魏德重, 項(xiàng)長(zhǎng)友, 鮑毅新, 李良峰, 章書聲
(1.浙江師范大學(xué) 生態(tài)研究所,浙江金華 321004;2.玉環(huán)縣環(huán)保局,浙江玉環(huán) 317600)
紅樹林(Mangrove)是沿海潮間帶特有的木本植物,在我國(guó)主要分布于廣西、廣東、海南、臺(tái)灣、福建和浙江南部沿岸[1].紅樹林除了本身的利用價(jià)值外,還具有增加生物多樣性、保堤護(hù)塘、吸收分解海洋污染、凈化空氣和海水等作用,因而具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)價(jià)值.近年來由于沿海地區(qū)的開發(fā)造成對(duì)紅樹林的嚴(yán)重破壞,導(dǎo)致海岸濕地生物多樣性減少,因此恢復(fù)紅樹林以保護(hù)海岸濕地生物多樣性的工作受到廣泛重視[2].但應(yīng)用于紅樹林濕地的恢復(fù)生態(tài)學(xué)理論極少[3].許多地方開展了紅樹林的人工種植,以改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,而這些往往都是嘗試性的[4].
關(guān)于紅樹林內(nèi)大型底棲動(dòng)物的研究已在許多地方開展,如海南東寨港[3]、香港[5]、深圳福田[6-9]、廣西北海[10]和浙江樂清灣[11]等,這些研究主要集中于紅樹林內(nèi)大型底棲動(dòng)物的種類組成、生物多樣性、垂直分布及與光灘的比較等方面,對(duì)紅樹林和其他生境類型之間、紅樹林不同種植年限之間與大型底棲動(dòng)物的關(guān)系極少涉及.
本文研究了人工紅樹林、光灘和互花米草(Spartina alterniflora)草灘3種不同生境及不同種植年限人工紅樹林中底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)和功能群,探討了紅樹林種植是否具有改善底棲動(dòng)物多樣性的作用、不同種植年限的人工紅樹林在改善底棲動(dòng)物多樣性方面是否具有明顯的差異,為人工紅樹林的生態(tài)效益研究提供依據(jù).
茅埏島位于浙江省樂清灣的中心地帶,為臺(tái)州市玉環(huán)縣海山鄉(xiāng)政府所在地.近年來茅埏島大面積自然灘涂被互花米草所侵占,為改善當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境,海山鄉(xiāng)政府自2005年起從福建省龍海市引進(jìn)最能抗寒的秋茄(Kandelia candel)紅樹林,在原來的互花米草切割跡地種植.截止2010年在茅埏島灘涂形成3批紅樹林,分別是1年紅樹林、3年紅樹林和5年紅樹林.
2009年11月及2010年1月、5月和8月,在茅埏島上的虹田村東塘(28°14'03.61″N,121°10'33.86″E),按照紅樹林種植情況選擇樣地,設(shè)置的具體調(diào)查生境為:光灘(A)、互花米草草灘(B)、人工紅樹林(C),其中人工紅樹林又分為1年紅樹林(C1)、3年紅樹林(C2)和5年紅樹林(C3).每次在各個(gè)生境中選取5個(gè)樣點(diǎn)(用GPS定位),每個(gè)樣點(diǎn)之間的距離為100 m;每個(gè)樣點(diǎn)采集5個(gè)樣方,用33 cm×30 cm×20 cm的自制0.1 m2采樣器采集泥樣,取樣深度為20 cm.所采泥樣用1 mm孔徑的分樣篩淘洗,獲取大型底棲動(dòng)物標(biāo)本.將所獲標(biāo)本洗凈后用10%甲醛溶液固定,帶回研究室內(nèi)進(jìn)行分類鑒定、生物量稱重及種群密度計(jì)數(shù),之后把標(biāo)本保存在70%乙醇溶液中.此外,在每種生境中進(jìn)行定性取樣.標(biāo)本處理和分析均按文獻(xiàn)[12]第7篇“岸帶生物調(diào)查方法”進(jìn)行.
根據(jù)底棲動(dòng)物功能群的一般分類方法及現(xiàn)有文獻(xiàn)[13]報(bào)道,將底棲動(dòng)物功能群分為以下5類:
1)浮游生物食者(Planktophagous group,Pl):依靠各種過濾器官濾取水體中微小的浮游生物,在生態(tài)系統(tǒng)中屬于消費(fèi)者,如許多雙殼類、甲殼類等.
2)植食者(Phytophagous group,Ph):主要以維管束植物和海藻為食物,在生態(tài)系統(tǒng)中屬于消費(fèi)者,如某些腹足綱、雙殼綱和蟹類等.
3)肉食者(Camivorous group,Ca):食小型動(dòng)物和動(dòng)物幼體,在生態(tài)系統(tǒng)中屬于消費(fèi)者,如某些環(huán)節(jié)動(dòng)物、十足類等.
4)雜食者(Omnivorous group,Om):依靠皮膚或鰓的表皮,直接吸收溶解在水中的有機(jī)物,也可取食植物腐葉和小型雙殼類、甲殼類,在生態(tài)系統(tǒng)中屬于消費(fèi)者,如某些腹足綱、雙殼綱和蟹類等.
5)碎屑食者(Detritivorous group,De):攝食底表的有機(jī)碎屑,吞食沉積物,在消化道內(nèi)攝取其中的有機(jī)物質(zhì),在生態(tài)系統(tǒng)中屬于分解者,如某些線蟲、雙殼類等.
參照以下公式,用MS-Excel計(jì)算不同樣地底棲動(dòng)物的種類組成、密度和生物量、物種多樣性指數(shù)、生態(tài)位寬度及群落相似度等,并且對(duì)不同季節(jié)各位點(diǎn)物種多樣性指數(shù)進(jìn)行生境-季節(jié)間無重復(fù)雙因素方差分析.
Margalef種類豐度指數(shù):d=(S-1)/lnN;
Shannon-Wiener多樣性指數(shù):

