第40卷第16期2020年8月
生态学报
ACTAECOLOGICASINICA
Vol.40,No.16Aug.,2020
基金项目:国家自然科学基金项目(41576152,41876138)收稿日期:2019⁃05⁃08;㊀㊀修订日期:2020⁃06⁃12∗通讯作者Correspondingauthor.E⁃mail:zjdong@yic.ac.cn
DOI:10.5846/stxb201905080933
侯朝伟,孙西艳,刘永亮,张晨,张文静,赵建民,董志军.烟台近海浮游动物优势种空间生态位研究.生态学报,2020,40(16):5822⁃5833.HouCW,SunXY,LiuYL,ZhangC,ZhangWJ,ZhaoJM,DongZJ.SpatialnichesofdominantzooplanktonspeciesintheYantaioffshorewaters.Acta
EcologicaSinica,2020,40(16):5822⁃5833.
烟台近海浮游动物优势种空间生态位研究
侯朝伟1,孙西艳1,刘永亮1,张㊀晨1,张文静1,赵建民1,2,董志军1,2,∗
1中国科学院烟台海岸带研究所牟平海岸带环境综合试验站,烟台㊀264100
2中国科学院烟台海岸带研究所海岸带环境过程与生态修复重点实验室,烟台㊀264003
摘要:根据2018年春㊁夏季烟台近海海域的调查资料,以浮游动物优势种(类)为研究对象,运用Levins公式和Pianka指数分析了浮游动物优势种(类)的生态位宽度和生态位重叠程度,采用冗余分析(RDA)研究了影响浮游动物优势种(类)空间生态位分化的主要因素㊂研究结果表明,浮游幼虫和桡足类是烟台近海浮游动物群落结构的主要组成群体,春㊁夏季浮游动物优势种(类)更替率为73.33%㊂依据烟台近海浮游动物优势种(类)的生态位宽度值,可将其划分为广生态位㊁中生态位和窄生态位三大类群,广生态位种类为浮游动物优势种(类)的主要构成群体,春季代表种类有短角长腹剑水蚤(Oithonabrevicornis)㊁拟长腹剑水蚤(Oithonasimilis)等,夏季代表种类有小拟哲水蚤(Paracalanusparvus)㊁克式纺锤水蚤(Acartiaclausi)等㊂生态位重叠指数与物种分布的环境位点的重合情况密切相关,广生态位种类之间的生态位重叠程度要高于窄生态位种类与其他种类之间的生态位重叠程度㊂RDA分析表明,春季影响浮游动物优势种(类)空间生态位分化的主要因素为海水温
度㊁盐度和无机氮(DIN),夏季为海水盐度㊁叶绿素a(Chla)㊁无机氮(DIN)和活性磷酸盐(PO4⁃P)㊂关键词:浮游动物优势种;空间生态位;生态位宽度;生态位重叠;冗余分析(RDA)
SpatialnichesofdominantzooplanktonspeciesintheYantaioffshorewaters
HOUChaowei1,SUNXiyan1,LIUYongliang1,ZHANGChen1,ZHANGWenjing1,ZHAOJianmin1,2,
DONGZhijun1,2,∗
1MupingCoastalEnvironmentResearchStation,ChineseAcademyofScience,Yantai264100,China2KeyLaboratoryofCoastalZoneEnvironmentalProcessesandEcologicalRemediation,YantaiInstituteofCoastalZoneResearch,ChineseAcademyof
Sciences,Yantai264003,China
