长江口及其邻近海域春季大型底栖生物群落与环境因子的典范对应分析

贾海波，曹柳燕，胡颢琰

浙江省舟山海洋生态环境监测站，浙江 舟山 316004

大型底栖生物是海洋生态系统中最重要的生物类群之一，是海洋食物链的重要组成部分，在生态系统的能流和物流中也发挥着巨大的作用。大型底栖生物作为监测和评价海洋生态环境质量的一类重要指示生物，近年来在海域生态环境质量研究中有很多报道［1-6］。长江口地处我国东南沿海，是我国最大的河口，长江径流入海后与海水不断混合，环境因子复杂多变。长三角地区人口密集，工农业和交通运输业发达，城市生活污水和工业废水大量排放，给长江口区的生态环境带来巨大的压力。

典范对应分析(CCA)是一种非线性多元直接梯度分析方法。它把对应分析与多元回归结合起来，每一步计算结果都与环境因子进行回归，详细地研究物种与环境的关系［7］。不同于以前的直接梯度分析，典范对应分析可以结合多个环境因子一起分析，包含的信息量大，结果直观明显，从而更好地反映群落与环境的关系［8-9］。该文应用CANOCO4.0软件对获得的大型底栖生物数据与环境因子数据进行了典范对应分析，并绘制了物种、采样站位分布与环境因子关系的二维排序图，为评价长江口及其邻近海域海洋生态环境质量的现状和变化趋势及海洋经济可持续发展提供科学依据。

1 实验部分

1.1 采样方法

2009年4月对长江口及其邻近海域进行了大型底栖生物调查，调查船为“浙海环监”号。此次调查共设23个站位，调查区域及站位设置见图1。大型底栖生物定量采样使用静力式采泥器QNC4-1，采样面积为0.1 m2，每个站位采样2次。用孔径0.5 mm的网筛对样品进行分选。样品保存、分类、计数及称重均按《海洋监测规范》(GB 17378—2007)的有关规定执行［10］。

图1 长江口及其邻近海域调查站位

1.2 环境因子测定

调查的环境指标有水深(DEP)，盐度(SAL)，悬浮物浓度(SS)，底层溶解氧(DO)，化学需氧量(COD)，磷酸盐(PO-P)，硝酸盐氮(NO-N)，亚硝酸盐氮(NO-N)，氨氮(NH-N)，叶绿素a，表层沉积物中铜(Cu)、锌(Zn)、镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)、汞(Hg)及石油类的含量。表层沉积物的采样使用静力式采泥器QNC4-1，样品经风干、研磨、过筛处理(0.149 mm)，其中Cu、Zn含量采用火焰原子吸收分析方法测定，Cd、Pb含量采用无火焰原子吸收法测定，As含量采用原子荧光法测定，Hg含量采用冷原子荧光法测定。样品的采集、预处理、分析均按《海洋监测规范》(GB 17378—2007)和相关标准方法进行［10］。

1.3 数据分析

典范对应分析要求2个数据矩阵：一个是物种数据矩阵，一个是环境数据矩阵。该研究选择出现频度大于5%(至少有2个站位出现)的物种，物种数据矩阵和环境数据矩阵经过lg(x+1)转换后，应用Canoco 4.5软件进行典范对应分析［11-12］。

2 结果与讨论

2.1 大型底栖生物群落

2．1．1 种类组成

调查共获得大型底栖生物56种，其中多毛类36种，软体动物8种，甲壳类4种，棘皮动物2种，腔肠动物2种，鱼类1种，其他种类3种，多毛类占优势，占总种类数的38.7%。常见种为双鳃内卷齿蚕(Aglaophamus dibranchis)、寡节甘吻沙蚕(Glycinde gurjanovoa)、索沙蚕(Lumbrinerissp．)、小头虫(Capitellasp．)等。

