2009年冬季南海北部網(wǎng)采浮游植物群落結構

馬 威, 孫 軍, 田 偉

(1. 中國海洋大學 海洋生命學院, 山東 青島 266003; 2. 天津科技大學 海洋科學與工程學院, 天津 300457)

2009年冬季南海北部網(wǎng)采浮游植物群落結構

馬 威1, 孫 軍2, 田 偉1

(1. 中國海洋大學 海洋生命學院, 山東 青島 266003; 2. 天津科技大學 海洋科學與工程學院, 天津 300457)

根據(jù)2010年1月6～30日對南海北部的調查取樣, 作者對該海域網(wǎng)采浮游植物的分布和群落結構特征等進行了分析。共鑒定浮游植物4門52屬155種(包括變形及變種), 主要以溫帶近岸和廣布性種為主, 其中硅藻有38屬94種, 占總種數(shù)的60.6%; 甲藻有12屬 58種, 占總種數(shù)的37.4%; 浮游植物平均細胞豐度為 36.46×104個/m3, 硅藻平均細胞豐度為 13.77×104個/m3, 甲藻平均細胞豐度為1.39 ×104個/m3, 鐵氏束毛藻(Trichodesmium thiebautii)平均細胞豐度為21.30×104個/m3。粵東近岸區(qū)域是浮游植物高密集區(qū), 珠江口及其西南沿岸其次, 而浮游植物稀疏區(qū)主要在調查區(qū)的中部海域, 呈現(xiàn)出沿遠岸區(qū)域逐漸降低的平面分布格局。除鐵氏束毛藻為絕對優(yōu)勢種外, 主要優(yōu)勢種有： 菱形海線藻(Thalassionema nitzschioides)、短刺角毛藻(Chaetoceros messanensis)、圓篩藻(Coscinodiscusspp.)、粗根管藻(Rhizosolenia robusta)及角毛藻(Chaetocerosspp.)等。浮游植物群落香農(nóng)-威納物種多樣性指數(shù)(H’)平均值為4.50, Peilou均勻度指數(shù)(J)平均值為0.81。浮游植物多樣性程度較高, 與細胞豐度平面分布基本呈相嵌分布, 僅在近岸出現(xiàn)低值。

浮游植物; 群落結構; 南海北部; 冬季

南海北部海域生態(tài)環(huán)境復雜, 既有珠江沖淡水的輸入和夏季沿岸上升流帶來豐富營養(yǎng)鹽, 又有水體層化和躍層的影響, 使陸架區(qū)真光層營養(yǎng)鹽得不到補充而具有寡營養(yǎng)鹽的特點; 既有寡營養(yǎng)陸坡和開闊海, 又有光、溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽等的垂直分布的差異[1]。這些環(huán)境特征決定了南海北部浮游植物時空分布的復雜性。南海北部真光層各種營養(yǎng)鹽通常都低于浮游植物生長的閾值, 且各營養(yǎng)鹽之間的比例顯示, 南海北部主要為氮磷共同限制[2]。

20世紀70年代, 一些學者曾對南海北部海域進行了海洋生物生態(tài)和漁業(yè)資源調查[3-4],并積累了一定數(shù)據(jù)資料。朱根海等[5]對南海部分海域表層水采浮游植物進行了研究, 并分析了浮游植物的物種組成和細胞豐度分布與環(huán)境因子的關系。樂鳳鳳等[6]和孫軍等[7]分別對2004年南海北部海域夏季和冬季的浮游植物群落結構進行了報道, 同時對浮游植物與環(huán)境因子等影響因素的相關性進行了分析。郭玉潔[8]也對南海中部浮游植物的水平和垂直分布進行了分析。近年來由于全球氣候變化及人類活動的影響, 該海域的生態(tài)環(huán)境和生物資源已發(fā)生了較大的變化,十分迫切需要對該海域全面和系統(tǒng)地開展海洋生物生態(tài)調查, 并進一步深化對海洋生態(tài)環(huán)境要素的時空分布、變化規(guī)律、形成機制、制約因素等的認識。作者根據(jù) 2009年冬季調查南海北部所獲網(wǎng)采樣品,對此區(qū)域網(wǎng)采浮游植物(＞76μm, netz-phytoplankton)進行了初步分析, 旨在為南海北部生態(tài)系結構與功能的深入研究提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 調查海域

調查區(qū)在南海北部(18o～22o30′N, 109o30′～120o30′E)海域。2010年1月 6～30 日用“東方紅 2”號進行了水文、氣象、化學和生物的綜合調查, 設置拖網(wǎng)站位如圖1。

