澄邁馬裊灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)及周邊海域大型底棲生物調(diào)查

黃 蓉, 吝思琪, 王愛民, 顧志峰, 石耀華, 劉春勝

澄邁馬裊灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)及周邊海域大型底棲生物調(diào)查

黃 蓉1, 2, 3, 吝思琪1, 2, 王愛民1, 2, 顧志峰1, 2, 石耀華1, 2, 劉春勝1, 2

(1. 海南大學 南海海洋資源利用國家重點實驗室, 海口 570228; 2. 海南大學 海洋學院, 海口 570228; 3. 海南南海海岸工程與生態(tài)環(huán)境研究所, 海口 571199)

本研究分別于2019年7月(夏季)和12月(冬季)對澄邁馬裊灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)及周邊海域的大型底棲生物進行調(diào)查。結果表明, 兩次調(diào)查共采集鑒定到55種生物, 其中夏季31種, 主要分布在鄰近區(qū); 冬季33種, 主要分布在養(yǎng)殖區(qū)和鄰近區(qū)。夏季航次, 底棲生物在養(yǎng)殖區(qū)、鄰近區(qū)和對照區(qū)的棲息密度分別為30.55 ind/m2、40.74 ind/m2和29.63 ind/m2, 生物量分別為14.36 g/m2、6.28 g/m2、6.58 g/m2; 冬季航次, 三個海區(qū)底棲生物棲息密度分別為55.56 ind/m2、46.67 ind/m2和27.78 ind/m2, 生物量分別為7.29 g/m2、6.20 g/m2和0.22 g/m2。夏季優(yōu)勢種主要為絨毛細足瓷蟹和紐蟲; 冬季優(yōu)勢種主要為豆形短眼蟹、梳鰓蟲、紐蟲和哈氏美人蝦。夏季養(yǎng)殖區(qū)、鄰近區(qū)和對照區(qū)大型底棲生物多樣性指數(shù)(′)分別為1.40、2.06和1.46; 冬季分別為2.16、1.59和0.94。綜上分析, 網(wǎng)箱養(yǎng)殖產(chǎn)生的殘餌和魚類糞便, 對養(yǎng)殖區(qū)及鄰近海域底棲生物分布產(chǎn)生一定影響, 且其群落結構與區(qū)域和季節(jié)存在較強相關性。

馬裊灣; 熱帶海域; 網(wǎng)箱養(yǎng)殖; 底棲生物; 多樣性指數(shù)

網(wǎng)箱養(yǎng)殖是我國沿海地區(qū)海水養(yǎng)殖的主要模式之一。然而, 隨著網(wǎng)箱養(yǎng)殖規(guī)模的增加和養(yǎng)殖密度的提高, 養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的殘餌、糞便等進入到周邊海水和沉積物中, 給海洋生態(tài)系統(tǒng)帶來各種負面影響[1-2]。

大型底棲生物是生活在水底部的生物群落, 其對所在環(huán)境的水質和沉積物質量非常敏感[3]。底棲動物生活區(qū)域性強, 常固著于海底或短距離移動, 回避環(huán)境惡化的能力較弱, 且不同種類對環(huán)境脅迫承受能力具有差異性[3-4]。當水體受到污染時, 大型底棲生物群落結構及多樣性將會發(fā)生改變, 因而其種群數(shù)量變化對環(huán)境污染的指示作用具有綜合性和持續(xù)性[5-7]。近年來, 網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動引起的大型底棲生物群落特征變化受到越來越多的關注。現(xiàn)有報道表明網(wǎng)箱下方及其鄰近水域因有機物質分解形成低氧區(qū), 導致底棲動物數(shù)量顯著減少; 小頭蟲科、吻沙蠶科、海稚蟲科等多毛類生物和一些小型雙殼類極易成為底棲生物群落中的優(yōu)勢種[8-9]。因此, 大型底棲動物群落結構已成為反映海洋底質環(huán)境變化的重要指標[10-11]。

近年來, 海水魚類網(wǎng)箱養(yǎng)殖對大型底棲生物群落影響的研究被大量報道, 但有關熱帶海域網(wǎng)箱養(yǎng)殖環(huán)境相關性研究較少[12-15]。本研究于2019年7月和12月對澄邁馬裊灣海域網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)及周邊海域大型底棲生物開展調(diào)查, 分析海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖對大型底棲生物群落的影響, 以期為我國海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查時間和站位

