烟台海洋倾倒区生物群落结构现状及动态变化分析

刘旭，刘艳，赵瑞亮，纪灵，宁璇璇，伯云台

（1. 国家海洋局北海分局，山东 青岛 266033；2. 国家海洋局烟台海洋环境监测中心站，山东 烟台264006；3. 烟台港集团有限公司，山东 烟台264000）

烟台海洋倾倒区生物群落结构现状及动态变化分析

刘旭1，刘艳2，赵瑞亮3，纪灵2，宁璇璇2，伯云台2

（1. 国家海洋局北海分局，山东 青岛 266033；2. 国家海洋局烟台海洋环境监测中心站，山东 烟台264006；3. 烟台港集团有限公司，山东 烟台264000）

利用烟台海洋倾倒区2008年的监测结果和相关历史资料，分别对倾倒区的生物群落结构现状及动态变化过程进行研究。倾倒区内目前有浮游植物18种，浮游动物23种，底栖生物17种。浮游植物以硅藻门的新月菱形藻（Nitzschia closterium W. Smith）占有绝对优势，浮游动物的优势种为中华哲水蚤（Calanus sinicus Brodsky）和强壮箭虫（Sagitta crassa Tokioka），底栖生物的组成以环节动物最多，优势种不明显。综合指数分析表明倾倒区海域的生物群落结构相对稳定。然而，多年的疏浚物倾倒使该区的生物群落发生了变化。与倾倒初期相比，浮游植物的种类数量减少，物种多样性总体上呈现下降趋势；浮游动物的种类数量和密度在2006年的调查中出现最低值，群落结构趋向单调，至2008年这一趋势有所缓和；底栖生物的种类数量和密度较倾倒初期也有明显的下降，多样性指数的降低和优势度的增大也预示群落结构稳定性的下降。

烟台；海洋倾倒区；生物群落；动态变化

烟台海洋倾倒区是为环芝罘湾港口码头建设及港池航道清淤时倾倒废弃物所设定，倾倒物的主要组成为疏浚物。根据国家海洋局北海分局的疏浚物倾倒资料统计，倾倒区自使用以来累计倾倒约为1 120万m3。其中，1988年至1991年，倾倒量约为70万m3；1991年至2001年间，倾倒量约为500万m3；2001年至2004年和2004年至2006年的倾倒量均约为250万m3；2006年至2008年间倾倒量为50万m3左右。大量疏浚物的倾倒必然会对生态环境造成一定程度的破坏。

为了解疏浚物倾倒对倾倒区海域生态环境的影响，分别于1991年10月、2001年7月、2004年8月、2006年9月和2008年7月对倾倒区进行综合调查。本文整理了2008年的调查结果，对倾倒区海域生物群落结构的现状进行研究，进一步结合历史调查资料，分析了生物群落的动态变化。

1 采样及评价方法

样品采集及分析方法按照《海洋监测规范》[1]进行。浮游植物采集水样，用浓缩计数法对样品进行种类鉴定和数量统计；浮游动物样品采用浅水Ⅰ型浮游生物网通过垂直拖网获得，室内分析包括种类鉴定、计数和湿重生物量的测定；底栖生物样品用0.05 m2采泥器每站取5次获得，进行种类鉴定和计数。

生物群落多样性分别采用Shannon-Wiener指数（H’），Pielou均匀度指数（J），优势度（D）进行评价[2-5]。计算公式为：

a) Shannon-Weaver多样性指数：

式中：H′—— 种类多样性指数

S—— 样品中的种类总数

Pi—— 第i种的个体数（ni）与总个体数（N）的比值（ni/N）。

b) Pielou均匀度指数：

J= H′/Hmax

式中：J——表示均匀度；

H′——种类多样性指数值；

Hmax——为log2S，表示多样性指数的最大值。

c) 优势度：

D= (N1+N2)/NT

式中： D——优势度；

N1——样品中第一优势种的个体数；

N2——样品中第二优势种的个体数；

NT——样品中的总个体数。

2008年烟台海洋倾倒区跟踪监测的调查站位见图1。

图1 2008年烟台海洋倾倒区采样站位图Fig. 1 Location of sampling stations in the Yantai marine dumping site of 2008

