《Marine Pollution Bulletin》：Non-linear ecological responses of Ostracod communities to multi-metal pollution based on tolerance-weighted indices from the Vedaranyam shelf, Bay of Bengal, India
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溞类生物指示剂研究开发OAPI和Mini-OAPI指数评估海湾多金属污染生态响应
P. Prakasheswar|V. Sivapriya|C. Sabari Nathan|S. Ramya|S.M. Hussain
印度泰米尔纳德邦金迪校区马德拉斯大学应用地质学系，600025，金奈，印度
摘要
底栖介形虫是评估沿海系统沉积物质量和金属富集的有效生物指标，但将它们的群落结构与多金属污染联系起来的定量工具仍然有限。本研究开发并验证了两个基于介形虫的生物指数：介形虫群落污染指数（OAPI）及其简化形式Mini-OAPI，用于评估Vedaranyam大陆架（孟加拉湾）上底栖生物对金属污染的生态响应。分析了28个表层沉积物样本中的Fe、Mn、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn浓度以及介形虫群落数据。这些指数整合了物种多样性、功能群组成和标准化污染负荷，以产生一个考虑耐受性的生态偏差度量。OAPI在数据丰富的环境中表现最佳，而Mini-OAPI在数据有限的情况下仍能稳定地反映生态响应，并能一致地捕捉到沿污染梯度的生态变化。通过将结果标准化到0–1的范围内，并使用标准化的干扰等级（低=0.00–0.33；中等=0.34–0.66；高=0.67–1.00），确保了海洋和河口系统之间的可比性。单峰的多样性-污染模式符合“中等干扰假说”，而Cu与有机物之间的弱相关性表明金属与生物体之间存在复杂的相互作用。这些指数为生态评估和沿海污染管理提供了可转移的、考虑耐受性的工具。
引言
介形虫属于节肢动物门甲壳纲中的微小双壳类生物。它们的化石记录可追溯到奥陶纪，是环境变化最连续的记录之一（Boomer等人，2003年）。介形虫存在于海洋、半咸水和淡水环境中，对盐度、氧气、有机物和污染物具有很强的生态敏感性（El-Kahawy等人，2025年；Tan等人，2021年）。群落结构的改变，表现为敏感物种的减少和耐受性物种的持续存在，揭示了对压力的明显生态响应（Magni等人，2009年；Pearson和Rosenberg，1977年；Rosenberg等人，2002年）。
介形虫现已被确立为海洋和过渡环境中的重金属污染生物指标（Boomer和Attwood，2007年；Schmitz等人，2025年）。高浓度的As、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn会降低物种丰富度并改变群落结构。中度富集有利于机会主义物种的生存，而极端污染则可能导致生物种群灭绝（El-Kahawy等人，2021年；Ruiz等人，2004年）。这些群落层面的响应突显了它们在沉积物质量评估中的潜力。然而，多种共存金属的影响尚未得到充分量化，缺乏标准化的生态指数限制了地区间的比较。不同物种的耐受性存在差异：例如，在富含Fe、Mn、Ni和Cu的沉积物中，Loxoconcha和Keijella等物种能够存活，而Loxocorniculum ghardaquensis在Pb和Cd压力下会减少（El-Sharkawy等人，2025年；Hong等人，2022年；Hong等人，2019年；Schmitz等人，2025年；Tan等人，2021年）。关于富集因子（EF）和地球积累指数（Igeo）的参考值仍不一致，且群落响应受基底和有机物质输入的影响（El-Kahawy和Mabrouk，2023年）。因此，需要一个统一的框架来整合生态和地球化学数据，以评估金属的累积效应。土耳其最近的沉积物研究进一步表明，在混合土地利用情况下，铜和锌通常是主要的人为污染物，铜的富集与工业、农业和海洋活动有关，且与简单的单一来源控制无关（?ncü等人，2025年；Tokatl?等人，2026年；Varol等人，2025年；Yüksel和Ustao?lu，2025年）。这些发现强调了需要在累积的、生态系统整合的框架内解释铜的富集，而不仅仅将其视为一个孤立的地球化学信号。
