基于大型底栖动物群落特征的黄河口及邻近水域健康度评价❋

张 嵩， 张崇良， 徐宾铎， 任一平

(中国海洋大学水产学院，山东 青岛 266003)

基于大型底栖动物群落特征的黄河口及邻近水域健康度评价❋

张 嵩， 张崇良， 徐宾铎❋❋， 任一平

(中国海洋大学水产学院，山东 青岛 266003)

根据2013年8和10月、2014年2和5月在黄河口及邻近水域的大型底栖动物调查数据，采用群落物种多样性指数和丰度/生物量比较曲线，对黄河口大型底栖动物群落结构和生态状况进行分析。黄河口及邻近水域共采集到大型底栖动物80种，以多毛类、节肢动物和软体动物为主。10月优势种为纽虫，2和8月优势种为江户明樱蛤(Moerellajedoensis)，5月无优势种。各群落物种多样性指数的季节变化趋势相同，均为2月最高，5和10月次之，8月最低，丰度/生物量比较曲线结果和多样性指数一致。研究结果表明，黄河口及邻近水域底栖生态状况全年显示为未受扰动状态，群落结构较稳定，其中冬季最优，其次为秋季和春季，夏季最差。空间变化表现为，靠近河口水域的生态状况较差，底栖动物物种丰富度较低，而远离河口区域的生态状况较好。

黄河口；大型底栖动物；群落；多样性指数；生态状况

河口是淡水生态系统与海洋生态系统的混合区域[1]，由于其地理位置特殊性，理化环境复杂多变，是连接陆地和海洋生态系统的纽带[2]。底栖动物(如多毛类，软体类)在生态系统能量流动中具有重要的生态学意义，在维持水生生态系统的完整性方面具有关键功能[3]，且底栖生物的个体大小、营养类型、生活方式和耐污能力等特点具有差异性，对不同的环境变化具有特异的响应特征，底栖生物种类和数量的变化能够直接反映其所在系统的环境变化，底栖动物可以作为监测环境变化的指示生物[4]。在描述底栖动物群落结构及其生态状况的变化时，生物多样性指数和ABC曲线应用较早[5-6]，由于2种方法可以定量地反映生物群落的物种多样性程度，且其计算相对简单，因此广泛应用于生物群落结构和生态系统稳态的评价[7]。

黄河口位于渤海湾和莱州湾之间，属于典型近岸河口生态系统。每年大量淡水随黄河径流进入渤海，将大量营养盐、有机碳、重金属、工业废水和生活污水等污染物带入到黄河口水域，对该河口生态系统产生重大影响[8-10]。近年来实施的调水调沙工程，会在短时间内将大量淡水和泥沙冲入河口水域，造成较为剧烈的环境波动，对黄河口及邻近水域的生态系统产生巨大的冲击[11-12]。由于底栖生物活动能力弱、活动范围小、且对环境变化敏感[13]，基于大型底栖动物群落变化的调查和监测，可以准确地反映该水域底栖生态环境的现状和长期性变化。

本文根据2013年8、10月和2014年2、5月在黄河口及邻近水域进行的大型底栖动物调查数据，运用群落物种多样性指数和丰度/生物量比较曲线，从生物学角度对黄河口及邻近水域大型底栖动物群落结构及其生态状况进行分析，以期为黄河口水域底栖生态环境的监测、评价和保护提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 采样与分析

本文数据来源于2013年8月(夏季)、10月(秋季)和2014年2月(冬季)、5月(春季)在黄河口及其邻近海域进行的大型底栖动物调查。调查海域范围为119°00′E～119°36′E，36°30′N～38°12′N。该调查沿河口方向设置5个调查断面(A～E)，每个断面设置3～4个站位不等，共计18个站位(见图1)。使用0.1 m2的箱式采泥器进行采样，每个站点采3个平行样品，所获泥样经孔径0.5 mm的套筛冲洗后，挑选全部生物个体，现场用5%海水甲醛溶液固定保存，带回实验室进行种类鉴定和数量分析。大型底栖动物样品的采集、分析严格遵照《海洋监测规范第7部分：近海污染生态调查和生物监测》(GB 17378.7—2007)实施。

