黄河口及邻近海域底栖群落健康及生境适宜性评价❋

孙凯静， 罗先香， 张龙军， 林 颂， 王 潇

(中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，山东 青岛 266100)



黄河口及邻近海域底栖群落健康及生境适宜性评价❋

孙凯静， 罗先香❋❋， 张龙军， 林 颂， 王 潇

(中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，山东 青岛 266100)

根据2013年10月黄河口及邻近海域大型底栖动物、水和沉积环境数据，应用Multivariate AMBI(M-AMBI)指数评价了该海域的底栖群落健康和生境状况，通过分析底栖群落健康和生境质量的环境限制因子，本文对研究水域底栖生境的适宜性进行了评价。结果表明，本航次在研究海域共采集到45种大型底栖动物，分属于5个类群，其中多毛类占明显优势，底栖动物以生态组EGI和EGII为主。36.4%的站位底栖群落健康处于良好等级，18.2%的站位处于差的等级，其余各站位处于中等。主成分和相关分析结果显示，M-AMBI指数能敏感地响应底栖生境环境受扰动和污染的状况，水体水深、盐度和溶解无机氮，以及沉积物石油烃和硫化物等是限制底栖群落健康和生境质量的主要因子。根据限制性环境因子，本文对黄河口及邻近海域底栖生境的适宜性进行了划分。在水深较浅、盐度较低和污染相对较重的河口及近岸区域不适宜底栖动物的栖息；在水深较深、盐度较高和无明显污染的近海区域较适宜大型底栖群落的栖息和健康。

M-AMBI指数；底栖群落健康；生境适宜性；黄河口

黄河口位于渤海湾与莱州湾之间，山东省境内。黄河口及邻近海域既是中国黄渤海重要的渔业资源区，也是渤海的重要生态功能区，在生物多样性保护与生态功能恢复方面具有重要的现实意义与价值。但该区域也是受人类活动影响，环境变化最为剧烈的区域之一[1]。近几十年来，黄河入海径流量和输沙量剧烈减少[2-3]，特别是近十年黄河的调水调沙工程使得河口处于剧烈地动态变化，对河口区域的水、沙输运[2,4]和营养物质的传输[5]，乃至整个渤海的物质输运均产生了较大影响，这势必会影响黄河口及沿海海域的生态和生物地球化学过程[4]。

底栖无脊椎动物经常被作为生物指示物来监测环境变化，它们能够快速响应自然或人为扰动引起的环境压力变化[6]，指示随时空变化环境受扰动的状况[7]。建立在大型底栖生物群落基础上的生物指数法已经成为监测和评价海洋生态系统健康的重要工具之一[8]。其中，建立在大型底栖动物生态分组基础上的AZTI’s Marine Biotic Index(AMBI指数)[9]和融入了因子分析的Multivariate AMBI(M-AMBI)指数[10]在欧盟和北美河口和近海水域的生态状况评价和底栖群落健康评价中得到了广泛的应用[11-14]。通过多种生物指数在黄河口及邻近海域底栖群落健康和生境质量评价中的对比，以及各指数对环境压力梯度数据的响应关系，M-AMBI指数被认为能较客观地反映该海域底栖群落健康及生境的质量状况[15]。底栖生境状态是影响大型底栖动物群落组成和分布特征的重要环境要素[16]，其生境状态的适宜程度影响底栖群落的健康[17]。本文基于2013年10月黄河口及邻近海域底栖生境的物理、化学和生物数据，利用M-AMBI指数对研究水域大型底栖动物群落健康和生境状况进行了评价，并通过生物指数与环境压力梯度数据之间的响应关系筛选出了底栖生境健康的限制性环境因子，在此基础上进行了底栖生境的适宜性评价，以期为河口生态系统的评价和管理提供数据支撑和科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域及样品的采集

于2013年10月对黄河口及邻近海域进行了水质、沉积物和大型底栖动物样品的采集。研究区内共布设了11个站位，区域范围为37°28′N～37°57′N，119°12′E～119°31′E，采样站位如图1所示。使用0.05m2的Van Veen抓泥斗进行表层沉积物样品和底栖生物样品的采集。底栖生物样品在现场用海水过1mm铁筛，将铁筛上面的大型底栖动物标本及残渣全部转移至样品瓶中，然后加入5%(V/V)的福尔马林现场固定。在采集沉积物和底栖生物的站位同时进行海水样品的采集。水质、沉积物和底栖生物样品的采集、预处理和分析均按中华人民共和国《海洋调查规范》(GB 17378.4-2007；GB17378.5-2007；GB/T12763.6-2007)进行。

