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南沙群岛渚碧礁鱼类分类多样性研究

李媛洁 张俊 陈作志 江艳娥 龚玉艳 蔡研聪 杨玉滔

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南沙群岛渚碧礁鱼类分类多样性研究

    作者简介: 李媛洁 (1994—),女,硕士研究生,从事渔业资源评估研究。E-mail: liyuanjiedl@163.com;
    通讯作者: 陈作志, zzchen2000@163.com
  • 中图分类号: S 932.4

Study on taxonomic diversity of fish in Zhubi Reef of Nansha Islands

    Corresponding author: Zuozhi CHEN, zzchen2000@163.com ;
  • CLC number: S 932.4

  • 摘要: 根据1999—2018年南沙群岛渚碧礁礁栖鱼类流刺网和手钓调查资料,分析了渚碧礁礁栖鱼类物种组成及分类多样性,计算了其平均分类差异指数 (Δ+) 及分类差异变异指数 (Λ+)。结果显示,渚碧礁礁区共记录礁栖鱼类11目43科93属152种,其中以鲈形目鱼类占绝对优势 (76%);渚碧礁鱼类的Δ+为58.75,Λ+为102.60。与国内外其他生态系统鱼类群落组成的对比发现,渚碧礁鱼类的Δ+高于赵述岛、米尔恩湾和圣何塞岛,低于东海陆架、南沙群岛西南陆架、北部湾和大亚湾,而Λ+则均低于其他群岛。该研究表明渚碧礁鱼类群落物种间的亲缘关系比东海陆架、南沙群岛西南陆架、北部湾和大亚湾更为接近,但比赵述岛、米尔恩湾和圣何塞岛远。物种多样性较高而分类多样性较低是渚碧礁礁栖鱼类多样性分布格局的主要特征。但该礁易受到人类活动的干扰,应及时给予保护。
  • 图 1  渚碧礁鱼类平均分类差异指数95%置信漏斗曲线

    Figure 1.  Funnel plot for average taxonomic Distinctness (△+) with 95% confidence limit of fish species in Zhubi Reef

    图 2  渚碧礁鱼类分类差异变异指数95%置信漏斗曲线

    Figure 2.  Funnel plot for variation in taxonomic distinctness (Λ+) with 95% confidence limit of fish species in Zhubi Reef

    表 1  渚碧礁历次调查情况

    Table 1.  Previous investigations in Zhubi Reef

    采集位置
    Sampling position
    采样网具
    Sampling net
    调查时间
    Survey time
    调查船
    Survey vessel
    礁缘深水区 Deep reef rim 手钓、延绳钓、流刺网 1999年5月 “粤远渔730”“粤远渔733”
    潟湖 Lagoon 手钓 2013年6月 “南锋”号
    潟湖 Lagoon 手钓 2013年11月 “南锋”号
    潟湖 Lagoon 手钓、流刺网 2016年4月 “桂北渔80208”
    潟湖和礁盘 Lagoons and cays 手钓、流刺网 2018年5月 “南锋”号
    潟湖和礁盘 Lagoons and cays 手钓、流刺网 2018年9月 “南锋”号
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    表 2  调查使用的渔具规格

    Table 2.  Specification of fishing gear used in this study

    渔具
    Fishing gear
    规格
    Specification
    手钓 Hand-lining 1999年,市售20号钓钩,30 mm长×12 mm宽,10p白色胶丝;2011—2018年,市售18号钓钩,26 mm长×10 mm宽,10p白色胶丝,及市售24号钓钩,35mm长×15 mm宽,10 p白色胶丝
    流刺网 Gill-netting 1999年,单层刺网,1.5 m高×40 m长,网目大小5.5 cm;2013年,三重刺网,1.5 m高×50m长,内网目3.3 cm,外网目7.8 cm;2018年,三重刺网,1.5 m高×40m长,内网目3.3cm,外网目7.8 cm
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    表 3  不同区域鱼类平均分类多样性指数及分类差异变异指数

    Table 3.  Average taxonomic distinctness index (Δ+) and variation in taxonomic distinctness index (Λ+) in each region

