福建兴化湾大型底栖动物种类组成和生物多样性

2016-07-06 09:42邓玉娟董树刚刘晓收中国海洋大学海洋生命学院山东青岛266003青岛海洋技师学院山东青岛26600
海洋科学 2016年1期
关键词:航次站位生物量

邓玉娟, 董树刚, 刘晓收(. 中国海洋大学 海洋生命学院, 山东 青岛266003; 2. 青岛海洋技师学院, 山东 青岛26600)



福建兴化湾大型底栖动物种类组成和生物多样性

邓玉娟1, 2, 董树刚1, 刘晓收1
(1. 中国海洋大学 海洋生命学院, 山东 青岛266003; 2. 青岛海洋技师学院, 山东 青岛266001)

为摸清福建兴化湾大型底栖动物的种类组成、生物多样性分布格局以及受扰动情况, 于2013年7月、9月以及2014年2月、4月共四个航次进行了大型底栖动物调查。采用优势度指数、Shannon-Wiener多样性指数、Margalef’s丰富度指数和Pielou’s均匀度指数等方法, 分析了该海域大型底栖动物的种类组成和生物多样性分布。结果表明, 研究海域共鉴定出大型底栖动物132种, 包括多毛类58种, 甲壳类27种, 软体动物33种, 其他门类14种。四个季节的共同优势种均为多毛类, 包括多鳃齿吻沙蚕(Nephtys polybranchia), 寡鳃齿吻沙蚕(Nephtys oligobranchia), 中蚓虫(Mediomastus californiensis)和异足索沙蚕(Lumbrineris heteropoda)。研究海域大型底栖动物的平均生物量为39.42g/m2; 平均栖息密度为311.67个/m2; 栖息密度和生物量平均值2014年4月最高(398个/m2, 63.23g/m2), 2013年7月航次最低(252个/m2, 7.77g/m2)。不同站位, 栖息密度和生物量不同。栖息密度最大值出现在1号站位(738个/m2), 最低值为12号站位(90个/m2)。而生物量平均最大值出现在15号站位(108.17g/m2), 最低值出现在22号站位(8.72g/m2)。丰富度指数、均匀度指数、Shannon-Wiener多样性指数的平均值分别为2.81、0.87和2.73, 这三个指数, 9月份均为最大, 分别为3.20、0.93、3.12, 4月份最小, 分别为2.09、0.78、2.05。生物多样性指数和丰富度指数均表明福建兴化湾大型底栖动物群落受到一定的扰动。

大型底栖动物; 种类组成; 生物多样性; 兴化湾

[Foundation: National Natural Science Foundation of China, No.41576135;the Fundamental Research Funds for Central Universities of the Ministry of Education of China (Ocean University of China), No.201462008]

底栖动物是指全部或者大部分时间生活在水体底部的水生动物群, 是生态系统的重要组成部分[1]。底栖动物活动能力较弱、生活区域较小, 容易采集、物种易鉴定、生境高度多样化等特点[2], 在水生生态系统研究中越来越受到重视[3], 经常被研究者作为水质变化指示种[4]。研究者通常将不能通过500 m筛孔的底栖动物定为大型底栖动物[5]。大型底栖动物是海洋生态系统物质循环和能量流动中积极的参与者[6], 因此关于大型底栖动物的生态研究屡见报道,近几年的有王宝强等[7]关于洋山港潮间带大型底栖动物群落结构及多样性的研究, 焦海峰等[8]关于渔山岛岩礁基质潮间带大型底栖动物优势种生态位的研究, 仇建标等[9]分析研究洞头列岛潮间带大型底栖生物的时空分布及其多样性, 廖一波等[10]对象山港不同养殖类型海域大型底栖动物群落比较研究等等。

兴化湾位于福建省沿海中段(25°14′N~25°37′N,119°00′E~119°37′E)。该湾略呈长方形, 由西北向东南扩展。受气候因素影响, 兴化湾水层的表层温度呈现季节性变化[11]。冬季平均温度最低, 然后气温开始上升, 夏季上升到最高值[12]。温度分布表层高于底层,湾内高于湾口[13]。由于径流输入量不大, 本湾海水盐度很高, 且年变化范围小, 春季达到最高值是32.1,夏季为最低值达到30.71[11]。兴化湾属淤积型构造基岩海湾, 海湾滩涂宽阔, 滩涂面积达250平方公里,是福建省最大的港湾和重要的水产养殖基地[14], 湾内的表层沉积物种类较多, 有粉砂、细砂、中砂、砂,以及它们其中几种的混合[13]。

