夏季福建北部近岸海域大型底栖生物群落特征

樊立静，夏永健，李益云，凌信文

(1.国家海洋局宁德海洋环境监测中心站 宁德 352100;2.国家海洋局海洋赤潮灾害立体监测技术与应用重点实验室 上海 200137)

夏季福建北部近岸海域大型底栖生物群落特征

樊立静1，2，夏永健1，2，李益云1，2，凌信文1，2

(1.国家海洋局宁德海洋环境监测中心站 宁德 352100;2.国家海洋局海洋赤潮灾害立体监测技术与应用重点实验室 上海 200137)

文章以2013年8月福建北部近岸海域采集的大型底栖动物样品和环境资料为基础，分析其群落结构特征、受扰动情况和与环境因子的关系，并运用香浓－维纳(H')多样性指数、AZTI海洋生物指数(AMBI)和多元AZTI生物指数(M-AMBI)对福建北部近岸海域生态环境质量状况进行评价。结果表明:2013年福建北部近岸海域大型底栖动物种类较少，生物密度和生物量偏低，物种小型化;调查海域底栖生物受干扰程度与环境压力梯度基本一致，宁德市因海洋开发活动较少沿岸海域底栖生物生态质量高于福州近岸海域;多样性指数H'、AMBI、M-AMBI等3种指数对福建北部近岸大型底栖生物评价结果不完全一致，AMBI指数、M-AMBI指数评价生态等级要高于多样性评价结果。

底栖生物;生物群落;海洋环境;生物多样性

Key words:Benthic organism，Biological community，Marine environment，Bio-diversity

1 引言

海洋大型底栖动物(Macrobenthos)生存于底层沉积物间，很多种类在完成变态反应之后终生只能栖息、活动在有限的河口或近海范围内，易遭受污染压力，能够对环境质量的变化做出可预测性的响应。因此，大型底栖动物的生长及生活状况不仅可以指征其栖息环境状况，而且在一定程度上也可以反映出某段时间内其生存环境的质量状况。目前应用大型底栖动物来监测环境的变化已得到越来越多的认可，相应地多种用于海洋生态系统健康评价的生物指数也被提出［1－2］。

底栖生物指数大多针对底栖动物的群落结构、丰度、生物量、物种多样性以及污染物耐受程度等方面进行研究［3－6］，多分为单变量和多变量指数。单变量的多样性指数包括Shannon-Wiener(香浓－维纳)多样性指数(H')、Margalef种类丰富度指数(d)和Pielou均匀度指数(J)，发展较为成熟，可用于监测淡水、海水底栖生物发生变化的状况，在国内外应用广泛。但有些情况下H'具有一定的不准确性，指示污染敏感度不够，难以区分生态系统所遭受的自然和人为干扰，另外不同环境状况下H'值的变化难以追溯是生境差异还是污染差异［1，7］。AMBI(AZTI's marine biotic index)指数由Borja等［8］发展而来，通过划分底栖生物的生态等级判定环境受扰动情况，所有大型底栖动物被分成5个生态群落，以不同生态群落的丰度比例为基础，得出的数值便于数理统计分析，计算公式为:

AMBI=［(0%EG I)+(1.5%EGII)+

(3%EG III)+(4.5%EG IV)+(6%EG V)］/100式中:EG I～EG V分别代表底栖生物敏感种、惰性种、耐受种、第二级机会种和第一级机会种5种生态等级丰度所占的百分比。该指数已经成功应用于欧洲波罗的海、北海、大西洋、地中海、中国环渤海潮间等区域及多种扰动情况过程(如缺氧、砂矿开采、石油平台、疏浚工程及水产养殖等)影响下的大型底栖动物生境健康评价之中［9－12］。

福建北部海域浅海面积广阔、生态类型多样，但目前对该区域底栖生物的研究报道很少［13－14］。鉴于此，本研究采用2013年福建北部近岸夏季生物和环境调查数据为基础，应用香浓－维纳多样性指数、AZTI海洋生物指数和多元AZTI生物指数，分析大型底栖生物群落结构特征和受扰动状况，并结合福建北部近岸水域的水质和沉积物情况，探讨影响底栖生物群落结构特征的主要环境因素。

