第29卷第4期 海 洋 通 报 Vl0I_29.NO.4 2010年08月 MARINE SCIENCE BULLETIN Aug.2010 烟台海洋倾倒区生物群落结构现状及 动态变化分析 刘旭1,刘艳2,赵瑞亮 ,纪灵2,宁璇璇2,伯云台2 (1 圈家海洋局北海分局,【b东青岛266033:2.国家海洋局烟台海洋环境监测中心站,th东烟台264006; 3.烟台港集团有限公司,山东烟台264000) 摘要:利用烟台海洋倾倒区2008年的监测结果和相关历史资料,分别对倾倒区的生物群落结构现状及动态变化过程进行研究。倾 倒区内目前有浮游植物18种,浮游动物23种,底栖生物17种。浮游植物以硅藻门的新月菱形藻(Nitzschia closteriumw Smith)占 有绝对优势,浮游动物的优势种为中华哲水蚤(Calanus sinicusBrodsky)和强壮箭虫(Sagitta crassaTokioka),底栖生物的组成以环 节动物最多,优势种不明显。综合指数分析表明倾倒区海域的生物群落结构相对稳定。然而,多年的疏浚物倾倒使该区的生物群落 发生了变化。与倾倒初期相比,浮游植物的种类数量减少,物种多样性总体上呈现下降趋势;浮游动物的种类数量和密度在2006年 的调查中出现最低值,群落结构趋向单调,至2008年这一趋势有所缓和:底栖生物的种类数量和密度较倾倒初期也有明显的下降, 多样性指数的降低和优势度的增大也预示群落结构稳定性的下降。 关键词:烟台;海洋倾倒区;生物群落:动态变化 中图分类号:0145 1:Q178 53 文献标识码:A 文章编号:1001.6932(2010)04—0396-06 Analysis of the features and dynamic changes of biological community structure in the Yantai marine dumping site LIU Xu ,LIU Yan2,ZHAO Rui.1iang ,JI Ling ,NING Xuan—xuan ,BO Yun.tai (1 Noah China Sea Branch,SOA,Qingdao 266033,China; 2 Yantai Oceanic Environmental Monitoring Central Station.Yantai 264006,China;3.Yantai Port Group,Yantai 264000,China) Abstract:Based on the observed data of each monitoring from 1 99 l to 2008 in Yantai marine dumping site,the current features and dynamic changes of biologica1 community structure were studied.In the survey of 2008.a tota1 of 1 8 taxon of phytoplankton.23 taxon of zooplankton and 1 7 taxon of ben山OS are identiifed.The dominant phytoplankton species iS Nitzschia closterium CalaFlUS sinicus and Sagitta crassa are the dominant species of zooplankton.The benthos iS mainly composed by annelida.but the dominant species iS not evident.The diversity analysis shows that the biological community structures are relatively norma1.However,long time disposal of dredged materials have changed the biological communities in Yantai dumping site.The variety and diversity of phytoplankton decrease compared with