AMBI评估生态质量的适用性全文.docx

1、AMBI评估生态质量的适用性全文AMBI评估生态质量的适用性(全文)1引言(Introduction) 近年来，随着沿海经济的发展，人类对海岸带环境的影响逐渐增大海底沉积物富集来自表层水体的天然和人为化合物，如重金属等它们对沿海生态系统造成了严重的威胁，如导致其物理化学性质的改变、栖息地的破坏及生物多样性的变化(Halpernetal，2021;2021)大型底栖生物个体较大，种类丰富且易于收集(Pelletieretal，2021)，生活环境相对稳定，多数种类的成体终生栖息在固定场所或只在底质表面有限范围内活动，对逆境的逃避相对迟缓，对海底环境的扰动敏感而深刻，可以反映当地的环境状况，因此被

2、广泛地用作环境质量状况的指示生物(Zmarzlyetal，1994;Dieneretal，1995;Dorseyetal，1995;Stull，1995;Bayetal，1997;Smithetal，2021)单变量和多变量法已经成为海洋污染生物效应评价的重要分析方法单变量法，如多样性指数、均匀度指数等，优势在于可以将大量的信息整合到一个指数中，但不易区分环境变化是人为因素还是自然因素导致的(Warwicketal，1993)相反，多变量分析法如典范对应分析(CanonicalCorrespondenceAnalysis)、主成分分析(PrincipalComponentAnalysis)、非

3、参数多维分析(non-metricMultidimensionalScaling)等在检测群落变化方面比单变量分析法更敏感(Warwicketal，1991)然而，其结果一般难以被非科学家们(如环境影响评价人员、海洋环境质量监测的决策者、利益相关者等)理解在某些情况下(如环境管理、环境影响评价研究等)，环境管理者和决策者需要简单有效的生物指数以了解当地的生态质量状况(Elliott，1994;Engleetal，1999)Borja等(2000)为对欧洲河口及近岸海域软底质生态质量状况进行完整性评价，依据Pearson等(1978)、Glémarce等(1981)、Grall等(

4、1997)学者的理论框架模型提出了AMBI(AZTI'sMarineBiologicalIndex，AZTI海洋生物指数)方法，并被纳入到欧盟水框架指令(EuropeanWaterFrameworkDirective)生态质量评价体系(Muxikaetal，2021)在不同的环境胁迫条件下，如富营养化、采砂、缺氧、疏浚及鱼虾贝类养殖、重金属污染、石油开采、港口和堤防的建设及运行、城市生活污水排放、生物污染等，AMBI均可使用(Borjaetal，2021;Muxikaetal，2021;Munizetal，2021)目前，AMBI指数在欧洲(Borjaetal，2021;Gr&eacu

5、te;mareetal，2021;Josefsonetal，2021)、亚洲(Caietal，2021;Cheungetal，2021;陈宜清等，2021;罗民波，2021)、北非(Aflietal，2021;Bakalemetal，2021;Bazairietal，2021)、南美洲(Munizetal，2021)、北美洲(Borjaetal，2021;Borjaetal，2021;Callieretal，2021，2021)和法属留尼汪岛(Bigotetal，2021)等地皆有应用鉴于AMBI在世界各地应用的广泛性和适用性，本文首次将AMBI法引入中国渤海海域，以检测其在评价渤海海域生态环

6、境质量评价上的敏感性，并以此扩大AMBI法应用的地理范围 2材料与方法(Materialsandmethods) 21材料和采样方法 所用材料是2021年9月16日至28日采自渤海海域11个潮间带断面的大型底栖生物(见图1，由ArcGIS90软件绘图)，每个潮间带区域按照高、中、低3个潮区进行采集，通常在高潮区布设2站，中潮区3站，低潮区1至2站在滩面较短的潮间带，高潮区布设1站、中潮区3站、低潮区1站(国家海洋局908专项办公室，2021)根据实际情况，本次调查对东营、高沙岭、潍坊等潮间带距离较长的滩面，高潮区布设1站，中潮区1至2站，低潮区1至2站;而在潮间带距离较短的站点如莱州湾、金州湾

