Macrobenthos diversity and ecology of a Chinese mudflat in the East China Sea

Liu, Ha Trieu Hung

Macrobenthic organisms play a crucial role in the system dynamics and form an important basis of the food web. As such, macrobenthic animals are often used in marine monitoring programmes as an indicator for the health of an ecosystem. In this thesis the macrobenthos were investigated with particular focus on their biology and ecology in the rapidly changing environment of the Hangzhou Bay (HZB), China. The HZB is a macro tidal mudflat in the East China Sea that is strongly influenced by anthropogenic but also natural impacts such as high sediment load and low salinity. This extreme environment in the HZB is reflected in the low number of species at the five investigated locations compared to other mudflats in China, showing some temporal and spatial variation in the diversity, abundance and biomass of the macrobenthos. A total of 58 different taxa were identified with the highest species richness found in proximity to the Hangzhou Bay Bridge (43 species). This site seemed to slowly recover its species richness compared to only 32 different species recorded during the bridge construction phase between 2003 and 2008. An increase in water temperature, caused by an embayment, at one of the study sites along the southern coast of the HZB was most likely the reason for the increased species abundance and biomass observed. Polychaetes, crustaceans and molluscs were the major taxonomic groups, responsible for approximately 97% of the mean total abundance as well as approximately 96% of the mean total biomass. The bivalve Laternula marilina and the polychaete Heteromastus filiformis were the main contributors to the high abundance along the southern coast of the HZB. Faunal composition was found to differ between a bare mudflat and a Schoenoplectus triqueter vegetation. Higher diversity values were reached in the mudflat habitat as opposed to the vegetated area which was due to a more evenly distributed benthic community amongst the mudflat samples. A higher number of crustacean species were found in the S. triqueter marsh whereas a higher number of polychaetes and molluscs were evident on the mudflat, suggesting the different preferences amongst the macrobenthic animals. The results showed higher mean abundances in the S. triqueter marsh (1,707ind/m2 ±1,669SD) compared to that of the mudflat area (1,172ind/m2 ±1,115SD) although the highest mean biomass was recorded in the mudflat habitat (0.73g/m2 ±0.84SD) as opposed to 0.64g/m2 ±0.59SD from the vegetated area. Results from stable isotope analysis suggest, that microphytobenthos was likely to be the major source of carbon for the macrobenthic animals in the investigated area whereas suspended particulate organic matter and vascular plant material seemed to only play a minor role in their diet. However, marsh plant detritus cannot be completely excluded as a potential food source as it could be used after degradation and therefore support the macrobenthic food web. Amongst the 31 species, isotope signatures varied between -18.0‰ and -11.4‰ for δ13C and between 6.5‰ and 13.6‰ for δ15N, respectively. In conclusion, the results obtained from this thesis provide an important baseline for future research and management strategies in the HZB as habitat change and increasing anthropogenic impacts can further alter the local ecosystem. Given the low species richness encountered compared to other intertidal areas in China, ongoing and intensified reclamation activities are further threatening the benthic community, which was suggested to mainly rely on microphytobenthos as a primary food source, due to the loss of intertidal habitats. This can have tremendous knock-on effects on the occurrence of other organisms (fish, birds, etc.) and needs to be addressed in future investigations.

