石偉杰,李莉,張永豐,張建樂(lè),王全穎,趙倩倩,張浩男,傅圓圓,姚遠(yuǎn)
(國(guó)家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,河北 秦皇島 066002)
浮游動(dòng)物為海洋次級(jí)生產(chǎn)者,種類、數(shù)量及群落結(jié)構(gòu)的變化不僅影響初級(jí)生產(chǎn)者與更高營(yíng)養(yǎng)級(jí)物種的分布特征[1],還反映生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的狀況[2],在海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能中起調(diào)控作用。生態(tài)位理論是十分重要的現(xiàn)代生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)理論,反映物種在生境中利用資源的能力,被廣泛地應(yīng)用于種間關(guān)系、群落結(jié)構(gòu)、生物多樣性和群落演替等研究[3]。浮游動(dòng)物生態(tài)位不僅能反映物種在群落或生態(tài)系統(tǒng)中的功能位置以及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力,而且有助于了解種間的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和規(guī)律[4]。
灤河口-北戴河海域位于渤海西北海岸中部,河流匯入形成了水溫適宜、鹽度較低、營(yíng)養(yǎng)較高的沿岸水團(tuán),水淺,餌料豐富[5],不僅成為扇貝大規(guī)模養(yǎng)殖的區(qū)域,也是渤海重要魚(yú)類產(chǎn)卵場(chǎng)以及國(guó)家二級(jí)保護(hù)動(dòng)物文昌魚(yú)的重要棲息地[6]。
近年來(lái)關(guān)于生態(tài)位的研究主要集中于浮游植物[7,8]和底棲動(dòng)物[9-13],有關(guān)近岸海域浮游動(dòng)物生態(tài)位的報(bào)道較少[14-19],目前尚無(wú)有關(guān)于灤河口-北戴河海域浮游動(dòng)物生態(tài)位的報(bào)道。因此,本文于2016年8 月調(diào)查了灤河口-北戴河海域浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和生態(tài)位特征,以及環(huán)境因子對(duì)浮游動(dòng)物群落的影響,以期為灤河口-北戴河海域浮游動(dòng)物群落演替的研究、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù)提供理論依據(jù)。
2016 年8 月(夏季)在灤河-北戴河海域設(shè)置22 個(gè)站位進(jìn)行調(diào)查(圖1)。樣品采集和分析均按照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763-2007)進(jìn)行[20]。采用淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)(孔徑505 μm,口徑50 cm,網(wǎng)長(zhǎng)145 cm)采樣,用終濃度5%的中性福爾馬林溶液固定,運(yùn)到實(shí)驗(yàn)室后分析。
圖1 灤河-北戴河海域采樣站位示意圖Fig.1 The map of sampling sites in Luanhe-Beidaihe estuary
同步監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù),包括溫度(Temperature)、水深(Depth)、鹽度(Salinity)、pH、溶解氧(DO)、化學(xué)需氧量(COD)、磷酸鹽(DIP)、無(wú)機(jī)氮(DIN),葉綠素a 含量(Chla)和透明度(Transparency),參照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763-2007)測(cè)定[20]。
