河北昌黎生態監控區8月份大型底棲動物多樣性研究＊

趙志楠，梁曉林，張月明，韓曉慶，張鑒達，高偉明

（1．河北師范大學 資源與環境科學學院 河北省環境演變與生態建設實驗室，河北 石家莊，050024；2．河北省國土資源利用規劃院，石家莊 河北，050051）

大型底棲動物是由生活在海洋基底表層或沉積物中動物組成的，一般指在分選時能被0．5mm或1．0mm孔徑的網篩子留住的，生活在海洋沉積物中的底內或底上的動物［1］。常見的海洋大型底棲動物主要包括多毛類、軟體動物類、甲殼類等三大類［2］，此外，還有棘皮動物、腔腸動物、長腕類和底棲魚類等［3－4］。昌黎生態監控區是我國大型底棲動物物種較豐富的區域之一。近年關于渤海海域大型底棲動物生態學和多樣性的研究有很多［5－8］，王瑜等［5］就渤海灣近岸海域春季大型底棲動物群落進行了研究；蔡文倩等［6］就渤海灣大型底棲動物群落優勢種的長期變化進行了研究；王海博等［7］對環渤海秋季潮間帶大型底棲動物進行了生態學研究；韓潔等［8］就渤海中、南部大型底棲生物多樣性、豐度和生物量進行了研究。關于河口區生物種類組成和數量分布的研究也有很多［9－13］。本研究就底棲動物種類、數量及其多樣性變化趨勢兩方面，運用2011－08，2012－08和2013－08三期大型底棲動物的監測數據，對昌黎監控區大型底棲動物的密度、生物量及多樣性變化趨勢進行了分析。

1 研究區概況

河北昌黎國家海洋生態監控區位于20m等深線以內的灤河口，大蒲河口淺海海區，總面積約為350km2。監控區在119°12′～119°42′E，39°24′～39°42′N均勻布設了19個監測站位。研究區屬暖溫帶濕潤大陸性季風氣候，陽光充足，降水豐沛。

2 研究數據與方法

2．1 采樣站位

監控區位于高潮線至20m等深線的灤河口以北39°26′30″N至大蒲河口以南39°39′00″N區域內350km2的海域。結合研究區域的形狀及周圍環境，共設置了19個站位（圖1）。采用了2011－08、2012－08和2013－08三年間3期大型底棲動物監測數據。

圖1 監測站位分布圖Fig．1 Locations of the survey positions

2．2 采樣方法

分別于2011－08－04，2012－08－04和2013－08－01利用0．05m2抓斗式采泥器，進行大型底棲動物采集。每個采樣點采集2次泥樣，樣品分選使用0．5mm孔徑網篩沖洗，標本用75%酒精現場固定。樣品的處理、保存技術以及稱重按照 GB／T12763．6－2007《海洋調查規范》［14］進行。

2．3 數據處理

運用生物多樣性指標對底棲生物多樣性水平進行計算，本研究選取的指標包括物種多樣性指數（H＇）、均勻度指數（J）、豐富度指數（dMa）和優勢度指數（Y），計算公式如下：

式中，S為樣品中物種的總數；Pi為第i種個體數（n）與總體個數（N）的比值；fi為該物種在樣品中出現的頻率。

3 結果分析

3．1 種類分布

2011－08共監測到46種大型底棲動物：多毛類25種，占54．35%；甲殼類11種，占23．91%；軟體類7種，占15．22%；棘皮類1種，占2．17%；長腕類1種，占2．17%；底棲魚類1種，占2．17%（圖2）。

2012－08共監測到45種大型底棲動物：多毛類29種，占64．44%；甲殼類9種，占20．00%；軟體類4種，占8．89%，棘皮類2種，占4．44%；底棲魚類1種，占2．22%（圖2）。

2013－08共監測到80種大型底棲動物：多毛類44種，占55．00%；甲殼動物16種，占20．00%；軟體動物14種，占17．50%；棘皮動物3種，占3．75%；長腕動物1種，占1．25%，腔腸動物1種，占1．25%；底棲魚類1種，占1．25%（圖2）。