2 材料与方法

2.1 调查海域及采样方法

于2013年8月(夏季)进行调查，共布设20个位点，位于25°30'03″N－27°10'00″N、119°38'39″E－120°27'00″E(图1)，调查范围北至沙埕港、南至平潭，包括宁德市和福州市。调查区地形复杂，包含沙埕港、福宁湾、三沙湾、罗源湾、闽江口5个主要港湾;河流较多，有流江、杨家溪、霍童溪、白马河、杯溪、闽江;区内还有众多岛礁。

图1 2013年夏季航次采样站位示意

调查采用挖斗式采泥器(QNC7－1)，取样面积0.05 m2，每个站位重复取样4次，用孔径为0.5 mm的套筛筛选，4次取样获得的样品合并作为该站该次采样0.2 m2内样品，所获样品用75%的酒精固定后带回实验室，随后进行种类鉴定、个体计数、称重(使用0.001 g精度天平)，并对所获数据进行统计分析。

2.2 数据分析

群落结构分析采用英国普林茅斯海洋研究所开发的 Primer 6，对大型底栖生物进行聚类分析(cluster)和多维度排序(multidimensional scaling，MDS)，分析前对底栖动物丰度数据进行平方根转化，然后计算 Bray-Curtis相似性系数，并建立相似性矩阵，最后运用平均聚类法(average method)进行聚类和排序。同时运用SIMPROF(similarity profile)对不同分组(cluster)进行检验，并删除站位较少的组。在聚类基础上，运用相似性百分比分析(similarity percentages，SIMPER)对不同分组所包含的物种进行组间平均相似性贡献率百分比排列，以找出分组群落的表征种。

采用AMBI和M-AMBI指数对近岸底栖生物受扰动状态进行评价和分析，AMBI值和M-AMBI采用AMBI 5.0软件包进行计算。在计算过程中，调查区大部分底栖生物在AMBI 5.0软件目录的EG等级分类中存在;对目录中没有EG等级分类的物种，如果在目录中有该物种更高级别的分类，就试着把物种的分类降低到属或科的水平，或将其分配到近似的物种等级，如2种方法都不可行则该物种被忽略。

采取SPSS 13.0软件分析环境因子和底栖生物密度、栖息量等相关性计算和检验。本文所有图片均由Surfer 7.0软件生成。

3 结果与分析

3.1 群落结构特征

3.1.1 种类组成

调查区共采集到浅海大型底栖生物7大类69种，其中环节动物种类最多，有34种，占总种数的49%;其次为甲壳动物16种，占总种数的23%;软体动物11种，占总种数的16%;棘皮动物4种，占总种数的6%;腔肠动物2种，占总种数的3%;脊索动物、纽形动物各1种。表明福建北部近岸海域底栖生物种类组成以环节动物、甲壳动物和软体动物为主。

调查区内各站位的平均物种数为8种，各站位底栖生物种类数的平面分布如图2所示。可以看出，不同站位底栖生物种类数分布存在较大差异，总体来看调查区底栖生物种类较少;最低值位于A07、A18、A19(4种)，最高值位于A01(13种);高值区位于沙埕港海域和三沙湾海域，低值区位于福宁湾海域和福州近岸。

图2 大型底栖生物种类平面分布

调查区内各物种的优势度并不明显，优势度超过0.02的仅有4种，分别为不倒翁虫(Sternaspis scutata)、杰氏内卷沙蚕(Aglaophamus jeffreysii)、绒毛细足蟹(Raphidopus ciliatus)和蛇尾纲 sp.(Ophiuroidea sp.)。

