大型底栖动物与近海生态系统健康评价
2021-12-01徐勇李新正
徐勇 李新正
近海与人类生存生活密切相关。近海的鱼类、虾蟹等资源物种是人类重要的食物来源，而且近海丰富的石油、天然气等能源是社会生产所需化石燃料的重要来源。此外，随着人民生活水平的提高，每年有大量游客去海边旅游。所以，近海生态系统在为人类提供大量物质和生态服务的同时，还承受着种种压力。
我国近海生态系统面临的胁迫
在过去半个多世纪里，我国近海生态系统经受了极大的压力，包括自然因素和人为因素，最终对海洋生物资源的可持续利用造成影响。
自然因素主要有气候变化导致的海洋表面温度升高、极端天气增加，这对近海生态系统有着重要影响。海洋表面温度升高不仅使鱼卵孵化期和鱼类生长期都缩短，致使鱼类个体小型化，而且还使海洋生物的分布发生变化，例如导致珊瑚虫因发生白化而消失。台风等极端天气会引起表层海流的变化，对一些海洋洄游鱼类有重要影响，因为这些鱼类的生活史往往包括在海洋表层浮游的幼体阶段。
人为因素造成的明显负面影响有：①过度捕捞造成近海大黄鱼、小黄鱼、中国对虾等水产资源枯竭，难以形成渔汛，传统经济鱼类资源退化，但一些经济价值低的小型鱼类数量却增加，渔业衰退的趋势有增无减[1]。②填海造陆破坏了海岸带生物原有的栖息地，同时钢筋混凝土建造的滨海建筑成为许多外来物种的附着基，引起潮间带物种在纬度分布上的剧烈变化。例如，长江口北部潮间带的人工基质迅速被一些原来分布于长江口南部岩石潮间带的物种占据，从而改变了这些物种的地理分布范围。③近海水产养殖业对近海生态系统的影响也很大。养殖废水的排放使得水体中氮、磷等营养元素含量增加，水体发生富营养化，导致赤潮灾害。赤潮生物既释放有毒有害的代谢产物，又迅速消耗水体中的溶解氧，形成海洋中的低氧区，大量其他海洋生物因中毒或缺氧而死亡。从2007年开始，我国近海每年夏天都会发生浒苔暴发的生态灾害，大面积浒苔散发的腥臭对旅游业和近海养殖都造成巨大影响。④工业废水和废物的排放不仅直接导致大量海洋生物中毒死亡，而且污染海洋生物赖以生存的栖息地。⑤大面积溢油污染海洋和海岸带，使大量海洋生物因二次污染死亡。
位于我国和朝鲜半岛之间的黄海是西北太平洋典型的半封闭边缘海，也是典型的受人为因素严重影响的海域。近几十年来，黄海的生态系统狀况不容乐观：渔业资源因过度捕捞等原因日益枯竭；浒苔连年暴发，严重影响旅游业；水母的暴发使本已匮乏的渔业资源状况进一步恶化；滨海水产养殖的废水导致近海出现赤潮和低氧区，等等。
近海生态系统健康的评价
“海洋生态系统健康”的概念通常用于描述海洋的状况，反映海洋生态系统的整体特征。如何判断近海生态系统已经受到影响，以及受影响的程度？相关研究发现，海水中的元素含量、海洋生物群落组成等方面的变化，可以用来判断海洋生态系统的演替程度，进而对其健康状况做出评价。
近海生态系统健康的科学评价需要通过量化的科学认知来了解和掌握，并分析外来压力（人类活动等）的影响，从而为海洋管理决策提供科学依据，达到促进海洋经济可持续发展的目的。如果海洋生态系统遭受威胁甚至损害，就需要采取有效措施，通过生态修复手段减轻受损程度，进而使生态系统健康得以恢复。
海洋生物根据其生活方式被分为三大类群，即浮游生物、游泳生物和底栖生物。底栖生物包括生活在海洋基底表面和沉积物中的各种生物，是海洋生物中种类最多、生态关系最复杂的类群。一般情况下，“底栖生物”只用于表示底栖动物。
我国将不能通过孔径0.5 毫米筛网的底栖动物定义为大型底栖动物（macrozoobenthos）。我国黄海大型底栖动物多达853种，其中北黄海和南黄海的年总平均生物量分别为99.66 克/米2和27.69克/米2。由于运动能力较弱、活动范围有限、对逆境的逃避相对迟缓等特点，大型底栖动物在海洋生态系统健康评价中有着重要作用。以大型底栖动物为研究对象，研究人员提出了许多评价方法，这些方法大致分为指示生物法和指示指数法两大类。
