天津近岸海域2015—20...夏季大型底栖动物的群落特征_李曌.pdf

Characteristics of macrozoobenthos community in Tianjin coastalsea area in summer from 2015 to 2019LI Zhao1，DING Ye1，BIAN Shaowei2，HAN Long2，LIU Xihui1，YANG Kai1（1.China National Environmental Monitoring Centre，Beijin 100012，China；2.Tianjin Eco-Environmental Monitoring Centre，Tianjin300191，China）Abstract：The macrozoobenthos community was investigated at 10 stations in Tianjin coastal sea area in Summer from 2015 to2019.The characteristics of the community was analyzed，and the influence of environment on the community was explored.Atotal of 100 macrozoobenthos species were collected in Tianjin coastal sea area.The average abundance of macrozoobenthosranged from 23.3 ind/m2to 330.0 ind/m2，and the average biomass ranged from 30.2 g/m2to 313.0 g/m2.The dominant speciesincluded Protankyra bidentata，Musculista senhousei，Potamocorbula laevis，Scapharca subcrenata，Ringicula doliaris andNassarius succinctus.Shannon-Wiener index，Pielou index and Margalef index of macrozoobenthos increased generally andhad same changing trend in summer from 2015 to 2019，which demonstrated that the water pollution in the sea area has beenimproved year by year.Canonical correspondence analysis was adopted to study the influence of environmental factors onmacrozoobenthos community.The results showed that water depth，Chl-a content and pH value were the main environmentalfactors thataffected the change of macrozoobenthos community in Tianjin coastalsea area.Keywords：Tianjin；coastalsea area；macrozoobenthos；community；biodiversity天津近岸海域 20152019 年夏季大型底栖动物的群落特征李曌1，丁页1，卞少伟2，韩龙2，刘喜惠1，杨凯1（1.中国环境监测总站，北京 100012；2.天津市生态环境监测中心，天津 300191）摘要：20152019 年夏季对天津近岸海域 10 个点位开展大型底栖动物的采样调查，分析其群落特征，并探究环境对群落特征的影响.结果显示：本次调查共采集鉴定了大型底栖动物 100 种；调查海域大型底栖动物的平均密度变化范围为 23.3330.0 个/m2，平均生物量变化范围为 30.2313.0 g/m2；优势种主要为棘刺锚参（Protankyrabidentata）、凸壳肌蛤（Musculista senhousei）、光滑河篮蛤（Potamocorbula laevis）、毛蚶（Scapharca subcrenata）、耳口露齿螺（Ringicula doliaris）、红带织纹螺（Nassarius succinctus）.20152019 年夏季调查海域大型底栖动物的 Shannon-Wiener 指数、Pielou 均匀度指数和 Margalef 丰富度指数整体均呈上升趋势且变化趋势基本一致，意味着该海域水体污染状况逐年改善.