小清河口及邻近海域沉积环境特征及底栖生境质量评价

摘要

莱州湾位于中国渤海南部，是渤海重要的渔场、产卵场和索饵场。小清河是流入莱州湾最主要的河流之一，其河口位于莱州湾西南部，是中国重度污染的中小河口的典型代表，是莱州湾的主要污染源，其对莱州湾生态环境的影响势必影响该海域生物资源的可持续发展。海洋大型底栖无脊椎动物能对自然和人为活动导致的水和沉积环境变化做出可预测的响应，因此利用底栖生物作为海洋生态监测的指标并进行生态系统健康度量已经被广泛认可。本文根据2008-2013年小清河口及邻近海域8个航次采集的表层沉积物及大型底栖动物数据，对沉积物的物理化学参数（包括粒径组成、硫化物、有机碳、总氮和重金属）的含量及空间分布特征进行了研究，对研究区沉积环境特征进行了分析;同时，采用大型底栖生物指数Shannon-Wiener多样性指数(H')、AMBI指数和M-AMBI指数对该研究海域底栖生境质量进行了评价。通过水环境、沉积环境物理化学参数与三种生物指数的关系探讨了各指数在研究海域底栖生境质量评价中的适宜性。结果表明:
　　小清河河道及河口区域沉积物氧化还原电位较低，硫化物含量较高，呈现较强还原性沉积环境特征，该区域总有机碳、总氮和重金属的含量明显高于盐度大于24的近海区域。河道及河口区域采集的一些样品沉积物中的TOC和TN含量超过了发生最低级别生态毒性效应的浓度，可能对暴露的底栖生物产生毒害作用。Pb是小清河口及邻近海域沉积物重金属的首要污染因子，达到“中”污染水平，其它重金属均为“低”污染水平。研究区重金属综合潜在生态风险处于“中”、“低”潜在风险水平，Cd、Hg、 Pb较大的潜在生态风险造成其所在站位达到“中”潜在风险水平。另外，河口的风险指数值显著大于近海区域的风险指数值。
　　研究区域共采集到大型底栖动物120种，其中多毛类46种，软体类35种，甲壳类34种，其它5种。河口和近海区域采集到的物种数显著高于河道内的。小清河河道区域底栖生物群落组成以EGⅡ和EGⅤ类物种为主，河口区生物群落组成主要以EGⅡ和EGⅣ类物种为主，而近海区域生物群落组成主要以EGⅠ和EGⅡ类物种为主。沿着河道、河口向近海方向底栖生境质量呈现明显提高趋势，但都受到了不同程度的扰动。多样性指数H'评价结果为:河道区域指数均值为1.14，河口区域为1.75，，近海区域为1.70，三个区域底栖生境质量评价等级均为中等，但是河口及近海区域的底栖生境质量要好于河道区域。AMBI指数评价结果为:河道区域指数均值为3.44，河口区域为3.56，而近海区域为1.86，河道及河口底栖生境评价等级为中等，近海区域为良好，近海区域底栖生境质量显著优于河道及河口区域。M-AMBI指数的评价结果为:河道区域指数均值为0.29，河口区域为0.40，近海区域为0.48，河口及近海区域底栖生境评价等级为中等，而河道区域为差，河口和近海区域的底栖生境质量显著高于河道的。三种指数对河口区域底栖生境质量等级评价均为中等;在河道区域，M-AMBI给出了比AMBI和H'更差的底栖生境质量等级;而在近海区域，AMBI给出了比M-AMBI和H'更好的底栖生境质量等级。
　　通过对小清河口及邻近海域底层水环境和沉积环境物理化学参数数据的对比分析，我们系统地验证了三种生物指数在研究区底栖生境质量评价中的敏感性和稳定性。相关分析结果显示水体盐度、溶解氧、COD、溶解无机氮、叶绿素a以及沉积化学因子硫化物和总有机碳与AMBI和M-AMBI值之间相关关系显著，但是与多样性指数H'值无显著相关性。在小清河口及邻近海域污染较严重的条件下，污染经常引起海洋生态系统中对化学品耐受力很弱的物种的减少甚至消失，而使具有强耐受力的物种存活下来。由于多样性指数H'认为所有的物种在传递群落结构和受影响的信息时是同等的，导致该指数值在不同区域评价中无显著差异，这使得该指数在评价研究区底栖生境质量时很不灵敏。因此，相对H'来说，AMBI和M-AMBI指数可能更适宜对该区域的底栖生境质量的评价。
　　本文通过对小清河口及邻近海域表层沉积环境的污染特征、河口生态系统潜在的生态风险以及底栖生境生态环境质量评价，以期对该区域的生态治理提供沉积环境污染方面的基础数据，为加强海洋环境管理提供科学依据，并且为小清河进一步治理，莱州湾的渔业生产和水产养殖提供参考数据和预警。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景和目的

1．2 莱州湾小清河口及邻近海域研究现状

1．2．1 小清河概况

1．2．2 关于小清河口现状的研究

1．3 基于生物指数进行底栖生境质量评价的研究进展

1．3．1 Shannon-Wiener多样性指数H’

1．3．2 Bentix生物指数

1．3．3 AMBI指数

1．3．4 M-AMBI指数

1．3．5 BOPA指数

1．3．6 摄食多样性指数

1．4 研究内容及创新点

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术路线

1．4．3 论文创新点

2 材料与方法

2．1 站位布设

2．2 样品采集及处理

2．2．1 沉积物样品采集和处理

2．2．2 底栖动物样品和海水样品采集和处理

2．3 数据处理分析

3 小清河口及邻近海域沉积环境特征及风险评价

3．1 小清河口及邻近海域沉积环境特征分析

3．1．1 表层沉积物粒度、氧化还原特性及硫化物分布特征

3．1．2 表层沉积物中TOC、TN的含量及分布特征

3．1．3 表层沉积物中重金属的含量及分布特征

3．2 小清河口及邻近海域沉积环境风险评价

3．2．1 表层沉积物硫化物风险评价

3．2．2 表层沉积物TOC、TN的风险评价

3．2．3 表层沉积物重金属风险评价

3．3 小结

4 小清河口及邻近海域底栖生境质量评价

4．1 小清河口及邻近海域大型底栖动物研究分析

4．1．1 大型底栖动物物种组成及分布特征

4．1．2 大型底栖动物丰度分布特征

4．1．3 大型底栖动物物种数、丰度与水化学、沉积化学因子的关系

4．2 基于底栖生物指数的小清河口及邻近海域底栖生境质量评价

4．2．1 Shannon多样性指数评价

4．2．2 AMBI指数评价

4．2．3 M-AMBI指数评价

4．2．4 三种生物指数与水化学、沉积化学因子的关系讨论

4．2．5 AMBI指数和M-AMBI指数评价方法的比较分析

4．3 小结

5 研究结论

5．1 研究的结论

5．2 存在的问题及不足

参考文献

致谢

个人简历

研究成果