紅沿河海域常見水母的食物組成分析
——基于穩(wěn)定同位素和脂肪酸標(biāo)記法*

王俊健 王 楠 王彥濤 王孝程 李超倫 , ①

(1. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266071; 2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室

海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266237; 3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049; 4. 中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)中心青島 266071; 5. 國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 大連 116023; 6. 自然資源部海洋災(zāi)害預(yù)報(bào)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100081)

近年來, 在氣候變化和人類活動(dòng)的影響下, 水母暴發(fā)已經(jīng)成為全球性的環(huán)境問題(Mills, 2001; Purcell et al, 2007)。我國(guó)近海水母類數(shù)量也呈現(xiàn)增多的趨勢(shì),對(duì)沿岸漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)及旅游業(yè)等造成嚴(yán)重危害(孫松, 2012)。水母這一膠質(zhì)類浮游動(dòng)物食性廣,攝食率高, 日生長(zhǎng)率是其他同樣大小的非膠質(zhì)浮游動(dòng)物的3.5倍(Pitt et al, 2008)。在種群快速增長(zhǎng)過程中需要大量的餌料支撐, 直接導(dǎo)致浮游生物數(shù)量急劇下降(Greve, 1994), 引起浮游生物群落結(jié)構(gòu)的改變。此外, 水母可攝食魚卵和仔稚魚、與魚類競(jìng)爭(zhēng)餌料,給漁業(yè)資源帶來負(fù)面影響(Duffy et al, 1997; Hansson et al, 2005)。目前水母暴發(fā)的機(jī)制以及水母暴發(fā)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響機(jī)理尚不清楚。因此, 查明自然環(huán)境中水母的食物來源并量化各食物的營(yíng)養(yǎng)貢獻(xiàn), 可為探究水母暴發(fā)與海洋生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)改變之間關(guān)系、揭示水母暴發(fā)機(jī)理提供基礎(chǔ)。

水母食性分析傳統(tǒng)方法主要有胃含物分析法及攝食試驗(yàn)法, 這兩種方法都有各自的局限性。胃含物分析法只能反映短期內(nèi)水母攝食的食物種類, 難以分辨軟質(zhì)易消化的食物, 無法確定食物的吸收利用情況, 不能準(zhǔn)確定量每種食物的貢獻(xiàn)比例(ōmori et al, 1984; Landry et al, 1994; Perissinotto et al, 1997)。由于沙海蜇、霞水母等大型水母?jìng)€(gè)體較大, 為了更為準(zhǔn)確地模擬野外攝食情況, 所需的培養(yǎng)水體體積及餌料生物用量均較大, 導(dǎo)致攝食試驗(yàn)在實(shí)際實(shí)施過程中存在一定的難度。近年來穩(wěn)定同位素和脂肪酸標(biāo)記法被廣泛地應(yīng)用于海洋生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)研究中(El-Sabaawi et al, 2009; Allan et al, 2010; Connelly et al, 2014)。相比于傳統(tǒng)的食性分析方法, 穩(wěn)定同位素和脂肪酸標(biāo)記法具有明顯優(yōu)勢(shì), 能夠區(qū)分?jǐn)z食的食物中被吸收的成分, 量化食物的相對(duì)貢獻(xiàn)率, 反映捕食者長(zhǎng)期的攝食情況及其在食物網(wǎng)中所處的營(yíng)養(yǎng)位置(Kling et al, 1992; Cabana et al, 1996; Teuber et al,2014; Henschke et al, 2015; Yang et al, 2016)。該方法也已被成功地應(yīng)用在水母食物來源研究中。Milisenda等(2018)發(fā)現(xiàn)了夜光游水母(Pelagia noctiluca)在季節(jié)上的攝食與營(yíng)養(yǎng)變化, 揭示了夜光游水母的無差別攝食習(xí)性以及對(duì)微型浮游動(dòng)物的依賴性; Cui等(2012)調(diào)查分析了黃海三種大型水母的同位素和脂肪酸特征, 分析了水母的食性; 金鑫等(2012)研究了東海6個(gè)水母常見種的脂肪酸組成及碳氮穩(wěn)定同位素特征,分析了這些水母的食性及營(yíng)養(yǎng)級(jí)地位。孫明等(2016)應(yīng)用穩(wěn)定同位素技術(shù)分析了渤海遼東灣海蜇的食物組成及營(yíng)養(yǎng)級(jí), 同時(shí)定量了6種可能食物的貢獻(xiàn)率。目前, 尚未見應(yīng)用穩(wěn)定同位素與脂肪酸技術(shù)對(duì)渤海其他常見水母進(jìn)行食性研究的報(bào)道。

