底棲生物完整性指數的構建及生物基準的確定

蔡文倩，朱延忠，林巋璇，夏 陽，劉錄三*（1.中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012；2.中國環境科學研究院，國家環境保護河口與海岸帶環境重點實驗室，北京 100012）

底棲生物完整性指數的構建及生物基準的確定

蔡文倩1，2，朱延忠1，2，林巋璇1，2，夏 陽1，2，劉錄三1，2*（1.中國環境科學研究院，環境基準與風險評估國家重點實驗室，北京 100012；2.中國環境科學研究院，國家環境保護河口與海岸帶環境重點實驗室，北京 100012）

基于2009～2013年7個航次渤海灣天津段的大型底棲動物和水質、沉積物環境數據，結合國內外已有的研究結果，首次嘗試采用AZTI海洋生物指數以及水質和沉積物質量確定參考點，同時采取標準化方法篩選生物指標，確定各指標的閾值分級標準，從而構建出生物完整性指數.取參考點生物完整性指數值的90%分位數作為基準值，得出該海域生物基準值為5.適用性驗證結果表明，生物完整性指數能夠較好地指示研究區受干擾的生態質量狀況，較為敏感地響應營養鹽及重金屬壓力，也適用于評價該區域的底棲生態質量狀況.因此，采用生物完整性指數法來確定生物基準是合理可行的.

大型底棲動物；生物完整性指數；生物基準；渤海灣

生物基準是指用于描述滿足指定水生生物用途，并具有生態完整性的水生生態系統結構和功能的描述型語言或數值，即為保護或恢復水生生態系統生物完整性而設定的可執行管理目標

［1］.目前，常用來制定生物基準的生物類群有大型底棲動物、魚類及大型水生植物等.其中，魚類在海洋調查中成本較高且獲取難度較大，大型水生植物在某些近岸海域鮮少分布，而大型底棲動物易于采集、對海底擾動的反應敏感而又深刻［2］，故而成為近岸海域生態系統生物基準制定的常用類群［1］.大型底棲動物一般指其生活史的全部或者大部分時間生活于海洋沉積物中的底內或底上動物類群，在分選時能被0.5或1.0mm孔徑的網篩留住，主要包括腔腸動物、環節動物、軟體動物、甲殼動物、棘皮動物等類群［3］.

生物基準可由雙值基準法或生物完整性指數法計算得出.雙值基準法只能計算有毒污染物的生態學基準值，而生物完整性指數法可選擇的基準變量指標較多，既可以是數值型的，又可以是描述型的［4］.此外，后者建立在生物群落及其棲息環境的多個量化指標上，并將指標的綜合評價效果與參考狀態進行比較，有效地降低了辨識引起群落變化原因的難度.因此，生物完整性指數法已成為生物基準制定的推薦方法［1］.

生物完整性指數最早由Karr等基于溪流魚類提出［5］，而后逐漸發展出大型底棲無脊椎動物完整性指數（即 Benthic Macroinvertebrate Index of Biological Integrity，B-IBI）［1］，并逐步得到完善

［6］.目前，該指數在美國國家環保局的倡導下，已成為世界各地水體生態系統健康評價的常用方法，在淡水、河口海灣及近岸海域等生態系統均有使用［7］.我國于1992年首次采用生物完整性指數評價安徽九華河的水質狀況［8］，隨后廣泛應用于湖泊、水庫、溪流、潮間帶、紅樹林及河口等生態系統的質量評價中［9-14］.近年來，該指數已成功用于確定平原河網及大型湖泊的生物基準

［10，12］，但在河口海灣及近海海域的生物基準確定研究方面尚處于探討階段.

AZTI（歐洲質量自控組織）海洋生物指數建立在大型底棲動物環境敏感度的基礎上，適用于指示多種環境壓力下的棲居地生態質量，在全世界各地均有應用［15-19］.研究證實，AZTI海洋生物指數能較為敏感地響應渤海灣天津海岸段的環境壓力狀況，適用于評價該海域的生態質量

［18，20-21］.渤海灣天津海岸段生態環境已受到嚴重的干擾［18，22］，加之該區域歷史數據的缺乏，根據現有的生物群落結構狀況已無法確定參考點［23］，而AZTI指數在該海域的成功運用可為參考點的篩選提供依據.