圖2 大型底棲動物物種組成分類Fig．2 Species composition of the macrozoobenthos

3．2 密度和生物量分析

3．2．1 密度變化分析

2011－08調查海域物種密度范圍為10～970個／m2，平均棲息密度為43個／m2，各站位的平均密度為297個／m2，11號、15號、18號站位的密度明顯高于其他站位，主要是由于這3個站位絨毛細足蟹分布密度較高，特別是18號站位，密度高達1 140個／m2，在該站位的密度組成中絨毛細足蟹占絕對優勢，該物種的密度為970個／m2，占該站位總密度的85%；密度較低的為14號和17號站位，這2個站位均監測到1種底棲生物（圖3）。

2012－08調查海域物種密度范圍為0～2 040個／m2，平均棲息密度為41個／m2，各站位的平均密度為283個／m2，6號、8號、12號站位密度明顯高于其他站位，這3個站位的大眼幼蟹、絲鰓蟲等棲息動物密度較高，特別是6號站位，密度高達2 040個／m2，在該站位的密度組成中大眼幼蟹占絕對優勢，該物種的密度為1 680個／m2，占該站位總密度的82．35%，密度最低為3號站位，該站位密度為0（圖3）。

2013－08調查海域物種密度范圍為0～1 190個／m2，平均棲息密度為28．74個／m2，各站位底棲動物的密度平均為337個／m2，6號、9號，12號這3個站位密度明顯高于其他16個站位，主要是由于這3個站位中多毛類生物分布密度較高，特別是9號站位，密度高達1 190個／m2，在該站位的密度組成中錐稚蟲、長吻沙蠶等多毛類動物占絕對優勢，特別是錐稚蟲的密度為630個／m2，占該站位總密度的53%；密度最低為11站位，該站位只監測到文昌魚這一底棲生物物種，其它底棲物種均未監測到，該站位的生物密度遠低于2011－08的密度（圖3）。

圖3 監控區內各站位大型底棲動物密度分布圖（個·m－2）Fig．3 Sketch map of macrozoobenthos density in the stations of monitoring area（ind·m－2）

3．2．2 生物量變化分析

2011－08調查海域生物的生物量值范圍是0．2～110．1g／m2，平均生物量為3．14g／m2，各站位的平均生物量為21．5g／m2。其中以11號站位最高，生物量為110．1g／m2，在該站位的生物量組成中澳洲鱗沙蠶、絨毛細足蟹占絕對優勢；生物量最低的為14號站位，該站位的生物量為0．2g／m2（圖4）。

2012－08調查海域大型底棲動物的生物量值范圍是0～124．8g／m2，平均生物量為3．21g／m2，各站位的平均生物量為21．80g／m2。其中以19號站位最高，生物量為124．8g／m2，在該站位的生物量組成中砂海星占絕對優勢；生物量最低的為3號站位，該站位的生物量為0，本年在該站位并未監測到底棲生物物種（圖4）。

2013－08調查海域大型底棲動物的生物量值范圍是2．2～1 238．3g／m2，平均生物量為7．72g／m2，各站位平均生物量為90．6g／m2。其中以12號站位最高，生物量為1 238．3g／m2，在該站位生物量組成中，菲律賓蛤仔、中國蛤蜊和文蛤等軟體動物占絕對優勢；生物量最低的為4號站位，該站位物種生物量為2．2g／m2（圖4）。

圖4 監控區內各站位大型底棲動物生物量分布圖（g·m－2）Fig．4 Sketch map of macrozoobenthos biomass in the station of monitoring area（g·m－2）

3．3 多樣性指標的站位分析

對監控區19個站位監測到的底棲生物進行多樣性指標計算（表1），得出物種多樣性指數（H＇）、均勻度指數（J）和豐富度指數（dMa），用來探究這3種指標在不同站位的變化趨勢。

從表1中可以發現，調查區海域2011年物種多樣性指數H＇平均值為1．82，均勻度指數J的平均值為0．71，豐富度指數（dMa）的平均值為1．90；2012年物種多樣性指數H＇平均值為1．85，均勻度指數J的平均值為0．76，豐富度指數（dMa）的平均值為1．92；2013年物種多樣性指數H＇平均值為2．74，均勻度指數J的平均值為0．80，豐富度指數（dMa）的平均值為3．15。

表1 監控區大型底棲動物多樣性指數Table 1 Diversity index of the macrozoobenthos in monitoring area

