第七章 海洋生态调查

1、第七章第七章 海洋生态调查海洋生态调查概述概述一一 术语和定义术语和定义1 海洋生态系统海洋生态系统 一定海域一定海域内内生物群落与周围环境生物群落与周围环境相互作用构成的自然系相互作用构成的自然系统，具有相对稳定功能并能自我调控的统，具有相对稳定功能并能自我调控的生态单元生态单元。l 海岸带生态系统海岸带生态系统（潮上带、潮间带、河口）（潮上带、潮间带、河口）l 岛屿生态系统岛屿生态系统l 浅海生态系统浅海生态系统l 外海和大洋生态系统外海和大洋生态系统3 海洋生态系统功能海洋生态系统功能 海洋生态系统中的海洋生态系统中的物质循环、能量流动、信息传递及其调物质循环、能量流动、信息传递及其调

2、控作用控作用。4优势种优势种 具有具有控制群落和反映群落特征的种类，控制群落和反映群落特征的种类，数量所占比例最多的种数量所占比例最多的种类。类。2 海洋生物群落结构海洋生物群落结构 一定海域的一定海域的各种生物种群各种生物种群组成的相对稳定的组成的相对稳定的集合体集合体。包括包括种类组成种类组成和和物种多样性物种多样性、群落的空间结构群落的空间结构和和营养结构营养结构5 指示种指示种 海洋生物群落在一定状态出现的海洋生物群落在一定状态出现的标志性标志性的物种。的物种。6 关键种关键种 食物网中处于食物网中处于关键环节起到控制作用关键环节起到控制作用的物种。的物种。7 物种多样性物种多样性 生

3、物群落中物种的生物群落中物种的丰富度丰富度及其及其个体数量分布个体数量分布。8 群落均匀度群落均匀度9 群落演变群落演变结构随时间而发生的变化结构随时间而发生的变化 10 群落空间格局群落空间格局 沿一定的沿一定的环境梯度环境梯度海洋生物群落结构及其分布发生相应海洋生物群落结构及其分布发生相应改变，而形成的分布型。改变，而形成的分布型。 11 生态压力生态压力 来自陆地、海洋、大气的来自陆地、海洋、大气的自然干扰自然干扰和和人类活动人类活动对海洋生对海洋生态系统产生的胁迫。态系统产生的胁迫。12 富营养化富营养化 海水中营养盐的自然或人为增加及其引起的生态效应。海水中营养盐的自然或人为增加及其

4、引起的生态效应。13 污染压力污染压力 入海污染物质对海洋生态系统入海污染物质对海洋生态系统结构和功能结构和功能的胁迫的胁迫14 养殖压力养殖压力 养殖生产的养殖生产的输出物质输出物质对海洋生态系统物质循环的胁迫作用。对海洋生态系统物质循环的胁迫作用。15 捕捞压力捕捞压力 捕捞渔获物输出对海洋生态系统的物质循环的胁迫作用。捕捞渔获物输出对海洋生态系统的物质循环的胁迫作用。 类捕捞压力类捕捞压力: :在高营养阶层，捕捞直接减少渔业生物的现在高营养阶层，捕捞直接减少渔业生物的现 存量。存量。 类捕捞压力类捕捞压力: : 在低营养阶层，捕捞加速浮游生态系统中颗在低营养阶层，捕捞加速浮游生态系统中颗

5、粒有机物质的输出。粒有机物质的输出。 二、二、 调查内容调查内容海洋生态要素调查海洋生态要素调查n海洋生物要素海洋生物要素n海洋环境要素海洋环境要素n人类活动要素人类活动要素海水养殖生产海水养殖生产海洋捕捞生产海洋捕捞生产入海污染入海污染海上油田生产海上油田生产其他人类活动其他人类活动a 海洋生物群落结构要素海洋生物群落结构要素b 海洋生态系统功能要素海洋生态系统功能要素海洋水文海洋水文海洋气象海洋气象海洋光学海洋光学海洋化学海洋化学海洋底质海洋底质（a）海洋生物群落结构要素调查）海洋生物群落结构要素调查 微生物、叶绿素微生物、叶绿素a 底栖生物底栖生物 潮间带生物潮间带生物 游泳动物游泳动物