2．1．2 生物量和丰度

长江口及其邻近海域大型底栖生物平均生物量为11.26 g/m2，以鱼类居首(4.62 g/m2)，多毛类次之(4.11 g/m2)。生物量高值区主要出现在嵊泗列岛附近海域及长江口外侧海域，其中以11站位为核心，该站位的生物量高达83.5 g/m2。长江口及其邻近海域平均丰度为237.4个/m2，以多毛类居首(216个/m2)，软体动物次之(9.6个/m2)。丰度高值区主要出现在外侧海域，其中13站位的丰度值高达1 060个/m2。多毛类是调查海域的主要优势类群。长江口及其邻近海域大型底栖生物生物量和丰度均呈现由近岸向外海递增的趋势，底栖生物生物量和丰度平面分布详见图2。

图2 长江口及其邻近海域大型底栖生物丰度和生物量平面分布

2.2 采样站位与环境因子的关系

长江口大型底栖生物采样站位与环境因子的二维排序图见图3。排序图中，前2个排序轴的特征值分别为0.578和0.483，环境因子轴与物种排序轴之间的相关系数分别为0.949和0.983。2个物种排序轴近似垂直，相关系数为0.014 6。2个环境排序轴的相关系数为0。说明排序轴与环境因子间线性结合的程度较好地反映了物种与环境之间的关系，排序的结果是可靠的。

图3 长江口及其邻近海域大型底栖生物站位与环境因子的典范对应分析二维排序图

各环境因子中，在第一排序轴方向上，COD与第一排序轴呈最大正相关，相关系数为0.685 5，其次为SS(0.628 1);水深与第一排序轴呈最大负相关，相关系数为 －0.391 2，其次为SAL(－0.293 5)。在第二排序轴方向上，水深与第二排序轴呈最大正相关，相关系数为0.643 2，其次为SAL(0.618 2);Cd与第二排序轴呈最大负相关，相关系数为 －0.673 6，其次为 DIN(－0.659 8)。用于排序的站位主要可分为4组。

第 1 组位于 3、4、5、6、7、9、11、14、16 站位，该组站位主要位于上海沿岸海域及杭州湾。该组站位受到了重金属和有机污染的显著影响。第2组位于 1、2、8、13、19、20、21 站位，该组站位主要位于长江口外侧海域，与水深、盐度、叶绿素a存在较大的正相关，未受到重金属污染和有机污染的显著影响。第3组位于12、15、17站位，12站位位于洋山港港池区，17站位位于舟山本岛附近的航道区，15站位也位于航道附近。从图3图中数可以看出，该组站位受到各环境因子的影响均较小，仅略为倾向于受有机污染的影响，对该组站位的影响主要来自于船舶航行、港区等人为扰动。第4组位于10、18站位，10站位位于嵊泗岛附近，18站位位于普陀山岛附近，该组站位受到各环境因子的影响均较小，在图3中位于原点附近，未受到重金属和有机污染的显著影响。

2.3 大型底栖生物种类与环境因子的关系

用于典范对应分析排序的大型底栖生物种名录见表1。长江口及其邻近海域大型底栖生物种类与环境因子的典范对应分析二维排序见图4。从图4可以看出，用于排序的大型底栖生物种类主要可分为4组。

表1 长江口及其邻近海域主要大型底栖生物名录

图4 长江口及其邻近海域大型底栖生物种类与环境因子的典范对应分析二维排序图

第1组，包括1星虫(Sipunculasp．)、2索沙蚕(Lumbrinerissp．)、3 不倒翁虫(Sternaspis scutata)、5欧文虫(Owenia fusiformis)、7掌鳃索沙蚕(Ninoe palmata)、8 拟节虫(Praxillellasp．)、9 独 指 虫(Aricidea fragilis)、10 稚齿虫(Prionospiosp．)、13双形拟单指虫(Cossurella dimorpha)、15双栉虫(Ampharetesp．)、17 角海蛹(Ophelina acuminata)、18彩虹明樱蛤(Moerella iridescens)、21钩虾(Gammarussp．)、22 孔 鰕 虎 鱼 (Trypauchen vagina)、23 倍棘蛇尾(Amphioplussp．)、24 海仙人掌(Carernulariasp．)。该组底栖生物与水深、盐度、叶绿素存在较为显著的正相关，而与悬浮物浓度、COD、总氮、磷酸盐、溶解氧及沉积物中重金属存在显著的负相关，说明有机污染与重金属污染已显著影响到该组生物的生长。

