黑海南部人为压力下富营养化热点区域的宏观底栖生物多样性:环境因子与群落结构之间的相互作用

《Marine Pollution Bulletin》:Macrozoobenthic diversity of eutrophication hotspots under anthropogenic pressures in the southern Black Sea: Interactions between environmental factors and community structure

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年08月29日 来源:Marine Pollution Bulletin 4.9

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   •水深、盐度和富营养化协变;站位间的差异大于季节间的差异。•多毛纲动物占个体总数的72.8%,以小型沉积物摄食者为主。•TUBI和M-AMBI*(n)结果一致:大多数站位为中等质量,污水处理厂排放站位最差。•四种外来物种始终保持稀有种水平,各站位的ALEX状态均保持高位。•底

  
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    水深、盐度和富营养化协变;站位间的差异大于季节间的差异。
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    多毛纲动物占个体总数的72.8%,以小型沉积物摄食者为主。
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    TUBI和M-AMBI*(n)结果一致:大多数站位为中等质量,污水处理厂排放站位最差。
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    四种外来物种始终保持稀有种水平,各站位的ALEX状态均保持高位。
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    底栖环境质量随压力增大而下降,但河口站位评分反而较高。

引言

黑海是一个半封闭海域,仅通过狭窄而浅的水道——伊斯坦布尔海峡(博斯普鲁斯海峡)和恰纳卡莱海峡(达达尼尔海峡)与地中海相连。其环流主要受沿岸流控制,这是一种沿整个盆地大陆架断裂带循环的向气旋方向流动的水流,以及沿岸流与海岸线之间持续存在的沿岸涡旋。这些特征调节着沿岸水域与开阔海域之间的交换,从而控制着陆地来源的养分和污染物在沿岸滞留的时间,将环流直接与黑海大陆架的富营养化过程联系起来(Sur等,1994;Sur等,1996;Kubryakov和Stanychny,2015)。
富营养化被广泛认为是全球沿海和大陆架生态系统面临的最重要人为压力之一。来自河流排放、农业径流、城市废水和工业活动的氮和磷输入增加,刺激初级生产并增加有机物向底层沉积物的通量,其分解消耗氧气,经常导致缺氧以及底栖群落结构和功能发生显著变化(Pearson和Rosenberg,1978;Diaz和Rosenberg,1995)。
流入黑海的河流水量远超过蒸发量,河流输送了相当一部分到达沿岸水域的养分,因此养分浓度在河口附近最高。二十世纪末,来自多瑙河、德涅斯特河和第聂伯河的过量养分输入从根本上重塑了西北大陆架的生态系统,造成广泛的季节性缺氧和生态退化,影响了浮游和底栖群落(Mee,1992;Bat等,2018;Bat等,2024;Laz?r等,2021)。自1990年代以来,随着更严格的管理和化肥使用减少,养分输入已显著下降。然而,过去富营养化的遗留效应结合持续存在的局部压力,继续影响着沿岸生态系统(Oguz和Velikova,2010)。
大型底栖生物群落对富营养化尤为敏感。由于底栖生物大多固着生活并在较长时间尺度上整合环境条件,其组成反映的是累积性扰动而非短期波动。在有机质富集增加的情况下,底栖群落遵循可预测的演替过程:敏感类群消失,多样性下降,小型沉积物摄食者如有机物富集型多毛类和寡毛类动物逐渐占主导地位(Pearson和Rosenberg,1978;Borja等,2000)。这些结构性变化还会改变生态系统功能,影响生物扰动、养分再生和底栖-浮游耦合(Levin等,2001;Capet等,2016)。这一模式在黑海大陆架已得到充分证实。在保加利亚和罗马尼亚沿岸,20世纪50年代和60年代常见的物种如今已变得稀少或消失,而有机富集型多毛类动物则大量扩张,多瑙河流羽区物种丰富度下降(?ig?nu?,1982;Todorova和Konsulova,2000;Surugiu,2005;Friedrich等,2014)。最典型的例子是多毛类Melinna palmata,在1976年之前仅在罗马尼亚沿岸偶尔被记录到,密度为40–200 ind.m?2,但到1982年其密度高出约一个数量级,形成了一个取代富营养化前Spisula–Abra–Acanthocardia组合的新群落(Gomoiu,1982)。距河口的距离仍然是群落结构的强烈控制因素:直接位于多瑙河排放口下的站位物种数仅15种,而离岸较远处则为30–45种(Teac?等,2020)。尽管如此,这些受扰动的组合在许多沿岸区域仍然存在,真正的恢复证据尚不明确(Mee等,2005;Laz?r等,2021)。
黑海的富营养化已被广泛研究,但大部分工作关注的是浮游过程、养分负荷和盆地尺度的生态系统变化(Zaitsev和Mamaev,1997;Oguz和Velikova,2010;Bi?inicu等,2024)。关于大型底栖生物的研究主要集中在西北大陆架和北部大陆架(Todorova和Konsulova,2000;Surugiu,2005;Revkov等,2018;Laz?r等,2018;Laz?r等,2019;Laz?r等,2024;Teac?等,2020;Begun等,2022;Chevalier等,2024)。在土耳其沿岸,大型底栖生物研究仍主要停留在动物分类层面,侧重于物种清单和新记录(?inar和G?nlügür-Demirci,2005;Sezgin等,2010;Kurt-Sahin等,2017a;Kurt-Sahin等,2017b;Kurt-Sahin等,2019;Ku?等,2021;Mülayim,2021,作者数据库)。这些研究大幅提高了对区域物种丰富度的认识,但并非旨在将群落参数与环境变量联系起来。迄今为止,只有Kurt-Sahin等(2017a)涉及了这一关系,表明锡诺普半岛周围的软底多毛类组合主要受水深和沉积物粒径结构的影响。该研究并未设计用于解析污染梯度,作者得出结论:在评估生态状况之前,必须将生物指数得分与实测沉积物和水体质量进行对比检验。黑海南部大陆架尚未进行过此类评估。
黑海南部沿岸为检验这一关系提供了合适的研究场所,因为在该段大陆架沿岸分布着多个富营养化热点:萨卡里亚河和耶希尔勒马克河河口,它们从大面积流域输送养分和污染物;萨姆松港,以其疏浚和航运活动为特征;以及萨姆松污水处理厂排放区。本研究旨在(i)确定研究区的底栖生物多样性;(ii)调查表征这些富营养化热点的环境驱动因子与大型底栖群落参数之间的关系;(iii)基于大型底栖生物评估该区域的生态质量状况;(iv)通过压力指数评估当地人为压力,并检验这些压力是否能解释观测到的底栖生态质量差异。

