季节性缺氧对渤海大型底栖动物群落的重构效应：半封闭海湾的生态响应机制

《Regional Studies in Marine Science》：Impacts of seasonal hypoxia on macrobenthic communities in a semi-enclosed bay: A case study from the Bohai Sea, China

本研究针对渤海夏季缺氧如何影响大型底栖动物群落的科学问题，通过2024年6月（常氧期）和8月（缺氧期）的对比调查，发现底层水体溶解氧（DO）从9.14 mg/L骤降至2.10 mg/L，导致多毛类成为优势类群（占比61.8%, p < 0.05），而甲壳类和软体动物显著减少。研究揭示了水体层化与富营养化驱动下底栖群落的栖息地过滤机制，为半封闭海湾生态系统管理提供了科学依据。

　　

在碧波万顷的渤海海域，每年夏季都会上演一场无声的生态危机——底层海水溶解氧含量急剧下降，形成大范围的低氧区。这种被称为"季节性缺氧"的现象，正成为威胁海洋生物生存的隐形杀手。作为我国唯一半封闭内海，渤海通过狭窄的渤海海峡与黄海相连，水体交换能力较弱。近年来，随着环渤海地区经济腾飞，大量陆源营养物质排放入海，引发水体富营养化，藻类疯狂繁殖。当这些藻类死亡沉降到底层，分解过程会消耗大量氧气，加之夏季高温强化了水体的垂直分层，阻碍了氧气补充，最终导致底层缺氧现象日益加剧。

更令人担忧的是，这种缺氧环境对栖息于海底的大型底栖动物造成了毁灭性打击。这些看似不起眼的生物，实则是海洋生态系统的"工程师"，通过摄食和生物扰动作用，在营养物质循环、碳封存和能量流动中扮演关键角色。由于活动能力有限，它们无法像鱼类一样迅速逃离恶劣环境，因此成为监测海洋生态系统健康的"哨兵"。了解缺氧对底栖群落的影响，对于评估海洋生态状况、制定保护策略具有重要意义。

尽管缺氧研究在河口、峡湾等区域已有较多积累，但对半封闭海湾如渤海的针对性研究仍显不足。更关键的是，以往的研究多基于不同季节的孤立观测，难以准确捕捉从常氧到缺氧转变过程中群落的动态响应。为此，天津科技大学海洋与环境科学学院的研究团队在《Regional Studies in Marine Science》发表了创新性研究成果，通过2024年6月（常氧期）和8月（缺氧期）的连续观测，首次揭示了渤海大型底栖动物群落对夏季缺氧的即时响应机制。

研究团队采用了一套严谨的科学方法开展调查。在渤海海域设置了6个采样站位（A2-A7），使用0.025平方米的Van Veen抓斗式采泥器采集沉积物样品。每个站位采集4个样本，其中3个用于大型底栖生物分析，1个用于沉积物性质检测。生物样品经0.5毫米筛网冲洗后，用5%福尔马林固定，实验室内在体视显微镜下进行种类鉴定和计数。同时测量了底层水体溶解氧（DO）、温度、盐度、pH等环境参数，以及沉积物总有机碳（TOC）含量。数据分析采用了主成分分析（PCA）等多元统计方法，探讨环境因子与群落结构的关联。

研究结果

biogeochemical characteristics of bohai sea

环境参数显示出明显的时空变异特征。8月份沉积有机质显著增加，底层水体溶解氧浓度从6月的9.14 mg/L急剧下降至8月的2.10 mg/L，表明季节性缺氧现象的发生。水体层化强度也较6月明显增强。从6月到8月，整体温度上升但随深度增加而降低，pH和盐度均呈现时间上的下降趋势。这些环境因子的变化为理解缺氧对底栖群落的影响提供了重要的背景信息。

impacts of hypoxia on macrobenthic community structure

缺氧对大型底栖动物群落产生了深远影响。在缺氧条件下，大型底栖动物的丰度和生物量均显著下降，群落组成发生明显变化。多毛类在缺氧期间成为绝对优势类群，占总丰度的61.8%（p < 0.05），而在常氧条件下占优势的甲壳类和软体动物则显著减少。这种现象反映了不同类群对缺氧耐受性的差异，多毛类表现出较强的耐受能力，而甲壳类和软体动物对低氧环境更为敏感。

biodiversity patterns and environmental drivers

生物多样性分析显示，近岸站位的香农-维纳指数（Shannon-Wiener index）显著较低，表明沿海底栖生境对缺氧更为脆弱。多元分析（PCA和HP）揭示了与关键环境驱动因子相关的明显群落变化，其中水深、溶解氧和总有机碳（TOC）是塑造群落结构的主要环境因子。物种特异性对溶解氧变化的响应表明，栖息地过滤是驱动群落重组的主要机制。

讨论

本研究结果与渤海缺氧区的历史观测数据一致，进一步证实了夏季热分层在沿海缺氧形成中的关键作用。水体层化阻碍了垂直混合，限制了氧气向底层的输送，而沉积物中有机质分解消耗大量氧气，形成了恶性循环。潮汐驱动的再悬浮作用将底栖有机质带入上覆水体，使耗氧速率达到沉积物呼吸的近百倍，这些过程的联合效应为底层水体缺氧提供了持续的动力源。

大型底栖动物群落的响应模式反映了环境压力下的生态适应策略。缺氧抑制了底栖生物的呼吸、摄食和繁殖等生理活动，导致敏感类群消失，耐受类群相对丰度增加，形成特定的优势格局。多毛类在缺氧条件下的优势地位可能与其生理适应机制有关，如具有血红蛋白等携氧蛋白或厌氧代谢能力。这种群落重组不仅影响生物多样性，还会通过改变生物扰动和营养循环过程，进一步影响生态系统功能。

值得注意的是，本研究通过短时间间隔的配对采样设计，有效减少了长季节间隔的混杂效应，更直接地量化了氧耗竭对大型底栖动物群落的即时影响。这种观测方法为理解半封闭沿海系统中底栖群落对缺氧开始的响应动态提供了新的视角。

结论

渤海夏季缺氧主要由富营养化和季节分层驱动，深刻重塑了大型底栖动物群落结构。缺氧耐受类群（特别是多毛类）在低氧期成为优势类群，而缺氧敏感类群（如甲壳类）显著减少。水深、溶解氧和总有机碳是影响群落结构的关键环境因子，栖息地过滤是群落重组的主要机制。这些发现为理解污染诱导缺氧在半封闭海洋生态系统中的生态后果提供了新见解，突出了营养盐管理对底栖生态系统恢复力的重要性。研究成果不仅填补了渤海缺氧对底栖群落影响的研究空白，也为半封闭海湾的生态系统管理提供了科学依据。