歐氏距離(Euclidean distance):

其中:S和N分別為群落定量取樣獲得的物種數(shù)和密度;Pi=Ni/N為調(diào)查群落中種i的個(gè)體數(shù)的比例;Xij和Xik分別為i功能群在j,k樣地中密度的4次方根.
利用DPS和 PRIMER[14]等數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)各位點(diǎn)大型底棲動(dòng)物群落進(jìn)行成對(duì)t檢驗(yàn)、聚類和排序,分析各位點(diǎn)大型底棲動(dòng)物群落的相似性或相異性.
共發(fā)現(xiàn)大型底棲動(dòng)物17種,隸屬5門9綱14科(見表1),其中軟體動(dòng)物門10種,節(jié)肢動(dòng)物門甲殼類4種,環(huán)節(jié)動(dòng)物門、星蟲動(dòng)物門和脊索動(dòng)物門各1種,分別占總物種數(shù)的58.82%,23.53%,5.88%,5.88%和 5.88%.
表2是在不同生境和不同種植年限紅樹林中大型底棲動(dòng)物的分布情況.光灘(A)14種,互花米草草灘(B)12種,紅樹林(C)17種,1年生紅樹林(C1)14種,3年生紅樹林(C2)13種,5年生紅樹林(C3)13種.短擬沼螺、緋擬沼螺、尖錐擬蟹守螺、西格織紋螺、光滑狹口螺、縊蟶、焦河藍(lán)蛤、彩虹明櫻蛤、日本沙蠶和可口革囊星蟲在光灘、互花米草草灘和紅樹林中都有分布;在光灘和紅樹林中分布的有泥蚶、伍氏厚蟹、日本大眼蟹;在互花米草草灘和紅樹林中分布的有紅帶織紋螺和日本鼓蝦;只在紅樹林中分布的為弧邊招潮蟹和青彈涂魚.

表1 調(diào)查發(fā)現(xiàn)的大型底棲動(dòng)物
光灘中以緋擬沼螺、光滑狹口螺、短擬沼螺和尖錐擬蟹守螺為優(yōu)勢(shì)種;互花米草草灘中以尖錐擬蟹守螺、緋擬沼螺和光滑狹口螺為優(yōu)勢(shì)種;紅樹林中以尖錐擬蟹守螺和緋擬沼螺為優(yōu)勢(shì)種,但在1年生紅樹林(C1)中除了尖錐擬蟹守螺和緋擬沼螺外,彩虹明櫻蛤也成為優(yōu)勢(shì)種.

