渤海海域表層沉積物中甲藻孢囊多樣性及富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)

渤海海域表層沉積物中甲藻孢囊多樣性及富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)

cyst是指失去鞭毛和游泳能力的非移動(dòng)細(xì)胞（cyst）。在許多甲藻的生活史中存在2種類型,即暫時(shí)性孢囊(temporarycyst)和休眠孢囊(restingcyst)(齊雨藻,2003)。經(jīng)常提到的孢囊一般指的是休眠孢囊(Godheetal.,2000)。休眠孢囊通常要度過(guò)一定的休眠期,這個(gè)時(shí)間從幾天到幾個(gè)月不等,外界環(huán)境溫度越低,所需的時(shí)間越長(zhǎng)。在休眠期內(nèi),即使環(huán)境條件適合,孢囊也不會(huì)萌發(fā);而當(dāng)休眠期過(guò)后,只要外界條件適合,孢囊隨時(shí)都有可能萌發(fā)。這些條件包括適當(dāng)?shù)墓獯碳ぁ⒆銐虻难鯕?、適宜的溫度、底棲生物的擾動(dòng)及底層海流的作用等(Montresoretal.,1998)。另外,孢囊萌發(fā)的成功率是與季節(jié)相關(guān)的(Matsuoka,1987)。甲藻孢囊的分布一般在沉積物的表層最為豐富。在污染嚴(yán)重、水質(zhì)較差的海域甲藻孢囊的種類多樣性較低,此時(shí)具有特異生態(tài)習(xí)性的耐污染種類的數(shù)量會(huì)增加,因此孢囊的數(shù)量和組成可作為評(píng)價(jià)海域富營(yíng)養(yǎng)化程度的指標(biāo)。通常封閉內(nèi)灣比開(kāi)闊海岸的孢囊種類豐富,隨沉積物中細(xì)泥百分比的增加而增加(Dale,1983);孢囊主要沉積在海底的低凹處,與細(xì)泥顆粒的沉積過(guò)程和積聚情況基本一致(Ellegaardetal.,1994)。以往我國(guó)對(duì)于甲藻孢囊種類和分布的研究主要集中在赤潮頻繁發(fā)生的東南沿海,對(duì)于渤海海域甲藻孢囊的分類鑒定以及在該海區(qū)中的分布情況研究甚少。渤海是我國(guó)近封閉的內(nèi)海,擁有豐富的陸海自然資源,是中國(guó)環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈的核心。渤海在中國(guó)北方海洋運(yùn)輸、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展等各方面具有重要的輻射作用。但是持續(xù)的城市化進(jìn)程和陸源排污也導(dǎo)致了渤海富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重、氮磷比例失衡,有害藻華頻發(fā)。因此研究渤海海區(qū)甲藻孢囊有助于理解該海區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化情況以及進(jìn)一步理解甲藻孢囊在有害藻華爆發(fā)中的作用。本研究利用采集于2008年春季(5月)和夏季(8月)渤海灣24個(gè)站位0–10cm深度的表層沉積物樣品,研究該海域表層沉積物中甲藻孢囊的種類多樣性和生態(tài)地理分布;并與已有的其它海域的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行對(duì)比,分析渤海海區(qū)與國(guó)內(nèi)外其它海域甲藻孢囊種類組成和數(shù)量分布特征的異同,探討該海域的赤潮發(fā)生與甲藻孢囊分布的相關(guān)性,為赤潮發(fā)生機(jī)制的研究和預(yù)報(bào)監(jiān)測(cè)工作提供參考依據(jù)。1材料和方法1.1b土壤站本研究的沉積物樣品由天津海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心協(xié)助采集。