大型底栖动物污染指数1

1、大型底栖动物污染指数MPI大型底栖动物污染指数_MPI_第23卷第5期2021年9月环境科学学报ACTASCIENTIAECIRCUMSTANTIAEVol.23,No.5Sep.,2021文章编号:0253-2468(2021)05-0625-05中图分类号:P7145;Q9591192文献标识码:A大型底栖动物污染指数(MPI)(1.厦门大学教育部海洋环境科学重点实验室,厦门361005;2.厦门大学环境科学研究中心,厦门361005)摘要:根据2000年至2002年在深圳湾、厦门西海域、罗源湾、兴化湾潮间带和潮下带获得的85个取样站次大型底栖动

2、物数据,参考丰度生物量比较法(ABC),建立了评价海洋环境质量的大型底栖动物污染指数(MPI).MPI的计算式是:MPI=10(2+E(Ai-Bi)PS1+k,式中Ai和Bi分别是密度和生物量优势度大小顺序的第i个累积百分优势度的数值,S为采集到的物种数,K为常数,K=|E(Ai-Bi)|PE(Ai-Bi),当E(Ai-Bi)为正数时,K=1;E(Ai-Bi)为负数时,K=-1.MPI越小，沉积环境越清洁.反之，污染越严重.MPI的优点是实现ABC法的数字化,而且反应灵敏,评价结果比种类多样性指数(H)更符合实际.关键词:大型底栖动物;污染;生物指数;环境质量Macrozoobenthospo

3、llutionindex(MPI)CAILizhe(1.KeyLaboratoryforMarineEnvironmentalScienceofMinistryofEductionXiamenUniversity,Xiamen,361005,China;2.EnvironmentalScienceResearchCenter,XiamenUniversity)Abstract:Macrobenthospollutionindex(MPI)wasestablishedaccordingtothemacrofaunaldatacollectedonintertidalzoneandsubtidal

4、zoneinShenzhenBay,WesternXiamenHarbour,LuoyuanBay,andXinghuaBay,andreferringtoAbundanceBiomassComparison(ABC)method.TheMPIformulais,MPI=10(2+k)E(Ai-Bi)PS(1+.WhereAiandBiarerespectivelythecumulative%dominancefordensityandbiomassintheithspeciesrank,S=thenumberofspeciesinthesample,Kisaconstantnumber.K=

5、|E(Ai-Bi)|PE(Ai-Bi),WhenE(Ai-Bi)ispositivenumber,Kis1.WhenE(Ai-Bi)isnegativenumber,Kis-1.ThebiggerMPIis,themoreseriouspollutionis.ThemeritofMPIisdigitalonABCmethodandsensitivetopollutionsituation.AssessingresultsyetaccordwithfactthanShannon-Weaverpsspeciesdiversityindex(Hc).Keywords:macrozoobenthos,

6、pollution,bioticindex,environmentalquality沉积环境集有/源0和/汇0的特征,其潜在环境污染/二次效应0越来越受到地理学家、环境学家和生态学家的关注.沉积环境生物评价的历史根源是水体的生物评价,有关水质-沉积物-水生生物之间的相互关系方面的研究已经开展了很多用ABC法评价海洋环境污染状况10,11.Warwick在提出丰度生物量比较法ABC(Abundancebiomasscomparison)法后,在此基础上又作了些修正.国内外有许多学者应.应用结果表明,该方法存在一些不足.例如,(1)ABC法仅分为3种污染程度,即严重污染、中度污染和无污染,它与种类

7、多样性指数分为4种污染程度,即严重污染、中度污染、轻度污染和无污染不一致,因而两种方法同时应用时结果可能不同;(2)ABC法是一种作图法,在图中由于空间的限制,无污染的尾部曲线因数据较接近而被认为是交叉或重叠,常被误解为中度污染.基于这种情况,我们设想在ABC法的基础上转化为指数法，而且与种类多样性指数一样，也分成4种污染状况收稿日期:2002-08-13;修订日期:2002-11-25资助项目:教育部骨干教师资助项目:(),男,教授(博士)环境科学学报23卷1大型底栖动物数据来源及其生态环境大型底栖动物数据来源于深圳湾、厦门西海域、罗源湾、兴化湾潮间带和潮下带共85个取样站次.潮间带和潮下带