第2组，包括4小头虫(Capitellasp．)、6寡节甘吻沙蚕(Glycinde gurjanovoae)、11长手沙蚕(Magelonasp．)、16 丝鳃虫(Cirratulidaesp．)，长手沙蚕对重金属污染表现出明显的耐受性，小头虫和丝鳃虫是有机污染环境的指标生物，从图4可以看出，小头虫、丝鳃虫和寡节甘吻沙蚕对有机污染显示出明显地耐受性。

第3组，包括12双鳃内卷齿蚕(Aglaophamus dibranchis)、14 沙蚕(Nereissp．)，该组底栖生物位于原点附近，与各种环境因子均未表现出显著的相关性。

第4组，包括19豆形胡桃蛤(Nucula faba)、20圆筒原盒螺(Eocylichna cylindrella)，该组底栖生物位于图4右侧，仅与有机污染略微存在一定的相关性，而与叶绿素、水深、重金属污染等其它环境因子没有明显的相关。由于该组底栖生物主要分布于12、17站位，分析认为该组底栖生物主要受到了船舶航行、港区活动等扰动的影响。

在长江口及其邻近海域复杂环境因子的综合影响下，大型底栖生物的分布呈现出对机污染与重金属污染显著的躲避趋势，说明长江口及其邻近海域的有机污染与重金属污染已显著影响到该海域大型底栖生物的生长。

3 讨论

彭松耀等［5］认为，为悬浮物对光的吸收和散射导致透明度的下降，这些因素可能限制浮游植物的生长，进而影响到以浮游植物为食的底栖动物。这一观点解释了初级生产力和悬浮物浓度对长江口及其邻近海域大型底栖生物群落的影响。在河口海域盐度往往是决定底栖生物群落分布的重要因子［2-4］。长江口为感潮河口，盐淡水混合时空变化明显。长江和钱塘江的大量冲淡水对长江口及其邻近海域底栖生物的影响十分显著。水体富营养化会影响底栖动物的群落结构及分布［13-15］，相关研究［16-18］表明，中等程度的有机质污染会导致底栖生物在物种丰富度、丰度和生物量方面都高于受高度污染或低水平有机质污染的区域。随着近岸海域重金属污染的日益加重，表层沉积物中重金属的含量已成为影响大型底栖生物生长的重要环境因子［3，19］。通过摄食和组织吸收，环境中的重金属元素进入大型底栖生物体内，并通过食物链逐级传递、富集，对海域生态系统的健康稳定乃至人类健康构成较大威胁。

影响底栖生物的环境因子除该文所研究的之外，还有很多，如温度、底质环境、人为捕捞和养殖、海流、沉积速率、pH等，这些因素之间往往相互作用，共同作用于底栖生物［1］。而且，由于现实中环境因子的复杂性及其与生物之间的协同、拮抗等作用，很难对污染物与生物之间的作用方式进行“量-效”关系分析［6］。因此，作为一次调查数据的分析，仅能做出初步推测，为更深入的研究打下基础。

4 结论

1)此次调查共鉴定大型底栖生物56种，多毛类为主要类群，其次为软体动物。平均生物量为11.26 g/m2，以鱼类居首，多毛类次之。平均丰度为237.4个/m2，以多毛类居首，软体动物次之。生物量、丰度均呈现由近岸向外海递增的趋势。