分別于2008年春季(5月)和夏季(8月)采自渤海灣(38°37′04″–39°04′41″N,117°41′30″–118°00′00″E)的24個(gè)站位(圖1)。采用抓斗式采泥器在24個(gè)站位分別采集0–10cm沉積物樣品,按照表、中、底(每層約3cm)分為3層,共144份。采集好的沉積物樣品分別裝入密封塑料袋并做標(biāo)記,于4°C黑暗下保存?zhèn)溆谩?.2液體浮液的提取、分離、保存和計(jì)數(shù)將待分析的沉積物樣品懸浮并溶解于過(guò)濾海水,超聲波振蕩30秒。分別以125μm和20μm篩網(wǎng)過(guò)濾,取兩篩網(wǎng)中間的部分并轉(zhuǎn)移至表面皿中。旋轉(zhuǎn)表面皿使液體渦旋,然后用吸管吸取上層浮液于10mL有蓋塑料管中。為了達(dá)到更好的效果,可以多次重復(fù)以上操作。最后把液體定容到10mL,4°C下避光保存。觀察樣品時(shí),吸取1.0mL樣品于SedgewickRafterCountingChambers計(jì)數(shù)框中,在倒置顯微鏡(NikonTE2000)下進(jìn)行種類鑒定、計(jì)數(shù)并拍照,樣品重復(fù)觀察計(jì)數(shù)2–3次,求其平均值。單位干重泥樣中的孢囊數(shù)量以cysts·g–1DW表示,即每克干重泥樣中的甲藻孢囊數(shù)量。1.3甲藻孢囊的物種多樣性香農(nóng)-威弗多樣性指數(shù)(Shannon-Weaverdiversityindex,H’)計(jì)算公式如下:式中,H′為站位或海域甲藻孢囊的種類多樣性指數(shù);S為站位或海域甲藻孢囊種類數(shù);Pi為第i種甲藻孢囊的個(gè)數(shù)與總甲藻孢囊數(shù)的比值。在香農(nóng)-威弗多樣性指數(shù)中包含2個(gè)因素:(1)種類數(shù)目,即豐富度;(2)種類中個(gè)體分配上的平均性(equitability)或均勻性(evenness)。種類數(shù)目多,可增加多樣性。同樣,種類之間個(gè)體分配的均勻性增加也會(huì)使多樣性增高。2結(jié)果與討論2.1fodiniityt栽培2008年春季和夏季2次調(diào)查中共鑒定出6類32種甲藻孢囊,包括原多甲藻類孢囊11種、裸甲藻類孢囊6種、膝溝藻類孢囊7種、鈣質(zhì)類孢囊5種、翼藻類孢囊2種及Tuberculodinioid類孢囊1種。該海域自養(yǎng)型甲藻孢囊17種,優(yōu)勢(shì)種為錐狀斯氏藻(Scrippsiellatrochoidea)孢囊;該海域異養(yǎng)型甲藻孢囊豐富,共15種,優(yōu)勢(shì)種為無(wú)紋多溝藻(Polykrikosschwartzii)和錐形原多甲藻(Protoperidiniumconicum)孢囊;并且發(fā)現(xiàn)一種產(chǎn)麻痹性貝類毒素的孢囊——塔瑪亞歷山大藻(Alexandriumtamarense)孢囊,僅在S6、S8和S14三個(gè)站位發(fā)現(xiàn),且孢囊數(shù)量較少。部分常見(jiàn)和典型的甲藻孢囊的分類學(xué)特征描述如下。I膝溝藻類孢囊類(Gonyaulacoidgroup)相似亞歷山大藻(Alexandriumaffine(InoueetFukuyo)Balech)(圖2A)孢囊無(wú)色或淡褐色,近圓形,直徑29–43μm,雙層厚壁,外壁光滑且無(wú)附著塔瑪亞歷山大藻/鏈狀亞歷山大藻孢囊復(fù)合體(AlexandriumtamarenseLebour/A.catenella(WhedonetKofoid)Balechcystcomplex)(圖2B)孢囊長(zhǎng)橢圓形,長(zhǎng)37–50μm,寬25–35μm,無(wú)色或淡褐色。雙層壁厚,常覆蓋著透明的膠狀物質(zhì)。孢囊內(nèi)含1個(gè)大而明顯的紅色體及大量淺色或透明的淀粉顆粒和淡褐色脂粒。膝溝藻(Gonyaulaxsp.)