福建兴化湾突出的地理位置及丰富多产的资源使得对兴化湾的研究具有重要的意义。蔡玉婷等对福建兴化湾进行了环境质量评价与分析研究[11], 闫新兴等[15]分析了福建兴化湾近岸地貌特征与泥沙来源, 马致远等[16]对福建兴化湾围填海湿地景观生态影响进行了研究, 阮金山等[17]对福建兴化湾海水、沉积物及水产生物体内重金属含量进行了分析与评价。但是,对兴化湾的大型底栖动物生态的研究报道的比较少,仅有1984年4月到1985年2月期间, 李荣冠等[13]对兴化湾大型底栖动物进行的生态调查, 结果表明兴化湾大型底栖动物的主要类群由多毛类、软体动物和甲壳动物三者构成。本文对兴化湾大型底栖生物的种类、分布及多样性指数进行研究, 对于兴化湾开展海洋生物监测, 进而对实现海洋生物资源的持续利用和海洋农牧化生产, 保护兴化湾生态环境提供数据补充。

1 材料与方法

2013年7月、9月和2014年2月、4月, 分四个航次对兴化湾潮下带进行了大型底栖动物采样。采样共设15个站位(图1), 分别为1、3、5、6、8、10、11、12、14、15、17、20、22、23、25, 覆盖整个兴化湾。每站使用0.05 m2抓斗式采泥器采集4个平行样, 所采泥样使用孔径为0.5 mm的网筛冲洗,将生物及残渣装入样品瓶中, 现场使用终浓度为5%的福尔马林溶液固定。样品带回实验室在体视显微镜下进行分类、鉴定、计数, 使用感量为0.0001g的电子天平进行称重, 软体动物带壳称重, 寄居蟹去壳称重。最后换算成单位面积的生物量(g/m2)和栖息密度(个/m2)。以上野外采样、室内处理和数据分析均按照《海洋调查规范》(GB/T12763.6-2007)进行。

本文采用Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Margalef’s丰富度指数(d)、Pielou’s均匀度指数(J′)和优势度指数(Y)分析福建兴化湾海域大型底栖动物的多样性和优势种, 计算公式如下:

图1 福建兴化湾大型底栖动物采样站位图Fig. 1 Map of Xinghua Bay, Fujian, showing the sampling stations

式中S为样品中的种类数; Pi为第i种的个体数与样品总个体数的比值; ni为第i种的个体数; N为每个种出现的个体数的总和; fi为第i种的测站出现率。

2 结果与分析

2.1 物种种类与分布

福建兴化湾四个航次共鉴定大型底栖动物132种, 包括多毛类、软体动物、甲壳类、棘皮动物、腔肠动物等。其中多毛类58种, 占总数的43.94%, 软体动物32种, 占总数的24.24%, 甲壳类27种, 占总数的20.45%, 棘皮动物7种, 占总数的5.30%, 腔肠动物3种, 占总数的2.27%, 其他门类动物有4种,占总数的3.30%。

四个航次中, 获得的大型底栖动物生物种类有较大差别(表1)。其中2014年2月航次物种种类最多, 共73种, 占总数的58.33%, 2013年7月航次种类最少, 共44种, 占总数的33.33%。2013年9月航次种类为49种, 占总数的37.12%, 2014年4月航次种类为53种, 占总数的40.15%。

2.2 优势种

表1 福建兴化湾大型底栖动物物种种类组成Tab. 1 Species composition of macrofauna in Xinghua Bay, Fujian

表2 兴化湾大型底栖动物优势种Tab. 2 The dominant species of macrofauna in Xinghua Bay, Fujian

根据种类优势度指数公式计算出各物种的Y值,当该指数Y>0.02时[18], 该物种定义为本群落中的优势种(表2)。兴化湾大型底栖动物优势种主要为多毛类, 包括多鳃齿吻沙蚕(Nephtys polybranchia), 寡鳃齿吻沙蚕(Nephtys oligobranchia), 中蚓虫(Mediomastus californiensis)和异足索沙蚕(Lumbrineris heteropoda)。

在2013年7月和9月航次中兴化湾大型底栖动物优势种主要是多毛类, 包括异足索沙蚕(Lumbrineris heteropoda), 多鳃齿吻沙蚕(Nephtys polybranchia),中蚓虫(Mediomastus californiensis), 寡鳃齿吻沙蚕(Nephtys oligobranchia), 2014年2月航次的优势种除了多毛类外, 还有软体动物仿樱蛤(Tellinides timorensis)、黑龙江河蓝蛤(Potamocorbula amurensis)和棘皮动物类棘刺锚参(Protankyra bidentata)以及纽虫(Nemertinea)。2014年4月航次取样获得的优势种除了多毛类外, 还有软体动物凸壳肌蛤(Musculus senhousia)和光滑河蓝蛤(Potamocorbula laevis)。

