三亞周邊海域泰來草形態、生長特征及其與環境營養元素含量的關系

趙牧秋,王 慧,王 帥,母 羅,符杰麗,張 權,韓秋影,史云峰

(海南熱帶海洋學院 生態環境學院,海南 三亞572022)

0 引言

海草是全球唯一可以完全生活在海水中的高等植物[1].盡管海草的分布面積不足海洋總面積的0.2%,但它是彌足珍貴的“海底森林”,具有重要的生態系統服務功能:可減緩海水流速穩固底質,吸收污染物凈化海水水質,為近海海洋生物提供食物來源及棲息場所,同時具有重要的碳匯功能[2].海草植株由葉片、地下莖(水平根狀莖和垂直莖)和根構成,通常把葉片和垂直莖合稱莖枝[3].近岸海草床的生物量平均達到460 g·m-2,約占海洋植物總生物量的1%;海草初級生產力種間差異很大,平均為2.7 g·m-2·d-1,與熱帶草原的生產力相當[4].

三亞周圍眾多的潟湖、港灣、河口等適宜環境,為海草的生長繁衍提供了優越條件,并在周邊海域形成以泰來草(Thalassiahemprichii)為優勢種的數量眾多的海草床.但由于近幾十年來近海海洋工程和旅游業的發展、漁業活動的加強以及入海污染物增多,海草床面臨的形勢也越來越嚴峻[11].三亞周邊海域的海草床主要分布于珊瑚礁坪內側沿岸港灣潮間帶的低潮帶至潮下帶上部4 m水深范圍[12],由于沉積物為以鈣質珊瑚砂為主的碳酸鹽,營養物質比較匱乏,尤其缺乏P、Fe等營養元素;同時,有機物的輸入導致沉積物中硫化物含量升高,進一步加劇了環境營養要素對海草生長及發育的脅迫作用.

因此,本研究的主要目的是了解三亞周邊優勢海草泰來草的形態、生長特征及其生存環境的主要營養元素含量,并分析二者的相互關系,以期為三亞海草床的保護和恢復提供參考依據.

1 材料與方法

1.1 研究區域與研究方法

筆者在三亞周邊海域選擇5處以泰來草為優勢種的海草床(圖1),分別為西島海草區(XD)、情人灣海草區(QRW)、鹿回頭海草區(LHT)、小東海海草區(XDH)和后海海草區(HH).由于同一海草床內核心區、邊緣區與草斑區海草的生長狀況和營養水平通常存在差異,故將后海海草區進一步劃分為核心區(HH-C)、邊緣區(HH-E)和草斑區(HH-P).

2019年9—10月,筆者選擇大潮低潮時段進行樣品采集.在每個海草分布區內隨機拋出5個30 cm×30 cm的樣方(間隔3 m以上),將樣方內的泰來草連同地下根系一同挖出,用海水沖洗干凈后帶回實驗室做進一步測量.同時在取樣點周圍0.5 m半徑范圍內采集海水和沉積物間隙水樣帶回實驗室用于營養元素含量分析.泰來草樣品帶回實驗室后,分別測定株高、葉寬、單株葉片數、根莖直徑、莖枝間距、根長、莖枝對應根數等形態指標(每樣方隨機測定3組數據),并統計莖枝密度和根尖密度.其后,用干凈的刀片將附著在海草葉片的藻類等海洋生物和雜質刮除,將樣品分成地上和地下兩部分,于60 ℃烘干至恒重后分別測定其地上部生物量和地下部生物量.

同時,在采樣點周圍(0.5 m半徑范圍以內)選擇健康海草植株,用針孔標記法[3]測定泰來草的地上部生產力,海草生長期為5 d.

圖1 三亞周邊海域泰來草取樣位置

1.2 水樣分析與數據處理

應用Excel 2010及SPSS 22.0進行統計分析;采用One-Way ANOVA比較泰來草形態、生長指標以及海水、間隙水營養元素含量的差異;采用Pearson法對海草形態、生長指標與海水、間隙水營養元素含量進行相關分析.