鑒于此，本研究選取渤海灣天津海岸段作為近岸海域生物基準制定方法和技術研究的突破口，在大型底棲動物群落水平上構建 B-IBI.首次采用 AZTI海洋生物指數評價結果確定參考點，并采用標準化方法篩選生物指標，進而初步確定該海域的生物基準，最后結合水質、沉積物指標進行方法的適用性驗證.

1 材料與方法

1.1 研究區域及采樣設計

本研究選取渤海灣的天津海岸段開展研究（圖 1）.本段地處華北平原的東北部，薊運河與海河水系均在此入海，是典型的粉砂淤泥底質平原海岸帶，與外海水體的交換能力較弱.近年來，沿岸快速發展的經濟和人口壓力導致渤海灣天津段的環境問題層出不窮，水體污染日益嚴重［24-25］，海岸帶棲居地嚴重退化［22］，底棲動物群落結構變化較大［26］.

2009年（5月、8月）、2011年（5月、9月）、2012年（9月）和2013年（5月、9月）7個航次在渤海灣天津段獲取的大型底棲動物及環境數據用于 B-IBI的構建及生物基準的確定研究（圖1）.2009～2012年5個航次的生物樣品采集方式詳見Cai等［21］，2013年兩個航次采用0.05m2的箱式采泥器，每次成功取樣1次為1個樣品，每個樣點采集3個重復樣；使用0.5mm孔徑的網篩分選底棲生物樣品.水深、水溫、鹽度、濁度、溶解氧、pH值等環境參數由船載溫鹽深儀測定.現場采集表層和底層水樣，冷藏保存并帶至實驗室迅速測定營養鹽、重金屬、總有機碳及懸浮物濃度等水質參數；現場采集適量表層底泥，冷凍保存至實驗室測定沉積物粒徑及重金屬含量.所有環境參數均按照國家標準［27-28］及《水和廢水監測分析方法》［29］進行測定.各參數的具體采集及測定方法詳見Cai等［21］.

圖1 2009～2013年渤海灣調查站位Fig.1 Locations of the sampling stations during 2009 to 2013 in the Bohai Bay

1.2 B-IBI的建立及生物基準的確定步驟

參考國內外已有的研究成果［1，4，9-12］，總結出了B-IBI的建立及生物基準的制定方法.

1.2.1 數據預處理 預先對原有的大型底棲動物數據進行篩選，即去除常被 0.5mm網篩淘洗掉的物種如線蟲、橈足類、介形類；去除未定量采樣的或者并不能真正指示底質狀況的物種，包括底棲藻類、魚類、表層無脊椎動物和底上動物等.

1.2.2 海域分區 根據國外的研究經驗，采用樣點的底質類型、鹽度及環流狀況等進行研究區的底質類型判斷并進行分區［30-31］.

1.2.3 參考點的選取 根據 AZTI海洋生物指數（ATZI’s Marine Biotic Index， AMBI和Multivariate AMBI， M-AMBI）對生態質量狀況的判定結果并結合水質及沉積物質量來確定相對清潔樣點作為參考點，剩下的為受損點.特別地，AMBI對應的狀況是“未受干擾”及M-AMBI對應的是“優”的為備選參考點［32-33］.

1.2.4 生物指標的篩選 根據已有的分類方法，結合研究區的粒度及鹽度狀況，初步確定候選生物指標；對候選指標進行分布范圍檢驗（頻率分布法）、敏感性分析（Manny-Whitney U和Kolmogorov-Smirnov Z檢驗）以及相關性分析（Pearson相關性分析），選出可用的生物指標.

1.2.5 生物指標的賦值 根據 1.2.4結果，計算參考點已選定生物指標的最小值、10%分位數、50%分位數、90%分位數和最大值，并采用“5、3、1”記分法對全部樣點的生物指標進行記分以統一量綱.

1.2.6 評分標準的確定 對于隨污染增加而降低或增加的指數，高于 50%分位值的生物指數值記5分，在5%分位值和50%分位值之間的記3分，低于5%分位值的記1分；對于生物指數值隨污染增加而呈正態分布的指數， 則是位于 25%～75%之間的記5分， 在5%～25%或75%～95%之間的記3分， ＜5%或＞95%的記1分；

1.2.7 生物基準值的確定 取參考點完整性指數的90%分位數值為生物基準值.