2.3 生物量和栖息密度

福建兴化湾大型底栖动物平均栖息密度和平均生物量分别为311.67个/m2和39.42 g/m2。栖息密度最大值出现在1号站位(738个/m2), 最低栖息密度为12号站位(90个/m2)。生物量最大值出现在15号站位(108.17g/m2), 最低值出现在22号站位(8.72 g/m2)。

在四个取样航次中, 兴化湾大型底栖动物平均栖息密度和生物量有较大变化(图2), 平均栖息密度变化规律是4月>2月>9月>7月, 平均生物量4月>2月>9月>7月。

图2 福建兴化湾四航次平均栖息密度和生物量Fig. 2 The average density and biomass of macrofauna in Xinghua Bay, Fujian

在15个取样站位中, 栖息密度最大的出现在2014年4月份航次的1号站位(196个/m2), 最小值出现在2013年7月份航次的14号、2013年9月份航次的22号和2014年4月份航次的12号站位(30个/m2)。生物量最大值出现在2014年4月份航次的15号站位(361.7g/m2), 最小值出现在2013年9月份航次的22号站位(0.33 g/m2)。

福建兴化湾大型底栖动物各航次栖息密度和生物量分布图分别见图3和图4。

图3 福建兴化湾大型底栖动物四航次栖息密度Fig. 3 The density of macrofauna in Xinghua Bay, Fujian

2.4 物种多样性指数

香农-威纳多样性指数可以反映海域水质污染程度。当H′<1.0时, 水质为重度污染; 当H′为1~2时,水质为中度污染; 当H′为2~3时, 水质为轻度污染;当H′>3时, 水质为清洁。可见H′数值越大, 海洋水环境质量越好[19]。

兴化湾大型底栖动物的香农-威纳多样性指数平均值为2.73, 根据上述判定依据, 初步可以确定福建兴化湾海域处于轻度污染状态。

图4 福建兴化湾大型底栖动物四航次生物量Fig. 4 The biomass of macrofauna in Xinghua Bay, Fujian

在调查的15个站位中, 香农-威纳多样性指数最大值出现在5号站位, 其值为3.52, 属于清洁水质,最小值出现在20号站位, 其值为1.97, 属于中度污染。其中有4个站位H′值大于3, 为清洁水质区域,而H′指数值在2~3之间的有10个站位, 为轻度污染区域。

从香农-威纳多样性指数来看, 9月份福建兴化湾水质最好(3.12), 达到清洁水质标准, 4月份福建兴化湾水质最差(2.05), 为轻度污染, 接近中度污染。7月份和2月份香农-威纳多样性指数平均值分别为2.90和2.84, 水质处于轻度状态。四个航次取样进行平行比较分析, 水质较差的站位出现在12、20、22号三个站位, 这三个站位附近有岛屿存在。全年平均,香农-威纳多样性指数反映出福建兴化湾水质属于轻度污染。福建兴化湾大型底栖动物香农-威纳多样性指数见表3。

表3 福建兴化湾大型底栖动物香农-威纳多样性指数Tab. 3 The Shannon–Wiener diversity index of macrofauna in Xinghua Bay, Fujian

2.5 丰富度指数

丰富度指数通常被用来反映物种多样性的高低,从而反映出生态环境污染的程度, 和水质的污染程度[20]。本研究丰富度指数(d)评价采用马卡列夫(Margalef, 1958)的公式。

当d<1.0时, 水质为重度污染; d为1~2时, 水质为中度污染; 当d为2~3时, 水质为轻度污染; d>3时, 水质为无污染。同样, d数值越大, 水质越好[21]。

福建兴化湾丰富度指数四航次平均值为2.807,根据上述评价标准, 兴化湾水质为轻度污染。

在四个航次中, 其中水质最好的出现在9月份(3.202), 属于清洁水质, 水质最差的出现在4月份(2.089), 属于轻度污染。7月份和2月份的丰富度指数(d)平均值分别为2.95和2.986, 水质属于轻度污染范围。在调查的15个站位中, 四航次平均值最大值出现在5号站位, 其d值为4.111, 水质是清洁水质。最小值出现在12号站位, 其d值为1.854, 水质为中度污染。其中d值大于3的站位有3个, d值在2~3之间的站位有10个, d值在1~2之间的站位有2个, d值小于1的站位没有, 水质最差的的三个站位是12、20、22号站位。这个结果与香农-威纳多样性指数分析的结果相同。福建兴化湾大型底栖动物物种丰富度指数(d)值见表4。

