胶州湾北部大型底栖动物的初步研究(开题报告）

一、选题依据(课题来源、选题依据和背景情况；课题研究目的、学术价值或实际应用价值)

底栖动物是指生活在水域底上或底内，营固着或爬行或底游的生物。在希腊语有“海的底部”的意思，底栖动物栖息于海洋或内陆水域底内或底表的生物，水生生物中的一个重要生态类型。自由生活或固着于水底，除淡水水域外，在海洋自沿岸带到洋底最深处（深度超过万米）都有生存。淡水中主要是水草、软体动物、环节动物等。在海洋生物中，底栖动物种类最多，数量极大，包括无脊椎动物的绝大部分门类，还有大型藻类和少数高等植物，以及几乎无处不在的微生物。藻类和种子植物（如沿岸带常见的大叶藻、海韮菜）固着于底表，且大多数仅栖于透光的浅水区。动物的生活方式则多种多样：大多数埋栖于水底泥沙中（如蛤类、海胆），或穴居于底内管道里（如虾、蛤、多毛虫），称为底内动物；有的固着或附着于岩礁或其他坚硬基质（包括动物的外壳）表面（如牡蛎、藤壶、苔藓等），或匍匐爬行于基底之上（如鲍、螺类等）,称为底上动物或表栖动物;另有一些能够在近底层水体中游动，但经过一段时间就要沉降在底上（如虾），称为游泳底栖动物。

根据网筛孔径可分为：将不能通过500μm孔径网筛的底栖动物称为大型底栖动物。能通过500μm孔径网筛但不能通过42μm孔径网筛的动物为小型底栖动物。能通过42μm孔径网筛的动物为微型底栖动。

底栖动物在国民经济和生态系统结构和功能中具有重要的作用。

底栖动物同人类生活十分密切。许多底栖动物是渔业捕捞或养殖的对象，具有重要的经济价值。其中最主要的是虾蟹类和贝类，如对虾、新对虾、鹰爪虾、白虾、龙虾、梭子蟹、青蟹、绒螯蟹(毛蟹)、蛤、蛤仔、四角蛤、贻贝、扇贝、牡蛎、红螺，以及海参、各种海藻和鲆、鲽等底栖鱼类。全球海洋每年生产300多万吨虾蟹和大约同样数量的贝类，在中国的海岸带和浅海区产量也相当大。美洲墨西哥湾、东南亚洲暖海浅水区、中国黄海的几种对虾每年各有几万吨的产量，几种大型蟹类也有上万吨。毛蚶、蛤仔、文蛤、四角蛤蜊、牡蛎每年产量共有几十万吨。此外，有更多的底栖动物(如许多多毛类环虫、小形甲壳类和软体动物等)是经济鱼类、虾类的天然饵料，它们数量的多少还影响着这些经济鱼虾资源的数量，因此受到人类的重视。有不少底栖动物又是医药或工业原料。

底栖动物通过其营养关系，使水层沉降的有机碎屑得以充分利用，因而在海洋生态系统的能量流动和物质循环中起着很重要的作用；底栖动物是水生生态系统的重要组成部分，由于其具有寿命长、分布广泛、迁移能力弱等特点，底栖动物群落特征的变化能较好地反映环境状况，因此常被作为理想的生物监测类群，综合评估水质的变化。

环境因子的综合作用影响生物的数量分布，同时生物也对环境产生影响。底栖动物因常年生活在海底，其丰度、生物量和种类组成等的变化，是一个对环境是否改变的有效指示，通过对底栖动物生活动态的分析及物理因子的分析，我们可以得出海洋的变化，并提出相应的保护措施。所以全面深入地对大型底栖动物展开调查研究，对于了解海洋底栖生态系统的结构与功能，建立生态动力学模型，形成海洋生物监测体系，进而实现海洋生物资源的持续利用，具有极其重要的科学意义。

