一、選題依據(jù)(課題來源、選題依據(jù)和背景情況；課題研究目的、學術(shù)價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值)

底棲動物是指生活在水域底上或底內(nèi)，營固著或爬行或底游的生物。在希臘語有“海的底部”的意思，底棲動物棲息于海洋或內(nèi)陸水域底內(nèi)或底表的生物，水生生物中的一個重要生態(tài)類型。自由生活或固著于水底，除淡水水域外，在海洋自沿岸帶到洋底最深處（深度超過萬米）都有生存。淡水中主要是水草、軟體動物、環(huán)節(jié)動物等。在海洋生物中，底棲動物種類最多，數(shù)量極大，包括無脊椎動物的絕大部分門類，還有大型藻類和少數(shù)高等植物，以及幾乎無處不在的微生物。藻類和種子植物（如沿岸帶常見的大葉藻、海韮菜）固著于底表，且大多數(shù)僅棲于透光的淺水區(qū)。動物的生活方式則多種多樣：大多數(shù)埋棲于水底泥沙中（如蛤類、海膽），或穴居于底內(nèi)管道里（如蝦、蛤、多毛蟲），稱為底內(nèi)動物；有的固著或附著于巖礁或其他堅硬基質(zhì)（包括動物的外殼）表面（如牡蠣、藤壺、苔蘚等），或匍匐爬行于基底之上（如鮑、螺類等）,稱為底上動物或表棲動物;另有一些能夠在近底層水體中游動，但經(jīng)過一段時間就要沉降在底上（如蝦），稱為游泳底棲動物。

根據(jù)網(wǎng)篩孔徑可分為：將不能通過500μm孔徑網(wǎng)篩的底棲動物稱為大型底棲動物。能通過500μm孔徑網(wǎng)篩但不能通過42μm孔徑網(wǎng)篩的動物為小型底棲動物。能通過42μm孔徑網(wǎng)篩的動物為微型底棲動。

底棲動物在國民經(jīng)濟和生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能中具有重要的作用。

底棲動物同人類生活十分密切。許多底棲動物是漁業(yè)捕撈或養(yǎng)殖的對象，具有重要的經(jīng)濟價值。其中最主要的是蝦蟹類和貝類，如對蝦、新對蝦、鷹爪蝦、白蝦、龍蝦、梭子蟹、青蟹、絨螯蟹(毛蟹)、蛤、蛤仔、四角蛤、貽貝、扇貝、牡蠣、紅螺，以及海參、各種海藻和鲆、鰈等底棲魚類。全球海洋每年生產(chǎn)300多萬噸蝦蟹和大約同樣數(shù)量的貝類，在中國的海岸帶和淺海區(qū)產(chǎn)量也相當大。美洲墨西哥灣、東南亞洲暖海淺水區(qū)、中國黃海的幾種對蝦每年各有幾萬噸的產(chǎn)量，幾種大型蟹類也有上萬噸。毛蚶、蛤仔、文蛤、四角蛤蜊、牡蠣每年產(chǎn)量共有幾十萬噸。此外，有更多的底棲動物(如許多多毛類環(huán)蟲、小形甲殼類和軟體動物等)是經(jīng)濟魚類、蝦類的天然餌料，它們數(shù)量的多少還影響著這些經(jīng)濟魚蝦資源的數(shù)量，因此受到人類的重視。有不少底棲動物又是醫(yī)藥或工業(yè)原料。

底棲動物通過其營養(yǎng)關(guān)系，使水層沉降的有機碎屑得以充分利用，因而在海洋生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)中起著很重要的作用；底棲動物是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，由于其具有壽命長、分布廣泛、遷移能力弱等特點，底棲動物群落特征的變化能較好地反映環(huán)境狀況，因此常被作為理想的生物監(jiān)測類群，綜合評估水質(zhì)的變化。

