春、夏季秦皇岛海域超微型浮游植物

发布时间：2020-07-18

　　摘要：2017 年 6 月和 8 月，通过对秦皇岛海域的超微型浮游植物进行现场调查和流式细胞仪分析，发现了聚球藻 (Synechococcus) 和超微型真核藻类 (picoeukaryotes) 两大类群，其中聚球藻又分为聚球藻 Ⅰ和聚球藻Ⅱ两个亚群。调研期间，正处于秦皇岛海域褐潮高发期。通过分析超微型浮游植物细胞丰度、碳生物量及分布特点，研究了秦皇岛海域在褐潮高发期超微型浮游植物分布及相关环境因子影响。结果表明，6 月份超微型真核藻、聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ平均丰度分别为 1.14×104 个/mL、4.02×104 个/mL 和 1.04×104 个/mL，碳生物量均值分别为 27.22 μg/L、8.49 μg/L 和 2.27 μg/L;在 8 月份超微型真核藻、聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ平均丰度分别为 3.27×103 个/mL、5.79×104 个/mL 和 2.58×104 个/mL，碳生物量均值分别为 6.35 μg/L、13.41 μg/L 和 5.83 μg/L。超微型真核藻、聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ在 6 月份和 8 月份表现出不同的分布特征。超微型真核藻的细胞丰度从 6 月到 8 月明显降低一个数量级，说明 8 月份过高的水体温度与低浓度的营养物质等因素限制了超微型真核藻中褐潮种的生长。聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ细胞丰度在 6 月份呈现从河口到近岸逐渐升高的分布趋势，而超微型真核藻呈现下降的分布趋势。与 6 月份聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ细胞丰度分布相反，超微型真核藻和聚球藻Ⅰ细胞丰度则在 8 月份呈现从河口到近岸逐渐降低的分布趋势，而聚球藻Ⅱ细胞丰度的区域分布趋势不明显，主要分布在水体表层。通过对超微型真核藻、聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ与环境因子相关性分析表明，6 月份硝酸盐与铵盐是聚球藻Ⅰ细胞生长的主要控制因子，而聚球藻Ⅱ与环境因子没有明显的相关性，超微型真核藻的细胞丰度与硅酸盐浓度呈正相关。在 8 月份，超微型真核藻细胞的生长受到多种环境因子 (硝酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐、磷酸盐、温度以及光照) 的共同作用的影响，聚球藻Ⅰ细胞丰度与硝酸盐呈正相关，温度与光照则是影响聚球藻Ⅱ细胞分布的关键因素。

　　关键词：超微型浮游植物;褐潮;环境因子;秦皇岛

　　1　引言

　　自发现聚球藻(Synechococcus) [1]、原绿球藻(Prochlorococcus) [2] 和超微型真核藻类(picoeukaryotes)以来，海洋超微型浮游植物(<3 μm)一直是海洋科学研究的一个热点领域。在热带和亚热带寡营养海域，较大的浮游植物由于受到营养盐的限制不适合生长，而聚球藻和原绿球藻的生物量和生产力却很高，它们对浮游植物总生物量贡献可达 60%～80%[3– 4]。聚球藻与原绿球藻广泛分布在热带和亚热带的寡营养盐水域，而原绿球藻在外海的丰度通常是聚球藻的 10 倍甚至更多[5]。特别是聚球藻与超微型真核藻，它们可以在不同的环境中生存，从热带、亚热带、温带甚至到寒冷的极地海域均能发现它们的存在[6]。超微型真核藻虽然丰度相对较低，但在超微型浮游植物初级生产中占很大一部分比重[7]。根据相对应的碳转换系数，超微型真核藻产生的碳生物量比聚球藻和原绿球藻更多[8– 9]。秦皇岛地处北渤海的温带海域，平均水深 25 m 左右，是辽东湾与渤海中部及渤海湾进行物质和能量交换的重要通道。秦皇岛沿岸有石河、戴河、新河和新开河等河流入海口，这些陆源水都携带了大量的人为污染物，导致入海河口富营养化严重，因此，该海域的生态环境所承受的污染压力也日益增加。从 2009 年起，秦皇岛海域每年从 6 月份开始均会发生由超微型藻类导致的“褐潮” [10–12]。褐潮暴发期间，水体中细胞密度极高，对附近海域的养殖业和滨海旅游业造成了极大的影响[13]。目前，对秦皇岛褐潮期间浮游植物群落的研究大都针对微型浮游植物(>3 μm)，但对超微型浮游植物方面的研究却很少[14]。我国对超微型浮游植物的研究最早始于聚球藻，宁修仁和沃洛 D[15] 利用荧光显微镜和流式细胞术两种方法对长江口及冲淡水域的聚球藻细胞密度分布、细胞特征及其与环境要素的关系进行了相关研究，结果表明夏季聚球藻细胞密度要比冬季高 1～2 个数量级。光照和营养盐是控制聚球藻细胞生长和分布的主要环境因子;杨燕辉和焦念志[16] 利用流式细胞仪对胶州湾超微型浮游植物的群落分布和动态变化进行了研究，结果发现胶州湾的超微型浮游植物主要由聚球藻和超微型真核藻组成，其叶绿素生物量占胶州湾海域总叶绿素生物量的 20% 以上，在该海域生态系统中占有重要地位。魏玉秋等[17] 采用流式细胞仪对受珠江口影响的南海北部超微型浮游植物进行了调查研究，结果表明 3 类超微型浮游植物(聚球藻、原绿球藻、超微型真核藻)的细胞丰度均呈现近海低而外海高的分布趋势。