3．3．1 Shannon－Wiener多樣性指數（H＇）

2011－08監控區19個站位底棲動物的H＇值變化范圍為0～3．49，由于14號站位和17號站位只有一個物種出現，所以這2個站位的H＇值較低均為0，19個站位H＇值平均值為1．82。最大值出現在12號站位，該站位共監測到14種大型底棲動物，其中多毛類10種、軟體類1種、甲殼類2種；2012－08監控區19個站位底棲動物的H＇值變化范圍為0～3．73，3號站位由于沒有監測到物種出現，所以該站位H＇為0；19個站位的H＇值平均值為1．85。最大值出現在7號站位，該站位共監測到17種大型底棲動物，其中多毛類14種，甲殼類3種，軟體類2種；2013－08監測區大型底棲動物的H＇值變化范圍為0～4．14，19個站位的均值為2．74，最大值出現在于6號站位，該站位共監測出22種大型底棲動物，其中多毛類16種，軟體類2種、甲殼類2種、棘皮類2種，最小值出現在11號站位，該站位只監測到文昌魚這一物種，生物多樣性指數遠低于2011年的監測數據（圖5）。

圖5 多樣性指數（H＇）變化趨勢Fig．5 Variation trend of the Shannon－Wiener index

3．3．2 Pielou均勻度指數（J）

2011－08監控區底棲動物的J值變化范圍為0～1．86，最大值出現在19號站位，最小值出現在14號和17號站位，19個站位J值的均值為0．71；2012－08監控區底棲動物的J值變化范圍為0～1．71，最大值出現在1號站位，最小值出現在3號站位，19個站位J值的均值為0．76；2013－08監控區底棲動物的J值變化范圍為0～0．98，最大值出現在7號和17號站位，最小值出現在11號站位，19個站位J值的均值為0．80，2013年J值總體水平要高于2011年和2012年（圖6）。

圖6 均勻度指數（J）變化趨勢Fig．6 Variation trend of the evenness index

3．3．3 豐富度指數（dMa）

2011－08監控區大型底棲動物dMa值變化范圍為0～3．82，最大值出現在12號站位，這跟多樣性指數H＇呈正相關，最低值出現在14號和17號站位，19個站位的dMa均值是1．90；2012－08監控區大型底棲動物dMa值變化范圍為0～3．01，最大值出現在6號站位，最小值出現在3號站位，19個站位的dMa均值為1．92；2013－08監控區大型底棲動物dMa值變化范圍為0～5．34，最大值出現在6號站位，這也與該站位的多樣性指數值H＇呈正相關，最低值出現在11號站位，19個站位的dMa均值為3．15（圖7）。

圖7 豐富度指數（dMa）變化趨勢Fig．7 Variation trend of the species richness index

3．3．4 多樣性變化與環境因子的關系

物種多樣性除了受種的數量及個體密度的影響外，還與多種環境因素有關，如水溫、鹽度、初級生產力、底質類型等［15］。此外，沉積物粉砂—粘土含量升高，含沙量較低等都會對物種多樣性產生影響。人為因素對大型底棲動物的影響也非常大。

與前兩年監測數據相比，2013年監控區19個站位的平均溫度與鹽度較高，適宜的溫度、鹽度以及較好的底質為大型底棲動物的生存繁殖提供了良好的環境，物種生物多樣性水平也相應提高。

監控區大型底棲動物多樣性水平在時間和空間上都表現出一定變化。根據三期監測數據發現2013－08監控區的多樣性水平要高于前兩年，該年份監控區水質較好，各站位受污染物的影響較小，溫度與鹽度適合底棲動物的生存繁殖［16］，故該年大型底棲動物的多樣性水平較高。2012－08監控區降水量高于其他兩年，隨河流入海的陸域污染物較多，當年大型底棲動物的多樣性水平較低。

