秦皇島近岸海域夏季小型水母分布特征

徐東會, 齊衍萍, 張炫釗, 杜小媛, 韓龍江, 劉 瀟, 周 輝, 潘玉龍

秦皇島近岸海域夏季小型水母分布特征

徐東會1, 2, 齊衍萍1, 2, 張炫釗1, 2, 杜小媛1, 2, 韓龍江1, 2, 劉 瀟1, 2, 周 輝1, 2, 潘玉龍1, 2

(1. 國家海洋局 北海環境監測中心, 山東 青島 266033; 2. 自然資源部 渤海生態預警與保護修復重點實驗室, 山東 青島 266033)

本研究基于2014—2018年每年8月份, 于秦皇島海域使用淺水Ⅰ型浮游生物網采集的浮游動物樣品數據, 分析了小型水母群落的組成種類和豐度分布特征及環境因子與水母群落特征之間的關系。結果如下: 2014—2018年調查海域共出現小型水母13種, 其中2014、2015和2017年夏季水母種類數均為7種, 2016年夏季水母種類數為6種, 2018年夏季水母種類數最少, 僅為2種。秦皇島近岸水域水母的優勢種包括藪枝螅水母、球型側腕水母和錫蘭和平水母。2016年夏季秦皇島水域水母豐度的平均值最高, 達到了95.0 ind./m3。2014、2015和2018年分別為66.9 ind./m3、69.1 ind./m3和35.4 ind./m3。2017年最低, 為14.9 ind./m3。通過小型水母豐度與環境因子之間的相關性分析, 結果顯示: 溫度、鹽度、pH、磷酸鹽、溶解氧、無機氮、懸浮物等環境因子會對秦皇島夏季水域水母群落結構的年際間變化產生顯著影響。

秦皇島; 小型水母; 群落特征; 環境因子

全球近海生態系統受到氣溫升高、人類活動加劇、漁業資源過度捕撈等壓力的影響, 海洋生態災害頻發。我國渤、黃、東海自20世紀90年代起開始頻發水母災害, 給漁業資源、沿海工業和旅游業等帶來嚴重影響: 2003年黃東海水母暴發導致漁業減產60%; 2013年起, 海月水母旺發連年威脅紅沿河核電站, 甚至造成非計劃停機; 營口、秦皇島、青島等多地海水浴場均發生過水母蟄人致死事件, 水母災害日趨嚴重, 這種現象不僅在海洋中容易觀察到的大型水母(傘徑>2.5 cm)種類中發生, 也發生在不容易觀察到的小型水母(傘徑<2.5 cm)種類中[1-7]。水母暴發受到前所未有的重視, 成為全球性問題。目前, 針對水母生態學價值的研究大多集中在包括缽水母在內的大型水母上, 而對包括水螅水母和櫛水母在內的小型水母的研究較少, 多集中在生物形態特征、分類描述和水平分布等方面[5-9]。

秦皇島地區海洋經濟快速發展, 城市人口日漸增多, 對秦皇島地區的海洋生態環境帶來巨大壓力。該海域海水浴場、海水養殖業眾多且發達, 但近年來頻頻發生的水母暴發對其海洋經濟發展和生態環境帶來巨大壓力。目前, 已有不少關于秦皇島水域水母特征的分析研究, 但主要集中于大型水母的群落特征方面, 迄今少見關于該海域小型水母的專題報道[10-12]。本研究利用2014—2018年每年8月在秦皇島海域開展的海洋調查所獲得的浮游動物資料, 分析了小型水母群落的種類組成和數量變化, 對該海域小型水母的分布特征進行研究, 探討了小型水母群落與環境因子之間的關系, 以期為小型水母暴發研究積累參考資料, 并為秦皇島海域的生態環境保護提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 調查海域及方法

分別于2014年8月6日—18日、2015年8月7日—23日、2016年8月10日—29日、2017年8月9日—26日和2018年8月2日—27日, 使用漁船在秦皇島海域(灤河口-北戴河生態監控區)開展共計24個站位的浮游動物調查(見圖1)。采用標準的浮游生物大網(網口直徑80 cm, 網衣長270 cm, 篩絹孔徑505 μm)由底層到表層垂直拖網的方式采集小型水母樣品, 用5%福爾馬林海水溶液對樣品進行固定后帶回實驗室完成分類鑒定。