用典型对应分析法研究环境因子对大型底栖动物群落特征的影响，结果表明，水深、叶绿素 a 含量和 pH 值是影响该海域大型底栖动物群落变化的主要环境因子.关键词：天津；近岸海域；大型底栖动物；群落；生物多样性中图分类号：Q958.8文献标志码：A文章编号：1671-1114（2023）01-0030-06收稿日期：2022-05-12基金项目：环境保护公益性科研专项近岸海域环境质量综合评价方法研究基金资助项目（201309008）.第一作者：李曌（1984），男，高级工程师，主要从事流域水生态状况调查、海域生态健康状况方面的研究.通信作者：卞少伟（1986），男，高级工程师，主要从事水污染防治、水环境质量监测及水生态调查方面的研究.E-mail：.渤海是一个半封闭的浅海，周边省市包括辽宁省、河北省、天津市以及山东省，其中，天津作为北方经济中心和环渤海地区经济中心，在区域经济的飞速发展中对海洋的开发利用已超出海洋环境承载力，导致天津近岸海域水体富营养化严重，赤潮频发，生态系统整体处于亚健康的状态.由于具有重要的经济价值和重污染的环境特征，渤海的生态环境一直备受国家和地方政府关注.生活在海洋环境的底栖区动物是海洋生态系统中的一个重要生态类群，大多生活在有氧和有机质丰第 43 卷第 1 期2023 年 1 月天 津 师 范 大 学 学 报（自 然 科 学 版）Journal of Tianjin Normal University（Natural Science Edition）Vol.43 No.1Jan.2023doi：10.19638/j.issn1671-1114.20230106第 43 卷第 1 期富的沉积物表层，通过食物链参与水体的营养物质循环，影响污染物的迁移转化，在海洋生态系统中占有十分重要的地位.大型底栖动物是指能被 0.5 mm 孔径网筛截留的底栖动物，大部分活动能力较弱或营固着生活，生活范围有限1.近年来，国内学者对渤海大型底栖生物的群落结构和物种多样性作了较为系统的研究：李帅等2分别在 2010 年 5 月和 2013 年 6 月对黄、渤海海域大型底栖动物的种类组成和群落结构等进行了研究和分析，并利用 AMBI 和 m-AMBI 生物指数对各站位的生态质量状况进行了评估；陈琳琳等3根据 50 多年来渤海南部海域大型底栖动物群落的历史资料以及 20112013 年的现场调查数据，研究渤海南部包括黄河口邻近海域及莱州湾的大型底栖动物群落结构的变化，分析其长期演变的过程和规律；孙昕雨4研究黄、渤海大型底栖动物群落特征的季节变化及在各海域间的变化趋势，并探讨了副热带和温带 2 个不同地理位置海湾大型底栖动物群落结构的差异；韩洁等5分别于 1997 年 6 月、1998 年 9 月和1999 年 4 月研究了渤海中、南部大部分海区的大型底栖动物的丰度、生物量和生产力，对其物种多样性进行了分析.以上调查多在黄、渤海交界处或渤海湾外进行，且最新调查时间已距今 7 a 以上.本研究将 20152019 年夏季天津近岸海域大型底栖动物群落结构的调查结果与历史数据相结合，分析其群落结构的特征和规律，探讨导致大型底栖动物群落演变的主要水环境因子，以期为渤海海域综合治理提供参考资料.1材料与方法1.1大型底栖动物样品采集与分析20152019 年，每年 7 月和 8 月份，按照文献6中的方法，在渤海湾设置 10 个调查点位，具体采样位置如表 1 所示.10 个点位的底质类型均为黏土质粉砂.使用 0.1 m2箱式采泥器，采集未受扰动的沉积物，每个点位取 23 个样品，现场用 0.5 mm 孔径网筛分选大型底栖动物，将生物标本及残渣全部转移至样品瓶，用 5%福尔马林固定.大型底栖动物样品的处理、保存和计数等均按照相关方法7操作.用有机玻璃采水器采集水面以下 0.5m 处的海水，04冷藏，带回实验室分析海水水质.按照相关方法8测定无机氮（DIN）、非离子氨（NH3）、叶绿素（Chl-a）、亚硝酸盐（NO2-N）、硝酸盐（NO3-N）等的质量浓度；采用 350i 多参数水质分析仪（德国 WTW 公司）测定海水的溶解氧（DO）含量和pH 值.1.2数据处理利用数据统计 Excel 软件计算生物多样性指数，包括相对重要性指数（IRI）、Shannon-Wiener 指数（H）、Pielou 均匀度指数（J）和 Margalef 丰富度指数（d），计算公式如下9-10：IRI=（n+w）f 10 000（1）H=si=1Pilog2PiPi=ni/N（2）J=Hlog2S（3）d=S-1log2N（4）式（1）中：n 为某一物种的密度占大型底栖动物总密度的百分比；w 为该种的生物量占大型底栖动物总生物量的百分比；f 为该种出现的频率.IRI1 000 的物种为优势种.