海洋底栖生物生态学的研究进展
2023-08-13
来源:步旅网
安徽农业科学。JournalofAnhuiAgri.Sei.2009。37(19l:9026-9029.9305责任编辑李玮责任校对况玲玲海洋底栖生物生态学的研究进展斯广杰1”,陈丕茂1‘,陈勇2,贾晓平1(1.中国水产科学研究院南海水产研究所,农业部南海渔业资源环境重点野外科学观测试验站,广东省渔业生态环境重点实验室,广东广州510300;2.大连水产学院。辽宁大连116023)摘要对海洋底栖生物.尤其是人工鱼礁生态系统中底栖生物生态学研究的过去和现状进行了总结,剖析了我国人工鱼礁系统底栖生物生态学研究存在的不足及与国际研究的差距,为制定未来的研究方向提供一定的参考依据。关键词底栖生物;研究进展;生态学;人工鱼礁中图分类号Q178.535文献标识码A文章编号0517—6611(2009)19-09026一04?MarineBenthosEcologyGuang-jieetal(SouthChinaSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,KeyFieldScientificExperimentalStationofSouthChinaSeaFisheryResourceandEnvironment,MinistryofAgriculture,KeyLaboratoryofFisheryEcologyEnvironment,ResearchProgressofSIGuangzhou,Guangdong5Abstract10300)ecologywerenecanprogressofresearchesaboutmarinebenthosinsumnmvized。especiallyinartificialhabimtecosystem,anatomiedthedeficiencyofresearchesaboutben血OSecologywhichalsoKeywordsartificialhabitatecosysfemandthedi伍ereneecomparingwitIIresearchesininternational.provide∞mebasesforre8ear;chesint}Iefuture.Benthos;Progress;Ecology;Artificialhabitat底栖生物是海洋生态系统的重要组成部分,国内外学者已经就底柄生物的种类分布、数量组成、生物多样性等方面进行了一系列的研究。笔者主要介绍了国内外海洋底栖生物生态学以及人工鱼礁系统底栖生物生态学的研究进展和发展趋势,期望为底栖生物研究,特别是人工鱼礁区底栖生物研究提供一定参考。1底栖生物概述2国外海洋底栖生物生态学的研究2.1国外大型海洋底栖生物生态学的研究进展18世纪初。一些科学家开始零星的海洋底栖生物调查。英国的Forbs用底拖网采集并观察底栖生物,提出了海洋生物垂直分布的分带现象:潮间带(Littoralzone),昆布带(Laminariangone)、珊瑚藻带(Corallinezone)以及深海珊瑚带(Deep8组coralgone)。因此Forbs被称为海洋生态学的奠基人旧1。19底栖生物(Benthos)¨’是指那些生活于水体沉积物底内、底表以及以水中物体(包括生物体和非生物体)为依托而栖息的生物生态类群,其在生活史的全部或大部分时间生活于水体底部。除定居和活动生活的以外,栖息的形式多为固着于岩石等坚硬的基体上和埋没于泥沙等松软的基底中。此外,还有附着于植物或其他底栖生物体表的,以及栖息在潮间带的底栖种类。在摄食方法上,以悬浮物摄食和沉积物摄食居多。