Abstract:Spatialnichesrefertothepositionoccupiedbyapopulationintheecosystemanditstemporalandspatialinteractionwithotherpopulations.Itplaysanimportantroleinthestudyofthestructureandfunctionofspecies,biodiversity,interspecificrelationships,communitysuccessionandpopulationevolution.Basedontwoseasonalinvestigationsconductedinspringandsummer2018intheoffshorewatersofYantai,theLevinsformulaandthePiankaindexwereusedtostudythenichebreadthandnicheoverlapindexofdominantzooplanktonspecies.Redundancyanalysis
(RDA)wasusedtostudythemainenvironmentalfactorswhichinfluencedthedifferentiationofspatialnichesofdominantzooplanktonspecies.Theresultsshowedthatplanktoniclarvaeandcopepodsweredominantinthezooplanktoncommunityof
offshoreYantaiandthatthedominantspeciesreplacementratewas73.33%fromspringtosummer.Thenichebreadthvaluesofdominantspecies(classes)ofzooplanktoncouldbeclassifiedintothreegroups:thebroadnichegroup,themiddlenichegroupandthenarrownichegroup.Thebroadnichegroupspecieswerethemainconstituentofthedominant
splice
species(classes).RepresentativespeciesofthebroadnichegroupwereOithonabrevicornis,Oithonasimiles,etc.,in
spring,andParacalanusparvus,Acartiaclause,etc.,insummer.Additionally,wefoundthatthenicheoverlapindexwascloselyrelatedtothespatiallocationofthespecies:thehigherthevaluewas,themoretheirhabitatsoverlapped.Notably,thenicheoverlapindexofthebroadnichespecieswashighertha
nthenarrowones.Themainfactorsaffectingthespatialnichedifferentiationofdominantzooplanktonspecies(classes)wereseawatertemperature;salinityandDINinspring;and
salinity,Chla,DINandPO4⁃Pinsummer.
KeyWords:dominantzooplanktonspecies;spatialniches;nichebreadth;nicheoverlap;redundancyanalysis(RDA)
浮游动物是海洋生态系统的重要组成部分,作为次级生产者,在海洋生态系统的物质循环㊁能量流动及信息传递等过程中起到重要作用[1⁃3]㊂其特殊的生活史,决定了浮游动物种类与数量的分布易受环境变化的影响,国际上常将其作为反映海洋环境变化的指示生物,用于海洋生态环境的研究[4⁃7]㊂1917年,Grinnell[8]在加州鸫的研究中首次提出了生态位的概念㊂生态位是指一个种群在生态系统中,在时间和空间上所占据的位置及与其他种群之间的相互作用[9⁃10],该理论在研究生物群落的结构与功能㊁生物多样性㊁种间关系㊁群落的演替及种群进化等方面具有重要作用[11⁃13]㊂目前,国内关于空间生态位的研究多集中于陆生植物群落方面[14⁃16],
在海洋生物群落的研究中也主要集中于对潮间带大型底栖动物和游泳动物的研究[17⁃20],关于近海浮游动物空间生态位的研究相对较少[12⁃13]㊂
