中国南部广东省海草床中的大型底栖生物群落特征：其与海草植被和沉积条件的关系

　　红树林底栖生物群落结构受沉积颗粒大小及环境干扰影响显著，通过调查广东14个红树林群落发现，群落稳定性较低且存在季节性波动，红树林与底栖生物协同作用改善沉积物环境，促进生态系统稳定。

　　
本研究以中国广东省14处海草床为研究对象，系统调查了底栖生物群落结构与海草植被、沉积环境的关联性，揭示了季节动态与人类活动对生态系统稳定性的复合影响。研究发现，广东省海草床底栖生物群落具有显著的季节波动特征，其结构稳定性受沉积物物理性质主导，同时受到海草生物量与密度调节的协同作用。

### 一、研究背景与意义
海草床作为重要的近海生态系统，不仅通过根系固土减少海岸侵蚀（Duarte et al., 2008），更通过提供复杂生境促进底栖生物多样性（Hemminga & Duarte, 2000）。广东省作为中国最大的海洋经济省份（2023年海洋GDP达1.88万亿元），其近岸海草床面积占全国6%（Jiang et al., 2020）。然而，现有研究多聚焦单一生态过程，缺乏对海草-底栖生物-沉积环境三重耦合关系的系统解析。本研究通过2021-2023年的连续调查，首次揭示该区域海草床底栖生物群落的时空分异规律及其生态驱动机制。

### 二、研究方法与数据收集
研究采用多维度观测方法：
1. **空间采样**：沿广东海岸线布设4,084.48公里调查线路，覆盖珠江口内外3个生态区（东、口内、西），设置48条调查样带，每个样带包含3-5个观测站点（表1）。
2. **生物调查**：
- 海草生物量：采用干重法测量0-15cm表土层海草生物量（±SD：1.58-40.45g/m2）
- 底栖生物：使用ET-400A型箱式采样器采集0-20cm底泥，经1mm、0.75mm、0.5mm三级筛分后鉴定至种水平，共记录148种（属），其中寡毛纲（44种）、软体动物（56种）、节肢动物（42种）占优势
3. **沉积物分析**：激光粒度仪测定沉积物中>2mm砾石、63-2mm砂粒、<63μm黏泥/粉砂比例，结合硫化物（亚甲基蓝法）和有机碳（重铬酸钾法）含量分析
4. **统计学方法**：
- ABC曲线法（W=+1至-1）评估群落稳定性
- nMDS分析（stress=0.07）可视化群落结构
- 主成分分析（累计方差贡献率58.47%-54.02%）
- 结构方程模型（CFI=1.0，RMSEA=0.0）解析系统关系

### 三、核心研究发现
#### （一）群落结构时空演变特征
1. **物种更替率**：9月与4月群落相似度达85.27%，其中Donghai Island（相似度100%）与Tangjia Bay（64.71%）差异显著
2. **生物量动态**：
- 底栖生物平均生物量424.09g/m2（SD±261.2），最高达3,296.13ind/m2（Zhelin Bay）
- 海草生物量11.79g/m2（SD±26.12），其中Yifengxi床覆盖率达61.63%
3. **多样性指数**：
- Shannon-Wiener指数0.7-2.04（Kaozhouyang最高）
- Margalef指数0.48-1.37（Donghai Island最低）
- Pielou均匀度指数0.64-1.47（Liusha Bay最高）

#### （二）环境驱动机制
1. **沉积物物理性质**：
- 砂粒含量与海草生物量呈显著正相关（r=0.68，p<0.01）
- 黏粒含量与海草覆盖率正相关（r=0.47，p<0.05）
- 中值粒径>80μm区域底栖生物多样性降低32%（Xitou床）
2. **化学指标影响**：
- 有机碳含量与海草分枝密度呈正相关（r=0.39，p<0.01）
- 硫化物浓度与底栖动物生物量负相关（r=-0.21，p<0.05）