渤海遼東灣水母近年來大量暴發(fā), 直接對(duì)該區(qū)域漁業(yè)資源造成影響(丁峰元等, 2005; 吳穎等, 2008;Zhang et al, 2012), 威脅到紅沿河核電站及其他沿岸設(shè)施的正常運(yùn)行。為明確該海域水母種群快速增長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)來源, 本研究于2017—2018年兩年5個(gè)航次開展水母樣品采集, 利用碳氮穩(wěn)定同位素和脂肪酸標(biāo)記法分析了該海域7種常見水母的食物來源, 運(yùn)用基于R語言的穩(wěn)定同位素分析(stable isotope analysis in R,SIAR)模型, 定量分析了紅沿河海域水母的營(yíng)養(yǎng)來源,并結(jié)合同期作為食物來源的浮游生物及水體顆粒有機(jī)物(POM)同位素特征, 分析了水母暴發(fā)對(duì)浮游生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響。本研究旨在揭示水母暴發(fā)對(duì)浮游食物網(wǎng)及海洋生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)的影響,為量化受水母影響的浮游食物網(wǎng)能流圖譜提供理論依據(jù), 為深入研究水母暴發(fā)對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的影響提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

本研究調(diào)查區(qū)域位于渤海遼東灣紅沿河海域, 7種水母樣品分別采集于2017年8月、9月, 2018年5月、6月、9月(表1), 采集站位如圖1所示。大型水母樣品使用手抄網(wǎng)采集, 現(xiàn)場(chǎng)切除胃部, 取傘部組織后立即用經(jīng)0.45μm混合濾膜過濾的海水清洗, 放入凍存管中液氮凍存。小型水母樣品及浮游動(dòng)物樣品分別采用淺水I型(網(wǎng)口直徑50 cm, 孔徑500 μm)和淺水II型(網(wǎng)口直徑31.6 cm, 孔徑160 μm)浮游生物網(wǎng)從海底拖至表面采集。解剖鏡下挑選單一物種, 在過濾海水中暫養(yǎng)2 h后, 放入凍存管中液氮凍存。同月份的水母以及浮游動(dòng)物分別做好標(biāo)記, 進(jìn)行分析水母食物組成時(shí)取用同月份采集的浮游動(dòng)物作為餌料生物進(jìn)行穩(wěn)定同位素和脂肪酸分析。在采集水母的站位取10 L水樣,先經(jīng)過200 μm的網(wǎng)篩濾去個(gè)體較大的動(dòng)物等, 再過濾樣品至已經(jīng)過450°C灼燒4 h的Whatman GF/F濾膜上, 取得用于分析的POM樣品。將濾膜放入凍存管后置于液氮中保存。

1.2 脂肪酸樣品處理與分析

將采集的水母樣品用真空冷凍干燥機(jī)冷凍干燥48 h 至恒重, 凍干后的樣品分為兩份, 一份進(jìn)行脂肪酸分析, 另一份用于同位素分析。脂類提取過程參照Kattner 等(1986)及 El-Sabaawi 等(2009)的方法進(jìn)行。用19:0 飽和脂肪酸(Sigma 公司)作為內(nèi)標(biāo)。樣品中加入 15 mL 二氯甲烷、甲醇和水的混合物(8:4:3, 體積比例)后進(jìn)行超聲波破碎, 再進(jìn)行離心(2400 r/min),將脂質(zhì)收集到有機(jī)層中, 然后吸取下層有機(jī)相匯入新試管中, 以上流程重復(fù)三次。將有機(jī)相合并后用氮?dú)獯蹈? 然后加入0.2 mL 含3%硫酸的甲醇溶液, 在80°C 水浴中甲酯化4 h。冷卻后加入正己烷萃取脂肪酸甲酯, 樣品定容至0.5 mL 待測(cè)。使用安捷倫7890A型氣相色譜儀測(cè)定脂肪酸組成和含量。根據(jù)內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法計(jì)算樣品中脂肪酸的絕對(duì)含量, 再將脂肪酸的絕對(duì)含量換算成百分比含量。通過主成分分析(principal component analysis, PCA)研究水母的脂肪酸組成特征。用多不飽和脂肪酸的總和(PUFA)/飽和脂肪酸的總和(SFA)來表示消費(fèi)者的食肉程度(Stevens et al,2004); 用 DHA/EPA(C22:6ω3 / C20:5ω3)鑒別消費(fèi)者對(duì)鞭毛藻和硅藻源食物的依賴程度(Budge et al, 1998);脂肪酸C15:0 + C17:0 的比例用于鑒定細(xì)菌類的食物貢 獻(xiàn) 程 度 (Kaneda, 1991); C18:2ω6+C18:3ω3 和C20:4ω6 分別用來鑒別消費(fèi)者食物中的陸源物質(zhì)和碎屑來源物質(zhì)(Dalsgaard et al, 2003)。

圖1 采樣站位圖Fig.1 Sampling stations in the Hongyanhe area

1.3 同位素樣品處理與分析

使用Thermo Delta IV 同位素比率質(zhì)譜儀(Thermo Fisher Scientific, Inc., 不來梅, 德國(guó))測(cè)定凍干后樣品的碳氮穩(wěn)定同位素。樣品在元素分析儀中高溫燃燒后生成 CO2和 N2, 用質(zhì)譜儀檢測(cè)后計(jì)算出氣體中的13C/12C 以及15N/14N 比率, 并與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)物對(duì)比后計(jì)算出樣本的δ13C 和δ15N 值。具體公式如下:

式中, Rsample為樣品的13C 和15N 檢測(cè)值。Rstandard為標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的13C 和15N 值, 分別從美國(guó)南卡羅萊納州的美洲擬箭石化石(Pee Dee belemnite )(PDB)和大氣N2中測(cè)得。

