黃河口鄰近海域浮游幼蟲群落結(jié)構(gòu)季節(jié)變化

左濤 ，李永濤 ，左明，程兆龍 ，王俊 ，王安東

( 1. 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東 青島 266071；2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點國家實驗室 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實驗室，山東 青島 266237；3. 東營市海洋發(fā)展研究院，山東 東營 257091；4. 山東黃河三角洲國家級自然保護區(qū)管理委員會，山東 東營 257091)

1 引言

浮游幼蟲包括永久性浮游幼蟲以及諸多底棲無脊椎動物和魚類發(fā)育過程所經(jīng)歷的階段性浮游幼蟲。浮游幼蟲是海洋生態(tài)系統(tǒng)中一類復(fù)雜的生態(tài)類群，其類型組成、數(shù)量變動等生態(tài)特征可指示和預(yù)警生物環(huán)境區(qū)域性或長期變化[1-3]及預(yù)測和評估生物資源補充潛力[4]。此外，作為次級消費者—浮游動物主要構(gòu)成部分及諸多底層海洋生物的補充群體，浮游幼蟲還是海洋水層-底層生態(tài)系統(tǒng)耦合的關(guān)鍵聯(lián)接生物類群[2-3,5-7]。在典型河口和海灣等生物繁衍和生長的關(guān)鍵棲息水域，來自底棲和潮間帶等不同生境生物的浮游幼蟲種類極其豐富，且具有季節(jié)性數(shù)量旺發(fā)等特征，因此，相較于永久性的浮游動物類群而言，浮游幼蟲在河口和海灣生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)以及不同生境間物質(zhì)交換中發(fā)揮的作用更為突出[2-3,7-8]。

早在20世紀(jì)70年代末，國內(nèi)學(xué)者即開始關(guān)注浮游幼蟲生態(tài)研究[9]。之后，在東海、南海的中國近海海灣和河口開展了系列研究，如大亞灣[10]、遮浪灣[11]、閩南-臺灣淺灘漁場[12]和南海北部[13]、珠江口[14-15]、北部灣[16]、長江口[17]等。相較而言，在黃河口鄰近海域，浮游幼蟲多是在浮游動物群落結(jié)構(gòu)相關(guān)研究報道[18-22]中被簡單提及，對其專門研究明顯滯后[23-26]。

黃河口鄰近海域位于渤海灣和萊州灣的交界處，生物資源豐富，其中具有典型河口地方性的重要經(jīng)濟魚類和無脊椎動物記錄有50余種[27]，且規(guī)劃了河口生態(tài)國家級海洋特別保護區(qū)和貝類、魚類、沙蠶類等多個物種優(yōu)質(zhì)生物苗源保護地。這些保護物種在生長發(fā)育過程中大多需經(jīng)歷浮游幼蟲階段。海域內(nèi)浮游幼蟲類型多、數(shù)量大，是浮游動物組成的主要生態(tài)類群和季節(jié)性優(yōu)勢種[17-20]。了解和掌握黃河口鄰近海域浮游幼蟲的種類組成和數(shù)量分布對于該水域的生態(tài)保護、資源養(yǎng)護和可持續(xù)發(fā)展增養(yǎng)殖漁業(yè)有重要的意義。

本研究于2019-2020年開展了4個季節(jié)、6個航次的生態(tài)調(diào)查，基于調(diào)查獲得的數(shù)據(jù)，分析了黃河口鄰近海域浮游幼蟲的類群組成和豐度的時空分布，探討了該河口水域浮游幼蟲的群落結(jié)構(gòu)與生境因子的關(guān)系。研究結(jié)果將為評價黃河口鄰近海域生態(tài)環(huán)境健康狀況，進而制定生物多樣性保護與重要生物資源養(yǎng)護相關(guān)政策提供依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 調(diào)查海區(qū)和樣品采集

調(diào) 查 區(qū) 域（37.33°～38.17°N，119.00°～119.75°E）位于萊州灣中西部的環(huán)黃河入?？诟浇?0 m水深以淺水域。自東營港碼頭向南至小清河河口外，布設(shè)20個生物環(huán)境調(diào)查站位（圖1），使用漁船“魯昌漁64756”（船長為23 m，寬為6 m，功率為110 kW），先后于2019年4月、6月、8月、10月及2020年1月、4月開展了6個航次的綜合調(diào)查。