環(huán)境因子的綜合作用影響生物的數(shù)量分布，同時生物也對環(huán)境產(chǎn)生影響。底棲動物因常年生活在海底，其豐度、生物量和種類組成等的變化，是一個對環(huán)境是否改變的有效指示，通過對底棲動物生活動態(tài)的分析及物理因子的分析，我們可以得出海洋的變化，并提出相應(yīng)的保護措施。所以全面深入地對大型底棲動物展開調(diào)查研究，對于了解海洋底棲生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能，建立生態(tài)動力學模型，形成海洋生物監(jiān)測體系，進而實現(xiàn)海洋生物資源的持續(xù)利用，具有極其重要的科學意義。

膠州灣位于山東半島的南岸, 屬于典型的半封閉型海灣。它不僅是多種經(jīng)濟魚類和蝦蟹類的繁殖、育幼和索餌場所, 也是對蝦、扇貝、海帶等經(jīng)濟物種的增養(yǎng)殖基地，但是長期的近岸養(yǎng)殖使膠州灣內(nèi)的水質(zhì)處于差、極差范圍內(nèi)。為了保護膠州灣的生態(tài)環(huán)境，2014年9月開始于青島市實施的《青島市膠州灣保護條例》規(guī)定，明令禁止在膠州灣筑池、網(wǎng)箱、浮筏等方式養(yǎng)殖。膠州灣的海水水質(zhì)有逐漸好轉(zhuǎn)的趨勢。本次研究通過對膠州灣北部表層沉積物中大型底棲動物的種類組成、豐度和生物量、優(yōu)勢種、群落結(jié)構(gòu)分析，以及與環(huán)境因子的相關(guān)性分析以期對膠州灣北部現(xiàn)狀有基本認識，為膠州灣海洋保護和海洋健康發(fā)展提供參考。

課題研究目的、學術(shù)價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值

研究目的

本研究通過對膠州灣北部附近五個站位（J02、J14、J15、J16和J25）大型底棲動物進行調(diào)查取樣，研究達到如下目的：

1.了解大型底棲動物豐度、生物量、優(yōu)勢種和群落結(jié)構(gòu)等。

2.了解大型底棲動物與環(huán)境因子的關(guān)系。

3.通過與歷史資料對比，探究大型底棲動物的豐度、生物量、及種類組成的變化趨勢。

4.通過運用多樣性指數(shù)分析，對研究海域環(huán)境狀況進行評價。

學術(shù)價值：

大型底棲動物常年生活在海底，其種類組成、豐度及生物量等的變化，是對環(huán)境是否改變的有效指示，通過對大型底棲動物與環(huán)境因子的分析，能夠了解底棲生態(tài)環(huán)境的變化，為環(huán)境保護提供參考。

實際應(yīng)用價值：

能夠為評估膠州灣生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況以及合理利用膠州灣大型底棲動物資源提供參考。

二、文獻綜述(國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)；查閱的主要文獻)

國外對底棲動物的研究已有300年的歷史。海洋生態(tài)學開始于18世紀初英國的海洋生物學家零星的底棲動物調(diào)查。19世紀，西歐各國相繼進行多次大范圍的海洋生物調(diào)查。20世紀50年代后，大型底棲動物進入定量研究、生物群落及生物多樣性研究階段，并通過對底棲動物群落進行長期調(diào)查以進行環(huán)境監(jiān)測。20世紀60年代初，人們開始使用大型底棲動物區(qū)系、豐度、生物量等來評價環(huán)境狀況。到20世紀80年代，提出了有關(guān)底棲動物的種種假說，各類假說的驗證成為研究的主要驅(qū)動力，實驗生態(tài)學和生物海洋學迅速發(fā)展。進入21世紀，底棲動物研究的時空尺度已經(jīng)擴大到全球，并以年際和10年際的時間系列為重點，聯(lián)系全球變化，特別是以氣候異常和人類活動的影響為切入點，通過現(xiàn)場觀測和受控試驗相結(jié)合探討底棲動物的功能響應(yīng)，越來越受到學者的重視。

