2009年夏季南海北部的浮游植物群落

李 欣, 孙 军, 田 伟, 汪 岷

(1. 中国海洋大学 海洋生命学院, 山东青岛 266003; 2. 天津科技大学 海洋科学与工程学院, 天津 300457)

浮游植物作为海洋生态系统的初级生产者, 在物质循环和能量流动中起着至关重要的作用, 同时也在改变碳通量、云反照率、海水光通量和热通量上发挥着至关重要的作用[1]。南海作为中国最大的边缘海, 地处热带与亚热带之间, 沿岸江河密布, 陆源营养丰富, 南海的浮游植物群落结构特征由于近海环境的变化而处于动态变化中。建国后, 对南海的浮游植物群落结构的调查比较多[2-7], 但是要获得南海北部整个浮游植物群落结构的年际变化, 仅凭先前的调查还远远不够。本文结合之前的调查结果, 对夏季南海浮游植物群落的结构特征做了初步分析, 以期为南海相关研究工作提供基础资料。

1 材料和方法

1.1 站位设置及采样方法

此次调查(2009年 8月 12～24日)在南海北部(18°～22°N, 110°～117°E)水域共布设 22 个采水站位,其中, 从S1～8和S2～9向外海方向站位水深超过200 m,其他站位水深均在200 m以浅。两个典型断面S1和S2 (图1), 取水样116个。

1.2 样品分析方法

根据各观测站的水深, 按照《海洋调查规范》[8],于标准层(0, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 m)各取水样1L, 并用中性福尔马林溶液固定, 终浓度为 2%。样品带回实验室内, 用 Utermöhl方法进行分析, 取100 mL样品于Hydro-bios的Utermöhl计数框内, 静置24 h, AO倒置显微镜200倍或400倍下进行浮游植物物种鉴定和计数[9-11]。

图1 南海浮游植物采样站位图Fig. 1 Sampling stations

1.3 浮游植物群落结构分析

对调查区域的浮游植物群落结构多样性进行分析, 各指数分别如下[11]:

物种多样性指数采用香农-威纳指数(Shannon-Wiener index):

物种均匀度采用Pielou均匀度指数:

优势度(Y)计算公式:

上式中,N为采集样品中所有物种的总数,S为样品中的物种数,fi为物种i在样品中出现的频率,ni为物种i在所有样品中的总个体数,Pi=ni / N为第i种在样品中的细胞丰度概率。

2 结果与讨论

2.1 浮游植物物种组成

本文对南海水域(18°～22°N, 110°～117°E)浮游植物群落结构进行初步分析, 共鉴定5门60属109种,硅藻43属76种(未定种16种)占所有物种的69.7%,甲藻 12属27种(未定种 4种)占所有物种的24.8%,蓝藻2属2种, 绿藻2属3种, 金藻1属1种, 浮游植物细胞丰度介于 0.009×103个/L到 249.930×103个/L之间, 平均8.197×103个/L。调查区的优势种多为硅藻, 如柔弱伪菱形藻Pseudo-nitzschia delicatissma, 菱形海线藻Thalassionema nitzschioides, 颗粒直链藻Melosira grannulata, 尖刺伪菱形藻Pseudo-nitzschia pungens, 矮小短棘藻Detonula pumila, 原多甲藻Protoperidiniumsp., 冰河拟星杆藻Asterionopsis glacialis。各优势种出现频率和优势度见表1。

表1 2009年夏季调查区浮游植物优势种*Tab. 1 Phytoplankton dominant species in the survey area in summer of 2009

2.2 调查区表层温盐的分布

调查区表层温度在近岸表层水温较高, 而在外部海区温度降低(图2)。尽管陆源淡水会对南海水体表层水温造成影响, 然而夏季南海北部表层水体由于受太阳辐射整体升温, 表层水温相对稳定[12]。表层盐度受陆源淡水影响较为显著, 近岸表层盐度较低,沿着冲淡水的方向逐渐增大。

图2 调查区表层温度(℃)和盐度分布Fig. 2 Horizontal distribution of temperature (℃)and salinity in the surface water