3.1.2 生物量和栖息密度

A04站位有1只较大的模糊新短眼蟹(重量为254 g)出现，因此剔除A04站位的模糊新短眼蟹。剔除后调查区各站位大型底栖生物的栖息密度在25～140 ind/m2，平均栖息密度为72 ind/m2，总生物量在0.12～28.36 g/m2，平均生物量为11.01 g/m2(剔除前调查区各站位大型底栖生物的栖息密度在25～140 ind/m2，平均栖息密度为72.25 ind/m2，总生物量在 0.12～1 271.42 g/m2，平均生物量为74.51 g/m2)。调查区内环节动物栖息密度最高，约占总密度的54%，但多为小型多毛类，生物量仅约占总生物量的14%;棘皮动物栖息密度位居第三，但个体较大，生物量成为调查区内生物量的最主要贡献者(图3)。

图3 大型底栖生物主要类群生物密度和生物量组成

从空间分布角度(图4)可以看出，密度平面分布与种类平面分布相似，沙埕港、晴川湾、三沙湾和罗源湾密度较高，最高值位于晴川湾A03站位(140 ind/m2);福宁湾、闽江口和长乐附近海域密度较低，最低值位于福宁湾外A07站位(25 ind/m2)。生物量平面分布呈现南、北部生物量较低，中部海域生物量较高的分布趋势，最低值位于福宁湾外A07 (0.12 g/m2)，最高值位于东吾洋内 A08站位(28.36 g/m2)。

图4 大型底栖生物群落栖息密度和生物量平面分布

3.1.3 物种多样性

本次调查的物种多样性指数和丰富度指数均较低，平均值分别为2.59和1.11;均匀度指数较高，平均值为0.90。说明此时福建北部近岸生物群落物种多样性较低，物种的丰富度不高，但物种间种类相差不大。

3.1.4 群落结构

聚类分析和MDS分析结果表明调查区内各站位间的群落结构相似性较低，大部分站位积聚在0%～20%的相似度的区间(图5)。

图5 大型底栖生物聚类分析与MDS分析结果

以15%的相似度划分，福建北部近岸20个站位被划分为6个组，第1组包含3个站位，分别是A03、A13和A14，位于晴川湾和三沙湾外海域;第2组包含10个站位，分别是A01、A02、A04、A06、A07、A10、A15、A17、A19和A20，包含位于福建北部近岸的大部分站位;第3组包含4个站位，分别是A09、A12、A16和A18，位于三沙湾内海域和闽江口海域。A05、A08、A11等3个站位各属于一组，其中A05距离岸边最远(大约为32 km)，A08位于东吾洋内，A11位于东吾洋口。从空间分布来看，不同站组之间的底栖生物群落相互嵌套，呈现出斑块状分布。

经Simper分析得出，各站位大型底栖动物群落的平均相似度较低，仅为15.2%。对平均相似性贡献率超过7%的有4种，分别是杰士内卷沙蚕、不倒翁虫、蛇尾纲和日本鼓虾(Alpheus japonicas)。

3.2 底栖生物群落受扰动状况

调查区20%的站位(A01、A04、A09、A10)多样性指数都处于3～4，这些站位底栖生物受到轻度污染，生态质量为良;65%的站位多样性指数处于2～3，这些站位底栖生物受到中等程度污染，生态质量为中;15%的站位多样性指数处于1～2，这些站位底栖生物受到严重污染，生态质量为差，指数分级如表1所示。

