劉均玲,袁 超,何永姑,王永強(qiáng),

1 海南大學(xué)熱帶生物資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 海口 570228 2 海南大學(xué)海洋學(xué)院, 海口 570228 3 國(guó)家海洋局?？诤Ｑ蟓h(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,?？?570228

紅樹林在沿海生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用,可提供生態(tài)服務(wù)和不可替代的社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值,是生物圈中最大的初級(jí)生產(chǎn)力之一,但其所處地理位置不僅要面臨自然變化,如沉積物類型、溫度、潮汐等,更重要的是人為壓力,如當(dāng)?shù)厝丝诿芏?、養(yǎng)殖業(yè)、港口的疏浚等。小型底棲生物是指分選時(shí)能通過(guò)孔徑為0.5 mm的套篩, 而被0.031 mm的套篩截留的生物。紅樹林小型底棲動(dòng)物是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)重要生物組成部分,是一類長(zhǎng)期生活在土壤表面,或埋棲在內(nèi)部能世代生存繁衍的生物群,通常在有機(jī)質(zhì)豐富底質(zhì),也能在高鹽低氧甚至無(wú)氧的淤泥環(huán)境中生存。內(nèi)外環(huán)境變化對(duì)紅樹林生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)功能影響是很難預(yù)測(cè)的,但鑒于小型底棲動(dòng)物在底棲—水層耦合系統(tǒng)的中間地位,且生命周期短,特別是它們的食物來(lái)源是有限的,因此可以對(duì)生境變化作出快速響應(yīng)[1]。如,廈門同安灣下潭尾人工紅樹林濕地,小型底棲動(dòng)物豐度和生物量在不同季節(jié)有極顯著差異,且小型底棲動(dòng)物的個(gè)體數(shù)與底溫呈極顯著負(fù)相關(guān),與底鹽呈顯著負(fù)相關(guān)[2]。Ansari等報(bào)道,印度紅樹林泥灘上小型底棲動(dòng)物的垂直分布可能與沉積物顆粒孔隙水、有機(jī)物、三磷酸腺苷含量、底棲藻類豐度和微生物數(shù)量等有關(guān)[3]。沉積物顆粒大小和氧是影響肯尼亞查茲灣紅樹林沉積物小型底棲生物垂直分布的主要因子[4]。不同紅樹植物種類間小型底棲動(dòng)物種類分布也有差異,馬來(lái)群島Merbok紅樹林中紅樹和小花木欖根部小型底棲動(dòng)物群落多樣性差異顯著,而沉積物層間無(wú)顯著差異[5]。Vafeiadou等報(bào)道溫度升高影響海洋線蟲種群的動(dòng)態(tài)分布,且不同種間會(huì)相互影響[6]。

海南東寨港是我國(guó)第一個(gè)紅樹林自然保護(hù)區(qū),海岸線曲折多彎,灘面緩平,和外海直接相連,受潮汐直接影響,內(nèi)部與陸地淡水混合,屬典型半封閉淺海,受自然因素和人類活動(dòng)影響較大,但灣內(nèi)水體交換不強(qiáng),環(huán)境易發(fā)生較大變化。如2012年?yáng)|寨港紅樹林團(tuán)水虱爆發(fā),造成紅樹大面積死亡,生態(tài)系統(tǒng)健康狀況也引起廣泛關(guān)注。濕地生境中葉綠素a(Chla)和有機(jī)物含量是動(dòng)物生存的基礎(chǔ)。Chla是生境內(nèi)各種理化因子共同作用的綜合反映,營(yíng)養(yǎng)鹽影響藻類生長(zhǎng),藻類進(jìn)行光合作用把無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化為有機(jī)物,從而影響Chla的變化,而Chla含量與生境沉積物的種類相關(guān),進(jìn)而影響小型底棲動(dòng)物的分布。紅樹植物的枯枝落葉是沉積物中有機(jī)質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要來(lái)源,同時(shí)生活廢水,雨水沖刷等也會(huì)攜帶陸源有機(jī)物沉積,而生境的變化,主要表現(xiàn)在有機(jī)物的有效利用和分配。本研究分不同季節(jié)多次采集、分離東寨港紅樹林小型底棲動(dòng)物,同時(shí)測(cè)定相應(yīng)采樣點(diǎn)Chla和有機(jī)質(zhì)含量,分析相關(guān)性,以期為深入研究小型底棲動(dòng)物對(duì)紅樹林主要環(huán)境變化的響應(yīng)過(guò)程,環(huán)境監(jiān)測(cè)提供基礎(chǔ)理論。