6、 浮游生物浮游生物 浮游动物浮游动物 (鱼卵、仔鱼）鱼卵、仔鱼） (b) 海洋生态系统功能要素调查海洋生态系统功能要素调查 初级生产力、新生产力和细菌生产力初级生产力、新生产力和细菌生产力.海洋环境要素调查海洋环境要素调查a) a) 海洋海洋水文水文要素；要素；b) b) 海洋气象要素；海洋气象要素；c)c) 海洋海洋光学光学要素；要素；d)d) 海水海水化学化学要素；要素；e)e) 海洋底质要素。海洋底质要素。 水深、盐度、温度、海流、透明度水深、盐度、温度、海流、透明度等要素调查等要素调查为为第九章第九章内容。内容。人类活动要素调查人类活动要素调查 a) a) 海水养殖海水养殖生产要素；生

7、产要素；b) b) 海洋捕捞海洋捕捞生产要素；生产要素；c)c) 入海污染入海污染要素；要素；d)d) 海上油田海上油田生产要素；生产要素；e)e) 其它人类活动其它人类活动要素要素以上内容调查列为以上内容调查列为第八章第八章内容。内容。.1 .1 评价对象评价对象a a）浮游植物浮游植物细胞数量、种类组成和群落结构；细胞数量、种类组成和群落结构；b b）浮游动物浮游动物个体数量、个体数量、湿重湿重生物量、种类组成和群落结构；生物量、种类组成和群落结构；c) 游泳动物游泳动物种群数量、渔获重量、种类组成和群落结构；种群数量、渔获重量、种类组成和群落结构；d) 底栖生物底栖生物栖息密度、湿重生物

8、量、种类组成和群落结构；栖息密度、湿重生物量、种类组成和群落结构；e) 潮间带生物潮间带生物栖息密度、湿重生物量、种类组成和群落结构。栖息密度、湿重生物量、种类组成和群落结构。三、海洋生态评价三、海洋生态评价3.2 3.2 评价内容评价内容a)a) 海洋生物群落结构评价；海洋生物群落结构评价；b)b) 海洋生态系统功能评价；海洋生态系统功能评价；c)c) 海洋生态压力评价（列为第八章内容）。海洋生态压力评价（列为第八章内容）。四、四、 海洋生物群落结构评价海洋生物群落结构评价4.1 生物量评价生物量评价 1） 评价对象评价对象 微生物、浮游植物群落、浮游动物群落、微生物、浮游植物群落、浮游动物

9、群落、游泳动物群落游泳动物群落、底栖生物群落、潮间带生物群落。底栖生物群落、潮间带生物群落。2） 评价方法和结果表达评价方法和结果表达 分析各类群的分析各类群的个体数量、生物量，绘制空间分布图，评价个体数量、生物量，绘制空间分布图，评价其变化趋势。其变化趋势。浮游植物 横门湾横门湾 浮游植物密度分布特征（浮游植物密度分布特征（106个个/m3） 细胞数量的平面分布由湾底西南角向湾口及外海逐渐减少细胞数量的平面分布由湾底西南角向湾口及外海逐渐减少 横门湾横门湾 浮游动物密度分布特征浮游动物密度分布特征(104个个/m3) 浮游动物个体数量水平分布呈浮游动物个体数量水平分布呈西北东南向西北东南向由

10、湾底向湾口逐由湾底向湾口逐渐减少趋势渐减少趋势 浮游动物底栖动物 横门湾横门湾 底栖生物栖息密度分布特征底栖生物栖息密度分布特征(个个/m2) 栖息密度水平分布呈栖息密度水平分布呈由湾底向湾口逐渐增加由湾底向湾口逐渐增加趋势，偏东趋势，偏东北向增加较快北向增加较快 2） 评价方法：评价方法： 优势度、丰度。优势度、丰度。 对于某一个站对于某一个站 上的优势度上的优势度D 第第i种的百分比优势度；种的百分比优势度；ni 第第i 种的数量；种的数量； N 该站群落中所有种的数量该站群落中所有种的数量4.2 4.2 优势种评价优势种评价1 1） 评价对象评价对象 浮游植物群落、浮游动物群落、浮游植物