各章节摘录

材料与方法

本研究旨在确定大型底栖生物多样性,以及萨卡里亚河、耶希尔勒马克河和萨姆松市影响的南部黑海沿岸理化参数的区域性和时间性变化(图1,表1)。采样工作是在欧盟资助的ANEMONE项目(评估黑海海洋生态系统对人类压力的脆弱性)框架下进行的。

理化条件

基于上述环境关切,本次区域调查定量分析了关键沿岸热点区养分的精确季节性输入及其导致的食物链变化。在以河流为主的SAK和YSL区域,表层无机氮平均输入量(5.95 μM和4.28 μM)和硅酸盐平均输入量(4.51 μM和6.24 μM)在冬季最高,这归因于高河流流量,使得TRIX值升至4.24,表明营养状态较高(图2)。在

环境概况与养分富集

以下分析基于两个采样期——2019年7月和2020年1月——因此描述的是采样期间的情况,而非这些热点区的稳定表征。黑海的海洋生态系统正日益受到陆地和海洋活动的威胁(Bat等,2018;Bakan和Büyükgüng?r,2000)。这导致了养分水平的持续升高,如多项研究所显示(Laz?r等,2016;Alkan等,2022;Tan等,2023;Tan等,2025)。这一

结论

黑海南部大陆架十个富营养化热点的大型底栖组合由少数几种多毛类物种主导,群落结构主要沿与水深相关的沉积物粒径、养分和有机碳梯度排列。同一站位在夏季和冬季的样本聚集在一起,表明空间差异大于季节差异。TUBI和M-AMBI*(n)对各站位的排序一致,将耶希尔勒马克河河口站位排在最高位,而萨姆松

作者贡献声明

Güley Kurt:论文撰写——审阅与编辑,论文撰写——初稿撰写,可视化,方法论,调查研究,形式化分析,数据整理,概念化。 ?brahim Tan:论文撰写——审阅与编辑,论文撰写——初稿撰写,资源支持,方法论,调查研究,资金获取,形式化分析。 Senem ?a?lar:资源支持,调查研究。 Hakan Atabay:资源支持,调查研究。 Ay?egül Mülayim:资源支持,调查研究。 Sabri Mutlu:资源支持,调查研究。

参与同意声明

本研究无需声明参与同意。

发表同意声明

所有作者均已阅读并批准本手稿,同意提交发表。所有作者同时确认,该手稿此前未曾发表,亦未被其他同行评议期刊考虑。

伦理审查批准声明

本文无需声明任何伦理问题。

写作过程中生成式人工智能和AI辅助技术的使用声明

在撰写本文过程中,作者使用了Claude(Anthropic)以提高论文的英语语言和可读性。使用完该工具后,作者根据需要审阅和编辑了内容,并对发表内容的准确性承担全部责任。

资金来源

本研究得到了ANEMONE项目"评估黑海海洋生态系统对人类压力的脆弱性"的资助,该项目由欧盟在2014–2020年黑海盆地跨界合作计划(ENI CBC Black Sea Basin Programme)框架下资助,拨款合同号83530/20.07.2018。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

感谢锡诺普大学的同事协助收集和分拣底栖材料。
Güley Kurt|?brahim Tan|Senem ?a?lar|Hakan Atabay|Ay?egül Mülayim|Sabri Mutlu
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