烟台近海海域位于山东半岛东北部,毗邻黄海,是我国传统渔场烟威渔场的主要海区,也是我国北方重要
的海水养殖区域[21]㊂近年来,由于受高密度养殖㊁陆源污染等人类活动的影响,海域环境质量不断下降,生态系统受到破坏[22⁃23]㊂目前,关于烟台近海浮游动物的研究也有见报道,姜会超等[6]研究了烟台四十里湾浮游动物群落特征及与环境因子的关系,该报道侧重于研究浮游动物的种类组成和群落结构特征等,而对于该海域浮游动物生态位的研究还未见报道㊂鉴于此,本研究以烟台近海浮游动物优势种(类)为研究对象,从生态位宽度和生态位重叠两个角度研究了烟台近海浮游动物空间生态位的主要特征,分析了春㊁夏季浮游动物优势种(类)空间生态位的季节性变化,探讨了环境因子对浮游动物优势种(类)空间生态位的影响,以期为今后进一步了解不同浮游动物种群在群落中的相互关系,以及应对环境变化的适应性等提供基础依据㊂1㊀材料与方法1.1㊀样品采集与分析
根据烟台近海海域的地理位置和海洋环境特征,共布设13个调查站位(S1 S13)(图1),水深范围为4.0 18.5m,分别于2018年5月23 25日(春季)和8月1 3日(夏季)进
行浮游动物和海水水质调查,调查船为89.5kw养殖渔船㊂浮游动物采用浅II型浮游生物网,由底至表层垂直拖网,样品经5%甲醛溶液固定后,带回实验室进行鉴定和统计,样品的采集和分析按照‘海洋调查规范“(GB/T12763.6 2007)[24]进行㊂海水温度㊁盐度㊁pH㊁溶解氧(DO)㊁叶绿素a(Chla)和浊度等水质参数由多参数水质仪RBRmaestroCTD(RBRLtd/加拿大)现场测定,溶解性无机氮(DIN)(氨㊁硝酸盐㊁亚硝酸盐)㊁活性磷酸盐(PO4⁃P)和活性硅酸盐(SiO3⁃Si)等营养盐参数经采样后由连续流动分析仪(QuAAtro39/德国)测定㊂海水样品的采集和分析按照‘海洋调查规范“(GB17378.4 2007)[25]进行㊂
1.2㊀数据分析1.2.1㊀优势种
优势种以优势度指数(Y)判断,计算公式为[26]:
Y=(ni/N)ˑfi
(1)
式中,N为调查站位所有浮游动物出现的总个体数;ni为第i种出现的个体数;fi为第i种在各站位的出现频率㊂当Y>0.02时,即为优势种(类)㊂
3
fb是什么意思285㊀16期㊀㊀㊀侯朝伟㊀等:烟台近海浮游动物优势种空间生态位研究㊀
图1㊀调查站位Fig.1㊀Samplingstations
S:站位,Station
1.2.2㊀优势种更替率
采用优势种更替率计算公式(R)进行分析,计算公式为[12⁃13]:
R=(a+b-2c)/(a+b-c)ˑ100%
(2)
式中,a㊁b分别为相邻两季浮游动物的优势种类数;c为相邻两季相同优势种的种类数㊂1.2.3㊀生态位宽度
采用Levins生态位宽度公式进行分析,计算公式为[27]:
Bi=
1大的英文
rðr
j=1P2ij
百度在线翻译句子免费日语(3)
式中,Bi为第i种的生态位宽度,取值范围为[0,1],Bi越大表明该物种的生态位宽度越大;Pij为第i种在第j个资源状态下的个体数占该种所有个体数的比例;r为资源总数,本研究为采样总站位数㊂1.2.4㊀生态位重叠
采用Pianka重叠指数进行分析,计算公式为[28]:
Oik=
ðr
j=1
Pij㊃Pkj㊀
ðr
j=1P2ij㊃ðr
j=1
P2kj(4)
breather式中,Oik为生态位重叠指数;Pij和Pkj分别为第i和k种在第j个资源状态下的优势度;r为资源总数㊂
1.2.5㊀数据处理
采用MicrosoftExcel2010软件进行生态位宽度值(Bi)和生态位重叠指数(Oik)的计算,采用Arcgis10.0
软件绘制研究海域调查站位图和浮游动物分布图,采用Origin2017软件绘制浮游动物群落结构组成图,采用CANOCO4.5软件进行冗余分析(RDA)㊁蒙特卡罗检验(MonteCarlotest)和RDA排序图绘制㊂
4285㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀40卷㊀
2㊀结果与分析
2.1㊀群落结构及优势种(类)