7、等仅在高潮区、中潮区、低潮区各设一个站点;由于歧口、双台子河等站点为软泥质海滩，无法在中、低潮区实施采样，只采高潮区样本本次调查共获得30个样本，除歧口高潮带和东营中潮带外，其它28个样本皆采用AMBI法进行分析用05m×05m的采样框定量取样，取样深度约为30cm，每次采集1至2次，所取泥样用孔径为05mm的筛XX冲洗，标本用75%酒精现场固定，带回实验室进行种类鉴定、计数以及称重(湿重)等工作(国家海洋局908专项办公室，2021)，并计算其生物量和栖息密度 22评价方法 221香农-威纳多样性指数(H)通常，在清洁的沉积环境中物种多样性高但由于竞争，各种生物仅以有限的数量存在

8、，且相互制约以维持生态平衡当沉积环境及水体受到污染后，不能适应的生物死亡被淘汰，或者逃离;能适应的生物生存下来随着竞争生物的减少，生存下来的少数物种的个体数大大增加因此，清洁水域中生物种类多，每一种的个体数少;而污染水域中生物种类少，优势种明显且个体数多，这是建立物种多样性指数公式的基础公式如下(孙儒泳，2021):H=∑Si=1(Pi)(log2Pi)(1)式中，Pi为样本中第i种的个体所占的比例，如样品总个体为N，第i种个体数为ni，则Pi=ni/N;s代表收集到的底栖动物种类数H值等于0，说明无底栖生物即表示严重污染;01之间代表重污染，12之间代表中度污染;23之间代表轻度污染

9、;大于3则代表清洁(蔡立哲等，2021) 222AMBI指数AMBI法根据各种底栖动物环境敏感度的不同，即由最敏感种到最机会主义种，分为5个不同的生态组(EcologicalGroup，EG)(Borjaetal，2000):EGI即干扰敏感种(disturbance-sensitivespecies)，对富营养化非常敏感，生存在未受污染的状态下，包括食肉动物和一些食用沉积物的多毛类等EG即干扰不敏感种(disturbance-indifferentspecies)，对有机物过剩不敏感，物种密度低，随时间变化不敏感(从未受干扰状态至轻微失衡状态)，包括食用悬浮物的动物和比较不挑食的肉食性动物和

10、腐食性动物EG即干扰耐受种(disturbance-tolerantspecies)，可忍耐过量的有机物，正常状态下也可生存，但种群数目会受到有机物过剩(轻微失衡的环境状态)的刺激，包括生活在水底表层食用沉积物的动物，如管栖海稚虫EGIV即二阶机会种(thesecond-orderopportunisticspecies)，生存在显著失衡的环境状态下，包括小型多毛类EGV即一阶机会种(thefirst-orderopportunisticspecies)，生存在显著失衡的环境状态下，皆是食用沉积物的动物，这些种类的增加会减少沉积物量每个生态组在大型底栖动物群落中所占的比例乘以不同的系数，然后相

11、加，就可获得生物系数(BioticCoefficient，简称BC)这样得出的BC值是连续的，位于07之间(等于7时说明底质中无生物)，并被分割成8个不同的区间，分别对应于8个BI值(BioticIndex，BI:表示的是占优势地位的生态组别;Gralletal，1997)每个BI值对应不同的优势生态组别，并由此指示观测点受干扰程度及底栖群落健康状况(见表1)BC=(0×EGI%)+(15×EG%)+(3×EG%)+(45×EGIV%)+(6×EGV)%/100(2)式中，EGI代表第一生态组，EG代表第二生态组，依次类推AMBI计算