1.2.1 優(yōu)勢(shì)種優(yōu)勢(shì)度
其中,Y 為優(yōu)勢(shì)度,N 為本次調(diào)查浮游動(dòng)物樣品總豐度,ni為第i 種浮游動(dòng)物的豐度,fi為第i 種浮游動(dòng)物出現(xiàn)的頻率。
1.2.2 生態(tài)位寬度
采用Levins[21]生態(tài)位寬度計(jì)算公式:
其中,Bi為第i 種的生態(tài)位寬度,取值范圍[0,1];Pij為第i 種浮游動(dòng)物在第j 站位下的豐度占該種所有站位總豐度的比值;r 為采樣站位數(shù)。
1.2.3 生態(tài)位重疊程度
生態(tài)位重疊程度采用Pianka[22]生態(tài)位重疊指數(shù):
其中,Oik為生態(tài)位重疊指數(shù);Pij和Pkj為第i 和第k 種豐度分別占在j 站位總豐度的比值;N 為采樣站位數(shù)。
將調(diào)查海域中各種浮游動(dòng)物豐度由大到小排列,選取占總豐度95%的浮游動(dòng)物作為分析對(duì)象[23],運(yùn)用Excel 軟件計(jì)算生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊程度;用Canoco4.5 軟件進(jìn)行水環(huán)境因子與浮游動(dòng)物群落冗余分析(RDA)。在RDA 分析前,水環(huán)境因子(除pH 外)和浮游動(dòng)物個(gè)體密度均進(jìn)行對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換lg(x+1)。
2016 年8 月灤河-北戴河海域共鑒定出浮游動(dòng)物24 種,浮游幼蟲(chóng)(包括魚(yú)卵仔魚(yú))18 種(表1),占浮游動(dòng)物總種類數(shù)的42.9%;節(jié)肢動(dòng)物16 種,占總種類數(shù)的38.1%;腔腸動(dòng)物5 種,占11.9%;毛顎動(dòng)物、尾索動(dòng)物和櫛水母動(dòng)物各1 種,均占2.4%。2016年夏季共有6 種優(yōu)勢(shì)種,分別為強(qiáng)壯箭蟲(chóng)(Sagitta crassa)、小擬哲水蚤(Paracalanus parvus)、藪枝水母(Obelia sp.)、太平洋紡錘水蚤(Acartia pacifica)、長(zhǎng)尾類幼蟲(chóng)(Macrura larva)和湯氏長(zhǎng)足水蚤(Calanopia thompsoni)。其中,強(qiáng)壯箭蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)度、豐度平均值和占浮游動(dòng)物總豐度的百分比均為最高,分別為0.263、153 ind/m3和26.3%。其次是小擬哲水蚤,其優(yōu)勢(shì)度、豐度平均值和占浮游動(dòng)物總豐度的百分比分別為0.167、97.4 ind/m3和16.7%,強(qiáng)壯箭蟲(chóng)、小擬哲水蚤和長(zhǎng)尾類幼蟲(chóng)在所有站位中均出現(xiàn)。優(yōu)勢(shì)種的總豐度占浮游動(dòng)物總豐度的79.8%。
表1 調(diào)查海域浮游動(dòng)物種類組成Tab.1 Species composition of zooplankton in the surveyed area