烟台近海2018年春㊁夏季调查,共鉴定浮游动物7大类77种,其中春季7大类40种,丰度分布在8.19 68.19个/L之间,平均丰度为(34.54ʃ18.54)个/L,浮游幼虫和桡足类为主要组成群体,分别占浮游动物总种类数的45.0%和40.0%㊂夏季7大类62种,丰度分布在1.85 57.13个/L之间,平均丰度为(13.07ʃ13.34)个/L,浮游幼虫和桡足类为主要组成群体,分别占浮游动物总种类数的41.94%和22.58%,春㊁夏季各站位浮游动物的群落组成如图2所示㊂根据优势度计算结果,优势种(类)(Y>0.02)共有4大类15种(表1),其中春季8种(类),夏季11种(类)㊂夜光虫㊁拟长腹剑水蚤㊁短角长腹剑水蚤和克式纺锤水蚤为春㊁夏季共同优势种,瘦尾胸刺水蚤㊁腹针胸刺水蚤㊁太平洋真宽水蚤和蔓足类无节幼虫为春季优势种(类),强额拟哲水蚤㊁小拟哲水蚤㊁多毛类幼虫㊁桡足类幼虫㊁双壳类壳顶幼虫㊁异足类幼虫和异体住囊虫为夏季优势种(类)㊂根据优势种更替率计算公式,春㊁夏季优势种(类)的更替率为73.33%,表明烟台近海浮游动物的群落组成存在明显的季节性差异
㊂
图2㊀烟台近海春㊁夏季浮游动物群落结构组成
Fig.2㊀CompositionsofzooplanktoncommunitystructureintheoffshorewatersofYantaiinspringandsummer
表1㊀烟台近海春㊁夏季浮游动物优势种(类)出现频率及优势度
Table1㊀OccurrenceanddominanceofthedominantzooplanktonspeciesintheoffshorewatersofYantaiinspringandsummer序号No.物种Species
春季Spring
夏季Summer
出现频率Occurrence/%
优势度Dominance(Y)
出现频率Occurrence/%
优势度Dominance(Y)麦当劳巨无霸
1克氏纺锤水蚤Acartiaclausi1000.5191000.1292夜光虫Noctilucascintillans
1000.28376.920.0213短角长腹剑水蚤Oithonabrevicornis1000.03392.310.0434拟长腹剑水蚤Oithonasimilis
1000.02492.31
0.040
5瘦尾胸刺水蚤Centropagestenuiremes92.310.0256腹针胸刺水蚤Centropagesabdominalis84.620.0227太平洋真宽水蚤Eurytemorapacifica53.850.0228蔓足类无节幼虫Cirripedialarva76.92
0.020
9双壳类壳顶幼虫Bivalvialarva
1000.24010强额拟哲水蚤Parvocalanuscrassirostris1000.11911小拟哲水蚤Paracalanusparvus92.310.08412异体住囊虫Oikopleuradioica92.310.06613桡足类幼虫Copepoditelarva76.920.05814多毛类幼虫Polychaetalarva92.310.03615
异足类幼虫Heteropodalarva
1000.022
5
285㊀16期㊀㊀㊀侯朝伟㊀等:烟台近海浮游动物优势种空间生态位研究㊀
2.2㊀优势种(类)的生态位宽度
种群的生态位宽度大小取决于生态环境的异质性以及种群对环境的适应和利用能力[29]㊂根据生态位宽度值的大小,可将烟台近海浮游动物优势种(类)分为广生态位(Bi>0.60)㊁中生态
位(Bi=0.30 0.60)和窄生态位(Bi<0.30)三大类群[13]㊂广生态位类群的生态位宽度值较大,对环境的适应能力较强,中生态位类群的生态位宽度值小于广生态位类群,对环境的适应能力稍差于广生态位类群,窄生态位类群的生态位宽度值最小,对生境的要求较高,对环境因子有一定的依赖性㊂
