徐東會(huì), 周瑞佳, 杜小媛, 王泰森, 劉 瀟, 齊衍萍, 菅瀟揚(yáng), 張清波, 孫蓓蓓, 周 輝
渤海灣秋季浮游動(dòng)物群落特征及影響因素
徐東會(huì)1, 周瑞佳1, 杜小媛1, 王泰森1, 劉 瀟1, 齊衍萍1, 菅瀟揚(yáng)1, 張清波1, 孫蓓蓓1, 周 輝1
(國家海洋局 北海環(huán)境監(jiān)測中心, 山東 青島 266033)
本研究基于2017年秋季在渤海灣海域以淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)采集的浮游動(dòng)物樣品, 分析了浮游動(dòng)物的種類組成、豐度分布和生物多樣性; 通過結(jié)合現(xiàn)場獲取的環(huán)境參數(shù), 探討了環(huán)境因子與浮游動(dòng)物群落特征之間的關(guān)系。結(jié)果如下: 秋季浮游動(dòng)物調(diào)查共鑒定各類浮游動(dòng)物22種、浮游幼蟲6類, 合計(jì)種類數(shù)為28。橈足類為最為優(yōu)勢的類群, 其在浮游動(dòng)物的物種豐富度中占46.4%。渤海灣秋季浮游動(dòng)物的優(yōu)勢種類共5個(gè), 包括中華哲水蚤、小擬哲水蚤、真刺唇角水蚤、近緣大眼水蚤和強(qiáng)壯箭蟲。秋季浮游動(dòng)物平均豐度為86.9 ind./m3, 平均濕重生物量為640.7 mg/m3, 香農(nóng)-威納指數(shù)和物種豐富度指數(shù)分別為1.87和1.08。浮游動(dòng)物豐度與環(huán)境因子間的相關(guān)性分析表明, 秋季影響渤海灣海域浮游動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子組合為鹽度、葉綠素和濁度。與同期歷史數(shù)據(jù)相比, 浮游動(dòng)物的豐度和生物量均有所下降。
渤海灣; 浮游動(dòng)物; 群落結(jié)構(gòu); 環(huán)境因子
渤海灣位于渤海西部, 灣口以河北大清河河口至山東的舊黃河口連線為界。因受黃河和海河的影響, 灣內(nèi)海流存在一個(gè)相對穩(wěn)定的弱環(huán)流系統(tǒng), 而且季節(jié)變化明顯, 由于水動(dòng)力交換較差, 且三面環(huán)陸, 其海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量長期受陸源污染物排放的影響, 這必然會(huì)對渤海海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生顯著的脅迫或控制作用[1]。浮游動(dòng)物是一類游泳能力較弱, 在水中浮游生活的小型動(dòng)物類群。浮游動(dòng)物以浮游植物為食、同時(shí)也是魚類和其他經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的重要餌料, 在食物鏈中起承上啟下的作用[2-3]。
目前, 已有大量關(guān)于渤海海域大尺度的浮游動(dòng)物的種類組成和數(shù)量變動(dòng)的研究[4-7], 同時(shí)針對渤海灣水域浮游動(dòng)物群落特征的研究亦日益增多[1, 8], 但是針對渤海灣浮游動(dòng)物與環(huán)境中多個(gè)生物因子和非生物因子之間關(guān)系的研究仍較為少見[9-10]。本研究利用2017年11月在渤海灣海域開展的海洋調(diào)查所獲得的浮游動(dòng)物資料, 分析了浮游動(dòng)物的種類組成和數(shù)量變化, 對該海域浮游動(dòng)物的生態(tài)特征進(jìn)行研究, 探討了浮游動(dòng)物與環(huán)境因子之間的關(guān)系, 以期為渤海灣海域浮游動(dòng)物的長期變化研究提供基礎(chǔ)資料, 并對該海域的生態(tài)研究和生物資源的合理利用提供科學(xué)依據(jù)。
于2017年11月6—19日, 在渤海灣海域開展浮游動(dòng)物生態(tài)調(diào)查(圖1), 共有33個(gè)站位, 各站位水深的變化范圍在2.0~18.0 m之間, 平均深度為9.1 m。使用淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)進(jìn)行底層到表層垂直拖網(wǎng)的方式采集浮游動(dòng)物樣品, 樣品使用5%福爾馬林海水溶液固定保存, 參照《海洋調(diào)查規(guī)范—海洋生物調(diào)查》(GB12763.6—2007)完成浮游動(dòng)物樣品的處理和分析工作。