表2 不同生境中大型底棲動(dòng)物的數(shù)量組成%

表3 大型底棲動(dòng)物各物種在不同生境中的數(shù)量組成 %
同一物種在不同生境中的數(shù)量組成見表3.互花米草草灘中有11種底棲動(dòng)物的數(shù)量是各生境中最少的,光灘中有10種底棲動(dòng)物數(shù)量比互花米草草灘中的多,紅樹林中有16種底棲動(dòng)物達(dá)到最多分布.同一物種數(shù)量在不同生境中呈現(xiàn)草灘<光灘<紅樹林的規(guī)律;在不同種植年限紅樹林中,有6種底棲動(dòng)物數(shù)量呈現(xiàn)明顯的逐年遞增的趨勢(shì).
大型底棲動(dòng)物群落密度和物種數(shù)的季節(jié)變化見圖1和圖2.密度和物種數(shù)的生境-季節(jié)間無重復(fù)雙因素方差分析結(jié)果表明:1)大型底棲動(dòng)物密度在光灘、互花米草草灘和紅樹林生境間差異顯著(F2,6=10.53,P < 0.05),季節(jié)間差異極顯著(F3,6=10.01,P <0.01);在不同種植年限紅樹林中,生境間差異極顯著(F2,6=5.25,P <0.05),季節(jié)間差異極顯著(F3,6=6.27,P <0.05).2)物種數(shù)在光灘、互花米草草灘和紅樹林生境間差異顯著(F2,6=6.18,P < 0.05),季節(jié)間差異不顯著(F3,6=4.42,P >0.05);在不同種植年限紅樹林中,生境間差異不顯著(F2,6=1.91,P >0.05),季節(jié)間差異極顯著(F3,6=14.98,P <0.01).

圖1 各生境大型底棲動(dòng)物密度的季節(jié)變化

圖2 各生境大型底棲動(dòng)物物種數(shù)的季節(jié)變化
大型底棲動(dòng)物各生境不同季節(jié)的物種多樣性指數(shù):Margalef種類豐度(d)、Shannon-Wiener指數(shù)(H')、Pielou均勻度指數(shù)(J)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)分別見表4和表5.對(duì)這4個(gè)物種多樣性指數(shù)進(jìn)行季節(jié)-生境間無重復(fù)雙因素方差分析,結(jié)果如下:1)Margalef種類豐度(d)在光灘、互花米草草灘和紅樹林生境間差異顯著(F2,6=8.34,P <0.05),季節(jié)間差異極顯著(F3,6=9.96,P <0.01);在不同種植年限紅樹林中,生境間差異極顯著(F2,6=16.55,P <0.01),季節(jié)間差異極顯著(F3,6=34.42,P <0.01);2)Shannon-Wiener指數(shù)(H')在光灘、互花米草草灘和紅樹林生境間差異極顯著(F2,6=11.64,P <0.01),季節(jié)間差異不顯著(F3,6=1.68,P > 0.05);在不同種植年限紅樹林中,生境間差異顯著(F2,6=5.22,P <0.05),季節(jié)間差異極顯著(F3,6=23.59,P < 0.01);3)Pielou均勻度指數(shù)(J)在光灘、互花米草草灘和紅樹林生境間差異不顯著(F2,6=2.64,P >0.05),季節(jié)間差異不顯著(F3,6=2.99,P >0.05);在不同種植年限紅樹林中,生境間差異極顯著(F2,6=14.18,P < 0.01),季節(jié)間差異顯著(F3,6=8.00,P<0.05);4)Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(D)在光灘、互花米草草灘和紅樹林生境間差異顯著(F2,6=6.25,P < 0.05),季節(jié)間差 異極顯著 (F3,6=23.04,P <0.01);在不同種植年限紅樹林中,生境間差異顯著(F2,6=7.49,P < 0.05),季節(jié)間差異極顯著(F3,6=49.70,P <0.01).

表4 不同生境中大型底棲動(dòng)物群落的生物多樣性指數(shù)

表5 不同種植年限紅樹林中大型底棲動(dòng)物群落的生物多樣性指數(shù)
浮游生物食者包括短擬沼螺、緋擬沼螺、縊蟶、焦河藍(lán)蛤、彩虹明櫻蛤和泥蚶6種;植食者有尖錐擬蟹守螺、光滑狹口螺、伍氏厚蟹、日本大眼蟹和弧邊招潮5種;肉食者有西格織紋螺、紅帶織紋螺、日本鼓蝦和日本沙蠶4種;雜食者有青彈涂魚;碎屑食者有可口革囊星蟲.
表6是不同功能群大型底棲動(dòng)物在各生境的分布,包括物種數(shù)和密度2個(gè)參數(shù).同時(shí),利用種間歐氏距離進(jìn)行系統(tǒng)聚類(見圖3)和排序(見圖4.脅強(qiáng)系數(shù) Stress為0.002 35 <0.01,表明結(jié)果完全可信).在定量取樣得到的大型底棲動(dòng)物樣本中,植食者密度最大;在大多數(shù)生境中,浮游生物食者密度也較高.物種數(shù)最多、分布最廣的功能群是浮游生物食者、植食者和肉食者,它們?cè)诟鱾€(gè)生境都有分布.碎屑食者的密度和物種數(shù)相對(duì)較少,分布的生境也較少.聚類和排序的結(jié)果表明,可以將這5種生境分為3組:第1組是光灘生境(A);第2組是互花米草草灘生境(B);第3組包括C1,C2和C3,均屬紅樹林生境.