底栖生物是生态学上的名词,不是分类学名词,是一个庞杂的生态类群复合体,包括大部分生物分类系统(门、纲)的代表,如海绵生物、腔肠生物、扁形生物、环节生物、软体生物、节肢生物(甲壳纲)、棘皮生物和脊索生物,也世纪西欧各国相继进行多次大范围的海洋生物调查。20世纪初,海洋底栖生物群落的研究包括对群落组成及其稳定性、多样性、群落演替和能量转换等方面的基础性研究。Perterson等首先使用了Perterson’S采泥器口1,在这之后,研究人员陆续使用了各种类型的采泥器对世界各海域的底栖生物进行了广泛的调查,积累了大量的经验和资料。20世纪60年代,人们普遍使用大型底栖生物区系,即种类的存在与否,常见种的丰度和生物量为依据评价海洋生物生境的状况。直到70年代,种类多样性指数Shannon.Wie-nerpl才被广泛应用。值得指出的是,数理统计方法是群落生态学研究的一项基本方法,它包括测定群落物种多样性指标的几个指数,如Shannon.Wiener多样性指数H’(_s)p1、Mar-挚lef种类丰度指数(d)Ho、Helou种类均匀度指数(,)¨1、Mc—Naughton优势度指数(D)旧1。Leppakoski介绍的底栖生物污染指数(BPI)和Westerberg介绍的底栖生物群落指数(so)均存在一定的局限性,目前很少使用…。20世纪80年代以后提出了多个与海洋大型底栖生物有关的污染评价指数,主要用于处理日常生物监测中的众多数据,如生物一沉积物指数(Organism-sedimentindex,简称OSI)¨1、快速生物评价(Rapidbiologicalassessment,简称RPA)一’、底栖生物栖息地质量指数(Benthichabitatquality包括底栖鱼类。底栖生物根据其粒径大小,可分为3种类型:大型底栖生物(Marofauna)、小型底栖生物(Meiofaana):微型底栖生物(Nanofauna)。按其生活方式,可分为5种类型:固着型、底埋型、钻蚀型、底栖型和自由移动型。多数底栖生物长期生活在底泥中,具有区域性强、迁移能力弱等特点,对于环境污染及变化通常少有回避能力,其群落的破坏和重建需要相对较长的时间。同时,不同种类底栖生物对环境条件的适应性及对污染等不利因素的耐受力和敏感程度不同,根据这些特点,利用底栖生物的种群结构、优势种类、数量等参量可以确切反应水体的质量状况。基金项目国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2006AAl00303);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目(2007ZD03,200r7TSl0和2007TS22)。作者简介斯广杰(1982一),男,浙江诸暨人,硕士研究生,研究方向:海洋牧场工程与渔场环境。*通讯作者,研究员,E.mail:cpmgd@yahoo.com.cn。index,简称BHQ)m1、底栖生物完整性指数(Benticindexofbiologicalintegrity,简称B・lBI)¨u和生物系数(Bioticcoefficient,简称sc)u2。。一些介于非变量及多变量技术之间的方法,如丰度一生物量复合K.优势度曲线(ABC曲线)、生物量粒径谱等常采用绘图/分布方法对底栖生物群落进行研究¨31。随着生态收稿日期2009-03-27万方数据 37卷19期新广杰等海洋底栖生物生态学的研究进展调查范围的扩大,多元统计技术和计算机的广泛应用、海洋底栖生物群落的研究已由定性描述阶段进入定量解析阶段。大型底栖生物群落生态学的研究在经历了近1个世纪的发展过程后,逐步由单纯的野外观测和描述转入试验生态、系统演化及污染和扰动对群落结构的影响等更深层次的研究。