1 采樣時(shí)間、地點(diǎn)

東寨港紅樹林保護(hù)區(qū)(110°32′—110°37′E,19°51′—20°1′N),位于海南省東北部,屬濕地類型的自然保護(hù)區(qū)。2015年4月28日(春季)、2015年6月20日(夏季)、2015年10月30日(秋季)、2016年1月10日(冬季),在保護(hù)區(qū)隨機(jī)選取有代表性的15個(gè)采樣點(diǎn),其中1—3采樣點(diǎn)靠近內(nèi)陸,4、5采樣點(diǎn)靠近水門閘排出口,10—13采樣點(diǎn)位于河邊碼頭附近,14、15采樣點(diǎn)在東寨港紅樹林研究所人工育苗基地附近(圖1)。

圖1 東寨港紅樹林采樣點(diǎn)Fig.1 Sampling sites of Dongzhai Harbor Mangrove

2 研究材料與方法

2.1 小型底棲動(dòng)物的分選

小型底棲動(dòng)物分離分選參照張志南的方法[7]。選取具有代表性、不同紅樹植物下,底質(zhì)類型相對(duì)均勻,無(wú)人為破壞較穩(wěn)定的地點(diǎn),用內(nèi)徑為2.9 cm的有機(jī)玻璃管垂直取完整芯樣,每個(gè)采樣點(diǎn)平行采集3個(gè)樣品,分別置于樣品瓶,立即用5%的甲醛溶液固定,同時(shí)測(cè)定溫度、鹽度、pH值、經(jīng)緯度等環(huán)境因子。將樣品放入冰盒冷藏帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi)分離、然后在解剖鏡下檢出全部小型動(dòng)物,按不同類群分別計(jì)數(shù),并計(jì)算小型底棲動(dòng)物的豐度(個(gè)/10cm2)。

2.2 葉綠素a和有機(jī)質(zhì)的測(cè)定

參照海洋調(diào)查規(guī)范GB/T13909-92中的方法測(cè)定沉積物中Chla和有機(jī)質(zhì)的含量。

熒光分光光度法測(cè)定Chla：在150 mL磨口具塞棕色碘量瓶中放入沉積物2 g,加入90%丙酮搖勻,低溫避光萃取24 h,4000 rpm離心15 min,測(cè)定吸光值,計(jì)算Chla含量。

重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)：將干燥的沉積物樣品研磨均勻,過(guò)0.25 mm篩,精確稱取0.1 g放入干燥的硬質(zhì)試管,備用；用移液管取0.4 mol/L重鉻酸鉀-硫酸溶液(1/6 K2Cr2O7)10 mL加入試管內(nèi),在試管口加一曲頸小漏斗,置于170—180℃油浴鍋中爆沸5 min,取出,將試管內(nèi)內(nèi)溶物倒出至150 mL錐形瓶?jī)?nèi),未參與反應(yīng)的重鉻酸鉀用0.1 mol/L FeSO4標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴,鄰菲羅啉溶液為指示劑。據(jù)消耗的重鉻酸鉀量計(jì)算得出有機(jī)碳的含量,再乘以常數(shù)1.724,即得沉積物有機(jī)質(zhì)的含量。

2.3 數(shù)據(jù)處理和分析

采用Excel軟件和SPSS 11.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行方差分析,Surfer軟件繪制采樣點(diǎn)圖,Chla和有機(jī)質(zhì)等值線圖。

3 結(jié)果與分析

3.1 不同季節(jié)小型底棲動(dòng)物豐度

東寨港紅樹林小型底棲動(dòng)物類群主要為,線蟲類、橈足類、多毛類、寡毛類、渦蟲類、輪蟲類、海螨類和其他少數(shù)未鑒定種類。本次研究春、夏、秋、冬四季多次采樣,15個(gè)采樣點(diǎn)中線蟲均為優(yōu)勢(shì)類群,百分比依次為94.78%、98.25%、95.50%、96.44%,夏季最多。其次是橈足類,春季最多,3.79%,夏季最少,0.55%。海螨則只在夏季出現(xiàn),其他小型底棲動(dòng)物類群變化不大。