图1 黄河口及其邻近海域大型底栖动物调查站位

1.2 分析方法

应用优势度(Y)指数计算不同月份的黄河口及邻近水域大型底栖动物优势度并确定优势种，计算公式为：

生物多样性指数应用于指示生物群落结构变化，反映生态状况变化状况，其中应用较为广泛的为Shannon-Wiener多样性指数(H’)[15]、Margalef物种丰富度指数(D)[16]和Pielou均匀度指数(J’)[17]。应用这3个多样性指数反映黄河口及其邻近海域的大型底栖动物群落结构和其生态状况的时空变化，计算公式为：

式中：ni为第i种大型底栖动物丰度；N为大型底栖动物总丰度；S为调查到的大型底栖动物种数。其中，在计算各月的多样性指数时，以整个调查区域的大型底栖动物的丰度数据为样本；对于多样性指数的空间变化，则是基于各采样站位的大型底栖动物丰度数据计算。群落物种多样性指数和ABC曲线均运用Primer5.0软件进行数据处理，并且应用Surfer11进行作图。

2 结果

2.1 群落组成

黄河口及邻近水域4个航次的调查共获得大型底栖动物80种，其中多毛类31种，占总种数的38.75%；节肢动物19种，占23.75%；软体动物17种，占21.25%；棘皮动物6种，占7.5%；其他类包括纽虫(Nemertinea)、涡虫(Planarian)等共7种，占8.75%。多毛类、节肢动物和软体动物是黄河口主要的大型底栖动物种类，占总种数的83.75%。调查区域大型底栖动物的年平均丰度为143 ind/m2，不同季节丰度变化范围为143～449 ind/m2，其中2月(449 ind/m2)最高，其次为10月(247 ind/m2)和8月(159 ind/m2)，5月(143 ind/m2)最低。调查区内大型底栖动物的优势种不明显，其中2月、8月的优势种均为江户明樱蛤(Moerellajedoensis)，优势度Y值分别为0.05和0.09；10月的优势种为纽虫，优势度Y值为0.04；5月则无优势种出现。

2.2 多样性指数的时空变化

2.2.1 季节变化 大型底栖动物群落Shannon-Wiener多样性指数变化范围为4.04～4.77，平均值为4.51；Margalef物种丰富度指数变化范围为4.54～7.38，平均值为5.87；Pielou均匀度指数变化范围为0.90～0.95，平均值为0.92。3个多样性指数的季节变化趋势相同，均为冬季最高(2月)，其次为春季(5月)，而夏季(8月)最低(见图2)。

图2 黄河口及邻近水域大型底栖动物群落多样性指数的季节变化

2.2.2 空间变化 2月黄河口大型底栖动物群落Shannon-Wiener多样性指数变化范围为0～3.06，平均值为1.7。近河口海域及其西部近岸海域出现2个低值区，东北部远海海域多样性指数较高，总体上呈现从河口向外海逐渐升高的趋势(见图3A)。Margalef物种丰富度指数变化范围为0～2.00，平均值为0.98。近河口东部海域和西部沿岸海域出现2个低值区，东北部海域丰富度指数较高，总体上呈现从河口向外海物种丰富度升高的趋势(见图3B)。Pielou均匀度指数的变化范围为0.75～1.00，平均值为0.96。近河口海域和东北部远海海域各出现一个低值区，近河口北部和东部海域大型底栖动物群落的均匀度较高(见图3C)。

图3 黄河口及邻近水域2月大型底栖动物群落多样性指数的空间分布

5月黄河口大型底栖动物Shannon-Wiener多样性指数变化范围为0～2.32，平均值为1.04。近河口海域及其东北远海和西北近岸海域出现3个低值区，其北部远海海域多样性指数较高(见图4A)。Margalef物种丰富度指数变化范围为0～1.34，平均值为0.54。河口北部远海海域多样性指数较高，而在近河口海域及其东北部远海海域和西北近岸海域出现3个低值区(见图4B)。Pielou均匀度指数的变化范围为0.75～1.00，平均值为0.97。河口东北远海海域出现一个低值区，而近河口海域均匀度较高，总体呈现从河口向外海辐射降低的趋势(见图4C)。