2 結果與分析

2.1 泰來草形態及生長指標

泰來草莖枝形態及生長指標如表1所示.各采樣區泰來草株高分布在10.5～16.4 cm范圍,以后海核心區和邊緣區為最高,后海草斑區和西島次之,情人灣、鹿回頭和小東海的泰來草較矮;各采樣區泰來草葉寬介于0.74～0.81 cm,總體差距不大;單株葉片數為3.4～4.8,后海、小東海和西島單株葉片較多,情人灣和鹿回頭較少;不同海草區泰來草莖枝密度差異較為顯著,總體呈現小東海>西島>鹿回頭>情人灣≈后海,在后海則呈現核心區>邊緣區>草斑區.

表1 三亞周邊海域泰來草部分形態及生長指標

注:同一行數據后的不同字母代表各采樣區的泰來草存在顯著差異(P<0.05),下同.

不同海草分布區泰來草根莖直徑和莖枝間距范圍分別為0.31～0.35 cm和4.60～5.84 cm,且差異較小(表1).海草根尖是根莖延伸的生長點,其密度以情人灣最高,鹿回頭和小東海次之,西島和后海較低.泰來草根長分布范圍為2.24～3.86 cm,以西島、情人灣和鹿回頭海草區根長較長,后海海草區根長較短;莖枝對應根數最多7.4條(HH-P),最少4.2條(XD).

本次調查的各泰來草分布區生物量及生產力情況如圖2所示.由圖2可知,西島泰來草地上生物量最高,為109.1 g·m-2;鹿回頭、小東海和情人灣依次降低,分別為80.8、79.4和62.4 g·m-2;后海泰來草的地上生物量按核心、邊緣、草斑的順序依次降低,分別為93.8、59.1、38.3 g·m-2.泰來草的地下生物量以情人灣最高,達到312.1g·m-2;后海草斑區(HH-P)最低,僅70.2 g·m-2;其他分布區介于102.3～172.5 g·m-2范圍.各區海草總生物量(地上生物量+地下生物量)介于108.4(HH-P)～374.5(QRW) g·m-2范圍,地下生物量/地上生物量介于1.16(XD)～5.00(QRW)之間.

圖2 三亞周邊海域泰來草生物量和地上生產力

后海泰來草具有最高的生產力,平均達到3.54 g·m-2·d-1,且核心區、邊緣區和草斑區差異不顯著;情人灣、小東海和鹿回頭海草生產力居中且無顯著性差異;西島泰來草生產力最低,為2.60 g·m-2·d-1.

2.2 海草床環境營養元素含量

表2 三亞周邊海域泰來草分布區海水和沉積物間隙水營養元素含量

表2(續)

2.3 泰來草形態、生長指標與環境營養元素含量之間的相互關系

表3 三亞周邊海域泰來草形態、生長指標與環境營養元素含量的相關系數

表3(續)

注:*代表顯著相關(P<0.05),**代表極顯著相關(P<0.01),下同.

圖3 三亞周邊海域泰來草株高(A、B)和地上生產力(C、D)與部分環境營養元素含量的相關性分析

3 討論

Fe元素是植物生長及代謝必不可少的營養元素[17].有學者認為在熱帶海區,由于Fe易被碳酸鹽底質所束縛導致其有效性極地,可能成為海草生長的限制因素[18].本研究發現泰來草地上生產力與沉積物間隙水Fe含量存在極顯著(P<0.01)的正相關關系,說明Fe的含量極有可能是三亞周邊海區海草生長的限制因子,而沉積物間隙水是海草Fe元素重要的供給源.Whelan等[19]和Xu等[9]60認為泰來草主要是通過海水而不是沉積物吸收Fe元素,而本研究并未發現泰來草的形態或生長指標與海水Fe含量存在顯著相關關系.

盡管沉積物硫化物是海草S營養的主要來源[20],但已有大量研究表明,沉積物中硫化物的積累是導致海草床退化的重要誘因[21-22].本研究結果表明,三亞周邊海域泰來草的生產力與沉積物硫化物含量呈極顯著(P<0.01)負相關關系,這也再次證實海草床硫化物含量的增加可降低海草的生產能力,并可能最終導致海草床的衰退.