指示生物法
指示生物是指在一定区域内，能反映环境整体特征或指示其中某一生态因子特征的生物物种、属或群落[2]。通过对指示生物及其生理生态指标、结构功能指标和健康状况的监测，来评估整个生态系统健康状况的方法，就是指示生物法。在生态系统健康评价体系中，指示生物法由于统计简单、所需数据量少，而应用较早。1916年，德国学者首次利用多毛类中的小头虫来指示海洋中的污染，这也是最早利用生物评价海洋生态系统健康状况的案例。小头虫是一种耐污染的厌氧动物，主要以海底的有机碎屑为食，能在溶解氧浓度相对较低的条件下生存，但对环境变化敏感，在世界范围内都可作为指示生物。
黄海大型底栖动物中最著名的指示生物也是小头虫。1978年，我国研究人员发现青岛湾小头虫数量减少，据此判断青岛湾的污染比以前有所减轻，环境有所改善，并指出小头虫作为近海污染指示生物的优点：世界性分布；生活史明确；生命周期短，仅为30～60天；实验室内易养殖[3]。他们同时发现，小头虫在清洁的海水中3～4天就全部死亡[3]。
在青岛近海沙质海底区域，研究人员还常常通过调查海底沉积物表面是否有另一种大型底栖动物——文昌鱼来判断该海域的健康状况。与小头虫相反，文昌鱼对污染十分敏感，在受污染的海底无法生存。2017年夏季和秋季，在青岛文昌鱼水生野生动物市级自然保护区海域，有文昌鱼生存的地点水质优良，均处于贫营养水平，其中溶解无机氮总体水平优于海水一类标准值[4]。
在夏季的黄海，深度超过50米、核心区水温在10℃以下的黄海冷水团（又称黄海底层冷水）中，有一个大型底栖动物群落——黄海冷水团群落。这个群落的代表物种在过去60年中发生了明显变化，多毛类环节动物的数量明显减少，而冷水种类浅水萨氏真蛇尾的数量显著增加[5]。据推测，这种变化可能与人类活动有关，因为底层拖网会刺激浅水萨氏真蛇尾增加捕食，同时让它们的天敌（例如底层鱼类）减少，致使其数量增加，整个底栖生物群落的稳定性变差[6]。
指示指数法
指示指数法一般通过计算与大型底栖动物相关的一些指数，根据数值高低来判断海洋生态系统的健康状况，但也有一些指数可通过图形呈现。
多样性指数
在黄海对生态系统健康状况进行评价时，应用最广泛的是多样性指数。一般认为，在没有干扰的情况下，例如未受污染的清洁海域，生物种类较多，数量分布相对均匀，生物多样性较高；受到污染后，敏感种类就会消失，耐污的种类会增加，整体表现为种类相对单一、个别种类数量较大，多样性降低[2]。
H、d、D值越高，表示多样性越高；J值越高，表示均匀度越高。对于同样面积大小的区域，这4个指数计算获得的数值越高，生态系统健康状况就越好。根据位于南海的深圳湾福田地区潮间带泥滩底栖动物的H值的时空分布，结合底栖动物群落结构的变化以及有机质等参数，有学者建议按H值大小将污染程度分为5个等级：严重污染（H=0，无底栖生物）；重度污染（0
在黄海应用较多的多样性指数是香农—维纳指数、玛格列夫物种丰富度指数和皮卢均匀度指数，它们被用来说明不同时期不同站点大型底栖动物多样性的差异，进而评价近海生态系统的健康状况或趋势。例如，南黄海东部深水区的大型底栖动物的H值、d值和J值均显著低于南黄海其他海域[6]，这意味着南黄海东部深水区并不是相关底栖生物生存的理想场所。
AZTI海洋生物指数
