南海北部浮游植物的時空異質性研究*

趙明輝，黃洪輝，齊占會，陳桂珠

(1.中山大學環境科學與工程學院，廣東 廣州 510275；2.中國水產科學研究院南海水產研究所，農業部海水養殖生態與質量控制重點開放實驗室，廣東省漁業生態環境重點實驗室，廣東 廣州 510300)

海洋浮游植物是懸浮于海水中生活的體型細小的單細胞植物，是海洋生態系中主要的初級生產者，它們將無機物通過光合作用轉化為有機物，是大海洋中復雜的食物關系的基礎環節[1]。浮游植物的時空動態變化對海洋生態系統的結構和漁業資源變動會產生很大的影響。除了采用傳統的方法研究浮游植物的時空變化以及與環境的關系外[2-4]，近年來新技術新方法在海洋生態學研究中的應用也成為了熱點，如基于GIS的浮游植物的時空變化分析[5]，遙感與GIS支持下的海洋漁業空間分布研究[6]，基于景觀生態學途徑的魚類資源空間異質性研究[7]，但尚未有基于景觀生態學途徑對海洋浮游植物分布的時空異質性進行研究的報道。

景觀生態學是研究景觀單元的類型組成、空間格局及其與生態學過程相互作用的綜合性學科，強調空間異質性(Spatial heterogeneity)是景觀生態學研究的核心內容之一。空間異質性指系統在空間上的復雜度和變異程度[8]，是許多基本生態學過程和物理過程在時間和空間上長期連續作用的結果，是生物系統的主要屬性之一，是產生空間格局的主要原因[9]。經典統計學受基本假設的限制，在研究個體、種群和群落空間異質性或空間自相關方面具有較多缺陷，而空間統計學(Geostatistics)則提供了一個較有效的定量分析和解釋空間數據的方法[10]。本文主要利用GIS空間局部插值法構建景觀分析模型，尋找南海北部浮游植物時空變化規律，力求探索海洋動力環境與浮游植物的時空分布關系。

1 研究方法

1.1 數據來源

本文選用1997-2002年中國水產科學研究院南海水產研究所于南海北部浮游植物現場調查數據，調查站位132個(圖1)，調查時間分為春季(3-5月)、夏季(6-9月)、秋季(10-12月)和冬季(12-次年2月)。

圖1 南海北部海區四季調查站位示意圖

1.2 研究方法

運用ArcGis9.0軟件，將樣本數據展布在空間上，采用空間局部插值法(IDW)，建立景觀分析模型，從柵格圖中提取各季浮游植物密度高值斑塊，分析其時空異質性。

2 結果與討論

2.1 浮游植物數量特征

調查期間，南海北部海區浮游植物密度變化范圍為0.03(4 179×104ind/m3，總平均為87.2×104ind/m3，四季浮游植物平均密度由高至低為夏、冬、春、秋(圖2)。浮游植物密度時空分布差異較大，最低值與最高值相差10萬倍，這與低等生物對環境適應性較差的特性有關[11]，體現出浮游植物對環境較敏感。

圖2 浮游植物四季平均生物密度

2.2 浮游植物時空異質性

浮游植物密度高值區在南海北部沿岸呈斑塊狀分布。其中，春季分布4個高值斑塊，最高值斑塊出現于粵西近岸中部，其次出現在北部灣北部沿岸，臺灣淺灘及附近海域出現2個高值斑塊，總體看高值斑塊出現的重心在西部沿岸海域(圖3a)；夏季分布4個高值斑塊，最高值斑塊出現在粵東海域南部，粵東海域東部沿岸和珠江口東西兩側沿岸海域也出現相對高值的斑塊，總體看高值斑塊出現的重心在東部沿岸海域(圖3b)；秋季分布3個高值斑塊，最高值斑塊出現在北部灣北部近岸海域，臺灣淺灘海域和粵東南澳島海域也出現了2個相對高值的斑塊(圖3c)；冬季分布4個高值斑塊，最高值斑塊出現于北部灣東北近岸海域，其次出現在粵西的電白-陽西之間近岸海域，海南島西北部海域和粵東的汕尾遮浪海域也出現較高值斑塊(圖3d)。

浮游植物密度高值斑塊主要分布于南海北部沿岸海域，總體呈近海高于遠海帶狀分布格局，這也與1958年全國海洋綜合調查和1978年南海區漁業資源調查所得浮游生物空間分布格局一致[12]。而這種空間分布格局主要是由于沿岸經流向南海北部近岸海域帶入大量營養物質，加之沿岸上升流將外海底層高營養鹽海水帶至沿岸海域，使浮游植物近岸種有充足的營養供應而大量繁殖所致。尤其在西南風盛行，上升流活躍[13-14]和雨水豐沛的夏季，浮游植物平均密度全年最高，且這種空間分布格局最為明顯；而在東北季風強大的冬季，中國東海的沿岸流可以順岸南下，并可進入南海[15]，將東海沿岸富營養海水帶入粵東北部沿岸海域，為浮游植物生長繁殖提供營養，因此，冬季浮游植物平均密度也相對較高，這種空間分布格局也較明顯。

