秦皇岛昌黎邻近海域青岛文昌鱼资源调查及大型底栖动物群落特征研究
杜小媛1,2, 赵升1,2, 鲍萌萌1,2, 徐东会1,2, 李笑语1,2, 沙婧婧1,2, 周瑞佳1,2, 齐衍萍1,2, 刘欣禹1,2     
1. 国家海洋局北海环境监测中心, 山东青岛 266000;
2. 自然资源部渤海生态预警与保护修复重点实验室, 山东青岛 266000
摘要: 为了解秦皇岛昌黎邻近海域国家二级保护动物青岛文昌鱼(Branchiostoma tsingdauense)的资源现状, 科学评价该海域底栖环境生态健康状况, 于2021年春、夏两季在昌黎邻近海域设置24个站位进行大型底栖动物及环境要素的调查监测, 并使用香农-威纳(Shannon-Wiener)多样性指数及AZTI海洋生物指数(AMBI)、多变量AZTI海洋生物指数(M-AMBI)对昌黎邻近海域大型底栖动物群落健康状况进行评价。调查结果表明: 2021年夏季昌黎邻近海域青岛文昌鱼平均生物密度为5 ind./m2, 处于近年调查的最低水平。春、夏两季昌黎邻近海域青岛文昌鱼均以Ⅲ龄鱼为主, 种群年龄结构出现异常现象。春、夏两季共采集到大型底栖动物89种, 两季大型底栖动物群落结构存在一定差异, 物种更替率较高。两季大型底栖动物平均生物密度为138 ind./m2, 平均生物量为20.95 g/m2, 平均Shannon-Wiener多样性指数为2.11。Shannon-Wiener多样性指数及AMBI、M-AMBI指数等生态健康评价方法评价结果相近, 结果表明调查海域底栖生态系统受到一定程度的扰动, 相较于春季, 夏季受人为扰动程度更强。
关键词: 昌黎邻近海域    大型底栖动物    青岛文昌鱼    群落结构    海洋生态健康    
Investigation of Branchiostoma tsingdauense Resources and Community Characteristics of Macrobenthos in Changli Adjacent Sea Area, Qinhuangdao
DU Xiaoyuan1,2, ZHAO Sheng1,2, BAO Mengmeng1,2, XU Donghui1,2, LI Xiaoyu1,2, SHA Jingjing1,2, ZHOU Ruijia1,2, QI Yanping1,2, LIU Xinyu1,2     
1. North China Sea Environmental Monitoring Center, State Oceanic Administration, Qingdao, Shandong, 266000, China;
2. Key Laboratory of Ecological Prewarning and Protection of Bohai Sea, Ministry of Natural Resources, Qingdao, Shandong, 266000, China
Abstract: In order to understand the current situation of Branchiostoma tsingdauense resources, a national second-class protected animal in the adjacent sea area of Changli, Qinhuangdao, and scientifically evaluate the ecological health status of the benthic environment in the waters, 24 stations were set up in the adjacent sea area of Changli in the spring and summer of 2021 to investigate the macrobenthos and environmental factors.The Shannon-Wiener diversity index and AZTI Marine Biological Index (AMBI) and Multivariate AZTI Marine Biological Index (M-AMBI) were used to evaluate the health status of macrobenthos communities in the adjacent sea area of Changli.The investigation results showed that the average density of B.tsingdauense in the adjacent sea area of Changli in summer of 2021 was 5 ind./m2, which was the lowest level in recent years.In spring and summer, the B.tsingdauense in the adjacent sea area of Changli was dominated by Ⅲ-year-old fish, and the abnormal phenomenon appeared in population age structure.A total of 89 species of macrozoobenthos were collected in spring and summer.There were some differences in the community structure of macrozoobenthos between the two seasons, and the species replacement rate was higher.The average density of macrobenthos was 138 ind./m2 and the average biomass was 20.95 g/m2, and the average Shannon-Wiener diversity index was 2.11.The evaluation results of Shannon-Wiener diversity index, AMBI index, M-AMBI index and other ecological health evaluation methods were similar.The results showed that the benthic ecosystem in the survey area was disturbed to a certain extent.Compared with spring, the benthic ecosystem was more disturbed by human disturbance in summer.
Key words: Changli adjacent sea area    macrobenthos    Branchiostoma tsingdauense    community structure    marine ecosystem health    