图1 黄河口及邻近海域采样站位图Fig.1 Sampling stations in the Huanghe Estuary and its adjacent areas

1.2 样品分析

现场测定水深(Depth)、盐度(S)、pH和溶解氧(DO)。水体盐度采用便携式301型CTD走航连续测定，pH由pHS-2型酸度计测定，溶解氧(DO%)由YSI-5000溶氧仪(膜电极法)走航连续测定。化学需氧量(COD)采用碱性高锰酸钾法24 h内测定；溶解无机氮(DIN)采用营养盐自动分析仪(BRAN+LUEBBE AA3,Germany)测定。

沉积物中的硫化物(Sulfide)含量采用酸挥发分离-碘量法测定；石油烃(TPH)采用紫外分光光度法测定；总有机碳(TOC)采用过80目筛的样品，经10%的盐酸处理后在元素分析仪(FLASH-2000, Elementar, America)上进行测定。

1.3 数据分析

所有大型底栖动物的命名根据中国海洋生物名录进行核查[18]，都被确认分类到最低可能的分类水平。利用M-AMBI指数[10,8]评价研究海域底栖群落健康及生境质量状况。大型底栖动物的生态分组(Ecological Group，简称EG)和M-AMBI指数的计算应用AMBI 4.0软件进行。本次调查的全部底栖动物在AMBI 4.0软件目录的EG等级分类中都有。其中2种底栖动物，异足目(Anisopoda)和稚齿虫(Prionospiosp.)未分组(它们不属于AMBI物种目录中的任何一种)。未分组的这两个物种出现在4个站位中，并且它们在各站位中所占的比例均低于20%，不影响M-AMBI指数的计算结果[19]。

M-AMBI是建立在AMBI基础上，整合了底栖群落生态等级(AMBI指数)、物种丰富度(richness)和Shannon-Wiener多样性指数(H')的一种多变量生物指数[10,8]。M-AMBI的计算应用AMBI 4.0软件(http://www. azti.es)进行。根据Borja等建议的M-AMBI指数参考条件的设定[20]，本文M-AMBI指数计算选择黄河口及邻近海域2004—2013年近10年研究区底栖动物物种丰富度(Richness)和香农-威纳多样性指数(Shannon-Wiener index，H')的最高值，以及AMBI指数的最低的值作为底栖生境质量最优的参考条件，其物种丰富度为26，多样性指数值为4.23，AMBI值为0。无底栖动物出现的站位为“极不健康”的参考点，其物种丰度和多样性指数值为0，AMBI值为6。M-AMBI值的范围从0(底栖群落健康和生境质量最差)到1.0(底栖群落健康和生境质量最优)。M-AMBI指数评价的底栖群落健康和生境质量状况等级划分见表1[21-22]。

表1 M-AMBI指数值及底栖生境质量状况分级

注：M-AMBI指数的边界参照Borja等人校准的值[20]；底栖健康及生境状况分级参照Borja等人的值[21]。M-AMBI boundaries intercalibrated in Borja et al.[20]；Benthic health and habitat status classifications defined in Borja et al.[21].

1.4 数据处理

运用suffer8.0、Origin 8.5和SPSS19.0等软件进行数据和绘图的处理。

2 结果与讨论

2.1 大型底栖动物分布特征

2013年10月，在研究区共采集到大型底栖动物45种，分属于5个类群，分别为多毛类、软体动物、甲壳类、棘皮动物和纽形动物(见图2)。其中，多毛类占明显优势，有20种(44.4%)，其次为软体动物和甲壳类，分别有13种(28.9%)和7种(15.6%)，棘皮动物和纽形动物仅分别有3种和2种。此次调查各站位采集到的大型底栖动物物种数较少，其范围为2～12种。物种数出现较多的为远离河口和近岸的H03、H05和H07站位，H04、H06和H10站位的物种数较少。其中，H10站位仅出现了2种大型底栖动物。

图2 大型底栖动物物种分布特征Fig.2 The species richness distribution characteristics of macrobenthos

大型底栖动物各生态组丰度及分布如图3所示。研究区大型底栖动物群落以EGI代表的对环境扰动敏感的物种和EGII代表的对环境扰动惰性的物种为主，分别占35.6%和36.7%。EGIII所代表的对环境有一定耐受力的物种占24.4%。出现了2种以EGIV代表的第二机会种，分别为多丝独毛虫(Tharyxmultifilis)和脆壳理蛤(Theorafragilis)，其丰度占研究区总丰度的2.8%，它们出现在H02、H03和H07站位。EGV代表的第一级机会种仅出现了1种，即光滑河兰蛤(Potamocorbulalaevis)，其丰度比例为0.5%，仅出现在了H04站位。