胶州湾位于山东半岛的南岸, 属于典型的半封闭型海湾。它不仅是多种经济鱼类和虾蟹类的繁殖、育幼和索饵场所, 也是对虾、扇贝、海带等经济物种的增养殖基地，但是长期的近岸养殖使胶州湾内的水质处于差、极差范围内。为了保护胶州湾的生态环境，2014年9月开始于青岛市实施的《青岛市胶州湾保护条例》规定，明令禁止在胶州湾筑池、网箱、浮筏等方式养殖。胶州湾的海水水质有逐渐好转的趋势。本次研究通过对胶州湾北部表层沉积物中大型底栖动物的种类组成、丰度和生物量、优势种、群落结构分析，以及与环境因子的相关性分析以期对胶州湾北部现状有基本认识，为胶州湾海洋保护和海洋健康发展提供参考。

课题研究目的、学术价值或实际应用价值

研究目的

本研究通过对胶州湾北部附近五个站位（J02、J14、J15、J16和J25）大型底栖动物进行调查取样，研究达到如下目的：

1.了解大型底栖动物丰度、生物量、优势种和群落结构等。

2.了解大型底栖动物与环境因子的关系。

3.通过与历史资料对比，探究大型底栖动物的丰度、生物量、及种类组成的变化趋势。

4.通过运用多样性指数分析，对研究海域环境状况进行评价。

学术价值：

大型底栖动物常年生活在海底，其种类组成、丰度及生物量等的变化，是对环境是否改变的有效指示，通过对大型底栖动物与环境因子的分析，能够了解底栖生态环境的变化，为环境保护提供参考。

实际应用价值：

能够为评估胶州湾生态系统的健康状况以及合理利用胶州湾大型底栖动物资源提供参考。

二、文献综述(国内外研究现状、发展动态；查阅的主要文献)

国外对底栖动物的研究已有300年的历史。海洋生态学开始于18世纪初英国的海洋生物学家零星的底栖动物调查。19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50年代后，大型底栖动物进入定量研究、生物群落及生物多样性研究阶段，并通过对底栖动物群落进行长期调查以进行环境监测。20世纪60年代初，人们开始使用大型底栖动物区系、丰度、生物量等来评价环境状况。到20世纪80年代，提出了有关底栖动物的种种假说，各类假说的验证成为研究的主要驱动力，实验生态学和生物海洋学迅速发展。进入21世纪，底栖动物研究的时空尺度已经扩大到全球，并以年际和10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动物的功能响应，越来越受到学者的重视。

国内研究现状、发展动态分析：

我国底栖动物研究起步较晚，经过数十年的发展，已取得许多研究进展和成果，但目前学科发展仍存在很多不足。海洋底栖动物的拖网定性调查始自20世纪30年代, 而全国性海洋调查始于20世纪50年代以后。建国前，我国的科学工作者先后对北戴河、烟台、青岛、厦门、香港、海南岛等沿海进行了调查，整理发表了一些调查报告，并有一些涉及软体动物、甲壳类动物和棘皮动物等方面的研究论文。新中国成立后，我国海洋学家相继进行了大量的海洋调查。如：1958—1959年的中国近海普查；1959-1962年北部湾的调查；20世纪50年代，中国科学院海洋研究所与苏联科学院动物研究所合作，对胶州湾底栖动物做了比较详细的调查研究。1975-1976年对东海大陆架进行了比较系统的综合海洋调查，1980—1985年的全国海岸带和海涂综合资查，1989—1993年进行的全国海岛调查，1997-2000年的大陆架调查（126专项），2004-2009年的近海海洋综合调查与评价（908专项）等等。除此之外，我国学者还与国外同行进行了多次联合调查。如分别于1980、1985-1987年与美国合作对我国最重要的两条大河—长江和黄河三角洲及其邻近海域进行了联合调查等。在海洋科学工作者长期、艰苦的努力下，人们已基本掌握了中国近海主要大型底栖动物类群的种类、分布和资源情况。