文昌鱼(Branchiostoma)已在地球上存在了数亿年之久,属于脊索动物门(Chordata)头索动物亚门(Cephalochordata),是现存最原始脊索动物的代表种[1],其脊索被视作无脊椎动物向脊椎动物进化的证据,是研究脊椎动物起源和进化的模式动物[2],同时也是研究进化发育学、比较功能基因组学和比较免疫学的理想模式生物,具有很高的学术研究价值[3]。文昌鱼偏好水清、流缓、疏松的沙质海底,仅分布于世界少数海区,数量十分有限[4]。作为底栖生物,底栖环境的生态健康状况直接代表着文昌鱼栖息环境的健康水平。大型底栖动物的群落组成结构、物种丰富度,以及耐污类群与敏感类群的比例等都可以反映水质的好坏,从而有效地指示水生生态系统的健康状况[5],经常被用作底栖生境健康的生物指标[6, 7]。底栖环境健康评价的方法有多种,Margalef物种丰富度、香农-威纳(Shannon-Wiener)多样性指数、Pielous均匀度等传统生物指数以及新开发的海洋生物指数(BI)、AZTI海洋生物指数(AMBI)、多变量AZTI海洋生物指数(M-AMBI)、底栖质量指数(BQI)等生物指数已被广泛应用于河口和沿海水域环境研究中,成为生态系统健康评估的有效工具[8]。河北秦皇岛昌黎邻近海域文昌鱼资源首次发现于1984年海岸带资源综合调查中,种类为青岛文昌鱼(Branchiostoma tsingdauense),蕴藏量达1.3×104 t[9, 10]。近年来由于栖息环境遭到破坏、近海污染等原因,其资源量逐年下降,现属于国家二级保护动物[11]。因此,开展青岛文昌鱼资源现状调查,更好地保护昌黎邻近海域现有青岛文昌鱼资源十分重要。

昌黎邻近海域是目前我国青岛文昌鱼聚集分布区之一[12],国内关于昌黎邻近海域青岛文昌鱼的研究主要集中在底质类型的变化对其影响方面,如马明辉等[13]探讨了滦河口青岛文昌鱼分布与栖息地底质特征,周卫彪等[14]研究了昌黎海域文昌鱼时空分布及其与栖息地底质的关系,但关于青岛文昌鱼资源量及其生境内大型底栖动物现状的研究较少。为了解秦皇岛昌黎邻近海域国家二级保护动物青岛文昌鱼资源现状,科学评价该海域底栖环境生态健康状况,本文基于2021年春、夏两季在秦皇岛昌黎邻近海域的大型底栖动物和环境要素调查数据,对青岛文昌鱼的资源量与底栖生物群落结构进行研究,并对该海域生态系统健康状况进行评价,以期为昌黎邻近海域青岛文昌鱼及海洋生态保护提供基础资料和科学参考。

1 材料与方法 1.1 样品采集与处理

2021年4月(春季)和8月(夏季),在河北秦皇岛昌黎邻近海域青岛文昌鱼分布区布设24个站位进行采样监测,站位布设位置见图 1

图 1 昌黎邻近海域调查站位 Fig. 1 Survey stations in Changli adjacent sea area

大型底栖动物采用取样面积为0.1 m2的抓斗式采泥器进行采集,每站采集4次,现场使用0.5 mm孔径的过筛器进行分选,用5%的甲醛溶液固定样品后在实验室进行定量分析,样品的处理、保存、计数和称量均按照《海洋调查规范第6部分:海洋生物调查》(GB/T 12763.6-2007)[15]进行。物种鉴定及名录登记均通过WoRMS网站(https://www.marinespecies.org)进行校对和复核。站位布设、生物密度及生物量分布图由ArcGIS 10.6软件绘制。

测定的环境因子包括底部海水的温度、盐度、pH值、溶解氧、无机氮,水质样品的采集和分析测定参照《海洋监测规范第4部分:海水分析》(GB 17378.4-2007)[16]完成,沉积物粒度采用激光粒度分析仪法测定。

1.2 数据处理 1.2.1 青岛文昌鱼年龄结构统计

用游标卡尺测量每个采样站位所有青岛文昌鱼样品的体长(mm)。根据《海洋生物生态调查技术规程》[17],文昌鱼各年龄组的体长范围如下:0龄≤7.0 mm,7.0 mm<Ⅰ龄≤15.0 mm,15.0 mm<Ⅱ龄≤29.0 mm,29.0 mm<Ⅲ龄≤37.0 mm,37.0 mm<Ⅳ龄≤43.0 mm,Ⅴ龄以上>43.0 mm,计算各体长组个体数占文昌鱼个体总数的百分比。

1.2.2 大型底栖动物种类更替率(R)计算

大型底栖动物种类更替率(R)[18]计算公式为R(%)= [(a+b-2c)/(a+b-c)]×100%,式中ab分别为相邻2个季节各自对应的大型底栖动物种类数,c为相邻2个季节共同的大型底栖动物种类数。

