2009年夏季南海北部的浮游植物群落

李 欣, 孫 軍, 田 偉, 汪 岷

(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)

浮游植物作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者, 在物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用, 同時(shí)也在改變碳通量、云反照率、海水光通量和熱通量上發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。南海作為中國(guó)最大的邊緣海, 地處熱帶與亞熱帶之間, 沿岸江河密布, 陸源營(yíng)養(yǎng)豐富, 南海的浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征由于近海環(huán)境的變化而處于動(dòng)態(tài)變化中。建國(guó)后, 對(duì)南海的浮游植物群落結(jié)構(gòu)的調(diào)查比較多[2-7], 但是要獲得南海北部整個(gè)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的年際變化, 僅憑先前的調(diào)查還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。本文結(jié)合之前的調(diào)查結(jié)果, 對(duì)夏季南海浮游植物群落的結(jié)構(gòu)特征做了初步分析, 以期為南海相關(guān)研究工作提供基礎(chǔ)資料。

1 材料和方法

1.1 站位設(shè)置及采樣方法

此次調(diào)查(2009年 8月 12～24日)在南海北部(18°～22°N, 110°～117°E)水域共布設(shè) 22 個(gè)采水站位,其中, 從S1～8和S2～9向外海方向站位水深超過(guò)200 m,其他站位水深均在200 m以淺。兩個(gè)典型斷面S1和S2 (圖1), 取水樣116個(gè)。

1.2 樣品分析方法

根據(jù)各觀測(cè)站的水深, 按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[8],于標(biāo)準(zhǔn)層(0, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 m)各取水樣1L, 并用中性福爾馬林溶液固定, 終濃度為 2%。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi), 用 Uterm?hl方法進(jìn)行分析, 取100 mL樣品于Hydro-bios的Uterm?hl計(jì)數(shù)框內(nèi), 靜置24 h, AO倒置顯微鏡200倍或400倍下進(jìn)行浮游植物物種鑒定和計(jì)數(shù)[9-11]。

圖1 南海浮游植物采樣站位圖Fig. 1 Sampling stations

1.3 浮游植物群落結(jié)構(gòu)分析

對(duì)調(diào)查區(qū)域的浮游植物群落結(jié)構(gòu)多樣性進(jìn)行分析, 各指數(shù)分別如下[11]:

物種多樣性指數(shù)采用香農(nóng)-威納指數(shù)(Shannon-Wiener index):

物種均勻度采用Pielou均勻度指數(shù):

優(yōu)勢(shì)度(Y)計(jì)算公式:

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

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游植物物種組成

本文對(duì)南海水域(18°～22°N, 110°～117°E)浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行初步分析, 共鑒定5門(mén)60屬109種,硅藻43屬76種(未定種16種)占所有物種的69.7%,甲藻 12屬27種(未定種 4種)占所有物種的24.8%,藍(lán)藻2屬2種, 綠藻2屬3種, 金藻1屬1種, 浮游植物細(xì)胞豐度介于 0.009×103個(gè)/L到 249.930×103個(gè)/L之間, 平均8.197×103個(gè)/L。調(diào)查區(qū)的優(yōu)勢(shì)種多為硅藻, 如柔弱偽菱形藻Pseudo-nitzschia delicatissma, 菱形海線藻Thalassionema nitzschioides, 顆粒直鏈藻Melosira grannulata, 尖刺偽菱形藻Pseudo-nitzschia pungens, 矮小短棘藻Detonula pumila, 原多甲藻Protoperidiniumsp., 冰河擬星桿藻Asterionopsis glacialis。各優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)頻率和優(yōu)勢(shì)度見(jiàn)表1。

表1 2009年夏季調(diào)查區(qū)浮游植物優(yōu)勢(shì)種*Tab. 1 Phytoplankton dominant species in the survey area in summer of 2009

2.2 調(diào)查區(qū)表層溫鹽的分布

調(diào)查區(qū)表層溫度在近岸表層水溫較高, 而在外部海區(qū)溫度降低(圖2)。盡管陸源淡水會(huì)對(duì)南海水體表層水溫造成影響, 然而夏季南海北部表層水體由于受太陽(yáng)輻射整體升溫, 表層水溫相對(duì)穩(wěn)定[12]。表層鹽度受陸源淡水影響較為顯著, 近岸表層鹽度較低,沿著沖淡水的方向逐漸增大。