在調(diào)查過程中, 均同步進(jìn)行溫度、鹽度、表層葉綠素、濁度、pH、溶解氧、磷酸鹽、硝酸鹽、硅酸鹽等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測。參照《海洋監(jiān)測規(guī)范—海水分析》(GB17378—2007)完成水質(zhì)樣品的采集及分析測定。采用熒光分光光度法測定葉綠素, 濁度計(jì)法測定濁度, pH計(jì)法測定pH, 采用碘量法測定溶解氧, 采用抗壞血酸還原的磷鉬藍(lán)法測定磷酸鹽, 采用鋅-鎘還原法測定硝酸鹽, 采用硅鉬藍(lán)法《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB17378.4—2007)測定硅酸鹽。
圖1 調(diào)查區(qū)域及站位分布
1.2.1 豐度和生物量
根據(jù)每立方米水體中的個(gè)體數(shù)計(jì)算浮游動(dòng)物豐度, 生物量為浮游動(dòng)物固定樣品的濕重, 稱重時(shí)分離去除網(wǎng)采樣品中的夜光蟲。
1.2.2 優(yōu)勢種
浮游動(dòng)物的優(yōu)勢種是根據(jù)每個(gè)種的優(yōu)勢度值()來確定, 以≥0.02的種類作為優(yōu)勢種[11]。
=(S/)×f,(1)
式中,S為第個(gè)物種的個(gè)體數(shù)量,為所有物種的總個(gè)體數(shù),f為第個(gè)物種在各站位出現(xiàn)的頻率。
1.2.3 生物多樣性
采用香農(nóng)-威納指數(shù)()[12]和Margalef′s index ()[13]來表示浮游動(dòng)物的多樣性。依照《海洋監(jiān)測規(guī)范》(GB17378.7—2007)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn), 當(dāng)<1時(shí)為重污染; 當(dāng)=1~2時(shí)為中度污染; 當(dāng)=2~3時(shí)為輕度污染; 當(dāng)=3~4時(shí)為清潔區(qū)域。
香農(nóng)-威納指數(shù)()公式為:
式中,P為樣品中第種的個(gè)體的比例, 如樣品總個(gè)體為, 第種個(gè)體數(shù)為n, 則P=i/。
Margalef′s index()公式為:
=(–1)/log2, (3)
式中,為豐度。
1.2.4 浮游動(dòng)物與環(huán)境因子關(guān)系
浮游動(dòng)物豐度與環(huán)境因子間的關(guān)系[14]是應(yīng)用多元統(tǒng)計(jì)軟件PRIMER V6.1中的BIOENV和RELATE程序來進(jìn)行分析。環(huán)境因子主要包括: 溫度、鹽度、葉綠素、濁度、pH、溶解氧、磷酸鹽、硝酸鹽、硅酸鹽及水深等。
渤海灣秋季水域溫度變化范圍在2.0~11.6 ℃之間, 平均溫度為7.0 ℃, 其水平分布總體表現(xiàn)為由灣南向?yàn)潮敝饾u遞增的趨勢(圖2a); 鹽度變化范圍在29.1~32.0之間, 平均鹽度為31.3, 其水平分布總體表現(xiàn)為由灣西向?yàn)硸|逐漸遞增的趨勢(圖2b); 葉綠素濃度變化范圍在0.5~5.3 μg/L之間, 平均濃度為1.5 μg/L, 其水平分布總體表現(xiàn)為由近岸向?yàn)晨谥饾u遞減的趨勢(圖2c)。
渤海灣秋季水域浮游動(dòng)物調(diào)查共鑒定各類浮游動(dòng)物22種、浮游幼蟲6類, 合計(jì)種類數(shù)為28 (表1)。其中, 浮游動(dòng)物成體分別包括刺胞動(dòng)物1種, 櫛水母1種, 橈足類13種, 等足類1種, 糠蝦類1種, 漣蟲類1種, 端足類1種, 毛顎類1種, 被囊類2種。
圖2 渤海灣環(huán)境因子的平面分布圖
表1 渤海灣水域浮游動(dòng)物種類組成