图4 黄河口及邻近水域5月大型底栖动物群落多样性指数的空间分布

8月黄河口大型底栖动物Shannon-Wiener多样性指数变化范围为0～2.63，平均值为0.95。近河口海域及其西部近岸海域多样性指数较低，而东北部远海多样性指数较高，总体呈现由河口向外海辐射升高的趋势(见图5A)。Margalef物种丰富度指数变化范围为0～1.59，平均值为0.49。河口及近岸海域丰富度指数较低，东北部远海丰富度较高，总体呈现从河口到远海海域辐射增大的趋势(见图5B)。Pielou均匀度指数的变化范围为0.70～1.00，平均值为0.95。近河口东北部水域均匀度较高，而西北部近岸出现一个低值区(见图5C)。

10月黄河口大型底栖动物Shannon-Wiener多样性指数变化范围为0～2.95，平均值为1.39。近河口东部海域、东部远海海域和西北部近岸海域出现3个低值区，而东北部远海海域的多样性指数较高(见图6A)。Margalef物种丰富度指数变化范围为0～1.94，平均值为0.80。近河口北部海域和西部远海海域丰富度较低，而东北部远海海域丰富度较高(见图6B)。Pielou均匀度指数的变化范围为0.93～1.00，平均值为0.98。河口南部海域均与度较低，而北部海域均匀度较高，总体呈现从南向北均匀度升高的趋势(见图6C)。

图5 黄河口及邻近水域8月大型底栖动物群落多样性指数的空间分布

图6 黄河口及邻近水域10月大型底栖动物群落多样性指数的空间分布

2.3 大型底栖动物的丰度/生物量比较曲线

黄河口大型底栖动物群落的丰度/生物量比较曲线如图7所示，各季节大型底栖动物群落的生物量曲线始终位于丰度曲线之上，表明各季节的大型底栖动物群落未受到干扰。其中，夏季(8月)生物量曲线与丰度曲线的起点相距最近，且生物量曲线初始的变化幅度较大，随后变化趋于平缓，表明夏季黄河口大型底栖动物群落趋于受干扰状态；春季(5月)和秋季(10月)虽然生物量曲线和丰度曲线的起始点较近，但二者的变化趋势均较为平稳，大型底栖动物群落相对稳定；冬季(2月)大型底栖动物群落的生物量曲线和丰度曲线变化均较为平缓，且生物量起点较高，表明大型底栖动物群落尚未受到干扰。

图7 不同季节黄河口及邻近水域大型底栖动物群落的丰度/生物量比较曲线

3 讨论

据张志南等[18]研究，1990年代黄河口大型底栖动物群落主要由棘皮动物、软体动物和多毛类组成，其中棘皮动物生物量几乎占到了总生物量的50%。本次调查结果表明，目前黄河口及邻近水域大型底栖动物群落主要由多毛类、节肢动物和软体动物组成，其中多毛类占主要地位。大型底栖动物群落组成已经发生了较大变化，其中中小个体和耐污种类逐渐成为主要种类，尤其是多毛类生物。该变化可能是人为扰动特别是环境污染引发的，如多毛类生物在污染较重时能够大量增殖[19]。黄河口大型底栖动物物种数量从1990年的150种[18]降低到2013年的80种。大型底栖动物丰度也有较大变化，1990年黄河口及邻近海域的大型底栖动物丰度均值为557 ind/m2[18]，2009年春季黄河口大型底栖动物的平均丰度为371 ind/m2[20]，均高于本次调查的115.62 ind/m2，平均丰度呈现逐渐下降的趋势。2004—2008年春季黄河口优势种为寡节甘吻沙蚕(Glycindegurjanovae)、纵沟纽虫(Lineussp.)和绒毛细足蟹(Raphidopusciliatus)等[20]，而2014年春季调查结果为江户明樱蛤。黄河口大型底栖动物种类数量和丰度逐年减少，群落结构由大型的、多年生的底栖生物为主导向小型耐污种类转变，一定程度上反映出黄河口底栖生态环境发生改变。