2.2国外小型海洋底栖生物生态学的研究进展国外小型海洋底栖生物的研究最早可追溯到19世纪中叶,但是系统的研究开始于20世纪初,比大型底栖生物的开展晚了将近一个半世纪,大体经历了以下几个阶段¨41:(1)20世纪初到50年代。小型底栖生物的早期研究阶段,主要是小型底栖生物的发现和分类鉴定。这一时期的研究工作主要集中于欧洲国家,尤其是英国、法国和德国。(2)20世纪50—70年代。小型底栖生物系统分类的加速发展期和群落定性描述阶段。这一时期通过测量物种多样性来分析群落结构,在小型底栖生物的研究中是一种很流行的生态学技术,而且小型底栖生物被认为是评价群落健康程度和环境变化的敏感指示类群。60一70年代,小型底栖生物生态生理试验和生态系统动力学研究开始发展。落优势种的数量分布及其季节变化;群落空间结构及时间结构;群落结构及其变化的动态分析;群落演替;不同海区群落类型及其比较研究等。多样性指数引进群落生态学研究之后,对不同群落进行比较有了—个定量的指标。从多样性指数的不同数值,可以比较系统而明显地看出生物群落的结构,同时也可以反映出生物群落和生态环境之间的关系。但国内海洋底栖生物的评价指数在相当长的一段时间内停留在运用国外的Shan-non—Weiner的种类多样性指数以及早期建立的其他指数上,直到最近由蔡立哲建立了大型底栖生物污染指数¨“。Sheldon首次把粒径谱引入到水层生态系统的研究中Ⅲ1。我国在21世纪初才引进底栖生物粒径谱这个概念并开始有些研究,如东、黄海典型站位底栖生物粒径谱研究,南黄海典型站位底栖生物粒径谱及其应用¨“19】。国内对典型生态系统如红树林和珊瑚礁生态系统底栖生物的研究,始于20世纪80年代。李复雪对九龙江口红树区底相和林上大型底栖生物群落生态进行了调查研究四也]。何明海等对九龙江口红树林海岸底栖生物群落生态进行了研究四埘J。20世纪90年代以来,韦受庆等先后对广西山口、大亚湾、深圳湾、香港东部海岸、海南东寨、福建、浙江西门岛、厦门凤林和湛江等地红树林区底栖生物的群落生态、种类分布、数量组成、生物多样性等进行了研究瞄。1。而对珊瑚礁生态系统底栖生物的研究较少,仅见于王丽荣等对琼州海峡岸礁潮间带生物的报道,获得底栖生物88种,优势种群为软体动物和甲壳类Ⅲ】。此外,有一些研究主要是针对分类类群而进行的惮J。3.2国内小型海洋底栖生物生态学研究进展我国小型底栖生物的生态学、分类学和方法学的研究发展较晚。20世纪80年代开始起步,在主要类群的分类鉴定和区系生态方面主要是从黄渤海域的潮间带、养虾池和100m水深以内的浅海陆架开始启动。进入20世纪90年代,渤海小型底栖生物生态学的研究开始活跃惮。¨。20世纪90年代末和2l世纪初,小型底栖生物研究扩展到台湾海峡、厦门浔江湾、胶卅湾和黄海南部等区域啪“o。最近。有关小型底栖生物分类学的研究正在深入,一些新种和新记录不断被发现一“J。香港科技大学海滨实验室开展了大型底栖生物(多毛类)幼虫定着、小型底栖生物捕食(底栖猛水蚤)和主要由多种微生物构成的生物膜之间相互作用的研究,分子生物学技术将有助于揭示生物膜的生物信息效应并最终阐明幼虫附着的机(3)20世纪80—90年代。试验生态学盛行,对各类假说的验证成为研究的重要途径。控制因子下小型底栖生物种群生态学的研究;大型底栖生物与小型底栖生物之间的相互作用;大型底栖生物的结构对小型底栖生物分布的影响;/b型底栖生物在受扰动地区的重新定着等成为研究的主流。同时,小型底柄生物作为更高级营养层食物的研究以及污染对小型底栖生物扰动作用的研究随着人们对资源、污染问题的关注亦引起了足够的兴趣¨“。(4)21世纪。