本研究在澄邁馬裊灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)及周邊海域共布設28個大型底棲生物調(diào)查站位(圖1), 其中養(yǎng)殖區(qū)設置6個調(diào)查站位(P1~P6), 在距離養(yǎng)殖區(qū)約1 km以內(nèi)的鄰近區(qū)布設12個調(diào)查站位(Z1~Z6, A1~A6), 在距離養(yǎng)殖區(qū)約2~3 km的對照區(qū)布設10個調(diào)查站位(B1~B5, C1~C5)。分別于2019年7月(夏季)和12月(冬季)進行采樣分析。

圖1 調(diào)查站位圖

1.2 調(diào)查和評價方法

1.2.1 采樣方法

底棲生物采樣按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[16]和《海洋監(jiān)測規(guī)范》[17], 采用張口面積為0.045 m2的采泥器進行, 每個站采樣2次。采集樣品采用75%乙醇固定帶回實驗室, 進行稱重、種類鑒定、計數(shù)、統(tǒng)計和分析。

1.2.2 評價方法

本文底棲生物群落結構分析使用PRIMER6.0軟件完成; 優(yōu)勢度()、多樣性指數(shù)()、均勻度()、豐富度()和單純度()[7]采用Excel軟件計算, 計算公式如下:

Pielou均勻度指數(shù)():=max

豐富度指數(shù)():= (–1)log2

單純度指數(shù)():SUM(n/)2

式中:n: 為第個物種的棲息密度;f: 某種生物的出現(xiàn)頻率(%);: 某站總生物棲息密度(ind/m2);: 出現(xiàn)生物總種數(shù);P=n/;max=log2, 為最大多樣性指數(shù)。

2 結果

2.1 種類組成

2次調(diào)查共采集鑒定到55種底棲生物(表1)。夏季有7個類別31種, 最多為軟體動物(11種), 各區(qū)域種類數(shù)量鄰近區(qū)(18種)>養(yǎng)殖區(qū)(9種)>對照區(qū)(6種); 冬季有8個類別33種, 最多為環(huán)節(jié)動物(14種), 各區(qū)域種類數(shù)量鄰近區(qū)(20種)>養(yǎng)殖區(qū)(19種)>對照區(qū)(5種)。

表1 各類群底棲生物種類組成

續(xù)表

注: —是指未采集到生物。

2.2 生物量和棲息密度

夏季航次, 共14個站位采集到底棲生物, 其中養(yǎng)殖區(qū)4個站位, 平均棲息密度為30.55 ind/m2, 平均生物量為14.36 g/m2; 鄰近區(qū)7個站位, 平均棲息密度為40.74 ind/m2, 平均生物量為6.28 g/m2; 對照區(qū)3個站位, 平均棲息密度為29.63 ind/m2, 平均生物量為6.58 g/m2(圖2a、圖2b)。

冬季航次, 共22個站位采集到底棲生物, 其中養(yǎng)殖區(qū)6個站位, 平均棲息密度為55.56 ind/m2, 平均生物量為7.29 g/m2; 鄰近區(qū)11個站位, 平均棲息密度為46.67 ind/m2, 平均生物量為6.20 g/m2; 對照區(qū)5個站位, 平均棲息密度為27.78 ind/m2, 平均生物量為0.22 g/m2(圖2c、圖2d)。

夏季航次, 鄰近區(qū)的生物棲息密度最高, 生物量則是養(yǎng)殖區(qū)最高; 冬季航次, 養(yǎng)殖區(qū)的棲息密度和生物量均為最高。

按照生物類別計算, 夏季養(yǎng)殖區(qū)的棲息密度(圖3a)為: 節(jié)肢動物(66.67 ind/m2)>脊索動物、軟體動物(22.22 ind/m2)>環(huán)節(jié)動物(11.11 ind/m2); 鄰近區(qū)的棲息密度為: 軟體動物(88.89 ind/m2)>環(huán)節(jié)動物(77.78 ind/m2)>節(jié)肢動物(66.67 ind/m2); 對照區(qū)的棲息密度為: 軟體動物(33.33 ind/m2)>環(huán)節(jié)動物、紐形動物(22.22 ind/m2)>螠蟲動物(11.11 ind/m2)。冬季養(yǎng)殖區(qū)的棲息密度為: 節(jié)肢動物(133.33 ind/m2)>環(huán)節(jié)動物(88.89 ind/m2)>軟體動物(77.78 ind/m2); 鄰近區(qū)的棲息密度為: 節(jié)肢動物(233.33 ind/m2)>環(huán)節(jié)動物(111.11 ind/m2)>紐形動物(77.78 ind/m2); 對照區(qū)的棲息密度為: 環(huán)節(jié)動物(88.89 ind/m2)>紐形動物(22.22 ind/m2)。