2)CCA分析显示，大型底栖生物的分布呈现出对有机污染与重金属污染显著的躲避趋势，表明有机污染与重金属污染已显著影响该海域大型底栖生物的生长。而小头虫、寡节甘吻沙蚕、长手沙蚕和丝鳃虫对有机污染和重金属污染展现出较强的的耐受性。

3)水深、盐度、初级生产力和有机质、重金属污染是影响长江口及其邻近海域大型底栖生物群落的主要环境因子。今后需要积累更多资料，进一步研究该海域大型底栖生物与环境因子间的响应规律。

［1］李宝泉，李新正，于海燕，等．胶州湾底栖软体动物与环境因子的关系［J］．海洋与湖沼，2005，36(3)：193-198．

［2］罗民波．长江河口底栖动物群落对大型工程的响应与生态修复研究［D］．上海：华东师范大学，2008．

［3］厉红梅，李适宇，蔡立哲．深圳湾潮间带底栖动物群落与环境因子的关系［J］．中山大学学报：自然科学版，2003，42(5)：93-96．

［4］Ysebaert T，Peter M J．Spatial and temporal variation in benthic macrofauna and relationships with environmental variables in an estuarine，intertidal softsediment environment［J］．Marine Ecology Progress Series，2002，244：105-124．

［5］彭松耀，赖子尼，蒋万祥，等．珠江口大型底栖动物的群落结构及影响因子研究［J］．水生生物学报，2010，34(6)：1 179-1 189．

［6］王瑜，刘录三，刘存歧，等．渤海湾近岸海域春季大型底栖动物群落特征［J］．环境科学研究，2010，23(4)，430-436．

［7］Ter B C．Canonical correspondence analysis：a new eigenvector method formultivariate directanalysis［J］．Ecology，1986，67(5)：1 167-1 179．

［8］张金屯．植被与环境关系的分析II：CCA和DCCA限定排序［J］．山西大学学报：自然科学版，1992，15(3)：292-298．

［9］栾青衫，孙军，宋书群等．长江口夏季浮游植物群落与环境因子的典范对应分析［J］．植物生态学报，2007 ，31(3)：445-450．

［10］GB 17378—2007 海洋监测规范第7部分［S］．

［11］Ter B C，Smilauer P．CANOCO reference manual and user’s guide to Canoco for Windows：software for Canonical community ordinatio．Microcomputer Power［M］，Ithaca，New York，1998．

［12］Ng S L．Sin F S．A diatom model for inferring sea level change in the coastal waters of Hong Kong［J］．Journal of Paleoliminology，2003，30，427-440．

［13］刘录三，郑丙辉，李宝泉等．长江口大型底栖动物群落的演变过程及原因探讨［J］．海洋学报，2012，34(3)：134-145．

［14］贾海波，胡颢琰，唐静亮，等．陆源有机污染对舟山海域大型底栖生物分布的影响［J］．中国环境监测，2011，27(5)：65-69．

［15］Beukema J J．Changes in composition of bottom fauna of a tidal-flat area during a period of eutrophication［J］．Marine Biology，1991，111(2)：293-301．

［16］Pearson T H，Rosenberg R．Macrobenthic succession in relation to organic enrichment and pollution of the marine environment［J］．Oceanography and Marine Biology，An Annual Review，1978，16：229-311．

［17］Dauer D M，Conner W G．Effects of moderate sewage input on benthic polychaete populations［J］．Estuary，Coastaland Marine Sciences，1980，10：335-346．

［18］Ferraro S P，Swartz R C，Cole F A，et al．Temporal changes in the benthos along a pollution gradient：discriminating the effects of natural phenomena from sewage industrial wastewater effects［J］．Estuary，Coastal and Shelf Sciences，1991，33：383-407．

［19］贾海波，胡颢琰，唐静亮，等．长江口及其邻近海域表层沉积物中重金属含量对大型底栖生物的影响［J］．海洋环境科学，2011，30(6)：809-813．