(圖2C)孢囊無(wú)色透明,形態(tài)變化較大,圓形至橢圓形,長(zhǎng)32–59μm,寬26–41μm。表面具許多刺狀突起,形狀長(zhǎng)度不一,有的中空長(zhǎng)刺,有的膜狀突起,突起末端二分叉或三分叉。多邊舌甲藻(Lingulodiniumpolyedra(Stein)Dodge)(圖2D)[孢粉學(xué)名稱:Lingulodiniummachaerophorum(DeflandreetCookson)Wall]孢囊圓形,直徑40–52μm。雙層厚壁,周身覆蓋著刺,刺基部寬大,遠(yuǎn)端尖細(xì)或封閉。孢囊內(nèi)充滿了淀粉?；蛑?。IITuberculodinioid類孢囊(Tuberculodinioidgroup)窄形扁甲藻(Pyrophacusstenii(Schiller)WalletDale)(圖2E)[孢粉學(xué)名稱:Tuberculodiniumvancampoae(Rossignol)Wall]孢囊大型圓盤狀,長(zhǎng)65–83μm,寬81–97μm,有2層無(wú)色的細(xì)胞壁。刺彎曲成弧形,長(zhǎng)20–33μm,有時(shí)會(huì)形成外膜,并在遠(yuǎn)端相互連接。III裸甲藻類(Gymnodinioidgroup)旋溝藻1(Cochlodiniumsp.1)(圖2F)孢囊褐色,近圓形至橢圓形,長(zhǎng)36–47μm,寬23–38μm(不包括突起)。表面具有顆粒狀和鋸齒狀突起。旋溝藻2(Cochlodiniumsp.2)(圖2G)孢囊褐色,近圓形,直徑36μm。孢囊表面具纖維柱狀或鋸齒狀突起,內(nèi)有明顯的紅色體。裸甲藻1(Gymnodiniumsp.1)(圖2H)孢囊深褐色,圓形,直徑36–40μm。內(nèi)含許多球狀顆粒及1個(gè)紅色體?？品蚨鄿显?PolykrikoskofoidiiChatton)(圖2I)孢囊淡褐色,兩端拉長(zhǎng),末端卵圓形,長(zhǎng)50–75μm,寬45–55μm。孢囊外壁有長(zhǎng)柱子形態(tài)的突起,這些突起中空,遠(yuǎn)端開(kāi)口,彼此纏在一起。它們的基部和鄰近的突起偶爾會(huì)連在一起,甚至遠(yuǎn)端也會(huì)連起來(lái)形成網(wǎng)狀的紋飾。無(wú)紋多溝藻(PolykrikosschwartziiButschli)(圖2J)孢囊褐色,長(zhǎng)卵圓形,長(zhǎng)70–100μm,寬50–70μm。刺末端分叉,相互連接形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。IV鈣質(zhì)類孢囊(Calcoidinellidgroup)錐狀斯氏藻(Scrippsiellatrochoidea(Stein)Loeblich)(圖2K)孢囊暗褐色,形態(tài)變化較大,從橢圓形到圓形,長(zhǎng)30–45μm,寬20–33μm。典型的孢囊外壁有鈣質(zhì)層,并且周身有鈣質(zhì)刺(長(zhǎng)2–6μm)。刺的末端較鈍,部分尖細(xì),孢囊內(nèi)有1–2個(gè)鮮艷的紅色體。該種孢囊在渤海海域各站位均有分布,并且數(shù)量豐富。前頭斯氏藻(ScrippsiellaprecariaMontresoretZingone)(圖2L)孢囊顏色從黃色至深褐色,形態(tài)變化從橢圓形到圓形,直徑25–40μm。孢囊壁有許多鈣質(zhì)的刺,有直而硬的短刺,有基底為四邊形的長(zhǎng)刺,也有排列為頭狀花序的刺,內(nèi)含1至多個(gè)紅色體或橙黃色體。經(jīng)酸處理后,鈣質(zhì)刺消失,孢囊壁為無(wú)色透明。V原多甲藻類孢囊(Protoperidinioidgroup)窄角原多甲藻(Protoperidiniumclaudicans(Paulsen)Balech)(圖2M)[孢粉學(xué)名稱:VotadiniumspinosumReid]孢囊褐色,心形,長(zhǎng)55–60μm,寬50–56μm。