三亞周邊海域泰來草形態(tài)、生長特征及其與環(huán)境營養(yǎng)元素含量的關(guān)系

趙牧秋,王 慧,王 帥,母 羅,符杰麗,張 權(quán),韓秋影,史云峰

(海南熱帶海洋學(xué)院 生態(tài)環(huán)境學(xué)院,海南 三亞572022)

0 引言

海草是全球唯一可以完全生活在海水中的高等植物[1].盡管海草的分布面積不足海洋總面積的0.2%,但它是彌足珍貴的“海底森林”,具有重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能:可減緩海水流速穩(wěn)固底質(zhì),吸收污染物凈化海水水質(zhì),為近海海洋生物提供食物來源及棲息場所,同時具有重要的碳匯功能[2].海草植株由葉片、地下莖(水平根狀莖和垂直莖)和根構(gòu)成,通常把葉片和垂直莖合稱莖枝[3].近岸海草床的生物量平均達(dá)到460 g·m-2,約占海洋植物總生物量的1%;海草初級生產(chǎn)力種間差異很大,平均為2.7 g·m-2·d-1,與熱帶草原的生產(chǎn)力相當(dāng)[4].

三亞周圍眾多的潟湖、港灣、河口等適宜環(huán)境,為海草的生長繁衍提供了優(yōu)越條件,并在周邊海域形成以泰來草(Thalassiahemprichii)為優(yōu)勢種的數(shù)量眾多的海草床.但由于近幾十年來近海海洋工程和旅游業(yè)的發(fā)展、漁業(yè)活動的加強(qiáng)以及入海污染物增多,海草床面臨的形勢也越來越嚴(yán)峻[11].三亞周邊海域的海草床主要分布于珊瑚礁坪內(nèi)側(cè)沿岸港灣潮間帶的低潮帶至潮下帶上部4 m水深范圍[12],由于沉積物為以鈣質(zhì)珊瑚砂為主的碳酸鹽,營養(yǎng)物質(zhì)比較匱乏,尤其缺乏P、Fe等營養(yǎng)元素;同時,有機(jī)物的輸入導(dǎo)致沉積物中硫化物含量升高,進(jìn)一步加劇了環(huán)境營養(yǎng)要素對海草生長及發(fā)育的脅迫作用.

因此,本研究的主要目的是了解三亞周邊優(yōu)勢海草泰來草的形態(tài)、生長特征及其生存環(huán)境的主要營養(yǎng)元素含量,并分析二者的相互關(guān)系,以期為三亞海草床的保護(hù)和恢復(fù)提供參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域與研究方法

筆者在三亞周邊海域選擇5處以泰來草為優(yōu)勢種的海草床(圖1),分別為西島海草區(qū)(XD)、情人灣海草區(qū)(QRW)、鹿回頭海草區(qū)(LHT)、小東海海草區(qū)(XDH)和后海海草區(qū)(HH).由于同一海草床內(nèi)核心區(qū)、邊緣區(qū)與草斑區(qū)海草的生長狀況和營養(yǎng)水平通常存在差異,故將后海海草區(qū)進(jìn)一步劃分為核心區(qū)(HH-C)、邊緣區(qū)(HH-E)和草斑區(qū)(HH-P).

2019年9—10月,筆者選擇大潮低潮時段進(jìn)行樣品采集.在每個海草分布區(qū)內(nèi)隨機(jī)拋出5個30 cm×30 cm的樣方(間隔3 m以上),將樣方內(nèi)的泰來草連同地下根系一同挖出,用海水沖洗干凈后帶回實驗室做進(jìn)一步測量.同時在取樣點(diǎn)周圍0.5 m半徑范圍內(nèi)采集海水和沉積物間隙水樣帶回實驗室用于營養(yǎng)元素含量分析.泰來草樣品帶回實驗室后,分別測定株高、葉寬、單株葉片數(shù)、根莖直徑、莖枝間距、根長、莖枝對應(yīng)根數(shù)等形態(tài)指標(biāo)(每樣方隨機(jī)測定3組數(shù)據(jù)),并統(tǒng)計莖枝密度和根尖密度.其后,用干凈的刀片將附著在海草葉片的藻類等海洋生物和雜質(zhì)刮除,將樣品分成地上和地下兩部分,于60 ℃烘干至恒重后分別測定其地上部生物量和地下部生物量.

同時,在采樣點(diǎn)周圍(0.5 m半徑范圍以內(nèi))選擇健康海草植株,用針孔標(biāo)記法[3]測定泰來草的地上部生產(chǎn)力,海草生長期為5 d.

