2015年冬季欽州灣浮游動物死體對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響*

陸家昌，姜發(fā)軍，許銘本，賴俊翔，覃仙玲

(廣西科學(xué)院，廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室，廣西南寧 530007)

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2015年冬季欽州灣浮游動物死體對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響*

陸家昌，姜發(fā)軍，許銘本，賴俊翔，覃仙玲

(廣西科學(xué)院，廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室，廣西南寧 530007)

【目的】了解浮游動物死體在廣西近海的可能規(guī)模及其對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響?！痉椒ā坑?015年冬季在欽州灣選擇6個站位進(jìn)行垂直拖網(wǎng)，采用中性紅染色法區(qū)分浮游動物死體，研究冬季欽州灣浮游動物死體的組成、分布及其對豐度、優(yōu)勢度和多樣性指數(shù)的影響?！窘Y(jié)果】調(diào)查期間，浮游動物死體的平均豐度為2 252個/m3，占浮游動物總豐度的24.5%。共鑒定浮游動物31種(類)，其中出現(xiàn)死體的有15種(類)。在優(yōu)勢種(類)中，除強(qiáng)額孔雀水蚤(Parvocalanus crassirostris)外，其它優(yōu)勢種(類)一旦在某站位發(fā)現(xiàn)活體，則其死體出現(xiàn)的概率為100%。死體的出現(xiàn)提高了多樣性指數(shù)，縮小了多樣性指數(shù)的空間差異?！窘Y(jié)論】冬季欽州灣約有1/4的浮游動物是死體。死體的存在會誤導(dǎo)我們對浮游動物豐度和多樣性的理解，應(yīng)該引起重視。

浮游動物 橈足類 死體 冬季 欽州灣

0 引言

【研究意義】浮游動物是魚類的重要餌料，其攝食和排便在海洋生物地球化學(xué)循環(huán)中發(fā)揮著重要的作用[1-2]。在野外調(diào)查、實(shí)驗研究和模型預(yù)測中，研究人員都將采集到的浮游動物視為活體，但實(shí)際上網(wǎng)采的浮游動物樣品中存在一定數(shù)量的浮游動物死體，這導(dǎo)致對浮游動物生命周期的估計存在錯誤。相應(yīng)的，與浮游動物生命周期相關(guān)的漁業(yè)模型、生態(tài)預(yù)測模型也會產(chǎn)生較大的誤差[3]。可以說死體的存在對整個浮游動物生態(tài)功能和作用的理解造成了障礙。然而，由于長久以來沒有簡易的方法對死體進(jìn)行區(qū)分，研究者對于海洋生態(tài)系統(tǒng)中浮游動物死體的規(guī)模和貢獻(xiàn)知之甚少。【前人研究進(jìn)展】浮游動物死體是指由非捕食性因素導(dǎo)致死亡的浮游動物個體(比如由于自身壽命、疾病、有毒赤潮、寄生、食物短缺等因素導(dǎo)致的死亡)，其外形基本完好，用甲醛固定后無法與活體區(qū)分[4-5]。在顯微觀察過程中，研究者早就發(fā)現(xiàn)有些橈足類用解剖針觸碰后沒有反應(yīng)，而其外形與其它活體并無差異，說明這就是橈足類的死體。而用解剖針觸碰也成了最簡單的區(qū)分橈足類死活的方法，并通過該方法發(fā)現(xiàn)海區(qū)中存在一定量的浮游動物死體，其范圍從5%到90%不等[5]，但是該方法只能在室內(nèi)采用，無法處理大量的野外樣品。1972年，Dressel等[6]通過中性紅染色法對死體進(jìn)行區(qū)分，并將其應(yīng)用到野外調(diào)查中，但該方法染色時間長，對某些類群區(qū)分的準(zhǔn)確率未知。之后從1974年到2006年，分別有多位研究人員對染色方法進(jìn)行改進(jìn)，但終究未能達(dá)到野外調(diào)查的要求[7-8]。直到2009年，Elliott和Tang[5]才將中性紅染色法改進(jìn)到適合野外應(yīng)用的程度。此后，各地陸續(xù)開展這方面的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)在調(diào)查區(qū)域浮游動物的死體均值為25%～33%(文獻(xiàn)[9])。但相關(guān)調(diào)查在很多海區(qū)(如我國海域)尚未開展。因此，全球海洋中浮游動物死體的概況尚無法勾畫。除了海洋中死體的規(guī)模，研究者還對死體產(chǎn)生的原因進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)船舶航行、氣候變化和食物短缺都有可能是死體產(chǎn)生的原因[10]。以前傾向于認(rèn)為，浮游動物的糞便和死亡后的殘體是向底層輸出有機(jī)碳的，而對死體的研究發(fā)現(xiàn)，有部分死體可能還來不及往下輸出就已經(jīng)在上層分解了[11-13]。這對于研究全球尺度的碳循環(huán)是一個有用的信息?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】雖然浮游動物的死體可能占有一定的比例，且其生態(tài)作用不容忽視，然而當(dāng)今國內(nèi)尚未開展這方面的研究工作。由于資金和人力的缺乏，本研究選擇距離較近的欽州灣作為研究對象，以了解浮游動物死體在廣西近海的可能規(guī)模及其對我們認(rèn)識海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響，為后來者提供參考?！緮M解決的關(guān)鍵問題】于2015年冬季在欽州灣選擇6個站位進(jìn)行垂直拖網(wǎng)，采用中性紅染色法區(qū)分浮游動物死體，研究冬季欽州灣浮游動物死體的組成、分布及其對豐度、優(yōu)勢度和多樣性指數(shù)的影響。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查海區(qū)及采樣方法