Shannon-Wiener多样性指数结果显示，黄河口及邻近海域底栖生态状况全年均显示为优[21]，且其生态状况在冬季最佳，其次为秋季、春季，夏季最差。丰度/生物量比较曲线结果也表明，黄河口大型底栖动物群落全年均处于较稳定的状态，在夏季(8月)受扰动程度最大。黄河口邻近水域各季节底栖生态状况均显示为未扰动，而各个站位的底栖生态状况结果却少有未扰动状态，这是由于本文中各季节的多样性指数是依照18个站位汇总数据计算所得，而非每个站位多样性指数的均值。在理化环境变化剧烈的区域(如河口、潮间带)，大型底栖动物会呈现分层现象[23]，大型底栖动物群落在空间上有一定的差异。王晶等[24]研究表明，评价区域物种多样性时应该应用区域混合样数据的计算方法。因此，在反映调查海域大型底栖动物群落的整体变化时，基于区域混合样数据比基于站位样方数据，可以更准确地反映底栖生态环境变化的真实情况。

从空间变化上来看，河口区的生态状况劣于远海区域，这种时空变化趋势可能与入海径流对该海域生态环境具有重要影响有关。由于每年夏季6、7月，黄河进行调水调沙，大量的淡水、泥沙进入黄河口海域，黄河调水调沙期间将超过全年的1/3的泥沙送入海中[25]。在大量淡水和泥沙的作用下，河口区域的理化环境发生巨大变化，在河口周围形成巨大的盐度梯度，水体能见度急剧下降[26]。大量的污染物也进入河口生态系统，而且在河口区的污染明显高于远海区域[27]。由于不同底栖动物的对环境变化的耐受性不同，河口区域生态环境变化可能对底栖生物群落产生很大影响，导致了河口区域大型底栖动物种类组成和数量的变化。刘潇等[28]对2013年黄河口不同季节水质研究结果显示，6、7月水环境质量要优于10月，近河口区域生态状况劣于离岸水域，本文结果与其略有不同，这可能与其直接利用水质指标进行评价有关。水质指标反映即时的水质状况，而底栖动物对环境变化的响应具有一定的滞后性[29]，但可以反映长期的环境变化，对长时间的累积变化具有表征作用[30]。与此同时，刘潇[31]在对黄河口及其邻近水域水质的评价研究中显示，河口近岸海域的富营养化水平整体高于外海海域，受扰动较严重，这与本文所得结果相吻合。

4 结语

调查共获得大型底栖动物80种，多毛类种类数最多。秋季优势种为纽虫，夏季和冬季优势种为江户明樱蛤，春季无明显优势种。大型底栖动物群落多样性指数与丰度/生物量比较曲线表明，黄河口邻近水域整体上全年的底栖生态状况处于未受扰动状态。从空间变化看，8月河口附近的底栖生态状况较差，远离河口水域的生态环境优于河口区。从10月至翌年5月，河口区域生态状况呈转好趋势。

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责任编辑 朱宝象

Ecological Status Assessment Based on Macrobenthic Community Characteristics in Yellow River Estuary and Its Adjacent Waters

ZHANG Song, ZHANG Chong-Liang, XU Bin-Duo, REN Yi-Ping

(College of Fisheries, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Based on the data collected during the seasonal macrobenthic surveys conducted in August and October 2013 and February and May 2014 in Yellow River Estuary and its adjacent waters, environmental quality of the estuary was assessed with biodiversity index and abundance/biomass curve in order to monitor and evaluate the ecological quality of Yellow River Estuary benthic ecosystem and change of macrobenthic community structure. The results showed that a total number of 80 species were collected, and the most of them was polychaetes, arthropod and Mollusca.Moerellajedoensiswas dominant in February and August, while Nemertine was dominant in October, and there was no evident dominant species in May. Species diversity indices showed a similar monthly change, the highest in February, then in May and October, and the least in August. The environmental quality for the entire surveyed area was good in four seasons, similar with the results of ABC plots. The environmental quality was the best in winter, then in autumn and summer, and the worst in spring. In terms of spatial variation of environmental quality, the inshore and estuarine areas had worse environmental quality and less richness than offshore area in four seasons.

Yellow River estuary; macrozoobenthos; community; species diversity index; ecological status

公益性行业(农业)科研专项经费项目(201303050)资助 Supported by Special Fund for Agro-scientific Research in the Public Interest (201303050)

2016-05-16；

2016-12-15

张 嵩(1985-)，男，博士生，主要从事海洋生态评价研究。E-mail：mythtime@163.com

❋❋ 通讯作者：E-mail：bdxu@ouc.edu.cn

S932.8；Q958.1

A

1672-5174(2017)05-065-07

10.16441/j.cnki.hdxb.20160182

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