2.3 调查区细胞丰度的分布

2.3.1 浮游植物细胞丰度的表层分布

调查区表层细胞平均丰度为 45.252×103个/L,浮游植物细胞丰度在水平方向上由近岸向外海递减,硅藻和甲藻的平面分布也表现出了相似的结果(图3),从硅藻和甲藻细胞丰度的水平分布来看, 在S1断面的近岸站位硅藻的丰度较高, 而甲藻在S2断面的近岸站位表现出丰度高值区, 另外蓝藻门的铁氏束毛藻在外海有较高的丰度, 这与以往的研究结果一致,其丰度高值区一般分布在外海的贫营养盐海域[2-4]。

图3 调查区表层浮游植物细胞丰度(103个/L)分布Fig. 3 The distribution of phytoplankton cell abundance (103cell/L)

2.3.2 浮游植物细胞丰度的垂直分布

对南海北部海域的断面S1和S2做断面图(图4)来表征该区域的浮游植物垂直分布特征, 断面S1浮游植物丰度随水深的增加而下降, 在离岸方向上,由珠江口向外海细胞丰度逐渐降低, 整体上浮游植物主要分布在50 m以浅水域。断面S2浮游植物丰度总体特征与断面S1相似, 由近岸向外海逐渐降低,但是在断面的最外端出现细胞丰度的另一个高值。

浮游植物细胞丰度在垂直方向上, 高值区位于近岸盐度相对较低的水域, 而与温度关系分布不是很明显。南海夏季表层水体受太阳辐射而整体升温,造成层化现象明显, 水体较稳定[12]。

图4 调查区断面浮游植物细胞丰度(103个/L)、温度(℃)和盐度的分布a. S-1浮游植物; b. S-1硅藻;c.S-1甲藻; d. S-1温度(℃); e. S-1盐度; f. S-2浮游植物; g. S-2硅藻; h .S-2甲藻; i. S-2温度(℃); j. S-2盐度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 历史资料比较

调查区浮游植物细胞丰度与历史资料的对比如表2所示, 与 2004年同期调查结果相比, 平均细胞丰度明显降低, 本次调查标准层平均细胞丰度为8.197×103个/L, 表层为 45.252×103个/L, 而 2004 年同期调查结果的标准层和表层的平均细胞丰度分别为115.000×103个/L和387.000×103个/L, 浮游植物的表层分布与1999年相比也明显降低, 但较1998年的调查结果略有增加, 这可能是由于分析方法和调查区域的不同以及采样时间不同(浮游植物群落结构不断变化, 同年 7月南海北部采样浮游植物丰度也较低)所致。

表2 2009年夏季南海浮游植物细胞丰度与历史资料比较Tab. 2 Comparison of phytoplankton cell abundance with historical data in the South China Sea in summer of 2009

2.5 调查区浮游植物优势种的生态特征

调查区浮游植物以广温、广布型为主, 出现的菱形海线藻、角毛藻、尖刺伪菱形藻、柔弱菱形藻等广布型种往往形成群体, 在南海北部海域形成优势。冰河拟星杆藻是我国沿海分布较广的种类[13], 在本次调查的近岸以较高的丰度出现。铁氏束毛藻作为一种热带及亚热带的常见种, 在本次调查中常可以看到藻丝体成放射状排列形成的球体, 细胞丰度的高值区位于南海北部珠江口附近。此外还有暖水性种如甲藻类的原多甲藻, 以及由于冲淡水的注入而形成的特征性半咸水硅藻颗粒直链藻[1,10], 该种在珠江口的A1,A2站形成优势。

2.6 表层浮游植物群落的多样性指数分布

调查南海2009年8月份表层水体浮游植物多样性指数介于 0.178～3.445之间, 并且在珠江口以南以及广东近岸站位出现多样性指数的低值区(图 5),由于多样性指数往往指示群落生长的旺盛与否[14],这些低值区恰恰表征了柔弱伪菱形藻、菱形海线藻等少数几种浮游植物生长旺盛, 形成优势的状态。调查区的Pielou均匀度指数介于0.049～0.961之间, 低值区与多样性指数类似, 位于珠江口南部和广东沿岸附近站位, 这些站位由于受沿岸冲淡水的影响,水体稳定性较差, 浮游植物群落结构不稳定, 呈现较低的均匀度。