Makrobenthische Organismen spielen eine äußerst entscheidende Rolle in der Ökosystemdynamik und formen eine wichtige Grundlage im Nahrungsnetz. Daher werden makrobenthische Tiere oft als Indikatoren für den Gesundheitszustand eines Ökosystems in Monitoringsprogammen herangezogen. In dieser Arbeit wurde das Makrobenthos in der sich schnell verändernden Hangzhou-Bucht (HZB), China mit starkem Bezug auf dessen Biologie und Ökologie untersucht. Die Hangzhou-Bucht ist ein makrotidales Wattgebiet im ostchinesischen Meer, das stark von anthropogenen und natürlichen Einflüssen geprägt ist. Dies äußert sich in der geringen Artenzahl und Biomasse an den fünf untersuchten Standorten im Vergleich zu anderen Wattgebieten in China. Einige zeitliche und räumliche Unterschiede wurden in Bezug auf Artenvielfalt, Individuenzahl und Biomasse beobachtet. Insgesamt wurden 58 verschiedene Taxa identifiziert, wobei der größte Artenreichtum in der Station in unmittelbarer Nähe der Hangzhou-Bucht-Brücke gefunden wurde (43 Arten). Die Artenvielfalt an diesem Standort scheint sich langsam von der Brückenbauphase zwischen 2003 und 2008 erholt zu haben, wo damals lediglich 32 Arten gefunden wurden. Eine etwas erhöhte Wassertemperatur, verursacht durch eine kleine Eindeichung, in einem der Untersuchungsgebiete war wahrscheinlich der Grund für die dort beobachtete höhere Dichte und Biomasse. Borstenwürmer, Krebstiere und Mollusken stellten die wichtigsten taxonomischen Gruppen dar und waren zusammen für 97% der durchschnittlichen Gesamtanzahl sowie für 96% der durchschnittlichen Gesamtbiomasse verantwortlich. Die Muschel Laternula marilina und der Borstenwurm Heteromastus filliforms waren die Hauptursache für die hohe Individuenanzahl entlang der Südküste der Hangzhou-Bucht. Desweiteren wurde ein Unterschied in der Artenzusammensetzung zwischen einer unbewachsenen Wattfläche und einer mit Schoenoplectus triqueter bewachsenen Wattfläche gefunden. Im Gegensatz zur bewachsenen Wattfläche wies das unbewachsene Habitat eine höhere Diversität auf, welches auf eine gleichmäßigere Verteilung der Benthosgemeinschaft zurückzuführen ist. Eine größere Anzahl an Krebstieren wurde in der S. triqueter Marsch gefunden wohingegen eine höhere Artenzahl an Borstenwürmern und Mollusken auf der Wattfläche registriert wurde. Dies spiegelt die unterschiedliche Präferenz der Tierarten wieder. Die Ergebnisse zeigten darüber hinaus eine höhere durchschnittliche Individuenzahl in der S. triqueter Marsch (1,707 Ind/m2 ±1,669SD) im Vergleich zu der unbewachsenen Wattfläche (1,172 Ind/m2 ±1,115SD). Im Unterschied dazu wurde eine höhere Biomasse im Marschgebiet (0.73g/m2 ±0.84SD) verglichen mit dem vegetationsfreien Habitat (0.64g/m2 ±0.59SD) gefunden. Die Ergebnisse der stabilen Isotopenanalyse deuteten darauf hin, dass Mikrophytobenthos die wichtigste Kohlenstoffquelle für das Makrobenthos im Untersuchungsgebiet darstellt. Im Wasser gelöste (partikuläre) organische Substanzen sowie pflanzliches Material schienen nur eine untergeordnete Rolle in ihrer Ernährung zu spielen. Nichtsdestotrotz sollte Pflanzenmaterial nicht gänzlich als Nahrungsquelle ausgeschlossen werden, da es nach dem Abbau in Form von Detritus als Nahrungsquelle herangezogen werden kann. Die gemessenen Isotopenwerte schwankten zwischen -18.0‰ und -11.4‰ für δ13C und zwischen 6.5‰ und 13.6‰ für δ15N unter den 31 untersuchten Arten. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Ergebnisse aus dieser Arbeit eine wichtige Grundlage für zukünftige Forschungs- und Managementstrategien in der HZB darstellen. Aufgrund von Habitatsveränderungen und den stetig steigenden menschlichen Eingriffen kann das örtliche Ökosystem weiter verändert werden. Der bereits niedrige Artenreichtum in der HZB im Vergleich zu den anderen Gezeitengebieten in China und den verstärkten Landgewinnungsaktivitäten bedrohen desweiteren die Makrobenthosgemeinschaft. In einer weiteren Untersuchung wurde das Mikrophytobenthos als primäre Nahrungsquelle erachtet das sich durch den stetigen Küstenraumverlust verringern wird. Dies hat nicht nur schwerwiegende Folgen für das Makrobenthos sondern kann auch einen negativen Einfluss auf andere Organismen (Fische, Vögel, etc.) haben und sollte in weiteren Untersuchungen behandelt werden.

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Liu, Ha: Macrobenthos diversity and ecology of a Chinese mudflat in the East China Sea. 2015.

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