國內(nèi)研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)分析：

我國底棲動物研究起步較晚，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已取得許多研究進展和成果，但目前學科發(fā)展仍存在很多不足。海洋底棲動物的拖網(wǎng)定性調(diào)查始自20世紀30年代, 而全國性海洋調(diào)查始于20世紀50年代以后。建國前，我國的科學工作者先后對北戴河、煙臺、青島、廈門、香港、海南島等沿海進行了調(diào)查，整理發(fā)表了一些調(diào)查報告，并有一些涉及軟體動物、甲殼類動物和棘皮動物等方面的研究論文。新中國成立后，我國海洋學家相繼進行了大量的海洋調(diào)查。如：1958—1959年的中國近海普查；1959-1962年北部灣的調(diào)查；20世紀50年代，中國科學院海洋研究所與蘇聯(lián)科學院動物研究所合作，對膠州灣底棲動物做了比較詳細的調(diào)查研究。1975-1976年對東海大陸架進行了比較系統(tǒng)的綜合海洋調(diào)查，1980—1985年的全國海岸帶和海涂綜合資查，1989—1993年進行的全國海島調(diào)查，1997-2000年的大陸架調(diào)查（126專項），2004-2009年的近海海洋綜合調(diào)查與評價（908專項）等等。除此之外，我國學者還與國外同行進行了多次聯(lián)合調(diào)查。如分別于1980、1985-1987年與美國合作對我國最重要的兩條大河—長江和黃河三角洲及其鄰近海域進行了聯(lián)合調(diào)查等。在海洋科學工作者長期、艱苦的努力下，人們已基本掌握了中國近海主要大型底棲動物類群的種類、分布和資源情況。

膠州灣底棲動物種類豐富、組成復雜，是我國最早開展海灣生態(tài)學研究的典型區(qū)域。1935年，張璽等老一輩科學家便開展了膠州灣的生物區(qū)系調(diào)查；至20世紀50年代，中國科學院海洋研究所與前蘇聯(lián)科學家合作對該區(qū)潮間帶底棲動物做了詳細研究(古麗婭諾娃和吳寶玲，1963)；80年代以來，海洋科學工作者針對浮游生物和底棲動物等開展了大量研究工作(劉瑞玉，1992;畢洪生和馮衛(wèi)，1996)；自1998年起，李新正等在原有工作的基礎(chǔ)上對大型底棲動物的生物多樣性、次級生產(chǎn)力和群落結(jié)構(gòu)等進行了連續(xù)的調(diào)查和研究(李新正等，2001, 2002；李寶泉等，2006；王金寶等，2011)；迄今，作為中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(CERN)成員的膠州灣海洋生態(tài)系統(tǒng)國家野外研究站已發(fā)表了大量的研究成果(趙淑江，2002；于海燕等，2006；田勝艷等，2010；康美華，2014)。在《青島市膠州灣保護條例》實施之前，隨著沿岸經(jīng)濟的迅速發(fā)展和灣內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖的不斷擴張，人類活動對膠州灣生態(tài)環(huán)境的影響日益加劇，灣內(nèi)外的生物種類及群落已發(fā)生巨大變化(齊衍萍等，2015)。李新正等(2001)曾指出，膠州灣底棲動物的物種多樣性指數(shù)平均值介于3.33-3.50之間，但2014年的H′年平均值是2.56，屬輕度污染狀況，楊梅等(2016)與隋吉星等(2010)對膠州灣中部海域調(diào)查得出的結(jié)論一致，說明頻繁的人為活動還是在一定程度上影響了膠州灣的底棲生境，致使底棲動物多樣性降低。