1.2.8 生物基準值的合理性判斷 對生物完整性指數的評價結果進行分析，并結合化學指標對基準值確定方法的合理性進行判斷.

1.3 數據處理

Pearson分析用以檢驗大型底棲動物群落指標之間、B-IBI與環境因子之間的相關關系，RELATE分析環境參數矩陣與B-IBI矩陣之間的相關關系.上述分析分別在 SPSS13.0及PRIMER6.0軟件包中完成.此外，生物指標篩選中的頻率分布、敏感性檢驗分析及箱式圖亦于SPSS13.0中完成.

2 生物完整性指數的構建及生物基準值的確定

2.1 數據預處理

根據上文的篩選原則，計算B-IBI時，去除原數據中的小頭櫛孔鰕虎魚（Ctenotrypauchen microcephaius）、紅狼牙鰕虎魚（Odonamblyopus rubicundus）、焦氏舌鰨（Arelicus joyneri）及矛尾鰕虎魚（Chaeturichthys stigmatias）.

2.2 分區

渤海灣底棲生物群落分布主要與底質類型、鹽度及環流狀況有關［34-35］.基于本研究現有數據，判斷出研究區域均為高鹽泥質（底層水鹽度﹥18‰，粉砂和粘土含量＞40%），故而將整個研究區作為一個區進行生物基準的制定.

2.3 參考點的確定

參考點為未開發、未受干擾或者受影響最小的點［1］.本研究區均受到不同程度的干擾，加上歷史數據較為匱乏，很難根據美國環保局的指導方法來選取合適的參考點.本研究起初參考蔡立哲

［13］的方法，但并未選出合適的參考點.以往的研究已證實AZTI海洋生物指數能夠較好地指示渤海灣的生態質量狀況［18，20-21］，因此本文首次嘗試根據AZTI海洋生物指數的評價結果確定備選參考點，再結合該樣點的水質和沉積物質量確定最終的參考點.綜上所述，本文選取出 2011年 9月航次調查的S12、S18、S23、S39、S42及S43等6個樣點作為參考點.

2.4 指標的篩選

2.4.1 篩選原則 候選生物指標的篩選主要參照段夢［4］和渠曉東等［11］的方法.具體步驟如下：

（1）候選指標分布范圍檢驗：頻率分布法，即如果指標在樣點中分布范圍過窄或存在零值過多的情況≥95%，將在指標篩選中對其進行剔除；

（2）敏感性分析：Manny-Whitney U 和Kolmogorov-Smirnov Z檢驗比較各參數在參考點和受損點間的中位數和分布差異是否達到顯著水平，選擇能顯著響應環境壓力的作為備選指標.

（3）相關性分析：利用Pearson相關性分析（指標符合正態分布）或Spearman相關性分析（參數不符合正態分布）剔除相關性較高的指標（|r|＜0.75）.

2.4.2 候選指標的確定 就高鹽泥質的底質來說，本文確定的候選指標為Shannon-Wiener多樣性指數、總生物量、總棲息密度、耐污種生物量百分比、敏感種生物量百分比、肉食性和雜食性動物密度百分比、5cm以下的物種豐富度百分比等.由于本研究歷次調查均未分層采樣，因而去除“5cm深以下物種豐富度百分比”指標.此外，肉食性和雜食性動物較難確定，去除該指標.為了更全面地反映渤海灣的生態環境質量狀況，本研究參考蔡立哲［13］的研究成果及調查數據的實際情況，選擇添加濾食種生物量百分比、總物種數、耐污種豐度百分比、濾食種豐度百分比等4個指標.至此，共有9個指標進入指標體系的篩選.特別地，耐污種和敏感種的歸類標準參考國外已有的研究經驗［32，36］并適當考慮大型底棲動物在本研究區的空間分布狀況.據此，本文選擇全部 EG I（Ecological Group I，第一生態組）［32］的物種為環境敏感種，EG III～V的全部物種為耐污種.選擇雙殼類作為濾食種.