除在時間上表現出較大差別外，3a間監控區19個站位的多樣性水平在空間上也表現出巨大差異。2011－08監控區生物多樣性水平較高的站位是6號、8號、12號和16號站位。孫魯峰等［17］研究表明，營養物質與底棲動物的多樣性水平有密切關系。這四個站位除6號站位外均位于河口區，吸收的營養物質較多，有利于大型底棲動物的生存。2012－08監控區降水較多［17］，隨河流入海的陸域污染物增多，污染加重、水質變差，致使靠近海岸的幾個站位生物量不斷減少，相反距海岸較遠的5號、7號和15號站位生物多樣性水平較高。2013－08監控區生物多樣性水平較高的站位是2號、6號、10號和15號站位。這幾個站位遠離陸地，受陸域污染物影響較小且該年份監控區水質較好，利于生物生存。特別是6號站位遠離海灣進出海水通道，水流平緩，底質為粉砂質砂（TS）適合大型底棲動物的生存，故3a間監控區19個站位中多樣性指標最高值出現在該6號站位。3a中監控區19個站位3項多樣性指標最低值均為0。2011－08監控區14號和17號站位的三項多樣性指標最低，由于這兩個站位底質為粒徑較粗的砂（S），不利于生物生存，監測到的物種數較少，多樣性水平較低；2012－08監控區3項多樣性指標值最低的為3號站位，由于該年份降水較多，隨河流入海的污染物較多［18］，監控區水質差，且3號站位的水溫和鹽度低于其他年份，在該站位并未監測到任何物種，因此該站位多樣性水平較低；2013－08監控區多樣性指標最低的為11號站位主要是由于該站位底質為砂（S），不適合其他大型底棲動物的生存，只監測到文昌魚一種物種。

3．3．5 優勢度指數（Y）

優勢種結構的變化體現了物種群落結構的變化，本研究運用Simpson優勢度指數公式對3a間監控區內的大型底棲動物進行指標計算，得到各物種的優勢度指數（Y）。徐兆禮等［19］把Y＞0．02的物種視為優勢種。為把大型底棲動物的優勢種數目控制在一定范圍內，本研究規定當Y＞0．001時，該物種即為優勢種（表2）。

表2 監控區大型底棲動物優勢種及優勢度Table 2 Dominant species and dominance degree of the macrozoobenthos in monitoring area

3a內大型底棲動物主要優勢種的變化，表明多毛類物種優勢遠高于其他底棲類群。2011－08甲殼類在密度和出現頻率上占絕對優勢，第一優勢種絨毛細足蟹的優勢度甚至達到了0．029，遠遠高于其他物種的優勢度，表明群落結構比較單一；2012－08甲殼類優勢明顯下降，特別是絨毛細足蟹在該年未被監測到，第一優勢種轉變為裸盲蟹，此外古明圓蛤的優勢度明顯下降，多毛類和底棲魚類動物在密度和出現頻率上占絕對優勢，底棲魚類的優勢度明顯上升；2013－08多毛類動物在密度和出現頻率上占絕對優勢，19個站位的第一優勢種轉變為多毛類的長吻沙蠶，但其Y值下降為0．007 0，甲殼類生物優勢種轉為中國蛤蜊和日本美人蝦。此外，其他類群的優勢種構成中保留了甲殼類和軟體類動物，但優勢作用甚微，各物種的Y值除多毛類外，其他類群優勢度明顯低于前兩年，這也側面反映出該年度物種多樣性水平相對較高。

優勢度指數作為衡量多樣性水平的指標之一，反映了大型底棲動物處于何種狀態，及其在群落中的地位和作用。Y值越大，表明群落內物種數量及其分布越不均勻，優勢種地位越突出，越不利于生物多樣性水平的提高。2013－08監控區大型底棲動物第一優勢種的Y值較前兩年略低，表明該年物種生物多樣性水平較高。

4 結 論

1）監控區大型底棲動物主要類群為多毛類，甲殼類和軟體類。監控數據表明2013－08監控區監測到的大型底棲動物的物種總數遠高于前兩年，與前兩年的監測數據相比，2013－08除監測到多毛類，甲殼類和軟體類等生物外，還監測到了腔腸動物。

2）2013年監控區大型底棲動物的物種多樣性指數、豐度和生物量均高于前兩年同期。主要是由于2013－08監控區的水質狀況要好于前兩年同期水質。由于海洋生態系統的復雜性，大型底棲動物的密度、生物量和多樣性指數是許多環境和生物因子相互作用的結果。在這一影響過程中，大型底棲動物本身也逐漸在慢慢適應這種變化，并作出相應反映。

3）通過調查研究發現監控區大型底棲動物第一優勢種每年都在變化，且每個物種的優勢指數值相對較小。這表明了該區域的物種群落結構相對比較豐富，物種多樣性水平較高。

致謝：河北省昌黎黃金海岸國家級自然保護區管理處為本研究提供相關數據，在此表示衷心感謝。

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