河北沿岸微微型浮游植物的分布特征

李洪波, 劉述錫, 林鳳翱, 馮志權

(國家海洋環境監測中心, 遼寧 大連 116023)

河北沿岸微微型浮游植物的分布特征

李洪波, 劉述錫, 林鳳翱, 馮志權

(國家海洋環境監測中心, 遼寧 大連 116023)

于2006年7月～ 2007年10月間, 分4個季度調查了河北省沿岸微微型浮游植物的豐度和生物量及對浮游植物總生物量的貢獻。結果顯示： 河北近岸海域聚球藻藍細菌豐度為 4.46×103個/mL(0.79×103～ 16.19×103個/ mL), 生物量(以碳計, 下同)為 1.31 mg /m3(0.84～17.47 mg /m3), 季節分布特征為秋季＞冬季＞夏季＞春季。微微型光合真核生物豐度為 4.43×102個/mL (0.84×102～ 17.47×102個/mL), 生物量為1.11mg /m3(0.21～ 4.37 mg/m3), 季節變化變現為秋季＞冬季＞春季＞夏季。微微型浮游植物對浮游植物總生物量的貢獻年平均為5.32%(1.84%～ 8.91%), 春季最高, 秋季最低。溫度在較冷季節(冬春季)里是影響聚球藻藍細菌生長和分布的控制因素。總之, 在近岸環境里, 微微型浮游植物并不占優勢。

河北沿岸; 微微型浮游植物; 分布; 熒光顯微鏡

海洋微微型浮游植物(picophytoplankton, 0.2～2μm), 主要包括聚球藻藍細菌(Synechococcus spp.,簡稱SYN)、原綠球藻(Prochlorococcus, 簡稱PRO)和微微型真核藻類(Pico-eukaryote, 簡稱 PEUK), 它們存在于世界海洋的大多數海區中, 是浮游植物的重要組成部分[1]。而在近岸海域, 由于多為富營養條件,原綠球藻則較少分布[2]。對海洋微微型浮游植物的生態作用及研究方法國內已有報道[3-4], 微微型浮游植物廣泛分布于世界各個緯度, 對世界海洋初級生產力和浮游植物生物量的貢獻分別達40%和80%[5-6]。

國際海洋微微型浮游植物的研究始于 20世紀70年代末[7], 中國從 90年代初期開始, 對微微型浮游植物在中國海域的生態分布得到廣泛的關注[8-21]。但在近岸海域有關微微型浮游植物則報道較少。本項目在國家908的支持下, 于2006年7月～ 2007年10月間, 分4個季度來調查微微型浮游植物在河北近岸環境中的分布, 由此來說明其在近岸環境中的作用。

1 采樣和方法

1.1 采樣站位和采樣時間

調查時間為2006年7月～2007年10月, 每季度調查一次, 時間分別為 2006年7月(夏季)、2006年11月(冬季)、2007年 4月(春季)、2007年 10月(秋季)。采樣站位如圖1所示。水深超過10 m, 按照表、中、底采樣; 水深小于10 m, 按照表、底采樣。站位共計27個, 其中水深大于10 m的站位有15個。

1.2 微微型浮游植物的計數和數據處理

微微型浮游植物的計數方法按照《海洋調查規范》[22]進行。取5～20 mL水樣, 經孔徑為0. 2 μm的黑色核孔濾膜過濾后, 制片。在熒光顯微鏡下用綠光和藍光激發, 使用40倍物鏡觀察, 隨機取至少20個視野, 分別計數具有光亮的橘黃色熒光的含藻紅蛋白的 Syn細胞和呈磚紅色熒光的含葉綠素的 PEUK細胞。

1.3 微微型浮游植物豐度和生物量的計算

豐度計算方法參照《生物生態調查技術規程》。聚球藻藍細菌和真核微微型光合生物生物量的換算,分別按照每個細胞含有 294 fgC[23]和 2500 fgC[24]來估算。