2 倾倒区生物群落结构现状

选取2008年7月对烟台倾倒区的调查结果，进行生物群落结构的现状分析。

2.1 群落组成

2.1.1 浮游植物 本次调查共发现浮游植物18种，其中硅藻13种，甲藻4种，金藻1种。调查海域浮游植物平均细胞密度为1 380×104个/m3，变化范围在（720～1 920）×104个/m3之间，各站位之间细胞密度呈现均匀分布状态。其中，硅藻、甲藻和金藻分别占浮游植物总细胞数的94.52%、4.35%和1.13%。硅藻无论是在种类上，还是在细胞数量方面均占绝对优势。本次调查的优势种为新月菱形藻（Nitzschia closterium W. Smith），其平均密度为662×104个/m3，占浮游植物总量的47.97%。

2.1.2 浮游动物 本次调查中共鉴定出23种浮游动物，其中甲壳动物及幼体14种，毛颚动物及幼体4种，棘皮动物幼虫2种，多毛类幼体、双壳类及水母类各1种。07站的种类组成较少，其他站位浮游动物种类组成相差不大。调查海区浮游动物平均生物量为5 150.11 mg/m3，站位之间生物量波动较大，最高值出现在06站，达22 375.8 mg/m3；最低值出现在07站，为322.7 mg/m3。浮游动物的个体密度平均值为414.12个/m3，个体密度分布趋势与生物量类似，最高个体密度分布在06站，为1 093.75个/m3；最低个体密度分布在07站，为17.42个/m3。钩虾数量的增多是06站生物量和个体密度远超过其他站位的原因。

本次调查海区中浮游动物的优势种主要包括中华哲水蚤（Calanus sinicus Brodsky）和强壮箭虫（Sagitta crassa Tokioka）。

2.1.3 底栖生物 本次调查所获底栖生物样品经鉴定计有17种。其中环节动物10种，节肢动物3种，软体动物为2种，棘皮动物和半索动物各1种。调查海区底栖生物生物量平均值为7.06g/m2，个体密度的平均值为27.1个/m2，各站位之间平面分布较为均匀。调查区生物量组成和密度分布以环节动物最高，节肢动物次之，优势种类不明显。

2.2 综合性指数分析

三种生物类群的各调查站位综合性指数值如图2所示。

图2 浮游植物、浮游动物、底栖生物的物种多样性指数、均匀度和优势度分布Fig. 2 Distribution of diversity index, uniformity and dominance of phytoplankton, zooplankton and benthos

本次调查浮游植物物种多样性指数值在1.29～2.74之间变动，平均值为2.01；均匀度的变化范围为0.63～0.91，平均值为0.75；优势度的变化范围为0.41～0.86，平均值为0.69。浮游植物种类组成相对多样，群落结构比较正常。浮游动物种类多样性指数值变化范围为1.17～2.46，平均值为1.78；均匀度的变化范围为0.41～0.74，平均值为0.53；优势度的变化范围为0.65～0.87，平均值为0.80。从图2可以看出，浮游动物绝大多数站位的多样性指数值低于2.0，种类多样性较低，05、06、07和08站多样性指数低、优势度较高，表明该4个站位的浮游动物群落结构稍差。底栖生物多样性指数值在1.50～2.52之间变动，平均值为2.13；均匀度的变化范围为0.95～0.97，平均值为0.96；优势度的变化范围为0.43～0.75，平均值为0.58。底栖生物群落多样性指数和均匀度较高，优势度较低，群落结构比较正常。

Shannon-Weaver多样性指数经常被用来监测海水、淡水中生物群落的结构变化，是评价生物群落结构质量和水质、底质污染程度的工具，但是评价标准不尽一致[6-8]。蔡立哲等[9]建议将底栖动物多样性指数的污染评价范围分为5类，即无底栖动物为严重污染；H′＜1，为重污染；H′在1～2之间，为中等污染；H′在2～3之间为轻度污染；H′＞3无污染。按此范围进行划分，倾倒区目前的污染状况总体上仍属于轻度污染，02、03、05、06站位的底栖生物多样性指数值低于2，为中等污染。

3 倾倒区生物群落动态变化分析

由于倾倒区历次跟踪监测中生物站位几经变动，因此选取历次监测均包含的09和B站的调查数据进行统计计算，综合指数取09和B站的平均值，同时由于历次调查的调查时期有所差异，因此只对倾倒区的生物群落结构特征的动态变化进行定性分析。

3.1 浮游植物

3.1.1 种类数量及细胞密度 分析表1可以看出，烟台海洋倾倒区的浮游植物种类数量从2004年开始呈现大幅度下降趋势，2008年略有所回升，与1991年的调查结果相比，2008年调查中浮游植物的种类数量下降了66.7%。在密度上，2001年和2004年调查中细胞密度显著降低，2006年后调查海域的细胞密度出现大幅回升，但与种类数呈负相关趋势。