圖1 三亞周邊海域泰來草取樣位置

1.2 水樣分析與數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用Excel 2010及SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計分析;采用One-Way ANOVA比較泰來草形態(tài)、生長指標(biāo)以及海水、間隙水營養(yǎng)元素含量的差異;采用Pearson法對海草形態(tài)、生長指標(biāo)與海水、間隙水營養(yǎng)元素含量進(jìn)行相關(guān)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 泰來草形態(tài)及生長指標(biāo)

泰來草莖枝形態(tài)及生長指標(biāo)如表1所示.各采樣區(qū)泰來草株高分布在10.5～16.4 cm范圍,以后海核心區(qū)和邊緣區(qū)為最高,后海草斑區(qū)和西島次之,情人灣、鹿回頭和小東海的泰來草較矮;各采樣區(qū)泰來草葉寬介于0.74～0.81 cm,總體差距不大;單株葉片數(shù)為3.4～4.8,后海、小東海和西島單株葉片較多,情人灣和鹿回頭較少;不同海草區(qū)泰來草莖枝密度差異較為顯著,總體呈現(xiàn)小東海>西島>鹿回頭>情人灣≈后海,在后海則呈現(xiàn)核心區(qū)>邊緣區(qū)>草斑區(qū).

表1 三亞周邊海域泰來草部分形態(tài)及生長指標(biāo)

注:同一行數(shù)據(jù)后的不同字母代表各采樣區(qū)的泰來草存在顯著差異(P<0.05),下同.

不同海草分布區(qū)泰來草根莖直徑和莖枝間距范圍分別為0.31～0.35 cm和4.60～5.84 cm,且差異較小(表1).海草根尖是根莖延伸的生長點(diǎn),其密度以情人灣最高,鹿回頭和小東海次之,西島和后海較低.泰來草根長分布范圍為2.24～3.86 cm,以西島、情人灣和鹿回頭海草區(qū)根長較長,后海海草區(qū)根長較短;莖枝對應(yīng)根數(shù)最多7.4條(HH-P),最少4.2條(XD).

本次調(diào)查的各泰來草分布區(qū)生物量及生產(chǎn)力情況如圖2所示.由圖2可知,西島泰來草地上生物量最高,為109.1 g·m-2;鹿回頭、小東海和情人灣依次降低,分別為80.8、79.4和62.4 g·m-2;后海泰來草的地上生物量按核心、邊緣、草斑的順序依次降低,分別為93.8、59.1、38.3 g·m-2.泰來草的地下生物量以情人灣最高,達(dá)到312.1g·m-2;后海草斑區(qū)(HH-P)最低,僅70.2 g·m-2;其他分布區(qū)介于102.3～172.5 g·m-2范圍.各區(qū)海草總生物量(地上生物量+地下生物量)介于108.4(HH-P)～374.5(QRW) g·m-2范圍,地下生物量/地上生物量介于1.16(XD)～5.00(QRW)之間.

圖2 三亞周邊海域泰來草生物量和地上生產(chǎn)力

后海泰來草具有最高的生產(chǎn)力,平均達(dá)到3.54 g·m-2·d-1,且核心區(qū)、邊緣區(qū)和草斑區(qū)差異不顯著;情人灣、小東海和鹿回頭海草生產(chǎn)力居中且無顯著性差異;西島泰來草生產(chǎn)力最低,為2.60 g·m-2·d-1.

2.2 海草床環(huán)境營養(yǎng)元素含量

表2 三亞周邊海域泰來草分布區(qū)海水和沉積物間隙水營養(yǎng)元素含量

表2(續(xù))

2.3 泰來草形態(tài)、生長指標(biāo)與環(huán)境營養(yǎng)元素含量之間的相互關(guān)系

表3 三亞周邊海域泰來草形態(tài)、生長指標(biāo)與環(huán)境營養(yǎng)元素含量的相關(guān)系數(shù)

表3(續(xù))

注:*代表顯著相關(guān)(P<0.05),**代表極顯著相關(guān)(P<0.01),下同.

圖3 三亞周邊海域泰來草株高(A、B)和地上生產(chǎn)力(C、D)與部分環(huán)境營養(yǎng)元素含量的相關(guān)性分析

3 討論

Fe元素是植物生長及代謝必不可少的營養(yǎng)元素[17].有學(xué)者認(rèn)為在熱帶海區(qū),由于Fe易被碳酸鹽底質(zhì)所束縛導(dǎo)致其有效性極地,可能成為海草生長的限制因素[18].本研究發(fā)現(xiàn)泰來草地上生產(chǎn)力與沉積物間隙水Fe含量存在極顯著(P<0.01)的正相關(guān)關(guān)系,說明Fe的含量極有可能是三亞周邊海區(qū)海草生長的限制因子,而沉積物間隙水是海草Fe元素重要的供給源.Whelan等[19]和Xu等[9]60認(rèn)為泰來草主要是通過海水而不是沉積物吸收Fe元素,而本研究并未發(fā)現(xiàn)泰來草的形態(tài)或生長指標(biāo)與海水Fe含量存在顯著相關(guān)關(guān)系.

盡管沉積物硫化物是海草S營養(yǎng)的主要來源[20],但已有大量研究表明,沉積物中硫化物的積累是導(dǎo)致海草床退化的重要誘因[21-22].本研究結(jié)果表明,三亞周邊海域泰來草的生產(chǎn)力與沉積物硫化物含量呈極顯著(P<0.01)負(fù)相關(guān)關(guān)系,這也再次證實海草床硫化物含量的增加可降低海草的生產(chǎn)能力,并可能最終導(dǎo)致海草床的衰退.