膠州灣中部海域大型底棲生物生態學初步研究

隋吉星,于子山,曲方圓,劉衛霞

(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。其海域環境特殊,底棲生物復雜多樣,從而成為海灣生態學研究的典型海域。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查研究[1]。80年代以后關于膠州灣大型底棲生物的生態學研究更是持續不斷：劉瑞玉[2]對膠州灣底棲生物群落結構作了詳細的論述; 孫道遠[3]圍繞膠州灣底棲生物的數量動態進行了細致的討論; 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,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]的數量動態及其與環境因子的關系等。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、多樣性指數等展開研究,為膠州灣環境質量的生態監控和生物資源的持續利用提供科學依據。

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、計數和稱量均按照《海洋調查規范》[13]和《908技術規程》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 調查海區站位圖Fig.1 Map of sampling stations in the study area

1.2 環境因子的測定

1.2.1 沉積物粒度的測定

沉積物樣品經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,粒度參數的計算用矩值法。QD07和QD15站因底質顆粒較大而采用篩析法測定。

1.2.2 沉積物有機質的測定

樣品60℃烘72 h后,研磨,過100目篩,然后按照《海洋調查規范》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得有機質含量。

1.3 數據處理

采用PRIMER5.0,spss10.0軟件包中的相關程序進行數據資料的分析處理。

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、數量和分布情況,能定量地反映出它們的地位和數量分布的變化情況[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為種群出現的頻率。

2 結果

2.1 沉積環境

調查中所測各站位的環境因子數據見表 1(僅春季航次)。本次調查有機質含量平均值為 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]等的調查結果(位于膠州灣中部海域的S站,有機質含量為 1.78%)。袁偉等調查的海域位于膠州灣養殖區,餌料的投放和養殖生物的糞便可能是該海域有機質含量高的主要原因。QD06站、QD09站和 QD13站底質為粉砂黏土類型(中值粒徑分別為6.55、6.41和6.9),有機質容易聚集,QD07站和QD15站底質為中砂細砂類型,水循環好,含氧量高,有機質含量低。

表1 各站位環境因子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,占總數的47.57%; 甲殼動物53種,占總數的25.73%; 軟體動物31種,占總數的 15.05%; 棘皮動物 7種,占總數的 3.4%; 其他類群17種包括腔腸動物門、紐形動物門、魚類等,占總數的8.25%。

從豐度來看,多毛類占有絕對優勢,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

由于動物有運動能力,多數動物群落研究中以數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,數量低估了其作用,而生物量高估其作用。相對重要性指數同時以數量和生物量為指標,并考慮了種的分布情況,因而能較好地反映種的重要性。各季節相對重要性指數前4位的種見表2。可見,不同季節,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出發,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的三種指數的取值。香濃威納指數(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]等得出的結論是一致的。均勻度指數(J)在各個季節變化不大。物種豐度度指數(D)則為夏季(4.86)＞冬季(4.47)＞春季(3.81)＞秋季(2.79)。One-way ANOVA檢驗結果表明：不同季節香濃威納指數差異不顯著(F=1.109,P＞0.05); 均勻度指數差異不顯著(F=1.421,P＞0.05); 豐富度指數差異顯著(F=4.594,P＜0.05)。

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

表3 各站位不同季節多樣性指數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檢驗結果表明：不同季節間豐度有顯著差異(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檢驗結果表明：不同季節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

香濃威納指數通常用于環境質量評價,但評價環境污染程度的標準不盡一致。有的標準認為正常環境 H′指數值高,環境污染時 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評價污染程度的值與研究區域沉積環境有關,不同生境選擇多樣性指數的分值有所不同[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

本次調查海域總平均豐度為1 507 個/m2,結果遠大于劉瑞玉等[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。本次調查海域總平均生物量為35.88 g/m2,結果遠小于李新正等[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) 袁偉和李新正所調查的海域都出現了大量的菲律賓蛤仔。尤其是袁偉等調查的海域,D站位菲律賓蛤仔的生物量高達2 157 g/m2,對結果產生了重大的影響,如果除去這一因素,其平均生物量僅為44.50 g/m2。而本次調查的海域位于膠州灣中部,遠離菲律賓蛤仔的養殖區,雖然個別站位也采集到該生物,但對結果沒有決定性的影響;(3) 可能是使用網篩孔徑的不同,本研究采用的是0.5 mm的網篩,這樣就保存了數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生的變化,從而揭示環境的污染狀況[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結果表明,該海域環境狀況比較好,有輕度污染,與 H′結果相吻合。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構。其他3個航次所做ABC曲線與本航次結果相似。

4 結論

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

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