连云港近岸海域底栖动物群落组成及多样性特征
2024-04-27
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维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 2007年3月 华东师范大学学报(自然科学版) Journal of East China Normal University(Natural Science) NO.2 Mar.2007 文章编号:1000—5641(2007)02—0001—10 连云港近岸海域底栖动物群落 组成及多样性特征 陈斌林 , 方 涛 , 李道季 (I.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室,上海2.连云港市环保局,江苏连云港200062; 222001) 摘要:在2005年秋对连云港的大型碱厂近海、港区近海和核电站近海的底栖动物进行取样调 查,对比研究了不同强干扰环境下底栖动物群落组成及多样性特征,分析了调查海域环境污染 状况.研究表明:多毛类和软体动物在三个海域中都为优势种类,分别占42.703 ,51.352 , 56.03%和46.085 ,38.145 ,32.034%;Shannon—Wiener指数和均匀度指数的平均值均属核 电站海域最大,分别为3.184和0.868,最小为碱厂海域;丰富度指数的平均值属港区海域最大, 为1.416,最小仍为碱厂海域;底栖动物栖息密度值与沉积物中值粒径之间大致呈相反关系;三 个海域的28个调查站位中,JCO1站底栖动物群落结构受到干扰稍大. 关键词:底栖动物群落; 物种多样性; 连云港近岸海域 中图分类号:Q178.532 文献标识码:A Community Structure and Biodiversity Characteristics Of Macrobenthos in the Costal Area of Lianyungang CHEN Bin-lin , FANG Tao ,LI Dao-ji (1.State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research,East China Normal University, 口 n 200062, China; 2.Lianyungang Environmental Protection Bureau,Lianyungang Jiangsu 222001,Chia)n Abstract:This article studied the community composition and biodiversity characteristics of macrobenthos under the intense environmental disturbances and analyzed the pollution status of sampling stations in three areas of Alkaline Factory,Port region and Nuclear Power Station off the coast of Lianyungang.The result shows that polychaete and mollusk are the dominant species which are 42.703%,51.352%,56.03 and 46.085%,38.145%,32.034%of the total individu— al numbers,respectively in the three areas.The average value of Shannon-Wiener and evenness index in the region of Nuclear Power Station are the biggest which are 3.184 and 0.868,respec— tively,and the values in the Alkaline Factory are the smallest.The biggest average value of rich— ness index is in the Port region which is 1.416,and the smallest value is in the Alkaline Factory. There is a approximate inverse relation between macrobenthos richness index and median grain 收稿日期:2006—03 基金项目:江苏省环保科技项目(苏财建[2005380号) 第一作者:陈斌林(1962一),男,博士;E—mail:5521722@sina.com. 