#### （三）海草-底栖生物协同效应
1. **物质循环耦合**：
- 海草年生产力（NPP）3.2g/m2/d，支撑底栖生物日均摄食量0.87g/m2
- 寡毛类（如Euclymene annandalei）通过生物扰动使沉积物有机碳矿化率提升18%
2. **结构互馈关系**：
- 海草密度每增加10%，底栖生物生物量上升6.8%（p<0.01）
- 软体动物生物量与海草生物量呈显著负相关（r=-0.59，p<0.01），可能因竞争底栖空间导致
3. **稳定性协同机制**：
- 通过SEM模型揭示，海草生物量（β=0.61）与底栖生物量（β=0.39）共同调节沉积物砂含量（β=-0.55）
- 极端天气事件导致海草覆盖率下降30%，触发底栖生物群落结构重组（W值从+0.2降至-0.3）

### 四、生态机制解析
#### （一）沉积物-生物互作网络
研究构建了包含16个变量的结构方程模型（CFI=1.0，RMSEA=0.0），揭示：
1. **正反馈循环**：
- 海草固着作用（β=-0.55）减少砂粒迁移，促进有机碳沉积
- 底栖生物扰动（β=0.39）增加沉积物孔隙度，提升有机碳有效性
2. **负向调节节点**：
- 沙粒含量（β=-0.68）抑制海草生物量增长
- 有机碳含量（β=-0.72）限制底栖生物多样性提升

#### （二）人类活动干扰图谱
1. **污染指示物种**：
- 腐食性生物（如Perinereis nuntia）在近岸养殖区生物量占比达45%
- 污染指示种（Venerupis philippinarum）出现频率与陆源污染指数正相关（r=0.67）
2. **工程影响评估**：
- 砂质沉积区（>80%砂粒）底栖生物多样性降低28%
- 多物种海草区（Halophila mix）对扰动恢复能力提升40%

### 五、生态管理启示
1. **栖息地修复策略**：
- 优先恢复高有机碳（>2.5%）、低硫化物（<5mg/kg）的黏质沉积区
- 混合海草种植（H. beccarii+H. ovalis）可提升底栖生物多样性23%
2. **污染防控重点**：
- 监测近岸养殖区底栖生物中Arcobacter属丰度（>1×103ind/m2）
- 控制陆源氮磷输入量（<15kg/km2·年）
3. **气候变化应对**：
- 极端天气频率增加背景下，建议每5年实施一次海草群落补播
- 建立潮间带生态缓冲带（宽度≥200m）可降低风暴潮影响强度37%

### 六、理论创新与学术价值
本研究突破传统生态学研究范式，首次在单一区域实现：
1. **多时间尺度（季度）与多空间尺度（米级至千米级）耦合观测**
2. **物理（沉积物）-化学（有机碳）-生物（底栖群落）三维参数同步监测**
3. **建立海草-底栖生物-沉积环境系统动力学模型（SEM拟合指数CFI=1.0）**

理论贡献体现在：
1. 提出海草-底栖生物协同工程（Seagrass-Macroborthos Synergistic Engineering）概念
2. 验证沉积物中值粒径阈值（>80μm）对群落稳定性的临界作用
3. 揭示硫循环-底栖摄食-海草生长的负向调节链（长度3.2个标准差）

### 七、研究局限与展望
1. **数据局限性**：
- 未涵盖红树林-海草过渡带生态系统
- 底栖生物幼体阶段监测不足（样本占比仅12%）
2. **未来研究方向**：
- 建立基于机器学习的群落结构预测模型（当前准确率85.7%）
- 开展碳通量动态观测（当前模型碳固定量误差达±18%）
- 研究海草-底栖生物共生互作机制（如共生菌种分析）

本研究为粤港澳大湾区蓝碳战略实施提供了科学依据，建议在《广东海洋经济发展"十四五"规划》中增设"海草床生态工程"专项，预计可使底栖生物生产力提升22%，沉积物碳封存量增加15%。