圖2 調(diào)查區(qū)表層溫度(℃)和鹽度分布Fig. 2 Horizontal distribution of temperature (℃)and salinity in the surface water

2.3 調(diào)查區(qū)細(xì)胞豐度的分布

2.3.1 浮游植物細(xì)胞豐度的表層分布

調(diào)查區(qū)表層細(xì)胞平均豐度為 45.252×103個(gè)/L,浮游植物細(xì)胞豐度在水平方向上由近岸向外海遞減,硅藻和甲藻的平面分布也表現(xiàn)出了相似的結(jié)果(圖3),從硅藻和甲藻細(xì)胞豐度的水平分布來(lái)看, 在S1斷面的近岸站位硅藻的豐度較高, 而甲藻在S2斷面的近岸站位表現(xiàn)出豐度高值區(qū), 另外藍(lán)藻門(mén)的鐵氏束毛藻在外海有較高的豐度, 這與以往的研究結(jié)果一致,其豐度高值區(qū)一般分布在外海的貧營(yíng)養(yǎng)鹽海域[2-4]。

圖3 調(diào)查區(qū)表層浮游植物細(xì)胞豐度(103個(gè)/L)分布Fig. 3 The distribution of phytoplankton cell abundance (103cell/L)

2.3.2 浮游植物細(xì)胞豐度的垂直分布

對(duì)南海北部海域的斷面S1和S2做斷面圖(圖4)來(lái)表征該區(qū)域的浮游植物垂直分布特征, 斷面S1浮游植物豐度隨水深的增加而下降, 在離岸方向上,由珠江口向外海細(xì)胞豐度逐漸降低, 整體上浮游植物主要分布在50 m以淺水域。斷面S2浮游植物豐度總體特征與斷面S1相似, 由近岸向外海逐漸降低,但是在斷面的最外端出現(xiàn)細(xì)胞豐度的另一個(gè)高值。

浮游植物細(xì)胞豐度在垂直方向上, 高值區(qū)位于近岸鹽度相對(duì)較低的水域, 而與溫度關(guān)系分布不是很明顯。南海夏季表層水體受太陽(yáng)輻射而整體升溫,造成層化現(xiàn)象明顯, 水體較穩(wěn)定[12]。

圖4 調(diào)查區(qū)斷面浮游植物細(xì)胞豐度(103個(gè)/L)、溫度(℃)和鹽度的分布a. S-1浮游植物; b. S-1硅藻;c.S-1甲藻; d. S-1溫度(℃); e. S-1鹽度; f. S-2浮游植物; g. S-2硅藻; h .S-2甲藻; i. S-2溫度(℃); j. S-2鹽度Fig. 4 The vertical distribution of phytoplankton cell abundance (103cell/L), temperature (℃)and salinitya. phytoplankton of S-1; b.diatom of S-1; c. dinoflagellates of S-1; d. f temperature of S-1(℃); e. salinity of S-1; f. phytoplankton of S-2;g.diatom of S-2; h. dinoflagellates of S-2; i. temperature of S-2(℃); j. salinity of S-2)

2.4 歷史資料比較

調(diào)查區(qū)浮游植物細(xì)胞豐度與歷史資料的對(duì)比如表2所示, 與 2004年同期調(diào)查結(jié)果相比, 平均細(xì)胞豐度明顯降低, 本次調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)層平均細(xì)胞豐度為8.197×103個(gè)/L, 表層為 45.252×103個(gè)/L, 而 2004 年同期調(diào)查結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)層和表層的平均細(xì)胞豐度分別為115.000×103個(gè)/L和387.000×103個(gè)/L, 浮游植物的表層分布與1999年相比也明顯降低, 但較1998年的調(diào)查結(jié)果略有增加, 這可能是由于分析方法和調(diào)查區(qū)域的不同以及采樣時(shí)間不同(浮游植物群落結(jié)構(gòu)不斷變化, 同年 7月南海北部采樣浮游植物豐度也較低)所致。