1.2.3 大型底栖动物群落结构及优势种计算

使用香农-威纳(Shannon-Wiener)多样性指数[19]分析生物群落结构,使用物种优势度指数(Dominance index, Y)判定优势种[20]。计算公式如下:

$ H^{\prime}=-\sum\limits_{i=1}^S P_i \log _2 P_i, $ (1)
$ Y=P_i \times F, $ (2)

式中:H′为Shannon-Wiener多样性指数;Pi=ni/N(ni是第i个物种的个体数,N是全部物种的个体数);S为种类数;Y为底栖生物优势度指数,F为物种的出现频率,当Y>0.02时,则该物种为该海域底栖动物的优势种[21]

使用PRIMER v6.0软件对群落结构进行分析,通过计算Bray-Curtis相似性系数,构建大型底栖动物群落相似性矩阵,组间差异检验采用相似性分析(ANOSIM)方法,使用SIMPER分析对群落划分起主要作用的种类。

1.2.4 大型底栖动物群落健康状况评价

Shannon-Wiener多样性指数等于0,说明无底栖生物,即表示严重污染;0-1代表重度污染,1-2代表中度污染;2-3代表轻度污染;大于3则代表水质清洁[19]。AMBI指数计算和大型底栖动物生态分组均采用AMBI V5.0软件进行。先除去非大型底栖无脊椎动物的种类,然后按照Borja等[22]的方法对大型底栖动物进行生态分组。AMBI的值为(0-7]时,值越低,生态健康状况越好;M-AMBI的值为(0-1]时,值越高,生态健康状况越好,AMBI及M-AMBI的数值范围和其对应指标的含义[23, 24]详见表 1表 2。根据底栖动物对环境敏感度的不同,大型底栖动物可分为5个生态组(Ecological Groups):EG Ⅰ代表对扰动敏感的物种;EG Ⅱ代表对扰动有惰性的物种;EG Ⅲ代表底栖生境中对扰动耐受的物种,可以忍受过量有机物;EG Ⅳ代表底栖生境中的第二机会种,多生于显著失衡环境下;EG Ⅴ代表生境中的第一机会种,生于显著失衡环境下[25]

表 1 AMBI数值范围及其对应的扰动等级 Table 1 AMBI numerical range and its corresponding disturbance level
数值范围
Numerical range
扰动等级
Disturbance level
(0.0,1.2] Undisturbed
(1.2,3.3] Slightly disturbed
(3.3,5.0] Moderately disturbed
(5.0,6.0] Heavily disturbed
(6.0,7.0] Extremely disturbed

表 2 M-AMBI数值范围及其对应的生态环境质量状况 Table 2 M-AMBI numerical range and its corresponding ecological environment quality status
数值范围
Numerical range
生态环境质量状况
Ecological environment quality status
(0.77,1.00] High/Undegenerated
(0.53,0.77] Good/Undegenerated
(0.38,0.53] Moderate/Degenerated
(0.20,0.38] Poor/Degenerated
(0.00,0.20] Bad/Degenerated

2 结果与分析 2.1 栖息环境因子

昌黎邻近海域春季水深为5.9-16.4 m,平均值为10.7 m;夏季水深为4.3-14.7 m,平均值为10.6 m,两季水深变化较小。如表 3所示,调查海域底部水环境中的水温(WT)、盐度(SAL)、溶解氧(DO)、磷酸盐(DIP)、无机氮(DIN)季节间呈极显著差异(P < 0.001);pH值与沉积物中值粒径(MD)在季节间无显著差异。其中,夏季昌黎邻近海域水环境中盐度、溶解氧、磷酸盐浓度均值较春季呈下降趋势,无机氮浓度呈上升趋势。

表 3 各环境因子平均值 Table 3 Average value of environmental factors
季节
Seasons
水温/℃
WT/℃
盐度
SAL
pH值
pH value
溶解氧/
(mg/L)
DO/(mg/L)
磷酸盐/
(μg/L)
DIP/(μg/L)
无机氮/
(μg/L)
DIN/(μg/L)
沉积物中值粒径/μm
MD/μm
Spring 11.1a 32.481a 8.11a 9.66a 8.58a 52.01a 148a
Summer 25.4b 29.848b 8.10a 7.86b 3.45b 136.07b 180a
Note: different lowercase letters in the same column indicate significant differences between the two (P < 0.001).