横向比较发现，2006年前倾倒区的西南角（B）的种类数和细胞密度总体上略低于倾倒区中心点（09），推测原因为倾倒区中心位置（09）靠近浮筒，倾倒船只难以靠近致使西南角的倾倒量远大于倾倒区内部，从而使倾倒区西南区的污染相对严重，浮游植物的种类和密度受到影响[10]。

3.1.2 种类组成 倾倒区浮游植物群落在1991年、2001年和2004年调查中始终保持着以硅藻为主、甲藻为次的基本群落结构特征，但2006年浮游植物的种类组成发生了比较明显的变化，无论是种类组成还是细胞数量组成上硅藻比例均显著降低、甲藻升高，而在2008年调查中硅藻重新成为浮游植物的优势种群。

表1 各监测年度浮游植物群落结构特征表Tab. 1 Composition and complexity of phytoplankton community in the dumping area

3.1.3 浮游植物综合性指数分析 从表1中可以看出，1991年调查海域的浮游植物多样性指数值大于3.0、均匀度值接近1.0，而优势度较低，表明浮游植物种类组成丰富，群落结构稳定；2001年和2004年浮游植物的种类组成多样性有所下降；2006年调查中由于甲藻种类数的增多，多样性指数增大；2008年09和B两站位多样性指数平均值下降至1.91，而优势度较以往四次调查结果均偏高，表明目前该海域浮游植物的种群结构质量劣于倾倒初期，疏浚物倾倒使浮游植物种类多样性降低。

3.2 浮游动物

3.2.1 种类数量及生物密度 从表2可以看出，浮游动物的种类数量和个体密度的最低值出现在2006年，2008年调查中浮游动物的种类和密度均有明显的增加。横向比较发现，除2006年外，倾倒区西南角（B）浮游动物种类和密度低于倾倒区中心点（09），这与该区域倾倒量较大造成浮游植物的数量减少和初级生产力的降低有关。

3.2.2 种类组成及优势种类 历次调查所采集的浮游动物种类组成变化不大，调查海域以浮游甲壳类为主，还包括浮游幼虫、毛颚动物、水母类等。历次调查的优势种类主要以中华哲水蚤（Calanus sinicus Brodsky）、强壮箭虫（Sagitta crassu Tokioka）等为主，均为我国黄渤海的常见种。

3.2.3 浮游动物综合性指数分析 从1991年至2006年浮游动物群落多样性指数值一直呈现下降趋势，均匀度降低，优势度增大，表明浮游动物群落结构质量有所下降。其中，2006年浮游动物的多样性指数较低、优势度较大的原因是此次调查所获得的浮游动物种类数量较少，只有8种，而且双刺纺锤水蚤（Acartia bifilosa Giesbrecht）和强壮箭虫（Sagitta crassa Tokioka）占种类组成的绝对优势，分别达到48.19%和31.93%，群落结构趋于简单。2008年这一趋势有所缓和，浮游动物种类数增加，多样性指数增大，优势度有所下降。

表2 各监测年度浮游动物群落结构特征表Tab. 2 Composition and complexity of zooplankton community in the dumping area

3.3 底栖生物

3.3.1 种类组成及生物密度 与1991年相比，2001年底栖生物种类数量大幅度减少，2001年之后变化不大；个体密度呈现明显下降趋势。与1991年相比，2008年底栖生物种类数量减少了72%，个体密度仅为1991年的4.87%。 横向比较发现，除了2006年外，倾倒区的西南角（B）的底栖生物种类数和密度低于倾倒区中心位置（09）的相应数据，这与倾倒区西南角的倾倒量远远大于中心直接相关。3.3.2 底栖生物综合性指数分析 从表3可以看出，在倾倒初期1991年的调查中09和B站多样性指数的平均值为2.35，其它各次调查H′有所降低，在2.0附近波动，同时优势度的增大也预示该海域底栖生物种群结构稳定性的下降。

表3 各监测年度底栖生物群落结构特征表Tab. 3 Composition and complexity of benthos community in the dumping area

4 结 论

通过上述分析可以看出，倾倒区污染通量的增加对该区的生物群落造成了一定程度的影响。海域浮游植物种类数量在2004年的调查中大幅下降，细胞密度在2001年和2004年的调查中明显降低。以硅藻为主、甲藻为次的基本群落结构特征在2006年调查中发生了改变，表现为甲藻在种类组成上占据优势。与1991年相比，浮游植物种类多样性总体上呈现降低趋势。浮游动物的种类数量和个体密度均在2006年的调查中出现最低值，种类组成和优势种变化不大。浮游动物的种群结构质量呈现下降趋势，至2008年这一趋势有所缓和，种类数量和个体密度增加，多样性指数增大，优势度有所下降。底栖生物在2001年的调查中种类数量大幅减少，个体密度呈现明显下降趋势，物种多样性的下降和优势度的增大预示着群落结构稳定性的下降。

