大型底栖动物在近岸海域环境质量评价的应用

赵永强

大型底栖动物在近岸海域环境质量评价的应用

赵永强

围绕国内外利用海洋大型底栖动物评价海域环境质量的研究与应用成果，评述了环境污染和工程扰动对大型底栖动物的影响，以及利用大型底栖动物评价海域环境质量的方法。结合目前我国涉海项目环评及环保验收调查中环境质量评价要求及各种方法特点，大型底栖动物污染指数法及β、γ多样性指数法等在近岸海域环境质量评价中具有较强适用性和可操作性。同时，为保证调查数据的科学性、可比性，从调查时间、站位布设、采样方法等方面提出了需注意的问题。

近岸海域；大型底栖动物；生物多样性；环境质量评价

近岸海域生态系统是融河口海湾生态系统、海洋生态系统、潮间带湿地生态系统为一体的复杂生态系统，具有较高生产力，是海洋生物的重要生存繁殖场所。同时，近岸海域也是世界上经济活动最为频繁、人口最为稠密的地带之一。在经济快速发展的同时，近岸海域环境遭受了人类的高强度干扰。保护近岸海域是海洋环境保护的关键。有效评价近岸海域生态环境质量是制定保护对策的前提。

大型底栖动物是指不能通过0.5mm孔径网筛（也有学者认为是1mm）的底栖动物类群，是海洋生态系统中的重要生物类群，具有移动性差、生活周期长的特点，对环境变化表现得最为直接和准确，其群落结构和多样性特征能够指示海域环境现状与变化，在海洋环境质量评价领域具有重要意义。

人类活动对大型底栖动物的影响途径

环境污染与工程扰动是威胁近岸海域环境质量的主要人为因素，是近岸海洋环境保护所面临的重要难题。

环境污染

海洋污染来源主要包括两大方面，一方面是陆源污染物通过江河输送到海洋环境，另一方面是港口航运、滨海工业的直接污染。

>>大型底栖动物群落结构和多样性特征能够指示海域环境现状与变化，对于海洋环境质量评价具有重要意义。摄影/赵永强

国外学者[1]曾对大西洋东北部位于比斯开湾中的三处河口潮间带的大型底栖动物进行过比较研究，发现在位于工业区（主要产业为造船、化工和航运）的两处河口，大型底栖动物物种数量分别为22种和48种，而受人类影响很小的一处河口为88种，主要是工业污染导致前两处河口大型底栖动物物种数量的减少。国内学者[2]通过对舟山几个开发程度不同的海岛周围海域的底栖动物进行研究，发现人类活动对底栖生物多样性的干预在一定范围内已经超过自然因素，主要影响方式为工程建设和航道疏浚对底栖生物栖息地的扰动，以及沿岸企业（港口、造船及石化）的污染排放对海水水质造成的影响，这在开发程度高的岛屿周围以及航运繁忙的海域表现得尤为突出。

工程扰动

海洋工程对于底栖动物的影响主要表现在建设过程对海洋环境的占压和扰动，而这些占压和扰动将直接对底栖动物的生境构成影响甚至破坏。

对底栖生物影响较大的扰动因素主要有两方面：一是对底栖动物栖息地的直接占压，如海洋和海岸工程基础施工、填海造地等。工程实施后，海洋的自然属性已经完全改变，占地范围内的底栖动物及其生境则完全消失。二是对底栖动物生境的剧烈扰动，如疏浚、吹沙等。施工结束后，扰动区域内的底栖动物基本消失。虽国内有研究表明[3]，工程扰动结束后底栖动物生境及多样性会逐步得到不同程度的恢复，但却需要经历较长的时间，对底栖动物的影响同样比较严重。

利用大型底栖动物评价海域环境质量的方法

目前，利用大型底栖动物进行环境质量评价的方法有很多，需要调查的数据主要包括各调查站位的大型底栖动物种数、特性、栖息密度和生物量，部分方法还需要调查底栖动物栖息环境的水文、底质等。根据所需数据类型，可将评价方法归纳为三类：