于2015年12月29日在欽州灣選擇6個站位分別進(jìn)行垂直拖網(wǎng)(圖1)，采集浮游動物。選擇淺水Ⅱ型浮游生物網(wǎng)進(jìn)行拖網(wǎng)(網(wǎng)孔單邊長度160 μm)，在垂直拖網(wǎng)前，用網(wǎng)具過濾10 L原位海水備用；在垂直拖網(wǎng)后，保持網(wǎng)口超出海面，來回緩慢拖拽，逐漸向上提起網(wǎng)具，以避免激烈沖洗造成的浮游動物死亡。

▲Stations

1.2 中性紅染色

往2 L的廣口瓶中加入500 mL前面過濾的原位海水，然后將收集到的浮游動物放廣口瓶中，再次添加過濾的原位海水至1 L。添加中性紅溶液(10 g/L)1.5 mL，黑暗條件下，甲板上流水培養(yǎng)15～20 min，篩絹過濾，反復(fù)洗滌，以去除過量的染料，洗滌干凈后，把樣品過濾收集到篩絹上，放入培養(yǎng)皿中，低溫保存，帶回實(shí)驗室后，-20℃條件下保存。分析時以類似鹽度大小的海水洗下，用HCl調(diào)pH值<7，倒置顯微鏡或者解剖鏡下，暗視野觀察，染色鮮紅者為活體，無染色或染色粉紅者為死體[5]。

1.3 豐度

將樣品洗下，定容至200 mL，搖勻，取10 mL在解剖鏡下解剖鑒定，并計數(shù)各種類的豐度。浮游動物的豐度系死體與活體豐度相加之和。

1.4 優(yōu)勢度

優(yōu)勢度按如下公式計算：

Y=Nif/N，

其中Y表示物種優(yōu)勢度，Ni為第i種個體數(shù)，N為該海域所有個體總數(shù)之和，f為該種出現(xiàn)的頻率，當(dāng)Y≥0.02時，將該種視為優(yōu)勢種[14]。

1.5 生物多樣性

生物多樣性指數(shù)(H′)按如下公式計算：

其中H′為生物多樣性指數(shù)，Pi為第i種個數(shù)與總數(shù)量的比值，S為物種數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 死體對浮游動物豐度的貢獻(xiàn)

由圖2可知，調(diào)查期間6個站位浮游動物的豐度為4 315～9 864個/m3，平均(6 970±1 921)個/m3。而死體的豐度為(1 429～3 286)個/m3，平均(2 252±616)個/m3。死體占浮游動物豐度的21.4%～29.4%，平均值(24.5±2.9)%，除P1站位死體所占比例稍大外，其余各站位死體在浮游動物豐度中的貢獻(xiàn)基本類似?？傮w而言，浮游動物豐度大的地方，死體的量也相應(yīng)較大，但其所占比例基本類似。

