長江口及其鄰近海域春季大型底棲生物群落與環(huán)境因子的典范對應(yīng)分析

賈海波，曹柳燕，胡顥琰

浙江省舟山海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，浙江 舟山 316004

大型底棲生物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最重要的生物類群之一，是海洋食物鏈的重要組成部分，在生態(tài)系統(tǒng)的能流和物流中也發(fā)揮著巨大的作用。大型底棲生物作為監(jiān)測和評價海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的一類重要指示生物，近年來在海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量研究中有很多報道［1-6］。長江口地處我國東南沿海，是我國最大的河口，長江徑流入海后與海水不斷混合，環(huán)境因子復(fù)雜多變。長三角地區(qū)人口密集，工農(nóng)業(yè)和交通運輸業(yè)發(fā)達，城市生活污水和工業(yè)廢水大量排放，給長江口區(qū)的生態(tài)環(huán)境帶來巨大的壓力。

典范對應(yīng)分析(CCA)是一種非線性多元直接梯度分析方法。它把對應(yīng)分析與多元回歸結(jié)合起來，每一步計算結(jié)果都與環(huán)境因子進行回歸，詳細地研究物種與環(huán)境的關(guān)系［7］。不同于以前的直接梯度分析，典范對應(yīng)分析可以結(jié)合多個環(huán)境因子一起分析，包含的信息量大，結(jié)果直觀明顯，從而更好地反映群落與環(huán)境的關(guān)系［8-9］。該文應(yīng)用CANOCO4.0軟件對獲得的大型底棲生物數(shù)據(jù)與環(huán)境因子數(shù)據(jù)進行了典范對應(yīng)分析，并繪制了物種、采樣站位分布與環(huán)境因子關(guān)系的二維排序圖，為評價長江口及其鄰近海域海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的現(xiàn)狀和變化趨勢及海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 采樣方法

2009年4月對長江口及其鄰近海域進行了大型底棲生物調(diào)查，調(diào)查船為“浙海環(huán)監(jiān)”號。此次調(diào)查共設(shè)23個站位，調(diào)查區(qū)域及站位設(shè)置見圖1。大型底棲生物定量采樣使用靜力式采泥器QNC4-1，采樣面積為0.1 m2，每個站位采樣2次。用孔徑0.5 mm的網(wǎng)篩對樣品進行分選。樣品保存、分類、計數(shù)及稱重均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378—2007)的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行［10］。

圖1 長江口及其鄰近海域調(diào)查站位

1.2 環(huán)境因子測定

調(diào)查的環(huán)境指標有水深(DEP)，鹽度(SAL)，懸浮物濃度(SS)，底層溶解氧(DO)，化學(xué)需氧量(COD)，磷酸鹽(PO-P)，硝酸鹽氮(NO-N)，亞硝酸鹽氮(NO-N)，氨氮(NH-N)，葉綠素a，表層沉積物中銅(Cu)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、砷(As)、汞(Hg)及石油類的含量。表層沉積物的采樣使用靜力式采泥器QNC4-1，樣品經(jīng)風(fēng)干、研磨、過篩處理(0.149 mm)，其中Cu、Zn含量采用火焰原子吸收分析方法測定，Cd、Pb含量采用無火焰原子吸收法測定，As含量采用原子熒光法測定，Hg含量采用冷原子熒光法測定。樣品的采集、預(yù)處理、分析均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB 17378—2007)和相關(guān)標準方法進行［10］。

1.3 數(shù)據(jù)分析

典范對應(yīng)分析要求2個數(shù)據(jù)矩陣：一個是物種數(shù)據(jù)矩陣，一個是環(huán)境數(shù)據(jù)矩陣。該研究選擇出現(xiàn)頻度大于5%(至少有2個站位出現(xiàn))的物種，物種數(shù)據(jù)矩陣和環(huán)境數(shù)據(jù)矩陣經(jīng)過lg(x+1)轉(zhuǎn)換后，應(yīng)用Canoco 4.5軟件進行典范對應(yīng)分析［11-12］。

2 結(jié)果與討論

2.1 大型底棲生物群落

2．1．1 種類組成

調(diào)查共獲得大型底棲生物56種，其中多毛類36種，軟體動物8種，甲殼類4種，棘皮動物2種，腔腸動物2種，魚類1種，其他種類3種，多毛類占優(yōu)勢，占總種類數(shù)的38.7%。常見種為雙鰓內(nèi)卷齒蠶(Aglaophamus dibranchis)、寡節(jié)甘吻沙蠶(Glycinde gurjanovoa)、索沙蠶(Lumbrinerissp．)、小頭蟲(Capitellasp．)等。