基于物种数目的评价方法

如α生物多样性指数法，是目前环评工作中采用较多的一种方法。此外，还有丰度生物量比较法、大型底栖动物污染指数法（MPI）。部分科研人员也在尝试借鉴陆地生态学的一些研究成果来分析海洋生态问题，如β、γ多样性指数，并在研究中取得了良好效果。虽然以上方法应用相对广泛，也取得了一定的评价效果，但是该类方法没有充分考虑种间个体差异、物种对环境污染的耐受能力以及生态系统类型和特征等信息，需要进一步加以改进。

基于物种特性的评价方法

如生物系数法（Biotic Coeffcient，BC）和生物指数法（Biotic Index，BI）[4]等，是根据底栖动物敏感性及对污染的反应，建立不同类型环境污染区的底栖动物数据库，通过调查污染区域底栖动物的种类、密度，并进行数据库比对分析，实现海域环境质量评价。该类评价方法所需数据最多，特别是对物种生态类别的划定，需要较强的专业基础，同时也需要比较严格的实验条件，实施难度较大。此外，根据物种在分类学上的地位，一些更为复杂、精巧的分析理论也相继出现，如分类多样性指数法（Taxonomic diversity index）、分类差异指数法（Taxonomic distinctness）等[5]。目前，这些方法也逐步被运用于海洋大型底栖动物生态研究中。

“多秩”的评价方法

如底栖动物完整性指数法（Benthic Index of Biotic Integrity，B-IBI）[6]。该类方法涵盖的信息较多，除包含物种数目、特性、栖息密度和生物量信息外，还包括了一部分环境因子。因为该类方法涉及的数据量较多，而且涵盖了生物与环境诸多方面的信息，方法较为复杂，分析难度较大，所以产生了一些多元分析软件，被专门用来或借鉴来研究生物与环境的关系，如PRIMER、CANOCO和PC-ORD。目前，这些方法和软件已经在海洋底栖动物生态研究中得到了一定的应用。

目前，方法1中的α生物多样性指数法是环评及环保验收中采用的主要评价手段，其他方法虽然也比较成熟，且有相关的程序软件进行辅助分析，可操作性也比较强，但目前尚未纳入到建设项目环评及竣工环保验收有关的导则、规范中。方法2、3多用于海洋生态学研究，因专业性太强，而且需要监测分析的因子也较多，限制了其在实际工作中的应用。

根据海洋环境质量评价的要求，结合以上各种方法的特点，建议加强方法1中的MPI及β、γ多样性指数法在涉海项目环评及环保验收中的推广应用。虽然这些方法也存在一定的不足，但相对α生物多样性指数法是一种补充和进步。

大型底栖动物调查应注意的问题

大型底栖动物标本的采集是利用其进行环境质量评价的基础。目前在近岸海域中，主要的采样方法是通过设置一定数量的采样站位，利用沉积物采集设备采集底栖动物所栖息的沉积物，将采集到的沉积物通过一定孔径的网筛过滤，从而将其中的底栖动物截留在网筛上，进而获取底栖动物标本。因此，采样站位及采样方法的科学性、合理性将直接关系到评价结果的准确性、可靠性。此外，我国海洋面积较大，大部分海域处于温带、亚热带，海洋生物种类组成及数量分布随季节变化较明显，采样时间不同也将影响调查结果可比性，这一点在验收工作中表现得更为突出。

调查时间

在涉海工程竣工环保验收调查中，有些项目在海洋生物验收调查时间安排上与原环评调查时间不一致，则可能出现工程建设后生物多样性反而高于建设前的 现象”。这就不能如实反映工程建设对海洋生态的影响，也就不能为环境保护、环境管理提供科学依据。因此，合理安排调查时间非常重要。

