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生态系统健康评价是生态系统保护和监测的重要内容。近岸海域生态系统与人类活动关联密切,近年来,近岸海域及海岸带生态系统健康整体性评价已成为国际众多学者的研究焦点。越来越多的环境保护和监管部门以近岸海域生态系统稳定性和健康状态的持续保持为主要目标,该过程迫切需要综合性强、准确性高的评估系统来实现。江苏近岸海域生态系统北起绣针河口,南至长江北口,北部有海州湾,是典型海湾生态系统,中部为辐射沙脊群生态系统,南部为长江口北岸及附近海域,有相对密集的养殖区,属于河口生态系统。总的来说,江苏近岸海域生态系统是一个受人类活动影响明显的复杂生态系统。目前,对整个江苏近岸海域生态系统健康状态进行系统的、整体性的研究仍比较缺乏。 本研究以江苏近岸海域水环境和沉积环境时空分布特征为背景,从近岸海域生态系统自身结构功能的角度出发,使用生态学指标——包括物种丰度和生物量指标、多样性指数、多变量分析法,热动力学指标——生态能质指标、结构生态能质指标定量评价了江苏近岸海域生态系统健康状态的时空变化趋势。将江苏近岸海域生态系统分为浮游生物生态系统(包括浮游植物生态系统和浮游动物生态系统)、大型底栖动物生态系统以及游泳动物生态系统三个子系统,通过典范对应分析(CCA)方法和空间排序,找出影响各子系统内所有物种和优势物种群落结构时空变化的主要环境因子,并通过解析CCA排序图,深入探讨生态系统内部(群落结构)与外部(环境因子)状态的关联程度。在此基础上,从群落结构指标等级划分和生态能质指标等级划分的角度构建由各个子系统组成的江苏近岸海域生态系统整体性评估体系。主要研究内容与结论如下: (1)生态系统健康内涵和生态系统健康评估方法的讨论 本研究开篇探讨了近岸海域生态系统健康的定义,并对生态系统健康评估的方法进行归纳和总结。从海洋生态系统的特征及系统自身结构功能的角度出发,建立江苏近岸海域生态系统健康整体性评价的指标体系,丰富了生态系统健康评价理论。 (2)环境因子背景 海水理化指标:悬浮物(SS)含量、营养盐指标(包括无机氮(DIN)、活性磷酸盐和活性硅酸盐)、叶绿素a含量均呈现近岸高、远岸低的趋势,且研究区南部海域高于中部和北部。SS、营养盐、DO高值区大多出现在冬季和春季,夏季最低,而叶绿素a含量最大值出现在夏季。沉积物理化指标:TOC和TN之间显著正相关,TP和TN之间、TOC和TP之间不存在显著关联,说明有机碳、氮同源性;沉积物中重金属含量风险评估证实,污染程度排序为Hg>As>Cu>Zn>Pb>Cr>Cd,其中Hg是最主要的生态风险贡献因子,且存在潜在风险。 (3)基于多样性分析的系统群落结构指标时空变化和定级 从种类组成、种群数量、密度水平分布、多样性指数、均匀度指数、物种丰度指数等指标分析浮游植物群落、浮游动物群落、大型底栖动物群落、游泳动物群落的季节变化和年际变化特征。浮游植物群落以硅藻为主,江苏近岸海域南部(长江口北岸渔场附近海域)和北部(海州湾海域)为密集区;浮游动物群落以水母类、桡足类以及浮游幼体为主,渔场、河口相对密集;大型底栖动物群落以多毛类、甲壳类和软体类为主,海州湾海域为密集区;游泳动物群落以鱼类为主,长江口北岸附近海域为密集区,各群落共同季节特征为夏季种类数多,密度大,2009-2012年年际变化总趋势除浮游植物群落为增长外,其余群落都为下降。用欧几里德距离模型的两个虚拟维度将所有样本点分成四个象限区域,并根据各样本点空间距离的大小和所在象限划分群落结构等级。 (4)基于生态能质值的系统结构功能时空变化和定级 系统生态能质总体水平由生态能质(Ex)和结构生态能质(Exst)共同反映。通过两指标偏离系统自身平均生态能质的程度划分该系统生态能质指标等级,若Ex高且Exst高,则为第Ⅰ类,Ex高且Exst低,则为Ⅱ类,Ex低且Exst高,为Ⅲ类,二者都低为第Ⅳ类。不论是季节变化还是年际变化规律,江苏近岸海域生态系统生态能质指标等级以Ⅲ类和Ⅳ类系统居多,其中除浮游动物生态系统Ⅲ类占比最高外,浮游植物、大型底栖动物以及游泳动物生态系统生态能质等级第Ⅳ类占比最高。 (5)江苏近岸海域生物群落-环境因子关联度分析 由CCA排序可知,影响生态系统物种丰度时空分布的环境因子排序存在明显季节变化,但是水温、营养盐以及盐度在所讨论的各生态系统中都占有十分重要作用。水温、营养盐、溶氧、悬浮物等环境因子是影响浮游生物群落物种数量和分布的重要因素;水深和营养盐是影响大型底栖动物的重要环境因素,此外,底层海水溶氧、沉积物粒径以及有机碳也对大型底栖动物群落有显著影响;对于游泳动物群落而言,除了营养盐、温度、盐度的影响,悬浮物浓度、溶氧和有机碳也有影响。部分游泳动物种群的分布与浮游生物、底栖生物群落丰度相关,且关联程度受游泳动物摄食行为的影响明显。 (6)生态系统健康整体性评估 季节变化——秋季健康等级偏高,春季和冬季其次,夏季最低;年际变化——2006年整个江苏近岸海域生态系统健康等级偏高,2009年最低,具体为2006年>2012年>2009年,但生态系统健康等级年际变化总趋势为降低;空间变化——南部海域健康等级偏高,北部海域其次,中部海域最低。 本研究结果为江苏近岸海域生态系统整体性评估提供系统、有效、可操作性强的方法,为生态系统健康整体性评估指标体系的建立提供理论支撑,同时对近岸海域生态系统管理和环境监测有重要指导意义。