    海域
    Region
    生境类型
    Habitat
    纬度
    Latitude
    平均分类多样性指数
    +)
    分类差异变异指数
    +)
    参考文献
    References
    东海陆架 East China SeaContinental Shelf 陆架 26°00'—33°00'N 65.7 120 [30]
    南沙群岛西南陆架
    Southwestern continental shelf of Nansha Islands
    陆架 5°00'N—11°00'N 65.8 110.0 [31]
    北部湾 Beibu Gulf 近海 17°00'N—21°45'N 63.5 110 [32]
    大亚湾 Daya Bay 近海 22°30'N—22°50'N 62.2 110 [33]
    赵述岛 Zhaoshu Island 潟湖 16°59'N 50.3 - [11]
    米尔恩湾 Milne Bay 热带珊瑚礁 10º00'N—12º00'N 55.8 113 [34]
    圣何塞岛 San Jose' Island 岩礁 24º52'N—25º06'N 55.05 - [35]
    渚碧礁 Zhubi Reef 热带珊瑚礁 10°54'N 58.75 102.60 本文
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  • 20190159附录1.pdf
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-16
  • 录用日期:  2019-10-31
  • 网络出版日期:  2019-11-30

南沙群岛渚碧礁鱼类分类多样性研究

    作者简介:李媛洁 (1994—),女,硕士研究生,从事渔业资源评估研究。E-mail: liyuanjiedl@163.com
    通讯作者: 陈作志, zzchen2000@163.com
  • 1. 上海海洋大学海洋科学学院,上海 201306
  • 2. 中国水产科学研究院南海水产研究所/农业农村部外海渔业开发重点实验室/广东省渔业生态环境重点实验室,广东 广州 510300

摘要: 根据1999—2018年南沙群岛渚碧礁礁栖鱼类流刺网和手钓调查资料,分析了渚碧礁礁栖鱼类物种组成及分类多样性,计算了其平均分类差异指数 (Δ+) 及分类差异变异指数 (Λ+)。结果显示,渚碧礁礁区共记录礁栖鱼类11目43科93属152种,其中以鲈形目鱼类占绝对优势 (76%);渚碧礁鱼类的Δ+为58.75,Λ+为102.60。与国内外其他生态系统鱼类群落组成的对比发现,渚碧礁鱼类的Δ+高于赵述岛、米尔恩湾和圣何塞岛,低于东海陆架、南沙群岛西南陆架、北部湾和大亚湾,而Λ+则均低于其他群岛。该研究表明渚碧礁鱼类群落物种间的亲缘关系比东海陆架、南沙群岛西南陆架、北部湾和大亚湾更为接近,但比赵述岛、米尔恩湾和圣何塞岛远。物种多样性较高而分类多样性较低是渚碧礁礁栖鱼类多样性分布格局的主要特征。但该礁易受到人类活动的干扰,应及时给予保护。

English Abstract

  • 珊瑚礁生态系统物种丰富,生产力极高,被誉为海洋中的“热带雨林”[1]。珊瑚礁鱼类是珊瑚礁生态系统的重要组分,是维持珊瑚礁生态系统健康的关键生物类群[2]。随着全球环境变化和人类活动的持续影响,目前全世界范围内珊瑚礁鱼类处于急剧衰退之中,引起了国际社会的广泛关注[3]。珊瑚礁作为中国南海独具特色的生态系统,也是中国珊瑚礁渔业的主要渔场[4-5]。中国学者先后对南海珊瑚礁鱼类种类组成及多样性[6-9]、鱼类分类多样性[10-12]、食性特征[13-14]、生物学等[15-16]方面进行过研究,对阐明南海珊瑚礁鱼类群落的结构和功能有重要意义。然而,以往研究主要关注大尺度内 (群岛范围) 南海珊瑚礁鱼类种群或群落现状的研究,但对于小尺度内 (单个岛或礁) 鱼类物种和分类多样性及食性特征的长期深入研究极为缺乏。

    渚碧礁位于南沙群岛北部,属于封闭型环礁,面积较小,其生态环境及生物群落更容易受到自然环境及人类活动的干扰,适合作为典型珊瑚礁渔业水域的代表性生态系统开展鱼类群落多样性研究。目前,还未见有研究报道说明渚碧礁鱼类分类多样性。

