2009年晚春黃海南部浮游植物群落

田 偉,孫 軍

(1.中國(guó)海洋大學(xué) 海洋生命學(xué)院,山東 青島 266003; 2.天津科技大學(xué) 海洋科學(xué)與工程學(xué)院,天津300457)

海洋浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,在物質(zhì)循環(huán)和能量轉(zhuǎn)化過(guò)程中起著重要的作用,此外,在碳循環(huán)和全球氣候變化中也起著重要的作用[1]。對(duì)中國(guó)黃海海域的水文及環(huán)流方面中國(guó)已經(jīng)從30年代就開(kāi)始了大量的研究[2-4],但是對(duì)浮游植物的研究卻僅限于對(duì)拖網(wǎng)采樣的分析[5-6],本文采用Uterm?hl方法對(duì)黃海南部及中部的浮游植物進(jìn)行分析,通過(guò)對(duì)其群落結(jié)構(gòu)組成及分布情況,包括物種組成、細(xì)胞豐度、優(yōu)勢(shì)種組成與分布、多樣性指數(shù)的分布等,以期為黃海南部及中部海域的富營(yíng)養(yǎng)化研究和生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 研究水域

2009年6月21日至2009年6月27日對(duì)南黃海部中部海區(qū)(33oN～36o30′N,121oE～124o30′E)進(jìn)行包括水文、化學(xué)和生物學(xué)的綜合調(diào)查,共設(shè)置大面站位30個(gè)(圖 1)。浮游植物采樣按《海洋調(diào)查規(guī)范》進(jìn)行[7],用12 L Niskin采水器于每個(gè)站位各標(biāo)準(zhǔn)層采集250 mL水樣,裝入聚丙烯瓶中,加入中性福爾馬林進(jìn)行固定,使其終濃度為2%。樣品在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)按Uterm?hl方法進(jìn)行分析,取22.5 mL浮游植物樣品于Hydro-Bios的 Uterm?hl計(jì)數(shù)框,靜置沉降 24 h后,在倒置顯微鏡200或400倍下進(jìn)行物種鑒定與計(jì)數(shù),細(xì)胞豐度的統(tǒng)計(jì)和誤差處理參考孫軍等[8]。

圖1 調(diào)查區(qū)站位Fig.1 Sampling stations

1.2 群落結(jié)構(gòu)多樣性指數(shù)

對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行多樣性指數(shù)和優(yōu)勢(shì)度分析,各指數(shù)如下[9]：物種多樣性指數(shù)的計(jì)算采用香農(nóng)-威納指數(shù)(H′ Shannon-Wiener index)

物種均勻度采用Pielou指數(shù)(J)計(jì)算公式為：

優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y),其計(jì)算公式為：

物種豐富度 Margalef指數(shù)(dMa),其計(jì)算公式為

上式中：N為采集樣品中所有物種的總個(gè)體數(shù),S為樣品中的物種總數(shù),ni為第i種的總個(gè)體數(shù),Pi=ni/N為第i種在樣品中的細(xì)胞豐度概率,fi為該種在各樣品中出現(xiàn)的頻率。

2 結(jié)果與討論

2.1 調(diào)查區(qū)浮游植物物種組成

經(jīng)過(guò)對(duì)本次調(diào)查30個(gè)站位所獲得的131個(gè)浮游植物樣品的初步分析,共發(fā)現(xiàn)浮游植物4門(mén)51屬73種(不包括未定名種),其中硅藻32屬47種(不包括未定名種),占總物種豐富度的 64.3%,甲藻 17屬 24種(不包括未定名種),占總物種豐富度的 32.9%,藍(lán)藻1屬1種,定鞭藻1屬1種。硅藻和甲藻是調(diào)查區(qū)浮游植物的主要組成物種,硅藻在物種組成和細(xì)胞豐度上都占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。在生態(tài)類型上,調(diào)查區(qū)物種以溫帶近岸物種為主,也有少數(shù)大洋種。