表1 各指標敏感性檢驗結果（樣本數為602個；雙尾檢驗）Table 1 The results from the sensitivity test for all the indicators （the sample numbers： 602 individuals； two-tailed test）

表2 各指標的Pearson相關性分析（樣本數為602個；雙尾檢驗）Table 2 The results from the Pearson correlation analysis for all the indicators （the sample numbers： 602individuals；two tailed test）

2.4.3 指標篩選結果 分布范圍檢驗表明，9個候選指標的分布范圍適中，且出現零值的頻率均小于 95%，符合條件.敏感性差異檢驗結果表明總豐度、Shannon-Wiener指數、濾食種生物量百分比、敏感種生物量百分比及總物種數等5個指標能敏感地區分參考點和受損點的差異（表 1），可以進入下一步的篩選.正態分布檢驗結果表明上述5個指標均符合正態分布（P＜0.01）；5個指標之間呈顯著相關的，相關性|r|＜0.75（表2）.故此，總豐度、Shannon-Wiener指數、濾食種生物量百分比、敏感種生物量百分比及總物種數等5個指標用于本文生物完整性指數的構建及生物基準的制定.

2.5 指標數據的賦值

采用三分法進行賦值.即將參考點指標值的分布區間劃分為3部分，分別賦值為1、3、5，表示水體的生態完整性為差、中、好［5，37-38］.

2.6 評分標準的確定

Shannon-Wiener指數、濾食種生物量百分比、敏感種生物量百分比數值與環境壓力的關系為反比，因此其評分標準為：指標值＜5%，1分；位于5%～50%之間，3分；＞50%，5分；總豐度及總物種數與環境壓力的關系為正態分布曲線型，因此，其評分標準為：指標值＜5%或＞95%，1分；位于 5%～25%或 75%～95%之間，3分；位于 25%～75%之間，5分［30-31］.各指標的評分標準結果詳見表3.

表3 各指標的評分標準Table 3 The grading system for all the indicators

2.7 生物基準值的確定

取參考點完整性指數的 90%分位數作為生物完整性指數的基準值，最終得出底棲生物基準值為5（表4）.

表4 參考點各指標完整性指數值Table 4 The B-IBI values of all the indicators in the reference sites

3 討論

3.1 參考點選取的合理性分析

本文共選取了 5個大型底棲動物群落指標，最低分為3，最高分為25（敏感種生物量百分比指標打分的最低值為 3分）.為便于比較，將所有指標分值區間5等分，其對應的生態質量狀況分別設定為優：20.6～25；良：16.2～20.6；中等：11.8～16.2；不良：7.4～11.8；差：3.0～7.4.據此標準，參考點的生態質量狀況全部為優和良，且兩者比例各站50%，說明本研究選取的參考點是合理的，采用 AZTI海洋生物指數選取參考點是可行的.需要注意的是，采用該指數確定參考點必須建立在該指數適用性較強的生態系統上，如本研究中的渤海灣天津段海域［18，20-21］.

3.2 指標篩選的合理性分析

本研究在確定生物指標時主要依據指數的適用情況及本批次大型底棲動物的數據情況，避免了盲目過多選擇生物指數而帶來徒勞的計算與分析［10］.一般情況下，確定候選河口海灣生物指標時，要涵蓋物種豐富度、耐污類型和功能攝食類群等生物特征［6，30］，而本研究采用的指標篩選方法符合國內外常用的標準［11，39-40］，篩選出的5個指標亦涵蓋上述指標類型.同時，這些指標在我國河流、河口、港灣、潮間帶等生態系統的生物完整性構建中已有較為成功的應用［11，13-14］，這說明本研究的指標篩選方法是可行的.

3.3 底棲生物完整性指數確定生物基準的合理性分析

3.3.1 B-IBI響應大型底棲動物群落時空變化的敏感性分析 全部樣本中，生態質量狀況為“優”的為69個，占總樣本的11.82%，而 “差”的樣本數占比為12.50%.剩余樣本中，359個樣本的底棲生態環境受到不同程度的干擾，占比為61.47%.從年際變化的角度看，2011和2012年9月份的生態環境質量狀況為“良”以上的樣本數所占比例高于其它航次（超過50%），而“差”的樣本數所占比例則低于其它航次；所有航次中，2009年5月航次的“良”樣本數比例最低，其次為2009年8月航次（表5）.從季節變化的角度看，5月航次的B-IBI平均值均低于8月和9月航次的均值，且以2009年5月航次的最低（12.09），2011年9月航次的最高（16.78）；整體上看，除 2009年夏季航次的研究海域受干擾程度及處于輕度干擾狀態的樣本數比春季的略高外，其它年份秋季航次與春季航次的相差不大（表5）.