胶州湾底栖动物种类丰富、组成复杂，是我国最早开展海湾生态学研究的典型区域。1935年，张玺等老一辈科学家便开展了胶州湾的生物区系调查；至20世纪50年代，中国科学院海洋研究所与前苏联科学家合作对该区潮间带底栖动物做了详细研究(古丽娅诺娃和吴宝玲，1963)；80年代以来，海洋科学工作者针对浮游生物和底栖动物等开展了大量研究工作(刘瑞玉，1992;毕洪生和冯卫，1996)；自1998年起，李新正等在原有工作的基础上对大型底栖动物的生物多样性、次级生产力和群落结构等进行了连续的调查和研究(李新正等，2001, 2002；李宝泉等，2006；王金宝等，2011)；迄今，作为中国生态系统研究网络(CERN)成员的胶州湾海洋生态系统国家野外研究站已发表了大量的研究成果(赵淑江，2002；于海燕等，2006；田胜艳等，2010；康美华，2014)。在《青岛市胶州湾保护条例》实施之前，随着沿岸经济的迅速发展和湾内水产养殖的不断扩张，人类活动对胶州湾生态环境的影响日益加剧，湾内外的生物种类及群落已发生巨大变化(齐衍萍等，2015)。李新正等(2001)曾指出，胶州湾底栖动物的物种多样性指数平均值介于3.33-3.50之间，但2014年的H′年平均值是2.56，属轻度污染状况，杨梅等(2016)与隋吉星等(2010)对胶州湾中部海域调查得出的结论一致，说明频繁的人为活动还是在一定程度上影响了胶州湾的底栖生境，致使底栖动物多样性降低。

主要参考文献：

[1]于海燕,李新正,李宝泉,王金宝,王洪法.胶州湾大型底栖动物现状[J].生态学报,2006,26(2):417-421

[2]袁伟,张志南,于子山.胶州湾西部海域大型底栖动物多样性的研究[J].生物多样性,2007,15(1): 53-60

[3]于海燕，李新正，李宝泉，等.胶州湾大型底栖甲壳动物数量动态变化[J].海洋与湖沼,2005,36(4):289-295

[4]袁伟,张志南,于子山,等.胶州湾西北部海域大型底栖动物群落研究[J].中国海洋大学学报,2006,91一97

[5]韩洁,张志南,于子山.渤海中、南部大型底栖动物的群落结构[J].生态学报，2004,24(3):531-537

[6]田胜艳,于子山,刘晓收等.丰度/生物量比较曲线法监测大型底栖动物群落受污染扰动的研究[J].海洋通报,2006,25(1):92-96

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[8]沈国英,施并章.海洋生态学[M].北京:科学出版社,2008

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[11]李新正.我国海洋大型底栖动物多样性研究及展望:以黄海为例[J].生物多样性,2011,19(06):676-684.

[12]孔繁翔.环境生物学[M].北京:高等教育出版社,2000,162-163

[13]隋吉星,于子山,曲方圆,刘卫霞.胶州湾中部海域大型底栖动物生态学初步研究[J].海洋科学,2010,34(05):1-6.

[14]张均龙,史本泽,赵峰,徐奎栋.中国海洋底栖动物学发展回顾与展望[J].海洋科学集刊,2016(00):194-204.

[15]符芳菲,李纯厚,徐姗楠.胶州湾冬季大型底栖动物群落结构及其与环境因子

[16]李佳芮. 黄河三角洲潮间带大型底栖动物生态学研究[D].中国海洋大学,2011.

