廣西珍珠灣日本鰻草葉片附著卵塊的分布特征*

方 超，邱廣龍，蘇治南

(廣西科學院廣西紅樹林研究中心，廣西紅樹林保護與利用重點實驗室，廣西北海 536000)

0 引言

海草床由大面積的連片海草植物組成，它與珊瑚礁、紅樹林共同構成了三大典型海洋生態(tài)系統(tǒng)[1]。海草床通常位于近海、河口、海灣和潟湖沿岸淺水區(qū)域，其全球分布面積僅約占海洋的0.05%，但卻貢獻了海洋1%的凈初級生產力，具有極高的生態(tài)服務價值[2]。結構復雜的海草床既是大量海洋水生動物的重要育幼場所[3,4]，又是近岸魚類、小型腹足類、多毛類和頭足類等的良好產卵場所[5,6]。兩棲類和海洋無脊椎動物通常將卵粒包被在凝膠狀基質或革質卵囊中，形成卵塊，可以降低早期發(fā)育風險[7-10]。潮間帶海洋生物對產卵基質(Oviposition substrate)的選擇影響卵塊的發(fā)育，大量腹足動物將其凝膠狀的卵塊或者具卵囊的卵塊附著于海草葉片上，例如葡萄螺(Haminoeavesicula)[11]。Dassow和Strathmann[12]發(fā)現，與貝殼和綠藻葉片相比，鰻草(Zosteramarina)葉片上葡萄螺的黏性卵塊數量最高，并且在室外實驗發(fā)現卵塊數量和成體產卵數量均隨著人造鰻草的增加而增加。同時，鰻草顯著影響其葉片附著卵塊的發(fā)育率、孵出的幼體大小和附著卵塊受細菌污染的程度[11]。

廣西北部灣海草床主要分布在北海鐵山港與防城港珍珠灣[13]。日本鰻草是我國分布范圍最廣的海草種類，是中國南方最主要的海草種類之一，也是廣西珍珠灣的優(yōu)勢海草種類[13-15]。目前我國海草床的產卵場功能研究較少，針對廣西珍珠灣海草床產卵育幼方面的研究仍是空白[16]。

本研究通過采集廣西珍珠灣海域日本鰻草葉片附著卵塊(本研究中“卵塊”是指單個包含多個卵粒的凝膠狀或革質卵囊)，分析海草床葉片附著卵塊的季節(jié)變化和分布特征，同時探究日本鰻草總植株密度、地上生物量、平均葉長、單株葉面積等海草群落結構指標對卵塊分布的影響，以期明確葉片附著卵塊與珍珠灣日本鰻草群落結構的關系，為該海域海草床的保護提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

廣西防城港珍珠灣位于北部灣海域，呈漏斗狀，面積94.2 km2。該海灣全年平均氣溫22.5℃，年均降雨量為2 220.5 mm，集中于夏季(6-8月)，是廣西沿海降雨量較豐富的地區(qū)[17]。

日本鰻草是我國分布范圍最廣、生長緯度跨度最大的海草種類，也是廣西珍珠灣的優(yōu)勢海草種類，生長在珍珠灣紅樹林外的廣闊潮間帶[14,15]。2019年12月(冬季)、2020年5月(春季)和7月(夏季)，在珍珠灣日本鰻草(Zosterajaponica)海草床面積較大的斑塊內，隨機均勻設置9個固定采樣點(各采樣點間隔20 m)，每個點采集25 cm×25 cm的所有海草(圖1)。2020年9月后實驗區(qū)日本鰻草群落地上部分衰退消失，故未進行秋季海草葉片附著卵塊采集。

圖1 研究地點位置

將海草組織與附著卵塊的葉片帶回實驗室后，用鑷子把卵塊從葉片上小心地剝離，分放到凍存管中，用5%的甲醛溶液固定[18]。剝離海草葉片附著卵塊時，以其株高的二分之一處為分界點，分別對葉片上部和葉片下部附著的卵塊數量進行計數。同時以游標卡尺測量海草株高、葉鞘長度、葉長、葉寬(精度為0.01 mm)，并將海草組織分地上、地下部分分別置于恒溫干燥箱(101-1-BS型)中，以60℃烘至恒重，以電子天平(BSM220.4型)稱重[13]，最后計算海草群落的結構指標，包括單株葉面積(LAS)、株高(SH)、平均葉長(ALL)、總植株密度(TSD)、最大葉長值(MLL)、平均葉寬(ALW)、最大葉寬(MLW)、地下生物量(BGB)、總生物量(TB)。