圖2 小型底棲動(dòng)物豐度Fig.2 Abundance of meiofauna at the sampling sites

不同季節(jié)小型底棲動(dòng)物豐度不同,圖2。春季小型底棲動(dòng)物的平均豐度為(202.53±100.74) 個(gè)/10cm2,最高豐度值(418.74±48.95) 個(gè)/10cm2,出現(xiàn)在14號(hào)采樣點(diǎn),其次是4號(hào)采樣點(diǎn),豐度(373.98±57.42) 個(gè)/10cm2,最低豐度值(96.29±24.65) 個(gè)/10cm2。

夏季小型底棲動(dòng)物的平均豐度是(206.43±72.61) 個(gè)/10cm2,最高豐度值(401.66±51.40) 個(gè)/10cm2,在1號(hào)采樣點(diǎn),其次是7號(hào)采樣點(diǎn),豐度(285.80±33.92) 個(gè)/10cm2,最低豐度值(105.26±13.15) 個(gè)/10cm2。

秋季小型底棲動(dòng)物的平均豐度是(163.19±56.74) 個(gè)/10cm2,最高豐度值(265.84±50.78) 個(gè)/10cm2,在7號(hào)采樣點(diǎn),其次是13號(hào)采樣點(diǎn),豐度值(253.12±33.36) 個(gè)/10cm2,最低豐度值(77.38±13.07) 個(gè)/10cm2。

冬季小型底棲動(dòng)物的平均豐度是(141.51±53.84) 個(gè)/10cm2,最高豐度值(247.27±32.70) 個(gè)/10cm2,在7號(hào)采樣點(diǎn),其次是5號(hào)采樣點(diǎn),豐度值(230.31±36.77) 個(gè)/10cm2,最低豐度值(69.80±15.08) 個(gè)/10cm2。

3.2 沉積物Chla的含量

不同季節(jié)測(cè)定結(jié)果,Chla含量為0.188—6.300 μg/g,平均值為1.731 μg/g。

東寨港紅樹林沉積物Chla分布,圖3。春季,Chla含量在14號(hào)采樣點(diǎn)最高為2.446 μg/g,最低含量在6號(hào)站點(diǎn)0.188 μg/g。夏季,Chla含量在9號(hào)采樣點(diǎn)最高為4.279 μg/g,最低含量在5號(hào)站點(diǎn)0.742 μg/g。秋季,10號(hào)站點(diǎn)Chla含量最高為6.303 μg/g,最低含量在1號(hào)站點(diǎn)0.873 μg/g。冬季,12號(hào)站點(diǎn)Chla含量最高為2.946 μg/g,最低含量在5號(hào)站點(diǎn)0.246 μg/g。春季Chla含量分布較為均勻,在靠近水流源頭的14、15號(hào)采樣點(diǎn)附近形成高濃度區(qū),在紅樹生長(zhǎng)稀疏、靠近出水門閘口的1、2、3、4號(hào)采樣點(diǎn)是Chla低濃度區(qū)?？傮w上,Chla含量季節(jié)變化明顯,由近岸向海域逐漸降低,夏、秋季Chla平均含量高,春、冬季平均含量低,但差異均不顯著。

圖3 沉積物葉綠素a的水平分布Fig.3 Chla distribution in sediments of mangrove in different seasons

3.3 沉積物有機(jī)質(zhì)的含量

不同季節(jié)測(cè)定結(jié)果,東寨港紅樹林沉積物有機(jī)質(zhì)含量為25.22%—93.41%,總平均值為46.60%。春季,有機(jī)質(zhì)最高含量在采樣點(diǎn)1,為86.54%,最低出現(xiàn)在采樣點(diǎn)2站,含量為25.22%。夏季,有機(jī)質(zhì)最高含量在采樣點(diǎn)2,為62.97%,最低含量在采樣點(diǎn)15,為34.78%。秋季,有機(jī)質(zhì)最高含量也在采樣點(diǎn)2,為61.4%,最低含量卻在采樣點(diǎn)1,為30.94%。冬季,有機(jī)質(zhì)最高含量在采樣點(diǎn)1,為94.41%,最低含量在采樣點(diǎn)7,為30.96%?？傮w上,有機(jī)質(zhì)含量春、冬季近岸低遠(yuǎn)岸高,夏、秋季近岸高遠(yuǎn)岸低,圖4。

