昌黎黄金海岸自然保护区翡翠岛附近海域自由生活海洋线虫群落结构研究

作者: 曹英昆 刘建霞 马福堂 王小瑞

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摘 要:为监测秦皇岛昌黎县黄金海岸自然保护区翡翠岛附近海域自由生活的海洋线虫的生物群落变化,于2014年10月对该海域的3个断面9个站位进行了海洋小型底栖生物的采样,并通过物种数目、Margalef物种丰富度指数、Simpson指数、Shannon-Wiener指数和Pielou均匀度指数等指数,对海洋自由生活线虫的多样性和群落结构进行了分析研究。共观察到1 072条线虫,鉴定出107种,其中优势种包括Pselionema sp.、Parasphaerolaimus sp.、Parallelocoilas sp.等10种。研究结果显示,群落多样性指数在2.1~3.3范围内变化,物种丰富度指数在2.4~7.3间变化,显示出不同站位间海洋线虫群落结构和丰度的空间异质性。

关键词:昌黎黄金海岸自然保护区;翡翠岛;自由生活海洋线虫;多样性;群落结构

自由生活海洋线虫(Free-living marine nematodes,以下简称海洋线虫)是海洋小型底栖动物中分布最广泛、数量最多的一个类群,通常占小型底栖动物丰度的首位(占比超过60%)[1]。由于其具有物种丰富度大,生活史中无浮游阶段等特征,并且在底栖生态系统的能量流动和物质循环中发挥着重要的作用,该生物已成为海洋生态监测评估体系的一个重要指标,被广泛用于指示底栖生态系统健康程度、环境变化以及人类活动的影响中[2]

已有大量的学者在热带、亚热带、温带、寒带等气候带区域,对潮间带、潮下带以及深海区域的自由生活海洋线虫的分布及其影响机制进行了研究探讨,研究表明,化学污染(有机物和重金属)、沉积物类型、有机物含量、沉积物分选系数、水深、水动力状态等往往对海洋线虫的群落特征和多样性格局产生重要影响[3-6]。例如,杨丹[7]在大连港石油管爆炸漏油事故后1年,对受影响的大连星海海滨浴场海洋线虫群落的研究表明,海洋线虫丰度和多样性较低,石油烃通过有机碳、盐度和pH间接影响了海洋线虫群落结构;Hua等[8]对国内9个砂质潮间带包括大连夏家河子进行小型底栖动物的研究,结果显示,夏家河子砂质潮间带海洋线虫为优势类群,拥有较高的平均丰度(大于2 000 ind./10 cm2),其值高于亚热带地区沙滩。因此,有效地监测海洋生态系统中海洋线虫的生物群落变化,可以反映生态系统的健康程度和变化情况,为生态健康评价提供基础数据。

翡翠岛(Feicui Island),位于昌黎县黄金海岸南部沿海,是我国7个国家级海洋类型自然保护区之一[9]。该区域所在保护区栖息了几乎全国1/3种类以上的鸟类,属于国家重点保护的鸟类黑嘴鸥等有68种之多,该区域也是中国文昌鱼分布密度最高的地区之一,并且该保护区内的七里海潟湖是中国典型的封闭式现代潟湖[10]。因此,该区域具有十分高的生态意义,对于维持当地及区域生态平衡具有重要的价值。近些年为了对该区域进行保护和恢复,开展了大量的生态修复和监测保障工作,然而,总体上仍缺乏有关小型底栖动物包括海洋线虫群落结构及多样性的基础研究,特别是对濒临渤海的海洋线虫群落结构及多样性特点的比较鲜有报道。

本研究选取翡翠岛附近海域作为采样点,对该区域海洋线虫群落特征及其生境特点进行研究,分析了翡翠岛附近海域海洋线虫的多样性指数、种类组成等,旨在监测该保护区海洋线虫的生物群落变化,反映生态系统的健康程度和变化情况,进而为该保护区的生态健康评价提供基础数据和参考。