底栖生物的研究、生态学的基础研究,如种群动态、群落结构、生物多样性和生态系统功能、粒径谱和能量谱及污染生态学等均取得了一定的进展,为海洋生态系统动力学、生物地化循环和全球变化提供了重要的背景和必要的参数。3国内海洋底栖生物生态学的研究进展3.1国内大型海洋底栖生物生态学的研究进展我国海洋底栖生物调查的起步比西方国家相对较晚。拖网定性调查始于20世纪30年代,而全国性海洋调查在20世纪50年代以后,如海洋普查(1958—1960年)、海岸带调查(1980—1986年)、海岛调查(1990—1994年)、126大陆架专项调查(1997-2000年),以及最近的近海海洋综合调查与评价专项(简称908,2005年开始启动)。此外,开展了一些水产资源、环境和国际合作的联合调查研究,如20世纪80年代初期的“中一美”黄河口和“中一美”长江口水下三角洲沉积动力学的联合调查研究;20世纪90年代末的“中一英”、“中一日”、“中一法”国际合作。20世纪50—70年代主要是将底栖生物群落与沉积类型相联系,进行定性定量的描述;80年代以来,通过开展国际合作,引进国外先进技术,底栖生物生态学研究取得了很大成功。目前已经探明了渤海、长江口、胶州湾、福建沿海和南麂列岛等地的底栖生物资源,并研究了影响海洋底栖生物分布的生态因子,为进一步研究底栖生态系统的结构和功能提供了重要的参考。这一期间,我国海洋底栖生物群落生态学的研究内容包括:群落的物种组成及分布;群理…。∞世纪80年代初期,海洋调查引进了美国的技术,包括箱式采泥器的取样、小型生物再取分样、X-现场摄影研究生物扰动及多元统计分析技术,提升了我国底栖生态基础研究水平并培养了大量人才。20世纪90年代后期由国家科技部和国家基金委启动的重大、重点基金项目和国家973重点基础研究项目,以及相配套的“中一英”、“中一日”、“中一法”国际合作,把底栖生态学的研究提高到海洋生态系统整体研究的水平,用水层一底栖系统耦合的原理进行分析,相继建立了胶州湾北部软底水层一底栖耦合箱式模型,继而在更大的区域尺度建立了渤海和南黄海冷水团分层多室水层一底万方数据 安徽农业科学2009年栖耦合模型Ⅲ】。与此同时,开展了有机物质沉降动力学研究以及沉积物一海水界面(SWI)的生物扰动、生物沉降和再悬浮的试验研究,为生态建模提供了参数m川1。在此期间,小型底栖生物的系统分类学、生态学和方法学更向纵深扩展。近几年,除了我国沿海小型底栖生物新种的不断发现外,也对小型底栖生物的分离和分选方法进行了研究,如深海小型底栖生物分离系统的研制,该仪器是利用激光诱导荧光来检测小型底栖生物一瑚J。4国内外海洋底栖生物生态学研究的趋势进入2l世纪,底栖生物研究的时空尺度已经扩大到全球,并以年际和十年际的时间系列为重点,联系全球变化,特别是以气候异常和人类活动的影响为切入点,通过现场观测和受控试验相结合,探讨底栖生物的功能响应越来越受到学者的重视。深海生态和极端条件生境中底栖生物的研究成为热点。底栖生物在沉积物一海水界面(SWI)中的作用成为另一个研究热点∞“。更多地使用高新技术,包括3S技术、深潜和分子生物学技术,通过国际合作探讨底栖生态过程在全球生物地化过程中的作用,揭示化能合成的能量能道以及小型生物和微生物相互作用的分子机制。5国内外人工鱼礁生态系统底栖生物的研究进展5.1国外人工鱼礁生态系统底栖生物的研究进展人工鱼礁是用于改善海域生态环境,建设渔场和增养殖场的人工设施。对人工鱼礁的系统研究,始于20世纪60年代初期的日本,因改造渔场的需要,关于人工鱼礁的环境功能和集鱼效果等研究被提出”2。53】。随着研究的不断深入,其改善和优化生态环境的作用逐渐引起人们的重视,并广泛应用于渔场和增养殖海域生态环境的修复和改善。底柄生物是底层鱼类的主要饵料,其种类和数量的多少与底层鱼类数量的多少密切相关。