1、大型底棲動物污染指數大型底棲動物污染指數 MPI _MPI_第 23 卷第 5 期 2022 年 9 月環 境 科 學 學 報 ACTA SCIENTIAE CIRCUMSTANTIAE Vol. 23, No. 5Sep. , 2022文章編號 :0253-2468202205-0625-05 大型底棲動物污染指數 MPI中圖分類號 :P7145; Q9591192 文獻標識碼 :A 1. 廈門高校訓練部海洋環境科學重點試驗室, 廈門 361005; 2. 廈門高校環境科學討論中心 , 廈門 361005摘要 : 依據 2022 年至 2022 年在深圳灣、廈門西

2、海疆、羅源灣、興化灣潮間帶和潮下帶獲得的 85 個取樣站次大型底棲動物數據 , 參考豐度生物量比較法 ABC , 建立了評判海洋環境質量的大型底棲動物污染指數 MPI. MPI 的運算式是 :MPI=102+ E A i -B i P S 1+k , 式中 A i 和 B i 分別是密度和生物量優勢度大小次序的第 i 個累積百分優勢度的數值 , S 為采集到的物種數 , K 為常數 , K =|E A i -B i |P E A i -B i , 當 E A i -B i 為正數時 , K =1; E A i -B i 為負數時 , K =-1. MPI 越小 , 沉積環境越清潔 . 反之 ,

3、 污染越嚴峻 . MPI 的優點是實現 ABC 法的數字化, 而且反應靈敏 , 評判結果比種類多樣性指數 H 更符合實際 .關鍵詞 : 大型底棲動物 ; 污染 ; 生物指數 ; 環境質量 Macrozoobenthos pollution index MPI CAI Lizhe 1. Key Lab oratory for Mari ne Environ mental Scien ce of Min istry of Edu cti on Xi amen Uni versity, Xiamen, 361005, China; 2. Environmental Science Re search

4、 Center, Xiamen Universi ty Abstract :Macroben thos pollu ti on in dex MPIwas es tab li shed accordin g to the macrofaun al da ta collected on in tertid al z on e and su btid al z one in Shen zhen Bay, Western Xi amen Harb ou r, Luoyuan Bay, and Xinghu a Bay, and referri ng to Ab und ance Bi omass C

5、omparison ABC meth od . The MPI formu la is, MPI =102+k E A i -B i P S 1+ . Wh ere A i and B i are respectively the cu mu lative %d omin ance for d ensi ty and bi omass in the i th sp ecies ran k, S =the n umber of species in the sample, K is a con stan t nu mber. K =|E A i -B i |P E A i -B i , When

6、 E A i -B i is positive nu mber, K is 1. When E A i -B i is negati ve n u mber, K i s -1. The bigger MPI is, the more se riou s pollu ti on is. The meri t of MPI i s d igital on ABC me thod an d sensi ti ve to p ollu tion situation. As sessin g re sults yet accord wi th fact than Shann on -Weaver p

7、s s pecies diversity ind ex H c . K ey words :macroz ooben thos, polluti on, biotic in dex, environ men tal qu ali ty沉積環境集有 / 源 0 和/ 匯 0 的特點 , 其潛在環境污染 / 二次效應 0 越來越受到地理學家、環境學家和生態學家的關注 . 沉積環境生物評判的歷史根源是水體的生物評判 , 有關 水質 - 沉積物 - 水生生物之間的相互關系方面的討論已經開展了許多用 ABC 法評判海洋環境污染狀況 10, 11 . Warwick 在提出豐度生物量比較法法后 , 在此基

8、礎上又作了些修正. 國內外有許 ABCAbundance biomass comparison 多學者應 . 應用結果說明 , 該方法存在一些不足. 例如 , 1 ABC 法4僅分為 3 種污染程度 , 即嚴峻污染、中度污染和無污染, 它與種類多樣性指數分為種污染程度 , 即嚴峻污染、中度污染、輕度污染和無污染不一樣, 因而兩種方法同時應用時結果可能不同 ; 2 ABC 法是一種作圖法 , 在圖中由于空間的限制 , 無污染的尾部曲線因數據較接近而被認為是交叉或重疊 , 常被誤會為中度污染 . 基于這種情形 , 我們設想在ABC 法的基礎上轉化為指數法 , 而且與種類多樣性指數一樣 , 也分成