priory period of disposa1.The variety and density of zooplankton have a minimum in the survey of 2006 and the community structure tends to be simple until 2008.To benthos,the variety and densiyt decrease apparently in comparison with priory period of dredge materials disposa1.The decrease of Shannon—Weaver diversity index and increase of Dominance jndex indicate the decline of hte stability of benthos community. Keywords:Yantai;marine dumping site;biolcgical community;dynamic changes 烟台海洋倾倒区是为环芝罘湾港口码头建设 1 120万ITI 。其中,1988年至1991年,倾倒量约 及港池航道清淤时倾倒废弃物所设定,倾倒物的主 为70万m ;1991年至2001年问,倾倒量约为 要组成为疏浚物。根据国家海洋局北海分局的疏浚 500万m ;2001年至2004年和2004年至2006年 物倾倒资料统计,倾倒区自使用以来累计倾倒约为 的倾倒量均约为250万1TI ;2006年至2008年问倾 收稿日期:2009—02-13:修订日期:2009.12-O7 作者简介:刘旭(1971 ),男,硕士,高级工程师,主要从事环境监测及行政执法工作 通讯作者:刘艳(1979一),女,工程师。电子邮箱:liuxue1918@sina.com 4期 刘旭等:烟台海洋倾倒区生物群落结构现状及动态变化分析 397 倒量为50万m 左右。大量疏浚物的倾倒必然会对 生态环境造成一定程度的破坏。 为了解疏浚物倾倒对倾倒区海域生态环境的 影响,分别于1991年10月、2001年7月、2004 年8月、2006年9月和2008年7月对倾倒区进行 综合调查。本文整理了2008年的调查结果,对倾 倒区海域生物群落结构的现状进行研究,进一步结 合历史调查资料,分析了生物群落的动态变化。 1采样及评价方法 样品采集及分析方法按照《海洋监测规范》_l J 进行。浮游植物采集水样,用浓缩计数法对样品进 行种类鉴定和数量统计;浮游动物样品采用浅水I 型浮游生物网通过垂直拖网获得,室内分析包括种 类鉴定、计数和湿重生物量的测定;底栖生物样品 用0.05 m 采泥器每站取5次获得,进行种类鉴定 和计数。 生物群落多样性分别采用Shannon.Wiener指 数(H’),Pielou均匀度指数(J),优势度(D)进 行评价【2 J。计算公式为: a Shannon.Weaver多样性指数: H。:一∑Pi_一 log2‘ Pi 式中:H ——种类多样性指数 S——样品中的种类总数 Pi——第i种的个体数(ni)与总个体 数(N)的比值(ni/N)。 b1 Pielou均匀度指数: J=H'/H 式中:J——表示均匀度; H ——种类多样性指数值; H 。 ——为log2S,表示多样性指数的最 大值。 c)优势度: D:(NI+N2)/NT 式中: D——优势度; N广一样品中第一优势种的个体数; N2——样品中第二优势种的个体数; N一样品中的总个体数。 2008年烟台海洋倾倒区跟踪监测的调查站位 见图1。 图1 2008年烟台海洋倾倒区采样站位图 Fig.1 Location of sampling stations in the Yantai marine dumping site of 2008 2倾倒区生物群落结构现状 选取2008年7月对烟台倾倒区的调查结果, 进行生物群落结构的现状分析。 2.1群落组成 2.1.1浮游植物 本次调查共发现浮游植物l8 种,其中硅藻13种,甲藻4种,金藻1种。调查 海域浮游植物平均细胞密度为l 380xl0 个/m ,变 化范围在(720~1 920)×】0 个/m 之间,各站位之 间细胞密度呈现均匀分布状态。其中,硅藻、甲藻 和金藻分别占浮游植物总细胞数的94.52%、4.35% 和1.13%。