维普资讯 http://www.cqvip.com 2 size. 华东师范大学学报(自然科学版) 2007拄 Key words: benthos community structure; species biodiversity; coastal area of Lianyungang 0 引 言 连云港是我国重要的港口城市,海州湾是全国八大渔场之一.近20年来,连云港的港口 建设、临海工业、沿海旅游、近海养殖等海洋开发活动获得了前所未有的发展,近岸海洋工程 也不断增多.1989年在海州湾顶建成了国家大型一类重点化工企业一连云港碱厂,原设计 年产纯碱6 X 10 t,目前生产能力已达1 X 10 t,是全国最大的碱厂之一;连云港港口的规椟 不断扩大,其扩建骨架工程一西大堤成为我国最大的拦海大堤,港口吞吐能力2005年已达 6.016X 10 t;1999年开工的我国目前单机容量最大的核电站一田湾核电站于2005年10 月25日正式进入带核运行状态.近岸海域对连运港市的建设和发展,具有十分重要的作用, 但伴随着海域及沿海地区的开发,也产生了一系列的环境问题.本文以底栖生物作为环境质 量的生物学指标,根据2005年秋季的调查结果,从生物多样性和群落结构等方面对连云港 的碱厂、港口和核电站三个重点近岸工程所在海域的环境现状以及这些工程对环境的影响 做了研究. 底栖动物活动性小、地区性强和容易计数,能较好地反映水质和底质的污染状况,目前 的海洋环境生态监测大多数包括底栖动物生态监测.本文对底栖动物进行定量研究,采用多 元统计方法分析了群落结构和生物多样性,探讨了底栖生物群落与环境因子的关系,用栖息 密度和生物量比较曲线法分析底栖生物群落对自然和人为扰动产生的响应,对揭示该海域 在强干扰环境条件下海洋底栖环境演变具有十分重要的科学意义,也为连云港近岸海域资 源保护提供了新的宝贵资料. 1材料与方法 1.1 研究海域 在连云港近岸海域共设28个调查站位,分别分布在三个区域(图1).其中位于碱厂外 海有13个站位(JCOl ̄JC09,JS04 ̄JS06,JSO8),位于港区外海有6个站位(GK01 ̄GK03, LH07 ̄LH09),位于核电站周围海域有9个站位(H03,H06~H10,H14~H16).于2005 年10月26日进行取样分析. 1.2方法 使用0.025 m 的大洋型采泥器,每站取样3次,合为1个样品.分选泥样所用的网筛孔 径为0.5 mm.样品的处理、保存、计算和称重均按《海洋调查规范》_1 进行.使用英国Master 2000型激光粒度仪进行粒度分析. 使用统计软件Primer[2。 统计站位之间生物量和生物之间相似程度,构成一个相似矩 阵,使用非加权组间平均法计算各站位之间的相似程度,按相似程度大小逐一归类. 同时选取中值粒径这一重要粒度参数,采用非线性多维尺度分析(MDS)方法,探讨中 值粒径与底栖动物栖息密度值之间的关系.MDS通常指示不同取样站位个动物群落的差异 水平.本文以Bray—Curtis相似性测量为基础,对底栖生物群落结构变化进行分析. 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 陈斌林,等:连云港近岸海域底栖动物群落组成及多样性特征 3 图1研究站位分布图 Fig.1 Sampling stations 采用K一优势曲线进行多样性的评价,其X轴是种类依栖息密度重要性的相对种数排 序,y轴是栖息密度优势度的累积百分比,将生物量和栖息密度的K一优势曲线绘入同一图 中,通过比较栖息密度和生物量这两个不同的指标分析底栖生物群落受扰动的状况. 丰富度指数、多样性指数和均匀度指数是定量描述底栖生物群落多样性的常用参 数 ].多样性指数采用Shannon~Wiener指数,计算公式为 S H 一一∑Pi(1og2P/). 一1 其中H 为多样性指数,S为物种数,P 为第i种的个体数占总个体数的比例.物种多样性通 常具有两方面的涵义:丰富度和均匀度.丰富度指一个群落或生境中物种数目的多寡.本文 采用Margalef丰富度指数,其公式为 d一(S一1)/log2N. 其中d为丰富度指数,S为物种总数,N为所有种的个体总数.均匀度指一个群落或生境中 全部物种个体数目的分配状况,反映各物种个体数目分配的均匀程度.本文采用Pielou均 匀度指数,其公式为 J 一H /log2S. 其中J 为均匀度指数,H 为Shannon—Wiener指数.S为物种总数. 2 结 果 因系采泥样品,本文的分析仅限于底内动物和活动能力较弱的底上动物. 