9、4 種污染狀況收稿日期 :2022-08-13; 修訂日期 :2022-11-25 資助項目 : 訓練部骨干老師資助項目 : , 男, 教授 博士 xmu. c n環 境 科 學 學 報 23 卷 1 大型底棲動物數據來源及其生態環境大型底棲動物數據來源于深圳灣、廈門西海疆、羅源灣、興化灣潮間帶和潮下帶共 85個取樣站次 . 潮間帶和潮下帶大型底棲生物取樣依據 1998 年發布的 5 海洋監測規范 6 近海污染生態調查和生物監測的方法進行 .福田紅樹林潮間帶位于深圳灣的東北部, 曲線長約 9km, 寬約 017km, 地理坐標為東經 113b 45c 、北緯 22b 32c . 與香港米埔紅樹

10、林愛護區隔水相望 , 與深圳特區城市新中心相距 212km. 2022 年 1 月、 4 月、7 月, 在深圳灣福田紅樹林潮間帶底棲動物采集布設 3條斷面 9 個取樣站 , 即 A1、A2、A3、D1、D2、 D3、E1、E2、E3. A3 取樣站有 24 個季度數據1996 年 1 月至 2022 年 10 月. 廈門西海疆面積50km , 長 14km, 水深 6m 至 25m 不等 , 岸線長 2511km. 西海疆是半日潮區 , 平均潮差 3199m, 潮余流較弱 , 大致呈東進西出之勢 . 水體溫、鹽度分布較勻稱 . 底棲動物 6 個取樣站 , 即 XS1-XS6, 取樣時間 202

11、2 年 10 月. 廈門象嶼潮間帶底棲動物 8 個取樣站 X1 X8 , 取樣時間為 2022 年 4 月. 廈門象嶼潮間帶東西向約 800m, 南北向約 1750m. 潮灘主要養殖縊蟶 Sinono vacula constricta 和泥蚶 Tegillarca granosa . 廈門象嶼潮間帶位于高集海堤鄰近 , 從高集海堤涵洞進入西海疆的潮水第一到達該潮灘 , 且部分區域形成養殖灘涂 , 沉積環境相對較好 .羅源灣潮下帶底棲動物 12 個取樣站 LY2 LY13 , 取樣時間為 2022 年 5 月. 興化灣美瀾潮間帶底棲動物 8 個取樣站 AH 、AM 、AL 、B H 、B M

12、、BL 、C H 、CL , 取樣時間為 2022 年 4 月 . 2 大型底棲動物污染指數 MPI 的建立及其論證 211 大型底棲動物污染指數 MPI 運算式的建立 Warwick 的豐度生物量比較法有設計的專用軟件. 但應用一般的EXCEL 軟件也可進行作圖 , 其過程是 : 原始數據 y 數據大小排列y 運算累積 %優勢度 y 作圖 . 為便于進行定量表述和比較 , 我們將該方法的 / 作圖 0 改為運算指數 , 這個指數即大型底棲動物污染指數macrozoo -benthos pollution index, MPI. 在上面的第三個步驟獲得的豐度累積 %優勢度和生物量累積 %優勢度

13、分別稱為 A i 和 B i , 即密度優勢度大小次序是第 i 個種 , 其密度累積 %優勢度為 A i ; 生物量優勢度大小次序是第 i 個種 , 其生物量累積 %優勢度為 B i . 值得留意的是 A i 與 B i 并不肯定是同一物種的密度和生物量 . A i -B i 的差可能是正數 , 也可能是負數 . 設想一個式子當 A i -B i 為正值時 , 物種 S 越少 , MPI 越大 , 反之 , MPI 越小 , 符合種類越少污染越嚴峻的規律 ; 當 A i -B i 為負值時 , 物種 S 越多 , MPI 值越小 肯定值越大 , 說明豐度曲線與生物量曲線距離越遠 , 越清潔 ,

14、 符合 War wick 豐度生物量比較法的基本原理 MPI =10 -B i P S. 因此 , 建立如下式子 :式中 , K =|E A i -B i P E A i -B i , 當 A i -B i 為正值時 , K =1; 當 A i -B i 為負值時 , K =-1. 212 大型底棲動物污染指數 MPI 值運算式的論證以 2022 年 4 月深圳灣福田潮間帶 9 個取樣站底棲動物為例 , 從 A1 取樣站至 E3取樣站種類多樣性指數 H 、 MPI 有削減趨勢 表 1 . 依據 85 個取樣站次的底棲動物 H 值與MPI 值進行相關分析說明 , MPI 與 H 的相關系數為 0

15、18431 圖 1 . 可見 , MPI 值與 H 的相關系數與上述公 , 5 期蔡立哲 : 大型底棲動物污染指數 MPI域的環境質量 .表 1 深圳灣福田潮灘各取樣站的多樣性指數H 、ABC 比較和污染指數M PI 2022 年 4 月 Table 1 Species diversity index H , ABC and MPI at each sa mpli ng station on Futian mudflats in Shenzhen Bay April,2022 A121493 中污 -11692 A221575 無污 -91618 A321461 無污 -61134 D1116