表6 定量取樣獲得的大型底棲動(dòng)物功能群數(shù)據(jù)

圖3 以歐氏距離為基礎(chǔ)的功能群系統(tǒng)聚類圖

圖4 群落非度量多位標(biāo)度排序圖
茅埏島紅樹林灘涂大型底棲動(dòng)物的物種組成與我國(guó)其他紅樹林地區(qū)如深圳福田[15]、福建九龍江口[16]和海南東寨港[3]比較,物種數(shù)量較低,優(yōu)勢(shì)種類也不同.茅埏島各生境中大型底棲動(dòng)物均以熱帶性種類為主,其中:軟體動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物幾乎占了物種總數(shù)的82.3%,軟體動(dòng)物的緋擬沼螺、尖錐擬蟹守螺和光滑狹口螺屬于優(yōu)勢(shì)種類;而星蟲動(dòng)物、脊索動(dòng)物、環(huán)節(jié)動(dòng)物,無論在互花米草灘涂、紅樹林灘涂還是光灘,種類均較少.從所獲物種看,底內(nèi)底棲動(dòng)物種類顯得少些,尤其是多毛類僅1種.樂清灣周圍河流較多,大量泥沙沉積形成了大片灘涂,受到互花米草入侵后,地下被密集的根系占據(jù),中心區(qū)甚至成為黑色無氧層,底棲動(dòng)物無法生活在底層,因此分布在底層內(nèi)的多毛類底棲動(dòng)物種類和數(shù)量就較少.紅樹林是鏟除互花米草后人工種植的,其底部仍存留互花米草根系,不利于底棲動(dòng)物的生長(zhǎng).因此,在所有生境中,底棲動(dòng)物以分布在表層和淺層的種類為主.
紅樹林中底棲動(dòng)物的物種組成和分布也呈現(xiàn)出一定的季節(jié)差異.如海南東寨港紅樹林灘涂大型底棲動(dòng)物多樣性的研究表明,其生物量、棲息密度、物種多樣性和均勻度指數(shù)大都有季節(jié)變化,一般夏季明顯高于冬季,而且優(yōu)勢(shì)種也有變化[3].從本文研究結(jié)果看,紅樹林內(nèi)外的大型底棲動(dòng)物群落在水平空間格局上的變化都較為明顯,不同生境的群落結(jié)構(gòu)有明顯的差異,不同生境間大型底棲動(dòng)物群落的季節(jié)變化也較為明顯.
在不同季節(jié)中,光灘中底棲動(dòng)物的整體密度、種類和單個(gè)物種的密度多于互花米草草灘;互花米草草灘中底棲動(dòng)物整體密度、種類和單個(gè)物種的密度少于紅樹林.
互花米草草灘生境與鄰近的光灘生境相比,其大型底棲動(dòng)物群落的Margalef和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)都較小,而Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)卻較大,表明互花米草的入侵改變了鹽沼生境,使灘涂底質(zhì)發(fā)生了改變,底棲動(dòng)物群落發(fā)生了相應(yīng)的變化,在一定程度上降低了該生境的生物多樣性.互花米草草灘生境與相鄰的紅樹林生境相比,其大型底棲動(dòng)物群落的Margalef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和Simpson優(yōu)勢(shì)度指數(shù)都較相鄰的紅樹林生境小.
通過對(duì)光灘、互花米草草灘和紅樹林的比較,發(fā)現(xiàn)后者底棲動(dòng)物的整體密度、種類和單個(gè)物種的密度等指標(biāo)都比前兩者高,組成也有較大的變化,表明紅樹林在一定程度上改善了灘涂的環(huán)境,恢復(fù)了生境的生物多樣性.
底棲動(dòng)物功能群是具有相同生態(tài)功能的底棲動(dòng)物的組合[17].一些研究結(jié)果表明,物種多樣性和功能群組成是影響群落生產(chǎn)力和穩(wěn)定性的主要因子[18-20];功能群組成及功能群間的相互作用對(duì)群落生產(chǎn)力及其穩(wěn)定性具有很重要的作用[21-22].有報(bào)道稱,生境與大型底棲動(dòng)物功能群的組成結(jié)構(gòu)存在一定的關(guān)系[23].本文結(jié)果顯示各生境底棲動(dòng)物功能群的相似性與生境的相似性有關(guān).如第3組(見圖3和圖4)C1,C2和C3都屬于紅樹林生境,功能群的種類是最豐富的,表明C1,C2和C3的生境相似性較高,在功能群聚類和排序圖上也最接近,且與其他生境間相距較遠(yuǎn),說明這3個(gè)生境功能群組成的特異性與它們所處的生境關(guān)系很大.而光灘和互花米草草灘,生境特征與其他生境間存在較大的差異,其功能群結(jié)構(gòu)與其他生境的差異也較大,在排序和聚類圖上都單獨(dú)劃為一組,與其他生境間距較遠(yuǎn).