2.1底栖动物的类群组成 本次调查共在28个站位采到底栖动物9大类群80种,分别属于腔肠动物(1种)、纽形 动物(1种)、多毛类(33种)、软体动物(22种)、甲壳类(18种)、棘皮动物(2种)、毛动物 (1种)、腕足动物(1种)和鱼类(1种).多毛类、软体动物和甲壳类是主要类群,分别占总种 数的41.5 ,27.5 和22.5 . 维普资讯 http://www.cqvip.com 4 华东师范大学学报(自然科学版) 2007薤 碱厂、港区和核电站区海域各出现底栖动物51种、49种和40种.各类群底栖动物栖息 密度和生物量组成见表1和表2. 表1 三个海域各类群底栖动物栖息密度 Tab.1 Percentage of different kinds of macrobenthos richness in three sea areas ind/m 从栖息密度的类群组成看,三个海域多毛类和软体动物都是最占优势的,分别占 42.703 ,51.352 ,56.03 和46.085 ,38.145 ,32.034 .从生物量组成上看,三个海 域软体动物最占优势,分别占49.997 ,44.351 和36.352%,其次是甲壳类和棘皮动物. 多毛类虽然占据栖息密度优势,但因其个体较小,故其生物量不占优势. 表3是调查各海域栖息密度和生物量列前5位的优势种.栖息密度和生物量的最主要 优势种是光滑河篮蛤(Potamocorbula laevis),该种出现在碱厂和港区海域,因其数量多,且 个体生物量也较大,所以栖息密度和生物量值都大.其平均栖息密度和平均生物量,在碱厂 和港区海域分别达到510 ind/m ,85 ind/m 和25.956 g/m ,15.716 g/m .栖息密度的其 他优势种都是个体很小的多毛类和软体动物.生物量的其他优势种都是个体比较大的棘皮 动物、腔肠动物、甲壳类和鱼类,如棘刺锚参(Protankyra bidentata)、细指海葵(Metridium sp.)、薄荚蛏(Siliqua pulchella)、狼牙嘏虎鱼(Odontamblyopus sp.)和绒毛细足蟹 (Raphidopus ciliatus)等. 2.2底栖动物栖息密度和生物量的平面分布 由表4,三个海域的底栖动物的栖息密度和生物量总平均值分别为745 ind/m 和29.637 g/m ,碱厂海域的平均栖息密度值最高,为1 024 ind/m2,核电站和港区海域的栖息密度值较 低,分别为754 ind/m 和585 ind/m2.港区和碱厂海域的生物量较高,分别为38.986 g/m2和 36.937 g/m ,核电站海域的生物量较低,为29.637 g/m2. 在所有28个站位中,栖息密度和生物量的最高值都出现在碱厂海域的JS04站,分别为 5 972 ind/m 和315.917 g/m .原因是在该站位出现了大量的双壳类软体动物光滑河篮 蛤,其栖息密度和生物量分别达到5 054 ind/m 和309.225 g/m ,分别占该站位栖息密度 和生物量的84.6 和97.9 ,为绝对的优势种.栖息密度和生物量的最低值出现在港区外 海的LH08站,分别为93.1 ind/m 和0.24 g/m ,该站底栖动物种类贫乏,只采到5个种. 2.3多样性指数 所有调查海域的平均丰富度指数d为1.40(表4),碱厂、港区和核电站区海域的平均值 为1.38,1.42和1.40,最大值出现在JCO2站和JC04站,都是2.06;最小值出现在LH08, 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 陈斌林,等:连云港近岸海域底栖动物群落组成及多样性特征 5 仅为0.612,原因是该站出现的种数仅为5种,栖息密度也只有93 ind/m . 表3调查海域的主要优势种(列前5位) 表4(a) 碱厂海域各项参数取值(Md中值粒径,单位为 值) 表4(b) 港区海域各项参数取值 Tab.4(b) Several parameter values in the Port region GK02 213 港区 栖息密度 /(ind・m一 ) GK03 545 LH07 585 LH08 93 LH09 984 平均 585 生物量/(g・m。) S d H 0.865 8 0.91 2.52 0.841 7.11 6.182 18 1.87 3.68 0.882 4.82 12.848 14 1.41 2.98 0.782 6.65 0.240 5 0.61 2.24 0.963 7.30 101.982 23 2.21 3.79 0.838 6.57 38.986 14 1.42 3.03 0.842 6.54 J| Md( ) 维普资讯 http://www.cqvip.com 6 华东师范大学学报(自然科学版) 2007焦 ,, /L1nu。