1 材料与方法

1.1 采样时间与地点

2014年10月对翡翠岛附近海域的3个断面9个站位进行沉积物采样(表1)。

1.2 样品的采集与保存

利用彼得森采泥器,在每个站位定量取3个重复沉积物样品,混合后装入500 mL广口采样瓶内,加入适量体积的10%甲醛固定,贴上标签,带回实验室备用。由于采集样品为砂质沉积物,因此采用上浮液倾倒法淘洗[11-12],对小型底栖动物进行分选。分选过程是将每个样品用过滤的海水淘洗,用1 L的量筒颠倒冲洗,把上浮液通过0.5 mm和0.042 mm孔径的套筛,重复7~8次,将0.042 mm孔径的网筛所截留的后生动物(小型底栖动物)全部转移到培养皿中,在解剖镜下分类和计数。

1.3 线虫标本制作

将挑选出的线虫转移到装有透明液(无水乙醇∶甘油=3∶1)的玻璃容器中,放入通风橱3~4 d后,水和酒精挥发,液体有黏稠感,此时甘油渗入虫体,使虫体透明,便于观察鉴定。

在无菌载玻片上,用石蜡做好直径为1.5 cm的蜡圈,在蜡圈中间滴一滴甘油,用解剖针挑取8~10条线虫到甘油里,加盖玻片,在加热板上用55 ℃加热到蜡圈融化,待石蜡冷却凝固后即可观察。线虫的观察、测量和拍照在Olympus BX51显微镜(产地:日本)下进行。根据Platt等[13],将海洋线虫鉴定到分类实体单元。

1.4 数据处理与分析

数据的处理和分析采用英国普利茅斯海洋研究所开发的PRIMER6.0软件来计算各种多样性指数[14]。使用的多样性指数包括:群落的物种丰度指数(d)、多样性指数(H′)、均匀度指数(J′)、优势度指数(λ)。

2 实验结果

2.1 翡翠岛不同站位海洋线虫群落种类数量变化

在对各站位的海洋线虫物种多样性进行比较时,发现站位1的种类数最少,仅记录到9种。相比之下,站位4表现出了最高的种类数,共识别出37种。整体而言,各站位的种类数呈现出以下排序:4站位>5站位>3站位>7站位>2站位>8站位>6站位>9站位>1站位(图1)。这一结果揭示了不同站位间在线虫多样性方面存在显著差异。

2.2 翡翠岛不同站位海洋线虫优势种比较

2.2.1 翡翠岛不同站位海洋线虫优势种与优势度

物种优势度(Y)是衡量小型底栖动物群落中某一物种所占优势程度的关键指标,该指数的计算公式为:

Y=Ni×Fi/N。

式中:N为各采样点所有物种个体总数,个;Ni为第i种的个体总数,个;Fi为该物种在各个采样点出现的频率,当Y>2%时,该物种为群落中的优势种。

翡翠岛区域不同站位海洋自由生活线虫优势种与优势度出现的差异性大小不同,为进一步的生态学分析提供了重要依据(表2)。

2.2.2 翡翠岛不同站位海洋线虫群落K-优势度曲线 在对翡翠岛区域不同站位海洋线虫群落进行K-优势度分析后,得到了如图2所示的结果。分析显示,站位2的海洋线虫群落具有最高的优势度,而站位6的优势度最低。其他站位的优势度则介于两者之间,且彼此之间的差异相对较小。

2.3 翡翠岛不同站位海洋线虫群落结构特征

在本次翡翠岛海域的采样分析中,对1 072条线虫进行了观察,并鉴定出107种线虫。值得注意的是,9个不同站位的线虫种类数量表现出了明显的差异性。为了深入分析这些数据,利用PRIMER 6.0软件计算每个站位多样性指数,包括物种总数(S)、物种丰富度指数(d)、多样性指数(H′)、均匀度指数(J′)以及优势度数(λ),以评估和比较不同站位的海洋线虫多样性和群落结构。

2.3.1 海洋线虫群落多样性指数 在对翡翠岛自由生活海洋线虫群落的多样性指数进行分析时,发现各站位之间存在一定的差异(表3)。其中,站位1的均匀度指数(J′)最高,而站位7的均匀度指数最低。在丰富度指数(d)和多样性指数(H′)方面,站位4均表现出最高值,而站位1则在这两个指数上均为最低。至于优势度指数(λ),站位2的值最高,而站位9的值最低。群落多样性指数(H′)在2.119~3.315范围内变化,差异性较小;物种丰富度指数(d)在2.430~7.305范围内变化,表明不同站位之间的物种丰富度存在较大的差异。