三、研究内容

1．学术构想与思路；主要研究内容及拟解决的关键问题（或技术）

大型底栖动物的种类组成和群落结构对栖息环境的变化非常敏感。当栖息环境受到干扰或压力时，其种类组成及群落结构也会表现出相应的变化。由此，进行大型底栖动物生态学研究可以从生物变化反映环境的状况。此外，与历史资料对比，通过对大型底栖动物种类组成、丰度和生物量、优势种、群落结构分析，以及与环境因子的相关性分析，能够了解底栖动物的现状及其与环境因素的关系；为胶州湾大型底栖动物的深入研究，提供参考。

研究内容：

1.大型底栖动物丰度、生物量、种类组成、优势种（IRI)。

2.大型底栖动物群落结构分析。

3.大型底栖动物多样性分析。

拟解决关键问题：

通过对大型底栖动物丰度、生物量、类群组成及群落结构的研究，以及大型底栖动物与环境因子关系的分析，了解环境因子与大型底栖动物之间的相互关系。

2．拟采取的研究方法、技术路线、实施方案及可行性分析

1 样品的采集与处理

2018年11月对胶州湾北部附近的五个站位，进行大型底栖动物取样，使用0.05m2箱式采泥器，在同一站位取样3次，现场用涡旋器冲洗沉积物样品，用0.5mm孔径的网筛进行分选，留在网筛上的大型底栖动物样品收集装瓶，用10% 福尔马林固定。

室内用5ml的0．1％的虎红（四氯四碘荧光素）溶液，对大型底栖动物标本和残渣染色。静置24h，染色样品在0.5mm孔径的网筛上冲洗，然后转移到培养皿中，解剖镜下进行标本的分拣和鉴定。分类计数后的标本用滤纸吸干表面固定液，用电子天平称重。其中软体动物和寄居蟹去壳称重,管栖多毛类去管称重，群体标本不计算个数。大型底栖动物各种群的丰度换算为inds./m2，生物量换算为g/m2，以上分析处理均按照海洋调查规范进行。

2 数据处理与分析

大型底栖动物多样性分析采用以下三个指数：

Shannon-Wiener 指数（H′）、Margalef 丰富度指数（d）以及Pielou’s 物种均匀度指数（J′）分析。计算公式如下：

Shannon-Wiener 指数（H′）

H′= -

Margalef 丰富度指数（d）

d = (S – 1) / log2N

Pielou’s 物种均匀度指数（J′）

J′= H′/log2S

其中：S为总种数，N为总丰度（ind./m2），ni为第i种的丰度（ind./m2）。

采用蔡立哲的评价方法进行环境污染评价：

H′< 1        环境受到重度干扰

1< H′< 2     环境受到中度干扰

2< H′< 3     环境受到轻度干扰

3< H′< 4     环境清洁

H′>4         环境非常好

可行性分析：

(1) 实验方案与技术路线可行

底栖动物实验室长期从事海洋底栖生态的研究积累了丰富的底栖动物调查经验，具备完整的底栖生态研究的软、硬件条件，能满足本研究的要求。

(2) 研究分析方法成熟

1、香农-威纳指数（Shannon-Wiener index），是用来描述种的个体出现的紊乱和不确定性，不确定性越高，多样性也就越高，说明群落复杂程度高，对环境的反馈和自身修复能力就越强，从而能应对更剧烈的环境变化。在有机质污染环境中，由于大量对污染敏感的种类的消失，而少数对污染有较好的适应能力的种有机会发展成很大种群，导致群落中单一种的优势显著升高，群落多样性指数值降低。因此，可以用多样性指数来直接反映海域的污染状况。底栖动物种类越多，H′值越大，水质或底质越好；反之，种类越少，H′值越小，水体或底质污染越严重。

    因此该多样性指数被国内外普遍用来监测淡水、海洋底栖动物群落结构的变化，被认为是个较好的指示水体污染的工具。

2、英国学者Warwick提出的丰度生物量比较法（ABC方法）是监测海洋环境污染状况的首选方法。该方法因具有原理简单、统计计算简便、无需参照点对比、结果易于分析及反映灵敏等优点，在国内外得到了广泛的应用，取得了良好的效果，并成为国内利用底栖动物群落结构的特征，进行海洋环境污染监测的一种常规方法。

四、论文（设计）进度安排