圖1 調(diào)查區(qū)域和站位分布Fig. 1 Study area and stations distribution

按照《海洋調(diào)查規(guī)范 第6部分：海洋生物調(diào)查》（GB/T 12763.6-2007）[28]，在各調(diào)查站位，使用淺水II型浮游生物網(wǎng)由底層至表層垂直拖網(wǎng)采集浮游幼蟲和其他浮游動物；使用淺水III型浮游生物網(wǎng)由底層至表層垂直拖網(wǎng)采集浮游植物；使用采集面積為0.25 m2抓斗式采泥器采集底棲動物；使用多參數(shù)水質(zhì)探測儀（RBR maestro，加拿大）測定水溫、鹽度、水深、pH、葉綠素濃度等水體環(huán)境參數(shù)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

在實驗室內(nèi)對生物樣品進行分類計數(shù)。借鑒鄭重等[29]和蔡國雄[11]的研究方法，對樣品中的浮游幼蟲鑒定到類群。根據(jù)每立方米水體中浮游幼蟲的個數(shù)計算其豐度（A, 單位：ind./m3），計算公式為

式中，n為各站浮游幼蟲計數(shù)個數(shù)；V為采樣濾水體積。

浮游幼蟲的優(yōu)勢類別根據(jù)優(yōu)勢度值確定，優(yōu)勢度（Y）計算公式為

式中，ni為第i類浮游幼蟲的豐度；N為所有浮游幼蟲的總豐度；fi為第i類的出現(xiàn)頻率。若優(yōu)勢度值大于0.02，則該種為優(yōu)勢種。優(yōu)勢種更替率（R）計算公式為

式中，a和b分別為相鄰兩季節(jié)的優(yōu)勢種數(shù)；c為相鄰兩季節(jié)共同的優(yōu)勢種數(shù)。

浮游幼蟲的多樣性采用香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)（H′）[30]指標(biāo)來評價。計算公式為

式中，n為總類群數(shù)；Pi為第i類浮游幼蟲占總該浮游幼蟲總數(shù)量的比例。

應(yīng)用PRIMER6.0軟件包進行浮游幼蟲的群聚結(jié)構(gòu)分析[31]。分析數(shù)據(jù)包括浮游幼蟲豐度、非生物和生物環(huán)境因子參數(shù)。非生物環(huán)境因子數(shù)據(jù)包括同期表層水溫、表層鹽度、pH和黃河入海月徑流量、水深。黃河入海月均徑流量數(shù)據(jù)為利津水文站觀測值（山東黃河網(wǎng)，http://sdb.yrcc.gov.cn/）。生物環(huán)境因子數(shù)據(jù)包括同期各調(diào)查站位采集的底棲動物、浮游植物和浮游動物（不含浮游幼蟲）的豐度。群聚結(jié)構(gòu)分析步驟依次為，首先將生物和非生物數(shù)據(jù)分別經(jīng)對數(shù)和正態(tài)化轉(zhuǎn)化，采用組平均連接的聚類分析（CLUSTER）和多維定標(biāo)排序分析（MDS）確定浮游幼蟲群落季節(jié)（月間）和空間（站位間）群聚結(jié)構(gòu)，通過相似性百分比分析（SIMPER）確定聚類組的代表種，利用相似性分析（One-Way ANOSIM）和多元方差分析（MANOVA）檢驗浮游幼蟲群聚和時空分布差異顯著性，采用生物-環(huán)境聯(lián)系BVSTEP逐步多重回歸分析模塊，明確與浮游幼蟲群聚結(jié)構(gòu)匹配的最佳（最大相關(guān)系數(shù)ρ）環(huán)境因子或組合，其匹配相關(guān)顯著性運用RELATE程序模塊檢驗。

3 結(jié)果

3.1 環(huán)境因子月變化

如圖2所示，海水水溫和黃河入海月徑流量值以8月最高、1月最低，而鹽度、pH以8月最低。浮游植物豐度在夏季8月達峰值，春季4月最低，而浮游動物和底棲動物的豐度分別在春季4月和夏初6月最高，冬季1月最低。上述因子中，水溫與Chla濃度、浮游植物豐度以及月徑流量呈顯著正相關(guān)（p＜0.05）。

圖2 主要環(huán)境因子均值的月變化Fig. 2 Monthly variation of mean value of main environment factor