圖2 大型底棲生物棲息密度和生物量的平面分布圖

注: a: 夏季棲息密度; b: 夏季生物量; c: 冬季棲息密度; d: 冬季生物量。

圖3 各類型生物棲息密度和生物量的對比圖

注: a: 各類別棲息密度; b: 各類別生物量。

夏季養(yǎng)殖區(qū)的生物量(圖3b)為: 軟體動物(38.13 g/m2)>節(jié)肢動物(15.40 g/m2)>環(huán)節(jié)動物(2.17g/m2);鄰近區(qū)的生物量為: 軟體動物(20.15 g/m2)>節(jié)肢動物(15.03 g/m2)>環(huán)節(jié)動物(5.47 g/m2); 對照區(qū)的生物量為: 軟體動物(13.27 g/m2)>紐形動物(4.98 g/m2)>環(huán)節(jié)動物(1.22 g/m2)。冬季養(yǎng)殖區(qū)的生物量為: 節(jié)肢動物(18.22 g/m2)>軟體動物(12.55 g/m2)>環(huán)節(jié)動物(11.75 g/m2); 鄰近區(qū)的生物量為: 節(jié)肢動物(32.77 g/m2)>脊索動物(8.78 g/m2)>棘皮動物(6.24 g/m2); 對照區(qū)的生物量為: 環(huán)節(jié)動物(0.88 g/m2)>紐形動物(0.21 g/m2)。

調(diào)查海域的生物量和棲息密度主要以節(jié)肢動物、環(huán)節(jié)動物和軟體動物為主。夏季養(yǎng)殖區(qū)和鄰近區(qū)的生物量以軟體動物為主, 棲息密度以節(jié)肢動物為主; 對照區(qū)生物量和棲息密度均以軟體動物為主。冬季養(yǎng)殖區(qū)、鄰近區(qū)生物量和棲息密度均以節(jié)肢動物為主, 對照區(qū)均以環(huán)節(jié)動物為主。

2.3 優(yōu)勢種

如表2所示, 夏季優(yōu)勢種分別為絨毛細足瓷蟹()、紐蟲(sp.); 冬季優(yōu)勢種分別為豆形短眼蟹()、梳鰓蟲()、紐蟲、哈氏美人蝦()。冬季優(yōu)勢種類比夏季多2種, 紐蟲為2次調(diào)查中出現(xiàn)的優(yōu)勢種。

2.4 生物多樣性分析

兩次調(diào)查大型底棲生物各指數(shù)如表3所示。與冬季相比, 夏季養(yǎng)殖區(qū)大型底棲生物多樣性指數(shù)和豐富度較低, 單純度和均勻度指數(shù)較高。夏季鄰近區(qū)大型底棲生物多樣性指數(shù)和豐富度高于養(yǎng)殖區(qū)和對照區(qū), 各區(qū)域間均勻度指數(shù)相差不大。冬季養(yǎng)殖區(qū)、鄰近區(qū)和對照區(qū)生物多樣性指數(shù)和豐富度呈遞減趨勢, 各區(qū)域間均勻度指數(shù)亦相差不大。

表2 大型底棲生物棲息密度優(yōu)勢種、優(yōu)勢度(優(yōu)勢度≥0.01)

表3 不同季節(jié)底棲生物指數(shù)

