桑沟湾大型底栖动物生物多样性研究*

王宗兴,孙丕喜**,刘彩霞,刘新杰,连 岩,徐玉珊

(1.国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266061;2.山东出入境检验检疫局检验检疫技术中心,山东青岛266002;3.山东省荣成市海洋环境监测中心,山东威海264309)

桑沟湾大型底栖动物生物多样性研究*

王宗兴1,孙丕喜1**,刘彩霞2,刘新杰3,连 岩3,徐玉珊3

(1.国家海洋局第一海洋研究所,山东青岛266061;2.山东出入境检验检疫局检验检疫技术中心,山东青岛266002;3.山东省荣成市海洋环境监测中心,山东威海264309)

为了解桑沟湾大型底栖动物多样性现状,作者于2009年7月和12月对桑沟湾9个站位进行2个航次的采样,以种类组成、生物量和栖息密度为基础,采用物种多样性指数(Shannon-Wiener index)、物种丰富度指数(Species richness index)以及物种均匀度指数(Species evenness index)对大型底栖动物多样性及其影响因子进行了分析。结果表明:共采到大型底栖动物83种,其中多毛类45种,占种类总数的54.22%,软体动物11种(占13.25%),甲壳类23种(占27.71%),其他4种(占4.82%)。各站获得平均种类数在2～28种之间,种类最少的出现在夏季的C8站,最多的出现在夏季的C4站。不同养殖区生物多样性指数差异也很大,物种多样性(H′)和物种丰富度指数(D)均以贝类养殖区最高,藻类养殖区最低,而物种均匀度指数(J′)以贝藻混养区最高,藻类养殖区最低。生物多样性除了受种的数量及其个体密度的影响外,还与多种环境因素有关,相关性分析结果表明:水温、盐度、沉积物类型和硫化物含量是影响桑沟湾大型底栖动物生物多样性的主要环境因子。

大型底栖动物;生物多样性;桑沟湾

桑沟湾地处山东半岛东端(37°01′N～37°09′N,122°24′E～122°35′E),面临黄海,为半封闭型海湾,开口向东,口门北起青鱼嘴,南至褚岛,宽度11.5 km,湾内平均水深7～8 m,最大水深15 m,海域面积约140 km2,自然环境条件良好,是我国著名的海珍品和大型藻类养殖基地[1,2]。随着湾内增养殖面积的逐年增加,湾内大量的增养殖带来的环境污染,直接威胁着原本较脆弱的生态环境,从而改变了湾内底栖动物的生物量、栖息密度和生物多样性指数,但是关于桑沟湾大型底栖动物多样性的研究鲜见报道。为了解桑沟湾大型底栖动物生物多样性现状,于2009年对桑沟湾9个站位进行了夏、冬2个航次的调查。本文根据调查所获海底表层采泥定量资料,对桑沟湾大型底栖动物生物多样性进行了初步研究,阐明桑沟湾大型底栖动物多样性现状,分析影响桑沟湾大型底栖动物多样性的因子,为桑沟湾的生态环境监测和持续开发利用提供科学的依据,亦可为海湾生物多样性研究提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 研究海域与站位布设

2009年7月和12月对桑沟湾海域的9个站位进行了2个航次的大型底栖动物调查,共设9个取样站,其中C5站位于贝类养殖区,C6和C8站位于藻类养殖区,C2、C3、C4、C7和C9站位于贝藻混养区[3],C1站位于湾口非养殖区作为对照,站位分布见图1。所测各站位的环境参数见表1。

图1 桑沟湾取样站位示意图Fig.1 Map of samp ling stations in the Sanggou Bay

表1 桑沟湾各站位环境参数(2009年7月测)Table 1 Environmental factors of sampling stations in the Sanggou Bay(July 2009)

1.2 取样方法

用0.05 m2抓斗式采泥器在调查站位定量采集表层沉积物样品,每个站3个重复样,混合后用1和0.5 mm孔径的套筛进行筛选,具体操作均按《海洋调查规范》[4]和相关国际规范[5-6]实施。将样品带回实验室后经种类鉴定、个体计数、生物量计算,再与同时获得的温度、盐度等环境参数进行相关分析。

1.3 数据处理

运用物种多样性指数、物种丰富度指数、物种均匀度指数对底栖动物的群落结构、组成特点及数量动态特点进行分析。

物种多样性(H′)的计算采用Shannon-W iener[7]的计算公式:H′=-∑(Pi)(log2Pi),其中,Pi为样品中i种的密度比例,如样品总密度为N,第i种的密度为Ni,则Pi=Ni/N。