表1 水母樣品種類與數(shù)目以及采集時(shí)間Tab.1 The species and the number and date of sampling

在同位素檢測(cè)前并沒有移除脂質(zhì)(Schukat et al,2014)。由于脂質(zhì)的13C 含量較低, 檢測(cè)時(shí)可能導(dǎo)致生物δ13C 值的結(jié)果偏低(DeNiro et al, 1978; Post et al,2007)。且各類生物脂質(zhì)含量不同, 且用未優(yōu)化處理的δ13C 數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)分析可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)生物食物來源解讀出現(xiàn)偏差(DeNiro et al, 1978; Logan et al, 2008)。針對(duì)這個(gè)問題通常可以采用去脂化和脂質(zhì)校正兩種常用辦法來解決。去脂化處理在穩(wěn)定同位素檢測(cè)之前進(jìn)行, 然而處理會(huì)給 δ15N 數(shù)值帶來多大影響尚不明確(Post et al, 2007; Logan et al, 2008; Mintenbeck et al,2008; Jia et al, 2016)。相比之下, 采用數(shù)據(jù)校正的處理方法更為方便有效。因此, 本研究使用 Logan 等(2008)提出的數(shù)學(xué)校正模型來規(guī)避脂質(zhì)引起的 δ13C數(shù)據(jù)誤差。模型具體如下:

式中, δ13Ccorrected為校正后的 δ13C 值, δ13Craw為原始數(shù)據(jù)。

由于穩(wěn)定同位素的酸化處理具有爭(zhēng)議, 且處理對(duì)樣品碳氮同位素的具體影響尚不明晰(Mintenbeck et al, 2008; Brodie et al, 2011), 因此本文浮游動(dòng)物樣本沒有做酸化處理。

本研究使用Parnell 等(2010)建立的SIAR 模型計(jì)算不同食物對(duì)水母的食物貢獻(xiàn)比例。由于模型計(jì)算使用的是食物源物種的同位素信息(Parnell et al, 2010),因此模型無法反映由食物源物種實(shí)際豐度差異導(dǎo)致的食物貢獻(xiàn)差異。為避免低豐度食物源物種影響模型檢測(cè)結(jié)果, 且防止代入模型的食物組數(shù)過多, 在分析之前, 根據(jù) Sun 等(2010)結(jié)合 Li 等(2013)的劃分方法將食物物種定義四個(gè)粒級(jí)組: ＜200 μm (微小型生物)、200—1000 m (小型橈足類)、1000—5000 μm (大中型橈足類)及＞5000 μm (巨型甲殼動(dòng)物)。毛顎類由于營(yíng)養(yǎng)級(jí)較高的兇猛肉食動(dòng)物, 其游動(dòng)速度快, 并且多數(shù)月份并非優(yōu)勢(shì)種, 因此在模型計(jì)算時(shí)不將其作為水母的食物考慮。其中, 微小型生物組用POM 代表, 其他三組取各自粒徑范圍內(nèi)優(yōu)勢(shì)度最高的物種為代表,當(dāng)優(yōu)勢(shì)度最高物種與次高物種優(yōu)勢(shì)度接近時(shí), 將二者都取作食物源。2017 年小型橈足類種類較多, 沒有發(fā)現(xiàn)明顯的優(yōu)勢(shì)物種, 因此 2017 年的小型橈足類組取用所有小型橈足類的混合樣本作為食物源。將分組后各生物樣品的δ13Ccorrected和δ15N 值導(dǎo)入 SIAR 模型作為食物源的穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)。各類水母的穩(wěn)定同位素值作為消費(fèi)者的數(shù)據(jù)。δ13C 和 δ15N 的分餾指數(shù)分別采用0.5‰±0.13‰和1.4‰±0.21‰ (McCutchan et al,2003), 用于同位素組成分析以及SIAR 模型分析。不同月份采集的水體 POM 樣品具有不同的 δ13C 值(表3), 說明不同月份的 POM 來源及組成存在差異。為更加真實(shí)準(zhǔn)確地反應(yīng)食物的貢獻(xiàn)情況, 本研究使用水母采集同期的食物的穩(wěn)定同位素?cái)?shù)據(jù)代入SIAR 模型進(jìn)行食物貢獻(xiàn)率的分析。

1.4 其他數(shù)據(jù)處理

用優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)來計(jì)算每個(gè)月份物種的優(yōu)勢(shì)度(Odum, 1959), 具體公式如下:

式中, ni: 物種的豐度; N: 所有浮游動(dòng)物總豐度; Pi:物種出現(xiàn)頻度。當(dāng) Y ＞ 0.02 時(shí)即認(rèn)為是優(yōu)勢(shì)物種(Odum, 1959)。體長(zhǎng)大于1 mm 的浮游動(dòng)物使用淺水I 型網(wǎng)采得的樣品計(jì)算其豐度, 其他浮游動(dòng)物豐度使用淺水II 型網(wǎng)采得的樣品計(jì)算。

文中表格以及穩(wěn)定同位素散點(diǎn)圖通過 Microsoft 2016 制作, 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析通過SPSS (Version22)完成,水母脂肪酸的主成分分析通過PRIMER 6.0 軟件完成,SIAR 混合模型分析在R 語言中進(jìn)行。