硅藻无论是在种类上,还是在细胞数量 方面均占绝对优势。本次调查的优势种为新月菱形 藻(Nitzschia closterium Smith),其平均密度为 662x10 个/m ,占浮游植物总量的47.97%。 2.1.2浮游动物 本次调查鉴定出23种浮游 动物,其中甲壳动物及幼体14种,毛颚动物及幼 体4种,棘皮动物幼虫2种,多毛类幼体、双壳类 及水母类各1种。07站的种类组成较少,其他站位 浮游动物种类组成相差不大。调查海区浮游动物平 均生物量为5 150.11 mg/m ,站位之间生物量波动 较大,最高值出现在06站,达22 375.8 mg/m ;最 低值出现在07站,为322.7 mg/m 。浮游动物的个 体密度平均值为414.12个/m ,个体密度分布趋势 与生物量类似,最高个体密度分布在06站,为 1 093.75个/m ;最低个体密度分布在07站,为 17.42个/n1 。钩虾数量的增多是06站生物量和个体 密度远超过其他站位的原因。 本次调查海区中浮游动物的优势种主要包括 中华哲水蚤(Calanus sinicus Brodsky)和强壮箭虫 398 2 (Sagitta crassa Tokioka)。 本次调查浮游植物物种多样性指数值在 3 5 2.1-3底栖生物 本次调查所获底栖生物样品 经鉴定计有l7种。其中环节动物10种,节肢动物 3种,软体动物为2种,棘皮动物和半索动物各】 种。调查海区底栖生物生物量平均值为7.06g/m , 个体密度的平均值为27.1个/m ,各站位之间平面 分布较为均匀。调查区生物量组成和密度分布以环 节动物最高,节肢动物次之,优势种类不明显。 2.2综合性指数分析 三种生物类群的各调查站位综合性指数值如 图2所示。 浮前植物多样性 / —, \. . / \/\/ V l f…{ :I…{ . ’。 一 ~h -一一 、・{ f ..、1. Oi 02 03 04(35 06 0T 08 0g 站位号 浮游动物多样性 3 2 5 \ 趔 、\. .l 5 / Ⅲ V l 0 5 } ,: :_ : 一 一:。一:~ ~.. O 0l O2 03 04 O5 06 07 08 09 站位号 底栖生物多样性 j 一 . f\ 一 /r ’ ’ \/ ●一一▲、. 一图2浮游植物、浮游动物、底栖生物的物种多样・陛指数、均匀度 和优势度分布 Fig.2 Distribution ofdiversity index,uniformiyt and dominance of phytoplankton,zooplankton and benthos 1.29~2.74之间变动,平均值为2.01;均匀度的变化 范围为0.63~0.91,平均值为0.75;优势度的变化范 围为0.41~0.86,平均值为0.69。浮游植物种类组成 相对多样,群落结构比较正常。浮游动物种类多样 性指数值变化范围为1.17-2.46,平均值为1.78;均 匀度的变化范围为0.41~0.74,平均值为0.53;优势 度的变化范围为0.65~0.87,平均值为0.80。从图2 可以看出,浮游动物绝大多数站位的多样性指数值 低于2.0,种类多样性较低,05、06、07和O8站多 样性指数低、优势度较高,表明该4个站位的浮游 动物群落结构稍差。底栖生物多样性指数值在 1.50~2.52之问变动,平均值为2.13;均匀度的变化 范围为0.95~0.97,平均值为0.96;优势度的变化范 围为0.43~0.75,平均值为0.58。底栖生物群落多样 性指数和均匀度较高,优势度较低,群落结构比较 正常。 Shannon—Weaver多样性指数经常被用来监测 海水、淡水中生物群落的结构变化,是评价生物群 落结构质量和水质、底质污染程度的工具,但是评 价标准不尽一致I6_引。蔡立哲等【9J建议将底栖动物多 样性指数的污染评价范围分为5类,即无底栖动物 为严重污染;H <1,为重污染;H 在l~2之间,为 中等污染;H,在2~3之间为轻度污染;H >3无污染。 按此范围进行划分,倾倒区目前的污染状况总体上 仍属于轻度污染,02、03、05、06站位的底栖生物 多样性指数值低于2,为中等污染。 3 倾倒区生物群落动态变化分析 由于倾倒区历次跟踪监测中生物站位几经变 动,因此选取历次监测均包含的09和B站的调查 数据进行统计计算,综合指数取09和B站的平均 值,同时由于历次调查的调查时期有所差异,因此 只对倾倒区的生物群落结构特征的动态变化进行 定性分析。 