渤海灣秋季水域浮游動(dòng)物的生態(tài)特征可劃分為如下幾個(gè)類群: (1) 近岸低鹽類群: 該類群適應(yīng)的鹽度較低, 代表種類有半球美螅水母()、真刺唇角水蚤()、太平洋紡錘水蚤()等; (2) 廣溫廣鹽類群: 該類群適溫性強(qiáng), 主要有球型側(cè)腕水母()、中華哲水蚤()、小擬哲水蚤()、背針胸刺水蚤()、近緣大眼水蚤()、強(qiáng)壯箭蟲()等; (3)高溫高鹽類群: 該類群代表種類為小齒海樽()。
渤海灣秋季水域浮游動(dòng)物的優(yōu)勢種類共有5個(gè), 分別為中華哲水蚤(=0.06)、小擬哲水蚤(=0.32)、真刺唇角水蚤(=0.06)、近緣大眼水蚤(=0.02)和強(qiáng)壯箭蟲(=0.31)。渤海灣水域中華哲水蚤的平均豐度為6.1 ind./m3, 其對浮游動(dòng)物總豐度的貢獻(xiàn)率達(dá)到7.0%。豐度最高值出現(xiàn)在調(diào)查水域西部53號站, 豐度值為28.3 ind./m3(圖3a)。渤海灣水域小擬哲水蚤的平均豐度為31.6 ind./m3, 其對浮游動(dòng)物總豐度的貢獻(xiàn)率達(dá)到34.4%。豐度最高值出現(xiàn)在調(diào)查水域西南部17號站, 豐度值為575.0 ind./m3(圖3b)。渤海灣水域真刺唇角水蚤的平均豐度為6.0 ind./m3, 其對浮游動(dòng)物總豐度的貢獻(xiàn)率達(dá)到6.9%。豐度最高值出現(xiàn)在調(diào)查水域西南部15號站, 豐度值為45.0 ind./m3(圖3c)。渤海灣水域近緣大眼水蚤的平均豐度為3.6 ind./m3, 其對浮游動(dòng)物總豐度的貢獻(xiàn)率達(dá)到4.1%。豐度最高值出現(xiàn)在調(diào)查水域西南部17號站, 豐度值為50.0 ind./m3(圖3d)。渤海灣水域強(qiáng)壯箭蟲的平均豐度為28.3 ind./m3, 其對浮游動(dòng)物總豐度的貢獻(xiàn)率達(dá)到32.7%。豐度最高值出現(xiàn)在調(diào)查水域西部53號站, 豐度值為137.0 ind./m3(圖3e)。
渤海灣秋季水域浮游動(dòng)物豐度的平面分布見圖4a。秋季浮游動(dòng)物總豐度平均值為86.9 ind./m3, 總豐度最高值出現(xiàn)在調(diào)查水域西南部17號站(750.0 ind./m3), 豐度最小值出現(xiàn)在調(diào)查水域東北部36號站(10.0 ind./m3)。渤海灣秋季水域浮游動(dòng)物生物量的平面分布見圖4b。秋季浮游動(dòng)物濕重生物量的分布格局與豐度存在略微的差異。平均濕重生物量為640.7 mg/m3, 生物量的最高值出現(xiàn)在調(diào)查水域西南部17號站(7 250.0 mg/m3), 最小值出現(xiàn)在調(diào)查水域東部22號站(30.7 mg/m3)。
圖3 優(yōu)勢種豐度(ind./m3)平面分布圖
圖4 浮游動(dòng)物豐度(ind./m3)和生物量(mg/m3)平面分布
渤海灣秋季水域浮游動(dòng)物香農(nóng)-威納指數(shù)的平面分布見圖5a。秋季浮游動(dòng)物香農(nóng)-威納指數(shù)平均值為1.87, 最高值出現(xiàn)在調(diào)查水域東北部的36號站, 值為2.54; 而最低值出現(xiàn)在該水域西南部的30號站, 值為1.23。渤海灣秋季水域浮游動(dòng)物物種豐富度指數(shù)的平面分布見圖5b。秋季浮游動(dòng)物物種豐富度指數(shù)平均值為1.08, 最高值出現(xiàn)在調(diào)查水域西部的43號站, 值為1.87; 而最低值出現(xiàn)在該水域西南部的15號站, 值為0.42。
圖5 浮游動(dòng)物生物多樣性平面分布
渤海灣秋季水域浮游動(dòng)物與環(huán)境因子間的相關(guān)性系數(shù)見表2。單因子分析結(jié)果顯示, 浮游動(dòng)物豐度與表層鹽度的相關(guān)性最高(<0.01)。雙因子分析結(jié)果顯示, 浮游動(dòng)物豐度與表層鹽度/表層濁度的相關(guān)性最高(<0.01)。三因子分析結(jié)果顯示, 浮游動(dòng)物豐度與表層鹽度/底層鹽度/表層濁度的相關(guān)性最高(< 0.01)。四因子分析結(jié)果顯示, 浮游動(dòng)物豐度與表層鹽度/底層鹽度/表層葉綠素/表層濁度的相關(guān)性最高(<0.01)。五因子分析結(jié)果顯示, 浮游動(dòng)物豐度與表層鹽度/底層鹽度/表層葉綠素/表層濁度/底層濁度的相關(guān)性最高(<0.01)。在所涉及的影響因子中, 秋季對渤海灣水域浮游動(dòng)物分布最重要的影響因子包括: 鹽度、葉綠素和濁度。