1.2 調查分析方法

浮游植物采樣按照《海洋調查規(guī)范》[9]進行, 采樣工具為小型浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)口直徑為 37 cm, 網(wǎng)口面積為0.1 m2, 網(wǎng)身長270 cm, 網(wǎng)目為76 μm), 采樣方式為在每個調查站位自底層至表層垂直拖網(wǎng) 1次(水深超過200 m時, 自200 m水深垂直拖網(wǎng))。樣品用甲醛溶液固定和保存(終質量分數(shù)為 5%)。實驗室內(nèi)浮游植物樣品經(jīng)濃縮, 取0.25 mL亞樣品靜置后在本實驗室的 Palmer-Maloney型計數(shù)框中于 Nikon YS100研究顯微鏡下, 進行浮游植物物種鑒定和細胞計數(shù)。浮游植物中文及拉丁文種名更改參考孫軍等[10]。

圖1 冬季南海北部網(wǎng)采調查站位Fig. 1 Sampling stations in northern South China Sea

物種多樣性指數(shù)的計算采用香農(nóng)-威納(H′,Shannon-Wiener index)[11], 其計算公式為：

物種均勻度指數(shù)(J)采用Pielou[12]的計算公式：

優(yōu)勢度(Y)[13]計算公式為：

式中,S為采集樣品中的物種總數(shù);Pi為第i種的個體數(shù)與樣品中的總個體數(shù)的比值(ni/N),ni為第i種的細胞豐度,N為采集樣品中的所有物種總個體數(shù);fi為該種在各樣品中出現(xiàn)的頻率。

2 結果與分析

2.1 浮游植物物種組成

本航次共發(fā)現(xiàn)浮游植物4門52屬155種(包括變形及變種), 其中硅藻有 38屬 94種, 占總種數(shù)的60.6%; 甲藻有12屬58種, 占總種數(shù)的37.4%; 金藻門2屬2種及藍藻門1種。硅藻門中以角毛藻屬物種最多(21種), 占硅藻總種數(shù)的22.3%, 其次為根管藻屬(15種), 占硅藻總種數(shù)的16.0%; 甲藻門中以角藻屬物種最多(36種), 占甲藻總種數(shù)的62.1%, 原多甲藻屬(6種)占到甲藻總種數(shù)的 10.3%, 其他物種共占甲藻總種數(shù)的27.6%。由于南海北部海域獨特的地理位置, 高溫高鹽等的理化水文特征, 使調查區(qū)浮游植物群落以溫帶近岸種和廣布性種為主, 伴有少數(shù)高鹽外海性種和暖水種。

南海北部浮游植物調查網(wǎng)采歷史資料的對比見表1。

表1 南海北部浮游植物調查網(wǎng)采歷史資料的對比Tab. 1 Comparison among historical phytoplankton data of the survey area

2.2 浮游植物細胞豐度平面分布特征

本航次浮游植物細胞豐度介于 2.76×104～253.4×104個/m3之間, 平均值為 36.46×104個/m3。平面分布如圖 2a, 浮游植物分布的高值區(qū)主要位于粵東近岸, 并沿遠岸逐漸降低。此外, 在珠江口也有較高分布。而在調查區(qū)的中部寡營養(yǎng)區(qū)及呂宋海峽西部浮游植物的分布相對較低。有些研究結果相差很大, 可能是由于采樣位置不同, 季節(jié)變化及分析系統(tǒng)誤差等因素造成的。

硅藻細胞豐度介于 0.75×104個/m3～115.99×104個/m3之間, 平均值為 13.77×104個/m3。硅藻平面分布如圖 2b, 其分布密集區(qū)主要位于粵東近岸部分海域, 分布趨勢與浮游植物的分布趨勢相似。調查期間,硅藻在整個浮游植物群落中的比重較大, 對整個浮游植物的分布趨勢起到了一定的支配作用。甲藻細胞豐度最高值達 8.17×104個/m3, 平均值為 1.39×104個/m3。甲藻細胞豐度高值區(qū)主要分布在廣東沿岸(圖2c)。低值區(qū)主要出現(xiàn)在調查區(qū)中部海域。甲藻的細胞豐度分布基本上不影響浮游植物豐度的平面分布格局。硅藻和甲藻所占的比重是衡量浮游植物重要的結構指數(shù), 一般來說, 高的甲藻比重預示著甲藻可以大量生長進而導致赤潮的爆發(fā)[23]。本次調查中硅藻與甲藻比率的平面分布如圖 2d, 高值區(qū)主要在粵東海域及海南島東部部分海域。整個調查區(qū)浮游植物群落主要是由硅藻刻畫。