以占總豐度95%為標(biāo)準(zhǔn)選取浮游動(dòng)物進(jìn)行生態(tài)位分析,生態(tài)位寬度變化范圍在0.048~0.704 之間(表2)。因此浮游動(dòng)物生態(tài)位寬度可分為三類:第一類浮游動(dòng)物生態(tài)位寬度較廣(>0.6),在調(diào)查站位中出現(xiàn)頻率高且豐度較大,如強(qiáng)壯箭蟲(chóng)和長(zhǎng)尾類幼蟲(chóng);第二類浮游動(dòng)物生態(tài)位寬度值在0.3~0.6 之間,出現(xiàn)頻率較高但豐度較大,如浮游幼蟲(chóng)短尾類溞狀幼蟲(chóng)(Brachyura zoea)和多毛類幼蟲(chóng)(Polychaeta larva)。第三類浮游動(dòng)物生態(tài)位寬度較窄(<0.3),出現(xiàn)頻率較高但豐度小,橈足類如小擬哲水蚤、太平洋紡錘水蚤、湯氏長(zhǎng)足水蚤、近緣大眼劍水蚤和一些水母類藪枝水母、細(xì)頸和平水母(Eirene menoni),還有一些幼蟲(chóng)類如腹足類幼蟲(chóng)(Gastropoda larva);或出現(xiàn)頻率低但豐度較大,如擬長(zhǎng)腹劍水蚤、球形側(cè)腕水母(Pleurobrachia globosa)和異體住囊蟲(chóng)(Oikopleura dioica)等。
表2 灤河-北戴河海域浮游動(dòng)物生態(tài)位寬度和生態(tài)重疊Tab.2 Niche breath and niche overlap of zooplankton species in Luanhe-beidaihe estuary
浮游動(dòng)物生態(tài)位重疊值變化范圍在0.002~0.990 之間(表2)。調(diào)查海域浮游動(dòng)物種對(duì)共有91對(duì),生態(tài)位重疊值大于0.6 種對(duì)有18 對(duì),占總對(duì)數(shù)的19.8%。近緣大眼劍水蚤和擬長(zhǎng)腹劍水蚤重疊值最高為0.990,原因可能是二者皆為廣溫廣鹽種類,且出現(xiàn)的站位和頻率均相同。近緣大眼劍水蚤和多毛類幼蟲(chóng)、近緣大眼劍水蚤和小擬哲水蚤、近緣大眼劍水蚤和腹足類幼蟲(chóng)、藪枝水母和球形側(cè)腕水母、擬長(zhǎng)腹劍水蚤和腹足類幼蟲(chóng)、擬長(zhǎng)腹劍水蚤和多毛類幼蟲(chóng)生態(tài)重疊值也均大于0.8;生態(tài)位重疊值介于0.3 和0.6 之間種對(duì)有23 對(duì),占總對(duì)數(shù)的25.3%,如強(qiáng)壯箭蟲(chóng)與短尾類溞狀幼蟲(chóng)、多毛類幼蟲(chóng)、藪枝水母等種群,長(zhǎng)尾類幼蟲(chóng)與短尾類溞狀幼蟲(chóng)、多毛類幼蟲(chóng)、湯氏長(zhǎng)足水蚤等種群重疊值均大于0.3;生態(tài)位重疊值小于0.3 種對(duì)有50 對(duì),占總對(duì)數(shù)的54.9%,如異體住囊蟲(chóng)與其他物種(除了與強(qiáng)壯箭蟲(chóng)0.328 和藪枝水母0.342 外)重疊值均較低(<0.3)。
2.3.1 環(huán)境因子結(jié)果分析
調(diào)查海域水深平均為8.91 m;pH、海水溫度、化學(xué)需氧量和葉綠素a 平均含量分別為8.04、27.0 ℃、1.25 mg/L 和6.03 μg/L;海水鹽度變化范圍較大,在28.954~31.243 之間,平均值為30.419;溶解氧和無(wú)機(jī)氮含量較高,平均值分別為8.41 mg/L 和0.162 mg/L;無(wú)機(jī)磷含量較低,僅為0.001 69 mg/L。N/P 為212∶1,為Redfiled[24]比值(16∶1)的13.3 倍,該海域?yàn)榱紫拗坪S颍ū?)。
表3 2016 年8 月灤河-北戴河海域水環(huán)境因子調(diào)查結(jié)果Tab.3 Summary of environmental parameters in Luanhe-Beidaihe estuary in August 2016
2.3.2 冗余分析
2016 年夏季浮游動(dòng)物RDA 分析結(jié)果見(jiàn)表4 和表5,RDA 排序圖見(jiàn)圖2。選取水深、鹽度、pH、溶解氧、化學(xué)需氧量、葉綠素a、無(wú)機(jī)氮、無(wú)機(jī)磷、溫度和透明度為RDA 分析的環(huán)境因子。Monte Carlo 檢驗(yàn)結(jié)果顯示,第一排序軸(0.006)和全部排序軸(0.016)均呈顯著差異(P<0.05),前兩個(gè)物種排序軸之間、前兩個(gè)環(huán)境因子排序軸之間的相關(guān)系數(shù)均為0,排序結(jié)果可靠。環(huán)境因子對(duì)浮游動(dòng)物群落的總解釋量為58.8%,其中第一排序軸和第二排序軸的特征值分別為0.233 和0.178,分別解釋了物種環(huán)境變異程度的39.7%和30.2%。第一排序軸的物種環(huán)境相關(guān)系數(shù)為0.943,第二排序軸的物種環(huán)境相關(guān)系數(shù)為0.895,表明環(huán)境因子與浮游動(dòng)物群落組成相關(guān)性較好。