    分类学多样性指数主要包括平均分类差异指数 (Δ+) 和分类差异变异指数 (Λ+),这两者都是依据物种间形态分类关系的路径长度,将群落的分类多样性及差异性进行量化;Δ+反映群落物种间的形态亲缘关系及群落多样性;Λ+反映群落物种分类关系的均匀程度[12,17]。Δ+和Λ+不依赖于取样方法和样本量,弥补了传统生物多样性指数对数据标准化的要求,有助于不同区域、不同生境及历史数据的比较研究[18]。本文即以较具代表性的南沙群岛渚碧礁珊瑚礁鱼类为研究对象,根据1999年以来的调查数据,结合文献资料,系统地分析鱼类群落物种组成和分类多样性,为研究外界压力对其鱼类群落结构演替的影响,以及岛礁渔业水域生境修复提供参考。

    • 渚碧礁 (114°03'42"E、10°54'48"N) 是一个近似梨形的封闭型环礁,呈东北—西南走向,礁盘面积约为16.1 km2,其中礁坪面积为9.1 km2,潟湖面积为7.0 km2。潟湖呈盆状,没有口门通往外海。礁坪前沿呈不规则锯齿状,礁坪北、西部较宽,西南部最宽;东部和南部较窄,地势较低矮[19]。高潮时外海海水漫过礁坪,与潟湖水交换;低潮时,礁坪露出水面,潟湖水体与礁外海水交换被阻断[20]

    • 鱼类生物学数据主要来自中国水产科学研究院南海水产研究所1999—2018年在渚碧礁进行珊瑚礁鱼类调查时捕获的样品,采样位置、渔具、时间及调查船等详细信息见表1

      采集位置
      Sampling position
      采样网具
      Sampling net
      调查时间
      Survey time
      调查船
      Survey vessel
      礁缘深水区 Deep reef rim 手钓、延绳钓、流刺网 1999年5月 “粤远渔730”“粤远渔733”
      潟湖 Lagoon 手钓 2013年6月 “南锋”号
      潟湖 Lagoon 手钓 2013年11月 “南锋”号
      潟湖 Lagoon 手钓、流刺网 2016年4月 “桂北渔80208”
      潟湖和礁盘 Lagoons and cays 手钓、流刺网 2018年5月 “南锋”号
      潟湖和礁盘 Lagoons and cays 手钓、流刺网 2018年9月 “南锋”号

      表 1  渚碧礁历次调查情况

      Table 1.  Previous investigations in Zhubi Reef

      “粤远渔730”和“粤远渔733”调查船的参数见参考文献[5]。“南锋”号调查船总吨位1 537 t,主机1 920 kW,其备有工作艇用于鱼类采样 (艇尺寸7.85 m长×1.5 m宽,功率14.7 kW)。“桂北渔80208”调查船总吨400 t,主机367.5 kW。

      调查中钓钩和流刺网规格见表2。手钓为底层作业,一般在礁缘或礁坪放钓,也利用小艇在潟湖内作业。手钓放钓时间为07:00—22:00,钓饵采用新鲜的渔获物。流刺网作业通常在礁缘和礁盘的浅水区,傍晚 (18:00) 放网,次日清晨 (06:00) 起网。手钓和流刺网渔获样品均保留,现场记录鱼类种类、数量 (尾)、体长 (mm) 和湿质量 (g) 后,再经冷海水速冻,带回实验室作详细测定。鱼类样品依据形态学特征鉴定到最低分类单元,鉴定依据参考了Masuda等[21]、沈世杰[22]、Lieske等[23]、孙典荣等[24]及陈大刚[25]等的分类专著。

      渔具
      Fishing gear
      规格
      Specification
      手钓 Hand-lining 1999年,市售20号钓钩,30 mm长×12 mm宽,10p白色胶丝;2011—2018年,市售18号钓钩,26 mm长×10 mm宽,10p白色胶丝,及市售24号钓钩,35mm长×15 mm宽,10 p白色胶丝
      流刺网 Gill-netting 1999年,单层刺网,1.5 m高×40 m长,网目大小5.5 cm;2013年,三重刺网,1.5 m高×50m长,内网目3.3 cm,外网目7.8 cm;2018年,三重刺网,1.5 m高×40m长,内网目3.3cm,外网目7.8 cm

      表 2  调查使用的渔具规格

      Table 2.  Specification of fishing gear used in this study

    • 对每种作业方式的调查数据进行标准化,标准化方法见文献[26]

      分析1999—2018年南海渚碧礁礁栖鱼类的种类组成,及其Λ+[17-18]。在一定范围内,Δ+值越大说明鱼类物种群落间的亲缘关系越远,相反则越近;Λ+值越大表明鱼类群落物种间分类关系均匀程度越不均匀,相反则越均匀。