倾倒区海域生物群落质量现状调查发现，浮游植物恢复以硅藻为主、甲藻为次的基本结构特征，细胞分布较均匀，种类组成相对多样，群落结构比较正常。浮游动物种类组成以浮游甲壳类为主，优势种类中华哲水蚤（Calanus sinicus Brodsky）和强壮箭虫（Sagitta crassa Tokioka）均为黄渤海的常见种。生物量和个体密度在站位间差别较大，绝大多数站位的多样性指数值低于2.0，群落组成相对偏差。底栖生物组成以环节动物为主，生物量和密度分布较均匀，多样性指数和均匀度较高、优势度较低，群落结构比较稳定。与倾倒初期相比，三类生物群落结构质量均下降。按照蔡立哲对底栖动物多样性指数污染评价范围的划分标准，倾倒区目前的污染状况总体上仍属于轻度污染。

[1] 国家海洋局. 海洋监测规范 [S]. 北京: 海洋出版社, 1991:57-279.

[2] Shannon C E, Weaver W. The mathematical theory of communica-tion [M]. Urbana IL: University of Illinois Press, 1949.

[3] Pielou EC. An introduction to mathematical ecology [M]. New York:Wiley-Interscience, 1969.

[4] 李广玉, 鲁静, 何拥军. 胶州湾浮游植物多样性与环境因子的关系 [J]. 海洋地质动态, 2005, (21): 10-13.

[5] 刘素娟, 陶建华, 赵海萍. 渤海湾浮游植物的多样性分析 [J].河北工程大学学报, 2007, 24(1): 74-77.

[6] 李永祺, 丁美丽. 海洋污染生物学 [M]. 北京: 海洋出版社,1991: 445-449.

[7] 孔繁翔. 环境生物学 [M]. 北京: 高等教育出版社, 2000:162-163.

[8] 蔡立哲, 洪华生, 黄玉山. 香港维多利亚港大型底栖生物群落的时空变化 [J]. 海洋学报, 1997, 19(2): 65-70.

[9] 蔡立哲, 马丽, 高阳. 海洋底栖动物多样性指数污染程度评价标准的分析 [J]. 厦门大学学报(自然科学版), 2002, 41(5): 641-646.

[10] 纪灵, 王荣纯, 刘昌文. 烟台海洋倾倒区环境监测及对比评价[J]. 海洋通报, 2002, 22(2): 53-59.

Analysis of the features and dynamic changes of biological community structure in the Yantai marine dumping site

LIU Xu1, LIU Yan2, ZHAO Rui-liang3, JI Ling2, NING Xuan-xuan2, BO Yun-tai2
(1. North China Sea Branch, SOA, Qingdao 266033, China;2. Yantai Oceanic Environmental Monitoring Central Station, Yantai 264006, China; 3. Yantai Port Group, Yantai 264000, China)

Based on the observed data of each monitoring from 1991 to 2008 in Yantai marine dumping site, the current features and dynamic changes of biological community structure were studied. In the survey of 2008, a total of 18 taxon of phytoplankton, 23 taxon of zooplankton and 17 taxon of benthos are identified. The dominant phytoplankton species is Nitzschia closterium. Calanus sinicus and Sagitta crassa are the dominant species of zooplankton. The benthos is mainly composed by annelida, but the dominant species is not evident. The diversity analysis shows that the biological community structures are relatively normal. However, long time disposal of dredged materials have changed the biological communities in Yantai dumping site. The variety and diversity of phytoplankton decrease compared with priory period of disposal. The variety and density of zooplankton have a minimum in the survey of 2006 and the community structure tends to be simple until 2008. To benthos, the variety and density decrease apparently in comparison with priory period of dredge materials disposal. The decrease of Shannon-Weaver diversity index and increase of Dominance index indicate the decline of the stability of benthos community.

Yantai; marine dumping site; biological community; dynamic changes

Q145+.1; Q178.53

A

1001-6932(2010)04-0396-06

2009-02-13；

2009-12-07

刘旭（1971—），男，硕士，高级工程师，主要从事环境监测及行政执法工作

刘艳（1979—），女，工程师。电子邮箱：liuxue1918@sina.com