2 結(jié)果

在 2017 年 8、9 月和 2018 年 5、6、9 月五個(gè)調(diào)查航次中, 共采集到浮游動(dòng)物60 種, 包含19 類浮游幼體和41 種成體浮游動(dòng)物。月份間的浮游動(dòng)物群落變化較大, 并沒有出現(xiàn)共有的優(yōu)勢(shì)物種。2017 年8 月優(yōu)勢(shì)種為中華哲水蚤、小擬哲水蚤、雙毛紡錘水蚤橈足類幼體也有較高的優(yōu)勢(shì)度, 達(dá)0.265。9 月夜光蟲為優(yōu)勢(shì)度最高物種, 優(yōu)勢(shì)度達(dá) 0.26, 橈足類優(yōu)勢(shì)種為小擬蜇水蚤。2018 年 5 月優(yōu)勢(shì)種為夜光蟲、中華哲水蚤、帽鈴水母、克氏紡錘水蚤、墨氏胸刺水蚤和擬長(zhǎng)腹劍水蚤。6 月優(yōu)勢(shì)種為夜光蟲、中華哲水蚤、克氏紡錘水蚤、墨氏胸刺水蚤和擬長(zhǎng)腹劍水蚤。9 月優(yōu)勢(shì)種為強(qiáng)壯箭蟲、真刺唇角水蚤、中華哲水蚤、中國(guó)毛蝦、克氏紡錘水蚤、擬長(zhǎng)腹劍水蚤、近緣大眼劍水蚤和異體住囊蟲。

2.1 紅沿河海域常見水母的脂肪酸組成

紅沿河海域常見水母的脂肪酸組成如表 2 所示, 由于半球美螅水母樣品量過少, 未測(cè)得其脂肪酸數(shù)據(jù)。

從脂肪酸構(gòu)成上來看, PUFA 占水母總脂肪酸含量均在43.09%以上(表2)。除沙海蜇外, 另外5 種水母的脂肪酸以 PUFA 為主, 含量高于 SFA 和(單不飽和脂肪酸)MUFA。小型水母PUFA 含量普遍高于大型水母(ANOVA, P＜0.05), 其中帽鈴水母 PUFA 含量最高, 達(dá)到63.74% (表2)。與之對(duì)應(yīng), 大型水母SFA 含量普遍高于小型水母(ANOVA, P＜0.01), 其中沙海蜇SFA 含量最高, 為46.35%。從PUFA/SFA 來看, 小型水母與大型水母之間差異顯著(ANOVA, P＜0.05), 小型水母明顯高于大型水母, 帽鈴水母的PUFA/SFA 值最高(2.21), 沙海蜇最低(0.95)。另外兩種大型水母PUFA/SFA 值也比較低, 海月水母和白色霞水母分別為1.06 和1.17。在所有水母的PUFA 中, DHA、EPA和C20:4ω6 是含量最高的三類脂肪酸。球形側(cè)腕水母和帽鈴水母中 DHA 含量最高, 超過 25%, 其次為卡瑪拉水母, 含量為16.6%。海月水母的EPA 含量在所有水母中最高, 達(dá)20.08%。球形側(cè)腕水母DHA/EPA值顯著高于其他水母(ANOVA, p＜0.01)。在六種水母中 Σω3 系列脂肪酸與Σω6 系列脂肪酸含量存在顯著差異(P＜0.05)。除了白色霞水母外, 其余五種水母的Σω3 脂肪酸含量高于 Σω6 脂肪酸含量。從 Σω6/Σω3值來看, 只有白色霞水母的 Σω6/Σω3 值超過 1, 為2.86。沙海蜇 Σω6/Σω3 值適中, 為0.93。C18:2ω6+C18:3ω3在三類小水母中含量均在4.0 以上, 高于大型水母。卡瑪拉水母, 白色霞水母和沙海蜇的C20:4ω6 占總脂肪酸百分比均超過了 10%, 相比之下, C20:4ω6 在其他三種水母中含量較低, 均未超過4%。

將6 種水母的脂肪酸數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(圖2)。通過主成分分析的降維處理, 可以更直觀顯示水母脂肪酸的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。結(jié)果顯示, 主成分1 和2 共可解釋水母脂肪酸組成總變異的 94.8%, 其中主成分 1可解釋78.9% (圖2)。主成分1 維度正向上的因子主要有 Σω3 和 DHA, 負(fù)向上主要有 C20:4ω6 和 Σω6。主成分2 維度正向上主要有SFA 和EPA, 負(fù)向上主要為 PUFA。6 種水母在主成分分析圖上比較分散。海月水母、球形側(cè)腕水母和帽鈴水母主要分布在主成分1 正向維度上, 說明Σω3, DHA, EPA 在它們的脂肪酸中占比重很大。沙海蜇在主成分 2 維度正向上分布,SFA 對(duì)其脂肪酸貢獻(xiàn)較大。白色霞水母、沙海蜇在主成分1 負(fù)向上分布, 說明兩者與三種正向上分布的水母脂肪酸含量差異較大, C20:4ω6、Σω6 的含量較高。

表2 紅沿河海域6 種常見水母的脂肪酸組成Tab.2 Fatty acids of jellyfish from Hongyanhe area in the Bohai Sea