图5 调查区表层水体浮游植物群落的多样性指数(a)和均匀度指数(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 结论

本次调查中硅藻在浮游植物群落中占绝对优势,其次是甲藻, 浮游植物平均细胞丰度为 8.197×103个/L, 优势种为柔弱伪菱形藻、菱形海线藻、颗粒直链藻、尖刺伪菱形藻、矮小短棘藻、原多甲藻、冰河拟星杆藻等。

调查区浮游植物细胞丰度分布呈现明显的区域性。南海北部近岸站位的浮游植物细胞丰度明显高于外海的站位, 高值区在珠江口附近以及广东沿岸海区, 另外浮游甲藻在广东近岸站位出现高值; 细胞丰度在垂直方向上由表层向深层递减。

浮游植物细胞分布与盐度呈显著的负相关性,浮游甲藻呈现出对较高温度的适应性。

多样性低值区出现在珠江口以南以及广东沿岸站位。

以上的分析结果基于水样分析, 代表细胞粒径大于5 μm的种类。类似的基础数据在此海域还远远不够, 与环境关系的分析也相当初步, 需要今后更多的工作积累。

致谢: 感谢“中国海监81”调查船船长和船员们, 环境资料由国家海洋局第二海洋研究所蔡昱明研究员提供, 现场浮游植物样品的采集工作由郭术津完成, 谨致谢忱！

[1]孙军, 刘东艳, 杨世民, 等. 渤海中部和渤海海峡及邻近海域浮游植物群落结构的初步研究[J]. 海洋与湖沼, 2002, 33(5): 461-471.

[2]乐凤凤, 孙军, 宁修仁, 等. 2004年夏季中国南海北部的浮游植物[J]. 海洋与湖沼, 2006, 37(3):238-248.

[3]孙军, 宋书群, 乐凤凤, 等 . 2004年冬季南海北部浮游植物[J].海洋学报, 2007, 29(5):132-145.

[4]朱根海, 宁修仁, 蔡昱明, 等. 南海浮游植物种类组成和丰度分布的研究[J].海洋学报, 2003, 25(增刊2):8-23.

[5]蔡文贵, 李纯厚, 贾晓平, 等. 粤西海域浮游植物种类的动态变化及多样性[J]. 海洋环境科学, 2003,22(4): 34-37.

[6]郭玉洁, 叶嘉松. 南海中部海域浮游植物的水平和垂直分布[C]//南海海区综合调查研究报告(一). 北京:科学出版社, 1982: 217-230.

[7]叶嘉松, 林永水, 袁文彬. 东沙群岛周围海域夏季浮游植物的数量分布[C]//南海海洋生物研究论文集(一). 北京: 海洋出版社, 1983: 1-6.

[8]国家技术监督局. GB12763.6-1991海洋监测规范 (第6部分): 海洋生物调查[S]. 北京: 中国标准出版社,1992: 17-20.

[9]孙军, 刘东艳, 钱树本. 一种海洋浮游植物定量研究分析方法-Utermöhl方法的介绍及其改进[J]. 黄渤海海洋, 2002, 20(2): 105-112.

[10]金德祥. 中国海洋浮游硅藻类[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1965:180-182.

[11]孙军, 刘东艳, 宁修仁,等. 2001/2002年夏季南极普里兹湾及其邻近海域的浮游植物[J]. 海洋与湖沼,2003, 34 (5):519-532.

[12]孙军, 刘东艳. 中国海区常见浮游植物种名更改初步意见[J]. 海洋与湖沼, 2002, 33 (3): 271-286.

[13]杨海军, 刘秦玉. 南海上层水温分布的季节特征[J].海洋与湖沼, 1998, 29(5):501-507.

[14]孙军, 刘东艳. 多样性指数在海洋浮游植物研究中的应用[J]. 海洋学报, 2004, 26(1): 62-75.