表4 灤河-北戴河海域浮游動(dòng)物RDA 分析結(jié)果Tab.4 Result of RDA analysis of zooplankton species in Luanhe-Beidaihe estuary
表5 第1 和第2 排序軸與環(huán)境因子間的相關(guān)系數(shù)Tab.5 Correlation coefficients of environmental factors with the first two axes of RDA
圖2 2016 年8 月灤河口-北戴河浮游動(dòng)物與水環(huán)境因子RDA 排序圖Fig.2 The zooplankton species and environmental factors biplot based RDA in August 2016
第一排物種序軸與葉綠素a 的相關(guān)性最大,相關(guān)系數(shù)為0.611,其次是鹽度、透明度、無(wú)機(jī)磷和水溫,相關(guān)系數(shù)分別為-0.520、0.492、0.428 和0.388。第二物種排序軸與水深相關(guān)性最大,相關(guān)系數(shù)為-0.742,其次為透明度和溶解氧,相關(guān)系數(shù)分別為-0.563 和-0.373。從排序圖可以看出,強(qiáng)壯箭蟲(chóng)、近緣大眼劍水蚤、擬長(zhǎng)腹劍水蚤和球形側(cè)腕水母等物種分布在圖的左側(cè),表明其分布受到鹽度影響較大,與鹽度呈正相關(guān)關(guān)系。太平洋紡錘水蚤、異體住囊蟲(chóng)與葉綠素a、無(wú)機(jī)磷和溫度呈正相關(guān)關(guān)系。小擬哲水蚤和湯氏長(zhǎng)足水蚤主要受化學(xué)需氧量和無(wú)機(jī)氮的影響。溫度、透明度和pH 對(duì)短尾類溞狀幼體分布的影響較大。多毛類幼蟲(chóng)和腹足類幼蟲(chóng)的分布受水深和鹽度的影響較大。
本次調(diào)查結(jié)果顯示,浮游幼蟲(chóng)、節(jié)肢動(dòng)物和腔腸動(dòng)物為浮游動(dòng)物最主要的組成類群。夏季水溫較高,食物充足,浮游幼蟲(chóng)大量繁殖[25],其種類較多(18種),也呈多樣化。節(jié)肢動(dòng)物門的太平洋紡錘水蚤、小擬哲水蚤、擬長(zhǎng)腹劍水蚤和近緣大眼劍水蚤,以及腔腸動(dòng)物門的藪枝水母、和平水母等均為海域常見(jiàn)的近岸種類。強(qiáng)壯箭蟲(chóng)為調(diào)查海域的第一優(yōu)勢(shì)種,其出現(xiàn)頻率、平均密度和優(yōu)勢(shì)度均為最高,分別為100%、153 ind/m3和0.263,屬于廣溫廣鹽種類,是渤海近岸常見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)種。梁淼等[16]對(duì)曹妃甸近岸大中型浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種空間生態(tài)位的研究表明,強(qiáng)壯箭蟲(chóng)不再是夏季第一優(yōu)勢(shì)種,其優(yōu)勢(shì)地位逐漸消弱,這與本研究結(jié)果不太一致,其原因可能是不同海域環(huán)境所致,也可能是近些年曹妃甸海域填海工程對(duì)海域環(huán)境的影響,使得海域浮游動(dòng)物群落發(fā)生變化。趙志紅等[26]對(duì)昌黎生態(tài)監(jiān)控區(qū)夏季浮游動(dòng)物多樣性的研究顯示,2014 年和2015 年夏季強(qiáng)壯箭蟲(chóng)為該海域第一優(yōu)勢(shì)種,這與本研究結(jié)果基本一致,表明在該海域種強(qiáng)壯箭蟲(chóng)優(yōu)勢(shì)依然明顯,其分布較廣且豐度較大。