2.3 優(yōu)勢種組成及其平面分布

由于鐵氏束毛藻(Trichodesmium thiebautii)細胞豐度較大, 最高值達 237.85×104個/m3, 平均細胞豐度為 21.30×104個/m3(表 2), 且在多個站位出現(xiàn), 是本次調查的絕對優(yōu)勢種, 所以在對浮游植物群落相關多樣性計算中未將其計算在內(nèi)。除鐵氏束毛藻外,主要優(yōu)勢種均為硅藻類, 有： 菱形海線藻(Thalassionema nitzschioides)、短刺角毛藻(Chaetoceros messanensis)、粗根管藻(Rhizosolenia robusta)、筆尖形根管藻(Rhizosoleniastyliformis)、洛氏角毛藻(Chaetoceroslorenzianus)、錘狀中鼓藻(Bellerocheamalleus)和并基角毛藻(Chaetocerosdecipiens)等。主要優(yōu)勢種及其優(yōu)勢度見表3, 其中菱形海線藻出現(xiàn)頻度最高, 為0.963。

圖2 南海北部浮游植物細胞豐度及硅甲藻比率Fig. 2 Horizontal distribution of phytoplankton cell abundance and ratios of diatoms to dinoflagellates in northern South China Sea

甲藻門中的波狀角藻(Ceratium trichoceros)、美麗角藻(Ceratiumpulchellum)也普遍出現(xiàn), 出現(xiàn)頻度和優(yōu)勢度分別為0.889、0.815和0.005、0.005, 叉角藻(Ceratium furca)和梭狀角藻剛毛變種(Ceratium fususvar.seta)出現(xiàn)頻度也較高, 分別為 0.630和0.815, 優(yōu)勢度分別為0.005和0.004。

各優(yōu)勢種平面分布如圖 4 a～f。鐵氏束毛藻(圖3a)細胞豐度介于 0.88×104～237.85×104個/m3, 平均細胞豐度為 21.30×104個/m3, 在調查區(qū)大部分站位都有出現(xiàn)(出現(xiàn)頻度為 0.857), 但高值區(qū)主要集中在珠江口近岸。菱形海線藻(圖 3b)細胞豐度介于0.11×104～23.59×104個/m3, 平均細胞豐度為 2.02×104個/m3。幾乎遍布整個調查海域(幾乎所有站位均有出現(xiàn)), 在廣東近岸有較高分布, 最高值出現(xiàn)在S603(23.59×104個/m3)。短刺角毛藻(圖 3c)細胞豐度介于 0.06×104～5.37×104個/m3, 平均細胞豐度為0.74×104個/m3。細胞豐度分布較不均勻, 高值區(qū)主要出現(xiàn)在粵東近岸, 在該區(qū)域由近岸向外海降低趨勢明顯。圓篩藻(圖 3d) 細胞豐度介于 0.03×104～3.76×104個/m3, 平均細胞豐度為 0.41×104個/m3。圓篩藻出現(xiàn)于所有站位, 粵東近岸海域為其高值分布區(qū), 而由珠江口向外的延伸區(qū)則呈現(xiàn)出明顯的低值分布。粗根管藻(圖3e)和角毛藻(圖3f)的平均細胞豐度分別為 0.41×104個/m3和 0.87×104個/m3。高值區(qū)的分布特征相似, 最高值均出現(xiàn)在粵東S603站位。

表2 鐵氏束毛藻在不同區(qū)域的分Tab. 2 Distribution of Trichodesmium thiebautii in different areas in northern South China Sea

表3 調查區(qū)浮游植物主要優(yōu)勢種Tab. 3 Dominant phytoplankton species in the survey area

圖3 南海北部浮游植物優(yōu)勢種細胞豐度的平面分布Fig. 3 Horizontal distribution of dominant species in northern South China Sea

根據(jù)優(yōu)勢種的分布特征可以看出： 一類是菱形海線藻, 短刺角毛藻和圓篩藻為代表, 其特點是整體分布趨勢與浮游植物細胞豐度相似; 而以粗根管藻和角毛藻為代表的一類, 雖在整個調查區(qū)幾乎都有, 但其豐度密集區(qū)主要在粵東近岸的S603站位。形成浮游植物細胞豐度分布中的局部高值區(qū); 而鐵氏束毛藻作為單獨的一個類群, 以平均每根藻絲體63個細胞出現(xiàn), 造成浮游植物細胞總豐度較高。

2.4 浮游植物群落物種多樣性分析

群落物種多樣性是衡量群落穩(wěn)定性的重要尺度,單純使用一種指數(shù)來解釋浮游植物群落的多樣性容易造成較大偏差[24], 本文中采用香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)(H’)和 Pielou均勻度指數(shù)(J)進行了綜合分析。浮游植物的香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)值(圖 4a)介于3.165～5.220之間, 平均值4.504。高值區(qū)位于呂宋海峽以西, 最高值出現(xiàn)在 S407站, 該站出現(xiàn)浮游植物60種; 其次在E502a站, 有66種, 這兩個站位的特點是物種數(shù)相對較多, 但優(yōu)勢種不顯著, 各物種的細胞豐度相差不大, 群落結構比較復雜。均勻度指數(shù)值(圖 4b)介于 0.583～0.921之間, 平均值為 0.8096,最高值出現(xiàn)在 S412站位, 最低值在 QD02站位, 總體均勻度分布較為均勻, 表明群落結構中浮游植物豐度間差異并不十分明顯。群落的穩(wěn)定性水平較高。