在人工鱼礁生态系统中,底栖生物扮演着同样重要的角色。同时Svane等的研究显示,海洋生物和非生物环境显著地影响底栖生物群落的结构和特征mjo5.2国内人工鱼礁生态系统底栖生物的研究进展我国的人工鱼礁研究最早开始于20世纪70年代怕¨,在近30年的发展历程中,沿海省区陆续启动了人工鱼礁的规划和建设,到目前为止,沿海各省都有已投入实际渔业生产的人工鱼礁项目,逐渐进入规模化、系统化发展阶段。目前,国内对人工鱼礁生态系统中底栖生物的研究见诸于公开报道的还不是很多,基本上是以定性调查为主要研究内容。南海水产研究所在广东电白放鸡岛人工鱼礁区进行了7个航次调查,共采集到底栖生物8大类105种。其中棘皮生物的个体数最多,软体生物丰度最高,甲壳类出现频率最高,生物量最大的是鱼类旧1。黄海水产研究所在山东灵山岛鱼礁区的调查共采集到底栖生物6大类79种1550个标本,甲壳类为优势种群。同时,在鱼礁区手钓捕获的10种经济鱼类的胃含物中发现了38种生物,其中27种属于人工鱼礁区底栖生物群落。可见,底栖生物在人工鱼礁区饵料生物中所占的比例相当高旧】。余方平等在浙江沿岸,包括舟山海域、宁波海域、台州海域和温州海域的人工鱼礁拟投放海域进行的大型底栖生物本底调查中,对大型底栖生物的种类组成、数量分布和群落结构特征进行了详细的比较研究m1,为投放人工鱼礁的可行性研究及投礁后进行效果检验提供了基础依据。同时调查发现由于污染等原因,这几个海域的底栖生物群落结构不稳定。林东年等对电白大放鸡渔场人工鱼礁拟投放海域进行本底调查,发现底栖生物135科379种,其中软体生物(52科153种)、甲壳类(28科134种)、棘皮生物(23科45种)占据了大部分的比重,优势种为简毛拟节虫(Prax//d/agrac///s)、泥东风螺(Babyto,aalutosa)、方斑东风螺(Babylonia羽蒯咖)、长毛对虾(PenaeuJpenicillatus)等总共8个种旧1。此外,还有何国民等对双山海域人工鱼礁试验区底栖生物的调查旧J,李辉权等对东澳岛人工鱼礁试点海域进行的调查Ⅲ“,张虎等对海州湾人工鱼礁区的跟踪调查旧】,刘瞬兵等对嵊泗人工鱼礁区的跟踪调查惮1,均显示人工鱼礁区的底栖生物种类和数量明显高于对比区无礁海域。我国开展人工鱼礁研究的起步比国外晚,与国外相比,我国对人工鱼礁系统底栖生物生态学的研究存在以下方面Ardigzorle等对Fregene人工鱼礁区(TyrrhenianSea,Ira-ly)的研究发现,鱼礁投放6个月后采集到10种底栖生物,而投放4年之后则采集到135种底栖生物m1。Ardizgone等对Algarve人工鱼礁区的研究发现,G.subc/avata、胞够subpiaus和Kamphitrite在底栖生物群落中占据优势地位m1,而Reli-Ili等对[Daiio人工鱼礁区(1igurianSea,Italy)的研究却未发现这几个种类占据优势地位惮1。Relini等在IAThSLrlO人工鱼礁区投礁后12个月进行调查,共采集到57种底栖生物归“。A.Moura等对FaroAncgto人工鱼礁区不同水深(16和20m)的2组混凝土鱼礁的大型底栖生物群落进行了研究,同时也研究了礁体结构对底栖生物群落的影响。研究发现,在礁体投放6个月之后,水深和鱼礁结构对大型底栖生物群落结构和特征的影响显著惮j。~些底栖动物,如苔藓虫类、藤壶类的不足:①海洋底栖生物长期、连续、同步调查和观测资料不够完整,对资料的多学科交叉集成不够;②现场试验和实验室模拟基础手段差距较大;③形态分类、数量分布的描述性工作有一定积累,但定量探讨底栖生物多样性功能的研究很少;④对遗传多样性和生态系统多样性的研究只有零星报道;⑤对小型底栖生物群落及其生态功能的研究很少;⑥污染监测理论和手段差距较大;⑦现有的研究力量规模小,后备人才不足;⑧经费投入有限等。