2．1．2 生物量和豐度

長江口及其鄰近海域大型底棲生物平均生物量為11.26 g/m2，以魚類居首(4.62 g/m2)，多毛類次之(4.11 g/m2)。生物量高值區(qū)主要出現(xiàn)在嵊泗列島附近海域及長江口外側(cè)海域，其中以11站位為核心，該站位的生物量高達83.5 g/m2。長江口及其鄰近海域平均豐度為237.4個/m2，以多毛類居首(216個/m2)，軟體動物次之(9.6個/m2)。豐度高值區(qū)主要出現(xiàn)在外側(cè)海域，其中13站位的豐度值高達1 060個/m2。多毛類是調(diào)查海域的主要優(yōu)勢類群。長江口及其鄰近海域大型底棲生物生物量和豐度均呈現(xiàn)由近岸向外海遞增的趨勢，底棲生物生物量和豐度平面分布詳見圖2。

圖2 長江口及其鄰近海域大型底棲生物豐度和生物量平面分布

2.2 采樣站位與環(huán)境因子的關(guān)系

長江口大型底棲生物采樣站位與環(huán)境因子的二維排序圖見圖3。排序圖中，前2個排序軸的特征值分別為0.578和0.483，環(huán)境因子軸與物種排序軸之間的相關(guān)系數(shù)分別為0.949和0.983。2個物種排序軸近似垂直，相關(guān)系數(shù)為0.014 6。2個環(huán)境排序軸的相關(guān)系數(shù)為0。說明排序軸與環(huán)境因子間線性結(jié)合的程度較好地反映了物種與環(huán)境之間的關(guān)系，排序的結(jié)果是可靠的。

圖3 長江口及其鄰近海域大型底棲生物站位與環(huán)境因子的典范對應(yīng)分析二維排序圖

各環(huán)境因子中，在第一排序軸方向上，COD與第一排序軸呈最大正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.685 5，其次為SS(0.628 1);水深與第一排序軸呈最大負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 －0.391 2，其次為SAL(－0.293 5)。在第二排序軸方向上，水深與第二排序軸呈最大正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.643 2，其次為SAL(0.618 2);Cd與第二排序軸呈最大負相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 －0.673 6，其次為 DIN(－0.659 8)。用于排序的站位主要可分為4組。

第 1 組位于 3、4、5、6、7、9、11、14、16 站位，該組站位主要位于上海沿岸海域及杭州灣。該組站位受到了重金屬和有機污染的顯著影響。第2組位于 1、2、8、13、19、20、21 站位，該組站位主要位于長江口外側(cè)海域，與水深、鹽度、葉綠素a存在較大的正相關(guān)，未受到重金屬污染和有機污染的顯著影響。第3組位于12、15、17站位，12站位位于洋山港港池區(qū)，17站位位于舟山本島附近的航道區(qū)，15站位也位于航道附近。從圖3圖中數(shù)可以看出，該組站位受到各環(huán)境因子的影響均較小，僅略為傾向于受有機污染的影響，對該組站位的影響主要來自于船舶航行、港區(qū)等人為擾動。第4組位于10、18站位，10站位位于嵊泗島附近，18站位位于普陀山島附近，該組站位受到各環(huán)境因子的影響均較小，在圖3中位于原點附近，未受到重金屬和有機污染的顯著影響。

2.3 大型底棲生物種類與環(huán)境因子的關(guān)系

用于典范對應(yīng)分析排序的大型底棲生物種名錄見表1。長江口及其鄰近海域大型底棲生物種類與環(huán)境因子的典范對應(yīng)分析二維排序見圖4。從圖4可以看出，用于排序的大型底棲生物種類主要可分為4組。

表1 長江口及其鄰近海域主要大型底棲生物名錄

圖4 長江口及其鄰近海域大型底棲生物種類與環(huán)境因子的典范對應(yīng)分析二維排序圖

第1組，包括1星蟲(Sipunculasp．)、2索沙蠶(Lumbrinerissp．)、3 不倒翁蟲(Sternaspis scutata)、5歐文蟲(Owenia fusiformis)、7掌鰓索沙蠶(Ninoe palmata)、8 擬節(jié)蟲(Praxillellasp．)、9 獨 指 蟲(Aricidea fragilis)、10 稚齒蟲(Prionospiosp．)、13雙形擬單指蟲(Cossurella dimorpha)、15雙櫛蟲(Ampharetesp．)、17 角海蛹(Ophelina acuminata)、18彩虹明櫻蛤(Moerella iridescens)、21鉤蝦(Gammarussp．)、22 孔 鰕 虎 魚 (Trypauchen vagina)、23 倍棘蛇尾(Amphioplussp．)、24 海仙人掌(Carernulariasp．)。該組底棲生物與水深、鹽度、葉綠素存在較為顯著的正相關(guān)，而與懸浮物濃度、COD、總氮、磷酸鹽、溶解氧及沉積物中重金屬存在顯著的負相關(guān)，說明有機污染與重金屬污染已顯著影響到該組生物的生長。