Levins生态位宽度计算结果表明,春季烟台近海浮游动物优势种(类)的生态位宽度值分布在0.58 0.97之间(表2),除太平洋真宽水蚤(0.58)生态位宽度值相对较小,为中生态位种类外,其他优势种(类)包括短角长腹剑水蚤(0.97)㊁拟长腹剑水蚤(0.93)㊁夜光虫(0.90)㊁腹针胸刺水蚤(0.86)㊁克式纺锤水蚤(0.86)㊁瘦尾胸刺水蚤(0.81)和蔓足类无节幼虫(0.65)均为广生态位种类,广生态位种类占全部优势种(类)的87.50%㊂夏季浮游动物优势种(类)的生态位宽度值变化范围较大,分布在0.26 0.91之间,其中小拟哲水蚤(0.91)㊁克式纺锤水蚤(0.90)㊁异体住囊虫(0.88)㊁强额拟哲水蚤(0.85)㊁短角长腹剑水蚤(0.85)㊁异足类幼虫(0.81)㊁夜光虫(0.79)㊁多毛类幼虫(0.75)和拟长腹剑水蚤(0.67)为广生态为种类,占全部优势种(类)的81.82%,双壳类壳顶幼虫(0.46)为中生态位种类,桡足类幼虫(0.26)为窄生态位种类,分别占全部优势种(类)的9.09%㊂
2.3㊀生态位重叠
生态位重叠指数可有效反应浮游动物不同种类之间对生态资源(空间㊁食物等)利用的相互关系,当生态位重叠指数大于0.6时,表明物种之间生态位重叠显著,这些物种出现的环境位点重合度较高[30⁃31]㊂烟台近海春㊁夏季浮游动物优势种(类)生态位重叠指数如表2㊁表3所示:
格莱美2018表2㊀烟台近海春季浮游动物优势种(类)生态位宽度值和生态位重叠指数
Table2㊀NichebreadthandnicheoverlapindexofthedominantzooplanktonspeciesintheoffshorewatersofYantaiinspring
序号
No.物种SpeciesBi理由英语
Oik
12345678
1短角长腹剑水蚤0.971
2拟长腹剑水蚤0.930.961
3夜光虫0.900.950.951
4腹针胸刺水蚤0.860.860.890.861
5克式纺锤水蚤0.860.870.860.770.631
6瘦尾胸刺水蚤0.810.790.810.790.850.671
7蔓足类无节幼虫0.650.710.670.590.390.930.511
8太平洋真宽水蚤0.580.660.630.550.360.840.310.861
Bi:生态位宽度nichebreadth;Oik:生态位重叠指数nicheoverlapindex
春季烟台近海浮游动物优势种(类)的生态位重叠指数分布在0.31 0.96之间,其中生态位重叠指数大于0.60的占78.57%,多为广生态位种类㊂短角长腹剑水蚤和拟长腹剑水蚤(0.96)㊁短角长腹剑水蚤和夜光虫(0.95)㊁拟长腹剑水蚤和夜光虫(0.95)㊁克式纺锤水蚤和蔓足类无节幼虫(0.93)的生态位重叠程度极高,生态位重叠指数均达到了0.90以上,表明这些种类之间在对空间资源的利用上极为相似㊂生态位宽度相对较小的蔓足类无节幼虫和太平洋
真宽水蚤与其他优势种(类)之间的生态位重叠度相对较低㊂夏季烟台近海浮游动物优势种(类)生态位重叠指数分布在0.26 0.97之间,其中生态位重叠指数大于0.60的占87.27%,高于春季㊂广生态位优势种(类)中,除多毛类幼虫和强额拟哲水蚤(0.49)㊁多毛类幼虫和短角长腹剑水蚤(0.54)之间的生态位重叠指数较低外,其他广生态位优势种(类)之间的生态位重叠指数均达到0.6以上㊂中生态位优势种双壳类壳顶幼虫和其他优势种(类)之间的生态位重叠程度也较高,其中双壳类壳顶幼虫和异足类幼虫(0.97)㊁双壳类壳顶幼虫和拟长腹剑水蚤(0.91)之间的生态位重叠指数达到了0.906285㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀40卷㊀
以上㊂窄生态位优势种桡足类幼虫和其他优势种(类)之间的生态位重叠程度相对低于其他广生态位优势种(类)和中生态位优势种(类)㊂
表3㊀烟台近海夏季浮游动物优势种(类)生态位宽度值和生态位重叠指数
Table3㊀NichebreadthandnicheoverlapindexofthedominantzooplanktonspeciesintheoffshorewatersofYantaiinsummer序号No.物种Species
BiOik
1234
5
6
7
8
9
10
11
1小拟哲水蚤0.9112克氏纺锤水蚤0.900.8813异体住囊虫0.880.770.901
4强额拟哲水蚤0.850.870.870.731