3.1浮游植物 3.1.1 种类数量及细胞密度 分析表1可以看 出,烟台海洋倾倒区的浮游植物种类数量从2004 年开始呈现大幅度下降趋势,2008年略有所回升, 与1991年的调查结果相比,2008年调查中浮游植 物的种类数量下降了66.7%。在密度上,2001年和 2004年调查中细胞密度显著降低,2006年后调查 海域的细胞密度出现大幅回升,但与种类数呈负相 4期 刘旭等:烟台海洋倾倒区生物群落结构现状及动态变化分析 399 关趋势。 3.1.2种类组成 倾倒区浮游植物群落在1991 横向比较发现,2006年前倾倒区的西南角(B) 年、2001年和2004年调查中始终保持着以硅藻为 的种类数和细胞密度总体上略低于倾倒区中心点 主、甲藻为次的基本群落结构特征,但2006年浮 (09),推测原因为倾倒区中心位置(09)靠近浮 游植物的种类组成发生了比较明显的变化,无论是 筒,倾倒船只难以靠近致使西南角的倾倒量远大于 种类组成还是细胞数量组成上硅藻比例均显著降 倾倒区内部,从而使倾倒区西南区的污染相对严 低、甲藻升高,而在2008年调查中硅藻重新成为 重,浮游植物的种类和密度受到影响【J川。 浮游植物的优势种群。 表1 各监测年度浮游植物群落结构特征表 Tab 1 Composition and complexity ofphytoplankton community in the dumping area 3.1.3浮游植物综合性指数分析 从表1中可以 3.2.2 种类组成及优势种类 历次调查所采集 看出,1991年调查海域的浮游植物多样性指数值大 的浮游动物种类组成变化不大,调查海域以浮游甲 于3.0、均匀度值接近1.0,而优势度较低,表明浮 壳类为主,还包括浮游幼虫、毛颚动物、水母类等。 游植物种类组成丰富,群落结构稳定;2001年和 历次调查的优势种类主要以中华哲水蚤(Calanus 2004年浮游植物的种类组成多样性有所下降;2006 sinicus Brodsky)、强壮箭虫(Sagitta crassu Tokioka) 年调查中由于甲藻种类数的增多,多样性指数增 等为主,均为我国黄渤海的常见种。 大;2008年09和B两站位多样性指数平均值下降 3.23浮游动物综合性指数分析 从1991年至 至1.91,而优势度较以往四次调查结果均偏高,表 2006年浮游动物群落多样性指数值一直呈现下降 明目前该海域浮游植物的种群结构质量劣于倾倒 趋势,均匀度降低,优势度增大,表明浮游动物群 初期,疏浚物倾倒使浮游植物种类多样性降低。 落结构质量有所下降。其中,2006年浮游动物的多 3.2浮游动物 样性指数较低、优势度较大的原闪是此次调查所获 3.2.1 种类数量及生物密度 从表2可以看出, 得的浮游动物种类数量较少,只有8种,而且双刺 浮游动物的种类数量和个体密度的最低值出现在 纺锤水蚤(Acartia biiflosa Giesbrecht)和强壮箭虫 2006年,2008年调查中浮游动物的种类和密度均 (Sagitta crassa Tokioka)占种类组成的绝对优势, 有明显的增加。横向比较发现,除2006年外,倾 分别达到48.19%和31.93%,群落结构趋于简单。 倒区西南角(B)浮游动物种类和密度低于倾倒区 2008年这一趋势有所缓和,浮游动物种类数增加, 中心点(09),这与该区域倾倒量较大造成浮游植 多样性指数增大,优势度有所下降。 物的数量减少和初级生产力的降低有关。 400 海 洋 通 报 29卷 3.3底栖生物 体密度仅为1991年的4.87%。 横向比较发现,除 3_3.1种类组成及生物密度 与1991年相比, 2001年底栖生物种类数量大幅度减少,2001年之 后变化不大;个体密度呈现明显下降趋势。与1991 年相比,2008年底栖生物种类数量减少了72%,个 了2006年外,倾倒区的西南角(B)的底栖生物种 类数和密度低于倾倒区中心位置(09)的相应数据, 这与倾倒区西南角的倾倒量远远大于中心直接相 关。 