表5 B-IBI指示的渤海灣各樣點生態質量狀況Table 5 The ecological quality status for all the sampling sites indicated by the B-IBI in the Bohai Bay

圖2 渤海灣所有航次的B-IBI值空間分布情況Fig.2 The spatial distribution of the B-IBI for all the sampling voyages in the Bohai Bay

已有研究證實，渤海灣的大型底棲動物群落豐度、生物量、多樣性指數均以 2009年的最差，2011年后有所好轉［41］；渤海灣多毛類動物無論是物種數、豐度還是生物量都有所增加，而甲殼動物則下降明顯，大型底棲動物的物種組成趨向于小型化、低質化［42］，而這與B-IBI的年際變化趨勢基本一致.

調查海域 2009～2013年的生態環境均受到了不同程度的干擾，尤以海河口及黃驊港附近海域較為嚴重，其他區域基本呈斑塊狀分布，無明顯的分布規律（圖 2）.事實上，渤海灣的大型底棲動物群落指標參數如物種數、生物量、豐度、豐富度指數、多樣性指數等均呈現南側海域普遍比北側低的空間分布模式，尤以黃驊港附近海域最為嚴重［41］，如 B-IBI空間分布模式所示（圖 2）.這與可能該海域大規模的圍海造陸、港口建設如沉積物疏浚、油田排放的污染物導致底棲動物群落結構和功能發生不可逆的變化有關［18，25，43］，類似的情況也發生在煙臺近岸海域［44］.

3.3.2 B-IBI響應環境壓力的敏感性分析 考慮到數據的完整性及可比性，本研究采用2011年5月和9月航次的沉積物重金屬數據及2009年8月、2011、2012、2013年9月航次的表層水營養鹽數據來驗證 B-IBI值是否能響應渤海灣遭受的環境壓力變化.

表6 渤海灣沉積物重金屬與B-IBI指數之間的相關關系（雙尾檢驗）Table 6 The co-relationships between sediment heavy metals and the B-IBI in the Bohai Bay （two-tailed）

Pearson相關分析表明B-IBI與沉積物中的Mg、Al、Ti等10種重金屬（表6）及表層水中的總磷之間（R = -0.195，P = 0.025，N = 132）存在顯著的負相關關系.RELATE分析也表明，沉積物重金屬矩陣與 B-IBI矩陣之間存在顯著的相關關系（R = 0.138，P = 0.001、N = 86）.這些都說明石油平臺和陸源廢水排放大量的重金屬［25，45］，可能已對該區域大型底棲動物群落結構造成了一定程度的影響［21］，如本研究中B-IBI與重金屬的相關關系所示.此外，自2003年以來，北塘和大沽排污口一直是渤海灣氮、磷污染嚴重區域，富營養化嚴重［46］，從而影響了底棲動物群落結構的穩定性

［47］，如B-IBI較低的值所示.

3.4 生物基準值的合理性分析

根據生物基準值的定義，本研究確定的生物基準值意味著研究區大型底棲動物群落的生物完整性值達到 5即達到了保護或恢復底棲生物完整性的管理目標［1］.事實上，本研究602個樣本中，除去參考點，僅有6個樣本的生物完整性值達到5，其他均低于該值，且2009年2個航次所有樣本的生物完整性值均低于生物基準值，說明渤海灣天津段近年來的生態質量較差，且以2009年的最差，這與以往生物群落及環境參數演變規律的研究結果一致［41-42，48］.由 3.3.1和 3.3.2的研究結果可知，用于確定生物基準值的生物完整性指數能較為敏感地響應渤海灣天津段大型底棲動物群落受干擾的時空演變規律及面臨的富營養化及重金屬污染壓力，指示出海河口、北塘口等近岸海域較差的生態質量狀況［18，41-42］，驗證了本研究生物基準值計算方法的可行性和正確性，從而說明確定的生物基準值合理可行，而這也被其他學者在太湖流域、遼河流域及膠州灣等生態系統的研究結果所證實［4，10，49］.