2.2 不同種(類)浮游動物中的死體

調(diào)查期間共鑒定浮游動物31種(類)，其中出現(xiàn)死體的有15種(類)，占種類數(shù)的48.4%，具體出現(xiàn)死體的種(類)見表2。在已發(fā)現(xiàn)死體的種(類)中，死體出現(xiàn)的比例從小擬哲水蚤的(4.5±3.0)%到長腕幼蟲的100%不等，發(fā)現(xiàn)死體的種(類)中，死體所占的平均比例為(38.8±25.4)%。在有出現(xiàn)死體的15種(類)中，一旦在某一站位發(fā)現(xiàn)其活體，則在該站位同時發(fā)現(xiàn)其死體的概率占100%的有11種(類)，平均概率為(82.2±31.0)%(表2)。

圖2 各站位中死體對浮游動物總豐度的貢獻(xiàn)

表2 不同種(類)浮游動物中死體所占的比例及其出現(xiàn)的概率

注：豐度和死體所占比例均表述為Mean±SD；*表示出現(xiàn)活體的站位同時出現(xiàn)死體的概率

Note：Abundance and the percentage of carcasses are showed as Mean±SD；*Indicates the appearing probability of carcass in the site where living organism was found

2.3 死體的存在對優(yōu)勢度的影響

以優(yōu)勢度≥0.02為依據(jù)確定優(yōu)勢種(類)，在未考慮死體影響的情況下優(yōu)勢種(類)為10種，去除死體后進(jìn)行計算，發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢種(類)有9種，具體名錄見表3。結(jié)合表2結(jié)果，發(fā)現(xiàn)所有優(yōu)勢種中除針刺擬水蚤外，均發(fā)現(xiàn)死體。而且優(yōu)勢種中除強(qiáng)額孔雀水蚤外，其它優(yōu)勢種(類)一旦在某站位發(fā)現(xiàn)活體，則其死體出現(xiàn)的概率為100%。曼足類無節(jié)幼體在不考慮死體影響的情況下是優(yōu)勢種(類)，而去除死體的情況下則不再是優(yōu)勢類群。

表3 死體的存在對優(yōu)勢種(類)的影響

2.4 死體的存在對多樣性指數(shù)的影響

浮游動物的多樣性指數(shù)是對海洋生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行評價的重要指標(biāo)，在去除死體情況下，所有站位的多樣性指數(shù)均降低，各站位降低1.6%～15.9%，平均降低(6.9±5.7)%(圖3)。其中降低最多的是P7站(15.9%)，其次是P1站(11.7%)。在未扣除死體的影響前，各站位的多樣性指數(shù)差異不大，為3.3～3.5，平均值3.4±0.1。而去除死體后各站多樣性指數(shù)為2.8～3.5，平均值3.1±0.3；說明扣除死體后，各站的多樣性指數(shù)差異變大(圖3)。

圖3 死體的存在對多樣性指數(shù)的影響

3 討論

3.1 采樣方法

根據(jù)以前的調(diào)查，欽州灣存在大量小型橈足類(擬哲水蚤屬)，這些類群如果用Ⅰ型網(wǎng)(網(wǎng)孔單邊長度505 μm)采集，則大部分會在拖網(wǎng)過程中漏掉[15]。為避免該類群的死體在采樣過程中漏掉，本研究選擇用Ⅱ型網(wǎng)進(jìn)行樣品采集。

此外，要獲得準(zhǔn)確的結(jié)果，在拖網(wǎng)時候要盡量避免沖水洗網(wǎng)，造成人為致死。在條件允許的情況下，最好是進(jìn)行兩次拖網(wǎng)：第一次拖網(wǎng)不進(jìn)行染色，按常規(guī)方法進(jìn)行，用水沖洗，收集樣品，以保證總豐度的準(zhǔn)確性；第二次拖網(wǎng)進(jìn)行染色，避免沖洗，直接收集樣品。第一次拖網(wǎng)樣品計數(shù)總豐度，第二次拖網(wǎng)樣品則分別計算各種(類)死體和活體所占的比例，然后將第二次拖網(wǎng)所獲得的比例與第一次拖網(wǎng)的結(jié)果相乘，即可得到更為準(zhǔn)確的結(jié)果。由于船時有限，本研究未進(jìn)行兩次拖網(wǎng)，但通過在海表面反復(fù)拖拽的方式進(jìn)行洗網(wǎng)，也可減少洗網(wǎng)致死所造成的誤差。

