冬季东寨港微微型浮游植物丰度、分布及影响因素.pdf

第 54 卷 第 4 期 海 洋 与 湖 沼 Vol.54,No.4 2 0 2 3 年7 月 OCEANOLOGIA ET LIMNOLOGIA SINICA Jul.,2023 *海南省重点研发计划项目,ZDYF2021SHFZ064号;海南省研究生创新科研课题,Qhyb2022-34 号;南海海洋资源利用国家重点实验室开放课题基金,MRUKF2021017 号。石彭兰,博士研究生,E-mail: 通信作者:徐 敏,副研究员,E-mail: 收稿日期:2022-11-02,收修改稿日期:2023-01-14 冬季东寨港微微型浮游植物丰度、分布及 影响因素*石彭兰1,2 王强俊1,3 谭佐莉1,2 赵思弈1,3 汤锦铭4 黄志雄1 高树基1,4 徐 敏1(1.海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室 海南海口 570228;2.海南大学生态与环境学院 海南海口 570228;3.海南大学海洋学院 海南海口 570228;4.近海海洋环境科学国家重点实验室 厦门大学海洋与地球学院 福建厦门 361102)摘要 微微型浮游植物是水环境生态碳汇的重要基石之一,也是初级生产的重要执行者。选取了一个典型的陆海交界关键带环境海南东寨港入海口水域,采集了东寨港红树林保护区开阔水域、入港河流和新埠海海端的微微型浮游植物的样品,通过流式细胞仪分析技术对样品进行分析,以探究它们在东寨港水域中的丰度、分布及环境指示意义。结果表明,冬季水域微微型浮游植物以真核浮游植物(Eukaryote,Euk)和聚球藻(Synechococcus,Syn)两大类群为主,其中聚球藻有两个亚群,分别为富含藻蓝蛋白聚球藻(Phycocyanin-rich,PC)和富含藻红蛋白聚球藻(Phycoerythrin-rich,PE)。Syn-PC、Syn-PE和 Euk 在东寨港水域表层水体的平均丰度分别为(2.611041.09104)、(3.061047.05103)、(1.561058.03104)cells/mL,底层水体的平均丰度分别为(2.641041.38104)、(3.171043.81103)、(1.571051.05105)cells/mL;河流和新埠海海端的平均丰度分别为(1.451051.34105)、(6.21103 9.13103)、(2.841052.26105)cells/mL。结果显示,在不同水域中,Euk 的平均碳生物量占比最高。相关性分析结果表明,温度、盐度和 pH 是影响微微型浮游植物分布的主要因素。温度与底层水体中Syn-PC 和 Euk 显著正相关,与 Syn-PE 显著负相关;盐度与 Syn-PC 和 Euk 存在显著负相关关系,与Syn-PE 显著正相关;pH 与 Syn-PC 显著负相关,与 Syn-PE 显著正相关。该研究结果丰富了对微微型浮游植物的认识,补充了东寨港保护区开阔水域基础数据的空缺。关键词 微微型浮游植物;叶绿素 a;流式细胞技术;聚球藻;真核藻 中图分类号 Q948.8 doi:10.11693/hyhz20221100288 浮游植物是海洋生态系统中最主要的初级生产者,是生物泵的重要基础结构和碳汇环节中的重要部分,在物质循环、能量流动和信息传递中起到重要作用(王晓敏等,2017)。浮游植物的光合固碳占全球光合固碳总量的一半,驱动大气 CO2不断向海洋融入,是重要的碳汇过程之一(高坤山,2014)。浮游植物可分为不同类群,根据粒径大小,可将浮游植物分为小型浮游植物(20200 m)、微型浮游植物(2.020 m)和微微型浮游植物(0.22.0 m)(郑耀洋等,2016)。