表3各监测年度底栖生物群落结构特征表 Tab.3 Composition and complexity ofbenthos communiy tin the dumping area 09 23 2O 25 7 1 8 8 6 9 5 6 4 种类数量,种 B 6 7 7 32 24 09 690 460 575 220 20 120 98 90 66 34 50 个体密度 ,个.m- B 均值 94 28 多毛类40% 软体动物28% 甲壳动物12% 种类组成 多毛类75% 甲壳动物25% 多毛类66.67% 节肢动物l1.11% 多毛类57.14% 多毛类42.86% 节肢动物28.57% 软体动物14.29% 棘皮动物8% 腔肠动物4% 扁形动物4% 纽虫4% 节肢动物14.29% 软体动物l4.29% 纽虫14-29% 软体动物1l_11% 棘皮动物l1.11% 半索动物14.29% 多样性指数 均匀度 优势度 2_35 1.95 0_80 0.56 2.O3 O.82 1.99 1.93 0.89 O.55 0.92 0-33 0.79 0.6l 0.53 4期 刘旭等:烟台海洋倾倒区生物群落结构现状及动态变化分析401 3.3.2底栖生物综合性指数分析 从表3可以看 出,在倾倒初期1991年的调查中09和B站多样性 指数的平均值为2.35,其它各次调查H 有所降低, 在2.0附近波动,同时优势度的增大也预示该海域 底栖生物种群结构稳定性的下降。 4 结论 通过上述分析可以看出,倾倒区污染通量的增 加对该区的生物群落造成了一定程度的影响。海域 浮游植物种类数量在2004年的调查中大幅下降, 细胞密度在2001年和2004年的调查中明显降低。 以硅藻为主、甲藻为次的基本群落结构特征在2006 年调查中发生了改变,表现为甲藻在种类组成上占 据优势。与1991年相比,浮游植物种类多样性总 体上呈现降低趋势。浮游动物的种类数量和个体密 度均在2006年的调查中出现最低值,种类组成和 优势种变化不大。浮游动物的种群结构质量呈现下 降趋势,至2008年这一趋势有所缓和,种类数量 和个体密度增加,多样性指数增大,优势度有所下 降。底栖生物在2001年的调查中种类数量大幅减 少,个体密度呈现明显下降趋势,物种多样性的下 降和优势度的增大预示着群落结构稳定性的下降。 倾倒区海域生物群落质量现状调查发现,浮游 植物恢复以硅藻为主、甲藻为次的基本结构特征, 细胞分布较均匀,种类组成相对多样,群落结构比 较正常。浮游动物种类组成以浮游甲壳类为主,优 势种类中华哲水蚤(Calanus sinicus Brodsky)和强 壮箭虫(Sagitta crassa Tokioka)均为黄渤海的常见 种。生物量和个体密度在站位问差别较大,绝大多 数站位的多样性指数值低于2.0,群落组成相对偏 差。底栖生物组成以环节动物为主,生物量和密度 分布较均匀,多样性指数和均匀度较高、优势度较 低,群落结构比较稳定。与倾倒初期相比,三类生 物群落结构质量均下降。按照蔡立哲对底栖动物多 样性指数污染评价范围的划分标准,倾倒区目前的 污染状况总体上仍属于轻度污染。 参考文献: 【1] 国家海洋局.海洋监测规范[s].北京:海洋出版社,1991: 57—279. [2] Shannon C E,Weaver The mathematical theory of communica tion[M】.Urbana IL:University ofIllinois Press,1949. 【3]Pielou EC.An introduction to mathematical ecology[M]New York Wiley—Interscience,1969. [4] 李广玉,鲁静,何拥军.胶州湾浮游植物多样性与环境 子的关 系[J].海洋地质动态,2005,(21):10-13. [5] 刘素娟,陶建华,赵海萍.渤海湾浮游植物的多样性分析}J1. 河北工程火学学报,2007,24(1):74.77. 【6】 李永祺,丁美丽.海洋污染生物学[M].北京:海洋出版社, 1991:445.449. [7] 孔繁翔.环境生物学[M].北京:高等教育出版社,2000: I62.163. [8】 蔡立哲,洪华生,黄玉山.维多利 港人型底栖生物群落的 时空变化[J1l海洋学报,1997,l9(2):65—70. 【9] 蔡立哲,马丽,高阳.海洋底栖动物多样性指数污染程度评价标 准的分析[J1_厦门大学学报(自然科学版),2002,41(5):641—646. [10] 纪灵,王荣纯,刘昌文.烟台海洋倾倒区环境监测及对比评价 lJ】.海洋通报,2002,22(2):53.59