表2 浮游動(dòng)物與環(huán)境因子的相關(guān)性
*表示<0.05; ** 表示<0.01
本次渤海灣秋季水域調(diào)查共記錄浮游動(dòng)物22種, 浮游幼蟲6類, 合計(jì)28個(gè)種類。其中, 浮游甲殼動(dòng)物17種, 為絕對優(yōu)勢類群; 其次為被囊類2種和浮游幼蟲6類。1998年秋季渤海中南部海域的大網(wǎng)浮游動(dòng)物樣品共鑒定記錄浮游動(dòng)物46種, 浮游幼蟲13類[15]。范凱和李清雪[16]分析了2003—2004年渤海灣海域四個(gè)季節(jié)的大、中網(wǎng)浮游動(dòng)物樣品, 秋季共記錄浮游動(dòng)物19個(gè)種類。2006—2007年908專項(xiàng)渤海調(diào)查航次的浮游動(dòng)物樣品數(shù)據(jù)顯示, 秋季共鑒定記錄浮游動(dòng)物39種, 浮游幼蟲9類[7]。2013年秋季渤海中部海域的大網(wǎng)浮游動(dòng)物樣品, 共鑒定出浮游動(dòng)物42種, 浮游幼蟲14類[3]。本研究結(jié)果與同期歷史數(shù)據(jù)相比[16], 浮游動(dòng)物成體種類數(shù)有所增加, 浮游幼蟲的種類數(shù)差別不大, 種類組成上仍是以橈足類和水螅水母為主。本研究調(diào)查海域出現(xiàn)了2種典型的暖水種, 平滑真刺水蚤在1和16號站位出現(xiàn), 小齒海樽在43、46、48和51號站位出現(xiàn)。暖水種種類數(shù)量的增加通常是海洋環(huán)境綜合變化的結(jié)果, 并且與許多因素有關(guān), 例如氣候變化、海洋環(huán)流和富營養(yǎng)化。近年來, 在渤海灣的海水溫度逐漸升高, 水溫是影響橈足類等浮游生物生長和增殖的重要環(huán)境因素[9]。水溫的升高促使浮游動(dòng)物的暖水物種更容易通過洋流進(jìn)入渤海灣, 并在較高緯度的渤海灣海區(qū)生長和存活, 在本研究中暖水種的分布與水溫由灣南向?yàn)潮敝饾u遞增的趨勢相一致。
王克等[15]研究表明, 中華哲水蚤、真刺唇角水蚤等橈足類和強(qiáng)壯箭蟲是1998年秋季渤海中南部海域的優(yōu)勢種類。徐東會(huì)等[3]研究表明, 中華哲水蚤、強(qiáng)壯箭蟲等是2013年秋季渤海中部海域的優(yōu)勢類群。本研究結(jié)果與上述報(bào)道相似, 渤海灣秋季水域浮游動(dòng)物的優(yōu)勢種類包括: 中華哲水蚤、小擬哲水蚤、真刺唇角水蚤、近緣大眼水蚤等橈足類和強(qiáng)壯箭蟲。依據(jù)本秋季航次同步調(diào)查的中網(wǎng)浮游動(dòng)物樣品分析數(shù)據(jù)顯示, 夜光蟲()在調(diào)查站位出現(xiàn)的頻率為94%, 且豐度最高值達(dá)到了203 000.0 ind./m3。本研究中渤海灣秋季浮游動(dòng)物總豐度平均值僅為86.9 ind./m3, 與同期渤海海域浮游動(dòng)物總豐度的歷史數(shù)據(jù)相比較低[15-16], 我們認(rèn)為此次調(diào)查浮游動(dòng)物總豐度的下降, 完全是由于夜光蟲的大量分布所導(dǎo)致的。渤海灣秋季水域浮游動(dòng)物的平均濕重生物量為640.7 mg/m3, 本研究結(jié)果與同期歷史資料相比[4, 15-16], 浮游動(dòng)物的豐度和生物量有所下降。
渤海灣水域浮游動(dòng)物香農(nóng)-威納指數(shù)為1.87, 多樣性指數(shù)低于2, 說明, 秋季渤海灣調(diào)查海域處于中等污染狀態(tài)。范凱和李清雪[16]分析了2003—2004年渤海灣海域四個(gè)季節(jié)的大、中網(wǎng)浮游動(dòng)物樣品, 結(jié)合群落結(jié)構(gòu)中浮游動(dòng)物近岸數(shù)量少、遠(yuǎn)岸多, 研究表明渤海灣水質(zhì)已經(jīng)受到嚴(yán)重污染。