表1 香浓－维纳多样性指数、AMBI指数、M-AMBI指数的分级［15－

福建北部近岸大型底栖动物生态群落等级以EGI、EGII和EGIII物种为主，3个生态群落等级代表的物种所占平均比例分别为15%、48%和26%。其中，A13、A14和A16站位底栖动物生态群落等级以EGI为主，主要是一些对环境扰动敏感的物种，出现在无污染状态下(初始状态)的代表种为中亚曼吉虫(Armandia intermedia)、双鳃内卷齿蚕(Aglaophamus dibranchis)等;A04、A06、A09、A11、A15、 A19、A20等大部分站位底栖动物生态群落等级以EGII为主，主要是一些对环境扰动惰性的物种(从初始状态向轻微失衡过渡)，出现频率较高的有豆形短眼蟹(Xenophthalmus pinnotheroides)、双唇索沙蚕(Lumbrineris cruzensis)、寡节甘吻沙蚕(Glycinde gurjanovae)等;A01、A02、A12站位底栖动物生态群落等级以EGIII为主，主要是一些对环境扰动有一定耐受力的物种(轻微失衡状态)，出现频率较高的有不倒翁虫(Sternaspis scutata)、纽虫(Amphiporus sp.)、西方似蛰虫(Amaeana occidentalis);A03站位底栖动物生态群落等级以EGIV为主，主要是第二级机会种物种(从轻微失衡到显著失衡状态过渡)，代表种有稚齿虫(Paraprionospio sp.)、须鳃虫(Cirriformia sp.)、丝异须虫(Heteromastus filiformis);调查区只出现一种 EGV等级物种即小头虫(Capitella Sp.)，是第一级机会种(显著失衡状态)，小头虫是公认的指征水域环境遭受污染的生物指示种，出现在A01、A07、A09、A10、A11和A13。

各站位大型底栖动物生态等级计算的AMBI值范围为0.82～6.00，其中15%的站位的AMBI≤1.2，即大型底栖生物未受到扰动，底栖群落处于健康状态;80%的站位AMBI≤3.3，即大型底栖动物处于轻度扰动状态，底栖群落处于轻微失衡状态; 5%的站位(A03)AMBI≤4.3，即大型底栖动物受到中等扰动，底栖群落处于失衡状态。调查区35%的站位M-AMBI≥0.77，即底栖生物生态环境质量为优;55%的站位M-AMBI处于0.53～0.77，即底栖生物生态环境质量为良;10%的站位M-AMBI处于0.39～0.53，即底栖生物生态环境质量为中(表2)。

表2 大型底栖动物多样性指数H'、AMBI指数、M-AMBI指数评价结果

续表

从底栖动物多样性指数 H'、AMBI指数、M-AMBI指数分布可以看出，3种指数对福建北部近岸大型底栖生物评价结果不一致。多样性指数评价结果为福建北部近岸大部分站位生态质量处于中等水平，有3个站位生态质量差;AMBI指数、MAMBI指数评价生态等级较高，即福建北部近岸监测站位生态质量全部处于中等以上水平，少数站位质量为优。

相关分析表明，多样性指数H'和M-AMBI存在极显著正相关关系(P＜0.01)，二者评价一致，主要因为M-AMBI的指数值主要取决于多样性指数。

3.3 与环境因子的关系

根据Pearson相关性检验结果，本次调查大型底栖动物丰度与水质总磷呈极显著负相关(P＜0.01)，与水质总有机碳呈显著负相关(P＜0.05)，与沉积物pH值呈显著负相关(P＜0.05);而生物量与水质总氮呈显著负相关(P＜0.05)。

4 讨论

4.1 群落结构特征

根据《2013年东海区海洋环境状况公报》，与东海区其他海域相比，福建北部近岸海域底栖生物密度要高于江苏近岸(14 ind/m2)、长江口－杭州湾附近海域(41 ind/m2)，与浙江中南近岸海域(87 ind/m2)相近。根据《2013年福建省海洋环境状况公报》，福建近岸海域共鉴定出大型底栖生物286种，平均密度为142 ind/m2，平均生物量为57.9 g/m2;与之相比，本次调查各站位物种数偏少、生物密度偏低、生物量相差较远，主要原因是个体较大的物种在群落中占比较小，而个体较小的多毛类占比明显较高。2011年8月福建北部沿岸大型底栖生物共检出68种，平均密度为79.71 ind/m2，平均生物量为22.46 g/m2;2012年8月共检出64种，平均密度为95.58 ind/m2，平均生物量为22.63 g/m2;与之相比，2013年调查海域物种数和栖息密度变化较小，但生物量大幅度降低。事实上，随着人类活动对海洋环境的干扰越来越大，我国各地近岸海域底栖生物群落结构均出现类似情况，如莱州湾、长江口海域等［17－18］。