第2組，包括4小頭蟲(Capitellasp．)、6寡節(jié)甘吻沙蠶(Glycinde gurjanovoae)、11長手沙蠶(Magelonasp．)、16 絲鰓蟲(Cirratulidaesp．)，長手沙蠶對重金屬污染表現(xiàn)出明顯的耐受性，小頭蟲和絲鰓蟲是有機污染環(huán)境的指標生物，從圖4可以看出，小頭蟲、絲鰓蟲和寡節(jié)甘吻沙蠶對有機污染顯示出明顯地耐受性。

第3組，包括12雙鰓內(nèi)卷齒蠶(Aglaophamus dibranchis)、14 沙蠶(Nereissp．)，該組底棲生物位于原點附近，與各種環(huán)境因子均未表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性。

第4組，包括19豆形胡桃蛤(Nucula faba)、20圓筒原盒螺(Eocylichna cylindrella)，該組底棲生物位于圖4右側(cè)，僅與有機污染略微存在一定的相關(guān)性，而與葉綠素、水深、重金屬污染等其它環(huán)境因子沒有明顯的相關(guān)。由于該組底棲生物主要分布于12、17站位，分析認為該組底棲生物主要受到了船舶航行、港區(qū)活動等擾動的影響。

在長江口及其鄰近海域復(fù)雜環(huán)境因子的綜合影響下，大型底棲生物的分布呈現(xiàn)出對機污染與重金屬污染顯著的躲避趨勢，說明長江口及其鄰近海域的有機污染與重金屬污染已顯著影響到該海域大型底棲生物的生長。

3 討論

彭松耀等［5］認為，為懸浮物對光的吸收和散射導(dǎo)致透明度的下降，這些因素可能限制浮游植物的生長，進而影響到以浮游植物為食的底棲動物。這一觀點解釋了初級生產(chǎn)力和懸浮物濃度對長江口及其鄰近海域大型底棲生物群落的影響。在河口海域鹽度往往是決定底棲生物群落分布的重要因子［2-4］。長江口為感潮河口，鹽淡水混合時空變化明顯。長江和錢塘江的大量沖淡水對長江口及其鄰近海域底棲生物的影響十分顯著。水體富營養(yǎng)化會影響底棲動物的群落結(jié)構(gòu)及分布［13-15］，相關(guān)研究［16-18］表明，中等程度的有機質(zhì)污染會導(dǎo)致底棲生物在物種豐富度、豐度和生物量方面都高于受高度污染或低水平有機質(zhì)污染的區(qū)域。隨著近岸海域重金屬污染的日益加重，表層沉積物中重金屬的含量已成為影響大型底棲生物生長的重要環(huán)境因子［3，19］。通過攝食和組織吸收，環(huán)境中的重金屬元素進入大型底棲生物體內(nèi)，并通過食物鏈逐級傳遞、富集，對海域生態(tài)系統(tǒng)的健康穩(wěn)定乃至人類健康構(gòu)成較大威脅。

影響底棲生物的環(huán)境因子除該文所研究的之外，還有很多，如溫度、底質(zhì)環(huán)境、人為捕撈和養(yǎng)殖、海流、沉積速率、pH等，這些因素之間往往相互作用，共同作用于底棲生物［1］。而且，由于現(xiàn)實中環(huán)境因子的復(fù)雜性及其與生物之間的協(xié)同、拮抗等作用，很難對污染物與生物之間的作用方式進行“量-效”關(guān)系分析［6］。因此，作為一次調(diào)查數(shù)據(jù)的分析，僅能做出初步推測，為更深入的研究打下基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

1)此次調(diào)查共鑒定大型底棲生物56種，多毛類為主要類群，其次為軟體動物。平均生物量為11.26 g/m2，以魚類居首，多毛類次之。平均豐度為237.4個/m2，以多毛類居首，軟體動物次之。生物量、豐度均呈現(xiàn)由近岸向外海遞增的趨勢。

2)CCA分析顯示，大型底棲生物的分布呈現(xiàn)出對有機污染與重金屬污染顯著的躲避趨勢，表明有機污染與重金屬污染已顯著影響該海域大型底棲生物的生長。而小頭蟲、寡節(jié)甘吻沙蠶、長手沙蠶和絲鰓蟲對有機污染和重金屬污染展現(xiàn)出較強的的耐受性。

3)水深、鹽度、初級生產(chǎn)力和有機質(zhì)、重金屬污染是影響長江口及其鄰近海域大型底棲生物群落的主要環(huán)境因子。今后需要積累更多資料，進一步研究該海域大型底棲生物與環(huán)境因子間的響應(yīng)規(guī)律。

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