5短角长腹剑水蚤
0.850.710.920.780.881
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6异足类幼虫0.810.890.870.860.800.821
7夜光虫0.790.720.770.840.620.640.841
8多毛类幼虫0.750.710.640.820.490.540.760.831
9
拟长腹剑水蚤
0.670.850.880.770.810.880.960.740.621
10双壳类壳顶幼虫
0.460.840.830.850.750.810.970.880.780.911
11桡足类幼虫
0.26
0.56
0.59
0.81
0.44
0.48
0.69
0.86
0.86
0.53
0.761
2.4㊀生态位分化2.4.1㊀海域环境因子
烟台近海春㊁夏季各环境因子如表4所示,两个季节不同的环境因子存在较大的差异,夏季海水温度
㊁Chla㊁DIN㊁PO4⁃P和SiO4⁃Si均明显高于春季,受夏季降水的影响,海水盐度明显低于春季,夏季浊度和DO均低于春季,两个季节的海水pH无明显变化㊂
表4㊀烟台近海春、夏季环境因子
Table4㊀EnvironmentalparametersintheoffshorewatersofYantaiinspringandsummer
季节Season温度/ħTemperature盐度SalinitypHChla/(mg/m3)浊度TurbidityDO/(mg/L)DIN(μg/L)PO4⁃P/
(μg/L)SiO4⁃Si/(μg/L)
春季Spring14.08ʃ0.7432.25ʃ0.068.04ʃ0.045.96ʃ1.273.23ʃ1.168.36ʃ0.5052.96ʃ44.425.02ʃ1.3660.32ʃ23.03夏季Summer
21.66ʃ0.90
31.99ʃ0.07
8.04ʃ0.07
6.11ʃ4.48
2.78ʃ1.21
6.76ʃ1.31
103.82ʃ109.92
10.37ʃ10.91129.23ʃ31.64
㊀㊀Chla:叶绿素achlorophylla;DO:溶解氧dissolvedoxygen;DIN:溶解性无机氮dissolvedinorganicnitrogen;PO4⁃P:活性磷酸盐activephosphate;SiO3⁃Si:活性硅酸盐activesilicate
2.4.2㊀冗余分析(RDA)
为使研究结果更加准确,在进行分析之前,先对各项环境因子数据(pH除外)进行lg(x+1)
转换,使其趋于正态分布,然后对浮游动物优势种(类)数据进行去趋势分析(DCA)㊂DCA分析结果表明,排序轴最大梯度长度为0.843(小于3),因此选择RDA进行排序分析㊂选取海水温度㊁盐度㊁浊度㊁pH㊁Chla㊁DO㊁DIN㊁PO4⁃P和SiO4⁃Si作为可能影响烟台近海浮游动物优势种(类)生态位分化的环境因子,利用向前引入法(forwardselection)对环境因子进行逐步筛选,999次蒙特卡罗(MonteCarlo)置换检验表明,显著影响(P<0.05)烟台近
海浮游动物生态位分化的环境因子,春季包括温度㊁盐度和DIN,夏季包括盐度㊁Chla㊁DIN和PO4⁃P(表5)㊂
RDA分析结果如表6所示,蒙特卡罗检验表明,两个季节的第一排序轴和所有排序轴均存在显著差异(P<0.
05),说明RDA分析结果可信㊂春季第一排序轴解释了物种数据总差异的86.30%,包含的物种与环境相关系数为0.943,第二排序轴解释了物种数据总差异的11.40%,包含的物种与环境相关系数为0.665,前两个排序轴累计解释了97.70%的物种与环境之间的关系㊂夏季第一排序轴解释了物种数据总差异的56.30%,包含的物种与环境相关系数为0.948,第二排序轴解释了物种数据总差异的25.20%,包含的物种与环境相关系数为0.924,前两个
排序轴累计解释了81.50%的物种与环境之间的关系㊂以上表明,春㊁夏季所选的环境因子与浮游动物优势种(类)存在显著的相关性,RDA分析的前两个排序轴可有效反映出物种与环境因子之间的相关关系㊂
7
285㊀16期㊀㊀㊀侯朝伟㊀等:烟台近海浮游动物优势种空间生态位研究㊀