調(diào)查區(qū)優(yōu)勢(shì)種見(jiàn)表1。由表1可以看出,2009年6月南黃海部中部海域浮游植物群落的優(yōu)勢(shì)種是具齒原甲藻(Prorocentrum dentatum)、柔弱偽菱形藻(Pseudo-nitzschia delicatissima)、具槽帕拉藻(Paralia sulcata)、菱形藻(Nitzschiasp.)、裸甲藻(Gymnodiniumsp.)、菱形海線藻(Thalassionema nitzschioides)、旋溝藻(Gyrodinium spirale)等。

2.2 浮游植物的細(xì)胞豐度特征

調(diào)查區(qū)浮游植物細(xì)胞豐度介于 0.089×103～1 045.200×103個(gè)/L,平均為 15.941×103個(gè)/L,硅藻細(xì)胞豐度介于 0～247.378×103個(gè)/L,平均為 6.634×103個(gè)/L,甲藻細(xì)胞豐度 0～981.467×103個(gè)/L,平均為9.218×103個(gè)/L,甲藻在細(xì)胞豐度上要高于硅藻。調(diào)查區(qū)浮游植物細(xì)胞豐度與歷史資料的比較如表2,從表 2可以看出,分析水樣的所得細(xì)胞豐度與網(wǎng)樣分析的結(jié)果有一定的差別,這可能是因?yàn)橥暇W(wǎng)會(huì)有部分樣品的丟失,尤其是粒徑小于網(wǎng)孔的浮游植物,以及拖網(wǎng)過(guò)程中傾角的變化也會(huì)影響過(guò)濾水柱體積的計(jì)算等因素[8]。

2.2.1 細(xì)胞豐度的平面分布

表層水體的細(xì)胞豐度如圖 2所示。表層細(xì)胞豐度介于0.089×103～1045.2×103個(gè) /L,平均為15.941×103個(gè)/L。浮游植物細(xì)胞豐度在表層的高值主要位于調(diào)查區(qū)的東南部B7站(圖2a),在物種組成上,由圖2b和圖2c可以得出,是由硅藻和甲藻共同組成的,并且隨著緯度的降低細(xì)胞豐度升高,另外,在調(diào)查區(qū)的北部存在另一個(gè)浮游植物的高值區(qū),主要由硅藻貢獻(xiàn)(圖 2b)。本航次調(diào)查浮游植物細(xì)胞豐度高值區(qū)的分布位置與林金美等[5]6月份的調(diào)查結(jié)果,浮游植物最高值位于33o N,123o 30′E而且優(yōu)勢(shì)物種為甲藻是完全吻合的。

表1 調(diào)查區(qū)浮游植物優(yōu)勢(shì)種Tab.1 Dominant species of phytoplankton in survey area

表2 調(diào)查區(qū)浮游植物豐度和往年資料相比較Tab.2 Comparison of historical data of phytoplankton cell abundance in the survey area

圖2 調(diào)查區(qū)表層水體浮游植物細(xì)胞豐度的平面分布Fig.2 Horizontal distribution of phytoplankton cell abundance in the surface water of the survey area

2.2.2 優(yōu)勢(shì)種細(xì)胞豐度的平面分布

具齒原甲藻在表層的細(xì)胞豐度介于0～129.156×103個(gè)/L,平均為 4.649×103個(gè)/L,主要位于調(diào)查區(qū)南部 34 o以南區(qū)域,與柔弱偽菱形藻的分布基本相似(圖 3a、3b),而具槽帕拉藻主要位于調(diào)查區(qū)的西北部。

圖3 調(diào)查區(qū)表層水體優(yōu)勢(shì)種細(xì)胞豐度(103個(gè)/L)的平面分布Fig.3 Horizontal distribution of phytoplankton dominant species cell abundance (103個(gè)/L) in the surface water of the survey area

2.2.3 細(xì)胞豐度的垂直分布

圖4表征了浮游植物細(xì)胞豐度在垂直方向上的分布特征,浮游植物和甲藻在次表層10 m出現(xiàn)最大值,而硅藻則是最大值位于表層,但是都隨著深度的增加細(xì)胞豐度有所下降。優(yōu)勢(shì)種有不同的垂直分布形式,具齒原甲藻和柔弱偽菱形藻主要分布于表層和10 m層,但是前者在10 m層出現(xiàn)最大值,后者在表層出現(xiàn)最大值,在其他水層則分布很少。由此可見(jiàn),表層的細(xì)胞豐度主要由硅藻貢獻(xiàn),而甲藻尤其是具齒原甲藻則貢獻(xiàn)了10 m層的浮游植物高值。具槽帕拉藻則在30 m層和50 m層出現(xiàn)高值,這與具槽帕拉藻的兩棲的生態(tài)類型也是相關(guān)的。

