石岛海域大型底栖生物群落特征

2013-12-23隋吉星李新正王洪法张宝琳

海洋科学 2013年3期

隋吉星, 李新正, 王洪法, 张宝琳

(1. 中国科学院海洋研究所, 山东青岛 266071; 2.中国科学院研究生院, 北京 100039)

石岛海域位于山东半岛最东端, 属于南黄海海区。这里有中国北方最大的渔港石岛港, 石岛湾核电站也在建设中。大型底栖生物是海洋生态系统的重要组成部分, 它们通过摄食、掘穴等活动与周围环境互相影响, 共同维持着海洋生态系统的结构和功能[1-3]。因此, 大型底栖生物的群落特征与海域环境息息相关[4-5]。早在20世纪50年代, 我国就对山东省沿岸海域资源环境做过详细调查, 如中国科学院海洋研究所与苏联科学院动物研究所合作对胶州湾大型底栖生物做了比较详细的调查研究[6]。1980年以后关于胶州湾、渤海湾、辽东湾等海域的大型底栖生物的生态学研究更是持续不断[7-11], 但石岛海域的调查却较少。本文报道了近期在石岛海域进行的大型底栖生物调查的种类组成、数量分布与群落特征等成果, 以期为进一步对该海域进行群落和多样性分析、次级生产力估算等研究提供参考, 并为相关部门的管理决策提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 站位布设和样品处理

于2008年8月、11月、2009年2月和5月分4个航次(以下简称夏季、秋季、冬季和春季航次), 对石岛海域的大型底栖生物进行了取样分析, 共设6个站位, 为比较石岛湾和桑沟湾大型底栖生物的不同, 特将调查站位分为两个小组, 其中SM1、SM2、SM3、SM4位于石岛湾, SN1和SN2位于桑沟湾(图1)。样品的采集、保存、计数和称量(生物量为湿质量)均按照《海洋调查规范》[12]进行, 大型底栖生物的采样工具为面积0.1m2的抓斗式采泥器, 每站成功取样2次合并为1个样品。使用0.5 mm孔径的网筛分选底栖生物样品, 所得样品用75%酒精现场固定。

图1 调查海区站位图 Fig. 1 Map of sampling stations in Shidao sea area

1.2 数据处理

大型底栖生物群落结构分析采用PRIMER5.0软件包中的相关程序进行数据资料的分析处理; 除计算大型底栖生物种数、栖息密度与生物量外, 还估算了底栖生物优势度指数．公式如下:

式中,Y为底栖生物优势度指数;ni为第i种的总个体数;N为在所有站位采集的底栖生物总个体数;fi为该物种在各调查站位中的出现频率。通常情况下, 当Y＞0.02 时, 该种为优势种[13]。

2 结果

2.1 大型底栖生物种类组成

在4个航次的调查中, 共采集鉴定大型底栖生物164种, 其中多毛类90种, 占总数的54.88%; 甲壳动物35种, 占总数的21.34%; 软体动物17种, 占总数的10.37%; 棘皮动物8种, 占总数的4.88%; 其他类群14种包括腔肠动物门、纽形动物门、腕足动物门等, 占总数的8.54%。

其中, 优势度较高的有多毛类的拟特须虫(Paralacydonia paradoxa)、叉毛卷须虫(Cirrophorus furcatus)、索沙蚕(Lumbrinerissp.)、长吻沙蚕(Glycera chirori)、背蚓虫(Notomastus latericeus); 甲壳动物有镰形叶钩虾(Jassa falcata)、美原双眼钩虾(Ampelisca miharaensis); 棘皮动物有日本倍棘蛇尾(Amphioplus japonicus)等, 4个季节调查中优势种见表1。

2.2 大型底栖生物的密度与生物量

表2和表3为各站位不同季节大型底栖生物密度与生物量。6个站位的总平均密度为280 个/m2, 总平均生物量为11.00 g/m2。密度的最高值出现在夏季航次中的SN1站, 为1 605 个/m2, 该站采集到的镰形叶钩虾(Jassa falcata)密度达到了1040 个/m2; 生物量的最高值出现在秋季航次中的SM2站, 为81.12 g/m2。该站采集到的心形海胆(Echinocardium cordatum)生物量达到了65.72 g/m2。