　　本研究通过流式细胞分析技术，对秦皇岛海域褐潮高发期的超微型浮游植物进行现场观测研究，并对其细胞丰度、碳生物量以及分布特点进行了对比研究，揭示了秦皇岛海域褐潮高发期超微型浮游植物分布及相关环境因子影响，以期更好地了解该时期浮游植物群落的变化，为认识褐潮对秦皇岛海域生态系统的影响提供基础资料，并为当地生态经济的可持续发展提供理论依据。

　　2　材料与方法

　　2.1 研究海域与采样站位

　　于 2017 年 6 月和 8 月在秦皇岛海域( 39.4°～ 39.8°N，119°～121°E)进行了 2 个航次的现场采样及样品处理。航次共设 1 条调查断面，该断面设 6 个采样站位(图 1)。水样由 CTD 的 Niskinc 采水器采集，各个站位根据水深的不同设置 2～5 个采水层。每层采取水样 2 mL，暗适应静置 10～15 min，现场应用便携式流式细胞仪(BD AccuII C6)直接进行测定。温度、盐度、深度等理化参数同时用 CTD 测量。

　　营养盐样品采集之后，立即用 0.45 um 的醋酸纤维素膜过滤，然后放到−20℃ 温度条件下进行保存，用于硝酸盐、亚硝酸盐、硅酸盐和磷酸盐的测定。营养盐的分析采用德 国 Bran+Luebb e 公司生产 的 AA3 自动分析仪。硝酸盐的测定采用铜镉柱还原法，亚硝酸盐的分析采用萘乙二胺分光光度法，硅酸盐和磷酸盐的测定分别采用硅钼蓝分光光度法与磷钼蓝分光光度法[18–19]。

　　2.2 海洋超微型浮游植物类群分析

　　根据浮游植物的自发荧光特性，流式细胞仪可以有效地对超微型浮游植物进行检测和分类[20]。在 BD Accuri C6 波长 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 560～590 nm 和 685nm 处分别激发出橙色荧光(FL2)与 红色荧光(FL3)。原绿球藻和超微型真核藻类中仅含叶绿素,只能发出红色荧光, 从而区分出可以发射橙色荧光的聚球藻[21]。同时利用前向散射光(FSC)表征细胞大小的特性区分出原绿球藻与超微型真核藻类群[22]，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超微型真核藻[23]。本次研究发现秦皇岛海域超微型浮游植物主要由聚球藻和超微型真核藻组成，由于受到温度的限制，并没有发现原绿球藻[24]。另外，我们根据 FSC 和 FL2 将聚球藻又分为聚球藻Ⅰ和聚球藻Ⅱ两个亚群(图 2)，其中聚球藻Ⅰ由 FSC 表征的细胞相对较大，而聚球藻 Ⅱ细胞相对较小。

　　2.3 超微型浮游植物碳含量估算

　　目前超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，不同的超微型浮游植物类群碳转换系数会存在很大差异。本研究采用国际上常用的超微型浮游植物碳转换系数，聚球藻为 250 fg /个(以碳计)，超微型真核藻为 2 100 fg /个(以碳计)。

　　3　结果

　　3.1 调查海区水文特征

　　3.1.1 温度、盐度参数

　　在 6 月份，调查海域水温介于 14.81～24.74℃ 之间，平均值为 (18.66±0.31)℃。在 8 月份调查该海域水温介于 20.57～28.43℃ 之间，温度平均值为 (24.7±0.28)℃。由于 8 月份太阳辐射增强，温度升高，调查海域水温总体高于 6 月份。调查海域水体的温度在 A2、A3 站位垂直分布上较为均匀，分别高于 20℃ 和 26℃，A4、 A5 的水温则从表层到底层呈现出明显的下降趋势， 6 月份从 22.3℃ 下降到 14.8℃，8 月份从 27.4℃ 下降到 20.5℃。

　　春、夏季秦皇岛海域超微型浮游植物相关期刊推荐：《热带海洋学报》(双月刊)创刊于1982年，是由中国科学院南海海洋研究所主办、科学出版社出版、国内外公开发行的海洋学综合学术刊物。主要刊载南海及邻近热带海洋学研究中有关海洋水文、海洋气象、海洋物理、海洋化学、海洋地质与地球物理、海洋沉积、河口海岸、海洋生物、海洋污染与防治、海洋仪器与技术方面的最新研究成果和学术论文以及反映最新学科前沿动态的综述性文章。