昌黎邻近海域沉积物类型有黏土质粉砂、粉砂质砂、砂和砂质粉砂,其中最主要的类型为砂。春季昌黎邻近海域沉积物中值粒径(MD)为7-363 μm,平均值为148 μm;夏季沉积物中值粒径为35-337 μm,平均值为180 μm。青岛文昌鱼喜好栖息在砂含量较高的环境中。分析调查海域采集到文昌鱼的站位,沉积物内砂质(粒径为63-2 000 μm)含量百分比与本站位文昌鱼生物密度关系可知:春季调查共有11个站位采集到青岛文昌鱼,其中24号、2号和11号站位砂质占比分别为78.1%、85.3%和87.8%,其余采集到青岛文昌鱼的站位砂质占比均在90%以上,青岛文昌鱼生物密度最高(355 ind./m2)的10号站位砂质占比为96.7%;夏季调查共有5个站位采集到青岛文昌鱼,所有站位砂质占比均在90%以上,青岛文昌鱼生物密度最高(80 ind./m2)的10号站位砂质占比为95.9%(表 4)。

表 4 昌黎邻近海域2021年青岛文昌鱼栖息站位生物密度与沉积物砂质占比 Table 4 B.tsingdauense biological density and sediment sand proportion of its habitat station in Changli adjacent sea area in 2021
站位
Stations
春季Spring 夏季Summer
砂质占比/%
Sand proportion/%
密度/
(ind./m2)
Density/
(ind./m2)
砂质占比/%
Sand proportion/%
密度/
(ind./m2)
Density/
(ind./m2)
1 0.0 0 37.1 0
2 85.3 5 64.3 0
3 45.4 0 68.7 0
4 79.6 0 90.0 0
5 20.7 0 93.8 10
6 97.0 0 87.4 0
7 87.1 0 95.0 0
8 51.2 0 56.7 0
9 91.8 200 89.6 0
10 96.7 355 95.9 80
11 87.8 20 97.5 15
12 86.0 0 96.6 0
13 71.1 0 77.1 0
14 93.7 5 92.7 0
15 69.7 0 88.7 0
16 97.4 0 96.1 0
17 98.6 20 94.6 0
18 95.9 5 95.9 5
19 75.1 0 80.8 0
20 91.4 5 88.5 0
21 97.2 5 98.6 20
22 71.8 0 79.7 0
23 95.3 15 95.5 0
24 78.1 5 88.3 0

2.2 昌黎邻近海域青岛文昌鱼资源现状

昌黎邻近海域春、夏两季青岛文昌鱼生物密度情况如图 2所示。春季调查海域有11个站位采集到青岛文昌鱼,10号和9号站位青岛文昌鱼生物密度、生物量较高,分别为355 ind./m2、39 g/m2和200 ind./m2、14.8 g/m2,此季调查海域青岛文昌鱼的平均生物密度为27 ind./m2,平均生物量为2.40 g/m2。夏季调查海域仅有5个站位采集到青岛文昌鱼,10号站位青岛文昌鱼的生物密度和生物量最高,分别为80 ind./m2和4.76 g/m2,此季调查海域青岛文昌鱼的平均生物密度为5 ind./m2,平均生物量为0.29 g/m2,相较于春季来说偏低。

图 2 昌黎邻近海域2021年青岛文昌鱼生物密度和生物量的平面分布 Fig. 2 Distribution of B.tsingdauense biological density and biomass in Changli adjacent sea area in 2021

春季调查共获取青岛文昌鱼128条,体长12.54-45.16 mm,平均值为32.89 mm。从年龄结构来看,Ⅲ龄鱼最多,占总数的53.12%;Ⅱ龄鱼占比25.00%;Ⅳ龄鱼占比17.19%;Ⅴ龄鱼占比3.13%;Ⅰ龄鱼最少,占比1.56%。夏季调查仅获取青岛文昌鱼26条,体长21.70-41.50 mm,平均值为31.97 mm;从年龄结构来看,Ⅲ龄鱼最多,占总数的57.69%,Ⅱ龄鱼占比30.77%,Ⅳ龄鱼占比11.54%,本次调查未获取Ⅰ龄鱼和Ⅴ龄鱼(图 3)。

图 3 昌黎邻近海域2021年青岛文昌鱼年龄结构组成 Fig. 3 Age composition of B.tsingdauense in Changli adjacent sea area in 2021

2.3 大型底栖动物群落结构

春、夏两季共采集到大型底栖动物89种,包括环节动物42种、节肢动物20种、软体动物18种、棘皮动物4种、刺胞动物2种,以及腕足动物、头索动物和鱼类各1种,环节动物、节肢动物和软体动物是调查海域主要的种群类型,仅有29种大型底栖动物为两季共有种,春季和夏季的物种更替率为67.05%。其中春季共采集大型底栖动物56种,主要类群包括环节动物33种、软体动物11种、节肢动物10种。春季调查海域优势种为青岛文昌鱼、豆形短眼蟹(Xenophthalmus pinnotheroides)和经氏壳蛞蝓(Philine kinglipini),优势度分别为0.101、0.058和0.026。青岛文昌鱼在春季是调查海域的第一优势种,其站位出现率为45.83%,青岛文昌鱼生物密度占春季大型底栖动物总生物密度的22.07%。夏季共采集大型底栖动物61种,主要包括环节动物24种、节肢动物16种、软体动物12种。夏季调查海域优势种为豆形短眼蟹,优势度为0.424,其站位出现率为79.17%,其生物密度占夏季总生物密度的53.50%。夏季调查中,青岛文昌鱼的站位出现率为20.83%,其生物密度占夏季总生物密度的3.50%,数量相对较少。