注:指豐富度指數(shù);指單純度指數(shù);指Shannon-Wiener多樣性指數(shù);指Pielou均勻度指數(shù)。

對底棲生物豐度進行聚類(Cluster)分析, 調(diào)查海域底棲生物群落異質化程度夏季較秋季高(圖4)。在20%的相似度上, 夏季調(diào)查可將底棲生物群落分為10個組, 其中相似度>20%的有3組, 分別為組1包括Z1和A2號站(豆形短眼蟹); 組2包括P1和P5(絨毛細足瓷蟹、紅狼牙鰕虎魚); 組3包括B5、A5和B2(紐蟲)。冬季調(diào)查可分為11個組, 其中相似度>20%的有5組, 分別為組1包括P5和A5(焦芋螺); 組2包括C2、C3和C4(梳鰓蟲); 組3包括Z6、P2、Z1和B2(紐蟲); 組4包括P1、A2、Z2和Z3(哈氏美人蝦); 組5包括P3、P4和P6(豆形短眼蟹)。

圖4 大型底棲生物豐度聚類圖

注: a: 夏季底棲生物豐度聚類圖; b: 冬季底棲生物豐度聚類圖。

3 討論

本研究中兩次調(diào)查共采集鑒定到55種大型底棲生物, 其中夏季31種, 冬季33種, 生物多樣性指數(shù)為0.94~2.16, 均勻度指數(shù)為0.94~0.99, 豐富度指數(shù)為0.21~0.78。對比樊立靜等[18]對福建北部近岸海域大型底棲生物群落特征的研究(2013年8月調(diào)查20個站位, 共采集到69種生物, 多樣性指數(shù)2.59, 均勻度指數(shù)為0.90, 豐富度指數(shù)為1.11)和丁敬坤等[19]對膠州灣底棲生態(tài)系統(tǒng)的研究(2017年7月調(diào)查20個站位, 共采集到64種, 多樣性指數(shù)為2.35, 均勻度指數(shù)為0.81, 豐富度指數(shù)為1.56), 馬裊灣大型底棲生物多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)較低, 但均勻度指數(shù)相對較高, 說明該海域大型底棲生物種類較少, 但種間分布相對均勻。

南海熱帶海域為寡營養(yǎng)鹽[20-21], 其營養(yǎng)鹽的增加使生物群落組成在一定程度上發(fā)生改變。研究表明適當?shù)挠袡C物質增加對底棲群落有利, 可使其生物量增加, 群落多樣性上升。當有機物過度積累, 大量的有機顆粒無法分解, 導致沉積環(huán)境處于無氧環(huán)境, 影響底棲動物的生存, 耐污種類占據(jù)主要優(yōu)勢地位, 生物多樣性下降[22-23]。本研究中, 養(yǎng)殖區(qū)生物種類數(shù)、棲息密度和生物量以及對照區(qū)的生物量變化較大, 鄰近區(qū)底棲生物變化較小。夏季為養(yǎng)殖高峰期, 大量殘餌和魚類代謝物的排放使養(yǎng)殖區(qū)有機物沉積, 環(huán)境惡化[24]。此時養(yǎng)殖區(qū)的底棲生物種類較少, 棲息密度較低, 但能適應環(huán)境的生物獲得大量有機物, 使得養(yǎng)殖區(qū)生物量大大提高。冬季為休養(yǎng)期, 養(yǎng)殖區(qū)底質污染情況得以緩解, 大型底棲生物群落有所恢復, 所以冬季養(yǎng)殖區(qū)種類數(shù)量較多, 且棲息密度較高。鄰近區(qū)距離網(wǎng)箱養(yǎng)殖較近, 養(yǎng)殖產(chǎn)生的殘餌和魚類代謝物可隨海流擴散到鄰近區(qū), 但不會造成有機物過度富集。鄰近區(qū)的底棲生物可以獲得充足的營養(yǎng)物質, 同時底質環(huán)境又比較穩(wěn)定, 因此, 鄰近區(qū)底棲生物種類、密度及生物量均不會產(chǎn)生較大變化。對照區(qū)與養(yǎng)殖區(qū)距離較遠, 養(yǎng)殖產(chǎn)生的殘餌和魚類代謝物基本不會擴散到該海域, 該海域底棲生物主要依靠攝食底質中的有機物和藻類生存。冬季海域初級生產(chǎn)力較低, 底棲生物能獲取的食物大量減少, 導致其生物量大量減少。