物种丰富度(D)的计算采用Margalef[8]的计算公式:D=(S-1)/log2N,N为底栖动物密度(单位:个/m2),S为采泥样品中的种数。

物种均匀度(J’)的计算采用Pielou[9]的计算公式:J′=H′/log2S。

采用PRIM ER 5.0软件[10]进行上述指数的计算。

采用SPSS 18.0软件包中的Co rrelate分析(Pearson)来检验上述多样性指标与环境因子的相关关系,使用One-Way ANOVA和配对样本t检验来检验航次间多样性指数的差异显著性[11]。

2 结果

2.1 种类组成

采泥样品经分析、鉴定,共采到大型底栖动物83种,其中多毛类45种(占种类总数的54.22%),软体动物11种(占13.25%),甲壳类23种(占27.71%),其他4种(占4.82%)。在组成上以温带种和广温性广布种为主。桑沟湾大型底栖动物的优势种或常见种名录见表2。

表2 桑沟湾大型底栖动物优势种或常见种名录Table 2 Dominant species of macrobenthic fauna in Sanggou Bay

2.2 多样性指数的水平分布

各站物种多样性指数波动幅度较大,最高值出现在冬季的C5站,为2.84,该站物种丰富度和均匀度指数数值也较大;最低值出现在夏季的C8站,仅为0.29,该站丰富度和均匀度指数也很低。

从图2、图3可以看出,C4站大型底栖动物的物种多样性和物种丰富度指数较大,C7和C8站的物种多样性和物种丰富度指数均极小。从图4可以看出,C7站均匀度指数最高,C8站最低。

不同养殖区各生物多样性指数存在明显差异(见图5),物种多样性和物种丰富度指数均以贝类养殖区最高,藻类养殖区最低,而物种均匀度指数以贝藻混养区最高,藻类养殖区最低。

图2 各站大型底栖动物平均物种多样性指数Fig.2 Average Shannon-Wiener index of macrobenthic fauna in each station

图3 各站大型底栖动物平均物种丰富度指数Fig.3 Average species richness index of macrobenthic fauna in each station

图4 各站大型底栖动物平均物种均匀度指数Fig.4 Average Pielous evenness index of macrobenthic fauna in each station

图5 不同养殖区大型底栖动物多样性指数Fig.5 Biodiversity indices of different aquicultural area

2.3 多样性指数的季节变化

桑沟湾大型底栖动物群落的种数、物种多样性、丰富度和均匀度指数季节间的差异不显著(P>0.05),夏季种数、丰富度指数略高于冬季,冬季物种多样性、均匀度指数略高于夏季(见表3)。冬季虽然水温偏低,采集到的样品种类数少于夏季,但各物种间数量较均衡,故物种多样性和均匀度指数较高。

2.4 多样性指数与环境因子的关系

相关分析表明,沉积物的各种环境因子对桑沟湾大型底栖动物生物多样性的影响要高于底层水的影响。

物种多样性指数和沉积物的粉砂含量呈正相关,与沉积物砂含量、硫化物、水体悬浮物含量呈负相关;丰富度指数与水温呈正相关,与沉积物硫化物、底层水水温、盐度呈负相关;均匀度指数与粉砂呈显著正相关关系,与沉积物硫化物、底层水水温、硅酸盐呈负相关(见表4)。

总体看来,桑沟湾大型底栖动物多样性指数与沉积物粉砂含量呈正相关,与沉积物砂含量和硫化物呈负相关,与水体盐度、悬浮物也呈较强的负相关关系;与沉积物重金属含量、底层水COD等环境因子的相关性不显著。

表3 大型底栖动物种类数(S)、物种多样性指数(H′)、丰富度指数(D)和均匀度指数(J’)Table 3 Biodiversity indices of all stations based on the data of each cruise

表4 大型底栖动物多样性指数与环境因子的相关性(Pearson相关)Table 4 Pearson co rrelations between biodiversity indicesof macrofauna and environmental

3 讨论

本次调查所获大型底栖动物的种类数远少于1983年调查结果[1-2],也少于南黄海[12-13]、渤海[14-15]及其邻近的乳山湾[16]、青岛近海[17]和胶州湾[18-21]的调查结果(见表5);大型底栖动物种类组成与1983年相比也发生了较大的改变,软体动物变少而个体较小的多毛类增多,这与南黄海[13]和胶州湾[19,22]的调查结果相同;个体较小的多毛类成为桑沟湾大型底栖动物第1大类群,造成大型底栖动物栖息密度大幅增高(1 162个/m2,2009年;9.65个/m2,1982年),而生物量(20.12 g/m2,2009年;104.36 g/m2,1983年)却降低的现象;不同养殖区大型底栖动物生物多样性指数存在差异,藻类养殖区各多样性指数均最低,而贝类养殖区物种多样性和物种丰富度指数均最高,均匀度指数也较高;本次调查所获桑沟湾物种多样性指数(H′)平均仅为1.78,低于乳山湾[16]、青岛近海[17]和胶州湾[19,24]的调查结果。上述结果表明多年的大规模养殖活动对桑沟湾大型底栖动物群落已经造成了影响,尤以藻类养殖为甚,藻类养殖区大型底栖动物种类数及各多样性指数均低于其他养殖区域,底栖动物群落结构趋向简单,这可能与藻类养殖活动影响导致水体营养化程度较高有关[25],也可能存在着更深层次更复杂的原因,需要引起重视,深入研究。