16、89 中污 01211 D221062 中污 11944 D321036 中污 31723 E111126 重污 41068 E202247 重污 51194 E301598 重污 131站號 H ABC MPI 213 底棲動物污染指數 MPI 與 ABC 法結果及 H 值的比較依據公式的運算值 , 將 MPI 與 AB C 污染程度比較可以看出 , 豐度曲線在生物量曲線上方 重污染 的、底棲動物污染指數值 4 的有 28 個取樣站次 圖 2 ; 豐度曲線與生物量曲線交叉 中污染 的、底棲動物污染指數值在 4-4的有 21 個取樣站次 ; 豐度曲線在生物量曲線下方 無污染 的、底棲動物污染指

17、數值 8 范圍的有 13圖 1 MPI 與 H 的分布關系 between MPI and HFi g. 1 The dis tribution relations hip個取樣站次 圖 3 ; H 屬中度污染 12 在 MPI 為 80范疇的有 12 個取樣站次 ; 屬輕度污染 23 在 MPI 為 0-12 范疇的有 17 個取樣站次 ; 的 H 屬清潔 3 在 MPI 311 大型底棲動物污染指數污染程度的界定圖 2 底棲動物污染指數M PI 范疇與 ABC 法污染程度之間的比較 Fi g. 2 Compari son between MPI sc ope and ABC polluti

18、on degree大型底棲動物污染指數值越大, 沉積環境污染越嚴峻, 反之 , 沉積環境越清潔. 為了與種類多樣性指數H一樣劃分為重污染、中度污染、輕污染、清潔4 個污染程度 , 需要界定底棲動物污染指數值 MPI 上述 4 個范疇 . 依據 War wick 豐度生物量比較法的原理 , 第一將 MPI 大于 0的正數定為中度污染以上 即包含中度污染和重污染 , 小于 0 的負數定為輕度污染以下 即包含輕度污染和清潔 . 然后依據肯定 AB C 和 MPI 范疇 圖 2 某污圖 3 底棲動物污染指數 MPI 范疇與種類多樣性指數 H 的比較 Fi g. 3 Comparis on bet we

19、en MPI and H scopes染程度站次所占其總站次的百分比 , 累加百分比最高者為正確范疇 表 2 , 得出的結果是 MPI 4, 嚴峻污染 ; MPI=40, 中度污染 ; MPI=0-6, 輕度污染 ; MPI16, 嚴峻污染 ; MPI=160, 中度污染 -,定的范疇與以H 界定的范疇有較大的差異. 考慮到 MPI 是在 ABC 法基礎上建立的, 因而采納以ABC 界定的范疇 .表 2 不同 MPI 和 ABC 范疇各污染站次占所在范疇總站次的百分比 Table 2 Percent of each polluted s tation of all s ampli ng sta

20、tions withi n at different MPI and ABC s copes MPI 4 或 6 或 8 或 4 或 4 或 6 或 8 或重污 *59517100中污 *1361195119 *0186514 *15100100 % 合計 *13 312 深圳灣福田潮間帶泥灘 4 種污染程度底棲動物群落特點在深圳灣福田潮間帶清潔的泥灘中 , 群落的生物量由 1 個或幾個大型的種占優勢 , 且每個種有幾個個體 , 種內生物量的分布比密度分布顯優勢 , 如 A2 取樣站 , 大個體的羽須鰓沙蠶 Dendroneris pinnaticir -ris , 中個體的尖刺纓蟲 Pota

21、milla acuminata 、莫頓長尾蝦Apseude mo rtoni 、腺帶刺沙蠶 Neanthes glandicinca 均有較高的密度 ; 在受到輕度污染時 , 生物量占優勢的大個體數量削減, 如 A1 取樣站 , 羽須鰓沙蠶生物量僅占38140%表 4 , 比 A2取樣站少 28164%; 在受到中度污染時, 生物量占優勢的大個體幾乎消逝 , 在數量上占優勢的是中 表 3 不同 MPI 和 H 范疇各污染站次占所在范疇總站次的百分比 Table 3 Percent of eac h polluted station of allsampling stati ons within

22、 at different MPI and H scopes MPI . 10. 12. 14. 16. 20. 24 重污 *100 中污 *103811 輕污 *165618 清潔 *100 合計 *1*9 個體的或較小的種 , 如 D1取樣站 , 中個體的尖刺纓蟲取代大個體的羽須鰓沙蠶成為 生物量優勢種 ; 當嚴峻污染時 , 底棲生物群落的生物量由一個或幾個個體特別小的種占優勢, 種內密度的分布比生物量分布更顯優勢capitata 成為生物量優勢種., 如 E1 取樣站 , 小個體的小頭蟲 Capitella 313 大型棲動物污染指數MPI 的特點及不足, 二是分為 4 種污染程度 .