圖4 南海北部群落多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)的平面分布Fig. 4 Horizontal distribution of phytoplankton community diversity indices in northern South China Sea

以上兩種綜合指數(shù)表明, 調查區(qū)不同海域的群落結構復雜程度和穩(wěn)定性是有差異的。Spatharis等[25]在研究陸源輸出物對愛琴海北部封閉性海灣浮游植物群集的影響時認為, 中等強度的營養(yǎng)鹽輸入是有益于沿海生態(tài)系統(tǒng)的功能發(fā)揮, 表現(xiàn)為不同群體和物種的發(fā)展從而刺激了多樣性發(fā)展。但大量營養(yǎng)鹽輸入會導致個別物種的細胞豐度猛增而多樣性下降,從而影響自然 群體的物種演替。

3 結論

本次調查共鑒定浮游植物 155種, 隸屬于 4門52屬。以硅藻物種最多(為 94種), 其次為甲藻(58種)。浮游植物豐度分布不均勻, 平均細胞豐度為36.46×104個/m3, 呈現(xiàn)近岸區(qū)域高于遠岸區(qū)域的格局。主要優(yōu)勢種屬于硅藻門類, 鐵氏束毛藻細胞豐度明顯高于其他物種, 且出現(xiàn)于所有站位, 成為絕對優(yōu)勢種。

南海北部浮游植物群落結構研究還遠遠不夠,其變化對于了解南海北部生態(tài)環(huán)境及資源狀況, 人類活動及全球氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響有著重要意義。由于此寡營養(yǎng)區(qū)域微型浮游植物(nanophytoplankton, 2～20μm)和 小 型 浮 游 植 物(microphytoplankton, ＞20μm)個體豐度較低, 今后還需加強水采浮游植物的采樣和研究報道。

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Community structure of netz-phytoplankton in northern South China Sea in winter, 2009

MA Wei1, SUN Jun2, TIAN Wei1
(1. College of Marine Life Science, Ocean University of China, Qingdao 266003, China; 2. College of Marine Science and Engineering, Tianjin University of Science and Technology, Tianjin 300457, China)

Oct., 7, 2010

phytoplankton; community structure; northern South China Sea; winter

Based on the cruise in northern South China Sea (SCS) from 6thJanuary to 30th, 2010, we analyzed the characteristics of netz-phytoplankton distribution and community structure in this area. The majority of species ecotype were neritic and cosmopolitan in temperate coastal seas. One hundred and fifty-fie species were identified(including variety and form) belonging to 4 phyla with 52 genera, in which 60.6% were diatoms (38 genera and 94 species) and 37.4% were dinoflagellates (12 genera and 58 species). The average cell abundance of phytoplankton Bacllariophyta or Pyrrophyta was 36.46×104cells/m3, 13.77×104cells/m3or 1.39×104cells/m3, respectively. In addition, the average cell abundance ofTrichodesmium thiebautiiwas 21.30×104cells/m3. It was found that the coastal water of Eastern Guangdong was the area of highest phytoplankton abundance, followed by the Pearl River estuary and the coastal waters southwestward. Phytoplankton abundance decreasing from coastal area to far-shore area, the central area of the northern South China Sea was the area of lowest phytoplankton abundance. The dominant species includedThalassionema nitzschioides,Chaetoceros messanensis,Coscinodiscusspp.,Rhizosolenia robusta, andChaetocerosspp. besidesTrichodesmium thiebautii. The average diversity index (H’) and evenness (J) values were 4.50 and 0.81, respectively. The diversity level of phytoplankton community in survey area was high, the horizontal distribution of diversity index was contrary to phytoplankton cell abundance, with a low area in the inshore area.

Q948.1

A

1000-3096(2011)09-0008-06

2010-10-07;

2011-03-17

國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃項目 (2009CB421202); 中科院知識創(chuàng)新工程重要方向項目(KZCX2-YW-QN205); 國家自然科學基金項目(40776093)

馬威(1986-), 男, 湖北孝感人, 碩士研究生, 主要從事海洋浮游植物研究; 孫軍, 通信作者, 電話： 13953290643, E-mail：phytoplankton@163.com

致謝:本文拖網(wǎng)樣品采集得到何青、張曉東、李欣、張健的幫助, 蔡平河、翟惟東及東方紅II號船長和船員提供采樣支持, 特致謝忱！

梁德海)