浮游植物密度高值斑塊時空分布與季風和沿岸流轉換明顯一致。冬季東北季風與東北沿岸流最盛時，浮游植物密度最高值斑塊主要出現在北部灣；春季隨著東北季風和東北沿岸流的減弱，以及西南季風和西南沿岸流的興起，浮游植物密度最高值斑塊的開始向東移，出現在粵西電白-陽江海域；夏季在西南季風和西南沿岸流最盛時，浮游植物密度高值斑塊繼續向東全部移置珠江口和臺灣淺灘海域，而粵西與北部灣海域沒有高值斑塊分布；秋季開始，隨著西南季風向東北季風轉換，東北沿岸流開始占主導，浮游植物密度高值斑塊又開始向西移到北部灣海域。

從四個季節浮游植物密度高值斑塊出現頻率來看，高值斑塊重復出現與南海北部上升流[13-14]密切相關，如北部灣中北部上升流區(春、秋、冬三季均出現高值斑塊)、粵東遮浪上升流區(夏、秋、冬三季均出現高值斑塊)、臺灣淺灘上升流區(春、夏、秋三季均出現高值斑塊)、粵西沿岸電白白-陽江上升流區(春、冬二季均出現高值斑塊)均重復出現。

圖3 南海北部四季浮游植物斑塊格局圖

3 結 論

南海北部浮游植物密度的時空異質性明顯，四個季節浮游植物平均密度由高至低為夏、冬、春和秋季，且各季節在沿岸海域均呈斑塊狀分布，一般出現3-4塊高值斑塊。浮游植物數量等級的季節變化主要與季風和沿岸流強弱有關，西南季風和東北季風盛行的夏、冬兩季徑流和沿岸流將帶來豐富的營養物質，促進了浮游植物生長繁殖，使得夏冬兩季浮游植物數量水平比外來營養物質較少的春、秋兩季的要高。浮游植物密度高值斑塊區一般出現在南海北部的幾個重要上升流區域內，且隨著季風和沿岸流的季節轉換而向東西方向進行有規律的漂移。

參考文獻：

[1]樂鳳鳳,寧修仁.南海北部浮游植物生物量的研究特點及影響因素[J].海洋科學研究, 2006, 24(2): 60-69.

[2]朱鑫華, 劉棟, 沙學紳.長江口春季魚類浮游生物群落結構與環境因子的關系[J].海洋科學集刊, 2002, 44: 169-178.

[3]樂鳳鳳, 孫軍, 寧修仁, 等.2004年夏季中國南海北部的浮游植物[J].海洋與湖沼, 2006, 37(3):238-248.

[4]彭欣, 寧修仁, 孫軍, 等.南海北部浮游植物生長對營養鹽的響應[J].生態學報, 2006, 26(12): 3959-3968.

[5]蔡文貴，賈曉平，李純厚, 等.基于GIS的粵西海域浮游植物的時空變化分析[J].生態學報, 2004, 24(10): 2143-2148.

[6]杜云艷, 周成虎, 崔海燕, 等.遙感與GIS支持下的海洋漁業空間分布研究[J].海洋學報, 2002, 24(5): 57-63.

[7]蘇奮振, 周成虎, 史文中, 等.東海區底層及近底層魚類資源的空間異質性[J].應用生態學報, 2004,15(4): 683-686

[8]LI H, REYNODS J F.A simulation experiment to quantify spatial heterogeneity in categorical maps [J].Ecology, 1994, 75: 2446-2455.

[9]李哈濱, 王政權, 王慶成.空間異質性定量研究理論與方法[J].應用生態學報, 1998, 9(6): 651-657.

[10]ROSSI R E, MULLA D J, JOURNEL A G, et al.Geostatistical tools for modeling and interpreting ecological spatial dependence [J].Ecological Monographs, 1992, 62: 277-314.

[11]金嵐主編.環境生態學[M].北京: 高等教育出版社, 1992.

[12]農牧漁業部水產局, 農牧漁業部南海區漁業指揮部.南海區漁業資源調查和區劃[M].廣州: 廣東科技出版社, 1989.

[13]于文泉.南海北部上升流的初步探討[J].海洋科學, 1987, 6(11): 7-10.

[14]吳日升, 李立.南海上升流研究概述[J].臺灣海峽, 2003, 22 (02): 270-277.

[15]馮士筰, 李鳳岐, 李少菁等.海洋科學導論[M].北京: 高等教育出版社, 1999.