南海污损动物群落对重金属胁迫的响应规律及表征研究

Heavy metal pollution seriously affects the marine ecosystem and human health, and it is necessary to provide objective and systemic ecotoxicological information for evaluation and management of heavy metal pollution. In this the ecotoxicological test in community level plays an important role and the research which heavily underpins the community testing methods and guidelines needs to be essentially and timely enhanced. This proposal is planned to use the macrofaunal fouling communities from the South China Sea in both microcosm and natural sea experiments by multiple comparisons, taking into account communities with different species composition, different community developmental stages, ecological factors and different seasons, to study: (1) The characteristics of responses of communities with different species composition and responses of communities with different developmental stages to heavy metals in the microcosm experiments; (2) The characteristics of response of communities to heavy metals in the natural sea experiments. By successive studies in more than three years, it is anticipated to illustrate the general patterns and its underlying mechanism of the response of macrofaunal fouling communities to heavy metals, to explore the quantitative indices of the response of the community, and the results will promote the potential application of the macrofaunal fouling community in the field of marine ecotoxicity. In addition, the investigation will probe into the effect of heavy metals upon the nearshore ecosystem of the South China Sea, and the results will yield up useful references for the sustainable development of local marine economy and provide scientific evidences for decision-making management.

重金属污染严重威胁海洋生态系统和人类健康，对海洋重金属污染进行环境监测和管理需要客观而系统的生态毒性检测评价资料。其中群落水平上的检测在生态毒性评价体系中占有重要地位，其支撑研究亟待加强。本项目拟采用微宇宙和自然海域相结合的实验方法，以南海近岸大型污损动物群落为研究对象，考虑群落物种组成、群落发展阶段、生态环境因子和季节的影响，通过多重比较分析，研究：⑴微宇宙条件下，物种组成呈明显差异的污损动物群落和不同发展阶段的污损动物群落分别对重金属胁迫的响应特点；⑵在自然海域不同程度的重金属污染区，污损动物群落对重金属胁迫的响应特点。经过三年多持续而系统的研究，期望揭示南海污损动物群落对重金属胁迫的响应规律和机理，探索群落响应的量化表征方法以及污损动物群落在海洋生态毒性检测中的潜在应用价值；在群落水平探讨重金属污染对南海近岸生态系统的影响，为生态保护和区域海洋经济的持续发展提供参考资料和决策依据。

海洋重金属污染危害持久、治理难度大，是很多沿海国家和地区面临的环境难题之一。有效的生态环境监测和检测是预防和评估重金属污染的重要依据，其中生物群落水平上的生态毒性检测结果具有重要的应用价值，但目前群落层次的海洋生态毒理研究还很匮乏，亟待更全面而深入的研究作为应用研发的理论支撑。鉴于此，本项目利用我国南海近岸丰富的污损动物群落资源，采用微宇宙实验和自然海域场地交换实验，分别在雨季和旱季获得不同的群落样品，研究了在重金属铜胁迫下污损动物群落特征的变化规律。主要结果包括：(1)对于不同发展阶段（挂板覆盖率不同）的污损动物群落，其物种组成不同，在铜离子胁迫下，各不同覆盖率的群落生物量（湿重）均呈下降趋势；在相同胁迫条件下，优势种生物体内的铜含量随其所在群落生物量的增加而减少；污损动物群落的各相关多样性指数在铜胁迫下未发生显著变化；随着覆盖率的增加，群落结构的变化趋势减缓；铜离子浓度与群落结构变化的相关性系数随着覆盖率的增加而减小；群落整体变化趋势是覆盖率越高，群落生物量越大，对铜离子胁迫的耐受力越强。(2)物种组成呈明显差异的污损动物群落，其不同优势种体内的铜含量差异显著，但都随铜离子浓度增加而呈显著上升趋势，尤其在曝毒前期的上升幅度最大；此外，随铜离子胁迫浓度增大，污损动物群落结构的差异也加大。(3)在自然海域进行的场地交换（H-site和L-site）实验中，污损动物群落随着场地的变化，其物种组成、多样性、群落结构等都发生了显著变化，BIO-EVN相关性分析揭示铜是污损动物群落结构变化的主要影响因素。群落多样性指数可作为重金属监测的一个重要指标。在铜胁迫下，采用污损动物群落进行检测的灵敏度高于发光细菌（Acinetobacter sp. Tox2）急性毒性检测。实验室微宇宙实验与实海场地交换实验的结果类似。实验结果从不同角度较系统地揭示了亚热带海域污损动物群落对重金属的响应特点，初步建立了相关表征方法，为海洋群落生态毒性检测技术的应用提供了有价值的参考资料。