主要參考文獻：

[1]于海燕,李新正,李寶泉,王金寶,王洪法.膠州灣大型底棲動物現(xiàn)狀[J].生態(tài)學報,2006,26(2):417-421

[2]袁偉,張志南,于子山.膠州灣西部海域大型底棲動物多樣性的研究[J].生物多樣性,2007,15(1): 53-60

[3]于海燕，李新正，李寶泉，等.膠州灣大型底棲甲殼動物數(shù)量動態(tài)變化[J].海洋與湖沼,2005,36(4):289-295

[4]袁偉,張志南,于子山,等.膠州灣西北部海域大型底棲動物群落研究[J].中國海洋大學學報,2006,91一97

[5]韓潔,張志南,于子山.渤海中、南部大型底棲動物的群落結(jié)構(gòu)[J].生態(tài)學報，2004,24(3):531-537

[6]田勝艷,于子山,劉曉收等.豐度/生物量比較曲線法監(jiān)測大型底棲動物群落受污染擾動的研究[J].海洋通報,2006,25(1):92-96

[7]Kanneworff E, Christensen H. Benthic Community respiration in relation to sedimentation of phytoplankton in the Resund. Ophelia,1986,26:269-284

[8]沈國英,施并章.海洋生態(tài)學[M].北京:科學出版社,2008

[9]Levin S A. The problem of pattern and scale in ecology[J]. Ecology, 1992, 73:1943-1967

[10]Marmino A, Montrgna P A. Small-scale spatial variation of macrobenthic community structue[J]. Estuaries,1997,20(1):159-173

[11]李新正.我國海洋大型底棲動物多樣性研究及展望:以黃海為例[J].生物多樣性,2011,19(06):676-684.

[12]孔繁翔.環(huán)境生物學[M].北京:高等教育出版社,2000,162-163

[13]隋吉星,于子山,曲方圓,劉衛(wèi)霞.膠州灣中部海域大型底棲動物生態(tài)學初步研究[J].海洋科學,2010,34(05):1-6.

[14]張均龍,史本澤,趙峰,徐奎棟.中國海洋底棲動物學發(fā)展回顧與展望[J].海洋科學集刊,2016(00):194-204.

[15]符芳菲,李純厚,徐姍楠.膠州灣冬季大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子

[16]李佳芮. 黃河三角洲潮間帶大型底棲動物生態(tài)學研究[D].中國海洋大學,2011.

三、研究內(nèi)容

1．學術(shù)構(gòu)想與思路；主要研究內(nèi)容及擬解決的關(guān)鍵問題（或技術(shù)）

大型底棲動物的種類組成和群落結(jié)構(gòu)對棲息環(huán)境的變化非常敏感。當棲息環(huán)境受到干擾或壓力時，其種類組成及群落結(jié)構(gòu)也會表現(xiàn)出相應(yīng)的變化。由此，進行大型底棲動物生態(tài)學研究可以從生物變化反映環(huán)境的狀況。此外，與歷史資料對比，通過對大型底棲動物種類組成、豐度和生物量、優(yōu)勢種、群落結(jié)構(gòu)分析，以及與環(huán)境因子的相關(guān)性分析，能夠了解底棲動物的現(xiàn)狀及其與環(huán)境因素的關(guān)系；為膠州灣大型底棲動物的深入研究，提供參考。

研究內(nèi)容：

1.大型底棲動物豐度、生物量、種類組成、優(yōu)勢種（IRI)。

2.大型底棲動物群落結(jié)構(gòu)分析。

3.大型底棲動物多樣性分析。

擬解決關(guān)鍵問題：

通過對大型底棲動物豐度、生物量、類群組成及群落結(jié)構(gòu)的研究，以及大型底棲動物與環(huán)境因子關(guān)系的分析，了解環(huán)境因子與大型底棲動物之間的相互關(guān)系。

2．擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實施方案及可行性分析

1 樣品的采集與處理

2018年11月對膠州灣北部附近的五個站位，進行大型底棲動物取樣，使用0.05m2箱式采泥器，在同一站位取樣3次，現(xiàn)場用渦旋器沖洗沉積物樣品，用0.5mm孔徑的網(wǎng)篩進行分選，留在網(wǎng)篩上的大型底棲動物樣品收集裝瓶，用10% 福爾馬林固定。