圖2 紅沿河海域6 種常見水母脂肪酸組成的主成分分析Fig.2 Principal component analysis based on the fatty acid compositions of six common jellyfish species sampled from Hongyanhe area in the Bohai Sea

2.2 紅沿河海域常見水母的碳氮穩(wěn)定同位素

紅沿河海域7 種水母和同時(shí)采集的POM 的碳穩(wěn)定同位素比值(δ13C)如表 3 所示。7 種水母的 δ13C 值有極顯著差異(ANOVA, P＜0.01)。δ13C 變化范圍為-23.14‰— -16.55‰。在所有水母樣本中, 球形側(cè)腕水母的δ13C 值最高, 為-16.55‰。其次為卡瑪拉水母(-17.10‰)。二者均采自 2017 年 9 月, 同月份 POM的 δ13C 值也為 POM 中最高(-19.57‰)。2018 年 6 月采集的海月水母的δ13C 值最低, 為-23.14‰, 同月份采集的半球美螅水母次低, 為-22.49‰。且此月份POM 的 δ13C 值也非常低, 為-24.20‰, 僅高于 2018年 5 月(-24.49‰)(圖 3)。

表3 紅沿河海域7 種常見水母穩(wěn)定同位素值(單位: ‰)Tab.3 The stable isotope values of 7 jellyfish species sampled from Hongyanhe area in the Bohai Sea (unit: ‰)

圖3 紅沿河海域7 種水母的穩(wěn)定同位素散點(diǎn)圖Fig.3 The scatter plot of average δ13C and average δ15N for 7 jellyfish species from Hongyanhe area

7 種水母的氮穩(wěn)定同位素比值(δ15N)變化范圍為6.79‰—8.70‰ (表 3)。其中, 球形側(cè)腕水母的 δ15N值最高(8.70‰), 其次為半球美螅水母(8.45‰), 二者差異并不顯著(ANOVA, P＞0.05)。沙海蜇的δ15N 值最低, 為 6.79‰, 與除卡瑪拉水母之外的其余五組水母有極顯著差異(ANOVA, P＜0.01)。沙海蜇也是唯一δ15N 值低于 7‰的水母(圖 3)。7 種水母與同時(shí)期 POM的δ15N 值之差介于2.15‰—4.10‰之間。球型側(cè)腕水母和半球美螅水母與同時(shí)期水體POM 的δ15N 值之差分別為3.60‰和4.10‰, 該差值也是所有差值中最高的兩個(gè), 其后為帽鈴水母(3.50‰)。

在采樣月份中, 紅沿河海域分布的大型橈足類主要是中華哲水蚤, 除了2018 年9 月以外, 中華哲水蚤的豐度均占大中型橈足類總豐度的90%以上。2018年 9 月中華哲水蚤與真刺唇角水蚤在采樣月份中豐度較高, 二者共同占大中型橈足類總豐度的 87.5%,因此將二者用作本月份大中型橈足類組的食物源代表。2017 年的兩個(gè)月份, 小型橈足類物種種類較多,且有許多幼體難以鑒定, 因此取混合樣品作為食物來源。2018 年克氏紡錘水蚤在小型橈足類類群中豐度所占比例超過70%, 遠(yuǎn)高于其他小型橈足類, 因此在模型分析中將克氏紡錘水蚤作為小型橈足類的代表生物。另外, 2017 年8 月短額超刺糠蝦和2017 年9月長(zhǎng)尾類幼蟲在巨型浮游動(dòng)物中豐度占比最高, 分別為 70.08%和 91.73%, 因此選取這兩種浮游動(dòng)物作為當(dāng)月巨型甲殼動(dòng)物組餌料的代表生物。2018 年 9月長(zhǎng)尾類幼蟲和中國(guó)毛蝦共同貢獻(xiàn)了巨型甲殼動(dòng)物組豐度的82.57%, 二者均選作本組餌料的代表生物。

圖4 基于SIAR 模型的各類餌料對(duì)紅沿河海域常見水母食物的貢獻(xiàn)比例Fig.4 SIAR box-plots showing the proportion of sources for jellyfish from Hongyanhe area in the Bohai Sea

SIAR 模型結(jié)果顯示, 在大型水母沙海蜇的食物構(gòu)成中, POM 的貢獻(xiàn)率高達(dá)56%, 小型橈足類、中華哲水蚤和短額超刺糠蝦貢獻(xiàn)率分別為 12%、3%和10%(圖4)。相比之下, POM 對(duì)白色霞水母貢獻(xiàn)率較低,與克氏紡錘水蚤, 中華哲水蚤, 真刺唇角水蚤食物貢獻(xiàn)率相近, 在21%—22%之間。長(zhǎng)尾類幼體和毛蝦對(duì)白色霞水母的食物貢獻(xiàn)較低(2%—3%)。6 月采集的海月水母對(duì)POM 的攝食較多, POM 貢獻(xiàn)率為45%, 克氏紡錘水蚤和中華哲水蚤貢獻(xiàn)率分別為34%和29%。小型水母中, 與海月水母同月份采集的小型水母半球美螅水母的主要食物貢獻(xiàn)來自克氏紡錘水蚤和中華哲水蚤, POM 對(duì)其食物貢獻(xiàn)相對(duì)較少。2018 年 5月大量出現(xiàn)的帽鈴水母與半球美螅水母的食物組成比例相似, 浮游橈足類對(duì)兩者的食物貢獻(xiàn)率較高。2017 年 9 月同時(shí)出現(xiàn)的卡瑪拉水母和球形側(cè)腕水母食物比較均衡, 四類食物對(duì)其食物貢獻(xiàn)率接近, 在22%—32%之間。二者區(qū)別在于小型橈足類對(duì)球形側(cè)腕水母食物貢獻(xiàn)率較低(24%), 長(zhǎng)尾類幼體對(duì)卡瑪拉水母的食物貢獻(xiàn)率較低(22%)(圖4)。