圖1 調查區域及站位分布

同步監測了所有調查站位的表層溫度、鹽度、pH、溶解氧、懸浮物、無機氮、磷酸鹽、葉綠素。參照《海洋監測規范—海水分析》(GB17378—2007)完成水質樣品的采集和分析測定。采用pH計法測定pH、碘量法測定溶解氧、重量法測定懸浮物、次溴酸鹽氧化法測定銨鹽、萘乙二胺分光光度法測定亞硝酸鹽、鋅-鎘還原法測定硝酸鹽、抗壞血酸還原的磷鉬藍法測定磷酸鹽、熒光分光光度法《海洋監測規范》(GB17378.4—2007)測定葉綠素。

1.2 數據處理與分析

1.2.1 豐度

根據每立方米水體中的個體數計算小型水母豐度。

1.2.2 優勢種

小型水母的優勢種是根據每個水母種類的優勢度值()來確定, 以≥0.02的種類作為優勢種[13]。

=(n/)×,(1)

式中,n為第種水母的個體數量,為所有種類水母的總個體數,f為第種水母在各站位出現的頻率。

1.2.3 小型水母與環境因子關系

小型水母豐度與環境因子之間的關系[14], 采用多元統計軟件PRIMER V6.1的主成分分析(PCA)、BIOENV和RELATE程序進行分析。環境要素主要包括: 溫度、鹽度、pH、溶解氧、懸浮物、無機氮、磷酸鹽、葉綠素及水深等。通過SPSS v18.0軟件的Kruskal-Wallis H程序對2014—2018年夏季秦皇島水域環境要素的差異性進行檢驗, 采用多元回歸程序對小型水母豐度與浮游動物豐度的相關性進行分析。

2 結果

2.1 環境因子

2014—2018年夏季秦皇島水域表層溫度、鹽度、pH、溶解氧、懸浮物、無機氮、磷酸鹽、葉綠素的年際變化如圖2顯示。秦皇島水域表層溫度變化范圍為25.9～27.8 ℃, 平均溫度為26.9 ℃ (圖2a); 秦皇島水域表層鹽度變化范圍為29.9～ 30.8, 平均鹽度為30.5(圖2b); 秦皇島水域表層pH變化范圍為8.0～8.2, 平均pH為8.0(圖2c); 秦皇島水域表層溶解氧濃度變化范圍為7.3～9.2 mg/L, 平均溶解氧濃度為8.2 mg/L(圖2d); 秦皇島水域表層懸浮物濃度變化范圍為9.8～24.6 mg/L, 平均懸浮物濃度為18.5 mg/L(圖2e); 秦皇島水域表層無機氮濃度變化范圍為0.061～0.171 mg/L, 平均無機氮濃度為0.122 mg/L(圖2f); 秦皇島水域表層磷酸鹽濃度變化范圍為0.002～0.008 mg/L, 平均磷酸鹽濃度為0.006 mg/L(圖2g); 秦皇島水域表層葉綠素濃度變化范圍為3.5～13.5 μg/L, 平均葉綠素濃度為6.8 μg/L (圖2h)。差異性檢驗分析結果顯示: 2014—2018年夏季秦皇島水域, 不同年份間溫度、鹽度、pH、溶解氧、懸浮物、無機氮、磷酸鹽和葉綠素等環境因子差異極顯著(<0.01)。

2014—2018年夏季秦皇島水域環境因子的PCA分析結果表明, 5個年份采樣站位的海水環境存在明顯差異(圖3)。在PCA1方向上, 影響不同年份水母群落的環境因子依次為pH、溶解氧、懸浮物、葉綠素、鹽度、無機氮、磷酸鹽、溫度和水深等。在PCA2方向上, 影響不同年份水母群落的環境因子依次為無機氮、鹽度、磷酸鹽、溫度、水深和葉綠素等。

圖2 2014—2018年夏季秦皇島水域表層環境因子變化

圖3 環境因子PCA排序

2.2 水母種類組成和優勢種

2014—2018年夏季秦皇島水域浮游動物調查共鑒定水母2門, 包括水螅水母12種、櫛水母1種, 合計種類數為13種(表1)。2018年夏季浮游動物總種類數為30種, 水母種類數僅為2種, 在2014—2018年間種類數最少, 占浮游動物總種類數的6.7%; 2014年夏季浮游動物總種類數為33種, 水母種類數為7種, 占浮游動物總種類數的21.2%; 2015年夏季浮游動物總種類數為36種, 水母種類數為7種, 占浮游動物總種類數的19.4%; 2016年夏季浮游動物總種類數為42種, 水母種類數為6種, 占浮游動物總種類數的14.3%; 2017年夏季浮游動物總種類數為36種, 水母種類數為7種, 占浮游動物總種類數的19.4%。

