 67%; 軟體動物為116 個/m2,占總平均豐度的 8%; 甲殼類為 219 個/m2,占總平均豐度的 16%; 棘皮動物為 90 個/m2,占總平均豐度的7%; 其他類群22 個/m2,占總平均豐度的2%。

從生物量來看,多毛類平均生物量最低,為2.78 g/m2,占總平均生物量的10%; 甲殼動物、軟體動物、棘皮動物相差不大,分別為 7.95 g/m2、6.59 g/m2、5.96 g/m2,分別占總平均生物量的27%、23%、21%; 其他類群平均生物量為 5.48 g/m2,占總平均生物量的19%。

2.3 相對重要性指數(shù)

由于動物有運動能力,多數(shù)動物群落研究中以數(shù)量或生物量為基礎來衡量種的重要性。但一般來說,對于小型動物,以數(shù)量為指標易于高估其作用,而以生物量為指標,易于低估其作用; 相反,對于大型動物,數(shù)量低估了其作用,而生物量高估其作用。相對重要性指數(shù)同時以數(shù)量和生物量為指標,并考慮了種的分布情況,因而能較好地反映種的重要性。各季節(jié)相對重要性指數(shù)前4位的種見表2。可見,不同季節(jié),種群的相對重要性存在差異。

2.4 生物多樣性

物種的豐富度反映的是一個群落中種的數(shù)目的多寡; 種的均勻度反映的是一個群落中全部種的個體數(shù)目的分配情況,它反映了種屬組成的均勻程度; 香濃威納指數(shù)在群落多樣性測度上借用了信息論中不定性測量方法,就是預測下一個采集的個體屬于什么種,如果群落的多樣性程度越高,其不定性也越大。在對一個群落多樣性進行研究時,一般從以上三種指數(shù)出發(fā),綜合分析比較物種的多樣性及其影響因素[6,9～11]。

表3為本研究各站位在不同季節(jié)的三種指數(shù)的取值。香濃威納指數(shù)(H′)在冬季和夏季較高,平均值為2.81和2.8,而在春季和秋季較低,平均值為2.59和 2.50,這與李新正[9]等得出的結(jié)論是一致的。均勻度指數(shù)(J)在各個季節(jié)變化不大。物種豐度度指數(shù)(D)則為夏季(4.86)＞冬季(4.47)＞春季(3.81)＞秋季(2.79)。One-way ANOVA檢驗結(jié)果表明：不同季節(jié)香濃威納指數(shù)差異不顯著(F=1.109,P＞0.05); 均勻度指數(shù)差異不顯著(F=1.421,P＞0.05); 豐富度指數(shù)差異顯著(F=4.594,P＜0.05)。

表2 各季節(jié)大型底棲生物相對重要性指數(shù)Tab.2 The IRI of macrobenthos at each season

表3 各站位不同季節(jié)多樣性指數(shù)Tab.3 Diversity of every season at each station

表4 研究海域大型底棲生物豐度Tab.4 The abundance of macrobenthos in the study area (個/m2)

2.5 大型底棲生物的豐度

表4為各站位不同季節(jié)大型底棲生物豐度的取值,5個站位的總平均豐度為1 507 個/m2。豐度的最高值出現(xiàn)在夏季航次中的QD07站,為4 170 個/ m2,原因是在該站采集到了大量的寡鰓齒吻沙蠶(Nephthys oligobranchia)、異蚓蟲(Heteromastus filiformis)、獨指蟲(Aricidea fragilis),其次為QD13站,平均豐度為1 498 個/m2。不同季節(jié)比較而言,夏季和冬季平均豐度較高,春季和秋季平均豐度較低。One-way ANOVA檢驗結(jié)果表明：不同季節(jié)間豐度有顯著差異(F=4.067,P＜0.05)。

2.6 大型底棲生物的生物量

表5為各站位不同季節(jié)大型底棲生物生物量的取值。5個站位的總平均生物量為35.88 g/m2。生物量最高值出現(xiàn)在QD13站,為63.22 g/m2,原因是春季航次中在該站位采到了大個體的棘刺錨參(Protankyra bidentata),秋季航次中在該站位采到了生物量較大的菲律賓蛤仔(Ruditapes philippinarum)。此外,QD07站平均生物量也較高,為49.53 g/m2,原因是秋季航次中,在該站采到了大個體的強壯菱蟹(Parthenope validus)。不同季節(jié)比較而言,春季和秋季平均生物量較高,夏季和冬季平均生物量較低。One-way ANOVA檢驗結(jié)果表明：不同季節(jié)間生物量差異不顯著(F=1.429,P＞0.05)。