3.2 染色方法

當(dāng)前對浮游動物死體的染色方法有兩種，一種是適用于海水的中性紅染色法，另外一種是適用于淡水的苯胺藍(lán)染色法，在近岸河口區(qū)這樣的特殊區(qū)域一般多選用中性紅染色法。這兩種方法都是從橈足類的研究中發(fā)展起來，對甲殼動物及其幼體有很好的鑒別力，同時對住囊蟲屬和其它浮游動物幼體的染色效果也很好[5,16]。該方法發(fā)表于2009年，尚未應(yīng)用于所有海區(qū)及所有種類，且由于各海區(qū)環(huán)境條件差異大，浮游動物群落組成也不一樣，因此，在使用前應(yīng)先了解海區(qū)的浮游動物類群，如包含有未報道種類，需要先做預(yù)實(shí)驗，以確定染色效果。因為有報道稱中性紅對不同的浮游動物種類其染色效果并不一樣，而且即便是同樣的種類，在不同環(huán)境條件下，其染色效果也不盡相同，特別需要注意在河口區(qū)和極地低溫條件下的使用[17]。冬季欽州灣的浮游動物種類中，除羽腕幼蟲和長腕幼蟲未見報道外，在前人的研究報道中其它種類均有良好的染色效果。根據(jù)我們以前的調(diào)查，羽腕幼蟲和長腕幼蟲均未被染色，但2015年夏天在欽州灣進(jìn)行的預(yù)實(shí)驗中，這兩個類群既有被染色的個體又有沒有被染色的個體，因此有理由認(rèn)為本研究中的羽腕幼蟲和長腕幼蟲均是死體。

3.3 死體在浮游動物中所占的比例

不同海區(qū)浮游動物中死體所占的比例不盡相同，甚至差異巨大，但其平均值大約為25%～33%(圖4)[4-5]。我們的調(diào)查顯示，在冬季的欽州灣死體對總豐度的貢獻(xiàn)為21.4%～29.4%，平均值24.5%(圖2)，在其它研究所報道的范圍內(nèi)(圖4)。要準(zhǔn)確計算死體的生物量并不容易，從解剖鏡下一個個分選耗時耗力。我們選擇對所有樣品進(jìn)行稱量，計算濕重，然后將豐度比例直接轉(zhuǎn)換成濕重比率的方法，粗略計算得到冬季欽州灣浮游動物的死體濕重為122～298 mg/m3，平均值為197 mg/m3。雖然這樣的處理方法存在很大誤差，不能用于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯浚商峁┮粋€相對直觀的認(rèn)識，以幫助我們了解浮游動物死體在生態(tài)系統(tǒng)中的比重，引起研究者的注意。

圖4 世界各海區(qū)浮游動物死體占浮游動物豐度的比例[4]

不同種類的浮游動物，其死體的貢獻(xiàn)是不一樣的。本研究發(fā)現(xiàn)除針刺擬水蚤外，所有優(yōu)勢種(類)中均發(fā)現(xiàn)死體。而且優(yōu)勢種(類)中除強(qiáng)額孔雀水蚤外，其它優(yōu)勢種(類)一旦在某站位發(fā)現(xiàn)活體，則其死體出現(xiàn)的概率為100%(表2)。也就是說，最能體現(xiàn)浮游動物對浮游植物控制力的優(yōu)勢種群中有超過1/4的類群是死體，而且這不是個別站位的情況，是所有站位均如此。這雖然不會影響用稀釋法計算的浮游動物對浮游植物的攝食率，但會明顯低估用食物減少法計算的單個浮游動物的攝食率。而且這樣大數(shù)量的死體的存在，讓我們不得不重新審視水華發(fā)生時反應(yīng)滯后的浮游動物真實(shí)的時間持續(xù)性問題。