根据MDS和Simper分析结果，福建北部沿岸各站位的底栖生物群落结构相似性低，这可能是由于福建北部沿岸海域环境的复杂性形成不同的小生境。不同的小生境栖息着不同结构的底栖动物群落，导致各站位的底栖动物群落结构相似性都较低，类似情况也发现于渤海湾海域、长江口水域［19］。

4.2 底栖群落受扰动状况

福建北部近岸开发强度不同，最北部的宁德经济发展较慢、围海造陆工程较少、对海洋生物环境压力较小，而福州经济发展迅速、海洋开发活动很多、对海洋环境压力较大，导致宁德近岸底栖生物种类、密度和生物量均高于福州近岸，底栖动物多样性指数H'、AMBI指数、M-AMBI指数均可指示出此环境压力梯度。在我国其他海域，这3个指数也均能有效评价底栖生态质量状况，如渤海潮间带、辽东湾、东海、香港和深圳近岸海域［20－21］;AMBI和M-AMBI指数在世界应用也非常广泛，能够检测出底栖生物群落对环境压力梯度的响应。

4.3 与环境因子的关系

许多研究工作表明，盐度、水深、溶解氧能直接影响底栖生物群落的分布和组成特征。本次调查中发现调查区盐度、水深、溶解氧与底栖生物种类、密度和生物量并没有显著关系，分析原因可能是调查区盐度、溶解氧含量相近，没有达到影响底栖生物的梯度。虽然各站位水深相差较大，但因为调查区地形复杂、水动力相差较大，掩盖水深对生物的影响。此外，本次调查发现大型底栖动物与水质总磷、总氮、总有机碳和沉积物pH值呈显著负相关，其中底栖生物与水质总磷的相关关系已有研究证实［22－23］，但与水质总氮、总有机碳和沉积物pH值的相关关系还需进一步深入研究。

［1］DIAZ R J，SOLAN M，VALENTE R M．A review of approaches for classifying benthic habitats and evaluating habitat quality［J］．Journal of Environmental Management，2004，73(3):165－181．

［2］PINTO R，PATR CIO J，BAETA A，et al．Review and evaluation of estuarine biotic indices to assess benthic condition［J］．Ecological Indicators，2009，9(1):1－25．

［3］CARVALHO S，BARATA M，PEREIRA F，et al．Distribution patterns of macrobenthic species in relation to organic enrichment within aquaculture earthen ponds［J］．Marine Pollution Bulletin，2006，52(12):1573－1584．

［4］SHARMA R C，RAWAT J S．Monitoring of aquatic macroinvertebrates as bioindicator for assessing the health of wetlands:A case study in the Central Himalayas，India［J］．Ecological Indicators，2009，9(1):118－128．

［5］MURPHY J F，NAGORSKAYA L L，SMITH J T．Abundance and diversity of aquatic macroinvertebrate communities in lakes exposed to Chernobyl-derived ionizing radiation［J］．Journal of Environmental Radioactivity，2011，102(7):688－694．

［6］WETZEL M A，von der Ohe P C，MANZ W，et al．The ecological quality status of the Elbe estuary:A comparative approach on different benthic biotic indices applied to a highly modified estuary［J］．Ecological Indicators，2012，19:118－129．

［7］蔡立哲．河口港湾沉积环境质量的底栖生物评价新方法研究［D］．厦门:厦门大学，2003．

［8］BORJA A，DAUER D M．Assessing the environmental quality status in estuarine and coastal systems:Comparing methodologies and indices［J］．Ecological Indicators，2008，8(4):331－337．

［9］BORJA ，RODR GUEZ J G，BLACK K，et al．Assessing the suitability of a range of benthic indices in the evaluation of environmental impact of fin and shellfish aquaculture located in sites across Europe［J］．Aquaculture，2009，293(3－4):231－240．