微微型浮游植物(Picophytoplankton)又可分为微微型光合原核浮游植物(Prokaryotes)和微微型真核浮游植物(Pico-Eukaryotes,Euk);微微型光合原核浮游植物包括原绿球藻(Prochlorococcus,Pro)和聚球藻(Synechococcus,Syn),聚 球 藻 又 可 分 为 富 含 藻 红 蛋 白 的 聚 球 藻(Phycoerythrin-rich,PE)和富含藻蓝蛋白的聚球藻(Phycocyanin-rich,PC)(杨琳等,2012)。4 期 石彭兰等:冬季东寨港微微型浮游植物丰度、分布及影响因素 1059 目前关于对微微型浮游植物的研究,在非极地海区较为普遍。Glover 等(1985)研究光合速率发现,缅因州海域小于 3 m 的微微型浮游植物是初级生产力的主要贡献者。Moreira-Turcq 等(1998)报道,普帖夫海(北冰洋边缘海)的深度越深微微型浮游植物的生物量就越少,然而在该海域水深 2030 m依然可以发现微微型真核浮游植物的存在,说明在 01 C 的低温情况,大量的微微型浮游植物仍然可以进行光合作用。我国关于海洋微微型浮游植物分布的研究主要集中于近岸和远洋,例如北部湾近岸海域(赵越等,2019)、黄渤海(宋伦等,2016)、东海近岸海域(孙军等,2009)、南海(Gui et al,2020)等,在珠江口、长江口、黄河三角洲等一些大流域入海口也有关于微微型浮游植物的研究(何青等,2009;王育红等,2013;张霞等,2013),相比之下小流域入海口的相关研究明显不足,对东寨港微微型浮游植物的分布等研究较少。东寨港是我国第一个红树林保护区。近年来,在全球气候变暖的自然因素和围塘养殖、生活污水排放等人为因素的干扰下(颜秀花等,2019),东寨港水域水体污染程度加剧,冲击了红树林生态系统生物多样性,使红树林面积大幅下降(李棉巧等,2021),降低了红树林生态系统服务功能,影响了东寨港红树林的储碳量和碳汇能力(李翠华等,2020)。东寨港水体从 2005 年开始被污染,到 2008 年时有机污染已经达到 4 级的轻度污染,水体富营养化水平高(李鹏山等,2010)。从 20092016 年东寨港海水养殖区的有机污染由严重变为中度污染,富营养水平由高变低(李仕平等,2017),同期间的2015年8月东寨港水域受到多环芳烃的污染严重,比珠三角流域、辽河、滦河、莫斯科河和希腊北部水域还严重(张禹等,2016)。目前,随着我国对生态保护力度的不断加大,对于如何防治东寨港红树林保护区内的水体污染也逐渐受到人们的重视,有研究表明微微型浮游植物在水体中的丰度和分布能反映出水体的污染程度(孙晓庆等,2008),通常微微型浮游植物在寡营养水域中占优势,在营养丰富的环境中所占的比例则相对较少,因此可以根据微微型浮游植物的占比变化,判断不同水域营养状况。因此,本研究拟通过对东寨港保护区开阔水域的微微型浮游植物的丰度和分布进行调查研究,丰富对东寨港水域微微型浮游植物认识,同时补充现有数据,为后续进一步探究东寨港水体污染程度演变以及生态环境保护提供参考依据。1 材料与方法 1.1 调查区域 本调查研究于 2022 年 1 月 5 日在海南海口东寨港保护区开阔水域(1103211055E,19512001N)及其水域周边近岸河流和海端进行。在东寨港水域设置 14 个站位(S1S14),在 5 条近岸河流设置 6 个站位(分别为 R1 演丰西河、R2 演丰东河、R3 和 R3-1 三江河、R4 演州河、R5 珠溪河),在新埠海设置海端站位 SW(图 1)。东寨港水域站位经纬度使用船载 CTD的 GPS 卫星定位获得数据,近岸河流和海端点站位经纬度使用手机 GPS 卫星定位获得数据。1.2 样品采集与处理 本调查采取的样品分别为在东寨港水域设置的14个站位的表层和底层水样品(表 1),6个河流站位的表层水样品和海端站位 SW 的表层水样品。水样取自表层水(水表以下约 0.5 m),底层水(离水底约 0.5 m)。水样经 200 m 孔径筛绢预过滤后分装到 500 mL HDPE 棕色不透光样品瓶,避光低温保存直到运送达实验室进行处理。