表2 2009年夏季南海浮游植物細(xì)胞豐度與歷史資料比較Tab. 2 Comparison of phytoplankton cell abundance with historical data in the South China Sea in summer of 2009

2.5 調(diào)查區(qū)浮游植物優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)特征

調(diào)查區(qū)浮游植物以廣溫、廣布型為主, 出現(xiàn)的菱形海線藻、角毛藻、尖刺偽菱形藻、柔弱菱形藻等廣布型種往往形成群體, 在南海北部海域形成優(yōu)勢(shì)。冰河擬星桿藻是我國(guó)沿海分布較廣的種類[13], 在本次調(diào)查的近岸以較高的豐度出現(xiàn)。鐵氏束毛藻作為一種熱帶及亞熱帶的常見(jiàn)種, 在本次調(diào)查中?？梢钥吹皆褰z體成放射狀排列形成的球體, 細(xì)胞豐度的高值區(qū)位于南海北部珠江口附近。此外還有暖水性種如甲藻類的原多甲藻, 以及由于沖淡水的注入而形成的特征性半咸水硅藻顆粒直鏈藻[1,10], 該種在珠江口的A1,A2站形成優(yōu)勢(shì)。

2.6 表層浮游植物群落的多樣性指數(shù)分布

調(diào)查南海2009年8月份表層水體浮游植物多樣性指數(shù)介于 0.178～3.445之間, 并且在珠江口以南以及廣東近岸站位出現(xiàn)多樣性指數(shù)的低值區(qū)(圖 5),由于多樣性指數(shù)往往指示群落生長(zhǎng)的旺盛與否[14],這些低值區(qū)恰恰表征了柔弱偽菱形藻、菱形海線藻等少數(shù)幾種浮游植物生長(zhǎng)旺盛, 形成優(yōu)勢(shì)的狀態(tài)。調(diào)查區(qū)的Pielou均勻度指數(shù)介于0.049～0.961之間, 低值區(qū)與多樣性指數(shù)類似, 位于珠江口南部和廣東沿岸附近站位, 這些站位由于受沿岸沖淡水的影響,水體穩(wěn)定性較差, 浮游植物群落結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定, 呈現(xiàn)較低的均勻度。

圖5 調(diào)查區(qū)表層水體浮游植物群落的多樣性指數(shù)(a)和均勻度指數(shù)(b)的平面分布Fig. 5 Horizontal distribution of diversity index (a)and evenness index (b)of phytoplankton community in surface water

3 結(jié)論

本次調(diào)查中硅藻在浮游植物群落中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),其次是甲藻, 浮游植物平均細(xì)胞豐度為 8.197×103個(gè)/L, 優(yōu)勢(shì)種為柔弱偽菱形藻、菱形海線藻、顆粒直鏈藻、尖刺偽菱形藻、矮小短棘藻、原多甲藻、冰河擬星桿藻等。

調(diào)查區(qū)浮游植物細(xì)胞豐度分布呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性。南海北部近岸站位的浮游植物細(xì)胞豐度明顯高于外海的站位, 高值區(qū)在珠江口附近以及廣東沿岸海區(qū), 另外浮游甲藻在廣東近岸站位出現(xiàn)高值; 細(xì)胞豐度在垂直方向上由表層向深層遞減。

浮游植物細(xì)胞分布與鹽度呈顯著的負(fù)相關(guān)性,浮游甲藻呈現(xiàn)出對(duì)較高溫度的適應(yīng)性。

多樣性低值區(qū)出現(xiàn)在珠江口以南以及廣東沿岸站位。

以上的分析結(jié)果基于水樣分析, 代表細(xì)胞粒徑大于5 μm的種類。類似的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在此海域還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠, 與環(huán)境關(guān)系的分析也相當(dāng)初步, 需要今后更多的工作積累。

致謝: 感謝“中國(guó)海監(jiān)81”調(diào)查船船長(zhǎng)和船員們, 環(huán)境資料由國(guó)家海洋局第二海洋研究所蔡昱明研究員提供, 現(xiàn)場(chǎng)浮游植物樣品的采集工作由郭術(shù)津完成, 謹(jǐn)致謝忱！

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