表4 福建兴化湾大型底栖动物物种丰富度指数(d)Tab. 4 Margalef’s richness index of macrofauna in Xinghua Bay, Fujian

2.6 均匀度指数(J′)

利用均匀度指数评价水质污染程度, 当J′>0.5水质为清洁水质, 当J′在0.5~0.3之间时, 水质为中度污染, 当J′<0.3时, 水质为重度污染[22]。

福建兴化湾大型底栖动物均匀度指数平均值为0.873, 根据上述评价标准, 福建兴化湾水质为清洁水质。其中, 最大值出现在8号站位(0.948), 最小值出现在1号站位(0.723), 各站位均匀度指数最小值大于0.5, 所以, 从均匀度指数来看, 福建兴化湾全年水质为清洁水质。

从四个航次平行比较来看, 9月份水质最好(0.934), 四月份水质最差(0.783), 7月份和2月份分别为0.904和0.872。各航次的水质变化规律与香农-威纳多样性指数和丰富度指数反应的变化规律相同。由于均匀度指数评价标准采用的是淡水评价标准, 在水质反应上与前两者有出入。福建兴化湾大型底栖动物均匀度指数见表5。

3 讨论

3.1 福建兴化湾大型底栖动物的种类组成的变化

历史上对于兴化湾大型底栖动物的研究报道仅见于1984年到1985年期间, 李荣冠等[13]的生态调查。与李荣冠等研究数据相比较, 李荣冠等[13]研究中平均栖息密度为162个/m2, 平均生物量为36.60 g/m2[13], 平均栖息密度与本研究(311.67个/m2)数据相差较大,平均生物量与本研究(39.42 g/m2)相差较小, 分析认为主要原因是李荣冠等的研究中兴化湾大型底栖生物已鉴定有314种, 多毛类有109种, 其中多毛类占比例相对较少(34.7%), 本研究多毛类达到43.9%,而多毛类相较其他动物门类的个体质量较小。李荣冠等[13]研究中的优势种为特矶沙蚕(Euniphysa aculeata), 双鳃内卷齿蚕(Aglaophamus dibranchis), 滑指矶沙蚕(Eunice indica), 波纹巴非蛤(Paphia undulata), 棒锥螺(Turritella bacillum), 弯六足蟹(Hexapus anfractus), 幽辟新短眼蟹(Neoxeaophthalmus obscurus), 棘刺锚参(Protankyra bidentata), 优势种除了多毛类还有软体动物、甲壳类等 , 与本研究鉴定的优势种相差较大, 本研究的优势种主要是多毛类,李荣冠等[13]研究中的优势种棒锥螺(Turritella bacillum)、波纹巴非蛤(Paphia undulata)虽然在本研究中仍然出现, 但不再是优势种。

表5 福建兴化湾大型底栖动物均匀度指数Tab. 5 Pielou’s evenness index of macrofauna in Xinghua Bay, Fujian

在与历史数据比较发现, 近30年来, 福建兴化湾的大型底栖动物在种类和数量上发生较大变化,本论文认为可能造成的原因有以下几点: (1)取样站位不同。李荣冠等[13]的研究取样站位为29个, 在站位断面布局上与本论文取样有较大差别。(2)生态环境的变化, 这是引起兴化湾大型底栖动物种群变化的主要原因。

福建兴化湾自然景观逐年递减, 兴化湾滩涂面积从1959年到2000年减少了20.23%[16]。在水质上,兴化湾无机氮、活性磷酸盐等标准均超过二类水质标准, 悬浮物的含量超过其他海湾[11]。而根据程建新等[23]采用PSR概念模型对兴化湾生态系统退化评价分析, 兴化湾综合指数2005年和2008年分别为0.63 和0.59(0.61~0.80 轻度退化, 0.41~0.60中度退化),结果显示兴化湾生态系统退化, 而且2008年比2005年退化程度大。由于大型底栖动物由于物种的适应性不同, 多毛类的抗干扰能力强[24], 优势明显, 适应的大型底栖动物大量繁殖成为优势种。