4 結語

根據國內外相關研究經驗，選取大型底棲動物作為構建生物完整性指數的生物群落.首次將AZTI海洋生物指數評價結果作為篩選參考點的主要依據，并采用標準化方法篩選生物指標，確定各指標的閾值分級標準，從而構建出生物完整性指數.基于參考點的生物完整性指數值，確定出渤海灣天津段大型底棲動物的生物基準值為 5.適用性驗證結果表明，生物完整性指數對研究區受干擾的生態質量狀況較為敏感，且能響應研究區面臨的環境壓力，說明采用該方法確定生物基準值合理可行.

構建生物完整性指數須建立在參考點與受損點的生態健康狀況對比的基礎上，因此合理選取參考點為該方法構建及生物基準制定成功的關鍵.由于歷史原因，我國絕大多數近岸海域生態環境基本處于受干擾狀態，加上海洋生態環境相對復雜，使得參考點的選取可能在以后長時間內都會成為困擾我國海洋生物基準制定的技術難點.目前，我國主要是參照北美和歐洲的經驗進行改良應用到河流、河口、潮間帶及港口等生物完整性指數的構建上，而本研究結果可為我國其它類似的生態系統生物基準的構建提供借鑒.

［1］ Gilbson G R， Bowman M L， Gerritsen J， et al. Estuaring and coastal marine waters： bioassessment and biocriteria technical guidance ［R］. Washington D C： Office of Water， United States Environmental Protection Agency， 2000.

［2］ Pelletier M C， Gold A J， Heltshe J F， et al. A method to identify estuarine macroinvertebrate pollution indicator species in the Virginian Biogeographic Province ［J］. Ecological Indicators， 2010，10（5）：1037-1048.

［3］ 王曉晨.乳山灣及鄰近海域大型底棲動物群落的生態學研究［D］. 青島：中國海洋大學， 2009.

［4］ 段 夢.基于浮游生物群落的變化建立水環境生態學基準值—方法學與案例研究 ［D］. 天津：南開大學， 2011.

［5］ Karr J R， Fausch K D， Angermeier P L， et al. Assessing biological integrity in running waters： A method and its rationale ［R］. Illinois ： Illinois Natural History Survey， 1986.

［6］ 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.

［7］ 廖靜秋，黃 藝.應用生物完整性指數評價水生態系統健康的研究進展 ［J］. 應用生態學報， 2013，24（1）：295-302.

［8］ 楊蓮芳，李佑文，戚道光，等.九華河水生昆蟲群落結構和水質生物評價 ［J］. 生態學報， 1992，12（l）：8-15.

［9］ 王建國，黃恢柏，楊明旭，等.廬山地區底棲大型無脊椎動物耐污值與水質生物學評價 ［J］. 應用與環境生物學報， 2003，9（3）：279-284.

［10］ 馬陶武，黃清輝，王 海，等.太湖水質評價中底棲動物綜合生物指數的篩選及生物基準的確立 ［J］. 生態學報， 2008，28（3）：1192-1200.

［11］ 渠曉東，劉志剛，張 遠.標準化方法篩選參照點構建大型底棲動物生物完整性指數 ［J］. 生態學報， 2012，32（15）：4661-4672.

［12］ 陳小華，康麗娟，孫從軍，等.典型平原河網地區底棲動物生物指數篩選及評價基準研究 ［J］. 水生生物學報， 2013，37（2）：191-198.

［13］ 蔡立哲.河口港灣沉積環境質量的底棲生物評價 ［D］. 廈門：廈門大學， 2003.

［14］ 周曉蔚，王麗萍，鄭丙輝，等.基于底棲動物完整性指數的河口健康評價 ［J］. 環境科學， 2007，30（1）：242-247.

［15］ Borja A， Tunberg B G. Assessing benthic health in stressed subtropical estuaries， eastern Florida， USA using AMBI and M-AMBI ［J］. Ecological Indicators， 2011，11：295—303.

［16］ Cai L Z， Tam N F Y， Wong T W Y， et al. Using benthic macrofauna to assess environmental quality of four intertidal mudflats in Hong Kong and Shenzhen coast ［J］. Acta Oceanologica Sinica， 2003，22（2）：309—319.

［17］ Li Baoquan， Wang Quanchao， Li Bingjun. AAssessing the benthic ecological status in the stressed coastal waters of Yantai，Yellow Sea， using AMBI and M-AMBI ［J］. Marine Pellution Bulletin， 2013，75：53—61.

