胶州湾浮游纤毛虫群落的时空分布特征及与环境间的关系

摘要

浮游纤毛虫是微型浮游生物群落重要的组成部分，在微型生物食物网中扮演重要的角色。开展半封闭海湾中浮游纤毛虫生态学研究，从群落结构的分类构成、时空分布变动以及该变动与环境间的关系着手，全面系统的探讨，为揭示浮游纤毛虫群落生态学格局动态、与水体间的关系、评估水体质量状态、功能类群作用和食物网能量流动规律提供重要的第一手资料。
　　 主要成果包括：
　　 1)胶州湾全年中5个站点9个环境因子的时空变动显示：水温，盐度，pH，溶解氧和叶绿素a的数值与以往数据基本吻合且站点间变动不大；营养盐(氨态氮、硝态氮、亚硝态氮和可溶性活性磷)数值基本上呈现站点B，C和D高，站点A和E低。
　　 2)一共64种纤毛虫被鉴定出来，隶属于5个目(Oligotrichida，Haptorida，Cyrtophorida，Hypotrichida和Tintinnida)，其中9种是周年优势种。不论是丰度还是生物量，纤毛虫群落都呈现出清晰的季节模式。纤毛虫丰度和生物量都有一个独立的高峰，出现在八月底，主要是因为oligotrichids，tintinnids和haptorids。随着纤毛虫群落的季节演替，9种优势种也表现出明显的时间分布。多元分析方法证明纤毛虫丰度与水温，溶解氧和营养盐，特别是硝态氮(NO3-N)和可溶性活性磷(SRP)(P<0.05)具有显著的相关性。本研究对黄海海区的半封闭海湾的研究提供了关于浮游纤毛虫群落周年变动的基础数据。
　　 3)浮游纤毛虫群落结构表现出5个采样点的显著性差异；纤毛虫群落的空间模式与环境变量，特别是营养盐中的NO3-N和SRP显著相关；5个优势种(例如，Rimostrombidiumveniliae，Strombidium capitatum，Mesodinium pupula和Strombidinopsis acutum)与NO3-N和/或SRP显著相关；种类丰富度和香农威纳指数都与NO3-N和盐度相关。这些证明浮游纤毛虫原生动物与海洋环境密切相关，可以作为海洋水质的有效地生物监测物。
　　 4)分类等级多样性参数(△*)和平均分类等级(△+)参数与营养盐(特别是硝态氮和可溶性活性磷)的变动呈现显著的负相关(P<0.05)。配对参数平均分类等级多样性参数(△+)和分类等级多样性变异系数(∧+)呈现出在富营养和人为影响下的预期分类宽度的偏差降低的趋势。因此，纤毛虫群落的分类等级多样性参数，特别是配对参数△+和∧+是海洋环境监测中的一个有效指示物。
　　 5)纤毛虫的体型由等效粒径(ESD)表示，可以划分为5个等级：S1(5-35μm)，S2(35-55μm)，S3(55-75μm)，S4(75-100μm)和S5(100-350μmn)。这些等级呈现清楚的时间演替顺序：S2(1月-4月)→S1(5月-7月)→S4(8月-9月)→S3(10月-12月)，证明体型模式具有明显的季节性。而且其时间变动与环境因子特别是水温，盐度，溶解氧(DO)和营养盐的变化显著相关。等级S2的丰度与水温，DO和营养盐显著相关，而等级S4和S5与盐度和营养盐都显著相关(P<0.05)。另外，其空间模式在5个环境梯度不同的站点具有显著的差异，并且与理化因子特别是盐度，溶解氧和营养盐的变动显著相关。平均粒径等级多样性(AvBSD)和粒径变异等级多样性(VarBSD)在响应水质状态时，相对于预期粒径范围的偏差呈现明显的下降趋势。这些证明浮游纤毛虫的体型模式也可以用作潜在的海水质量指示物
　　 6)基于特定的生态特征，如时空分布和与理化因子的关系等，一共有13个功能类群(A-M)被识别出来。6个(H-M)是污染/富营养海域纤毛虫群落的主要贡献者。其他7个(A-G)是较少污染水体中的主力。有6个类群(A，D，G，H，I和K)的种类是出现在暖季(夏秋)的，其余7个(B，C，E，F，J，L和M)是冷季(春冬)。这其中，类群B(主要是无壳纤毛虫)，类群I(无壳纤毛虫)和类群L(主要是有壳的丁丁虫)是群落的主要类群。另外，无壳纤毛虫和丁丁虫在构建微生物循环和行使功能时具有不同的作用。证明纤毛虫群落由不同的功能类群构成，这些功能类群可以对生物监测和生态保护做出贡献。
　　 7)100种浮游微藻和64种浮游纤毛虫都呈现明显的季节模式，并且两者丰度的时间变动具有显著性的关联。14种纤毛虫(例如Strombidium sulcatum，Tintinnopsis tubulosoides和Strombidium cheshiri)和18种微藻(例如Skjeletonema cosatum和Alexandrium tamarense)作为优势种，代表并刻画出各自群落。多元回归分析结果表明这些优势种种间关系表现为明显的季节变化和复杂的网络关系。这些证明微型浮游生物群落是季节变化的，并且存在复杂的网络，多元统计方法的应用也被证实是一个有效的途径来揭示海洋生态系统中种类分布模式和复杂的种间相互关系。
　　 8)无壳纤毛虫是总浮游纤毛虫群落主要成分，不论是种类数，丰度还是生物量都与总群落显著相关；无壳纤毛虫的生态模式与总纤毛虫群落和环境变量的变动都显著相关；无壳纤毛虫的结构多样性参数(种类丰富度，多样性和均匀度)的时空变动与总纤毛虫结构多样性参数的时空变动和环境变量特别是营养盐(NO3-N，NO2-N和SRP)都显著相关，这些结果证明无壳纤毛虫是浮游纤毛虫群落的主要贡献者，并且可以用来作为纤毛虫群落的替代物用在生物监测中。
　　 9)无壳纤毛虫空间模式与纤毛虫群落十分一致，并且与环境的变动显著相关；无壳纤毛虫与总纤毛虫群落4个分类等级多样性参数之间显著相关；无壳纤毛虫4个分类等级多样性参数的空间变动与环境变量特别是营养盐的变动显著相关；无壳纤毛虫的配对分类多样性参数(△+和∧+)在响应水质时对预期分类宽度的偏差表现出明显的下降趋势。证明无壳纤毛虫作为纤毛虫群落的替代物，特别是基于有/无的数据时，可以应用分类等级多样性来监测海洋水质状况时空分布特征。