1.2 海草葉片附著卵塊的鑒定

目前對小型腹足類繁殖生物學的研究較少[19,20]，因此，在鑒定葉片附著卵的過程中，我們一方面參考已有文獻對卵塊形態(tài)的描述[21-23]，另一方面將海草床內腹足類帶回實驗室進行培育，比較其在室內海草葉片上所產卵塊的形態(tài)與野外采集卵塊的形態(tài)，進而輔助鑒定葉片附著卵塊的種類。具體做法如下：在實驗區(qū)及其周圍采集典型腹足類親體，將海草葉片及腹足類帶回實驗室，按種類區(qū)分把腹足類分放至透明亞克力孵化盒中。培育水溫和采樣海區(qū)水溫保持一致，鹽度約30，pH值約8.0。每個孵化盒內放入適量日本鰻草葉片，每7 d換水一次，換水后飼喂小球藻粉[24]。每天觀察腹足類產卵情況，并對比研究區(qū)采集帶回卵塊的形態(tài)特征，鑒定卵塊的種類。

1.3 數據處理與分析

通過PRIMER6.0軟件對日本鰻草葉片附著卵塊的季節(jié)變化進行多元變量統(tǒng)計分析，以相似性分析檢驗(ANOSIM)比較附著卵塊的季節(jié)和分布位置差異，以相似性百分比分析(SIMPER)對分布差異起重要作用的卵塊種類。采用上述方法，分析海草群落結構的季節(jié)差異，并確定導致海草群落結構差異的主要指標[25]。

在RStudio 1.4.1717集成編程環(huán)境下利用R 4.0.3軟件中自帶stats包的princomp函數，對海草群落結構指標標準化后生成的相關系數矩陣做主成分分析(PCA)。先將前兩個主成分因子作為自變量進行線性回歸分析，再將主成分回歸模型中的主成分因子變量還原為原始變量，分析葉片附著卵塊與海草群落結構的關系[26,27]。結果用平均值±標準誤差表示，顯著性水平設置為P<0.05。使用Origin 2018與Excel 2007軟件對圖表進行繪制。

2 結果與分析

2.1 海草群落結構的季節(jié)變化動態(tài)

總植株密度和地上生物量(干重)的季節(jié)變化趨勢相似，冬季總植株密度低至(1 145±93) shoots/m2，同時地上生物量干重低至(2.79±0.21) g/m2。調查期間地下生物量干重呈增長趨勢，夏季達最大值(27.45±3.68) g/m2(圖2a)，同時地上/地下生物量比值最低至(0.76±0.13)。調查期間，僅春季的地上生物量大于地下生物量，其比值為(1.44±0.14)。類似于總植株密度和地上生物量的變化趨勢，株高與單株葉面積均呈現先增大后減小的變化趨勢。春季的株高和單株葉面積分別達最高值(155.21±5.83) mm和(490.96±25.15) mm2(圖2b)。平均葉長變化趨勢與單株葉面積相似，春季高達(90.81±3.54) mm；而平均葉寬在春季和夏季無明顯差異，分別為(1.59±0.03) mm和(1.64±0.02) mm(圖2c)。

圖2 廣西珍珠灣日本鰻草群落時間動態(tài)

2.2 海草群落結構的季節(jié)變化分析

ANOSIM分析表明，不同季節(jié)的日本鰻草群落結構特征差異極顯著(R=0.840，P=0.001)。其中，冬季和春季海草群落結構差異最大(R=0.095 9，P=0.001)，冬季和夏季差異次之(R=0.868，P=0.001)，春季和夏季差異最小(R=0.704，P=0.001)。

SIMPER分析顯示，冬季和春季海草群落之間差異性主要由單株葉面積、株高、平均葉長、總植株密度和最大葉長引起，累積貢獻率為50.09%。冬季和夏季的差異主要由平均葉寬、最大葉寬、地下生物量、總生物量和總植株密度造成，累積貢獻率為76.20%。春季和夏季的差異主要來源于單株葉片數、最大葉長、平均葉長、株高和單株葉面積，其累積貢獻率為68.12%(表1)。