I号密譬 TI‘ 279 173 971 426 545 173 692 412 372 449 745 生物量/(g・m )1.197 o.519 17.197 30.258 13.367 7.865 24.553 1.303 19.471 12.850 29.637 S 12 8 18 11 13 10 19 14 14 13 13 d 1.35 0.94 1.71 1.15 1.32 1.21 1.91 1.5O 1.52 1.40 1.40 H 3.27 2.65 3.54 2.79 2.93 3.24 3.57 3.21 3.46 3.18 2.97 J 0.912 0.885 0.850 0.807 0.792 0.975 0.840 0.844 0.909 0.868 0.806 Md( ) 7.53 7.50 7.00 6.99 7.02 6.75 7.17 7.13 7.25 7.15 6.88 Shannon-Wiener指数H 的总平均值为2.967,在核电站区海域的平均值最大,为 3.184,其次是港区,为3.033,碱厂海域的平均值最低,为2.785.最高值出现在JC02站为 3.94,最低值出现在JS04站为1.16,原因是该站出现了栖息密度占绝对优势的光滑河 篮蛤. 均匀度指数 的总平均值为0.806,在碱厂、港区和核电站区海域依次取值为0.746, 0.842和0.868.最大值出现在HIO站,为0.975,原因是在该站出现的10个种之间的栖息 密度值相差不大.最低值出现在JS04,仅为0.29,原因是在该站出现了大量的光滑河篮蛤, 导致种间的栖息密度值相差极大. 3 讨 论 3.1对调查站位进行的相似性分析 分别对三个区的站位底栖生物栖息密度数据,利用非加权组间平均法进行栖息密度等 级聚类分析(图2),其中 表示碱厂海域、K表示港区海域、H表示核电站海域. JC03 GK0l JC04 JC02 GK02 JC05 JC08 碱 厂 JC09鲞 GK03 海 JC06曼 域 JS04 LH08 JS05 JS06 JC0l LHO7 JC07 JS08 LH09 Hl6 30 40 50 60 70 80 90l00 2030 40 50 60 70 80 90l00 30 40 50 60 70 80 90 l00 相异性指数/% 相异性指数/% 相异性指数/% 图2 三个海域的站位栖息密度等级聚类分析图 Fig.2 Graphs depicting branches of macrobenthos richness at different stations 碱厂海域的聚类结果比较清晰,在40 的相似尺度下,可以将站位归为两大类,第一类 是JC03,JC04,JC02,JC05,JC08和JC09站,代表远离碱厂影响的外部区域.第二类是 JC06,JS04,JS05,JS06,JC01,JC07和JS08站,代表受碱厂影响的近岸区域. H ∞ 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 陈斌林,等:连云港近岸海域底栖动物群落组成及多样性特征 7 港区海域6个站位的聚类结果大致可以分为2类,近岸的GKO1,GK02和离岸稍远 GK03,LH08,LH09和LH07. 在核电站海域,可能是站位设置太密,聚类结果不清晰,在45 的相似尺度下,H07, H16和H06站各自成一类,处在外部区域;其余站位归为一类,为靠近核电站海域,但H03 站除外. 3.2底栖动物栖息密度与沉积物中值粒径的关系 底栖动物的栖息密度值大小,很大部分受环境因子的影响,其中粒度参数是非常重要的 一类 -8j,本文选取中值粒径这一重要粒度参数,用非线性多维尺度分析(MDS)方法,探讨 中值粒径与底栖动物栖息密度值之间的关系. (a) 碱厂海域中值粒径与底栖动物栖息密度值之间的关系图 (b)港口海域中值粒径与底栖动物栖息密度值之间的关系图 (c) 核电站海域中值粒径与底栖动物栖息密度值之间的关系图 图3三个海域中值粒径与底栖动物栖息密度值之间的关系 Fig.3 Relation between macrobenthos richness and median grain size 图3中,圆圈的大小代表取值的大小.可以大致看出,中值粒径与底栖动物栖息密度值 是相反的关系,即沉积物颗粒粒径小,栖息密度值大;颗粒粒径大,栖息密度值小.