研究团队使用丹麦KC-Denmark公司的HAPS柱状采泥器，在波罗的海格但斯克湾维斯瓦河羽流区及一条离岸深度断面上采集粗粒砂质沉积物亚样，配合多管采泥器的分层柱样，测定了大型底栖动物的群落结构、生物扰动潜力指数（BP_C）与生物灌溉潜力指数（IP_C），量化了自河口向外随水深增加时底栖动物改造沉积物能力的空间变化。相关成果于2023年发表于《Biology》。
研究背景
海岸带向人类提供养分调节、废物处理等多重生态服务功能，其中底栖生物尤为关键：它们通过摄食、呼吸、排泄等生理过程，以及翻动沉积物（生物扰动）与灌洗洞穴（生物灌溉）等行为，参与元素与营养盐循环。这些活动通常有利于沉积物充氧、扩大可供微生物利用的表面积，但强烈扰动也可能加速有机质与污染物的降解、转化或埋藏，甚至把深层积累的污染物重新释放出来，因此准确刻画底栖动物的扰动与灌溉能力，是理解海底生物地球化学过程的基础。
格但斯克湾位于波罗的海南部，深受维斯瓦河影响——这条波罗的海最长河流携带养分、有机质与包括重金属在内的多种污染物入海，贡献了该湾约九成的入流。当地已有研究涉及生物扰动潜力指数或营养盐通量，但生物灌溉过程此前尚无人系统研究，整群落水平的底栖分布数据也有限。本研究因此以维斯瓦河羽流区为对象，定量回答：底栖群落结构与扰动、灌溉潜力如何随距河口距离变化，哪些物种在沉积物改造中起主导作用。
研究过程
研究在维斯瓦河羽流区及沿离岸方向的一条深度断面展开，共设14个站点：11个站点于2014年7月在一艘科考船上采样，另3个站点（VE04、VE06、VE07）于2016年3月补充采集，最深处达105 m（格但斯克深槽附近）。每到一站，先以船载温盐深剖面仪在沉积物上方约0.5 m处测定底层水温、盐度与溶解氧浓度。
柱状沉积物以一台内径10 cm的多管采泥器采集，而粗粒砂质沉积物的亚样则由HAPS柱状采泥器取得。沉积物样品取表层10 cm，干燥均质后以灼烧失重法测有机质、以标准筛组按粒级分类。大型底栖动物每站采集3至5个平行样，柱样按0至1、1至3、3至6、6至10、10至15、15 cm以下逐层分割，各层单独过1 mm筛分离动物后以4%甲醛保存，实验室内鉴定到种（寡毛纲与Marenzelleria属多毛类除外），计数并称重，换算为每平方米的丰度与生物量。
数据处理上，以湿重换算去灰分干重后汇总各站点的生物扰动潜力指数与生物灌溉潜力指数，以聚类分析划分站点组，并考察环境因子对生物量、最大埋藏深度与两个潜力指数的解释力。
实验结果
一、环境条件自近岸向深水呈明显梯度。 除3个夏季采样、位于温跃层之上的站点外，各站底层水温均低于6.2 °C。底层盐度随水深增大，在格但斯克深槽达到12.7；溶解氧则相反，浅水站高于4.68 mL·dm-3，两个最深站点出现缺氧（低于2 mL·dm-3）。
图1. 丹麦KC-Denmark公司HAPS柱状采泥器
图2. 研究区与采样站位分布（论文 Figure 1）
二、生物多样性与各项生物参数随深度递减。 调查共记录23个大型底栖类群，其中河口附近出现频率高于70%的类群包括双壳类Macoma balthica、寡毛纲、多毛类Bylgides sarsi与Marenzelleria属等。多样性随深度下降，从浅水站的16个类群减少到格但斯克深槽的完全无生物。聚类分析把站点分为三组，浅水与中层两组的生物量都以M. balthica为绝对优势种（对组内相似性的贡献为67%与79%），最深一组则仅有多毛类B. sarsi。生物—环境匹配分析表明，决定大型底栖生物量结构的主要因子是底层水盐度与溶解氧浓度（相关系数0.74）。
图3. 站点聚类分析结果（论文 Figure 3）
三、扰动与灌溉潜力同样随深度急剧下降。 三组站点的平均生物扰动潜力指数与生物灌溉潜力指数分别为3412与1451（浅水组）、1683与714（中层组）以及5与1（最深组），最深站点几乎丧失功能；最高值出现在浅水站的VE05，BP_C达5001、IP_C达1958。多数站点的两个指数主要由M. balthica贡献，Marenzelleria属多毛类对生物灌溉潜力的贡献也较为突出。基于距离的线性模型显示，盐度（及其高度相关的溶解氧）单独即可解释生物量、埋藏深度与两项潜力指数逾44%的变异，叠加温度后（对BP_C还加入有机质）可解释80%以上。
图4. 生物扰动潜力指数与生物灌溉潜力指数及各类群占比（论文 Figure 5）
四、动物的垂向分布呈分层特征。 全部站点中数量上超过62%的个体集中在最表层（0至1 cm）；但生物量的最大层位在更深处——浅水站有42%的生物量位于3至6 cm层，中层站有近60%位于1至3 cm层，这与M. balthica的主导地位一致。记录到的最深类群为Marenzelleria属与Hediste diversicolor等多毛类及双壳类M. balthica，最大埋藏深度可达15 cm。
图5. 大型底栖动物的垂向分布（论文 Figure 4）
图6. 各分类群在沉积物中的埋藏深度（论文 Figure 6）
研究结论
这项研究把维斯瓦河羽流区的底栖功能从近岸到深水做了系统梳理：随着距河口距离增加、水深加大，生物多样性、丰度、生物量以及扰动与灌溉潜力都呈递减趋势。近岸区是扰动与灌溉驱动的生物地球化学过程热点，而深水区底栖生物缺失，意味着那里缺少由大型动物支撑的沉积物改造功能。更值得警惕的是，该区域仅由M. balthica与H. diversicolor、Marenzelleria属等少数物种主导扰动与灌溉；这种功能单一化一旦遭遇物种衰退，就可能使生态系统功能不稳定。研究因此主张更有效地保护近岸带这一类关键生境。
丹麦KC-Denmark公司的HAPS柱状采泥器承担了本研究中粗粒砂质沉积物亚样的采集。该采泥器以大面积取样面垂直切入海底，在含砂底质与不同水深条件下都能稳定取回表层沉积物，使各站点之间的沉积物参数与动物分布更具可比性；正是这种可靠的表层取样，配合多管采泥器的分层柱样，才使从近岸到深水的扰动与灌溉潜力梯度得以完整刻画。对于海洋底栖生态研究而言，KC-Denmark HAPS柱状采泥器是久经验证的标准工具。
参考文献
Miernik NA, Janas U, Kendzierska H. Role of Macrofaunal Communities in the Vistula River Plume, the Baltic Sea—Bioturbation and Bioirrigation Potential[J]. Biology, 2023, 12(2): 147. DOI: 10.3390/biology12020147.
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