背腹側(cè)扁,表面有許多尖刺。錐形原多甲藻(Protoperidiniumconicum(Gran)Balech)(圖2N)[孢粉學(xué)名稱:Selenopemphixquanta(Bradford)Matsuoka]孢囊褐色,心形到腎形,頂端側(cè)扁,長(zhǎng)45–70μm,寬37–51μm。孢囊表面具有幾行平行針狀刺,長(zhǎng)7–10μm。該種孢囊是渤海灣比較常見(jiàn)的原多甲藻孢囊。小齒原多甲藻(Protoperidiniumdenticulatum(GranetBraarud)Balech)(圖2O)孢囊深褐色,圓形,直徑35–40μm。孢囊表面光滑或具少量顆粒,具等邊梯形萌發(fā)孔。里昂原多甲藻(Protoperidiniumleonis(Pavillard)Balech)(圖2P)[孢粉學(xué)名稱:Quinquecuspisconretum(Reid)Harland]孢囊淡褐色,近五角形,長(zhǎng)68–80μm,寬58–73μm。表面光滑,有時(shí)有顆粒。孢囊上部較寬,圓錐形;下部具2個(gè)形態(tài)不同的角,萌發(fā)孔梯形。長(zhǎng)形原多甲藻(Protoperidiniumoblongum(Aurivillium)Balech)(圖2Q)[孢粉學(xué)名稱:VotadiniumcalvumReid]孢囊亮褐色,表面光滑,背腹部側(cè)扁,長(zhǎng)63–75μm,寬58–72μm。細(xì)胞壁薄,光滑,具圓形頂部,無(wú)刺。孢囊上部圓錐形,下部末端分叉成2個(gè)較寬的角。萌發(fā)孔寬大。錐腹原多甲藻(Protoperidiniumconicoides(Paulsen)Balech)(圖2R)[孢粉學(xué)名稱:Brigantediniumsimplex(Wall)Reid]孢囊暗褐色,圓形,直徑48–50μm。孢囊壁光滑,萌發(fā)孔較大。具有4條長(zhǎng)邊和2條短邊,為近似梯形的六角形。VI翼藻類孢囊(Diplopsalidgroup)微細(xì)雙盾藻(Diplopeltaparva(Abé)Matsuoka)(圖2S)孢囊淡褐色,圓形到近圓形,直徑30–36μm。孢囊外壁覆蓋著許多中空的、略微彎曲的刺,遠(yuǎn)端變得很尖細(xì)。2.2甲藻孢囊和亞胺類孢囊的數(shù)量和密度分布在渤海海域已鑒定出的32種6大類甲藻孢囊中,種類最豐富的是原多甲藻類孢囊,平均密度百分比含量為28.6%,其次是鈣質(zhì)類孢囊和裸甲藻類孢囊,密度百分比含量分別為21.0%和20.7%。Tuberculodinioid類孢囊和翼藻類孢囊含量較低。渤海海域各站位甲藻孢囊的種類數(shù)變化在7–21種之間,平均為13種。異養(yǎng)型甲藻孢囊豐富,共15種;自養(yǎng)型甲藻孢囊17種。但在24個(gè)站位中沒(méi)有明顯的空間分布規(guī)律,其中S9站位種類最豐富,S19站位種類最少(圖3)。異養(yǎng)型孢囊中原多甲藻類孢囊種類最豐富,分布也很廣泛,其中Protoperidiniumconicum和Polykrikosschwartzii在各個(gè)站位都有分布。此外自養(yǎng)型孢囊Scrippsillatrochoidea在各個(gè)站位也均有分布。渤海海域孢囊密度的分布趨勢(shì)與種類的豐富程度相近,春夏兩季孢囊總的種類數(shù)量相同,而夏季孢囊密度略高于春季。春季表、中、底層孢囊數(shù)量的變化范圍介于58.82–70.66cysts·g–1DW之間,平均數(shù)量為65.58cysts·g–1DW;夏季表、中、底層孢囊數(shù)量的變化范圍介于64.96–103.57cysts·g–1DW之間,平均數(shù)量為78.43cysts·g–1DW,略高于春季。另外,春季和夏季沉積物樣品中觀察到的甲藻孢囊種類組成無(wú)明顯變化,均為29種。春季樣品中的Gonyaulaxelongata和Protoperidiniumlatissinum兩種在夏季沒(méi)有觀察到。