23、 此外 , MPI 在 ABC 法上有兩點改進 , 一是將圖形數字化MPI 結果比 ABC 結果更符合實際 , 如興化灣美瀾潮間帶的 屬清潔 ; ABC 比AL 取樣站 , MPI 值為 -81025, 較是交叉 , 屬中度污染 . 實際情形是 , AL 取樣站有大個體的泥螺 Bullacta exarata 、紅帶織紋螺 Nassarius succinctus 、鴨嘴蛤 Laternula anatina 等 , 可以說是符合群落的生物量由 1 個或幾個大型的種占優勢 , 且每個種有幾個個體的無污染范疇 . 顯現豐度曲線與生物量曲線交叉是由于密度優勢種光滑狹口螺 Stenothyra gl

24、abar 占該取樣站密度的 41138%, 而生物量優勢種泥螺僅占 AL 取樣站生物量的39133%, 從而導致生物量曲線與豐度曲線交叉 .表 4 深圳灣福田潮間帶泥灘 4 種污染程度底棲動物群落特點 2022 年 4 月 Table 4 Macrofaunal community charac teri stics of four polluti on levels on Futian mudflat in Deep Bay April2022 污染程度清潔輕污染中污染重污染取樣站 A2A1D1E1 密度 , i nd P m 2 *83 生物量 , g P m 2 *35139 種類數 1

25、615118生物量優勢種羽須鰓沙蠶 60171%69104% 羽須鰓沙蠶 38140% 尖刺纓蟲 65122% 小頭蟲 H 指數常用來監測淡水、海水底棲生物群落結構的變化, 被認為是個較好的評判污染程度的工具 , 但 H 指數有其局限性. 在有些污染情形下, H 反而增高 , 如羅源灣 L11 取樣站 , H 值為 31159, 但實際情形是該取樣站位于網箱養殖區, 已采不到大個體的底棲動物, 小個體的多毛類如雙形擬單指蟲 Cossurella dimorpha 、獨指蟲 Aricidea fragilis 和膜囊尖錐蟲 Scolo plos marsupialis 等密度較高 . 雙形擬單指

26、蟲被認為是礦山廢水、陶瓷工業廢水、填海、疏浚港灣等造成污泥沉積的無機污染的指標生物 與實際情形比較符合 . 運算得出 L11 取樣站 MPI 為 01053, 屬中度污染 , MPI 值考慮了密度、生物量和種類數 3 個參數 , 但沒有包含群落內種類的耐污和敏銳特點 , 因而個別取樣站在種類數少時 , 重污染與中污染、清潔與輕污染之間區分不清 , 如2022 年 7 月的 E3 取樣站 , 僅有沼蚓 Limnodriloides sp 1 、小頭蟲、才女蟲 Polydona sp 1 和光滑狹口螺 4 種底棲動物 , 均是小個體種類 , 沼蚓成為密度和生物量肯定優勢種 , 應當屬重污染 , 但

27、 MPI 值為 31615, 屬中污染 . 4 結論 1 在豐度生物量比較法基礎上建立了底棲動物污染指數 MPI. MPI 越小 , 沉積環境越清潔 , 反之 , 污染越嚴峻 . 2 從清潔、輕污染、中污染至重污染的群落特點是 : 生物量占優勢的大個體數量削減 , 小個體的機會種成為生物量優勢種 . 3 MPI 的優點是實現ABC 法的數字化 , 而且反應靈敏 , 評判結果比種類多樣性指數 H 更符合實際 . 1 李永祺 , 丁漂亮 . 海洋污染生物學 M, 北京 : 海洋出版社 , 1991, 445 449 2 Gray J S. Detecting polluti on -induced

28、 changes in communities using the log -normal dis tributi on of individuals among s peciesJ. Ma -ri ne Pollution Bulletin, 1981, 12:173 1763 Warwick R M. A new method for detecting polluti on effects on marine macrobenthic communities J. Mari ne Biology, 1986, 92: 557 5624 Vincent H R, Richard H N,

29、M ichael T B. Des ign and implementation of rapid assess ment approac hes for water res ource monitoring usi ng benthic macroi nvertebratesJ. Australian Journal of Ecology, 1995, 20:108 1215 Weis berg S B, Ranasinghe J A, Dauer, et al . An es tuarine benthic index of biotic integrity B -IBI for Chesapeake BayJ. Estuar -ies, 1997, 20:1, 149 158 6 Van D olah R F, Hyland J L, Holland