3.2 多樣性和優(yōu)勢種組成

共鑒定出浮游幼蟲16類，其中環(huán)節(jié)動物門1類、軟體動物門3類、節(jié)肢動物門甲殼類7類、帚蟲動物門1類、棘皮動物門2類以及脊索動物門2類。除無節(jié)幼蟲和橈足幼蟲外，其他類群均屬階段性浮游幼蟲。浮游幼蟲多樣性指數(shù)均值以6月（1.81）和8月（1.44）最高，11月（0.78）和1月（0.72）最低。2019年和2020年兩年的4月H′值相近，為1.01和1.12。多樣性指數(shù)的月間差異顯著（MANOVA，F(xiàn)4, 120=14.25，p＜0.01），站位間差異不顯著（F19, 120=0.95，p=0.52）。

表1顯示，所有調(diào)查月都出現(xiàn)的浮游幼蟲有腹足類幼蟲、雙殼類幼蟲、無節(jié)幼蟲和長尾類幼蟲。其中，無節(jié)幼蟲和雙殼類幼蟲是海區(qū)所有調(diào)查月的優(yōu)勢種。季節(jié)性出現(xiàn)的優(yōu)勢種還有腹足類幼蟲、多毛類幼蟲以及耳狀幼蟲、橈足幼蟲等。優(yōu)勢種更替率以4-6月較高，為0.67，其他相鄰調(diào)查月間優(yōu)勢種更替率僅為0.2～0.33。

表1 黃河口鄰近海域浮游幼蟲及其優(yōu)勢種和優(yōu)勢度Table 1 Dominant taxa and their dominance value of planktonic larvae in the Huanghe River Estuary adjacent waters

3.3 豐度時空分布

總浮游幼蟲豐度月均值為（1 848±1 067）ind./m3，以11月最高，1月最低。無節(jié)幼蟲在4月和1月、雙殼類幼蟲在6-11月為浮游幼蟲總豐度的主要貢獻者（貢獻率大于65%）。主要類群的豐度峰值出現(xiàn)的季節(jié)不同，無節(jié)幼蟲在4月、耳狀幼蟲在6月、腹足類幼蟲在8月、多毛類幼蟲和雙殼類幼蟲在11月的豐度最高（圖3）。

圖3 總浮游幼蟲及主要浮游幼蟲類群的豐度均值Fig. 3 Mean abundance of total planktonic larvae and main planktonic larvae taxa

圖4顯示，總浮游幼蟲豐度高值基本與雙殼類幼蟲和無節(jié)幼蟲豐度高值的時空分布重合；主要類群豐度的月間變化梯度較站位間更為明顯；主要類群的相對高豐度值雖然出現(xiàn)的季節(jié)不同，但其多分布于緊鄰黃河入?？冢?～8號站）和小清河口外、萊州灣中部（14～15號站，19～20號站）站位。

圖4 總浮游幼蟲豐度（ind./m3）及主要類群豐度（ind./m3）的時空分布Fig. 4 Temporal-spatial abundance (ind./m3) distributions of total planktonic larva and major taxa

月間和站位間的多因子方差分析（MANOVA）結(jié)果顯示（表2），浮游幼蟲主要類群的豐度月間差異顯著（p＜0.05），站位間的差異不顯著（p＞0.05）。

表2 黃河口鄰近海域浮游幼蟲及環(huán)境因子多元方差分析統(tǒng)計信息Table 2 Statistical information from MANOVA analysis of planktonic larvae and environmental factors in the Huanghe River Estuary adjacent waters

3.4 群聚結(jié)構(gòu)及其環(huán)境因子關(guān)系

聚類分析結(jié)果顯示，6個調(diào)查月和20個調(diào)查站在70%和88%相似水平下可分為3個聚類組（圖5），兩聚類結(jié)果的多維度排序分析（MDS）的壓力系數(shù)分別為0.01和0.15，均小于0.20，且各聚類組間差異達顯著水平（p＜0.05），該分組達可接受水平。SIMPER分析確定4月（M2）和6-11月（M3）聚類組的代表類群（累積貢獻率大于50%）分別是無節(jié)幼蟲和雙殼幼蟲。1月聚類組（M1）中浮游幼蟲類群少，以無節(jié)幼蟲豐度較高。3個站位聚類組代表類群都為雙殼類幼蟲和無節(jié)幼蟲，且其組成站位地理分布交錯。月間和站位間的兩因子交叉相似性分析（two-way crossed ANOSIM）顯示，浮游幼蟲群聚組成的月間差異顯著（ρ=0.188，p=0.001），站位間差異不顯著（ρ=0.029，p=0.149）。