表1 海草群落主要結構特征SIMPER分析結果

2.3 海草葉片附著卵塊的組成及其季節(jié)變化

本研究的調查站位設置在大片連續(xù)的海草斑塊中央，但是從日本鰻草葉片僅采集到奧萊彩螺(Clithonoualaniensis)和秀麗織紋螺(Nassariusfestivus)的卵塊，均為小型腹足類的卵塊(圖3)。此外，調查期間的鄰近裸灘區(qū)域也未見卵塊分布，同時該區(qū)周圍缺少其他類型的附著基(海藻和牡蠣殼等)，現有的非海草基質上也未發(fā)現附著卵塊。

在冬季(2019年12月)時，秀麗織紋螺卵塊有最高的密度(1 026 ind./m2)，春季密度(191 ind./m2)大幅下降，夏季密度與春季相同；冬季未采集到奧萊彩螺卵塊，但春季密度(209 ind./m2)上升，夏季密度(268 ind./m2)上升放緩。在春季和夏季，葉片同一部位附著的奧萊彩螺卵塊密度約是秀麗織紋螺卵塊密度的2-6倍(圖4)。

(a)奧萊彩螺卵塊Egg masses of Clithon oualaniensis

(b)秀麗織紋螺卵塊Egg masses of Nassarius festivus

圖4 日本鰻草葉片不同部位附著卵塊密度的季節(jié)變化

ANOSIM分析表明，日本鰻草葉片附著卵塊分布的季節(jié)差異極顯著(R=0.239，P=0.001)。雙尾顯著性檢驗顯示，冬季和春季(R=0.261，P=0.003)以及冬季和夏季(R=0.454，P=0.001)葉片附著卵塊的分布差異極顯著。葉片上部和下部的附著卵塊的分布差異也極顯著(R=0.305，P=0.001)。

SIMPER分析顯示，秀麗織紋螺的卵塊引起冬季和春季、冬季和夏季的葉片附著卵塊呈現出分布差異性，貢獻率分別為21.81%和15.87%。而奧萊彩螺的卵塊是引起海草葉片上部和下部附著卵塊呈現分布差異性的主要原因，貢獻率為75.69%。

2.4 附著卵塊與海草群落結構的關系

通過對海草群落結構指標的主成分分析發(fā)現，第一主成分因子的貢獻率達65.75%(表2)。建立奧萊彩螺卵塊密度與兩個主成分因子的回歸方程，結果顯示方程與回歸系數均不顯著，因此奧萊彩螺卵塊密度與海草群落結構指標無明顯相關關系。進一步建立秀麗織紋螺卵塊密度與兩個主成分因子的回歸方程，結果顯示兩個主成分因子回歸系數均非常顯著(P<0.05)(表3)，秀麗織紋螺卵塊密度與兩個主成分顯著相關。同時單株葉面積、地上生物量以及平均葉長等指標對主成分Comp.1影響較大(表2)，并與秀麗織紋螺卵塊密度密切相關。將主成分Comp.1和Comp.2還原為原始變量后所得回歸方程如下：

表2 前2個主成分的特征向量描述

表3 主成分回歸分析結果

y=1482.653-0.176XTSD-7.025XAGB+93.935XA∶B+0.680XALL-462.095XALW+0.018XLAS，

其中，y為秀麗織紋螺卵塊密度(ind./m2)，XTSD為總植株密度(shoots/m2)，XAGB為地上生物量(dry weight g/m2)，XA∶B為地上生物量與地下生物量比值，XALL為平均葉長(mm)，XALW為平均葉寬(mm)，XLAS為單株葉面積(mm2)。

3 討論

海草葉片是魚類和無脊椎動物的重要產卵基和食物來源，對漁業(yè)生產力有積極影響，但海草葉片直接作為產卵基的直接證據并不多見[16]。不同的海草種類的葉片形態(tài)差異較大[28]，不同海洋物種可能會將卵塊附著在不同的海草葉上[16]。Jiang等[16]在海南島黎安崗泰來草葉鞘和廣東省流沙灣卵葉喜鹽草(Halophilaovalis)葉片上分別發(fā)現金環(huán)寶螺(Monetariaannulus)和三線紫胸魚(Stethojulistrilineata)的卵。本研究調查期間，在防城港珍珠灣日本鰻草葉片上僅發(fā)現秀麗織紋螺和奧萊彩螺的卵塊。廣西沿海灘涂頻繁的漁業(yè)活動如挖螺、電蝦等，使得海草床面臨著較高的人類活動干擾[28]，這將導致產卵基可用性的降低。蘇治南等[29]研究發(fā)現，短期內高壓水槍作業(yè)和連片集中式的人工挖掘對海草床和大型底棲動物群落具有較大的負面生態(tài)影響，不僅改變了海草床大型底棲動物的群落結構，也降低了大型底棲動物的多樣性。頻繁的漁業(yè)活動可能影響魚類和無脊椎動物將海草葉片作為附著基進行產卵，導致研究區(qū)不管是產卵動物的種類或數量都較低。