8、大型底栖生物取样按照1998年发布的5海洋监测规范6近海污染生态调查和生物监测的方法进行.福田红树林潮间带位于深圳湾的东北部,曲线长约9km,宽约017km,地理坐标为东经113b45c、北纬22b32c.与香港米埔红树林保护区隔水相望,与深圳特区城市新中心相距212km.2002年1月、4月、7月,在深圳湾福田红树林潮间带底栖动物采集布设3条断面9个取样站,即A1、A2、A3、D1、D2、D3、E1、E2、E3.A3取样站有24个季度数据(1996年1月至2001年10月).厦门西海域面积50km,长14km,水深6m至25m不等,岸线长2511km.西海域是半日潮区,平均潮差3199m,潮

9、余流较弱,大致呈东进西出之势.水体温、盐度分布较均匀.底栖动物6个取样站,即XS1-XS6,取样时间2001年10月.厦门象屿潮间带底栖动物8个取样站(X1)X8),取样时间为2002年4月.厦门象屿潮间带东西向约800m,南北向约1750m.潮滩主要养殖缢蛏(Sinonovaculaconstricta)和泥蚶(Tegillarcagranosa).厦门象屿潮间带位于高集海堤附近,从高集海堤涵洞进入西海域的潮水首先到达该潮滩,且部分区域形成养殖滩涂,沉积环境相对较好.罗源湾潮下带底栖动物12个取样站(LY2)LY13),取样时间为2000年5月.兴化湾美澜潮间带底栖动物8个取样站(AH、AM

10、、AL、BH、BM、BL、CH、CL),取样时间为2001年4月.2大型底栖动物污染指数MPI的建立及其论证211大型底栖动物污染指数MPI计算式的建立Warwick的丰度生物量比较法有设计的专用软件.但应用普通的EXCEL软件也可进行作图,其过程是:原始数据y数据大小排列y计算累积%优势度y作图.为便于进行定量表述和比较,我们将该方法的/作图0改为计算指数,这个指数即大型底栖动物污染指数(macrozoo-benthospollutionindex,MPI).在上面的第三个步骤获得的丰度累积%优势度和生物量累积%优势度分别称为Ai和Bi,即密度优势度大小顺序是第i个种,其密度累积%优势度为A

11、i;生物量优势度大小顺序是第i个种,其生物量累积%优势度为Bi.值得注意的是Ai与Bi并不一定是同一物种的密度和生物量.Ai-Bi的差可能是正数,也可能是负数.设想一个式子当Ai-Bi为正值时,物种S越少,MPI越大,反之,MPI越小,符合种类越少污染越严重的规律;当Ai-Bi为负值时,物种S越多,MPI值越小(绝对值越大),表明丰度曲线与生物量曲线距离越远,越清洁,符合Warwick丰度生物量比较法的基本原理.因此,建立如下式子:MPI=10-Bi)PS式中,K=|E(Ai-Bi)PE(Ai-Bi),当Ai-Bi为正值时,K=1;当Ai-Bi为负值时,K=-1.212大型底栖动物污染指数MP

12、I值计算式的论证以2002年4月深圳湾福田潮间带9个取样站底栖动物为例,从A1取样立6至E3取样站种类多样性指数H、MPI有减少趋势(表1).根据85个取样站次的底栖动物H值与MPI值进行相关分析表明,MPI与H的相关系数为018431(图1).可见,MPI值与H的相关系数与上述公,5期蔡立哲:大型底栖动物污染指数(MPI)域的环境质量.表1深圳湾福田潮滩各取样站的多样性指数(H)、ABC比较和污染指数(MPI)(2002年4月)Table1Speciesdiversityindex(H),ABCandMPIateachsamplingstationonFutianmudflatsinShen