圖5 浮游幼蟲豐度聚類分析Fig. 5 Cluster analysis of planktonic larva based on the abundance among months and stations

生物-環(huán)境關(guān)系分析顯示，與浮游幼蟲群聚結(jié)構(gòu)匹配的最佳環(huán)境因子組合為水溫和浮游動物豐度，相關(guān)性檢驗達顯著水平；對浮游幼蟲站位群聚結(jié)構(gòu)差異影響最大的環(huán)境因子組合為pH、浮游動物豐度，但其相關(guān)性未達顯著水平（表3）。

主要浮游幼蟲類群中，以無節(jié)幼蟲的高密區(qū)（豐度大于103ind./m3）的水溫最低（10～15℃），其平均分布溫度為13.8℃；腹足類幼蟲的高密區(qū)（豐度大于103ind./m3）對應(yīng)水溫最高（＞20℃），其平均分布溫度為22.3℃。雙殼類幼蟲和多毛類幼蟲的高密區(qū)（豐度大于103ind./m3）對應(yīng)的水溫均大于10℃，其平均分布溫度接近，分別為21.3℃和20.2℃，但是雙殼類幼蟲的極高密區(qū)（豐度大于5×103ind./m3）的水溫為15℃左右（圖6）。

圖6 主要浮游幼蟲類群的豐度與水溫和鹽度的相對分布Fig. 6 Relative distributions of the main planktonic larvae taxa abundance with water temperature and salinity

4 討論

本研究結(jié)果表明，黃河口鄰近海域浮游幼蟲的豐度、多樣性以夏、春季較高，秋、冬季較低，群聚結(jié)構(gòu)季節(jié)變化明顯，這些特征與該海域的浮游動物群落時空變化特征相似[18,20]。研究水域內(nèi)，無節(jié)幼蟲和雙殼類幼蟲數(shù)量最多，是各季節(jié)的優(yōu)勢類群，多毛類幼蟲和腹足類幼蟲是夏季的優(yōu)勢類群。這些幼蟲亦是2010年9月調(diào)查中浮游動物優(yōu)勢種類[21]。研究表明，與閩南-臺灣淺灘[12]和北部灣[16]等類似，底棲動物的階段性浮游幼蟲是黃河口近海浮游幼蟲類群組成的主要部分，其豐度在浮游幼蟲的豐度組成中亦占有相當(dāng)大的比例。黃河口及其鄰近海域浮游幼蟲主要類群組成季節(jié)性變化特點可能與底棲動物的生殖周期和分布有關(guān)[15,29]。底棲動物往往呈季節(jié)性的集中產(chǎn)卵，其浮游幼蟲周期變化很大（從數(shù)小時到數(shù)周或月）[32]，遇到對它生存有利的底質(zhì)時，會在很短時間內(nèi)完成變態(tài)實現(xiàn)附著，浮游幼蟲數(shù)量急劇降低，因此，浮游幼蟲類群種類組成表現(xiàn)出明顯的周期性和季節(jié)更替[4,10]現(xiàn)象。

本研究顯示，水溫是對浮游幼蟲的聚集結(jié)構(gòu)具有顯著影響的環(huán)境因子。一般認為，水溫和餌料生物旺發(fā)是觸發(fā)底棲動物產(chǎn)卵和幼蟲豐度峰值出現(xiàn)的重要因素[7,33]。在水溫較高、餌料較多的春、夏、秋3季，底棲動物成體繁殖較快，幼蟲的種類和數(shù)量隨之增多。反之，在水溫較低，餌料較少的冬季，成體停止繁殖或繁殖很慢，幼蟲的種類和數(shù)量勢必大大減少[32]。溫度是控制雙殼類生殖期時間的主要因素[34-35]，研究區(qū)的雙殼類和腹足類幼蟲平均分布水溫較高（＞21℃）。此外，河口陸地徑流量、鹽度、潮汐、海洋等水文分布也是影響浮游幼蟲分布的重要因素[33,36-39]，如表3所示，雖然月徑流量和浮游植物未被列入最佳影響因子組合中，但它們與浮游幼蟲的月群集結(jié)構(gòu)間具有較高的相關(guān)系數(shù)，而春季無節(jié)幼體豐度激增，可能與初級生產(chǎn)增加相關(guān)[7]。