當有競爭者或捕食者存在時，會引起其他海洋動物的行為響應。秀麗織紋螺生活在潮間帶，以雙殼類和魚類等動物尸體為食，憑借其敏感的腹足和觸角，具有較強的競爭能力。奧萊彩螺與秀麗織紋螺附著卵塊的分布差異，表明這兩種腹足類之間可能存在競爭或捕食行為[30,31]，這類似于魚類的生境選擇行為。Schofield[3]研究丑侏蝦虎魚(Microgobiusgulosus)和壯體蝦虎魚(Gobiosomarobustum)的生境選擇。當這兩種蝦虎魚單獨存在時，都傾向于選擇結構復雜的海草微生境；當兩種蝦虎魚同時存在時，由于相互競爭，丑侏蝦虎魚會選擇裸沙微生境，壯體蝦虎魚由于有競爭優(yōu)勢則留在其偏好的海草生境；當將捕食者限制在一個籠子里并放置在海草微生境的中心，發(fā)現60%的壯體蝦虎魚和67%的丑侏蝦虎魚會選擇留在裸沙微生境。這些研究表明，魚類選擇海草還是裸沙，可能只是為了躲避附近的捕食者。因此，海草床及其附近生境動物群落結構及其季節(jié)變化，可能會影響某些動物對海草床的利用，進而影響海草葉片附著卵的分布。

密集或復雜的植物群落結構有利于生物的棲息。研究發(fā)現在切薩皮克灣海草床中的藍蟹(Callinectessapidus)密度隨著鰻草植株密度的增加而增加[32]。然而，動物的覓食能力和存活率等并非總是與棲息地結構復雜性呈正相關關系[33]。例如在加利福尼亞，研究人員通過束縛實驗研究發(fā)現，加利福尼亞的紅蟹(Cancerproductus)幼體存活率與鰻草植株密度呈正相關關系，但與鰻草覆蓋面積以及生物量呈負相關關系[34]。本研究結果表明，秀麗織紋螺卵塊密度與日本鰻草植株密度、地上生物量呈負相關關系，但與單株葉面積、平均葉長呈正相關關系。這可能是因為植株密度過高會阻礙繁殖個體的移動，進而影響它們可移動的產卵范圍[33]。

調查期間，日本鰻草葉片上部和下部的附著卵塊分布存在顯著差異，兩種腹足類都傾向于將卵塊產在植株葉片的下半部分。這與Jiang等[16]在海南島黎安港發(fā)現金環(huán)寶螺(Monetariaannulus)將卵塊產在泰來草(Thalassiahemprichii)葉鞘上的結果類似。潮間帶環(huán)境因子的變化可能會影響卵塊內胚胎的發(fā)育和后代的存活，尤其是紫外線或者極端的鹽度、溫度都會影響卵塊內胚胎發(fā)育[8]。雌性可能傾向于選擇捕食風險低，不易受暴露脅迫的產卵地點，從而保證卵塊在適宜小生境中發(fā)育[7]。此外，研究區(qū)的海草處于潮間帶生境，退潮時(尤其是夏季)海草植株和附生生物易受到干燥和高溫的影響[15]，分布于葉片下部的卵塊由于受到海草葉片的遮蔽以及更接近濕潤的地質，比葉片上部的卵塊受到干燥和高溫的影響相對更小[16]。

4 結論

海草床的產卵場和育幼場功能，對于維持近海物種的多樣性至關重要。本研究表明，廣西珍珠灣日本鰻草葉片附著卵塊的密度具有明顯的季節(jié)變化，冬季卵塊密度顯著高于春季和夏季，并且日本鰻草葉片下部的附著卵塊密度顯著高于上部。同時，海草群落結構影響了葉片附著卵的分布格局。但是，調查期間珍珠灣日本鰻草海草床產卵動物種類較單一，數量較少的原因仍有待進一步研究。