2005年夏季東太平洋中國多金屬結核區小型底棲生物研究

王小谷 ，周亞東，張東聲，洪麗莎，王春生

(1．國家海洋局第二海洋研究所，杭州 310012;2．國家海洋局海洋生態系統與生物地球化學重點實驗室，杭州 310012)

東北太平洋海底蘊藏大量多金屬結核，其主要存在于熱帶東北太平洋克拉里昂一克里帕頓斷裂帶(Clarion-Clipperton Fracture Zones，CCFZ)的表層沉積物中間，結核覆蓋面積超過50%［1-2］。20世紀70年代開始，多國為了獲取結核區巨大的礦產資源，開始在該區進行大面積的勘探［3-4］，我國從20世紀80年代末期開始，對位于CCFZ的多金屬結核以及沉積物進行了多年調查，現已在CCFZ區獲得7．5萬km2的專屬開辟區—中國多金屬結核區合同區(The COMRA's Contract Area)。

小型底棲生物作為底棲生態系統的重要組成部分，是構成底棲食物網的基本環節，對整個底棲群落(種類，密度，新陳代謝)作出巨大貢獻［5-7］。多年來，人們對近岸、陸架以及深海邊緣的小型底棲生物已經進行了廣泛的研究［8-15］。從20世紀70年代開始，基于采礦勢必給深海生物及環境帶來破壞的共同認識［16-20］，國際上為了控制和減輕采礦所帶來的影響，保護礦區生物多樣性，開始在CCFZ進行深海環境及生物基線的調查，并取得了一定成果［21-28］。目前我國僅高愛根，楊俊毅等［29-30］對我國多金屬結核合同區的小型底棲生物進行過研究。本項研究的主要目的是加深對結核區小型底棲生物的認識，評估小型底棲生物的群落組成，密度，生物量以及分布特征，以便將來采礦后對海洋環境的持續管理。

1 材料和方法

1．1 調查區域和站位

研究樣品由“大洋一號”調查船于2005年夏季采自東太平洋中國多金屬結核開辟區東、西兩小區 (以下簡稱東、西小區)內(圖1)，東、西兩小區各設6個采樣站位，具體站位經緯度及深度見表1。

圖1 研究海域圖Fig．1 Map of the study area

表1 中國多金屬結核區小型底棲生物采樣站位及深度Table 1 Locations and depth of sampling stations

1．2 采樣及樣品處理

小型底棲生物樣品使用MCS-1型沉積物多管取樣器采集，每根取樣管長61 cm，內徑9．5 cm，每站取2根取樣管樣品進行小型底棲生物分樣。每根樣現場處理如下:(1)將上覆水虹吸入32 μm孔徑的網篩，濾取其中的小型底棲動物，(2)用分樣器把每根樣按0—1 cm、1—2 cm、2—4 cm和4—6 cm分層裝瓶，上覆水濾樣與0—1 cm層合裝一瓶，用7%的中性福爾馬林溶液固定。回實驗室后樣品經250μm，125μm，63μm，38μm孔徑的網篩過濾后，采用改進后的ludox離心法進行離心分選［31］，虎紅染色后在顯微鏡下鑒定并計數。

小型底棲生物生物量的測定步驟:

(1)在顯微鏡下利用Leica QWin軟件測量生物體最大體寬和體長(線蟲包括細尾)，并由公式計算體積:

V=L×W2×C

式中，L為體長(mm)，W為直徑(mm)，系數C。

(2)體積V到濕重生物量(g)的換算系數為1．13，濕重生物量到干重乘以系數0．25［32］。另取一根芯樣按0—1 cm、1—2 cm、2—4 cm和4—6 cm分層，分取現場參數測定子樣，葉綠素和脫鎂葉綠素現場采用唐納熒光法進行測定［33］。沉積物中微型生物的生物量用ATP法(三磷酸腺苷)測定計算［34-35］。

1．3 數據處理

小型底棲生物密度和生物量分布圖采用Surfer8．0軟件繪制。小型底棲生物密度和生物量與環境因子相關性分析使用primer 6．0軟件。

2 結果

2．1 沉積物葉綠素a和脫鎂葉綠素的水平分布

中國開辟區東小區和西小區沉積物(0—6cm)葉綠素a含量極低，變化范圍為0．001—0．007 μg/cm2，平均值為 0．003 μg/cm2，其中東小區沉積物葉綠素 a 平均值為 0．004 μg/cm2，西小區為 0．002 μg/cm2;東、西小區沉積物(0—6cm)脫鎂葉綠素變化范圍為 0．074—0．199 μg/cm2，平均值為 0．125 μg/cm2，其中東小區沉積物脫鎂葉綠素平均值為 0．169 μg/cm2，西小區為 0．082 μg/cm2。