表3 環(huán)境因子及其最佳匹配組合與浮游幼蟲群聚結(jié)構(gòu)的Weighted Spearman 等級相關(guān)系數(shù)Table 3 Weighted Spearman rank correlation coefficient for environmental factors and their best combinations with the planktonic larvae assemblage structure

本文的研究結(jié)果顯示，包括雙殼類幼蟲和腹足類幼蟲等在內(nèi)的貝類幼蟲是海區(qū)內(nèi)浮游幼蟲優(yōu)勢類群，特別是雙殼類幼體在黃河口鄰近海域分布廣泛，全年都有出現(xiàn)，且是各季節(jié)的優(yōu)勢類群。在2012-2013年的周年調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，雙殼類幼蟲豐度值高，是春、秋季黃河口海域浮游動物的優(yōu)勢種[20]。圖4顯示，在6月、8月和11月，調(diào)查區(qū)內(nèi)出現(xiàn)多個雙殼類幼蟲豐度大于1 000 ind./m3的高密區(qū)，特別是在11月，有些站位的豐度大于104ind./m3。在2010年9月的調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)，雙殼類的浮游幼蟲是除夜光蟲（Noctiluca scintillans）外，數(shù)量密度最高的浮游動物類群，其豐度達3 485 ind./m3[21]。海區(qū)內(nèi)貝類幼蟲分布廣、數(shù)量多與黃河口鄰近海域有豐富的貝類資源密切相關(guān)。黃河口有綿延廣闊的泥沙質(zhì)灘涂，為眾多貝類提供了優(yōu)越的棲息繁殖場所，分布于黃河口灘涂的貝類資源生物達40余種[27]。本研究結(jié)果表明，黃河口鄰近海域雙殼類和腹足類幼蟲豐度季節(jié)變化明顯，以夏、秋季居多，在空間上則呈明顯的斑塊分布，高豐度集中分布于緊鄰黃河口入?？?、小清河口及萊州灣等區(qū)域（圖4）。上述雙殼類和腹足類幼蟲數(shù)量的時空分布特點可能與黃河口不同貝類成體的生活空間具有區(qū)域界限、生殖期具有季節(jié)差異有關(guān)。海區(qū)內(nèi)多個貝類優(yōu)勢種中，光滑籃蛤（Potamocorbula laevis）、脈紅螺（Rapana venosa）、西施貽貝（Coelomactra antiquata）和菲律賓蛤仔（Ruditapes philippinarum）等的棲息密度亦以夏、秋季居多；四角蛤蜊（Mactra veneriformis）、文蛤（Meretrix meretrix）等以夏、冬季居多，彩虹明櫻蛤（Moerella iridescens）和紅明櫻蛤（Moerella rutila）以春季居多[27]。

浮游幼蟲涉及的生物門類廣，同種浮游幼蟲隨發(fā)育期和環(huán)境變化而形態(tài)各異，同屬種類的幼蟲高度相似，因此，從形態(tài)學(xué)角度進行浮游幼蟲物種水平上的分類鑒定較為困難。本研究僅對樣品中各浮游幼蟲鑒定到類別，結(jié)果并不能完全反映黃河口鄰近海域浮游幼蟲的多樣性和物種豐富度水平。近年來，已證實基于已有的生物分子序列信息，利用分子生物學(xué)高通量測序、DNA條形碼等技術(shù)可從類屬、物種水平區(qū)分和鑒定浮游幼蟲種類[39-41]。當(dāng)前，黃河口鄰近海域的浮游生物和底棲生物的分子生物學(xué)本底信息比較缺乏。因此，進一步研究工作中，應(yīng)結(jié)合形態(tài)學(xué)和分子測序技術(shù)，發(fā)展和構(gòu)建相關(guān)的種類比對信息數(shù)據(jù)庫，提高浮游幼蟲的種類鑒定水平，為細致刻畫黃河口鄰近海域浮游幼蟲群落時空分布格局提供技術(shù)支撐，提高對黃河口生態(tài)系統(tǒng)中浮游幼蟲生態(tài)功能作用的認識。