式（2）中：ni为第 i 种的数量；N 为样品中所有种类的总个体数；S 为样品中的种类总数.使用 Excel 软件进行数据库的建设、统计和处理，绘制大型底栖动物种类组成图；用 OriginPro 8.5软件绘制大型底栖动物的密度、生物量和生物多样性指数图；利用 Canoco 5.0 对动物数据与环境数据进行多元对应分析（包括除趋势对应分析法DCA 和典范对应分析法 CCA），在同一排序图上11反映动物群落分布与环境因子之间的关系，多元分析统计过程中，各项特征值所代表的含义参照文献12-13.2结果与分析2.1种类组成和优势种天津近岸海域共采集到大型底栖动物 9 门 100种，包括纽形动物门（Nemertiner）、节肢动物门（Arthropo-表 1天津近岸海域采样点位信息Tab.1Information of sampling sites in Tianjin coastalsea area点位编号经度纬度水深/m01#117.998 4E39.195 4N03.340.6102#117.967 7E39.128 1N03.940.6703#117.927 5E39.052 8N05.540.5804#117.921 1E38.939 7N09.385.5305#117.799 0E38.810 2N05.620.5706#117.773 2E38.667 8N04.580.6607#118.000 0E39.083 3N06.060.4008#118.000 0E38.916 6N10.080.8209#118.001 4E38.725 8N10.864.2710#118.011 4E38.590 0N14.963.42李曌，等：天津近岸海域 20152019 年夏季大型底栖动物的群落特征31天 津 师 范 大 学 学 报（自 然 科 学 版）2023 年 1 月da）、环节动物门（Annelida）、软体动物门（Mollusca）、棘皮动物门（Echinodermata）、脊椎动物门（Vertebrata）、扁形动物门（Platyhelminthes）、螠虫动物门（Echiura）和腕足动物门（Brachiopoda）.其中：软体动物门种类最多，为 50 种；其次是环节动物门，28 种；再次是节肢动物门，11 种；棘皮动物门 5 种，螠虫动物门 2 种，其余 4 门均各含 1 种.根据各物种的 IRI 确定优势种，20152019 年夏季优势种主要是棘皮动物和软体动物，各年份的优势种如表 2 所示.由表 2 可知，棘皮动物门的棘刺锚参（Protankyra bidentata）出现频次最高，且 2015 年的 IRI 最大.20152019 年夏季优势种的总密度占整体密度的 69.1%，总生物量占整体生物量的 88.9%.2.2密度和生物量变化特征20152019 年夏季天津近岸海域大型底栖动物的密度范围为 01 580 个/m2，平均密度范围为 23.3330.0 个/m2，具体分布如图 1（a）所示.总体上，除10#点位外其他各点位密度最大值均出现在 2018 年夏季.2015 年夏季密度最大值出现在 5#调查点位，20162019 年夏季密度最大值均出现在 1#调查点位.比较不同年度的平均密度，2018 年 2019 年 2016 年 2017 年 2015 年.20152019 年夏季天津近岸海域大型底栖动物生物量的变化范围为 02 554 g/m2，平均生物量范围为 30.2313.0 g/m2，生物量分布特征如图 1（b）所示.总体上，2018 年夏季各点位的生物量均较大.2015年夏季生物量最大值出现在 8#调查点位，2016 年和2018 年夏季最大值均出现在 1#调查点位，2017 年的最大值出现在 4#调查点位，2019 年夏季最大值出现在 3#调查点位.比较不同年度的生物量，2018 年 2016 年 2019 年 2017 年 2015 年.2.3生物多样性指数20152017 年夏季，天津近岸海域大型底栖动物的生物多样性指数如表 3 所示.由表 3 可知，H、J、d 指数的最小值均为 0，主要是多个调查点位受入海河流水质以及捕捞生产活动影响显著，导致这些点位大型底栖动物的种类数仅为 1 种.20182019 年夏季，随着入海河流水质改善和捕捞生产活动的减少，H、J和 d 指数最小值均大于 0，且最大值与最小值的差值均呈缩小趋势，表明天津海域整体生态状态趋好发展.