3 討論

本研究采集的三種大型水母均屬于缽水母綱(Scyphozoa), 其中白色霞水母和海月水母均屬于旗口水母目。此類水母下傘部中央具有帶狀的口腕, 腕上有許多刺胞作為捕食器官, 漂浮時(shí)口腕飄蕩如旗幟。白色霞水母成熟個(gè)體通常傘徑大于50 cm(董婧等,2005), 海月水母較小, 通常傘徑在 10—40 cm(鄭鳳英等, 2010)。而沙海蜇屬于根口水母目, 與旗口水母不同, 成熟沙海蜇的口腕基部愈合, 口腕管道開口改為大量絲狀附屬管(魯男等, 1992)。沙海蜇的傘徑可達(dá)1 m 以上(Uye, 2008)。四種小型水母中, 卡瑪拉水母、半球美螅水母和帽鈴水母均屬于水螅水母綱(Hydrozoa), 與缽水母區(qū)別在于本綱水母體較小, 且具有緣膜, 常常成群出現(xiàn)(趙文, 2005)。球形側(cè)腕水母屬于櫛水母綱(Ctenophora), 體型呈球狀, 周身具有櫛板, 以櫛板作為行動(dòng)器官(丘書院, 1957)。這幾種水母攝食器官形態(tài)及攝食行為的不同導(dǎo)致它們可攝食的餌料種類及粒徑范圍均存在差異, 在食物網(wǎng)中所處的營(yíng)養(yǎng)地位也不同。

由于 7 種水母大量出現(xiàn)時(shí)間和采樣地點(diǎn)并不一致, 所在環(huán)境伴隨著浮游生物群落結(jié)構(gòu)的變化, 因此各類食物的可獲得性可能會(huì)有不同。為避免因此導(dǎo)致的誤差, 本研究在采集水母樣本的同時(shí), 對(duì)浮游動(dòng)物和 POM 進(jìn)行同步采集, 在進(jìn)行分析時(shí)僅將同期的浮游動(dòng)物和POM 作為水母的可能食物來源。

3.1 紅沿河海域水母的食物來源

在沙海蜇、海月水母、白色霞水母三種大型水母中, 白色霞水母對(duì)肉食性餌料攝食最多, 海月水母次之, 沙海蜇最低。本研究的脂肪酸結(jié)果證明了這一點(diǎn)。多不飽和脂肪酸(PUFA)與飽和脂肪酸(SFA)之比可以用作脂肪酸標(biāo)記來指示動(dòng)物的營(yíng)養(yǎng)來源于肉食還是草食(Cripps et al, 2000; Stevens et al, 2004)。白色霞水母的PUFA/SFA值高于海月水母和沙海蜇, 說明白色霞水母食物組成中的動(dòng)物性餌料的貢獻(xiàn)要比其他兩種水母高。同位素結(jié)果也支持這一觀點(diǎn)。由于15N會(huì)隨著生物攝食產(chǎn)生分餾效應(yīng), δ15N值通常會(huì)隨著營(yíng)養(yǎng)等級(jí)升高而富集 (Peterson et al, 1987), 因此δ15N可以用來指示生物的營(yíng)養(yǎng)級(jí)高低, 生物的營(yíng)養(yǎng)級(jí)越低, 說明其食物中植物性食物更多。大型水母中, 白色霞水母的δ15N值最高, 沙海蜇δ15N值最低。兩種證據(jù)均表明, 白色霞水母攝食肉食性餌料多于海月水母, 更多于沙海蜇。這可能與三者的攝食方式、攝食器官大小和食物來源有關(guān)。白色霞水母和海月水母同為旗口水母, 中央口不愈合, 可以攝入的食物粒徑范圍較大。白色霞水母有很多觸手絲, 可以通過刺細(xì)胞主動(dòng)刺傷捕獲浮游動(dòng)物(Suchman et al, 2000), 與通過過濾海水濾食食物的海月水母相比(Bailey et al,1983; Stoecker et al, 1987), 白色霞水母主動(dòng)捕食浮游動(dòng)物的能力更強(qiáng)。與旗口水母相比, 作為根口水母的沙海蜇在成長(zhǎng)過程中中央口愈合(魯男等, 1992), 無論個(gè)體大小, 其口腕的末端口的直徑都在1mm左右(Lee et al, 2008), 限制了沙海蜇可攝食的食物粒徑上限, 粒徑較大的動(dòng)物餌料難以攝入。對(duì)同屬于根口水母目的海蜇食物來源研究結(jié)果也證實(shí), 粒徑1000 μm以下的浮游動(dòng)物的食物貢獻(xiàn)率是粒徑1000 μm以上浮游動(dòng)物的4.9倍(孫明等, 2016)。本研究中, 沙海蜇PUFA/SFA值在三種大型水母中也是最低的, 這說明相比于其他水母, 植物性餌料為沙海蜇提供了更多營(yíng)養(yǎng)。其原因可能是攝食器官限制了沙海蜇對(duì)大粒徑的動(dòng)物性食物的攝入, 而由于渤海夏季豐水期的POM主要由浮游植物提供(于靖等, 2017), 大量攝入POM導(dǎo)致沙海蜇食物來源偏向植物性。