AZTI海洋生物指数（AMBI）由西班牙渔业与食品技术研究所（AZTI）的研究人员提出[8]。它按对环境变动（有机物富集等）的耐受能力从低到高，将大型底栖动物划分为5类生态类群：①生态类群Ⅰ（EGⅠ）：由对环境变动非常敏感、只出现在无污染的原始环境中的物种组成，包括特化的食肉动物和一些在底泥（指水体底部的有机与无机碎屑和土壤的混合物）中摄食的管栖多毛类；②生态类群Ⅱ（EGⅡ）：由对环境变动不敏感，但总是在从初始状态到轻微不平衡状态（有机物轻微富集）的环境下低密度出现，且不随时间发生显著变化的物种组成，包括滤食动物、选择性不强的食肉动物和食腐动物；③生态类群Ⅲ（EGⅢ）：由能耐受過量环境变动的物种组成，可在通常情况下出现，但种群会受有机物轻微富集刺激，包括管栖的海稚虫等表层食底泥动物（生活在水底且主要以有机沉积物为食的底栖动物称为食底泥动物）；④生态类群Ⅳ（EGⅣ）：由耐受从轻微到明显不平衡状态的二级机会种组成，主要为小型多毛类，例如底内食底泥动物（穴居或埋栖于沉积物内生活的底栖动物称为底内动物）；⑤生态类群Ⅴ（EGⅤ）：由耐受明显不平衡状态的一级机会种组成，是一些在沉积物减少的条件下增殖的食底泥动物[8]。其中，机会种是能在短期内利用适宜环境迅速繁殖的物种。
公式中使用的是各生态类群的丰度（单位面积内的动物个体数，而非物种数）占群落中大型底栖动物总丰度的百分比。采用AMBI一般能获得从0到6的一系列连续的值，其中当AMBI≤0.2时，群落未受污染，处于正常健康状况；当5.5 AMBI和M-AMBI已经在欧洲近海得到广泛应用，并具有良好的环境指示作用。在烟台近海，AMBI和M-AMBI的数值表明四十里湾和套子湾海域大部分调查站位在2013年时处于中等或较好的健康状况[9]。 底栖多毛类机会种和端足类指数 底内动物营养指数 式中各营养类群的数据是调查到的所有物种的个体总数。ITI计算出的数值在0～100范围内，其中ITI≤30表明研究地点处于被污染的不健康状况，30 我们用ITI研究了黄海近岸海域在2000—2011年期间的大型底栖动物群落，发现这些群落受到中等扰动，表明生态系统状况趋向不健康；ITI与AMBI和皮卢均匀度指数的空间变化趋势较为一致，验证了ITI用于海洋生态系统健康评价的有效性。 丰度—生物量比较曲线 丰度—生物量比较（ABC）曲线方法通过比较大型底栖动物的丰度的K-优势度曲线与生物量的K-优势度曲线在同一图上的相对位置，来判断海域的生态系统健康状况，其中，K-优势度曲线是依据物种丰度（或生物量）的百分比进行降序排列得到的物种丰度（或生物量）的累积百分比曲线。根据1959年7月、2004年6月和2012年8月南黄海冷水团中心内部、外部大型底栖动物群落的ABC曲线特征判断，该中心内部、外部的群落状况良好，生态系统处于健康状况[10]。 上述介绍的方法虽然比较成熟、应用较广，但它们都是在物种级别上的健康评价，将群落中的每个物种视为一致[11]。近年来，将大型底栖动物之间的进化关系及分类距离应用于海洋环境污染监测的探索逐渐增加，发展出平均分类差异（average taxonomic distinctness， AvTD）指数等分类多样性（taxonomic diversity）指数，这些指数具有不受采样方法及环境条件影响、仅用物种名录便可计算等优势。AvTD已经在黄海的污染监测与健康评价方面显示出良好的应用前景，但它涉及物种之间分类距离的路径长度权重值等参数，计算过程较为复杂[11]。 
在黃海，利用大型底栖动物进行生态系统健康评价的尝试越来越多，这无疑有助于我国的海洋资源管理和环境保护。然而，目前多数评价案例的理论基础借鉴的是国外的研究，缺乏自主开发、更适合我国近海特点的方法。建立本土化的大型底栖动物指标体系是我国近海生态系统健康评价迫切需要解决的问题，这需要积极探索，以便更好地服务国家发展战略和海洋生态修复。
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关键词：大型底栖动物 近海生态系统 健康评价 黄海 ■