室內(nèi)用5ml的0．1％的虎紅（四氯四碘熒光素）溶液，對大型底棲動物標本和殘渣染色。靜置24h，染色樣品在0.5mm孔徑的網(wǎng)篩上沖洗，然后轉(zhuǎn)移到培養(yǎng)皿中，解剖鏡下進行標本的分揀和鑒定。分類計數(shù)后的標本用濾紙吸干表面固定液，用電子天平稱重。其中軟體動物和寄居蟹去殼稱重,管棲多毛類去管稱重，群體標本不計算個數(shù)。大型底棲動物各種群的豐度換算為inds./m2，生物量換算為g/m2，以上分析處理均按照海洋調(diào)查規(guī)范進行。

2 數(shù)據(jù)處理與分析

大型底棲動物多樣性分析采用以下三個指數(shù)：

Shannon-Wiener 指數(shù)（H′）、Margalef 豐富度指數(shù)（d）以及Pielou’s 物種均勻度指數(shù)（J′）分析。計算公式如下：

Shannon-Wiener 指數(shù)（H′）

H′= -

Margalef 豐富度指數(shù)（d）

d?= (S?– 1) / log2N

Pielou’s 物種均勻度指數(shù)（J′）

J′= H′/log2S

其中：S為總種數(shù)，N為總豐度（ind./m2），ni為第i種的豐度（ind./m2）。

采用蔡立哲的評價方法進行環(huán)境污染評價：

H′< 1 ???????環(huán)境受到重度干擾

1< H′< 2 ????環(huán)境受到中度干擾

2< H′< 3 ????環(huán)境受到輕度干擾

3< H′< 4 ????環(huán)境清潔

H′>4 ????????環(huán)境非常好

可行性分析：

(1) 實驗方案與技術(shù)路線可行

底棲動物實驗室長期從事海洋底棲生態(tài)的研究積累了豐富的底棲動物調(diào)查經(jīng)驗，具備完整的底棲生態(tài)研究的軟、硬件條件，能滿足本研究的要求。

(2) 研究分析方法成熟

1、香農(nóng)-威納指數(shù)（Shannon-Wiener index），是用來描述種的個體出現(xiàn)的紊亂和不確定性，不確定性越高，多樣性也就越高，說明群落復雜程度高，對環(huán)境的反饋和自身修復能力就越強，從而能應(yīng)對更劇烈的環(huán)境變化。在有機質(zhì)污染環(huán)境中，由于大量對污染敏感的種類的消失，而少數(shù)對污染有較好的適應(yīng)能力的種有機會發(fā)展成很大種群，導致群落中單一種的優(yōu)勢顯著升高，群落多樣性指數(shù)值降低。因此，可以用多樣性指數(shù)來直接反映海域的污染狀況。底棲動物種類越多，H′值越大，水質(zhì)或底質(zhì)越好；反之，種類越少，H′值越小，水體或底質(zhì)污染越嚴重。

????因此該多樣性指數(shù)被國內(nèi)外普遍用來監(jiān)測淡水、海洋底棲動物群落結(jié)構(gòu)的變化，被認為是個較好的指示水體污染的工具。

2、英國學者Warwick提出的豐度生物量比較法（ABC方法）是監(jiān)測海洋環(huán)境污染狀況的首選方法。該方法因具有原理簡單、統(tǒng)計計算簡便、無需參照點對比、結(jié)果易于分析及反映靈敏等優(yōu)點，在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，取得了良好的效果，并成為國內(nèi)利用底棲動物群落結(jié)構(gòu)的特征，進行海洋環(huán)境污染監(jiān)測的一種常規(guī)方法。

四、論文（設(shè)計）進度安排