从季节看, 平均密度以夏季最高, 春季和秋季相差不大, 冬季最低; 平均生物量则秋季最高, 夏季次之, 冬季和春季较低。从站位看, SM1站密度与生物量明显偏低, 这与该站位粗砂的底质类型有关, 这种底质底栖生物食物匮乏, 难以生存。位于石岛湾的SM1～SM4四个站位平均密度(167个/m2)远低于位于桑沟湾的SN1、SN2站的平均密度(504个/m2), 而平均生物量(14.08 g/m2)却远高于桑沟湾的平均生物量(4.86 g/m2)。这表明, 石岛湾的大型底栖生物以大个体保守种占优势, 而桑沟湾大型底栖生物则以小个体的机会种占优势, 由Connell的中度扰动假说和Huston的种类多样性假说可以推测, 桑沟湾大型底栖生物群落的受干扰程度大于石岛湾底栖生物群落[14-15]。

表1 石岛大型底栖生物各季节优势种及其优势度 Tab. 1 The seasonal dominant species and their Y-values of macrobenthos from Shidao area

表2 石岛海域大型底栖生物密度 Tab. 2 The density of macrobenthos in Shidao area 个/m2

表3 石岛海域大型底栖生物生物量 Tab. 3 The biomass of macrobenthos in Shidao area g/m2

2.3 站位分组

群落结构分析旨在阐明特定生物群落的物种组成特征, 探讨群落中不同物种间的生态地位及其相互作用。本文选取春季航次密度数据的相似性矩阵进行聚类分析 (图2)。结果表明, 调查海域大型底栖生物调查站可以明显地分为两组: SM1站为站组Ⅰ, 其他5个站位为站组Ⅱ。利用SIMPER程序进一步分析各站组的特征种, 结果表明: 站组Ⅰ以多毛类动物的长锥虫(Haploscoloplos elongatus)和软体动物的双纹须蚶(Barbatia bistrigata)为特征种; 站组Ⅱ5个站的物种平均相似性为27.06%, 以多毛类动物拟特须虫(Paralacydoniaparadoxa)、不倒翁虫(Sternaspis scutata)、软体动物的壳蛞蝓(Philinesp.)和甲壳动物的美原双眼钩虾(Ampeliscamiharaensis)为特征种, 它们对站组特征累积贡献率为40.46%。

图2 石岛海域大型底栖生物聚类分析 Fig. 2 Hierarchical cluster of the macrobenthos in Shidao area

3 讨论

3.1 种类组成

从种类组成结果可以看出, 调查海域大型底栖生物优势度非常明显。优势种多为多毛类, 优势度最高的多毛类索沙蚕(Lumbrinerissp.)优势度最高, 达到0.165。该种在污染较严重的海域密度常常较大。一般来说, 生物群落的物种优势度越高, 说明群落内各物种的生态地位越不平衡, 生物群落也就更加脆弱; 反之, 物种优势度越低, 则群落内各物种的生态地位更加趋于平衡, 生物群落就越稳定[11]。从本调查可以看出, 优势种优势度明显, 反应了该海域大型底栖生物群落的不稳定性较强。

3.2 与其他海域大型底栖生物群落对比

本文研究海域位于山东半岛东端, 属于黄海海域。为了更完整地认识调查海域大型底栖生物群落的生态状况, 将本次调查大型底栖生物结果与以往山东沿岸和黄海海域大型底栖生物研究成果进行了比较[16-18](表4)。由表4可以看出, 本次调查海域大型底栖生物生物量较山东南岸、南黄海和北黄海海域明显偏低。这可能是由于以下两个原因造成的: (1)本次调查海域更加靠近陆地, 陆源污染对该海域影响显著[19], 如工业废水经车脚河、张家河等河流入海, 加深了对海域环境的污染; (2)石岛港是北方最大的渔港, 来来往往的渔船对该海域大型底栖生物群落有较强的干扰。

3.3 群落结构

从调查海域大型底栖生物聚类分析结果来看, 离岸最近的SM1站被单独划分为一个组, 而相对离岸较远的5个站位划分为一个组, 这表明陆源因素可能是该海域影响大型底栖生物分布的重要因素。另外, 从底质类型来看, SM1站为粗砂, 底栖生物种类较少, 栖息密度和生物量均较低, 而其他5个站位底质类型相似, 为软泥细沙, 大型底栖生物种类丰富, 栖息密度和生物量也较高。这与目前普遍认为的泥沙等混合型沉积环境的底栖生物多样性高于泥或砂等匀质的沉积环境相符合[20]。

表4 石岛及邻近海域大型底栖动物生物量比较 Tab. 4 The comparison of biomass of macrobenthos in different waters

致谢: 本项目组李宝泉、王金宝、韩庆喜、蔡文倩等分别鉴定了标本, 李宝泉、王金宝、韩庆喜、董栋、董超、马林、王晓晨、蔡文倩、孙德海等参与野外采样调查、样品初步分析等工作, 中国科学院海洋生物标本馆人员为本研究的样品分析给予大力协助, 在此一并致谢。

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