圖4 沉積物有機(jī)質(zhì)的水平分布Fig.4 Organic matter distribution in sediments of mangrove in different seasons

3.4 小型底棲動(dòng)物與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

本研究調(diào)查的小型底棲動(dòng)物生活在東寨港紅樹林潮間帶沉積物,受潮汐、雨水和徑流沖刷影響較大,鹽度變化大,18‰—30‰,年平均水溫約為24—27℃,生境沉積物多為細(xì)質(zhì)沖積土,形成黏性較強(qiáng)的淤泥,長(zhǎng)期處于淹水狀態(tài)下,含水量高,溶解氧含量低或缺乏,產(chǎn)生大量還原性氣體,導(dǎo)致土壤呈酸性,有機(jī)碎屑豐富,因此沉積物中小型底棲動(dòng)物的種類和數(shù)量也較多。

BIOENV分析小型底棲動(dòng)物與環(huán)境因子的相互影響,表1。春季小型底棲動(dòng)物豐度與Chla、鹽度和pH相關(guān)性最高,這可能是因?yàn)榇杭颈Ｗo(hù)區(qū)沉積環(huán)境的變化較為穩(wěn)定,水動(dòng)力相對(duì)較小。夏季,對(duì)小型底棲動(dòng)物分布影響最大的環(huán)境因子是pH值,但相關(guān)性系數(shù)僅為0.527。秋季,主要影響環(huán)境因子是Chla和鹽度,相關(guān)性系數(shù)為0.904。冬季,有機(jī)質(zhì)、含水率、鹽度、pH值與小型底棲動(dòng)物相關(guān)系數(shù)為0.974。對(duì)不同季節(jié)小型底棲動(dòng)物與主要環(huán)境因子的相關(guān)性進(jìn)一步分析,表2。春季小型底棲動(dòng)物的豐度和Chla(Pearson′sr=0.684；P<0.05)含量呈顯著的正相關(guān)。夏季有機(jī)質(zhì)含量與小型底棲動(dòng)物的豐度呈顯著的負(fù)相關(guān)(Pearson′sr=-0.518；P<0.05)。秋季小型底棲動(dòng)物豐度與鹽度呈顯著負(fù)相關(guān)(Pearson′sr=-0.566；P<0.05)。

表1 小型底棲動(dòng)物豐度類群與環(huán)境因子相關(guān)性

表2 小型底棲動(dòng)物豐度類群與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

**.在0.01水平上顯著相關(guān)(雙尾)；*.相關(guān)在0.05水平上相關(guān)(雙尾)(n=3)

4 討論

小型底棲動(dòng)物典型特點(diǎn)是體型小,生活周期短,種類多,不同海域、距岸遠(yuǎn)近、水文條件等都會(huì)影響它們的分布,尤其受沉積物理化性質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)條件的影響,因?yàn)榻^大多數(shù)幼體對(duì)底質(zhì)要求嚴(yán)格,這在一定程度上限制了底棲動(dòng)物的分布范圍。本研究結(jié)果,東寨港紅樹林小型底棲動(dòng)物的種類多樣性較低,這與深圳灣福田紅樹林區(qū)小型底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)類群呈現(xiàn)較低的類群多樣性一致[8]。小型底棲動(dòng)物的分布受多個(gè)環(huán)境因子共同作用,而相關(guān)性系數(shù)變化受季節(jié)影響較大,BIOENV分析顯示每個(gè)季節(jié)環(huán)境因子的相關(guān)性系數(shù)都不同,但都存在一個(gè)最優(yōu)環(huán)境,即沉積物中有機(jī)質(zhì)和Chla是影響小型底棲動(dòng)物豐度的重要環(huán)境因子。