昌黎邻近海域大型底栖动物生物密度和生物量情况见图 4。2021年春、夏两季昌黎邻近海域大型底栖动物平均生物密度为138 ind./m2,平均生物量为20.95 g/m2。春季大型底栖动物生物密度为15-390 ind./m2,平均值为121 ind./m2;生物量为0.07-71.10 ind./m2,平均值为21.71 g/m2。其中,22号站位生物密度最大,采集到了较多的经氏壳蛞蝓;12号站位生物量最大,采集到了较多的薄片镜蛤(Dosinia corrugate)、菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)和彩虹明樱蛤(Moerella iridescens)等贝类。夏季大型底栖动物生物密度为30-555 ind./m2,平均值为155 ind./m2;生物量为0.63-123.59 ind./m2,平均值为20.20 g/m2,夏季调查海域大型底栖动物生物量和生物密度基本呈近岸向远岸逐渐降低的趋势。14号站位生物密度最大,采集到了大量的豆形短眼蟹。

图 4 昌黎邻近海域2021年大型底栖动物生物密度和生物量的平面分布 Fig. 4 Distribution of macrobenthic biological density and biomass in Changli adjacent sea area in 2021

图 5(a)可知,在15%的相似度水平上(图中虚线表示)可将24个站位分为2个群落(4号单个站位不构成群落),其中,9、10、11、16、17、20、21和23号站为群落Ⅰ;1-3、5-8、12-15、18、19、22和24号站位为群落Ⅱ。ANOSIM分析显示,2个群落之间差异极显著(R=0.523,P=0.001)。SIMPER分析表明,群落Ⅰ平均相似性为21.25%,特征种为梳鳃虫(Terebellides stroemii)和豆形短眼蟹,贡献率分别为24.98%和15.33%,累计贡献率为40.31%;群落Ⅱ平均相似性为26.45%,特征种为青岛文昌鱼和寡鳃齿吻沙蚕(Nephtys oligobranchia),贡献率分别为68.26%和12.72%,累计贡献率为80.98%。

图 5 昌黎邻近海域大型底栖动物群落的聚类分析 Fig. 5 Cluster analysis of macrobenthic communities in Changli adjacent sea area

图 5(b)所示,在25%的相似度水平上(图中虚线表示)可将24个站位分为3个群落,其中,18和21号站位为群落Ⅰ;2、3、6、7、9、11、13-15、19和22号站位为群落Ⅱ;1、4、5、8、10、12、16、17、20、23和24号站位为群落Ⅲ。ANOSIM分析显示,3个群落之间差异极显著(R=0.587,P=0.001)。SIMPER分析表明,群落Ⅰ平均相似性为33.38%,特征种为青岛文昌鱼和日本冠鞭蟹(Lophomastix japonica),贡献率各为50%,累计贡献率为100%;群落Ⅱ平均相似性为33.01%,特征种为豆形短眼蟹、日本倍棘蛇尾(Amphioplus japonicus)、经氏壳蛞蝓和小头虫(Capitella capitata),贡献率分别为29.45%、13.41%、11.52%和11.31%,累计贡献率为65.69%;群落Ⅲ平均相似性为30.43%,特征种为豆形短眼蟹、细鳌虾(Leptochela gracilis)、日本和美虾(Nihonotrypaea japonica),贡献率分别为54.77%、11.75%和11.50%,累计贡献率为78.02%。

2.4 底栖生态健康评价

昌黎邻近海域春、夏两季Shannon-Wiener多样性指数分析结果如表 5所示。春季Shannon-Wiener多样性指数平均值为2.14,夏季平均值为2.08,春季略高于夏季。两季节的Shannon-Wiener多样性指数平均值为2.11。根据Shannon-Wiener多样性指数评价,本次春季调查有3个站位处于清洁状态,15个站位处于轻度污染状态,2个站位处于中度污染状态,4个站位处于重度污染状态;夏季调查有3个站位处于清洁状态,9个站位处于轻度污染状态,9个站位处于中度污染状态,3个站位处于重度污染状态。从Shannon-Wiener多样性指数可以看出,该调查区域大型底栖动物受到轻度污染。