葉綠素 a與浮游植物生物量之間的轉換關系按照1 單位葉綠素a等于45單位碳含量[25]來換算將葉綠素a 濃度轉換為浮游植物生物量(mg /m3)。

圖1 調查海區及采樣站位Fig. 1 Samping stations in the coastal areas of Hebei

用Sufer8. 0 軟件分析各季節水層微微型浮游植物的平面分布趨勢。

2 結果和討論

2.1 聚球藻藍細菌的時空分布2.1.1 聚球藍細菌的水平及季節分布

2006年7月(夏季), 聚球藻藍細菌的平均豐度為4.12×103個/mL(1.56×103～9.14×103個/mL), 最小值出現在HBBZ01底層, 最大值出現在HBBZ02中層;2006年 11月(冬季), 聚球藻藍細菌的平均豐度為5.45×103個/mL(1.15×103～14.73×103個/mL), 最小值出現在 HBBZ08底層, 最大值出現在 BD06表層;2007年 4月(春季), 聚球藻藍細菌的平均豐度為2.57×103個/mL(0.79×103～6.47×103個/mL), 最小值出現在HBBZ09中層, 最大值出現在HBBZ04中層;2007年 10月(秋季), 聚球藻藍細菌的平均豐度為5.68×103個/mL(1.31×103～16.19×103個/mL), 最小值出現在 ZD-BDH064底層, 最大值出現在ZD-BDH076底層(表 1)。聚球藻藍細菌的生物量見表 1。

表1 河北沿岸微微型浮游植物的豐度和生物量Tab. 1 Abundance and biomass of picophytoplankton along Hebei coastal area

從圖 2表層藍細菌水平分布來看, 在夏季和秋季灤河口附近出現豐度較小值外, 其他兩季節在灤河口出現最大值。這可能與夏秋季降水有關, 河流攜帶泥沙, 影響表層藍細菌的分布。除夏季外, 藍細菌在河北沿岸分布呈北高南低趨勢。沿離岸方向, 其豐度逐漸降低。

圖2 河北沿岸區域表層聚球藻藍細菌生物量分布概況Fig. 2 Distribution of Synchococcus biomass in Hebei coastal surface waters

全年藍細菌 豐度變化 從 0.79×103～16.19×103個/mL, 平均值為 4.46×103個/mL; 全年生物量0.84～17.47 mg/m3, 平均值為1.31 mg/m3。季節分布特征為秋季＞冬季＞夏季＞春季。

2.1.2 聚球藍細菌的垂直分布

從表 2得知, 整個海區表層聚球藻藍細菌年平均豐度為 4.52×103個/mL(n=109), 中層平均豐度為4.73×103個/mL(n=59), 底層平均豐度為 4.23×103個/mL(n=102), 河北沿岸海域年藍細菌平均值在垂直方向上表現為中層＞表層＞底層。但秋冬季聚球藻藍細菌在表層最高, 最低值分別出現在中層和底層。秋季和冬季可能受季風影響, 同時受光照影響, 聚球藻在表層較大。

2.2 微微型真核藻類的時空分布

2.2.1 微微型真核藻類的水平及季節分布

2006年7月(夏季), 微微型真核藻類的平均豐度為 1.64×102個/mL(0.84×102～9.70×102個/mL), 最小值出現在HBBZ07表層, 最大值出現在HBBZ02中層; 2006年11月(冬季), 平均豐度為6.11×102個/mL(1.37×102～17.47×102個/mL), 最小值出現在HBNZ07表層, 最大值出現在ZD-TJ077中層; 2007年4月(春季), 平均豐度為 3.43×102個/mL(1.26×102～8.89×102個/mL), 最小值出現在 HBBZ04底層, 最大值出現在HBBZ06中層; 2007年10月(秋季), 平均豐度為6.54×102個/mL(1.82×102～13.78×102個/mL), 最小值出現在ZD-BDH064底層, 最大值出現在HBNZ05表層(表2)。微微型真核藻類的生物量見表1。