11、群落、浮游动物群落、游泳动物群落、游泳动物群落、底栖生物群落、潮底栖生物群落、潮间带生物群落。间带生物群落。nj 13） 结果表达结果表达 分析群落分析群落优势种丰度优势种丰度及其及其优势度优势度，绘制空间分，绘制空间分布图，评价其变化趋势。布图，评价其变化趋势。种类种类丰度丰度指数：指数：S 为群落中的总种数，为群落中的总种数，n为观察到的个体总数为观察到的个体总数4.3 4.3 指示种评价指示种评价1) 1) 评价对象评价对象 浮游植物群落、浮游动物群落、游泳动物群落、底栖生物群浮游植物群落、浮游动物群落、游泳动物群落、底栖生物群落、潮间带生物群落。落、潮间带生物群落。2)评价方法和结果表

12、达评价方法和结果表达 分析不同环境压力（如污染）下生物群落出现的分析不同环境压力（如污染）下生物群落出现的指示性物指示性物种，计算其生物量种，计算其生物量； 绘制空间分布图，评价绘制空间分布图，评价环境和群落环境和群落的变化趋势。的变化趋势。4.4 4.4 关键种评价关键种评价 1) 1) 评价对象评价对象 海洋食物网海洋食物网2)评价方法和结果表达评价方法和结果表达分析食物网各营养阶层的分析食物网各营养阶层的关键物种关键物种，计算其生物量，绘制空，计算其生物量，绘制空间分布图，评价其变化趋势。间分布图，评价其变化趋势。4.5 4.5 物种多样性评价物种多样性评价 1) 1) 评价对象评价对象

13、 浮游植物、浮游动物、游泳动物、底栖生物、潮间带生物群浮游植物、浮游动物、游泳动物、底栖生物、潮间带生物群落。落。2)评价方法评价方法 物种多样性指数一般采用物种多样性指数一般采用ShannonWeaver指数，指数，计算公式如下：计算公式如下：H H 种类多样性指数；种类多样性指数；P Pi i 群落中第群落中第i i种的数量或重量占样品总数量之比值；种的数量或重量占样品总数量之比值；s s 群落中的物种数。群落中的物种数。 3)结果表达结果表达 计算生物群落的计算生物群落的物种多样性，物种多样性，制作空间分布图，评价其变化趋势。制作空间分布图，评价其变化趋势。多样性指数的等值线取值标准为：

14、多样性指数的等值线取值标准为： 0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0，3.5，4.0，4.5，5.0，6.0，7.0，8.0。4.6群落均匀度评价群落均匀度评价1）评价对象评价对象 浮游植物、浮游动物、游泳动物、底栖生物、潮间带生物群浮游植物、浮游动物、游泳动物、底栖生物、潮间带生物群落。落。2）评价方法评价方法均匀度指数（均匀度指数（J）： H 群落实测的物种多样性指数；群落实测的物种多样性指数；N 群落中所有种的数量；群落中所有种的数量；S 群落中的物种数；群落中的物种数；3）结果表达结果表达 计算不同生物群落的均匀度，制作空间分布图计算不同生物群落的均匀度，制作空间分布图评价其

15、变化趋势。等值线取值标准为评价其变化趋势。等值线取值标准为0.2，0.4，0.6，0.8，1.0。4.7 4.7 群落演变评价群落演变评价1 1） 评价对象评价对象浮游植物、浮游动物、游泳动物、底栖生物、潮间带生物群浮游植物、浮游动物、游泳动物、底栖生物、潮间带生物群落。落。2）评价方法）评价方法采用演变速率指标：采用演变速率指标：SIM0、SIMi初始群落和时间尺度上第i群落的相似性指数。 N Ncoicoi= min(= min(N Nco0co0，N Ncoicoi) )，表示初始群落和第表示初始群落和第i i时刻群落时刻群落共有种共有种的的个体数较小者个体数较小者之和，之和， S Si

16、 i、S S0 0 第第i i群落和初始群落的物种数。群落和初始群落的物种数。n n 初始群落和第初始群落和第i i时刻群落共有的物种数；时刻群落共有的物种数；nj 1相似性指数计算公式如下：相似性指数计算公式如下：演变速率（演变速率（E）介于介于0-1之间。之间。E0，两个群落结构完全相同，没有发生演变。两个群落结构完全相同，没有发生演变。E1，两个群落结构完全改变，没有共同种，发生完全演变。两个群落结构完全改变，没有共同种，发生完全演变。0E1，两个群落的结构发生部分改变。两个群落的结构发生部分改变。3） 结果表达结果表达 计算计算不同生物群落的演变速率，沿时间系列绘制演变图，不同生物群落