H07和H08站位的物种丰度值远远高于其他站位，其总丰度值分别为480和410ind./m2。物种丰度最低的为H10站位，其值为20ind./m2。除了H08和H10站位，其它站位EGI和EGII的总丰度比例均超过了60%。

图3 大型底栖动物各生态组丰度及分布Fig.3 The species abundance of macrobenthos with each of the EGs

2.2 基于M-AMBI指数的底栖群落健康及生境状况评价

研究区各站位M-AMBI指数值的范围为0.35～0.67(见图4)。其中远离河口和近岸的H03、H05、H07和H09站位的M-AMBI指数值在0.55～0.85之间，底栖群落处于轻微失衡状态，底栖生境受到轻度扰动，所在站位的底栖生境质量未退化，处于良好状态。位于河口附近的H04和黄河口南岸近岸水域的H10站位的M-AMBI指数值小于0.39，底栖群落向重度污染过渡，底栖生境受到重度扰动，所在站位底栖生境质量退化较严重，处于差的等级。这是因为在H04站位中仅出现了3个物种，而且生态等级EGV的光滑河兰蛤的丰度占到该站位总丰度的22%。过低的物种数和EGV物种较高的丰度比例是导致H04站位M-AMBI指数值较小，底栖生境质量等级差的原因。虽然H10站位的物种均处于EGI和EGII生态等级，但在该站位仅出现了2个物种。过低的物种数本身就反映出环境已经受到了不同程度的扰动或污染。其余靠近河口和近岸的5个站位的样品M-AMBI指数值在0.39～0.55之间，底栖群落向污染过渡，底栖生境受到中度扰动，所在站位底栖生境质量已经开始退化，处于中等级别。对比2011年5月和8月的评价结果显示[15]，研究海域大型底栖动物群落健康呈现季节性的差异，5月份优于8月份，8月份优于10月份。

图4 M-AMBI值及底栖生境状态等级Fig.4 The M-AMBI values and benthic habitat status classes

2.3 底栖群落健康的限制因子分析及底栖生境适宜性评价

生物指数与环境因子之间的关系可以表明大型底栖动物对环境扰动和污染的响应的敏感程度[22]。本文应用主成分分析筛选出了能直接反映研究区水域底栖群落健康和生境质量状况的主要成分，并讨论了生物指数与该水域水环境和沉积环境参数之间的相关性，筛选出了底栖群落健康及生境质量的环境限制因子。

主成分分析包括6个水环境因子、3个沉积环境因子和8个底栖生物因子。表2为研究海域水体及沉积环境因子的变化范围及平均值。主成分分析结果显示，前两个主成分的特征值分别为5.769和3.619，这两个主成分解释了总方差的55%(见图5)，第一主成分中有较大载荷的环境因子包括水体盐度(S)、溶解无机氮(DIN)、水深(Depth)和沉积物石油烃(TPH)，底栖生物因子包括物种数(Richness)、M-AMBI指数、生态组EGII和EGIV。第一主成分反映了底栖栖息环境的大部分的物理、化学和底栖生物特征。第二主成分中有较大载荷的为水体溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)和沉积物硫化物(Sulfide)，该主成分主要反映了底栖栖息环境的化学特征。

表2 水体和沉积环境因子的变化范围及其平均值

图5 主成分分析结果图Fig.5 The results of principal component analysis

表3为各生物指数与环境因子之间的相关性分析结果。在研究区底栖动物生态组占明显优势的EGII物种与水体COD、沉积物硫化物呈现显著的负相关关系，与水体DO呈现弱的正相关性。而主要出现在扰动和污染区域EGIV物种与沉积物石油烃含量呈现极显著的正相关关系。这说明研究区大型底栖动物对扰动和环境污染具有很敏感的响应。M-AMBI指数、底栖动物物种数与水体的水深、盐度均呈现显著正相关性，物种数与水体溶解无机氮呈现显著的负相关关系，M-AMBI指数与水体溶解无机氮呈现弱的负相关关系。在河口地区盐度是影响底栖生物物种分布主要的因素之一[23]。在水深和盐度梯度变化较大的黄河口及邻近海域，从河口到近海，随着水深的增大和盐度的升高，底栖动物物种数显著增加，在远离河口的区域各站位底栖动物的生态组以EGI以和EGII为主。M-AMBI指数的评价结果也显示靠近河口的站位的底栖群落健康和生境质量远低于远离河口的4个站位(H03、H05、H07和H09)(见图4)。

表3 环境因子与底栖生物因子的相关性分析系数

注：n=11，黑体加下划线表示在p<0.01范围内显著相关；下划线表示在p<0.05范围内显著相关。

Note:n=11,bold and underlined numbers are significant atP<0.01;underlined numbers are significant atP<0.05.