灘涂濕地大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的影響因子有非生物因子和生物因子兩大類.非生物因子主要包括溫度、鹽度、pH、水動(dòng)力特征、氣候條件、底質(zhì)條件、溶氧量及一些無機(jī)元素(如N、P、金屬離子)的含量等;而影響底棲動(dòng)物群落的生物因子主要為植被、物種間的競(jìng)爭(zhēng)和捕食、人為干擾(如工程建設(shè)、圍墾、工業(yè)污染、水產(chǎn)養(yǎng)殖)等[24].從本文研究結(jié)果來看,隨著紅樹林種植年限的增加,紅樹林與互花米草生境中底棲動(dòng)物群落的差異越來越大,表明人工紅樹林在一定程度上改造了互花米草生境,并且隨著時(shí)間的增加影響也在加大.
通過對(duì)不同季節(jié)不同種植年限紅樹林中大型底棲動(dòng)物群落的比較,發(fā)現(xiàn)隨著生長(zhǎng)時(shí)間的增加,紅樹林生境中底棲動(dòng)物的數(shù)量呈現(xiàn)C1<C2<C3的關(guān)系,而底棲動(dòng)物的種類、Margalef指數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)都隨時(shí)間呈現(xiàn)明顯的遞減趨勢(shì).這種現(xiàn)象的原因是:在紅樹林生長(zhǎng)初期,由于鏟除了互花米草,而人工紅樹林在幼林階段是脆弱的生態(tài)系統(tǒng),底棲動(dòng)物除了對(duì)逆境環(huán)境、人為干擾抗性較差外,亦易遭受病蟲危害,但對(duì)底上和底內(nèi)動(dòng)物的影響不大,其物種多樣性與光灘相近;隨著紅樹林成長(zhǎng)和固土的同時(shí),人工幼林與互花米草進(jìn)行強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng),這個(gè)階段灘涂環(huán)境發(fā)生劇烈變化,外界干擾較大,個(gè)別物種(如短擬沼螺、緋擬沼螺和尖錐擬蟹守螺)數(shù)量會(huì)急劇增多,個(gè)別紅樹林樹枝甚至?xí)猩倭刻賶馗街瑥亩绊懥说讞珓?dòng)物的群落結(jié)構(gòu),生物多樣性變得豐富;隨著紅樹林的生長(zhǎng),環(huán)境條件趨于穩(wěn)定,外界干擾程度降低,生物多樣性降低趨于穩(wěn)
定,底棲動(dòng)物的數(shù)量則逐年提高.
從本文研究結(jié)果來看,紅樹林內(nèi)外灘涂大型底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)存在著一定的差別,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)生境不同造成了群落的物種組成、密度和各種多樣性指數(shù)不同.無論是定性還是定量,光灘中物種數(shù)都多于互花米草草灘;互花米草草灘中底棲動(dòng)物無論密度、種類還是各項(xiàng)多樣性指數(shù),均小于紅樹林中,表明紅樹林對(duì)底棲動(dòng)物群落的恢復(fù)起到了作用.2)隨著紅樹林種植年限的增加,雖然底棲動(dòng)物群落的多樣性有所下降,但總的生物量在不斷地提高,這種恢復(fù)作用隨著時(shí)間的增加而不斷提高.表明海山鄉(xiāng)茅埏島紅樹林引種抑制了互花米草的入侵,改善了生態(tài)環(huán)境,增強(qiáng)了濕地生態(tài)平衡能力.
致謝:感謝 University of Califonia,San Diego的Lisa Levin教授對(duì)英文部分的潤(rùn)色.
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