生態(tài)位是種群對(duì)環(huán)境因子生態(tài)適應(yīng)性的一個(gè)綜合效應(yīng)[18]。生態(tài)位寬度在一定程度上反映了物種在不同海洋環(huán)境條件下的生態(tài)習(xí)性差異,也是衡量物種對(duì)資源環(huán)境適應(yīng)性重要指標(biāo)[17]。生態(tài)位寬度較大的種群,對(duì)環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,生態(tài)位較窄的種群對(duì)生存環(huán)境的要求較高,對(duì)環(huán)境因子有一定依賴性[17]。強(qiáng)壯箭蟲(chóng)和長(zhǎng)尾類幼蟲(chóng)生態(tài)位值均大于0.6,為廣生態(tài)位種類,在夏季形成最主要的優(yōu)勢(shì)種,兩者在所有站位中的出現(xiàn)頻率均為100%,且豐度較大,說(shuō)明生態(tài)位寬度值較大的物種對(duì)環(huán)境具有更強(qiáng)適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力。
生態(tài)位重疊是衡量物種間對(duì)資源環(huán)境利用的相似度和競(jìng)爭(zhēng)性[27]。在調(diào)查海域生態(tài)位重疊值大于0.6的種對(duì)占19.8%。其中,近緣大眼劍水蚤和擬長(zhǎng)腹劍水蚤重疊值最高為0.990,雖然兩種浮游動(dòng)物生態(tài)位寬度均較窄,但其出現(xiàn)的站位和頻率均相同,表明它們對(duì)生存資源的利用上極為相似,生存環(huán)境位點(diǎn)選擇上高度重合。浮游動(dòng)物的生態(tài)位重疊與物種間的營(yíng)養(yǎng)關(guān)系存在著密切聯(lián)系[17]。異體住囊蟲(chóng)與橈足類之間重疊值均較小,在0.002~0.184 之間,其原因可能是異體住囊蟲(chóng)與橈足類之間存在較為強(qiáng)烈的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系,橈足類可能攝食其卵和幼體,它們對(duì)生存資源利用存在較大的差異所導(dǎo)致[28,29]。一些生態(tài)位寬度值較小的種群可能對(duì)環(huán)境的要求近似而表現(xiàn)出較高的生態(tài)位重疊[18]。水母類之間重疊值較高,如藪枝水母和球形側(cè)腕水母的生態(tài)位寬度值均較低,分別為0.255 和0.122,但兩者之間重疊值達(dá)0.804,表明兩者對(duì)環(huán)境位點(diǎn)的選擇具有相似性。橈足類物種間的生態(tài)位寬度值均小于0.25,但它們之間重疊值也較高,如湯氏長(zhǎng)足水蚤和小擬哲水蚤之間;小擬哲水蚤和近緣大眼劍水蚤、擬長(zhǎng)腹劍水蚤之間;近緣大眼劍水蚤和擬長(zhǎng)腹劍水蚤之間。腹足類幼蟲(chóng)和小擬哲水蚤、近緣大眼劍水蚤、擬長(zhǎng)腹劍水蚤的重疊值也均大于0.6,表明它們對(duì)棲息環(huán)境選擇的較為接近。
浮游動(dòng)物與環(huán)境因子的關(guān)系可以用排序的手段來(lái)解讀[30],并可對(duì)生態(tài)位分析得出的結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步地補(bǔ)充說(shuō)明。浮游動(dòng)物是海洋食物鏈中的重要組成部分,其運(yùn)動(dòng)能力較弱,群落變化受海域水環(huán)境及浮游植物等眾多因素的影響[31,32]。其中,影響浮游動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的水環(huán)境因子包括水溫、鹽度和營(yíng)養(yǎng)鹽等。葉綠素a 含量一定程度上能反映浮游植物豐度,浮游植物作為浮游動(dòng)物的餌料,其豐度變化可影響浮游動(dòng)物群落分布,因此,葉綠素a 可間接影響浮游動(dòng)物分布。