小型水母攝食了較多的動(dòng)物性食物。從 δ15N 值來看, 小型水母比沙海蜇和海月水母兩種大型水母更傾向于肉食食性。與大型水母中攝食動(dòng)物性食物最多的白色霞水母相比, 半球美螅水母和球形側(cè)腕水母對(duì)動(dòng)物性食物攝食更多, 而帽鈴水母與白色霞水母肉食程度接近。脂肪酸PUFA/SFA 結(jié)果也顯示, 除半球美螅水母未獲得數(shù)值之外, 其余3 種小型水母比沙海蜇和海月水母攝食更多的動(dòng)物性食物, 與 δ15N結(jié)果一致。半球美螅水母, 球形側(cè)腕水母等小型水母靠中央口攝食(Matsakis et al, 1991; 陳麗華等, 2003),使小型水母的食物不止局限于小顆粒的浮游植物和碎屑。球型側(cè)腕水母腸道內(nèi)含物分析結(jié)果顯示, 該水母攝食范圍很廣, 且主要以浮游甲殼動(dòng)物為食, 其腸含物內(nèi)餌料個(gè)數(shù)超過80%為橈足類(陳麗華等, 2003)。鄭慧苑等(1990)報(bào)道廈門海峽的球型側(cè)腕水母可以攝食除水母和櫛水母外海區(qū)所有的浮游動(dòng)物, 體長(zhǎng)5 mm 以下的毛蝦也可以被其攝食。而半球美螅水母以追擊式攝食方式為主, 且可以攝食橈足類與鹵蟲等動(dòng)物性餌料(Matsakis et al, 1991; 馮頌等, 2012)。因此, 兩種小型水母本身的攝食方式?jīng)Q定了它們食物來源中動(dòng)物性食物所占比例較大。金鑫等(2012)采用脂肪酸標(biāo)記法和穩(wěn)定同位素法分析了東海蝶水母、瓜水母和四葉小舌水母等小型水母的食性, 發(fā)現(xiàn)瓜水母和四葉小舌水母 δ15N 值高于東海的大型水母沙海蜇。 Colin 等(2005) 對(duì)半口壯麗水母(Aglaura hemistoma)腸道內(nèi)含物分析發(fā)現(xiàn)該水母為雜食食性,食物中原生生物成分很高。綜合來看, 小型水母種類多為雜食食性, 且對(duì)動(dòng)物性食物有較強(qiáng)的攝食偏好。

3.2 紅沿河海域各餌料生物對(duì)水母的食物貢獻(xiàn)率

7 種水母與 POM 的 δ15N 值之差介于 2.15‰—4.10‰之間。考慮到水母的食物中動(dòng)物性食物通常占有較大比例(鄭慧苑等, 1990; Sullivan et al, 1994; Uye,2008), 所以水母應(yīng)該比以浮游植物為主的POM 高出一個(gè)營(yíng)養(yǎng)級(jí)以上。因此將傳統(tǒng)的分餾指數(shù)值 3.4‰(Post, 2002)用作水母食物δ15N 的分餾指數(shù)顯得過高,McCutchan 等(2003)提出的 1.4‰作為 δ15N 的分餾指數(shù)更合適研究水母食物來源, 并且 1.4‰也是McCutchan 等(2003)對(duì)作為餌料的無脊椎動(dòng)物及其捕食者的δ15N 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出的δ15N 分餾指數(shù)。因此, 本研究在 SIAR 模型中使用 1.4‰作為水母食物源的δ15N 分餾指數(shù), 以便更準(zhǔn)確地反映各類食物對(duì)水母的貢獻(xiàn)率。