热带海洋环境中，介形虫的耐受性因栖息地和生理适应而存在显著差异。如Xestoleberis、Paijenborchella、Loxoconcha和Keijella等优势物种栖息在受盐度和有机物变化影响的沙质淤泥基底中（Sivapriya等人，2022年）。这些梯度往往与人为输入相吻合，使得区分自然变异和污染引起的变化变得复杂。能够从背景变异中分离出生态信号的定量框架对于可靠评估至关重要。印度关于介形虫的研究主要集中在描述性方面，包括分类学和空间分布（Hussain等人，2010年；Hussain等人，2017年；Hussain等人，2016年；Mishra等人，2019年；Mohan等人，2002年；Radhakrishnan等人，2023a；Radhakrishnan等人，2023b；Raghunath等人，1999年）。针对金属污染对群落生态或功能维度的影响的研究很少。对于多金属相互作用、耐受性的发育变异以及长期暴露下的适应机制仍存在理解空白。缺乏地区特定的耐受性基准限制了介形虫在印度沿海系统作为定量生物指标的使用。尽管已经应用了主成分分析（PCA）和典型对应分析（CCA）等排序方法将群落与环境参数联系起来，但这些线性方法无法反映暴露于混合污染物的底栖系统的非线性生态行为。需要改进的分析模型来捕捉非线性关系，并将群落数据转化为可解释的生态指数。
本研究引入了两个基于介形虫的耐受性指数：介形虫群落污染指数（OAPI）及其简化形式Mini-OAPI，用于评估底栖生态状况。这些指数整合了多样性、均匀性、功能群结构和标准化的多金属污染梯度（ΔP），以量化污染物压力下的群落水平偏差。从概念上讲，它们扩展了已建立的生物指数（如用于大型底栖动物的AMBI指数（Borja等人，2000年）和用于有孔虫的BFI/FAI指数（Alve等人，2019年；Frontalini和Coccioni，2011年）的逻辑，通过将耐受性加权框架应用于介形虫，并明确将生物响应与沉积物地球化学联系起来。这种将功能群结构与多金属污染成分相结合的方法，以及数据量减少的Mini-OAPI变体，为生物指数框架增添了明确的方法论补充，同时没有取代现有的大型底栖动物或有孔虫指数。
研究区域
研究区域位于印度东南海岸泰米尔纳德邦Nagapattinam区的Vedaranyam内大陆架上，毗邻孟加拉湾（图1）。该区域覆盖约150平方公里，水深在4至15米之间，包括Nagapattinam南部的近岸大陆架。Vedaranyam地区属于Cauvery三角洲复合体的一部分，其特征是沉积物粒度较细、大陆架坡度平缓。
材料与方法
2018年3月，印度地质调查局在Samudra Kaustubh考察期间从印度孟加拉湾的Vedaranyam大陆架采集了28个表层沉积物样本。每个振动取芯样本的上层0–20厘米部分被视作表层沉积物的代表。样本立即密封在聚乙烯容器中，在低于40°C的温度下风干，然后均质化并筛分至<63微米，以便进行后续的质地、有机物质和地球化学分析。
结果与讨论
通过对28个样本的地球化学和生物数据的整合，评估了介形虫群落对多金属污染的响应。以下结果展示了痕量金属的空间分布、物种多样性和功能群结构，随后介绍了OAPI和Mini-OAPI这两个耐受性加权指数的开发、验证和生态解释。统计和多变量分析（包括相关性分析、排序分析等）也被用于进一步研究。
结论
本研究开发并验证了两个基于介形虫的指数：OAPI及其简化形式Mini-OAPI，用于评估孟加拉湾Vedaranyam大陆架上底栖生物对多金属污染的生态响应。
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对介形虫群落的统计分析显示其与沉积物和污染梯度之间存在非线性关系，证实群落结构主要受两者共同影响控制。
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金属污染的程度遵循
作者贡献声明
P. Prakasheswar：撰写初稿、可视化、监督、软件开发、方法论设计、概念构建。V. Sivapriya：验证、资源获取、调查工作。C. Sabari Nathan：撰写与编辑、可视化、软件使用、正式分析、概念构建。S. Ramya：调查工作、数据管理。S.M. Hussain：项目监督。
资金来源
本研究未获得公共部门、商业部门或非营利部门的任何特定资助。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
作者衷心感谢印度地质调查局（GSI）通过Samudra Kaustubh考察计划提供样本，并协助进行了必要的分析工作。