比较 H和 d 的年度均值，2015 年 2016 年 2017 年 2018 年 2019 年；比较 J的年度均值，2015 年 2016 年 2017 年 2018 年 2019 年.表 2天津近岸海域大型底栖动物的优势种及优势度Tab.2IRI of dominant species of macrozoobenthos inTianjin coastal sea area年份种名拉丁名出现频率IRI2015棘刺锚参Protankyra bidentata0504 273毛蚶Scapharca subcrenata0201 0252016凸壳肌蛤Musculista senhousei0202 9122017棘刺锚参Protankyra bidentata0201 5072018光滑河篮蛤Potamocorbula laevis0402 5612019棘刺锚参Protankyra bidentata0602 519耳口露齿螺Ringicula doliaris0602 610红带织纹螺Nassarius succinctus1001 742（a）密度密度/（个 m-2）调查点位1 6002#1 40040020001#10#4#3#6#5#8#7#9#2015 年2016 年2017 年2018 年2019 年（b）生物量生物量/（g m-2）调查点位2 6002#2 5002 40001#10#4#3#6#5#8#7#9#2015 年2016 年2017 年2018 年2019 年图 1大型底栖动物密度和生物量的时空分布Fig.1Temporal-spatial distribution of macrozoobenthosdensity and biomass600300表 3不同年份大型底栖动物的生物多样性指数Tab.3Biodiversity index of macrozoobenthos indifferent years年份HJd20150.780.910.440.480.260.3020160.950.820.570.470.270.2120171.211.070.620.460.380.3620181.850.800.710.230.670.2920191.970.710.710.260.910.2432第 43 卷第 1 期表 4天津近岸海域主要环境因子Tab.4Main environmental factors of different seasons in Tianjin coastal sea area年份溶解氧质量浓度/（mg L-1）pH 值无机氮质量浓度/（mg L-1）非离子氨质量浓度/（mg L-1）叶绿素 a 质量浓度/（g L-1）亚硝酸盐质量浓度/（mg L-1）硝酸盐质量浓度/（mg L-1）水深/m201510.120.428.430.070.420.190.012 40.009 212.615.230.0400.0270.2030.0839.15.8201607.341.038.390.110.380.110.011 70.002 602.221.310.0390.0130.2530.0977.85.1201707.120.388.400.080.440.140.016 40.015 700.030.010.1170.0570.1840.1087.14.1201808.241.068.120.090.490.290.010 00.006 210.685.920.1430.1030.1990.1056.72.8201910.010.228.120.130.490.150.001 50.000 502.542.410.0640.0270.3780.1346.63.1表 5大型底栖动物 DCA 分析的统计信息Tab.5Statistics for the axes of DCA of macrozoobenthos统计指标特征值物种数据方差变异（累积百分比）/%梯度长度轴 10.929 727.786.34轴 20.491 742.483.21轴 30.184 047.983.15统计特征值物种数据方差变异（累积百分比）/%物种-环境关系变异（累积百分比）/%轴 10.851 422.8838.40轴 20.827 645.1175.73轴 30.444 457.0595.77轴 40.091 259.5099.88表 6大型底栖动物和环境因子间 CCA 分析的统计信息Tab.6Statistics for the axes of CCA of macrozoobenthos andenvironmental factors注：S1，棘刺锚参；S2，凸壳肌蛤；S3，光滑河篮蛤；S4，毛蚶；S5，耳口露齿螺；S6，红带织纹螺；DO，溶解氧含量；WD，水深；DIN，无机氮含量.