白色霞水母的食物中浮游橈足類貢獻(xiàn)率最高(＞60%), 不同大小橈足類的貢獻(xiàn)率接近, POM 的貢獻(xiàn)率相對(duì)較低(圖 4)。這主要是由于白色霞水母的攝食方式是以主動(dòng)捕食為主(Suchman et al, 2000), 此外作為旗口水母, 對(duì)食物的大小沒有限制。相比于白色霞水母, POM 對(duì)海月水母的食物貢獻(xiàn)率為45%, 這可能是由于雖然也是旗口水母, 海月水母主要以濾食方式為主, 容易濾食懸浮于水體中的有機(jī)顆粒物。在沙海蜇的各食物來源中, POM 的貢獻(xiàn)率高達(dá)56%, 是所有水母中最高的, 而個(gè)體相對(duì)較大的浮游動(dòng)物對(duì)沙海蜇總食物貢獻(xiàn)率為25%, 是所有水母中最低的。基于脂肪酸標(biāo)志物分析, 金鑫等(2012)提出東海沙海蜇食物組成中包括較多的有機(jī)碎屑。本研究中沙海蜇體內(nèi)也含有大量的指示碎屑食性的脂肪酸 C20:4ω6(Fukuda et al, 2001), 說明POM 中的懸浮碎屑的確為沙海蜇提供了營(yíng)養(yǎng)。已有關(guān)于沙海蜇腸道內(nèi)含物的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)沙海蜇食物組成以小型的橈足類和帶殼軟體動(dòng)物居多(Uye, 2008), 這可能是由于小型橈足類和帶殼軟體動(dòng)物的外殼消化速度慢, 在腸道內(nèi)含物中存在時(shí)間較長(zhǎng), 較容易被檢出, 而 POM 中的碎屑等多種成分難以被腸道內(nèi)含物法檢出(ōmori et al,1984; Landry et al, 1994; Perissinotto et al, 1997)。綜合來看, 大型水母中, 白色霞水母和海月水母主要攝食浮游動(dòng)物, 而沙海蜇則更多地?cái)z食粒徑相對(duì)較小的POM。

小型水母的食物中, 肉食性餌料的貢獻(xiàn)率較大。半球美螅水母主要以小型橈足類和大中型橈足類為食, 二者貢獻(xiàn)率之和高達(dá) 76%, 而 POM 的貢獻(xiàn)較低(13%)。帽鈴水母與半球美螅水母類似, 相比另兩種小型水母更偏向動(dòng)物性的食物來源。但是POM 對(duì)帽鈴水母的食物貢獻(xiàn)率也達(dá)到 31%, 高于對(duì)半球美螅水母的食物貢獻(xiàn)。與半球美螅水母相比, 帽鈴水母分布區(qū)域離岸邊更近, 可能因此濾食了較多的陸源POM。這一點(diǎn)脂肪酸結(jié)果可以證明, 陸源營(yíng)養(yǎng)中含有較多的脂肪酸C18:2ω6 和C18:3ω3 (Budge et al, 1998),在帽鈴水母中脂肪酸 C18:2ω6+C18:3ω3 占總脂肪酸的比例高于其他水母(表 2), 證明了帽鈴水母對(duì)陸源營(yíng)養(yǎng)的攝食吸收。球形側(cè)腕水母和卡瑪拉水母均采于2017 年9 月, 各粒徑食物對(duì)球形側(cè)腕水母和卡瑪拉水母的食物貢獻(xiàn)率相近, 大中型動(dòng)物性餌料的食物貢獻(xiàn)率是POM 的2.5 倍多, 可見這兩類水母對(duì)動(dòng)物性食物攝食更多。總的來說, 4 種小型水母對(duì)浮游動(dòng)物的攝食均高于POM。

近年來水母數(shù)量增多甚至暴發(fā)的現(xiàn)象日趨頻繁。從本研究結(jié)果可以看出, 不同水母暴發(fā)對(duì)浮游生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響有一定差異。紅沿河海域小型水母和白色霞水母主要捕食橈足類等浮游動(dòng)物, 因此它們的暴發(fā)都會(huì)直接影響浮游動(dòng)物的生物量。海月水母餌料的粒級(jí)選擇性不顯著, 其暴發(fā)對(duì)不同大小的浮游生物均會(huì)產(chǎn)生一定的影響。而沙海蜇的暴發(fā)主要會(huì)大量攝食＜1 mm 的小型浮游生物和 POM, 對(duì)大中型浮游動(dòng)物以及更高營(yíng)養(yǎng)層生物(魚類等)的影響可能是通過蜇傷以及餌料競(jìng)爭(zhēng)導(dǎo)致的。此外, 從水母暴發(fā)的食物基礎(chǔ)來看, 沙海蜇更依賴于小型浮游生物, 因此近海富營(yíng)養(yǎng)化等導(dǎo)致的浮游生物小型化將進(jìn)一步有利于沙海蜇的暴發(fā)。

4 結(jié)論

本文利用2017、2018 年春夏季在遼東灣紅沿河海域五個(gè)航次采集的水母樣本, 結(jié)合穩(wěn)定同位素法和脂肪酸分析法對(duì)沙海蜇、海月水母、白色霞水母、卡瑪拉水母、球形側(cè)腕水母、帽鈴水母和半球美螅水母食物組成進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示, 白色霞水母、卡瑪拉水母、球形側(cè)腕水母、帽鈴水母和半球美螅水母的食物組成中動(dòng)物性食物貢獻(xiàn)較大, 水母偏肉食食性。海月水母對(duì)食物的粒級(jí)沒有明顯的選擇性, 其食物中動(dòng)物性食物貢獻(xiàn)低于以上五類水母。動(dòng)物性食物對(duì)沙海蜇食物貢獻(xiàn)最少, 沙海蜇主要攝食小于 1 mm粒級(jí)的食物。可見紅沿河海域不同水母所攝食的食物有一定的差異, 因此水母暴發(fā)對(duì)浮游生態(tài)系統(tǒng)的影響方式也并不相同, 針對(duì)不同水母暴發(fā)制定防治措施時(shí)需要區(qū)別考量。