17、的演变速率，沿时间系列绘制演变图，评价其演变趋势。评价其演变趋势。初级生产功能评价海洋生态系统中初级生产功能主要由浮游植物承担，初级生产提供了生态系统运转的几乎全部的能量来源，是最重要的功能指标。初级生产功能采用初级生产力评价，单位：mg.m-3.d-1 或 g.m-2.d-1（均以碳计）。绘制空间分布图，评价其变化趋势。新生产功能评价新生产指由浮游植物利用新进入真光层的营养盐完成的有机物生产。新生产功能采用新生产力评价，单位：mg.m-3.d-1 或 g.m-2.d-1（均以碳计）。绘制空间分布图，评价其变化趋势。五、海洋生态系统功能评价五、海洋生态系统功能评价细菌生产功能评价海洋生态系统中

18、细菌生产功能主要由异样细菌承担，细菌生产提供了生态系统运转的补充能量来源。细菌生产功能采用细菌生产力评价，单位：mg.m-3.d-1 或 g.m-2.d-1（均以碳计）。 绘制空间分布图，评价其变化趋势。 实例分析实例分析 山东半岛南部水域春季游泳动物群落结构的变化山东半岛南部水域春季游泳动物群落结构的变化 根据根据1986、1998和和2000年春季对山东半岛南部水域进年春季对山东半岛南部水域进行的底拖网调查资料，对行的底拖网调查资料，对渔业资源渔业资源、优势种及多样性优势种及多样性的年的年间变化进行了分析。间变化进行了分析。结果表明，结果表明，种类更替加快，优势度下降，多样性增加，种类更替

19、加快，优势度下降，多样性增加，从从而使群落结构发生了较大的变化，演替加快。而使群落结构发生了较大的变化，演替加快。1 材料和方法材料和方法 材料取自材料取自1986、1998和和2000年年56月月利用利用“北斗北斗”号号生生物资源调查船在山东半岛南部水域，对鯷产卵场进行的多物资源调查船在山东半岛南部水域，对鯷产卵场进行的多学科综合调查，对学科综合调查，对16个站位进行底拖网调查个站位进行底拖网调查(图图1) 调查用网具调查用网具1986年年为为452目目170 mm，1998年和年和2000年年为为836目目120 mm，囊网网目分别为，囊网网目分别为20mm和和24 mm。 每站起网后，观

20、测每站起网后，观测温度、盐度、溶解氧温度、盐度、溶解氧等环境因子。所等环境因子。所有渔获物都在船上进行分析，记录每种的有渔获物都在船上进行分析，记录每种的重量、尾数重量、尾数。 1986年调查数据根据网口面积进行了数据标准化，使年调查数据根据网口面积进行了数据标准化，使其与其与1998年和年和2000年调查数据一致。利用年调查数据一致。利用BrayCurtis的的相异性指标，计算、分析渔获物组成的年间变化。公式为：相异性指标，计算、分析渔获物组成的年间变化。公式为：1 材料和方法材料和方法 绘制绘制优势度曲线优势度曲线用于分析生物群落结构特征。用于分析生物群落结构特征。 多样性指标：多样性指标

21、：用下列指标来表示调查水域渔业生物多样性，用下列指标来表示调查水域渔业生物多样性，并分别用并分别用相对生物量相对生物量和和个体数个体数来进行计算。来进行计算。1 材料和方法材料和方法2 结果结果 2.1 资源量的年间变化资源量的年间变化 各生态类资源量出现明显的变化各生态类资源量出现明显的变化(图图2)。 2000年调查的生物量年调查的生物量(kgh1 )与与1986年相似，但仅为年相似，但仅为1998年年的的52.2 ，主要是中上层鱼类下降，为，主要是中上层鱼类下降，为1998年年34.7 ； 底层鱼类略有增加，经济无脊椎动物生物量年间变化不底层鱼类略有增加，经济无脊椎动物生物量年间变化不大