表2 4個季度垂直方向上的微微型浮游植物分布概況Tab. 2 The distribution of pico-phytoplankton along vertical direction

從圖3表層微微型光合真核藻類水平分布來看,河北沿岸秋冬季分布呈北高南低趨勢; 春夏季節分布正好相反, 春季為中間高, 兩側低; 而夏季為兩側高, 中間低。沿離岸方向, 其豐度有下降趨勢。

圖3 河北沿岸表層微微型真核浮游植物生物量分布Fig. 3 Distribution of pico-eukaryote biomass in Hebei coastal surface water

全年微微型光合真核藻類豐度變化從0.84×102～17.47×102個/mL, 全年平均值為 4.43×102個/mL; 全年生物量為0.21～4.37 mg/m3, 平均值為1.11 mg/m3。季節變化變現為秋季＞冬季＞春季＞夏季。

與聚球藻藍細菌相比,可得出藍細菌豐度約為微微型光合真核藻類豐度的 10倍(藍細菌豐度為4.46×103個/mL, 微微型光合真核藻類豐度 4.43×102個/mL)。

2.2.2 微微型真核藻類的垂直分布

從表 2知道, 整個海區微微型真核藻類全年的表層平均豐度為 4.58×102個/mL(n=109), 中層平均豐度為 4.80×102個/mL(n=59), 底層平均豐度為4.07×102個/mL(n=102), 故河北沿岸微微型真核藻類垂直變化為中層＞表層＞底層, 但各層相差不大。而秋季微微型真核藻類的垂直分布表現為表層＞底層＞中層, 秋季微微型真核藻類在表層值較大, 可能是受季風、光照和營養鹽協同影響的結果。

從表 3列出的中國沿海微微型浮游植物豐度的分布來看, 聚球藻豐度在 103～105個/mL, 微微型真核藻類豐度在 102～104個/mL。相比其他海區, 聚球藻和微微型真核藻類在河北沿岸的豐度較低。

2.3 微微型浮游植物對總生物量的貢獻

河北近岸的葉綠素a濃度和生物量見表4。從中可以看出葉綠素 a季節分布表現為夏秋季高, 春冬季低。春季較低的原因可能與調查時間偏早有關, 水溫偏低(春季表層水溫平均小于 9℃), 制約了浮游植物的生長。

表 5 列出了河北沿岸微微型浮游植物生物量對浮游植物總生物量的貢獻。從中可以得到, 暖季節(夏秋季), CB：PB 和 EB：PB 都較低, 其中秋季最低;而冷季節(冬春季), CB：PB和EB：PB都較高, 其中春季最高。PPB：PB在4個季度表現為春季＞冬季＞夏季≈秋季, 春季平均比值大概是夏季的5倍。微微型浮游植物對總生物量的貢獻年平均為 5.32%(1.84%～8.91%), 此結果遠遠小于作者曾在黃海冷水團的調查結果[21], 在黃海冷水團中由微微型聚球藻藍細菌對浮游植物總生物量的貢獻平均達42.5%。本調查結果與肖天[12]在渤海的結果較為一致, 聚球藻藍細菌生物量在總浮游植物生物量(CB/PB) 中占的比例秋季平均為6.4%, 春季平均為0.3%; 在東海調查結果為 CB/PB冬季平均是 10%, 夏季平均是3%[13]。

表3 中國近海微微型浮游植物的分布Tab. 3 The abundance of picophytoplankton in coastal area of China

表4 葉綠素a濃度及浮游植物總生物量Tab. 4 Concentration of Chl-a and phytoplankton biomass in four seasons

表5 微微型浮游植物與浮游植物總生物量的比值Tab. 5 Ratio of pico-phytoplankton biomass to phytoplankton biomass