6展望人工鱼礁生态系统未来的研究,将以现场观测和实验室受控模拟相结合,利用计算机技术j生物学技术等多学科的交叉,研究人工鱼礁投放后物理环境的变化对底栖动物变动的影响,深入研究底栖生物的群落结构及其对环境因子的响应以及底栖生物在沉积物海水界面物质交换和能量流动中的作用途径,这将有助于更好地利用人工鱼礁修复和增殖渔_匕资源。和软体动物,在群落中出现的比例随着水深不同而不同。同样的现象在Kocak等的研究中也有发现惮J。LNicoletti等旧1对Fregene人工鱼礁区的研究发现,河口区淡水的注入对底栖生物群落具有显著的影响。万方数据 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37卷19期赵胜钢国家农业科学数据共享服务平台体系结构研究内网用户外网用户管理员,科研人员利柳帝【构,行政管理人员,农业生产人员用户验i正和个性化服务层农业科擘数据共享门户平台系统绿色通道厂]l核.心应用层llI..,...............J圈圆圈l数据融合层圈厂]f数据通讯I网压三叉至野二二丑I撼曰圄屠回国[图3国家农业科学数据共享服务平台体系结构模型ng.3ThearcMtecmremoddI接口管理I1........................._jl软件Iof曲6∞ma鲥clIlnI咖science山切n眦吨孵妇pla仃。咖的问题,问题解决的着眼点不同则被解决的问题就有不同的解决程度和解决重要性。不同要求将有对应的功能模块分头解决,在该阶段提出的几个问题,主要是由数据融合层和应用支持层来解决。以后随着系统的发展用户还会提出更多的问题,而这些问题都可以该文提出的优化体系结构代表了作者在参与数据平台建设和研究中的一个观点,希望抛砖引玉,能对国家农业科学数据共享平台建设以及其他类似平台的建设起到一定的由相应的层次模块解决。因此系统将具有很强的灵活性和扩展性。(3)和现存系统结构相容,便于现存系统的升级。在该借鉴作用。该文提出的结构有大量需要进一步深入探讨和澄清的地方,这正是笔者下一步的工作重点和方向。参考文献[1]孟宪攀国家农业科学数据共享中心的没计与建设研究[J】.农业图书情报学刊,2004,16(12):6-8.平台系统体系结构的每一层中都包含了各种作用不同的组件、模块、子系统,对于每个组件、模块、子系统都需要进行设计开发和实施。3结语国家农业科学数据共享服务平台需要一个长期不断的建设过程,其体系结构也必然是—个不断演化、优化的过程。从不同角度对—个体系机构评判有不同的判定标准。因而必然有不同的结论。同时体系结构包含了不同层次、不同深度【2]张瓤农业科学数据共写咻系建设分析一以国家农业科学数据中心建设为例[J].情报探索.2007(zo):66一鹋.【3]赵瑞雪.农业科学数据资源建设与共享的实践和探索[J].情报杂志.2008。27(S1):2∞一2Q5.(上接第9029页)[65]树东年,李德电白大敏鸡渔场人工鱼礁投嫩摘I域资源瑚湖l评价[J].与渔业:人工鱼礁专刊,2∞1.3睁一41.水土保持研究,2006,13(3):258一擞.[66]何国民,曾嘉.双山海域人工鱼礁实验调查报告[J].海洋与渔业:人[醴]张虎,朱孔文,汤建笨海州湾人工鱼礁养护资源效果初探[J].海洋渔业.20晒刀(1):38—43.[田]剃瞬斌,汪最华.林良伟,等.曛泗人工鱼礁建设初期效果评价[J】.上海水产大学学报,2007,16(3):297-302.工鱼礁钎U,200l:34—35.[曰】李辉权,陆超雒万山东澳入工鱼礁试点海域本地调查报告[J】.海洋万方数据