水样摇匀后取 200 mL 过滤于450 C 预烧 4 h 的 GF/F 滤膜上,滤膜放入 2 mL 冻存管中,于80 C 冰箱内存储,用于叶绿素 a(chl a)含量的测定。HDPE 样品瓶中的水样用 20 m 筛绢过滤进5 mL 离心管内充分润洗后弃去,重复润洗三次后再次过滤 1015 mL 于离心管。移液枪吸取过滤的水样1.4 mL 于 2 mL 对应编号冻存管内,再向每个冻存管加入 0.2 mL 0.22 m 预过滤的 4%多聚甲醛组织细胞固定液(终浓度为 0.5%),拧紧冻存管盖子后上下颠倒震荡,使水样与细胞固定液充分混合,固定后的最终体积为 1.6 mL。每个站位水样重复以上步骤。震荡后的样品置于 4 C冰盒黑暗固定 15 min 后转移至80 C 冰箱直至样品后续使用流式细胞技术检测。1.3 样品的测定方法 1.3.1 水体基础水文参数测定 东寨港水域采样站位和走航线路的水体理化参数测定使用船载的温盐深度剖面仪(CTD)和多参数水质分析仪(WTW)测量,现场测定得到的水体表底层理化参数分别有温度、盐度、pH、深度、光照强度(PAR)和水体溶氧(DO)浓度等。河流站位和海端站位使用温度计、盐度计现场分别测得温度和盐度。叶绿素 a 滤膜用新配制的浓度为 95%(体积比)的丙酮避光20 C 萃取 16 20 h后,用荧光仪(Trilogy)测定叶绿素 a 的质量浓度。1060 海 洋 与 湖 沼 54卷 图 1 采样站位图 Fig.1 Distribution of the sampling stations 注:a:采样区域;b:东寨港入港河流(R)及新埠海海端(SW)站位;c:东寨港采样站位(S)表 1 东寨港站位水深参数 Tab.1 The water depth parameter in the Dongzhai Harbor stations during the period of sampling 站位 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11 S12 S13 S14 水深/m 2.0 2.5 1.7 2.0 2.5 2.5 7.5 1.7 8.5 1.5 4.5 4.5 3.0 2.0 1.3.2 微微型浮游植物细胞丰度和分类 根据浮游植物的自发荧光特性,采用流式细胞仪(Becton-Dickinson AccuriTM C6)对微微型浮游植物进行分类和计数。在 BD Accuri C6 波长为 488 nm 的绿色激发光激发下,聚球藻中含有的藻红素和叶绿素可在560590 nm 和 658 nm 处分别激发出橙色荧光(FL2)与红色荧光(FL3)。原绿球藻和微微型真核藻类中含有叶绿素,能发出红色荧光,从而区分出可以发射橙色荧光的聚球藻(赵相伟等,2020)。另外,根据前向散射光(FSC)可以直接表征细胞或者微粒大小的作用,分出原绿球藻与微微型真核藻类群(Wei et al,2019),以荧光微球(Beads)大小作为内部参照,可以估算出检测细胞类群的大小(Zhao et al,2010)。细胞颗粒较小、叶绿素信号较弱的是原绿球藻,细胞颗粒大、叶绿素含量信号相对较强的是微微型真核藻(宁修仁等,2003)。使用 BD Accuri C6 测定微微型浮游植物的具体操作方法和 BD Accuri C6 Software 的使用方法详见文献(赵越等,2019;Wang et al,2021)。1.3.3 微微型浮游植物碳生物量估算 目前微微型浮游植物的生物量通常按照各类群的碳转换系数来估算。但是对于不同海域,不同的微微型浮游植物类群碳转换系数会存在很大差异。根据中国科学院青岛生物能源与过程研究所等(2016)提出的海洋微微型浮游植物固碳量的估算方法进行碳生物量估算。1.4 数据处理与分析方法 本文涉及的数据可视化绘图使用 Surfer15 和4 期 石彭兰等:冬季东寨港微微型浮游植物丰度、分布及影响因素 1061 OriginPro。表底层间单因素方差分析使用 MC-EXCEL。SPSS19.0 进行 Pearson 相关