河北沿岸區域的微微型浮游植物的生物量占浮游植物總生物量的比重較低, 說明在近岸海域, 微微型并不是浮游植物的主要類群。

2.4 微微型浮游植物與溫度的關系

針對微微型浮游植物中的原核生物——聚球藻藍細菌的生物量在四個季度與表層水溫的關系進行分析。把全年分為冷季節(春季和冬季平均表層海洋溫度(surface sea temperature) SST分別為8.9℃和7.4℃)和暖季節(夏季和秋季平均 SST分別為 23.6℃和18.2℃)。SST 在夏秋季平均為 21℃ (16.2 ～25.2℃)。

從圖 4分析得到, 在溫度超過 15℃, 聚球藻藍細菌生物量隨溫度升高而降低。Li[26]對許多研究聚球藍細菌和異養細菌的文獻數據進行回歸, 認為在較暖的水域里(＞14℃), 隨溫度升高, 藍細菌生物量有降低趨勢, 說明其他比如底質供應(substrate supply)、營養鹽等影響著藍細菌的生長以及分布。在平均溫度低于 14℃的情況下, 聚球藍細菌的平均豐度直接與溫度相關, 且相關性較高。在較冷季節里, 溫度是影響細菌生長和分布的控制因素。

圖4 夏、秋季聚球藻藍細菌生物量與表層水溫的關系Fig. 4 The relationship between cyanobacterial biomass and surface sea temperature (SST) in summer and autumn

3 結論

微微型浮游植物有明顯的季節改變。在河北近岸海域, 微微型浮游植物的豐度秋季最高, 春季最低。

微微型浮游植物對浮游植物總生物量的貢獻年平均為5.32%(1.84%～8.91%), 春季最高, 秋季最低。

在較冷季節里, 溫度是影響微微型聚球藻藍細菌生長的重要因素。

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Dsistribution characteristics of picophyplankton in coastal area of Hebei

LI Hong-bo, LIU Shu-xi, LIN Feng-ao, FENG Zhi-quan
(National Marine Environmental Monitoring Center, Dalian 116023, China)

Jun.,14,2011

coastal area of Hebei; picophytoplankton; distribution; epifluorescence microscopy (EFM)

From July 2006 to October 2007, the picophytoplankton abundance, biomass and the contribution of picoplankton to phytoplankton biomass were conducted seasonly in coastal area of Hebei. The results showed that the average abundance of cyanobacteria Synechococcus spp. was 4.46×103cells/mL (0.79×103to 16.19 ×103cells/mL);the average biomass was 1.31 mg/m3(from 0.84 mg/m3to 17.47 mg/m3). The seasonal variable of Synechococcus spp.was autumn＞winter＞summer＞spring. The range of eukaryotic picophytoplankton abundance was from 0.84×102cells/mL to 17.47×102cells/mL (on average 4.43×102cells/mL), and the biomass was from 0.21 mg /m3to 4.37 mg/m3(average 1.11 mg/m3). The seasonal variable of pico-eukaryotic phytoplankton was autumn＞winter ＞spring＞summer. The contribution of picophytplankton to total phytoplankton biomass (PPB：PB) was from 1.84 % to 8.91 % (average vaule was 5.32 %), which was lower than offshore and oligotrophic water. In colder season, temperature was an important factor that affecting the growth and distribution of picophytoplankton. In a word, picophytoplankton was not the dominant phytoplankton in coastal area of Hebei.

P722.5

A

1000-3096(2012)07-0049-07

2011-06-14,

2011-12-15

河北省 908專項(908-HB-02); 國家自然科學基金項目(40906082); 國家海洋局沿岸海域生態環境重點實驗室開放基金項目(200903)

李洪波(1976-), 男, 河南漯河人, 博士, 助理研究員, 主要從事海洋微型生物生態與環境研究, 電話： 0411-84782711, E-mail：hbli@nmemc.gov.cn

(本文編輯：梁德海)