［18］ Cai Wenqian， Borja á， Liu Lusan， et al. Assessing benthic health under multiple human pressures in Bohai Bay （China）， using density and biomass in calculating AMBI and M-AMBI ［J］. Marine Ecology， 2014，35（2）：180—192.

［19］ 林和山，俞煒煒，劉 坤，等.基于AMBI和M-AMBI法的底棲生態環境質量評價—以廈門五緣灣海域為例 ［J］. 海洋學報，2015，8：76—87.

［20］ Cai W Q， Meng W， Liu L S， et al. Evaluation of the ecological status with benthic indices in the coastal system： the case of Bohai Bay （China） ［J］. Frontiers of Environmental Science and Engineering. 2014，8（5）：737—746.

［21］ Cai W Q， Angel B， Lin K X， et al. Assessing the benthic quality status of the Bohai Bay （China） with proposed modifications of M-AMBI ［J］. Acta Oceanologica Sinica， 2015，34（10）：111—121.

［22］ Ning X， Lin C， Su J， et al. Long-term environmental changes and the responses of the ecosystems in the Bohai Sea during 1960-1996 ［J］. Deep Sea Research Part II： Topical Studies in Oceanography， 2010，57：1079-091.

［23］ Borja A， Dauer D M， Gremare A. The importance of setting targets and reference conditions in assessing marine ecosystem quality ［J］. Ecological Indicators， 2012，12：1-7.

［24］ Qin Y W， Zheng B H， Lei K， et al. Distribution and mass inventory of polycyclic aromatic hydrocarbons in the sediments of the south Bohai Sea， China ［J］. Marine Pollution Bulletin，2011，62：371-376.

［25］ Gao Xuelu， Chen C-T A. Heavy metal pollution status in surface sediments of the coastal Bohai Bay ［J］. Water Research，2012，46（6）：1901—1911.

［26］ Zhou H， Zhang Z N， Liu X S， et al. Changes in the shelf macrobenthic community over large temporal and spatial scales in the Bohai Sea， China ［J］. Journal of Marine Systems，2007，67（3/4）：312-321.

［27］ GB/T 12763.6-2007 ［S］. 北京：中國標準出版社， 2007.

［28］ GB 17378.4 海洋監測規范—4 海水分析 ［S］.

［29］ 國家環保總局.水和廢水監測分析方法 ［M］. 北京：中國環境科學出版社， 2002.

［30］ Weisberg S B， Ranasinghe J A， Dauer D M， et al. An estuarine benthic index of biotic integrity （B-IBI） for Chesapeake Bay ［J］.Estuaries， 1997，20（1）：149-158.

［31］ Llansó R J， Dauer D M. Methods for calculating the Chesapeake Bay benthic index of biotic integrity ［EB/OL］. http：//www. baybenthos.versar.com. 2002.

［32］ Borja A， Franco J， Perez V. A marine biotic index to establish the ecological quality of soft-bottom benthos within European estuarine and coastal environments ［J］. Marine Pollution Bulletin，2000，40（12）：1100-1114.

［33］ Muxika I， Borja á， Bald J. Using historical data， expert judgement and multivariate analysis in assessing reference conditions and benthic ecological status， according to the European Water Framework Directive ［J］. Marine Pollution Bulletin， 2007，55（1—6）：16—29.

［34］ 秦蘊珊，趙一陽，趙松齡，等.渤海地質 ［M］. 北京：科學出版社，1985.

［35］ Zheng B H， Zhao X R， Liu L S， et al. Effects of hydrodynamics on the distribution of trace persistent organic pollutants and macrobenthic communities in Bohai Bay ［J］. Chemosphere，2011，84（3）：336-341.

［36］ Pearson T H， Rosenberg R. Macrobenthic sussession in relation to organic enrichment and pollution of marine environment ［J］. Oceanography and Marine Biology Annual Review， 1978，16：229-311.

［37］ Barbour M T， Gerritsen J， Griffith G E， et al. A framework for biological criteria for Florida streams using benthic macroinvertebrates ［J］. Journal of the North American Benthological Society， 1996，15（2）：185-211.