夏季秦皇島水域水母優勢種類包括水螅水母和櫛水母(表1), 其中2014年水母的優勢種包括藪枝螅水母(sp.)和球型側腕水母(); 2015和2016年水母的優勢種均包括錫蘭和平水母()、藪枝螅水母和球型側腕水母; 2017年水母的優勢種包括錫蘭和平水母、藪枝螅水母和球型側腕水母; 2018年水母的優勢種為藪枝螅水母。

2.3 水母豐度及水平分布特征

2014—2018年夏季秦皇島水域浮游動物的總平均豐度為330.7 ind./m3, 水母的平均豐度為56.2 ind./m3, 占浮游動物總平均豐度的17.4%, 其中水螅水母類平均豐度為42.4 ind./m3, 櫛水母類平均豐度為13.8 ind./m3(表1)。圖4結果顯示, 2014—2018年5年間夏季秦皇島水域水母豐度在2014—2016年呈現逐年增長的趨勢, 2017年水母豐度下降明顯, 2018年水母豐度略有增加。2016年夏季秦皇島水域水母的平均豐度最高, 為95.0 ind./m3占浮游動物總豐度(675.1 ind./m3)的14.1%; 2017年夏季秦皇島水域水母的平均豐度最低, 為14.9 ind./m3占浮游動物總豐度(162.4 ind./m3)的9.2%; 2014年夏季秦皇島水域水母豐度為66.9 ind./m3, 占浮游動物總豐度(241.7 ind./m3)的27.68%; 2015年夏季秦皇島水域水母豐度為69.1 ind./m3, 占浮游動物總豐度(293.0 ind./m3)的23.6%; 2018年夏季秦皇島水域水母豐度為35.4 ind./m3, 占浮游動物總豐度(281.4 ind./m3)的12.6%。2014—2018年水螅水母類的數量占絕對優勢, 而櫛水母類的數量表現出明顯的逐年下降趨勢(圖4)。多元回歸分析結果顯示: 2014—2016年, 小型水母豐度與浮游動物豐度極顯著正相關(<0.01); 2017年, 小型水母豐度與浮游動物豐度正相關; 2018年, 小型水母豐度與浮游動物豐度顯著正相關(<0.05)。

圖4 2014—2018年夏季秦皇島水域水母豐度變化

2014—2018年夏季秦皇島水域水母總豐度的平面分布見圖5。2014年夏季秦皇島水域水母總豐度較高, 其平均值為66.9 ind./m3, 總豐度最高值出現在調查水域西南部4號站(359.4 ind./m3)。2015年夏季秦皇島水域水母總豐度較高, 其平均值為69.1 ind./m3, 總豐度最高值出現在調查水域西北部23號站(620.0 ind./m3)。2016年夏季秦皇島水域水母總豐度很高, 其平均值為95.0 ind./m3, 總豐度最高值出現在調查水域西南部1號站(770.0 ind./m3)。2017年夏季秦皇島水域水母總豐度很低, 其平均值為14.9 ind./m3, 總豐度最高值出現在調查水域西南部1號站(118.7 ind./m3)。2018年夏季秦皇島水域水母總豐度較低, 其平均值為35.4 ind./m3, 總豐度最高值出現在調查水域西部12號站(237.5 ind./m3)。2016年夏季秦皇島水域水母總豐度>2015年夏季秦皇島水域水母總豐度>2014年夏季秦皇島水域水母總豐度>2018年夏季秦皇島水域水母總豐度>2017年夏季秦皇島水域水母總豐度。

2.4 水母分布與環境因子

通過BIOENV分析的水母與環境因子間的相關性系數結果見表2。雙因子分析結果顯示, 2014年水母豐度與pH/磷酸鹽的相關性最高(<0.01); 2015年水母豐度與溶解氧/無機氮的相關性最高(<0.01); 2016年水母豐度與磷酸鹽/溫度的相關性最高(<0.01); 2017年水母豐度與無機氮/溫度的相關性最高(<0.01); 2018年水母豐度與懸浮物/溫度的相關性最高(<0.01)。三因子分析結果顯示, 2014年水母豐度與pH/溶解氧/磷酸鹽的相關性最高(<0.01); 2015年水母豐度與溶解氧/無機氮/溫度的相關性最高(<0.01); 2016年水母豐度與鹽度/磷酸鹽/溫度的相關性最高(<0.01); 2017年水母豐度與pH/無機氮/溫度的相關性最高(<0.01); 2018年水母豐度與懸浮物/無機氮/溫度的相關性最高(<0.01)。四因子分析結果顯示, 2014年水母豐度與pH/鹽度/溶解氧/磷酸鹽的相關性最高(<0.01); 2015年水母豐度與溶解氧/懸浮物/無機氮/溫度的相關性最高(<0.01); 2016年水母豐度與鹽度/懸浮物/磷酸鹽/溫度的相關性最高(<0.01); 2017年水母豐度與pH/鹽度/無機氮/溫度的相關性最高(< 0.01); 2018年水母豐度與pH/懸浮物/無機氮/溫度的相關性最高(<0.01)。