22、。大。 渔获尾数呈逐年上升趋势，表明渔获尾数呈逐年上升趋势，表明生物趋于小型化生物趋于小型化。 从种类组成相似性来看从种类组成相似性来看(表表1)，用重量比以数量表示的种用重量比以数量表示的种类组成的年间变化明显。类组成的年间变化明显。2 结果结果2.2 优势种的年间变化优势种的年间变化 表表2列出渔获重量和尾数及其占总渔获量的百分比和列出渔获重量和尾数及其占总渔获量的百分比和出现频率。鯷在出现频率。鯷在3次调查中均占首位。次调查中均占首位。2 结果结果 鯷生物量鯷生物量2000年仅分别为年仅分别为1986和和1998年的年的49.3和和32.0 ，优势度明显下降优势度明显下降(图图3)，然而

23、平均渔获尾数却呈小幅度的增加，然而平均渔获尾数却呈小幅度的增加，表明表明2000年个体偏小。年个体偏小。 1986年分布范围较小，仅不足一半的调查站位出现，年分布范围较小，仅不足一半的调查站位出现，1998和和2000年分布范围较大。年分布范围较大。2 结果结果 其它优势种组成变化较大，其它优势种组成变化较大，高眼鲽高眼鲽生物量密度自生物量密度自3.4 下降至下降至2.6 ，2000年仅为年仅为0.6 ，所占百分比亦呈下降趋势。，所占百分比亦呈下降趋势。 脊腹褐虾脊腹褐虾生物量密度占总渔获量的比例呈增加趋势。生物量密度占总渔获量的比例呈增加趋势。 2000年年小黄鱼小黄鱼生物量密度增加较大，生

24、物量密度增加较大，带鱼带鱼1986年没有捕获，年没有捕获，1998年为年为0.059，而，而2000年为年为2.934，占总生物量的，占总生物量的9.6 ， 玉筋鱼玉筋鱼的生物量下降幅度较大，从的生物量下降幅度较大，从1998年的年的1.589下降至下降至2000年年的的0.079 。2 结果结果2.3 多样性多样性 表表3为以底拖网渔获重量和尾数计算的为以底拖网渔获重量和尾数计算的多样性和均匀度多样性和均匀度指标。指标。以以1986年年58种种，其中鱼类有，其中鱼类有46种，种，1998年年52种种，其中鱼类为，其中鱼类为39种，种，2000年年56种种，其中鱼类为，其中鱼类为40种。种。

25、丰度指标年间变化趋势与种类数一致。丰度指标年间变化趋势与种类数一致。 多样性指标以单位网次渔获重量多样性指标以单位网次渔获重量表示，表示，2000年最高，年最高，1998年年最低，以最低，以尾数尾数表示自表示自1986年至年至2000年呈增加趋势。年呈增加趋势。 均匀性指标均匀性指标年间变化趋势与多样性指数一致。年间变化趋势与多样性指数一致。2 结果结果2 结果结果3 讨论讨论3.1 渔业资源的变动渔业资源的变动 黄、渤海经历了从黄、渤海经历了从20世纪世纪5060年代具有重要经济价年代具有重要经济价值的值的小黄鱼、带鱼小黄鱼、带鱼到到70年代的年代的太平洋鲱太平洋鲱，同时带动捕捞这，同时带动

26、捕捞这些种类的渔业大发展。些种类的渔业大发展。 随着捕捞强度的快速增加，这些资源优势种类逐一衰退，随着捕捞强度的快速增加，这些资源优势种类逐一衰退，生物量大幅度下降生物量大幅度下降 ，很多种类在黄海已经形不成渔汛或失，很多种类在黄海已经形不成渔汛或失去捕捞价值去捕捞价值 如太平洋鲱、大头鳕、带鱼，而如太平洋鲱、大头鳕、带鱼，而小黄鱼、鲆鲽类小黄鱼、鲆鲽类渔业主要渔业主要依赖于依赖于当年生幼鱼或当年生幼鱼或1龄鱼龄鱼。 自自90年代年代初期开始大规模开发初期开始大规模开发黄海鯷黄海鯷资源以来，产量直资源以来，产量直线上升，至线上升，至1996年产量年产量已经超过其最大可持续渔获量已经超过其最大可持续渔获量50104 t，但捕捞强度仍不断增加，但捕捞强度仍不断增加，19971999年连续年连续3年年产量超过产量超过100104 t，其后果直接导致鯷生物量的大幅度下，其后果直接导致鯷生物量的大幅度下降，渔获物严重依赖补充群体降，渔获物严重依赖补充群体 。3.1 渔业