中國開辟區東區和西區之間的沉積物葉綠素含量顯然有所差異，東小區沉積物葉綠素a含量、脫鎂葉綠素含量均高于西小區(圖2)，表明上層水體有機碎屑沉降于兩個區域的通量是不同的。

圖2 各站位沉積物(0—6cm)葉綠素和脫鎂葉綠素Fig．2 Top 6cm sediment Chl-a and Phl-a of the survey stations

2．2 沉積物微型生物生物量水平分布

中國開辟區東小區和西小區沉積物(0—6 cm)微型生物生物量變化范圍為 0．043—0．477 μg/cm2，平均值為0．163 μg/cm2，其中東小區沉積物葉綠素a平均值為 0．252 μg/cm2，西小區為0．074 μg/cm2。中國開辟區東小區沉積物微型生物生物量明顯高于西小區(圖3)。

圖3 各站位沉積物(0—6 cm)微型生物生物量Fig．3 Top 6cm sediment microbial biomass of the survey stations

2．3 小型底棲生物類群組成

調查海域共有13個類群的小型底棲生物，其中東小區11類，西小區12類。包括線蟲(Nematoda)、腹毛類(Gastrotricha)、動 吻 類 (Kinorhyncha)、多 毛 類(Polychaeta)、寡毛類(Oligochaeta)、介形類(Ostracoda)、橈足類(絕大部分為猛水蚤 Harpacticoida)、等足類(Isopoda)、緩步類(Tardigrada)、蜱螨類(Acari)、雙殼類(Bivalvia)、鎧甲類(Loricifera)、其他未鑒定種類(Other)。其中海洋線蟲為絕對優勢類群，其他較為重要的類群有底棲橈足類，多毛類，介形類等。東、西兩小區小型底棲生物主要類群的密度見表2。

2．4 小型底棲生物密度和生物量水平分布

調查海域東、西兩小區小型底棲生物平均密度分別為(104．4±20．48)個/10 cm2，(40．26±25．84)個/10 cm2，密度占前五位的的類群依次為線蟲、橈足類、多毛類、介型類和緩步類。東小區最高密度值出現在ES0506站，為137．55個/10 cm2，最低密度出現在ES0504站，為84．65個/10 cm2;西小區最高密度值出現在WS0502站，為90．15個/10 cm2，最低密度出現在WS0504，為17．35個/10 cm2。線蟲是小型底棲生物中的絕對優勢種，東、西兩小區平均密度分別為(97．23±19．51)個/10 cm2和(36．78±25．08)個/10 cm2;橈足類東、西兩小區平均密度分別為(4．21±1．05)個/10 cm2和(2．08±0．82)個/10 cm2，東小區最高值出現在 ES0503站，為5．50個/10 cm2，最低值出現在ES0502站，為2．82個/10 cm2;西小區最高值出現在WS0502，為3．1個/10 cm2，最低值出現在WS0504，為0．85個/10 cm2。多毛類在東小區平均密度較高，有(1．03±0．39)個/10 cm2，而在西小區平均密度僅有0．14個/10 cm2(圖4)。

表2 東、西小區小型底棲生物各類群平均密度Table 2 Abundanc of meiofaunal groups and nematode biomass

圖4 小型底棲生物密度水平分布Fig．4 horizontal distribution of the abundance of meiofauna

調查海域東、西兩小區線蟲平均生物量分別為(5．25±0．99)μg干重/10 cm2和(1．68±0．77)μg干重 /10cm2。東小區線蟲最高生物量出現在ES0506站，為6．57μg干重/10cm2，最低生物量出現在ES0504站，僅為3．86 μg干重/10cm2;西小區線蟲最高生物量出現在 WS0502，為 3．15 μg干重/10cm2;最低出現在WS0504，為0．96 μg干重/10cm2。深海線蟲生物量較近岸低，與其個體小有一定關系。