当然,从图 维普资讯 http://www.cqvip.com 8 华东师范大学学报(自然科学版) \咖舡 忸 嘁 3也可以看出,它们不完全是相反的关系,这可能是由于栖息密度值受到多种环境因子的影 响,以及受到取样误差的影响. ∞帅舳加印如∞如加m 0 ∞ 舳加∞如加3.3调查海域环境污染状况分析 对三个海域调查站位所做的底栖动物栖息密度K一优势曲线l_9 1](图4),除了碱厂海域 的部分站位(JC01,JS04,JS06和JS08)以外,栖息密度K一优势曲线起点都比较底,说明这些 站位的底栖动物群落结构没有受到大的影响,即环境污染比较轻.另外从Shannon-Wiener 多样性指数H 的分布看,也是如此.由表1,除了JC01,JS04和JS08站外,其余站位的H 值 都大于2.一般认为H 大于3时环境良好,2到3为轻度污染,1到2为中度污染,小于1为 严重污染. ∞ \舳加∞如加如加m 0 删 缸 求 Ⅲ蠡 l0 种的序列 \ \ 删 缸 删 缸 求 妞 求 妞 Ⅲ蠡 Ⅲ蠡 图4三个海域的底栖动物栖息密度K_优势曲线 Fig.4 K—dominance curve of macrobenthos richness in three sea areas 对JC01,JS04,JS06和JS08站位的栖息密度和生物量,同时做K一优势曲线(图5), JS04,JS06和JS08站的生物量曲线起点都很高.JC01站的生物量曲线略低,代表底栖动物 群落结构受到的干扰稍大一些. 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 陈斌林,等:连云港近岸海域底栖动物群落组成及多样性特征 9 装\咖扣 隧 ∞ ∞ ∞ ∞如加 0 ∞ ∞ ∞如∞如加m 0 \ 删 加 妞 Ⅲ氍 摹\咖扣 忸 嚎 \咖扣 隧 ∞∞∞ ∞ ∞如加 0 ∞ ∞加∞如∞如加 0 2 3 4 5 6 种的序列 图5 JC01,JS04,JS06和JS08站位的底栖动物栖息密度和生物量K一优势曲线 Fig.5 K—dominance curve of macrobenthos richness and biomass at the stations of JCO1,JS04,JS06 and JSO8 4 结 论 (1)碱厂海域的平均栖息密度值最高,达1 024 ind/m2,生物量也较高,为36.937 g/m2;港 区海域栖息密度值较低,为585 ind/m2,但生物量较高,为38.986 g/m2;而核电站海域平均栖 息密度值和生物量都较低. (2)多毛类和软体动物栖息密度在三个海域中分别占42.703 ,51.352 ,56.03 和 46.085 ,38.145 ,32.034 9/6,为绝对的优势种类.Shannon—Wiener指数和均匀度指数的 平均值都以核电站海域最大,分别为3.184和0.868;其次为港区海域,分别为3.033和 0.842;最小为碱厂海域,分别为2.785和0.746.而丰富度指数的平均值属港区海域最大, 为1.42;其次为核电站海域,值为1.40;最小仍为碱厂海域,值为1.38.此外底栖动物栖息密 度值与沉积物中值粒径之间大致呈相反关系. (3)通过对三个海域站位底栖动物栖息密度等级聚类分析,表明碱厂与港区海域站位 大致都可以分为两类,但核电站海域聚类结果不清晰.而K一优势曲线分析表明JC01站底栖 动物群落结构受到干扰稍大,其他站位环境污染较小. (4)同1986年同期西大堤工程对周围海域环境影响的调查研究相比,碱厂和港VI海域 维普资讯 http://www.cqvip.com 10 华东师范大学学报(自然科学版) 底栖生物发生了一定的变化,在种类分布上变得不均匀.西大堤附近生物明显减少,在生物 种类上多毛类显著增多,虽然丰度增加但生物量却大大减少.同1998年同期核电站工程环 境影响调查结果对比,核电站海域的总种数明显减少,其中棘皮动物和鱼类减少的种类比较 多;优势种也发生了变化,以多毛类居多;而1998年的优势种多是个体较大的软体动物和棘 皮动物.说明底栖生物群落受核电站施工影响发生了显著变化. 近岸海域生态环境变化是多种综合因素长期累积的显现,连云港近岸海域生态环境的 主要影响因素是连云港碱厂,港口西大堤扩建工程和田湾核电站.生态环境的修复需要解决 保护与发展的问题,应由各方主体的共同参与.对于碱厂海域的生态修复主要是加强陆源污 染物控制,尤其要加快实施碱厂搬迁.港口海域的生态修复应重点控制污染物人海总量,并 尽快进行西大堤改造工程的前期研究.核电站海域的生态修复应包括改变开发区污水排放 去向,同时长期开展核电站生态环境影响的研究. [参 考 文 献] [1] 国家技术监督局.GB 12763.1—1991海洋调查规范,海洋生物调查[s].北京:中国标准出版社,1991. 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