這主要可能是由于渤海灣本身水動(dòng)力交換能力較差, 且三面環(huán)陸, 位于唐山、天津、滄州和山東省黃河口的半包圍區(qū)域內(nèi), 流入海灣的主要河流包括黃河、海河、薊運(yùn)河和灤河等, 其海洋生態(tài)環(huán)境質(zhì)量長期受陸源污染物排放的影響。隨著國家2019年《渤海綜合治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》的大力實(shí)施, 通過確定開展陸源污染治理行動(dòng)、海域污染治理行動(dòng)、生態(tài)保護(hù)修復(fù)行動(dòng)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范行動(dòng)等四大攻堅(jiān)行動(dòng), 并明確了量化指標(biāo)和完成時(shí)限, 渤?;謴?fù)為昔日的海上糧倉為期不遠(yuǎn)。
浮游動(dòng)物群落的種類組成和分布等特征與溫度、鹽度、葉綠素、濁度、pH、溶解氧、磷酸鹽、硝酸鹽、硅酸鹽等生物因子和非生物因子息息相關(guān)[2-3, 7, 9-10, 17]。位于渤海西部的渤海灣, 灣內(nèi)存在相對穩(wěn)定的弱環(huán)流系統(tǒng), 浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征與其水質(zhì)環(huán)境存在密切關(guān)聯(lián)。渤海灣的海域類型屬于典型的高強(qiáng)度營養(yǎng)鹽輸入和高強(qiáng)度開發(fā)的淺水泥質(zhì)、緩坡生態(tài)系統(tǒng)類型, 且渤海地處溫帶, 季節(jié)變化明顯[1, 16]。秋季, 渤海灣鹽度較高, 渤海水淺, 面積小, 半封閉性較強(qiáng), 水溫易受外界條件的影響, 變化劇烈, 鹽度除河口地區(qū)外, 比較穩(wěn)定和規(guī)則, 因此, 鹽度與溫度是影響渤海浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的兩個(gè)重要因子[16]。針對2006—2007年的908專項(xiàng)調(diào)查中的浮游動(dòng)物數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果顯示, 秋季對中國近海浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)影響較大的環(huán)境因子, 包括水溫、鹽度、水深和pH等[7]。楊璐等[9]通過渤海灣2004—2015年夏季浮游動(dòng)物的監(jiān)測資料, 研究分析了浮游動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)特征變化與環(huán)境因子之間的關(guān)系, 結(jié)果表明渤海灣浮游動(dòng)物的群落變化主要受溫度、鹽度、營養(yǎng)鹽等環(huán)境因子的作用。根據(jù)2015—2016年夏、冬兩季渤海浮游動(dòng)物樣品數(shù)據(jù)的分析結(jié)果表明, 影響浮游動(dòng)物分布的主要環(huán)境因子為鹽度和濁度[10]。本研究結(jié)果與上述文獻(xiàn)資料結(jié)論相似, 秋季對渤海灣水域浮游動(dòng)物分布最重要的影響因素包括: 鹽度、葉綠素和濁度等。本研究中浮游動(dòng)物總豐度和優(yōu)勢種豐度的水平分布均表現(xiàn)為由近岸向?yàn)晨谥饾u遞減的趨勢, 與葉綠素的水平分布的總體趨勢相似。
1) 渤海灣海域秋季浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的組成、分布變化主要受到鹽度、葉綠素和濁度等環(huán)境因子的影響。
2) 秋季浮游動(dòng)物的豐度和生物量與歷史數(shù)據(jù)相比下降。
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Community characteristics and factors influencing zooplan-k-ton in the Bohai Bay during autumn
XU Dong-hui1, ZHOU Rui-jia1, DU Xiao-yuan1, WANG Tai-sen1, LIU Xiao1, QI Yan-ping1, JIAN Xiao-yang1, ZHANG Qing-bo1, Sun Bei-bei1, ZHOU Hui1