表5 桑沟湾大型底栖动物种数、密度、生物量与其它海域的比较Table 5 Comparison of Species,Density and Biomass of macrobenthos in Sanggou Bay with other seas

生物多样性主要受种的数量及其个体密度的影响。桑沟湾物种多样性指数最高的冬季C5站,共采到20种动物,且无数量特别大的种;而物种多样性指数最低的C8站,仅采到2种大型底栖动物;C7站虽采到的底栖动物种类较少,但各种类密度较均一,所以均匀度指数最高。

另外,生物多样性指数还与多种环境因素有关。在不同的时间和空间尺度上的自然或人为的干扰都会导致底栖动物群落组成和生物多样性的变化[26]。从表4中可以看到,桑沟湾大型底栖动物物种数与水温正相关,与盐度负相关,这与于海燕等[19]在胶州湾的调查结果相同。物种数、各多样性指数与沉积物硫化物含量均呈负相关,表明硫化物是影响桑沟湾大型底栖动物分布的重要环境因子。沉积物粉砂含量与多样性指数呈正相关,尤其是与均匀度指数达到显著正相关(P<0.05),而沉积物砂含量则与多样性指数呈负相关,表明底质类型也是影响大型底栖动物群落分布的重要环境因子,这与李新正等[18],Gray[27],李宝泉等[28]的研究结果相符。总之,水温、盐度、沉积物类型及硫化物含量是影响桑沟湾大型底栖动物多样性的主要环境因子。

桑沟湾这样1个半封闭型的局部生态系统,其平衡很容易被打破,这需要人们更密切监测桑沟湾大型底栖动物多样性的变化,分析人类活动对桑沟湾生态环境的长远影响,加强对其生态环境的保护。

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The Species Diversity of Macrobenthic Fauna in Sanggou Bay,China

WANG Zong-Xing1,SUN Pi-Xi1,LIU Cai-Xia2,LIU Xin-Jie3,L IAN Yan3,XU Yu-Shan3
(1.First Institute of Oceanography,SOA,Qingdao 266061,China;2.Technical Center of Inspection and Quarantine,Shandong Administration for Entry-Exit Inspection and Quarantine,Qingdao 266002,China;3.Marine Environmental Monitoring Center,Rongcheng Fishery and Ocean Bureau,Shandong Province,Weihai264309,China)

We surveyed the macrofauna diversity at 9 sampling stations of the Sanggou Bay during two cruises from July 2009 to December 2009.The species diversity was studied based on quantitative investigations of species composition,abundance and biomass.In analyzing the data,the Shannon-W iener index,species evenness and species richness indices are used to study the distributional trends of community structure,the distributional trends of species assemblages and dominant species of macrobenthic fauna in Sanggou Bay.The results show ed the following:A total of 83 species macrobenthic animals w ere obtained,of which 45 species were Polyehaeta,11 were Mollusca,23 were Crustaeea,and the rest 4 were other animal groups.The average number of species was about 2-28 per samp le station,the lowest number,2 species,w as found in Station C8 reco rded in July 2009,the maxim um num ber,28 species,w as found in Station C4 recorded in Dec.2009.Therewas great difference of biodiversity indices between each aquicultural area,both the Shannon-W iener indexand species richness index were highest in Bivalves cultural area.And the Shannon-Wiener index,Pielou evenness index,species richness index were lowest in Kelp cultural area.The number of species and its abundance have great effect on biodiversity,some environmental factors such as temperature,salinity,sediment grain size and sulfides have great effect on biodiversity,too.

macrobenthic;biodiversity;Sanggou Bay

Q178.1;Q958.1

A

1672-5174(2011)7/8-079-06

海洋公益性行业科研专项(200805031)资助

2010-09-07;

2011-02-24

王宗兴(1980-),男,助理研究员。研究方向:海洋底栖动物分类与生态学。

**通讯作者:E-mail:pxsun@fio.o rg.cn

责任编辑 朱宝象