本研究發(fā)現(xiàn)小型底棲動(dòng)物多集中分布在Chla含量高區(qū),這與很多研究結(jié)果一致,如毛碩乾等對(duì)象山港小型底棲動(dòng)物與環(huán)境因子的研究[9],王家棟等對(duì)黃海冷水團(tuán)及周邊海域小型底棲動(dòng)物與環(huán)境因子相關(guān)性研究[10],范世亮等對(duì)黃東海小型底棲動(dòng)物與環(huán)境因子研究[11],結(jié)果均表明呈顯著正相關(guān)。東寨港紅樹林潮間帶沉積物中Chla的含量在季節(jié)、生物環(huán)境等綜合作用下發(fā)生了顯著變化,由于采樣點(diǎn)位于河口附近,受近岸、生物、環(huán)境影響較大。春季平均氣溫達(dá)到18.54℃,光照時(shí)長(zhǎng)為6.45 h,適宜光照和溫度以及較高營(yíng)養(yǎng)鹽水平使得藻類快速?gòu)牡啄嘀袕?fù)蘇,進(jìn)行大量增殖,生物量增加快。夏、秋季平均氣溫達(dá)到26.99℃,光照時(shí)長(zhǎng)為5.72 h,光照充足、溫度適宜,大規(guī)模藻類生長(zhǎng)為生境中的以藻類為食的生物提供了豐富的營(yíng)養(yǎng),這使不同站點(diǎn)Chla濃度先升高后降低。冬季溫度下降、光照減弱,藻類代謝減弱,甚至進(jìn)入休眠期,Chla濃度逐步降低至最低濃度。不同生境不同調(diào)查區(qū)域小型底棲動(dòng)物與單個(gè)環(huán)境因子的相關(guān)性有差異,王小谷等研究報(bào)道長(zhǎng)江口春季小型底棲動(dòng)物生物量與Chla不相關(guān)[12],冬季小型底棲動(dòng)物豐度與Chla含量呈顯著正相關(guān)[13]。膠州灣西北部海域小型底棲動(dòng)物豐度與有機(jī)質(zhì)、Chla、沉積物類型等單個(gè)環(huán)境因子沒(méi)有顯著相關(guān)關(guān)系[14]。退潮時(shí)巴基斯坦Korangi和Phitti兩地的紅樹林小型底棲動(dòng)物豐度及分布與環(huán)境因子呈正相關(guān)[15]。

在沉積環(huán)境中,有機(jī)質(zhì)可為底棲動(dòng)物提供營(yíng)養(yǎng),眾多的小型底棲動(dòng)物,都直接或間接的以有機(jī)質(zhì)為食,如自由生活線蟲類,直接以有機(jī)碎屑或間接的以消化有機(jī)碎屑為無(wú)機(jī)鹽的細(xì)菌和微藻為食,因此,有機(jī)質(zhì)的含量是研究小型底棲動(dòng)物的重要環(huán)境因子之一。春、夏季節(jié),紅樹林中的動(dòng)植物的生長(zhǎng)發(fā)育加速,有機(jī)質(zhì)作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)源會(huì)被大量消耗,但生境內(nèi)動(dòng)植物旺盛的代謝活動(dòng)又會(huì)產(chǎn)生新的動(dòng)植物殘?bào)w和排泄物來(lái)補(bǔ)充有機(jī)質(zhì),同時(shí)近岸春耕施肥等陸源污染帶來(lái)營(yíng)養(yǎng)鹽匯入,營(yíng)養(yǎng)鹽水平較高,且夏季多暴雨,雨水會(huì)挾帶大量有機(jī)質(zhì)碎屑及泥沙在港內(nèi)沉積。秋、冬季節(jié),溫度較低,生境內(nèi)動(dòng)植物進(jìn)入休眠期,消耗有機(jī)質(zhì)的活動(dòng)和反應(yīng)速度降低,產(chǎn)生的有機(jī)物會(huì)不斷累積,含量增高。環(huán)境條件健康時(shí),有機(jī)質(zhì)消耗與產(chǎn)生平衡,含量維持在穩(wěn)定水平。由于紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者主要是紅樹,紅樹脫落的葉片,一般都富集于沉積物的表層,這些都是有機(jī)質(zhì)的重要來(lái)源。富集的有機(jī)質(zhì)會(huì)吸引更多以分解有機(jī)質(zhì)為生的微生物和微型底棲生物,而小型底棲動(dòng)物以有機(jī)碎屑或分解有機(jī)質(zhì)的微生物和微型底棲生物為食,所以更多的有機(jī)質(zhì)也會(huì)直接或間接的吸引更多的小型底棲動(dòng)物。

紅樹林生態(tài)系統(tǒng)中小型底棲動(dòng)物的多樣性可以反映環(huán)境細(xì)微的變化,并被用于環(huán)境監(jiān)測(cè)[16-17],因此,東寨港紅樹林的環(huán)境監(jiān)測(cè)需要密切持續(xù)地關(guān)注底棲動(dòng)物的變化。