2．5 小型底棲生物密度垂直分布

中國開辟區小型底棲生物密度的垂直分布趨勢為:至表層向底層遞減的趨勢，小型底棲生物分布集中在沉積物表面0—2 cm層中，占總數的75%以上(圖5)。

圖5 小型底棲生物垂直分布Fig．5 Vertical distribution of meiofauna abundance

2．6 小型底棲生物密度與環境變量的相關性

對2005年調查中同步測定的小型底棲生物密度，線蟲密度，線蟲生物量，橈足類密度，多毛類密度分別對各站位的經、緯度(n=12)，沉積物葉綠體含量(n=10)，沉積物微型生物生物量(n=10)進行相關分析，分析結果見表3。

表3 小型底棲生物密度、生物量與環境因子的相關分析結果Table 3 Correlationanalysis between miofuana abundance，biomass and environmental variables

結果顯示:調查區域的小型底棲生物密度，線蟲密度，線蟲生物量，橈足類密度，多毛類密度與經、緯度呈顯著負相關，與脫鎂葉綠素呈顯著正相關，與沉積物微型生物生物量相關性不顯著。小型底棲生物密度，線蟲密度，線蟲生物量，多毛類密度與葉綠素a呈顯著正相關，橈足類與葉綠素a相關性不顯著。脫鎂葉綠素與沉積物微型生物生物量呈顯著正相關。

3 討論

3．1 深海小型底棲生物密度的影響因子

深海海盆通常食物貧瘠，食物來源主要依靠表層水體中有機碎屑的沉降，有機碎屑沉降通量對深海沉積物中底棲生物密度，生物量高低起著決定性影響。調查結果顯示，中國開辟區小型底棲生物密度及線蟲生物量與沉積物中葉綠素a和脫鎂葉綠素含量均呈顯著正相關(表2)，這與以往相關研究結果相同［26，36-38］。此外，沉積物特性也對小型底棲生物密度、垂直分布有一定影響，中國開辟區內的沉積物以硅質粘土、硅質軟泥和含硅質粘土為主。其中東小區表層沉積物以硅質粘土為主，硅質軟泥和含硅質粘土次之，它們分別約占東區面積為70%、26%、4%，沉積物松軟［40］;西小區表層沉積物硅質軟泥含量偏低，占西區的16%，硅質粘土占79%，含硅質粘土占4%，表明東區的沉積物組分更細，更松軟，西區沉積物則較東區粗而硬，兩區在沉積環境上存在著差異［39］。由于底質顆粒越細越有利于有機物的富集［40-41］，底質越松軟則越有利于小型底棲生物上下活動，向深層分布，從大面分布來看東區小型底棲生物的密度要高于西區，從垂直分布來看，東區小型底棲生物在深層的分布的比例要比西區的比例大一些。

3．2 與歷史資料的比較

由于受到采樣技術的限制，歷史上對深海的小型底棲生物研究相對近海而言較少，特別是在太平洋CCZ，加之不同的研究運用采樣和室內分選的方法有所差異，因此要進行精確比較是相對困難的。從群落結構上來說，各項研究差異性不大，線蟲，底棲橈足類，多毛類是小型底棲生物的優勢類群，尤其是線蟲，為深海小型底棲生物的絕對優勢類群［23，42］。

表4記錄了國際上關于太平洋CCFZ以及周邊深海小型底棲生物的數據，由于沉積物樣品的厚度以及研究的重點有所不同(Bown［26］等調查沉積物最表層線蟲密度，Renaud-Mornant等對沉積物2．5 cm厚度的線蟲進行研究，Snider等［27］，A．Miljutina等［25］，Kaneko等［28］對沉積物5 cm 厚度的小型底棲生物進行研究)，因此只能進行粗略的對比。A．Miljutina等數據顯示，CCFZ沉積物表層5 cm線蟲平均密度為80個/10 cm2，與本次研究的中國合同區東小區線蟲密度((97．23±19．51)個/10 cm2)相仿，但遠高于中國合同區西小區的線蟲密度((36．78±25．08)個/10 cm2)。總體而言，CCFZ線蟲密度要遠低于 Mokievskij等［43］2007年所得到的全球深海線蟲密度值((196±15)個/10 cm2)。這與CCFZ位于透光層初級生產力很低的中北太平洋寡營養區有直接關系［25］。

表4 本研究與歷史資料比較Table 4 Comparison between present study and history data

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