13、zhenBay(April,2002)站号HABCMPIA121493中污-11692A221575无污-91618A321461无污-61134D111689中污01211D221062中污11944D321036中污31723E111126重污41068E202147重污51194E301598重污131213底栖动物污染指数MPI与ABC法结果及H值的比较根据公式的计算值,将MPI与ABC污染程度比较可以看出,丰度曲线在生物量曲线上方(重污染)的、底栖动物污染指数值>4的有28个取样站次(图2);丰度曲线与生物量曲线交叉(中污染)的、底栖动物污染指数值在4-4的有21个取样站次;丰

14、度曲线在生物量曲线下方(无污染)的、底栖动物污染指数值8范围的有13图1MPI与H的分布关系Fig.1ThedistributionrelationshipbetweenMPIandH个取样站次(图3);H属中度污染(12)在MPI为80范围的有12个取样站次;属轻度污染(23)在MPI为0-12范围的有17个取样站次的H属清洁(>3)在MPI图2底栖动物7染指数MPI范围与ABC法污染程度之间的比较311 大型底栖动物污染指数污染程度的界定Fig.2ComparisonbetweenMPIscopeandABCpollutiondegree大型底栖动物污染指数值越大,沉积环境污染越严重

15、,反之,沉积环境越清洁.为了与种类多样性指数H一样划分为重污染、中度污染、轻污染、清洁4个污染程度,需要界定底栖动物污染指数值MPI上述4个范围.根据Warwick丰度生物量比较法的原理,首先将MPI大于0的正数定为中度污染以上(即包含中度污染和重污染),小于0的负数定为轻度污染以下(即包含轻度污染和清洁).然后根据一定ABC和MPI范围(图2)某污图3底栖动物污染指数MPI范围与种类多样性指数H的比较Fig.3ComparisonbetweenMPIandHscopes染程度站次所占其总站次的百分比,累加百分比最高者为最佳范围(表2),得出的结果是MPI>4,严重污染;MPI=40,中

16、度污染;MPI=0-6,轻度污染;MPI16,严重污染;MPI=160,中度污染-,定的范围与以H界定的范围有较大的差异.考虑到MPI是在ABC法基础上建立的,因而采用以ABC界定的范围.表2不同MPI和ABC范围各污染站次占所在范围总站次的百分比Table2PercentofeachpollutedstationofallsamplingstationswithinatdifferentMPIandABCscopesMPI>4或6或8或4或4或6或8或重污 *59517100*1361195119*0186514*15100100% 合计 *13312深圳湾福田潮间带泥滩4种污染程度底

17、栖动物群落特征在深圳湾福田潮间带清洁的泥滩中,群落的生物量由1个或几个大型的种占优势,且每个种有几个个体,种内生物量的分布比密度分布显优势,如A2取样站,大个体的羽须鳃沙蚕(Dendronerispinnaticir-ris),中个体的尖刺缨虫(Potamillaacuminata)、莫顿长尾虾(Apseudemortoni)、腺带刺沙蚕(Neanthesglandicinca)均有较高的密度;在受到轻度污染时,生物量占优势的大个体数量减少,如A1取样站,羽须鳃沙蚕生物量仅占38140%俵4),比A2取样站少28164%;在受到中度污染时,生物量占优势的大个体几乎消失,在数量上占优势的是中表3

18、不同MPI和H范围各污染站次占所在范围总站次的百分比Table3PercentofeachpollutedstationofallsamplingstationswithinatdifferentMPIandHscopesMPI?10?12?14?16?20?24重污 *100*103811轻污 *165618清洁 *100合计 *1*9个体的或较小的种,如D1取样站,中个体的尖刺缨虫取代大个体的羽须鳃沙蚕成为生物量优势种;当严重污染时,底栖生物群落的生物量由一个或几个个体非常小的种占优势,种内密度的分布比生物量分布更显优势,如E1取样站,小个体的小头虫(Capitellacapitata)成