通过主成分分析和相关分析结果表明在黄河口及邻近海域大型底栖动物物种数和M-AMBI指数主要受水深、盐度和溶解无机氮的影响和限制，底栖动物生态组成受水体COD、DO和沉积物石油烃和硫化物的影响。根据限制底栖群落健康的环境因子作者对黄河口及邻近海域底栖生境适宜性进行了划分。在河口附近及近岸水域水深较浅、盐度较低和水体溶解无机氮污染较严重的区域不适宜大型底栖动物群落的健康，在该区域水体溶解无机氮平均含量达到0.38mg/L，超过了国家海水水质的二类标准。同时在这些区域水体中COD浓度、沉积物石油烃和硫化物浓度虽然低于国家海水和沉积物的一类标准，但出现了明显的指示环境扰动和污染的生态组EGIV和EGV的底栖生物。而在远离河口和近岸的水域，例如H03、H05、H07和H09站位，这些区域水深较深，水体盐度较高，水体和沉积物没有出现明显的污染现象，大型底栖动物物种数较高，底栖生物以生态组EGI和EII为主，该区域较适宜底栖群落栖息。

3 结语

M-AMBI指数整合了底栖生物生态群落等级(AMBI)因子、物种丰富度和多样性指数因子[21]。该指数能较全面地反映了底栖群落健康状况。本研究结果也表明，在黄河口及邻近海域M-AMBI指数与水深、盐度和pH等环境因子之间具有较好的相关性，能敏感地响应环境压力梯度的变化，有效地区分了底栖动物受扰动的情况。因此，在研究区M-AMBI指数较客观地反映底栖群落健康和生境质量状况。此外，根据底栖群落健康的环境限制因子的分析表明，在河口及近岸水深较浅、盐度较低和水体溶解无机氮污染较严重的区域不适宜大型底栖动物群落的生存,在远离河口和近岸水深较深、盐度较高、水体和沉积物无明显的污染的区域较适宜底栖群落的栖息和健康。

致谢：非常感谢中国海洋大学生命学院于子山老师及课题组成员在大型底栖动物样品的定性定量分析方面的工作。

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责任编辑 庞 旻

The Assessment of Benthic Community Health and Habitat Suitability in Huanghe Estuary and Its Adjacent Areas

SUN Kai-Jing, LUO Xian-Xiang, ZHANG Long-Jun, LIN Song, WANG Xiao

(The Key Laboratory of Marine Environment and Ecology, Ministry of Education,Ocean University of China, Qingdao 266100, China)

Based on the data of macrobenthos, water and sediment from October 2013 in the Huanghe estuary and its adjacent areas, using multivariate AMBI index (M-AMBI) to assess benthic community health and habitat status in the study area. By analyzing restrictive environmental factors of benthic community health and habitat quality status, benthic habitat suitability was evaluated in the study area. The results showed that a total of 45 macrobenthos were collected, which belong to five phyla. The macrobenthos were dominated by polychaetes. The ecological groups (EG) of macrobenthos were dominated by EGI and EGII. 36.4% samples were in “Good” benthic habitat quality (BHQ), 18.2% samples with “Bad” BHQ. Others were in “Moderate” BHQ. The results of principal component analysis (PCA) and correlation analyses showed that the M-AMBI could sensitively respond the disturbance and pollution of benthic habitat status. The water depth, salinity (S), dissolved inorganic nitrogen (DIN), and sediment petroleum hydrocarbon (TPH) and sulfide were main restrictive factors of benthic community health and habitat quality status. According to these factors, the suitability of benthic habitat was divided in the Huanghe estuary and its adjacent areas. The areas with shallow water, low salinity and relatively heavy pollution were not suitable for macrobenthos. The areas with deep water, high salinity and no obvious pollution were suitable for macrobenthos.

M-AMBI； benthic community health； habitat suitability； Huanghe Estuary

海洋生态红线区划管理技术集成研究与应用项目(201405007)；国家自然科学基金委员会-山东省人民政府联合资助海洋科学研究中心项目(U1406403)；国家海洋局环境评价项目(DOMEP(MEA)-01-01)资助

2014-12-31；

2015-04-15

孙凯静(1989-)，女，硕士生。E-mail：sunkaijing66@163.com

❋❋通讯作者： E-mail：lxx81875@ouc.edu.cn

X171.1

A

1672-5174(2015)12-107-06

10.16441/j.cnki.hdxb.20140444