12、软件通过AZTI中心XX站(XX:/XXazties)获得，底栖动物可以通过该XX站上公布的种类名录最新数据(2021年12月)查到其生态组当数据库中未查到某一生物相应的生态组时，应该将其与已经分组的同一科或者同一属的物种归到同一组(Borjaetal，2021)，必要时参照此生物在渤海海域生活的环境质量状况数据的输入和计算根据Borja等(2021)的要求进行 3结果(Results) 由表2可知，30个样本中，多样性指数(H)位于01之间(代表环境严重污染)的有东营中潮区及中潮上区，高沙岭低潮下区，归州高潮区，秦皇岛低潮区，兴城低潮区及歧口等7个样本，占总数的233%;位于12之间(代表环

13、境中度污染)的共有17个，如高沙岭高、中下潮区，东营高、低潮区，归州中潮区，秦皇岛高潮区，双台子河高潮区，兴城高潮区，潍坊、营口及莱州所有潮区等，占总数的56.7%;位于23之间(代表环境轻度污染)的共6个包括高沙岭低潮下区及中潮区、归州低潮区、金州湾高潮区及中潮区、秦皇岛中潮区等，占总数的20%;大于3(清洁)的及等于0(无底栖生物)的样本无由表3可见，共有2个样本的BI=0(00BC≤02)，占总样本数的714%;5个样本的BI=1(02BC≤12)，占总样本数的1786%;18个样本的BI=2(12BC≤33)，占总样本数的64.44%;3个样本的BI=3(33BC&l

14、e;43)，占总样本数的1056%所有样本中，仅有高沙岭低潮上及中潮下区的环境质量状况非常高(BI=0)，其EGI比例分别高达9547%和9444%高沙岭所有潮间带样本中除高潮区的环境受到轻微干扰外，其它潮区皆处于未受干扰状态秦皇岛高潮区、莱州高潮区、兴城高潮区的环境质量状况在所有样本中最差(BI=3)，其环境受到中等程度的干扰，三者的EG和EGIV之和的比例皆高于90%其它大多数样本的环境皆是受到轻微干扰(BI=2) 4讨论(Discussion) Borja等(2021)提出AMBI法使用的条件及注意事项:仅适用于软底质(soft-bottom)底栖生物群落;不能用于盐度较低的站点如河口内

15、部，以及受自然压力干扰(如腐殖质丰富)的河口及近岸环境;从原始数据中去除全部非海底无脊椎动物的物种;去除所有淡水的物种(如枝角目甲壳动物);在含盐量10ppt时，去除昆虫纲(Insecta);去除幼体;去除浮游动物;对仅分到高级阶元的物种(如双壳纲Bivalvia，腹足纲Gastropoda)不进行生态分组，除了那些包括在物种目录内的(如纽形动物门Nemertea);另外，在运用AMBI评价河口及近岸海域生态质量状况时，要注意当样本的物种数(13)或个体数(3)非常低时，AMBI指示的敏感性下降;当未分组的物种数超过20%时，要谨慎判断评价结果;当此比例超过50%时，评价结果不可信(Borja

16、etal，2021) 本次调查的30个样本中，东营中潮、歧口高潮区物种数目少于3，故未进行AMBI计算分析秦皇岛低潮区、东营低潮区及其中潮上区物种数目等于3，本文对其进行了AMBI值计算并进行了统计分析，结果表明其环境受到轻微干扰，这与2021年东营市及秦皇岛市海洋环境质量公报监测的基本一致，说明在这些站位，AMBI可以选择性的使用东营高潮、潍坊高潮和营口高潮区未能分组的物种数目超过20%，造成此现象的主要原因可能是两个站位的物种数目分别为3个、4个和5个，物种数目相对较少;另一方面也因为环渤海潮间带大型底栖生物的分类学和生物学研究相对滞后，导致部分种未被安排进相应的组别通过比较此3个采样点的