［38］ Ohio EPA. Ohio Water Resource Inventory. Volume I： Summary，Status and Trends. Ohio EPA， Columbus， Ohio， 1992 Pearson T H，Rosenberg R. Macrobenthic sussession in relation to organic enrichment and pollution of marine environment ［J］. Oceanography and Marine Biology Annual Review， 1978，16：229-311.

［39］ Wright J F， Moss D， Armitage P D， et al. A preliminary classification of running-water sites in Great Britain based on macro-invertebrate species and the prediction of community type using environmental data ［J］. Freshwater Biology， 1984，14（3）：221—256.

［40］ Hawkins C P， Olson J R， Hill R A. The reference condition：predicting benchmarks for ecological and water quality assessments ［J］. Journal of the North American Benthological Society， 2010，29（1）：312—343.

［41］ 蔡文倩，劉錄三，喬 飛，等.渤海灣大型底棲生物群落結構變化及原因探討 ［J］. 環境科學， 2012，33（9）：3104-3109.

［42］ 蔡文倩，孟 偉，劉錄三，等.渤海灣大型底棲動物群落優勢種長期變化研究 ［J］. 環境科學學報， 2013，33（8）：2332-2340.

［43］ Ellis J I， Fraser G， Russell J. Discharged drilling waste from oil and gas platforms and its effects on benthic communities ［J］. Marine Ecology Progress Series， 2012，456：285—302.

［44］ 劉 旭，劉 艷，趙瑞亮，等.煙臺海洋傾倒區生物群落結構現狀及動態變化分析 ［J］. 海洋通報， 2010，29（4）：396—401.

［45］ Liu W X， Chen J L， Lin X M， et al. Distribution and characteristics of organic micro-pollutants in surface sediments from Bohai Sea ［J］. Environmental Pollution， 2006，140（1）：4—8.

［46］ Wu Z X， Yu Z M， Song X X， et al. Application of an integrated methodology for eutrophication assessment： a case study in the Bohai Sea ［J］. Chinese Journal of Oceanology and Limnology，2013，31（5）：1064—1078.

［47］ Beukema J J. Changes in composition of bottom fauna of a tidal-flat area during a period of eutrophication ［J］. Marine biology， 1991，111（2）：293-301.

［48］ 秦延文，張 雷，鄭丙輝，等.渤海灣岸線變化（2003—2011年）對近岸海域水質的影響 ［J］. 環境科學學報， 2012，32（9）：2149—2159.

［49］ 孫永坤，楊 光，李超倫，等.膠州灣浮游動物生物完整性指數的建立 ［J］. 海洋科學， 2015，39（10）：1—7.

Development on the benthic index of biological integrity and determination for the biocriteria.

CAI Wen-qian1，2，ZHU Yan-zhong1'2， LIN Kui-xuan1'2， XIA Yang1，2， LIU Lu-san1，2*（1.State Key Laboratory of Environmental Criteria and Risk Assessment， Chinese Research Academy of Environmental Sciences， Beijing 100012， China；2.State Environmental Protection Key Laboratory of Estuary and Coastal Environment， Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012， China）. China Environmental Science， 2016，36（9）：2791～2799

The Benthic Index of Biological index （B-IBI） was erected based on the related data （macrozoobenthos， water quality and sediment environment） collected from the Tianjin coastal areas of the Bohai Bay during 2009 to 2013 as well as the available research experience. This is the first time to determine reference sites using AZTI marine biotic indices，water quality and sediment quality. Meanwhile， the standard method was employed to select biological indicators and to define the different levels for their thresholds. Thus， the index of biological integrity was developed. The 90% quantile of the IBI values in the reference sites was adopted as the base value and the calculated biocriteria value was 5. Results showed that the IBI could indicate the ecological quality of the study area， and also could response to nutrients and heavy metals pressures in this area. Therefore， it was reasonable and feasible to determine the biocriteria with the IBI method.

macrozoobenthos；index of biological integrity；biocriteria；Bohai Bay

X826

A

1000-6923（2016）09-2791-09

2016-01-08

項目支撐：國家自然科學基金資助項目（41406160）；國家環保行業公益專項（201309007）

* 責任作者， 研究員， liuls@craes.org.cn

蔡文倩（1986-），女，河南鹿邑人，助理研究員，博士，主要從事生物境監測與評價研究.發表論文10余篇.