表 5 昌黎邻近海域春、夏两季Shannon-Wiener多样性指数 Table 5 Shannon-Wiener diversity index in spring and summer in Changli adjacent sea area
站位
Stations
春季
Spring
夏季
Summer
1 1.84 2.13
2 1.53 1.73
3 2.25 2.67
4 0.92 2.59
5 2.32 2.49
6 2.82 1.66
7 3.17 2.52
8 2.55 0.64
9 0.43 1.56
10 0.21 1.97
11 2.12 2.61
12 2.17 1.31
13 2.88 1.89
14 2.16 0.30
15 3.01 2.80
16 2.22 3.10
17 2.36 0.82
18 3.35 1.92
19 2.46 3.30
20 2.25 1.25
21 2.75 2.93
22 0.77 3.23
23 2.41 2.43
24 2.30 1.95

对昌黎邻近海域的大型底栖动物进行AMBI和M-AMBI指数分析,其结果如表 6所示。春季昌黎邻近海域的AMBI值为0.00-2.79,平均值为1.28,AMBI评价结果显示春季调查有11个站位处于无扰动状态,13个站位处于轻度扰动状态;M-AMBI值为0.47-0.96,平均值为0.66,M-AMBI评价结果显示春季调查有6个站位处于高等状态,12个站位处于良好状态,6个站位处于一般状态。夏季昌黎邻近海域AMBI值为0.00-4.58,平均值为1.85,AMBI评价结果显示夏季调查有4个站位处于无扰动状态,18个站位处于轻度扰动状态,2个站位处于中度扰动状态;M-AMBI值为0.40-0.90,平均值为0.67,M-AMBI评价结果显示夏季调查有5个站位处于高等状态,13个站位处于优良状态,6个站位处于一般状态。2021年春季调查中,大多数站位生态组成以EG Ⅰ和EG Ⅱ为主;夏季调查中,大多数站位生态组成以EG Ⅱ为主,EG Ⅰ物种数明显减少。夏季调查时,13、20、24号站位EG Ⅲ物种明显增多,5、6号站位EG Ⅴ物种明显增多,出现了较多的小头虫,表明这些站位在夏季可能受到了扰动,需引起注意(图 6)。

表 6 昌黎邻近海域春、夏两季AMBI及M-AMBI值 Table 6 AMBI and M-AMBI values in spring and summer in Changli adjacent sea area
站位
Stations
AMBI M-AMBI
春季
Spring
夏季
Summer
春季
Spring
夏季
Summer
1 2.79 1.50 0.48 0.69
2 1.68 1.96 0.63 0.72
3 2.28 2.93 0.63 0.72
4 0.50 1.61 0.48 0.76
5 1.50 3.23 0.66 0.65
6 0.92 4.58 0.79 0.47
7 1.11 1.69 0.90 0.75
8 2.33 1.48 0.55 0.51
9 0.00 1.52 0.49 0.73
10 0.00 0.41 0.47 0.73
11 0.90 0.80 0.65 0.77
12 1.32 1.41 0.73 0.55
13 1.75 3.48 0.86 0.52
14 0.83 1.50 0.63 0.44
15 1.98 1.69 0.80 0.80
16 1.38 1.64 0.66 0.87
17 0.83 1.66 0.65 0.49
18 0.71 0.00 0.96 0.58
19 2.18 2.08 0.66 0.88
20 1.88 2.75 0.48 0.40
21 0.21 0.63 0.80 0.83
22 1.54 1.57 0.51 0.90
23 0.64 2.19 0.72 0.66
24 1.36 2.00 0.66 0.58

图 6 昌黎邻近海域大型底栖动物群落的生态分组 Fig. 6 Ecological grouping of macrobenthos communities in Changli adjacent sea area

3 讨论 3.1 昌黎邻近海域青岛文昌鱼资源历史变化情况及其原因分析

2021年春季,昌黎邻近海域青岛文昌鱼平均生物密度为27 ind./m2,平均生物量为2.40 g/m2;夏季调查海域青岛文昌鱼平均生物密度为5 ind./m2,平均生物量为0.29 g/m2。夏季调查历史上,2001年昌黎邻近海域青岛文昌鱼的平均生物密度曾高达515 ind./m2,平均生物量为17.7 g/m2[26],之后青岛文昌鱼平均生物密度大幅度下降,2013年平均生物密度为30 ind./m2,平均生物量为2.29 g/m2[27];2014年平均生物密度为18 ind./m2,平均生物量为4.1 g/m2[28];2017年平均生物密度为23 ind./m2,平均生物量为2.06 g/m2[29],呈波动趋势。由于历史上开展春季调查较少,无法展开对比,但2021年夏季昌黎邻近海域青岛文昌鱼平均生物密度下降至5 ind./m2,为历次调查最低水平。

