2016年夏季东海北部浮游动物粒级结构的初步研究

吴思成，许永久，何江楠，贵冬晴，黄思奇，王 超，胡嘉豪

（浙江海洋大学水产学院，浙江舟山 316022）

东海北部区域，是我国的传统渔场，受到长江冲淡水和台湾暖流的影响，营养盐丰富，浮游生物饵料繁多。随着经济快速发展，东海北部区域沿岸所产生的大量工业、农业及生活污水进入东海[1-2]，使得东海北部水体富营养化程度严重，赤潮频发，浮游动物群落结构发生显著变化[3]。

浮游动物是海洋生态系统的重要组成部分，是物质循环和能量流动中的关键环节，它的丰度、稳定性能直接反映当前海域的生态与环境状况[4]。浮游动物的粒级结构能够反映生态系统能量流动的效率[5]。近年来国内许多学者对东海北部浮游动物进行了大量的调查研究[6-10]，主要侧重于浮游动物群落结构、数量分布及季节变化等，但针对浮游动物粒级组成和粒级结构的研究相对较少。本文通过分析东海北部浮游动物粒级结构的组成及生物量的空间分布，探讨影响浮游动物粒级结构的关键因子，以期为东海北部区域的浮游生物监测调查以及海洋环境生态修复提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 调查海域和站位设置

2016年8月在东海北部进行了浮游动物采样调查，设置站位18个（图1）。

图1 调查海域站位图Fig.1 Survey stations map

1.2 样品采集

浮游动物样品的采集方法参照《海洋调查规范—海洋生物调查》[11]，以浅水Ⅱ型生物网（网口内经为31.6 cm，网筛孔径约0.160 mm）采集样品，拖网方式采用由底层至表层的垂直拖网，采集的浮游动物样品放入500 mL采样瓶中，加入福尔马林溶液，至体积分数为5%保存，并运回实验室。

1.3 样品测定方法

1.3.1 粒径分组

采集的样品用分样筛进行过滤分级，分样筛孔径从上至下依次为5 mm，1 mm，0.5 mm。根据分样筛的孔径依次将浮游动物划分为小型S0.5（s＜0.5）、中型S0.5-1（0.5＜s＜1）、大型S1-5（1＜s＜5），其中大于5 mm的以胶质类动物为主，故不作为浮游动物考虑。

1.3.2 浮游动物生物量的测定

将分级过滤后获得的样品快速用去离子水冲洗，转移到预先在450℃下煅烧并称重的玻璃纤维膜上（WhatmanGF/C），然后置于烘箱内，于60℃下烘干36 h，用感量为0.1 mg的电子天平称重，减去滤膜的初始重量，即得到不同粒径组浮游动物的干重值，将得到的干重值比上拖网滤过的海水体积，即得到各站位不同粒径组浮游动物的生物量。

1.3.3 遥感水温和叶绿素a

本航次东海北部表层水温、表层叶绿素a（三级产品）数据均通过美国NASA网站（https：//www.oceancolour.org/）下载获得。

1.4 数据处理和统计分析

本研究使用Microsoft Office Excel、IBM SPSS Statistics 19软件进行数据处理，并用Surfer11软件绘图。

香农-威纳指数（Shannon-weaner index）可用来描述种类个体出现的紊乱和不确定性，不确定性越高，多样性也就越高[12]。在香农-威纳指数中包含两个因素：种类丰富（equitability）和个体分配的均匀性（evenness）。种类数目多，可增加多样性；同样种类间个体分配的增加也可使多样性提高。香农-威纳指数的计算公式为：

公式中H′为多样性指数，它的值的大小反映多样性指数的高低，其值越大，代表多样性就越高。Pi为某一站位采集样品中第i粒径组浮游动物生物量占该站总生物量的比例。

2 结果

2.1 调查海域温度、叶绿素a的空间分布

夏季，东海北部表层水温变化范围为26～31℃，从空间上来看，长江口外海水域表层水温较高，而江苏沿岸与舟山海区受到上升流的影响，水温较低（图2a）。从空间上看，叶绿素a高值区呈一羽状峰分布（图2b），高值区变化范围为4～40 mg/m3。叶绿素a在外海较低，变化范围为0.04～2.5 mg/m3，在调查海域上呈西北向东南角递减的趋势。可初步认为长江冲淡水的扩展路径是叶绿素a高值区呈羽状峰分布的主要原因。

对各空间站位的温度、叶绿素a数据进行聚类分析（图3a）。本航次调查的18个站位可划分为两个组，G1（图3b蓝色部分）与G2（图3b红色部分）。G1组站位分布在东海北部叶绿素a高值区，而G2组站位分布在叶绿素a的低值区，因此可初步将G1与G2分为冲淡水的较大影响区与较小影响区。

2.2 调查海域粒级结构多样性的空间分布

各站位香农-威纳指数介于0.39～1.60之间，平均值为1.15。在调查海域西北角（B1、B2、B5站位）、东南侧（B14、B18站位）和B04站位附近形成3个高值区，3个高值区的香农-威纳指数平均值分别为1.46，1.55，1.43；在调查海域124.5°E上的3个站位（B06、B11、B17）和 B03 站位，香农-威纳指数较低，介于0.70～1.00 之间，平均值为 0.86；在调查海域东北角（B07、B08、B13站位），香农-威纳指数形成1个低值区，平均值为0.76，并在B07站位达到最低值，为0.39。调查海域香农-威纳指数总体上呈西北、东南两侧向中央递减，东南侧向东北角递减的趋势（图4）。