3.2 人类活动对兴化湾大型底栖动物的干扰

通常情况下, 清洁、良好的水域环境比较适合生物的生存, 生物种类数较多, 生存环境恶化或者水体受到污染后, 敏感物种被淘汰, 生存下来的生物个体数量大增, 通过生物多样性指数可在一定程度上反映环境质量的变化[25-26]。本研究利用香农-威纳物种多样性指数和丰富度指数对生态环境质量进行了评价。在时间变化上, 香农-威纳多样性指数和丰富度指数均反映出9月份平均指数值最高, 4月份平均指数值最低, 表明兴化湾9月份水质最好, 4月份水质最差。

福建兴化湾大型底栖动物种类从1984年-1985年调查中鉴定的314种[13], 1990年-1991年鉴定的227种[16], 2005年-2006年鉴定的197种[23], 到本研究鉴定的132种, 在近30年的经济发展变化过程中,福建兴化湾大型底栖动物种类数量逐次递减, 本文认为主要原因是人类活动造成生态环境恶化有关。程建新等[23]在对兴化湾环境评估中提到2008年兴化湾生态环境达到中度退化程度, 比2005年(轻度退化)退化严重, 海洋捕捞、围海造田活动的标准值都在0.5以下, 尤其是富营养化指数为0(≥0.6轻度退化,≥0.4中度退化, 0极度退化)。由于围填海, 兴化湾自然景观在逐年递减。经调查研究发现近几年来, 20世纪50年代后围填海总面积约占整个海湾的19.62%,自然景观性从1959年- 2000年减少了20.23%[16]。而兴化湾福清核电厂的使用, 导致冷却水进入受纳水体, 原有温度分布被改变, 水体中的生物群落、组成发生了相应的变化[27]。在重金属污染方面, 福建兴化湾表面沉积物中重金属Pb、Zn、Cd已经超标, 受到污染, 分析污染原因主要是工农业排污[17]。

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(本文编辑: 康亦兼)

Species composition and biodiversity of macrofauna in Xinghua Bay, Fujian

DENG Yu-juan1, 2, DONG Shu-gang1, LIU Xiao-shou1
(1. College of Marine Life Sciences, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 2. Qingdao Marine Technical College, Qingdao 266001, China)

Mar., 16, 2015

macrofauna; species composition; biodiversity; Xinghua Bay

Species composition, biodiversity distribution pattern, and disturbance status of macrofauna were analyzed by quantitative investigations of macrobenthic community in July–September 2013 and February–April 2014 in Xinghua Bay, Fujian. Dominance index, Shannon–Wiener diversity index, Margalef’s richness index, and Pielou’s evenness index were used to analyze the species composition and biodiversity distribution pattern of macrofauna. In total, 132 species of macrofauna were identified in Xinghua Bay, Fujian, consisting of 58 species of polychaetes, 27 species of crustaceans, 33 species of mollusks, and 14 species of other phyla. The most dominant group was Polychaeta in the four cruises, which included Nephtys polybranchia, N. oligobranchia, Mediomastus californiensis, and Lumbrineris heteropoda. The average biomass of macrofauna in Xinghua Bay was 311.67 g/m2and the average density was 39.42 ind/m2. The highest values of average biomass and density were observed in April 2014 (398 ind/m2and 63.23 g/m2, respectively), while the lowest values were observed in July 2013 (252 ind/m2and 7.77 g/m2, respectively). The biomass and density of macrofauna at different stations varied significantly in the studied area. The highest density was observed at Station 1 (738 ind/m2) and the lowest at Station 12 (90 ind/m2). The highest biomass was observed at Station 15 (108.17 g/m2) and the lowest at Station 22 (8.72 g/m2). The average values of the three biodiversity indices were 2.81 (Margalef’s richness index), 0.87 (Pielou’s evenness index), and 2.727 (Shannon-Wiener diversity index) and varied in different seasons. The highest values were observed in September 2013 (3.20, 0.93, and 3.12, respectively) and the lowest values in April 2014 (2.09, 0.78, and 2.05, respectively). The pattern of biodiversity indices indicated that the macrofauna communities were under disturbance in Xinghua Bay, Fujian.

Q958.8

A

1000-3096(2016)01-0054-10

10.11759/hykx20150316005

2015-03-16;

2015-05-20

国家自然科学基金项目(41576135); 中国海洋大学中央高校基本科研业务费专项项目(201462008)

邓玉娟(1971-), 女, 山东青岛人, 讲师, 硕士研究生, 主要从事大型底栖动物研究, 电话: 0532-82688736, Email: dengyujuan_ 1971@126.com; 刘晓收, 通信作者, 电话: 0532-82031735, Email:liuxs@ouc.edu.cn

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