-1.01.01.0S2图 2大型底栖动物群落与环境因子的CCA 分析排序Fig.2CCA ordination of macrozoobenthos andenvironmental factors0.8S3S6S5S4S1WDNO3-NDOChl-aDINNO2-N李曌，等：天津近岸海域 20152019 年夏季大型底栖动物的群落特征pH 值NO32.4环境因子与群落结构关系2.4.1水质状况20152019 年夏季天津近岸海域水环境因子的变化情况如表 4 所示.由表 4 可知，调查期间天津近岸海域无机氮的平均质量浓度整体呈上升趋势，2019年各调查点位无机氮的质量浓度已达到四类劣四类水平，成为主要污染物.同其他年份相比，2015 年夏季的水深、叶绿素 a 与溶解氧的质量浓度、pH 值均最高，营养盐（硝酸盐、亚硝酸盐、非离子氨）质量浓度处于相对较低水平，这主要是因为该年度藻类大量增殖，吸收利用了水体中的营养盐，造成营养盐质量浓度降低，而溶解氧质量浓度和 pH 值升高.2.4.2相关分析首先选取 6 个优势物种进行 DCA 分析，包括棘刺锚参、凸壳肌蛤、光滑河篮蛤、毛蚶、耳口露齿螺、红带织纹螺，它们的生物量占整体生物量的 88.9%.DCA分析结果如表 5 所示.由表 5 可知，最大梯度长度为6.34.根据文献6，梯度长度最大值超过 4，应使用典型的对应分析法（CCA）排序；小于 3，则选择线性模型（RDA）排序；介于 34 之间，二者均可使用.根据梯度长度的结果，本研究采用 CCA 法对 8 个环境因子与 6 种动物进行排序分析，对 8 个环境因子进行蒙特卡洛检验14.CCA 排序结果如表 6 和图 2 所示.在图 2 中，棘刺锚参、毛蚶和耳口露齿螺的位置比较接近，表明它们对生态环境的适应能力接近.分析动物群落与环境因子之间的关系，结果显示主成分轴 1 和轴 2 分别解释了 38.40%和 75.73%的物种-环境关系变异.由图 2可知，6 个物种的数量主要受水深、叶绿素 a 含量和pH 值等环境因子的影响较大，其中，棘刺锚参、耳口露齿螺和红带织纹螺与水深、pH 值、硝酸盐和溶解氧含量呈正相关，与无机氮、非离子氨、亚硝酸盐和叶绿素 a 含量呈负相关；光滑河篮蛤与溶解氧、无机氮、非离子氨、亚硝酸盐和叶绿素 a 含量呈正相关，与水深、硝酸盐含量和 pH 值呈负相关；毛蚶与 pH 值、水深、硝酸盐和溶解氧含量呈正相关，与非离子氨、无机氮、亚硝酸盐和叶绿素 a 含量呈负相关；凸壳肌蛤与 pH值和非离子氨含量呈正相关，与水深、硝酸盐、亚硝酸盐、无机氮、溶解氧和叶绿素 a 含量呈负相关.33天 津 师 范 大 学 学 报（自 然 科 学 版）2023 年 1 月3讨论与结论本课题组于 20152019 年夏季对天津近岸海域大型底栖动物群落进行调查研究，共发现了 100 个物种，其中软体动物有 50 种，有 6 个优势种，也是以软体动物为主.本次调查发现的大型底栖动物种类数与陈琳琳等3、韩洁等5、刘旭东等15的调查结果相近，但优势物种存在一定差别，后者研究发现渤海、黄海海域优势种为环节动物，这主要与调查点位的分布有关，本次调查点位多分布于河口附近，且距岸较近，以粉砂-黏土混合底质为主，更适合软体动物栖息.调查期间，研究海域大型底栖动物的平均密度变化范围为 23.3330.0 个/m2，平均生物量变化范围为 30.2313.0 g/m2，2018 年天津近岸海域大型底栖动物的密度和生物量均最高，2016 年和 2019 年次之.密度和生物量数值较大的点位（1#、3#、4#、5#）大多分布在蓟运河、海河和独流减河等河口附近，这是因为入海河流携带了大量泥沙和有机质，可为滤食性软体动物提供丰富的饵料资源.Shannon-Wiener 多样性指数（H）可用于海洋环境监测评价16：3H 4 为清洁海域，2H 3 为轻度污染，1H 2 为中度污染，H 1 为重度污染.本次对天津近岸海域的调查结果显示，20152016 年H值的评价结果均为重度污染，20172019 年均为中度污染，H值呈现逐年上升趋势.Pielou 均匀度指数（J）和 Margalef 丰富度指数（d）可用来描述局部海域海洋生物群落的时空数量分布格局和种类变化趋势，这 2 项指标在调查期间也均呈现逐年上升趋势.