昌黎邻近海域青岛文昌鱼当年孵化的幼体在8月末的平均体长为4.7 mm,至次年的5月末其体长为10-12 mm,并于8月大量生长至15 mm以上,以Ⅱ龄鱼为主[30]。2021年春、夏两季调查中,昌黎邻近海域青岛文昌鱼均以Ⅲ龄鱼为主,可能是由于昌黎邻近海域青岛文昌鱼补充量不足,导致种群年龄结构组成出现异常。

本次调查发现,昌黎邻近海域青岛文昌鱼主要分布在新开河河口至北戴河河口水深5-15 m的区域,且绝大部分青岛文昌鱼分布在底质环境砂质占比90%以上的站位,这与吴凯等[31]在2014年研究昌黎邻近海域青岛文昌鱼种群的栖息环境时空演变时,发现沙质含量达到90%的底质环境中青岛文昌鱼具有集中分布性的结果一致。由于青岛文昌鱼对底质环境的严格要求,使得栖息地的沉积环境成为影响青岛文昌鱼种群变化的关键因素。同时,养殖产业的迅猛发展改变了适宜青岛文昌鱼生存和繁衍的底质、水动力条件[14]。2000-2018年,昌黎县海水养殖区养殖面积和产量分别增加了223.61% 和162.84%[32],昌黎邻近海域青岛文昌鱼的平均生物密度也从2001年的515 ind./m2下降至2021年的5 ind./m2,下降幅度达到99%以上。昌黎邻近海域扇贝养殖一般于5月左右开始投放种苗,生长周期约半年,于10月中旬收获[33]。调查发现夏季昌黎邻近海域溶解氧、磷酸盐浓度较春季时呈下降趋势,无机氮浓度呈上升趋势,海域底栖环境健康状况变差。除季节因素影响外,大规模养殖活动可能是引起海水水质恶化以及包括青岛文昌鱼在内的底栖生物生活环境受到扰动的原因之一。

3.2 昌黎邻近海域大型底栖动物种类组成及生态健康状况

2021年春、夏两季共采集到大型底栖动物89种,其中春季共采集大型底栖动物6大门类56种,环节动物种类最多(33种),其次为软体动物(11种);夏季共采集大型底栖动物9大门类61种,环节动物种类同样最多(24种),其次为节肢动物(16种)。夏季大型底栖动物种类明显偏多,且89种底栖动物中,两季共有种仅有29种,季节更替率为67.05%。这与2011年李莉等[34]在同海域进行的大型底栖动物种类组成的调查结果相近:2011年春、夏两季共鉴定出大型底栖动物90种,其中春季55种,夏季74种,均以环节动物种类最多,两季共有种为39种。2021年(本次调查)与2011年夏季调查海域第一优势种均为豆形短眼蟹。昌黎邻近海域大型底栖动物春、夏两季物种更替率较大,导致两季大型底栖动物群落结构存在一定差异。通过聚类分析,2021年春季大型底栖动物可划分为2个群落,其中群落Ⅱ以青岛文昌鱼和寡鳃齿吻沙蚕为特征种;夏季可划分为3个群落,其中群落Ⅰ以青岛文昌鱼和日本冠鞭蟹为特征种。春、夏两季均存在以青岛文昌鱼为特征种的群落,且分布于保护区附近。

2021年春季大型底栖动物平均生物密度和平均生物量分别为121 ind./m2和21.71 g/m2,夏季大型底栖动物平均生物密度和平均生物量分别为155 ind./m2和20.20 g/m2,夏季大型底栖动物平均生物密度略高于春季,平均生物量两季相差不大。对比2011年李莉等[34]在同海域所得的调查结果,春季大型底栖动物平均生物密度和平均生物量分别为123.9 ind./m2和18.90 g/m2,夏季分别为368.7 ind./m2和15.90 g/m2。春季两次调查结果相近,但2021年调查中生物密度和生物量均以环节动物最高,而2011年调查中生物密度最高的是环节动物,生物量最高的是软体动物;夏季调查中,本次调查大型底栖动物平均生物密度明显低于2011年,但平均生物量却高于2011年,两次调查中生物密度和生物量均以节肢动物最高。

2021年春季昌黎邻近海域大型底栖动物Shannon-Wiener多样性指数平均值为2.14,夏季为2.08。郭兴然[35]在2017年的调查中发现,春、秋两季昌黎黄金海岸国家级自然保护区海域大型底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数平均值分别为2.60和2.63;韩志杰等[36]调查发现,2015年夏季昌黎生态监控区大型底栖动物的Shannon-Wiener多样性指数为1.84;李莉等[34]在2011年调查时发现,滦河口-北戴河海域春季3个大型底栖动物群落Shannon-Wiener多样性指数为0.892-2.65,夏季4个大型底栖动物群落Shannon-Wiener多样性指数为1.58-2.33。综上,近十年昌黎邻近海域大型底栖动物Shannon-Wiener多样性指数呈波动趋势,但基本保持在2.00左右。