2.3.2 海洋线虫群落的划分

在对翡翠岛不同站位海洋线虫群落进行聚类分析和多维尺度分析(MDS)后,得到了如图3和图4所示的结果。分析显示,不同站位的海洋线虫种类相似性相对较低,相似度指数在10%至58%之间,整体分布较为分散。

在压力系数设定为0.07的条件下,通过CLUSTER聚类方法对翡翠岛不同站位海洋线虫群落进行分类,发现在30%的相似性水平上,这些站位可以被划分为3个不同的组:站位1单独构成一组,而4—8号站位共同构成另一组,最后站位2、3和9形成第三组。当相似性水平提高至58%时,这些站位可以进一步细分为8个组,其中站位7、8组成一组,而其他站位则各自独立成组。

这些聚类分析结果表明,在不同的聚类水平下,站位间的相似性存在显著差异。这一发现为理解翡翠岛海洋线虫群落的生态分布和生物多样性提供了重要的视角,并有助于揭示不同站位间生态特征的异质性。

3 分析与讨论

3.1 不同海域自由生活海洋线虫种类数量

海洋线虫的种数与砂含量之间的正相关关系已被研究证实[15]。此外,物种数量不仅受到含砂量的影响,还与温度、盐度和有机质等环境因素密切相关。翡翠岛海域位于暖温带半湿润大陆性季风气候区,特别是在10月份的秋季,不同站位的海水温度和有机质含量存在差异。同时,该区域的沉积物组分变化受到七里海、滦河、饮马河等河流流入强度和泥沙的显著影响。这些因素共同作用,导致不同站位海洋线虫的种类数量出现差异。

海洋线虫在海洋各种底质中均有分布,但其丰度、种类组成和多样性在不同环境中存在显著差异。例如,郭玉清等[16]在渤海共报道了168种海洋线虫,而张志南等[17]在渤海及胶州湾则报道了154种。台湾海峡有100种[18],英国周围海区有450余种[19],北海有737种,地中海有637种[20]。黄勇等[21]在2003年1月对南黄海鳀鱼越冬场的22个站位进行调查,从沉积物样品中鉴定出线虫223种或分类实体。

综上所述,海洋线虫的种类数量受到多种环境因子的综合影响,不同海域和不同季节的生态环境条件对线虫群落的组成和多样性有着重要的作用。

3.2 不同海域自由生活海洋线虫优势种分析

在本研究中,对9个站位的海洋线虫优势种及其优势度进行了分析。结果显示,这些站位的优势种并无一致的分布规律,且各优势种的优势度普遍不高,这反映出该区域线虫群落具有较高的物种多样性和丰富的种数。特别是站位5的Paranticoma sp.展现出最高的优势度,达到13%;而站位3的Parallelocoilas sp.以6.7%的优势度位居其次,其他站位的优势种则显示出较低的优势度。总体而言,虽然优势种的差异性不大,但站位间存在一定联系的共同优势种。

黄勇等[21]在2003年1月对南黄海鳀鱼越冬场的22个站位进行的调查研究中,鉴定出的主要优势种包括Dorylaimopsis rabalaisi、Terschellingia longicaudata、Sphaerolaimus balticus、Quadricoma scanica、Paramonohystera riemanni、Vasostoma spiratum和Promonhystera faber等。在本研究中,我们发现与之有共同的优势种(属)Sphaerolaimus sp.。郭玉清等[22]于2002年6月30日和7月1日在厦门海域进行的采样研究中,发现的两个站位的优势种为Dorylaimopsis variabilis、Sabaticria sp.、Hoppcria sp.、Parodontophora marina和Marylymnia sp.,与本研究未发现有共同的优势种。而郭玉清等[23]对渤海自由生活海洋线虫研究发现主要优势种包括Parodontophora marina、Daptonema sp.、Dorylaimopsis rabalaisi、Eleutherolaimus sp.、Parasphaerolaimus sp.、Halalaimus sp1、Leptolaimus sp2、Paranticoma  sp.、Microlaimus sp1、Actinonema sp.、Dichromadora sp2等,本研究与该研究有Paranticoma sp.这一共同优势种。

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