　　在 6 月份和 8 月份，调查海域水体表层温度高，没有明显的层化现象。在 6 月份，调查海域盐度介于 31.73～32.52 之间，平均值 为 (32.09±0.01)。 在 8 月份，盐度介 于 30.56～32.34 之间，平均值为 (31.56±0.03)。受河口冲淡水影响，距离河口较近的站位，盐度比较低。但是在 7 m 以下的水层，盐度垂直方向上的变化不大。在 6 月份，该海域可能受降水、蒸发等过程的影响，水体表层盐度变化规律性较差。

　　3.1.2 营养盐参数调查海域

　　6 月份硝酸盐的浓度介于 1.14～1.68 μmol/L 之间，平均浓度为 (1.41±0.04) μmol/L。硝酸盐的浓度呈现由河口到近岸明显增加的趋势。在 8 月份，硝酸盐的浓度介于 1.91～4.87 μmol/L 之间，平均浓度为 (2.69±0.19) μmol/L，硝酸盐主要分布在底层，A3 站位的底层出现一个浓度高值区。

　　调查海域 6 月份亚硝酸盐浓度介于 0.04～0.16 μmol/L 之间，平均浓度为 (0.08±0.01) μmol/L。除河口 A1 站位外，亚硝酸主要分布在水体底层，浓度高值区出现在 A6 站位底层。在 8 月份，亚硝酸盐浓度介于 0.04～ 1.72 μmol/L 之间，平均浓度为 (0.28±0.09) μmol/L，亚硝酸盐的浓度在表层较低，在 A3 和 A6 站位的底层亚硝酸盐浓度相对较高。

　　调查海域 6 月份硅酸盐浓度介于 1.44～11.37 μmol/L 之间，平均浓度为 (6.09±0.61) μmol/L。除河口 A1 和 A2 站位外，硅酸盐主要分布在水体底层，A6 站位底层出现明显的浓度高值区。在 8 月份，硅酸盐浓度介于 2.92～ 38.41 μmol/L 之间，平均浓度为 (18.66±2.45) μmol/L。硅酸盐浓度的高值区出现在 A1 站位。除 A1 站位外，硅酸盐浓度在底层相对较高且分布均匀。

　　调查海域 6 月份磷酸盐浓度介于 0.01～0.19 μmol/L 之间，平均浓度为 (0.07±0.01) μmol/L。磷酸盐的浓度在表层较低，高值区主要分布在 A2 和 A6 站位的水体底层。在 8 月份，磷酸盐浓度介于 0.01～0.44 μmol/L 之间，平均浓度为 (0.16±0.04) μmol/L。磷酸盐的浓度在表层较低，主要分布在底层且分布均匀，而且具有明显的层化现象。

　　调查海域 6 月份铵盐浓度介于 0.16～1.52 μmol/L 之间，平均浓度为 (0.70±0.07) μmol/L。铵盐在河口 A1 至 A3 站位浓度较低，浓度高值区出现在 A6 站位的底层(趋势+高值区)。在 8 月份，铵盐浓度介于 0.05～ 1.18 μmol/L 之间，平均浓度为 (0.23±0.05) μmol/L。铵盐浓度在表层较低，但是在 A2 站位的底层明显高于邻近水域。

　　两个月份对比可得，8 月份硝酸盐、亚硝酸盐以及硅酸盐的浓度相对于 6 月份均有所提高。其中硅酸盐和亚硝酸盐浓度最为明显，其浓度在 8 月份是 6 月份的 3 倍以上。虽然磷酸盐和铵盐浓度在 8 月份也有升高，但变化幅度不明显。

　　3.2 超微型浮游植物分布特征

　　调查海域 6 月份超微型真核藻细胞丰度介于 3.03×103～5.33×104 个/mL 之间，平均细胞丰度为 (1.14±0.23)×104 个/mL，水柱积分细胞丰度变化范围在 5.92×103～3.22×104 个/mL 之间，平均值为 (1.30± 0.38)×104 个/mL，碳生物量均值则为 (23.88±1.29) μg/L。在 6 月份，调查海域超微型真核藻细胞丰度与碳生物量及其百分比呈现出明显的由河口向近岸逐渐降低的分布趋势。在 8 月份，超微型真核藻细胞丰度介于 2.38×102～1.32×104 个/mL 之间，平均细胞丰度为 (3.27±0.58)×103 个/mL。水柱积分细胞丰度变化范围在 1.69×103～4.28×103 个/mL，平均值为 (3.03± 0.35)×103 个/mL，碳生物量均值则为 (6.35±0.73) μg/L。调查海域 8 月份超微型真核藻细胞丰度与碳生物量及其百分比由河口到近岸变化不大，细胞丰度的数量级基本在 1×103 个/mL(图 3，表 1)。——论文作者：赵相伟1，魏玉秋1，孙军2,3*，张桂成2,3，赵亮2,3，贾岱2,3