圖5 2014—2018年夏季秦皇島水域水母豐度(ind./m3)平面分布

表2 水母與環境因子的相關性

注: *表示<0.05; **表示<0.01

3 討論

秦皇島位于渤海中部西側, 2014—2018年夏季秦皇島水域表層溫度和鹽度的年際變化呈現先升高后下降的趨勢; 表層pH、溶解氧和葉綠素呈現總體上升的趨勢; 表層懸浮物、無機氮呈現總體下降的趨勢; 表層磷酸鹽呈現先下降后上升的趨勢。通過不同年份間環境因子的差異性檢驗, 2014—2018年夏季秦皇島水域, 溫度、鹽度、pH、溶解氧、懸浮物、無機氮、磷酸鹽和葉綠素等環境因子差異極其顯著。

秦皇島水域水母的群落組成特征存在明顯的年際差異, 2014—2018年夏季秦皇島水域共記錄小型水母13種分屬2門, 其中包括12種水螅水母和1種櫛水母, 歷年夏季水母種類數介于6～7種, 但是在2018年夏季水母種類數僅為2種; 2014—2017年夏季秦皇島水域水母的優勢種類均包含藪枝螅水母和球型側腕水母, 而2018年水母的優勢種僅有藪枝螅水母; 歷年夏季水母種類數占浮游動物總種類數的6.7%～21.2%。張萬磊等[11]在2009—2011年進行的秦皇島海域調查中, 對浮游動物的分析和鑒定結果總共記錄了26種小型水母。本研究與其相比, 小型水母的種類數呈現顯著的下降趨勢。

2014—2016年夏季, 秦皇島海域水母豐度呈逐年上升趨勢, 2017年水母豐度顯著下降, 2018年略有上升。秦皇島海域水母豐度在2016年夏季最高, 2017年夏季最低。2014年至2018年, 水螅水母數量占絕對優勢, 而櫛水母數量呈現明顯的逐年下降趨勢。多元回歸分析結果顯示, 2014—2018年, 小型水母豐度與浮游動物豐度正相關。2014—2018年夏季秦皇島水域水母總豐度的平面分布結果顯示, 出現水母豐度最高值的調查站位均位于調查區域的近岸海域。在野外, 水母水螅體多附著在硬質或半硬質的基質上, 例如巖礁、貝殼、牡蠣殼、大型藻類表面、塑料玻璃等人工材料, 實驗表明, 水母水螅體對附著的基質材料有一定的偏好性, 海灣扇貝殼最適合水螅體增殖, 其次海洋中人工材料的增多為水螅體繁殖提供了良好的附著基質[15]。多年來秦皇島海港區和山海關區鄰近海域養殖用海、碼頭、港口、人工島等的建設為水母生長提供了良好的附著基, 這很可能是導致調查區域近岸海域水母豐度較高的重要因素之一。

PCA和RELATE分析結果表明, 2014—2018年夏季秦皇島海域水母豐度與不同環境因子存在顯著相關性。由于不同種類的水母對環境因子的適應性不同, 不同年份水母群落對環境因子的依賴表現也不同。高倩等[16]分析了2002年至2003年在長江口及其附近海域獲得的海洋調查數據。結果表明, 水溫是影響調查海區小型水母總豐度季節變化的主要環境因素, 小型水母豐度與表層溫度呈顯著正相關。同時, 鹽度是影響小型水母平面分布格局的主要環境因子, 與夏季中層鹽度呈正相關。趙亮等[17]研究發現, 夏、秋季水層中18～25 ℃的持續時間越長, 越有利于水螅體足囊萌發和第二年水螅橫裂的補充, 導致第二年沙海蜇數量有增加的趨勢, 而秦皇島海域8月多年來溫度為25～28 ℃, 略高于海月水母和沙海蜇等大型水母的最適生長溫度。研究表明, 營養鹽濃度升高及氮磷比例的改變會導致浮游生物數量的增加, 從而為水母種群的快速擴增提供物質基礎, 而多個種類的水母及其水螅體均可對低氧環境產生較強的耐受性, 這一特性可使其能夠適應多種生境[5]。郗艷娟等[18]對河北省沿海水域的海水理化因子與水母豐度進行了灰色關聯分析。結果表明, 活性磷酸鹽、無機氮、溶解氧、溫度和鹽度是影響河北沿海水母豐度的主要因素。本研究結果與其相似, 秦皇島夏季水域水母群落結構的年際變化主要受溫度、溶解氧、pH值、磷酸鹽、無機氮、懸浮物和鹽度等環境因素的影響。