19、为生物量优势种.313大型栖动物污染指数MPI的特点及不足MPI在ABC法上有两点改进,一是将图形数字化,二是分为4种污染程度.止匕外，MPI结果比ABC结果更符合实际，如兴化湾美澜潮间带的AL取样站，MPI值为-81025,属清洁;ABC比较是交叉,属中度污染.实际情况是,AL取样站有大个体的泥螺(Bullactaexarata)、红带织纹螺(Nassariussuccinctus)、鸭嘴蛤(Laternulaanatina)可以说是符合群落的生物量由1个或几个大型的种占优势,且每个种有几个个体的无污染范畴.出现丰度曲线与生物量曲线交叉是因为密度优势种光滑狭口螺(Stenothyraglab

20、ar)占该取样站密度的41138%,而生物量优势种泥螺仅占AL取样站生物量的39133%,从而导致生物量曲线与丰度曲线交叉.表4深圳湾福田潮间带泥滩4种污染程度底栖动物群落特征(2002年4月)Table4MacrofaunalcommunitycharacteristicsoffourpollutionlevelsonFutianmudflatinDeepBay(April2002)污染程度清洁轻污染中污染重污染取样站A2A1D1E1密度,indPm2*83生物量,gPm2*35139种类数1615118生物量优势种羽须鳃沙蚕(69104%)羽须鳃沙蚕(38140%)尖刺缨虫(65122%)

21、小头虫(60171%)H指数常用来监测淡水、海水底栖生物群落结构的变化,被认为是个较好的评价污染程度的工具,但H指数有其局限性.在有些污染情况下,H反而增高,如罗源湾L11取样站,H值为31159,但实际情况是该取样站位于网箱养殖区,已采不到大个体的底栖动物,小个体的多毛类如双形拟单指虫(Cossurelladimorpha)、独指虫(Aricideafragilis)和膜囊尖锥虫(Scoloplosmarsupialis)等密度较高.双形拟单指虫被认为是矿山废水、陶瓷工业废水、填海、疏浚港湾等造成淤泥沉积的无机污染的指标生物.计算得出L11取样站MPI为01053,属中度污染与实际情况比较符

22、合.MPI值考虑了密度、生物量和种类数3个参数,但没有包含群落内种类的耐污和敏感特征,因而个别取样站在种类数少时,重污染与中污染、清洁与轻污染之间区分不清,如2002年7月的E3取样站,仅有沼蚓(Limnodriloidessp1)、小头虫、才女虫(Polydonasp1)和光滑狭口螺4种底栖动物,均是小个体种类,沼蚓成为密度和生物量绝对优势种应该属重污染,但MPI值为31615,属中污染.4结论1 在丰度生物量比较法基础上建立了底栖动物污染指数MPI.MPI越小,沉积环境越清洁,反之,污染越严重.(2)从清洁、轻污染、中污染至重污染的群落特征是:生物量占优势的大个体数量减少,小个体的机会种成

23、为生物量优势种.(3)MPI的优点是实现ABC法的数字化，而且反应灵敏，评价结果比种类多样性指数(H)更符合实际.2 李永祺,丁美丽.海洋污染生物学M,北京:海洋出版社,1991,445)4493 GrayJS.Detectingpollution-inducedchangesincommunitiesusingthelog-normaldistributionofindividualsamongspeciesJ.Ma-rinePollutionBulletin,1981,12:173)1763WarwickRM.Anewmethodfordetectingpollutioneffectson

24、marinemacrobenthiccommunitiesJ.MarineBiology,1986,92:557)5624VincentHR,RichardHN,MichaelTB.DesignandimplementationofrapidassessmentapproachesforwaterresourcemonitoringusingbenthicmacroinvertebratesJ.AustralianJournalofEcology,1995,20:108)1215WeisbergSB,RanasingheJA,Dauer,etal.Anestuarinebenthicindexofbioticintegrity(B-IBI)forChesapeakeBayJ.Estuar-ies,1997,20:(1),149)1586 VanDolahRF,HylandJL,HollandAF,etal.Abent