我国在国家及地方层面每年都有海洋生态的例行调查任务，调查范围基本覆盖了大部分近岸海域。建议在制订环评现状监测方案前，尽量收集所在海域的政府例行调查资料，环评中现状调查时间除工程特殊要求外，最好能与例行调查时间一致，环评工作可结合例行调查数据进行有针对性的补充监测。在此条件下，一方面可以拓宽环评中现状调查资料来源，在节约各种成本的同时，又可互相补充印证，提高数据准确性；另一方面，调查时间的合理安排也为后期环保验收调查提供了便利条件，验收数据同样更为丰富，能更加准确地评价工程建设前后海洋环境质量的变化。

站位布设

合理的站位和样方布设是快捷、准确了解调查区域大型底栖动物分布的关键。调查站位太少，则获取的样本不具有代表性，不能如实反映调查区域实际情况；调查站位太多，则又增加了调查成本。与陆生植物调查所不同的是，底栖动物调查无法直接观测到动物种类与分布情况，这就增加了站位设置的难度。如何减小因站位设置带来的影响，合理确定调查站位数量及分布，除满足相关导则、规范要求外，还需注意以下两方面：

海洋水文、地形是影响底栖生物分布的重要地理因素。充分收集历史资料，全面了解调查海域水文、地形特点及生物分布情况，可为合理布设站位提供参考。在制订调查方案时，要求调查单位注明各底栖动物取样站位水深、底质特征以及所处海域流场情况等是非常必要的。

站位布设数量和点位分布的操作原则。在站位布设数量和点位分布上，可以参考以下操作原则：在环境特殊、水文和地形变化复杂的海域多布置调查站位，相对单一区域少布置站位；近岸加密布站，远岸适当稀疏；工程扰动区附近加密布站，外围适当稀疏；排污口附近多布置站位，外围则可适当减少。

取样方法

在获取大型底栖动物时，对于用于沉积物冲洗的网筛孔径大小目前仍有分歧，沈国英和施并章将大型底栖动物定义为不能通过1.0mm孔径网筛的底栖动物类群；《海洋调查规范第6部分：海洋生物调查》和我国近海海洋综合调查与评价专项《海洋生物生态调查技术规程》中，针对大型底栖动物所用过筛器的孔径为0.5mm。而在实际调查中，1.0mm及0.5mm孔径均被普遍应用。

国内外多数研究表明，1mm孔径下大型底栖动物种类、数量调查结果与0.5mm孔径下的调查结果具有较大差异，后者的种类、数量比前者更丰富。由此可见，网筛孔径的差异会导致调查结果出现差异。在验收调查中，如果验收阶段与环评阶段取样网筛孔径不一致，将直接影响到环境质量对比分析结果的可信度。因此，在环评阶段制订监测方案时，需要求监测单位注明取样网筛孔径，从而为后期评价以及验收期间的对比分析提供依据。

[1] García-Arberas L, Rallo A. The intertidal softbottom infaunal macrobenthos in three Basque Estuaries (Gulf of Biscay): a feeding guild approach[J]. Hydrobiologia, 2002, 475/476: 457-468.

[2] 赵永强, 寿鹿, 徐晓群, 等. 海洋大型底栖动物对海岛开发的生态响应 以宁波大榭岛为例[J].生态学报,2010,30(3): 0726-0733.

[3] 章飞军, 童春富, 谢志发, 等. Exergy作为生态学指标用于底栖动物群落恢复监测[J]. 生态学报, 2007, 27(5): 1910-1916.

[4] 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.

[5] Clarke KR and Warwick RM. Changes in marine communities: an approach to statistical analysis and interpretation. 2ndEdition. PRIMER-E: Plymouth, UK. 2001: 172.

[6] 蔡立哲, 马丽, 高阳, 等. 海洋底栖动物多样性指数污染程度评价标准的分析[J]. 厦门大学学报(自然科学版), 2002, 41(5): 641-646.

X82

A

2095-6444(2014)05-0039-03

2014-01-30

赵永强，北京国寰天地环境技术发展中心有限公司。