2.3 不同粒径组生物量的空间分布

图2 海域温度及叶绿素a对数值（以10为底）Fig.2 Investigated sea area temperature and chlorophyll-a logarithm （base 10）

图3 浮游动物调查站位聚类分析Fig.3 Cluster analysis of zooplankton survey stations

图4 粒径组多样性指数Fig.4 Particle size group diversity index

浮游动物生物量的空间分布如图5所示。S0.5粒径组（图5a）的浮游动物在G1的B03和B13站位分布最多，生物量分别为0.036 1（单位g/m3，下同）和0.038 1，B04和B07站位分布稍多，生物量分别为0.012 5和0.019 8；在G2组群，S0.5粒径组的浮游动物分布较少，但较为均匀，生物量均低于0.010 0。

S0.5-1粒径组（图5b）的浮游动物总体上分布较为均匀，只在G2组群的 B11、B16和 B17站位有稍多分布，生物量分别为0.010 3、0.017 6和0.016 4，其它站位S1-5粒径组浮游动物生物量均低于0.010 0。

S1-5粒径组（图5c）的浮游动物在G2组群的B11站位分布最多，生物量为0.046 0，在B16站位分布较多，生物量为 0.023 8，B09站位分布稍多，生物量为0.017 4；而在G1组群，S1-5粒径组的浮游动物分布较少，只在B06站位有较多分布，生物量为0.024 3，其它站位S1-5粒径组浮游动物生物量均低于0.010 0。

2.4 不同影响区浮游动物的生物量与多样性的差异性分析

根据站位的聚类结果，将浮游动物粒级结构的多样性与不同粒径组的生物量分为两个组别，分别用IBM SPSS Statistics 19作箱图分析，结果如图6所示。

从图6a可以看出，G1组群中S0.5组生物量的中位数为0.003 7（单位g/m3，下同），S0.5-1组生物量的中位数为0.002 1，S1-5组生物量的中位数为0.001 7；G2组群中S0.5组生物量的中位数为0.002 0，S0.5-1组生物量的中位数为0.007 1，S1-5组生物量的中位数为0.008 1。使用IBM SPSS Statistics19软件对以上结果进行独立样本U检验，分析S0.5、S0.5-1、S1-53个粒径组的浮游动物生物量在G1、G2组群上分布的差异显著性，显著性水平取0.05，结果显示，S0.5-1与S1-5组的浮游动物在G1、G2组群上分布的差异性不显著，P值分别为0.160和0.063，而S0.5组的浮游动物在G1、G2组群上分布的差异性显著，P值为0.042。S0.5组的浮游动物出现差异性分布可能与G1、G2组群所在水域水文条件的不同有关。

从图6b可以看出，G1组群中多样性指数的中位数为1.289 9，G2组群中多样性指数的中位数为1.206 9。使用IBM SPSS Statistics19软件对以上结果进行独立样本U检验，分析多样性在G1、G2组群分类水平下差异的显著性，显著性水平取0.05，结果显示，多样性指数在G1、G2组群分类水平下差异性不显著，P值为0.751。

图5 各粒径组的浮游动物生物量的空间分布Fig.5 Spatial distribution of zooplankton biomass in different particle size groups

图6 粒径组生物量、多样性指数箱图分析Fig.6 Analysis of biomass and diversity index box of particle size group

3 讨论

3.1 长江冲淡水对浮游动物粒级结构的影响

夏季，台湾暖流增强，苏北沿岸流减弱，长江冲淡水先顺河口走向朝东南方向流动，在口门附近向左转向东北或北[13-14]，这与G1站位所处的水域走向相吻合。同时，东海北部区域受长江冲淡水、台湾暖流等多种因素的影响，水文环境复杂[15]。长江径流是本次调查海域硝酸盐、硅酸盐高值的来源之一，硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐高浓度分布在调查海域31°N以北的区域[16]，与叶绿素a的高值区重合。高浓度的营养盐给浮游植物的大量繁殖提供了有利条件[17]，浮游动物饵料更加充足[18]。但相比之下，小型浮游动物与浮游植物在空间分布上有着更为密切的联系[19]，与本研究所得S0.5粒径组浮游动物大量分布在G1组群的结果相符合，这可能与小型浮游动物摄食范围较大型浮游动物更为狭窄有关[20]，可初步断定长江冲淡水是造成该结果的主要原因之一。

3.2 浮游动物粒级结构空间分布及影响因素

浮游动物的群落分布与水文环境条件有着密切联系，水温、叶绿素a和营养盐等环境因子都对浮游动物的分布起着决定性作用[21]，夏季，高温高盐的台湾暖流表层水团可至长江口南岸约31°N处[22]，在G2组群附近与长江冲淡水、江浙沿岸流交汇，形成一个多水团交汇的水域。一般来说，多水团交汇的水域生态环境相对复杂，小型浮游动物被捕食的几率更大，使其更倾向于分布在环境条件相对稳定的水域中[23]。综上所述，环境因子对浮游动物的分布有着很大的影响，长江冲淡水的存在使得G1组群水域初级生产力（叶绿素a）高于G2组群，多水团的交汇使得G2组群水域环境条件更为复杂，导致东海北部小型浮游动物的空间分布存在显著的区域性差异。

致谢：本航次搭载东海水产研究所渔业科考船，特别感谢东海水产研究所程家骅研究员、刘勇副研究员的帮助。