3.4 浮游動物死體的存在對環(huán)境評價的影響

優(yōu)勢種的確定和多樣性指數(shù)的計算是海洋生態(tài)環(huán)境評價中常用的指標(biāo)，是我們認(rèn)識海洋生態(tài)系統(tǒng)健康程度的重要工具。本研究發(fā)現(xiàn)扣除死體前后對優(yōu)勢度的影響不大。僅曼足類幼體在去除死體后優(yōu)勢度降低，不能算做優(yōu)勢種群(表3)，這主要是由于P7站的曼足類幼體全部是死體導(dǎo)致的。至于為何P7站的曼足類幼體均是死體，由于缺乏其它資料，尚無法解釋，有待進(jìn)一步研究。死體的存在會導(dǎo)致浮游動物活體豐度的錯估，以往的研究多將死體數(shù)直接計入總豐度，所以必然會導(dǎo)致多樣性指數(shù)的高估。本研究發(fā)現(xiàn)去除死體的影響后各站位多樣性指數(shù)降低1.6%～15.9%，平均降低了(6.9±5.7)%(圖3)，這樣的降低在大部分站位影響不大，但在P1(11.7%)和P7(15.9%)站則影響相對較大。因此，在研究群落多樣性時，應(yīng)特別注意特殊區(qū)域死體的影響。比如在水華發(fā)生區(qū)域，水華消退后，可能的食物短缺會造成浮游動物大量死亡，而這些死體會導(dǎo)致錯估該區(qū)域的物種多樣性。

4 結(jié)論

冬季欽州灣浮游動物的死體約占總豐度的1/4，基本上在所有的優(yōu)勢種(類)中均發(fā)現(xiàn)死體，除個別種(類)外，一旦在某站位發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢種(類)的活體，則該站位相應(yīng)的優(yōu)勢種(類)死體出現(xiàn)的概率為100%。浮游動物死體的存在會誤導(dǎo)我們對優(yōu)勢種和多樣性的認(rèn)識，主要是對多樣性的高估。

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(責(zé)任編輯：陸 雁)

Effects of Zooplankton Carcasses in Qinzhou Bay During Winter 2015 on Marine Ecosystem

LU Jiachang,JIANG Fajun,XU Mingben，LAI Junxiang,QIN Xianling

(Guangxi Key Laboratory of Marine Environment Science,Guangxi Academy of Sciences,Nanning,Guangxi,530007,China)

【Objective】This study was conducted to assess the amount of zooplankton carcass in coastal areas of Guangxi and its possible effects on marine ecosystem.【Methods】During winter 2015,vertical trawl was conducted in 6 stations for zooplankton collection in Qinzhou Bay.The neutral red staining method was used to distinguished carcass and living zooplankton in order to uncover the composition and distribution of zooplankton carcass,and their effects on the abundance,dominant degree and diversity index (Shannon-Weaver index).【Results】The zooplankton carcasses contributed 24.5% of total abundance of zooplankton,and reached 2 252 ind./m3in average during the investigation.A total of 31 species (larvae) was identified in this study,and among them the carcasses were found in 15 species (larvae).Once the live dominant species (larvae) were found in one station,then the appearance of the specific carcass in this station was 100 percent chance except for Parvocalanus crassirostris.Meanwhile the appearance of carcasses increased the diversity index and narrowed the difference of diversity index among stations.【Conclusion】About a quarter of total zooplankton was carcasses in Qinzhou Bay during winter.And the existence of carcasses in the zooplankton samples will mislead our understanding of zooplankton abundance and diversity.Thus,we should pay more attention to zooplankton carcasses.

zooplankton,copepods,carcasses,winter,Qinzhou Bay

2016-05-20

陸家昌(1984-)，男，助理研究員，主要從事海洋浮游生物的研究,E-mail:jiachanglugx@163.com。

*廣西近海海洋環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室開放基金項目(GXKLHY15-07)資助。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先數(shù)字出版時間：2016-09-13 【DOI】10.13656/j.cnki.gxkx.20160913.005

http://www.cnki.net/kcms/detail/45.1206.G3.20160913.0948.010.html

P76

A

1005-9164(2016)04-0325-06

廣西科學(xué)Guangxi Sciences 2016,23(4):325～330