采用《海水水质标准》(GB 3097-1997)[37]对调查海域水质进行评价。春季调查海域海水中pH值、溶解氧、磷酸盐和无机氮均满足一类海水水质标准要求;夏季调查海域海水中pH值、磷酸盐均满足一类海水水质标准要求,溶解氧和无机氮超一类海水水质标准要求。其中,溶解氧一类水质标准超标率为45.8%,二类水质标准超标率为25.0%,三类水质标准超标率为16.7%,四类水质标准超标率为4.1%;无机氮全部符合二类水质标准。受生物活动影响,养殖水体中的溶解氧通常不断地在极值之间变化,生物活动越强烈,波动幅度越大[38]。调查海域夏季部分站位溶解氧含量较低,部分站位溶解氧含量过饱和,溶解氧变化幅度较大。同时,调查海域海水营养水平升高,夏季调查海域水质状况劣于春季。根据Shannon-Wiener多样性指数评价,本次春季调查有2个站位处于中度污染状态,4个站位处于重度污染状态;夏季调查有9个站位处于中度污染状态,3个站位处于重度污染状态。与春季相比,夏季调查海域轻度污染站位减少,中度污染站位增多,海域底栖环境健康状况变差。Shannon-Wiener多样性指数评价结果与水质环境评价结果一致,夏季调查海域环境状况同春季相比有所下降。

本次春季调查AMBI值为0.00-2.79,M-AMBI值为0.47-0.96;夏季调查AMBI值为0.00-4.58,M-AMBI值为0.40-0.90。根据AMBI评价结果,夏季调查海域底栖环境较春季时受扰动更加严重,新出现2个处于中度扰动状态的站位,且处于轻度扰动状态的站位由13个上升至18个。根据M-AMBI评价结果,两季均有6个站位处于一般(退化)状态,其他站位处于良好或高等(未退化)状态。调查海域夏季EG Ⅰ物种数大幅减少,EG Ⅲ、EG Ⅴ物种数明显增多,5、6号站位受到强烈扰动,出现了较多的小头虫。小头虫世代更新快,周年能产生幼虫,能在短期内大量繁殖,通常被作为海洋有机污染区的指示种。一旦出现大量指示种,往往预示环境已经被严重污染[39]。夏季降水量和入海径流量增大,工业废水、生活污水和养殖废水的排放造成水体富营养化[39, 40]。另外,昌黎邻近海域存在大量贝类筏式养殖,养殖筏极易出现密度过大、位置漂移等现象,对海洋环境产生一系列影响。例如,贝类会滤食水流中的浮游生物、有机泥沙、有机碎屑等颗粒物质[41],导致贝类养殖区的生物沉降作用非常明显[42]。另外,贝类排泄物长期积累,会引起养殖区底质的性状变化,底栖生物种类减少,进而改变底栖生物群落结构[43]。夏季调查时昌黎邻近海域海面上遍布养殖筏架,部分养殖筏架超出确权范围,位于保护区生态与资源恢复区,部分养殖筏架甚至扩散到重点保护区内,对包括青岛文昌鱼在内的底栖生物生存环境产生威胁。因此,强化海水养殖管理,科学规划海水养殖规模,合理开发利用海洋资源,对保护文昌鱼此类珍稀濒危野生动物、维持底栖生物群落稳定性、实现人与自然和谐相处具有重要意义。

4 结论

本研究结果表明,2021年夏季昌黎邻近海域青岛文昌鱼种群密度为5 ind./m2,为近年来最低水平。昌黎邻近海域大型底栖动物春、夏两季物种更替率较高,但春、夏两季昌黎邻近海域青岛文昌鱼均以Ⅲ龄鱼为主,种群年龄结构组成出现异常现象。使用Shannon-Wiener多样性指数和AMBI、M-AMBI指数法对昌黎邻近海域大型底栖动物群落健康状况进行评价所得的结果基本一致:调查海域底栖生态系统受到轻度干扰,且同春季相比,夏季调查海域受到人为扰动的程度更强。分析结果表明,沉积环境变化、养殖产业的迅猛发展都可能造成底栖环境扰动,对青岛文昌鱼种群数量产生不利影响。强化海域管理,合理控制养殖规模,关注海洋生态受损风险,对保护文昌鱼此类珍稀生物、维持海洋生态系统健康具有重要意义。

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