圖4 調(diào)查區(qū)浮游植物在水層中的垂直分布Fig.4 Vertical distribution of phytoplankton in the survey area

2.3 群落多樣性的平面分布

調(diào)查區(qū)表層水域浮游植物群落的 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)的平面分布如圖 5所示。群落多樣性是表征群落特征和群落穩(wěn)定性的重要參數(shù),根據(jù)以往學(xué)者的研究,不同的指數(shù)具有不同的解釋功能和側(cè)重點(diǎn),單純使用一種多樣性指數(shù)進(jìn)行分析,會(huì)對(duì)多樣性的分析造成偏差[13],本文根據(jù)多樣性指數(shù)對(duì)測(cè)量多樣性的著重點(diǎn)、對(duì)樣本的敏感程度以及使用的廣泛程度等選用 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和 Pielou均勻度指數(shù),對(duì)調(diào)查區(qū)浮游植物樣品分析所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行多樣性分析。

調(diào)查區(qū)表層水域浮游植物群落的 Shannon指數(shù)介于0.793～3.645之間,平均為2.138,高值出現(xiàn)在調(diào)查區(qū)的西南部,而在調(diào)查區(qū)的南部出現(xiàn)低值,尤其是B7站。對(duì)比Shannon指數(shù)的計(jì)算公式和細(xì)胞豐度的平面分布(圖 2a),在細(xì)胞豐度的高值區(qū)多樣性指數(shù)相對(duì)應(yīng)地處于低值區(qū),二者在分布上呈現(xiàn)相嵌的格局。

調(diào)查區(qū)表層水域浮游植物群落的 Pielou均勻度指數(shù)(圖5b)介于0.162～0.758之間,平均為0.765,高值區(qū)為調(diào)查區(qū)中部區(qū)域,在南部海域出現(xiàn)低值。

由圖 5可以看出,調(diào)查區(qū)表層水域浮游植物群落的 Shannon多樣性指數(shù)與 Pielou均勻度指數(shù)的平面分布特點(diǎn)基本一致,即群落多樣性高的區(qū)域物種均勻度也好,而在調(diào)查區(qū)南部區(qū)域有單一物種高豐度出現(xiàn)的區(qū)域,群落多樣性和物種均勻度也相對(duì)較低。

圖5 調(diào)查區(qū)表層浮游植物群落的Shannon多樣性指數(shù)(A)和Pielou均勻度指數(shù)(B)的平面分布Fig.5 Horizontal distributions of Shannon-Wiener diversity index (A) and Pielou evenness index (B) in the surface water of the survey area

3 小結(jié)

2009年夏季黃海南部及中部水域的浮游植物以硅藻為主,其次為甲藻,物種以溫帶近岸種為主,優(yōu)勢(shì)種為具齒原甲藻、柔弱偽菱形藻、具槽帕拉藻、菱形藻、裸甲藻等。調(diào)查區(qū)浮游植物的平均細(xì)胞豐度為 15.941×103個(gè)/L,調(diào)查區(qū)浮游植物細(xì)胞豐度的高值區(qū)位于調(diào)查區(qū)的南部,其中的優(yōu)勢(shì)種分別為柔弱偽菱形藻和具齒原甲藻。浮游植物豐度最大值出現(xiàn)在次表層 10 m層,各優(yōu)勢(shì)種的垂直分布情況不同。調(diào)查區(qū)細(xì)胞豐度高值區(qū)的多樣性水平較低。

該結(jié)果可以為黃海南部及中部海域的資源評(píng)估和有害水華研究提供基礎(chǔ)資料,但此水域的浮游植物的水樣資料還很缺乏,相關(guān)的時(shí)空分布描述性研究還需要進(jìn)一步加強(qiáng)。

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