本次调查地理范围距离沿岸较近，受人为扰动及河口的陆源营养盐输入影响较大，相关调查显示17，近岸海洋污染物 90%以上来源于入海河流和直排口.自2015 年起国家实施 水污染防治行动计划 并制定了各省市水环境质量考核目标，天津市入海河流和直排口水质得到了大幅度改善，其中 12 条入海河流全部消劣.随着陆源污染的下降，大型底栖动物栖息的生态环境得到了改善，各项生物多样性指数均呈上升趋势，表明渤海湾天津海域大型底栖动物生态状况逐步恢复.CCA 排序可以较好地表现出动物群落之间以及动物群落与环境因子间的关系.本研究中 CCA 分析结果表明，天津近岸海域大型底栖动物生物量主要受水深、叶绿素 a 含量和 pH 值等环境因子的影响.大型底栖动物种群多以碎屑为食物来源18，有研究表明浮游植物和底栖动物现存量之间存在一定的相关性，浮游藻类大量增殖会引起水体 pH 值和叶绿素 a 含量升高，这 2 项参数与大型底栖动物主要优势类群存在显著的正相关关系19.调查期间渤海湾天津海域大型底栖动物优势类群主要为软体动物，食源以浮游植物残渣或其分解产生的碎屑为主.朱浩然20的研究表明，水深、水温、沉积物营养盐以及粒度是影响天津近岸海域大型底栖动物分布的主要环境因子，其他相关研究结果也表明21-22，水深和营养盐浓度与大型底栖动物的种类分布和密度有较强的关联性.总的来看，本次对天津近岸海域大型底栖动物的调查结果中，物种种类和物种数量与历史调查结果基本一致，但优势物种存在一定差别.在数量和生物量上，河口明显大于海域，这可能与大型底栖动物的食性有关.各项生物指数均呈现上升趋势，表明随着入海河流和综合排口的治理，近岸海域生态状况得到一定的恢复.参考文献：1贾海波，曹柳燕，柴小平.20162019 年夏季长江口海域大型底栖动物群落结构的变化及其原因分析J.海洋环境科学，2022，41（2）：180-186.JIA H B，CAO L Y，CHAI X P.The changes of macrobenthic commu-nity structure and cause analysis in 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China，Standardization Administrationof the Peoples Republic of China.The specification for marine moni-toring.Part 4：Seawater analysis GB 17378.42007S.Beijing：Stan-dards Press of China，2008（in Chinese）.9陈志劼，吕少梁，陆丽仪，等.雷州半岛东部近岸海域大型底栖甲壳动物群落结构及其影响因子J.广东海洋大学学报，2021，41（1）：17-25.CHEN Z J，LYU S L，LU L Y，et al.Community structure of macrobe-nthic crustacean with the relationship of affected factors in the east coa-stal of Leizhou peninsulaJ.Journal of Guangdong Ocean University，2021，41（1）：17-25（in Chinese）.10 马成学，尹子龙，于洪贤.三环泡湿地保护区浮游植物功能群季节演替及影响因子J.东北林业大学学报，2016，44（11）：45-51.MA C X，YIN Z L，YU H X.Seasonal dynamics characteristics andphysical factors of phytoplankton functional groups in Sanhuanpao wet-landreserveJ.JournalofNortheastForestryUniversity，2016，44（11）：45-51（in Chinese）.11 陈昕，李喆，唐富江，等.连环湖两水体浮游动物群落结构特征及水质评价J.水生态学杂志，2020，41（6）：89-97.CHEN X，LI Z，TANG F J，et al.Zooplankton community structureand its relationship with environmental factors in Lianhuan LakeJ.Journal of 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