17、AMBI评价结果与当地的海洋环境质量公报可知，AMBI在此种情况下，对环境指示的敏感性较差在运用多样性指数评价环境污染状况时，要根据不同的生境去选择多样性指数的阈值(Weisbergetal，1997)国内应用的多样性阈值一般参照李永琪等(1991)的三级污染程度法本文参照蔡立哲等(2021)的五级污染程度法以高沙岭为例，张文亮(2021)运用多样性指数评价高沙岭大型底栖生物得出其群落结构不稳定本文所用的多样性指数法表明，除高沙岭低潮上区受到重污染外，其它皆处于轻度至中度污染状态;AMBI法表明，除高沙岭高潮区环境受到轻微干扰、底栖生物群落健康状况良好外，其它皆处于未受干扰状态，底栖生物群落健

18、康状况非常好2021年辽宁省海洋环境质量公报显示双台子河生态系统处于亚健康状态，本研究H法的评价结果与其相符程度较高，而AMBI法对环境质量状况的指示情况与其相符程度较低 2021年潍坊市海洋环境质量公报显示潍坊潮间带海域及近岸海域处于中等污染状态;与之相比，本研究H法结果与之一致，而AMBI显示其环境全部处于轻微干扰状态，大型底栖生物群落状况良好由此可以看出，H法与AMBI法评价结果不同，这与Cai等(2021)在评价香港麦坡、深圳福田潮间带的海洋底栖生物质量状况时所得的结果类似由此可以看出，两种方法获得的结果有所偏差，原因首先可能是潮间带采样的时空差异性很大，且布点位置，密度及采样频次的不

19、同也导致结果有所偏差其次，本文采用的H阈值参照深圳福田潮间带的，其是否完全适用于环渤海潮间带，还需要进一步的数据调查和研究证实再次，AMBI法中五个生态组的设定(Borjaetal，2000)基于欧洲河口及近岸海域的大型底栖生物，而本文采集自环渤海潮间带的部分底栖生物(共有7个物种未被安排进相应的生态组别，占全部物种数的1014%)并不分布在欧洲，未安排进相应的生态组最后，各地的海洋环境质量公报在评价环境质量状况时，使用的是多样性指数法(H)，这也一定程度上导致了H的评价结果与其相符度高，而AMBI的与之相符度较低另外，本文在运用AMBI评价环渤海潮间带环境污染程度时，发现其得出的环境污染程度

20、，普遍比H及各省海洋环境质量公报的轻微究其原因，除与潮间带采样等客观原因外，可能还与AMBI法中环境污染分级的阈值有关某些情况下，针对栖居地不同(如河口、近岸)，污染分级的阈值范围也应不同(Borjaetal，2021)故在后续的研究中应尝试调整阈值，以更精确的评价环渤海潮间带的底栖生态质量状况 5结论(Conclusions) (1)AMBI法表明，环渤海潮间带海洋底栖生态环境除高沙岭个别潮区外，皆受到不同程度的干扰，但底栖生物群落总体上还处于比较好的状态与H法只能指示环境污染程度、评价等级较少相比，AMBI法对环境干扰程度的分级更加细致另外，AMBI法不仅可以评价环境干扰程度，还可以反应底

21、栖生物群落健康状况但与多样性指数法相比，AMBI法评价得出的环境干扰程度普遍较低总的来说，AMBI法对渤海潮间带环境质量评价的结果还需后续数据的补充，以验证其灵敏程度2)AMBI法的优势在于计算简单，易于被环境管理者及决策者理解并执行，在欧洲各河口及近岸海域适用性较强但在中国，由于人们对主要河口及近岸海域生态环境特征的认识不够深入，底栖生物分类学和生物学知识储备不够丰富，使得AMBI的推广应用受到一定限制另外，AMBI法起源于欧洲，中国的大型底栖生物与欧洲差别很大，导致个别特有物种的生态分组比较困难因此，建议今后加强大型底栖生物的基础生物学研究，合理设置采样点与采样频次，提高不同区域、不同时期研究结果的可比性，并结合单变量及多变量等分析方法，促进AMBI法在我国河口及近岸海域的应用