通常, 受養(yǎng)殖活動影響的特征之一是底棲動物優(yōu)勢種單一, 即優(yōu)勢度高[25]; 而物種優(yōu)勢度越高, 說明群落內(nèi)物種的生態(tài)地位越不平衡, 生物群落越不穩(wěn)定[26]。本研究中, 夏季共有2種優(yōu)勢種, 冬季有4中優(yōu)勢種。說明夏季受養(yǎng)殖影響較大, 底棲生物群落不穩(wěn)定。養(yǎng)殖過程產(chǎn)生的有機質為大型底棲動物生長提供了營養(yǎng)來源, 利于其生長, 但累積的有機物在降解過程中往往會消耗大量的氧氣, 產(chǎn)生硫化氫等有害物質, 從而降低底棲群落的多樣性[27-29]。本研究中, 養(yǎng)殖區(qū)多樣性指數(shù)夏季低而冬季高, 而鄰近區(qū)和對照區(qū)則是夏季高而冬季低, 這與楊俊毅等[24]在樂清灣大型底棲生物群落特征研究的結果一致, 說明養(yǎng)殖區(qū)受養(yǎng)殖污染影響顯著高于鄰近區(qū)和對照區(qū)。

4 結論

澄邁馬裊灣網(wǎng)箱養(yǎng)殖已對海洋環(huán)境造成一定影響, 1) 網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)及鄰近海域大型底棲生物棲息密度、生物量和多樣性指數(shù)顯著增加。2) 與網(wǎng)箱養(yǎng)殖期(夏季)相比, 休養(yǎng)期(冬季)養(yǎng)殖區(qū)和鄰近區(qū)大型底棲生物棲息密度顯著增加, 對照區(qū)海域變化不大; 而養(yǎng)殖區(qū)和對照區(qū)大型底棲生物生物量顯著降低, 鄰近區(qū)無顯著變化。

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Investigation of macrobenthos of cage culture and the adjacent sea area in Maniao Bay, Chengmai

HUANG Rong1, 2, 3, LIN Si-qi1, 2, WANG Ai-min1, 2, GU Zhi-feng1, 2, SHI Yao-hua1, 2, LIU Chun-sheng1, 2

(1. Key Laboratory of Tropical Biological Resources of Ministry of Education, Hainan University, Haikou 570228, China; 2. Ocean College, Hainan University, Haikou 570228, China; 3. Hainan South China Sea Institute of Coastal Engineering and Ecological Environment, Haikou 571199, China)

The macrobenthos in a cage fish culture (CF) and in the adjacent (AD) and control (C) sea areas of Maniao Bay, Chengmai were investigated in July (summer) and December (winter) 2019. According to two surveys, 55 species were identified with 30 species in summer, primarily in the AD area, and 33 species in winter, primarily in the CF and AD areas. The habitat density of the CF, AD, and C sea areas in summer were 30.55, 40.74, and 29.63 ind/m2, respectively; their biomasses were 14.36, 6.28, and 6.58 g/m2, respectively. In winter, the habitat density of the CF, AD, and C sea areas were 55.56, 46.67, and 27.78 ind/m2, respectively; their biomasses were 7.29, 6.20, and 0.22 g/m2, respectively. The dominant species wereandsp. in summer and,,sp., andin winter. Moreover, the macrobenthic biodiversity index () of the CF, AD, and C sea areas in summer were 1.40, 2.06, and 1.46, respectively. The indices were of the CF, AD, and C sea areas in winter were 2.16, 1.59, and 0.94, respectively. In conclusion, the sediment of bait and fish metabolites produced through the cage fish culture influenced the distribution of the macrobenthos, and strong correlations were observed between community structure and region and season.

Maniao Bay; Tropical sea area; Cage culture; Macrobenthos; Biodiversity index

Jul. 13, 2020

X835

A

1000-3096(2021)01-0092-08

10.11759/hykx20200713004

2020-07-13;

2020-09-01

國家重點研發(fā)計劃項目(2018YFD0900704), 院士團隊創(chuàng)新中心項目(HD-YSZX-202011)

[Supported by the National Key Research and Development Program of China, No. 2018YFD0900704, Talent Development Program of Hainan Province, No. HD-YSZX-202011]

黃蓉(1992-), 女, 碩士研究生, 主要從事海洋環(huán)境研究, E-mail: 243533241@qq.com; 劉春勝, 男,通信作者, 副教授, 主要從事貝類繁育和養(yǎng)殖技術研究, E-mail: lcs5113@163.com

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)