水溫和鹽度是影響浮游動(dòng)物群落分布的主要因素[19,33]。異體住囊蟲(chóng)和短尾類溞狀幼體均為廣溫廣鹽種類[34],在排序圖中顯示與溫度呈正相關(guān)關(guān)系。橈足類如小擬哲水蚤、擬長(zhǎng)腹劍水蚤和近緣大眼劍水蚤,毛顎動(dòng)物強(qiáng)壯箭蟲(chóng)以及水母類藪枝水母、細(xì)經(jīng)和平水母等物種與水溫呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性,其原因可能是夏季海域水溫已經(jīng)接近甚至超過(guò)部分浮游動(dòng)物的適溫上限,因此表現(xiàn)為與水溫負(fù)相關(guān)[35]。侯超偉等[19]在研究煙臺(tái)近海浮游動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種空間生態(tài)位時(shí)發(fā)現(xiàn),春季是溫度是影響浮游動(dòng)物空間生態(tài)位分化的重要因素,但到夏季隨著溫度的升高,水溫不再是影響生態(tài)位分化的因素。這與本研究結(jié)果基本一致。鹽度主要通過(guò)參與浮游動(dòng)物體內(nèi)滲透壓和離子的調(diào)節(jié)而影響其生理活動(dòng)。劉棟等[33]和鄭執(zhí)中等[36]研究結(jié)果表明,廣溫低鹽近岸種的適宜鹽度為小于31,在鹽度小于31 的海域中,浮游動(dòng)物豐度隨鹽度升高而增加。灤河口-北戴河海域鹽度平均值為30.419,在排序圖中擬長(zhǎng)腹劍水蚤、近緣大眼劍水蚤和強(qiáng)壯箭蟲(chóng)等浮游動(dòng)物與鹽度呈正相關(guān),這與劉棟等[33]和鄭執(zhí)中等[36]的研究結(jié)論基本一致,在鹽度值較小時(shí),浮游動(dòng)物與其呈正相關(guān),當(dāng)鹽度值超過(guò)一定值時(shí),海域環(huán)境不太適合浮游動(dòng)物生長(zhǎng),浮游動(dòng)物與鹽度呈負(fù)相關(guān)。強(qiáng)壯箭蟲(chóng)屬于廣溫廣鹽種,是渤海肉食性浮游動(dòng)物[37,38],水母類也能攝食水域中其他浮游動(dòng)物[39]。他們與浮游動(dòng)物構(gòu)成了捕食者和被捕食者的關(guān)系,在排序圖左側(cè)毛顎類的強(qiáng)壯箭蟲(chóng),水母類的藪枝水母、細(xì)經(jīng)和平水母和球型側(cè)腕水母,與橈足類的擬長(zhǎng)腹劍水蚤、近緣大眼劍水蚤,長(zhǎng)尾類幼蟲(chóng)等分布較為集中,在空間分布上呈現(xiàn)追隨現(xiàn)象,在排序圖中分布較為相似。葉綠素a的含量能反映浮游植物的密度。本研究中葉綠素a對(duì)浮游動(dòng)物空間分布的影響不十分顯著(如小擬哲水蚤、湯氏長(zhǎng)足水蚤和腹足類幼蟲(chóng)等),僅與少數(shù)物種均有正相關(guān)關(guān)系(如異體住囊蟲(chóng)和短尾類溞狀幼蟲(chóng)),原因是夏季浮游植物密度較高,其作為餌料不再是影響浮游動(dòng)物生長(zhǎng)的主要因素[35]。調(diào)查結(jié)果顯示,灤河口-北戴河海域?yàn)榱紫拗坪S?,水體中無(wú)機(jī)磷的含量對(duì)浮游植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生較大的影響,浮游植物可作為多數(shù)浮游動(dòng)物的餌料。因此無(wú)機(jī)磷可通過(guò)浮游植物間接影響浮游動(dòng)物的空間分布。
本文僅從環(huán)境因子、生態(tài)位寬度和生態(tài)位重疊值角度對(duì)灤河口-北戴河海域浮游動(dòng)物生態(tài)位特征進(jìn)行了初步研究,對(duì)于季節(jié)變化、攝食方式及水團(tuán)流動(dòng)對(duì)其生態(tài)位特征的影響還需進(jìn)一步調(diào)查。