4 結論

1) 2014—2018年夏季, 秦皇島近岸水域水母的群落組成特征存在明顯的年際差異。在2014—2017年間秦皇島水域水母種類數差異不大且種類組成豐富,而2018年夏季水母種類數最少, 僅有2種。2014—2018年, 秦皇島近岸水域水母的優勢種包括藪枝螅水母、球型側腕水母和錫蘭和平水母。2014—2016年夏季, 秦皇島水域水母豐度呈現逐年增長的趨勢, 而2017年水母豐度顯著下降, 2018年水母豐度略有增加。2016年夏季秦皇島水域水母豐度最高, 2017年夏季秦皇島水域水母豐度最低。2)秦皇島夏季水域水母群落結構的年際變化, 主要受到溫度、溶解氧、pH、磷酸鹽、無機氮、懸浮物、鹽度等環境因子和浮游動物等生物因子的顯著影響。2014年水母豐度與pH、鹽度、溶解氧和磷酸鹽等環境因子的相關性最高; 2015年水母豐度與溶解氧和無機氮等環境因子的相關性最高; 2016年水母豐度與鹽度、懸浮物、磷酸鹽和溫度等環境因子的相關性最高; 2017年水母豐度與無機氮和溫度等環境因子的相關性最高; 2018年水母豐度與懸浮物和溫度等環境因子的相關性最高; 2014—2018年, 水母豐度與生物因子浮游動物豐度均表現為正相關。

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Distribution characteristics of small medusae in the Qinhuang-dao coastal waters during summer

XU Dong-hui1, 2, QI Yan-ping1, 2, ZHANG Xuan-zhao1, 2, DU Xiao-yuan1, 2, HAN Long-jang1, 2, LIU Xiao1, 2, ZHOU Hui1, 2, PAN Yu-long1, 2

(1. North China Sea Environmental Monitoring Center, State Oceanic Administration, Qingdao 266033, China; 2. Key Laboratory of Ecological Prewarning and Protection of Bohai Sea, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266033, China)

In this study, we analyzed the composition, abundance, and distribution characteristics of small medusae based on samples collected in Qinhuangdao coastal waters during the summers of 2014–2018. The abundance of medusae and the factors influencing their abundance were explored in multivariate analyses according to the sampling date and environmental parameters. Fourteen species of small medusae were identified in this survey. The numbers of small medusae species observed during the summers of 2014–2018 were 7, 7, 6, 7, and 2, respectively.sp., andwere the dominant species. In 2014, the average abundance was 66.9 ind./m3. In 2015, the average abundance was 69.1 ind./m3. In 2016, the average abundance was 95.0 ind./m3. In 2017, the average abundance was 14.9 ind./m3. In 2018, the average abundance was 35.4 ind./m3. The abundance of small medusae varied in Qinhuangdao coastal waters. The interannual variation in the primary environmental factors affected the distribution of small medusae. These factors were salinity, dissolved oxygen (DO), pH, and phosphate in 2014. In 2015, they were DO and inorganic nitrogen. In 2016, they were salinity, suspended solids, temperature and phosphate. In 2017, they were temperature and inorganic nitrogen. In 2018, they were temperature and suspended solids. This study provides fundamental information on long-term observations of small medusae ecology in the Qinhuangdao coastal waters.

Qinhuangdao coastal water; small medusae; community structure; environmental factors

Oct. 13, 2021

Q178.1

A

1000-3096(2022)11-0029-09

10.11759/hykx20211013001

2021-10-13;

2022-04-24

國家重點研發計劃項目(2019YFC1407903)

[Supported by the National Key Research and Development Program of China, No. 2019YFC1407903]

徐東會(1979—), 男, 甘肅武威人, 博士, 工程師, 主要從事浮游生物生態學研究, E-mail: lvbaobei@sina.com

(本文編輯: 康亦兼)