表5 研究海域大型底棲生物生物量Tab.5 The biomass of macrobenthos in the study area (g/m2)

3 分析與討論

3.1 多樣性指數(shù)

香濃威納指數(shù)通常用于環(huán)境質(zhì)量評價,但評價環(huán)境污染程度的標準不盡一致。有的標準認為正常環(huán)境 H′指數(shù)值高,環(huán)境污染時 H′值低[17]。李永棋[18]、孔凡翔等[19]提出H′值小于1嚴重污染; 1～3,中度污染; 大于3,清潔。蔡曉明等[20]認為可將H′值分為四個等級：0～1為重污染; 1～2為中度污染; 2～3為輕度污染; 大于 3為清潔。蔡立哲等[21]在蔡曉明的基礎上提出5級標準,考慮更加周全。國外有些學者認為多樣性指數(shù)評價污染程度的值與研究區(qū)域沉積環(huán)境有關,不同生境選擇多樣性指數(shù)的分值有所不同[22]。參照蔡曉明和蔡立哲的評價標準,本研究海域 5個站位H′指數(shù)平均值在2～3之間,屬于輕度污染狀況。

3.2 豐度與生物量

本次調(diào)查海域總平均豐度為1 507 個/m2,結(jié)果遠大于劉瑞玉等[2](平均豐度為 203個/m2)和李新正等[9](平均豐度為 386 個/m2)得出的報道,而小于袁偉等[16](平均豐度為2 183 個/m2)的報道。本次調(diào)查海域總平均生物量為35.88 g/m2,結(jié)果遠小于李新正等[9](平均生物量為 151.18 g/m2)和袁偉等[16](平均生物量為 469.90 g/m2)的報道,而與于子山等[23](平均生物量為41.90 g/m2)得出的結(jié)果相差不大。

造成如此大的差異可能是由于以下原因：(1) 本實驗只在膠州灣中部設了 5個站,這與袁偉等研究的膠州灣西部海域和劉瑞玉、李新正等研究的整個膠州灣是不同的; (2) 袁偉和李新正所調(diào)查的海域都出現(xiàn)了大量的菲律賓蛤仔。尤其是袁偉等調(diào)查的海域,D站位菲律賓蛤仔的生物量高達2 157 g/m2,對結(jié)果產(chǎn)生了重大的影響,如果除去這一因素,其平均生物量僅為44.50 g/m2。而本次調(diào)查的海域位于膠州灣中部,遠離菲律賓蛤仔的養(yǎng)殖區(qū),雖然個別站位也采集到該生物,但對結(jié)果沒有決定性的影響;(3) 可能是使用網(wǎng)篩孔徑的不同,本研究采用的是0.5 mm的網(wǎng)篩,這樣就保存了數(shù)量較大的小個體的多毛類生物。

3.3 豐度生物量比較曲線

通過豐度和生物量比較曲線(簡稱 ABC曲線),可以了解底棲生物群落發(fā)生的變化,從而揭示環(huán)境的污染狀況[24-26]。一般地,若豐度曲線位于生物量曲線之下,代表一種群落未受干擾的狀況; 若豐度曲線位于生物量曲線之上,代表一種群落受到嚴重干擾的狀況; 若豐度曲線與生物量曲線重疊或交叉,代表一種群落受到中等干擾的狀況。本文對春季航次的5個站位做了ABC曲線(圖2)。

圖2 大型底棲生物豐度和生物量比較曲線Fig.2 Comparison of the abundance and biomass of macrobenthos

ABC結(jié)果表明,該海域環(huán)境狀況比較好,有輕度污染,與 H′結(jié)果相吻合。QD06、QD07、QD09、QD13四個站代表大型底棲生物群落受到干擾較輕,亦即污染較輕,QD15站的ABC指示的是接近未受擾動的群落結(jié)構。其他3個航次所做ABC曲線與本航次結(jié)果相似。

4 結(jié)論

本文通過對沉積物中有機質(zhì)含量、生物多樣性指數(shù)和豐度生物量比較曲線的綜合分析認為,膠州灣中部海域環(huán)境質(zhì)量狀況比較好,污染較輕,大型底棲生物群落結(jié)構受到的擾動較輕。

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