(North China Sea Environmental Monitoring Center, MNR, Qingdao 266033, China)
In this study, we analyzed the composition, abundance, and biodiversity of zooplankton based on the samples collected in Bohai Bay during the autumn of the year 2017. The abundance and determining factors were explored with multivariate analysis according to the sampling date and environmental parameters. A total of 28 zooplankton species/taxa (including 6 pelagic larvae) were identified in this survey. Copepods were the most abundant species. The numbers of pelagic copepod accounted for 46.4% of the total species richness.,,,, andwere observed to be the dominant species. Based on the data collected during the autumn season, the average abundance, average biomass, Shannon-Wiener index (′), and Margalef’s index () were calculated at 86.9 ind/m3, 640.7 mg/m3, 1.87, and 1.08, respectively. The abundance along with biomass fluctuated and showed distinct heterogeneity in the Bohai Bay. The correlation analysis demonstrated that the distribution of zooplankton was affected by salinity, chlorophyll a concentration, and turbidity. The abundance and biomass of zooplankton declined in comparison to the data collected in 1991, 2002, and 2007. This research provided fundamental information on the long-term observation of zooplankton ecology in Bohai Bay.
Bohai Bay; zooplankton; community structure; environmental factors
Mar. 18, 2021
[Supported by the National Key Research and Development Program of China, No. 2019YFC1407903]
Q178.1
A
1000-3096(2022)06-0090-09
10.11759/hykx20210318001
2021-03-18;
2021-06-15
國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2019YFC1407903)
徐東會(huì)(1979—), 男, 甘肅武威人, 工程師, 主要從事浮游生物生態(tài)學(xué)研究, 電話: 15865328289, E-mail: lvbaobei@sina.com; 菅瀟揚(yáng)(1989—), 男, 山東昌邑人,通信作者, 工程師, 主要從事海洋環(huán)境監(jiān)測研究, E-mail: 491711662@qq.com
(本文編輯: 康亦兼)