2.3生物多樣性指數(shù)變化春季渤海海域表層、中層、底層甲藻孢囊的生物多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)大致相同,變化范圍分別在0.68–3.00、1.04–2.37、0.65–3.43之間;平均值依次減小,分別為1.69、1.61和1.52(圖4)。隨著深度的增加生物多樣性指數(shù)(H′)呈下降趨勢(shì)。夏季渤海海域表層、中層、底層生物多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)大致相同,變化范圍分別在1.13–2.75、1.34–2.62、0.96–2.33之間;平均值分別為1.83、1.89和1.60(圖4)。總體上,春季沉積物樣品中甲藻孢囊的生物多樣性指數(shù)低于夏季;表層和中層的甲藻孢囊種類較底層豐富。2.4討論2.4.1甲藻孢囊種類在海域的分布渤海海域出現(xiàn)的32種孢囊類型大部分為世界各海域常見(jiàn)孢囊類型,種類組成與日本沿海海域等世界其它海域相近,但種類的豐富程度較低。表層、中層和底層之間孢囊組成差異不大,原多甲藻類孢囊種類最豐富,鈣質(zhì)類孢囊和裸甲藻類孢囊次之,且原多甲藻類孢囊密度百分比含量大于鈣質(zhì)類孢囊和裸甲藻類孢囊。比較世界范圍內(nèi)緯度與渤海灣相近的海區(qū),Rubino等(2010)在地中海Syracuse灣分析鑒定了34種甲藻孢囊,其種類豐富程度高于渤海海域。Matsuoka等(2003)在日本的東京灣海域發(fā)現(xiàn)了21種甲藻孢囊。Matsuoka等(1987)在日本北部的Akkeshi海灣和Saroma湖的沉積物樣品中發(fā)現(xiàn)25種現(xiàn)代甲藻孢囊。以上兩海域孢囊種類數(shù)與渤海灣相近。對(duì)于緯度相對(duì)較高的海區(qū),Ellegaard等(1994)在丹麥海域(包括Arhus灣)的沉積物樣品中鑒定出23種甲藻孢囊,其中有毒種為鏈狀裸甲藻;Joyce(2004)在Scapa、Flow、Orkney和Scotland海域發(fā)現(xiàn)4類26種甲藻孢囊,其優(yōu)勢(shì)種為錐狀斯氏藻、無(wú)紋多溝藻和塔瑪亞歷山大藻,并且有毒的塔瑪亞歷山大藻在Flow海域分布廣泛。對(duì)于緯度相對(duì)較低的海區(qū),Sonneman等(1997)在澳大利亞維多利亞沿岸海域的沉積物樣品中發(fā)現(xiàn)43種甲藻孢囊,常見(jiàn)種為錐狀斯氏藻、具刺膝溝藻、塞裸原多甲藻、Zygabikodiniumlenticulatum、無(wú)紋多溝藻和Protoperidiniumpunctulatum,有毒種為鏈狀裸甲藻;Joyce等(2005)在南非的Saldanha灣(半封閉海灣)的底泥樣品中鑒定出22種甲藻孢囊;Godhel等(2000)在印度SW海區(qū)共鑒定出38種甲藻孢囊。本次調(diào)查在渤海海域鑒定出的甲藻孢囊比國(guó)內(nèi)其它海域甲藻孢囊的種類數(shù)低。2010年,我們?cè)陂L(zhǎng)江口赤潮高發(fā)區(qū)采集的沉積物樣品中,鑒定出45種甲藻孢囊(未發(fā)表資料)。王朝暉等(2003,2004)在南海大亞灣澳頭海域采集的沉積物樣品中鑒定出38種甲藻孢囊,次年在大亞灣大鵬澳海域沉積物樣品中分析出48種甲藻孢囊。Wall等(1977)提出熱帶近岸海域甲藻孢囊的物種豐富度高于溫帶海域,并且甲藻孢囊種類多樣性從高緯度到低緯度的海區(qū)呈減少的趨勢(shì)。本研究中渤海海域的甲藻孢囊種類與我國(guó)其它海區(qū)的研究結(jié)果相比較也發(fā)現(xiàn)相近的趨勢(shì)。另外渤海灣內(nèi)的沉積物主要來(lái)自河流攜帶的大量泥沙。一般來(lái)說(shuō),沿岸粒度較粗,多粉砂和黏土粉砂,東北部沿岸多砂質(zhì)粉砂;海灣中部粒度較細(xì),多黏土軟泥和粉砂質(zhì)軟泥;河口區(qū)附近表層沉積物為灰色或褐色軟泥。