［10］MUXIKA I，BORJA ，BONNE W．The suitability of the marine biotic index(AMBI)to new impact sources along European coasts［J］．Ecological Indicators，2005，5(1):19－31．

［11］LABRUNE C，AMOUROUX J M，SARDA R，et al．Characterization of the ecological quality of the coastal Gulf of Lions(NW Mediterranean)．A comparative approach based on three biotic indices［J］．Marine Pollution Bulletin，2006，52(1):34－47．［12］蔡文倩，刘录三，孟伟，等．AMBI方法评价环渤海潮间带底栖生态质量的适用性［J］．环境科学学报，2012，32(4):992－1000．

［13］欧文霞．闽东沿岸生态监控区生态系统健康评价与管理研究［D］．厦门:厦门大学，2006．

［14］马祖友，李伏庆，凌信文，等．2005年闽东沿岸大型底栖生物调查分析［J］．海洋环境科学，2007，26(6):565－567．

［15］CHEN Z H，WU H Y，CHEN K L，et al．An integrated assessment method of ecological quality status in coastal waters:Taking Tong an Bay as a case［J］．Chinese Journal of Applied Ecology，2011，22(7):1841－1848．

［16］DAUVIN J C，RUELLET T．Polychaete/amphipod ratio revisited［J］．Marine Pollution Bulletin，2007，55:241－257．

［17］刘录三，盂伟，田自强，等．长江口及毗邻海域大型底栖动物的空间分布与历史演变［J］．生态学报，2008，28(7):3024－3034．

［18］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．

［19］李宝泉，李新正，王洪法，等．长江口附近海域大型底栖动物群落特征［J］．动物学报，2007，53(1):76－82．

［20］蔡文倩，刘录三，乔飞，等．渤海湾大型底栖生物群落结构变化及原因探讨［J］．环境科学，2012，33(9):3104－3109．

［21］CAI W Q，MENG W，ZHU Y Z，et a1Assessing benthic ecologicalstatus in stressed Liaodong Bay(China)with AMBI and MAMBI［J］．Chinese Journal of Oceanology and Limnology，2013，31(3):12－22．

［22］高欣，牛翠娟，胡忠军．太湖流域大型底栖动物群落结构及其与环境因子的关系［J］．应用生态学报，2011，22(12):3329－3336．

［23］吴东浩，于海燕，吴海燕，等．基于大型无脊椎动物确定河流营养盐浓度阈值:以西苕溪上游流域为例［J］．应用生态学报，2010，21(2):483－488．

Characteristics of Macrobenthic Community in the Coastal area of Northern Fujian Province in Summer 2013

FAN Lijing1，2，XIA Yongjian1，2，LI Yiyun1，2，LING Xinwen1，2

(1．Ning De Marine Environmental Monitoring Center，Ningde 352100，China;2．Key Laboratory of Integrated Marine Monitoring and Applied Technologies for Harmful Algal Blooms，SOA，Shanghai 200137，China)

Based on the macrobenthic samples and environmental data collected from northern Fujian Province in summer 2013，the characteristics，disturbance and the relationship with the environmental factors of macrobenthic community were analyzed，and the eco-environmental quality was assessed by using the diversity index，AZTI marine biotic index(AMBI)and multivariate AZTI index(M-AMBI)．In the coastal area of northern Fujian Province in summer 2013，the macrobenthic species was less，the density and the biomass were lower，and the body size had miniaturization tendency．The macrobenthic community was affected and the degree agreed with the environmental pressure gradient，the eco-environmental quality of coastal area in Ningde where the marine developing activities were less，was higher than coastal area of Fuzhou．The assessment results of macrobenthic community using diversity index H'，AMBI index，M-AMBI were not completely consistent，the ecological levels assessed by AMBI，M-AMBI indexes were higher than those by diversity．

P74

A

1005－9857(2017)02－0085－08

2016-09-30;

2016-12-19

樊立静，工程师，硕士，研究方向为海洋环境监测与评价，电子信箱:fanlijing2006@163.com