      平均分类差异指数:

      ${\Delta ^ + } = \left( {\sum {\sum {_i{ < _j}{w_{ij}}} } } \right)/\left[ {S\left( {S - 1} \right)/2} \right]$

      分类差异变异指数:

      ${\Lambda ^ + } = \sum {\sum {_i} } { < _j}\left( {{w_{ij}} - {\Delta ^ + }} \right)2/\left[ {S\left( {S - 1} \right)/2} \right]$

      Δ+为群落全部物种间路径长度的理论平均值[17],Λ+为Δ+的偏离程度[27]。其中, ωij为第i和j个种类在分类系统树中的路径长度,S为种类数[18]。平均分类差异指数Δ+表示群落中随机挑选的任意两个物种,来计算它们之间的平均分类等级路径长度,是一种最简化的处理群落里优势种及常见种权重的方式[17]。Λ+值反映鱼种组成亲缘关系分布的均匀程度,是一理论平均值,表示平均分类差异指数Δ+偏离程度,也可看作是衡量分类树复杂程度的一个指数[28],只有在种类数非常少时才出现数值偏小的情况[27]。平均分类多样性指数Δ+和分类差异变异指数Λ+不依赖于样本大小和取样性质,只考虑出现种类,不考虑种类数量[29]。Δ+和Λ+由PRIMER 5.2软件包的TAXDTEST求得。

    • 调查共采集到3 124尾鱼类样品,其中3 120尾能够鉴定到种。本研究中2013—2018年采集并鉴定渚碧礁礁栖鱼类126种,加上历史记录82种,整理渚碧礁鱼类物种名录,将同种异名的种进行合并,归纳总结出渚碧礁共记录礁栖鱼类11目42科93属152种 (附录)。

      本文首次报道的鱼种有横带扁颌针鱼 (Ablennes hians)、库拉索凹牙豆娘鱼 (Amblyglyphidodon curacao)、叉尾鲷 (Aphareus furca) 等79种,占总编目种类的52%;新纪录种有西姆圆腹沙丁鱼 (Ambiygast ersirm)、丽鳍天竺鲷 (Apogon kallopterus)、凹吻鲆 (Bothus mancus) 等38种,占总编目种类的25%。本文首次报道是指所有年份调查中出现过的但从未报道过的鱼种;新纪录种是指对比以往调查结果,没有出现过的鱼种;本文首次报道的鱼种包含新纪录种。1999年的调查中横带扁颌针鱼 (Ablennes hians)、点斑鳍飞鱼 (Cheilopogon spilopterus) 和少鳞燕鳐 (Cypselurus oligolepis) 这3种在之后的调查中再无出现,这是否表明以上3种鱼类在渚碧礁的局地消失或永久迁出需要继续深入研究。

      全部物种中鲈形目有27科115种,占绝对优势,占总编目种类的76%。其次鲀形目有8种;颌针目、金眼鲷目、鲱形目、仙鱼目和鮋形目均有3种,其他目种类数均小于3种。在科水平,雀鲷科和隆头鱼科种类数最多,分别有16种和15种;其次为鮨科 (10种) 和笛鲷科 (9种),蝴蝶鱼科和鳞鲀科均有8种,天竺鲷科为6种,眶棘鲈科、鹦嘴鱼科和裸颊鲷科均为5种,羊鱼科和锥齿鲷科为4种,其他科的种类数相当。

    • 渚碧礁鱼类的平均Δ+约为58.75 (图1),Λ+约为102.60 (图2)。鉴于不同海域分类等级多样性权重值参照标准不同,本研究仅将渚碧礁礁栖鱼类Δ+值和Λ+值与采用相同标准的研究结果进行比较,发现陆架生境中东海陆架、南沙群岛西南陆架的平均Δ+为65.7和65.8;近海生境中大亚湾和北部湾的平均Δ+为62.2和63.5;而相同生境中赵述岛、米尔恩湾和圣何塞岛的平均Δ+分别为50.3、55.8和55.05 (表3)。

      图  1  渚碧礁鱼类平均分类差异指数95%置信漏斗曲线

      Figure 1.  Funnel plot for average taxonomic Distinctness (△+) with 95% confidence limit of fish species in Zhubi Reef

      图  2  渚碧礁鱼类分类差异变异指数95%置信漏斗曲线

      Figure 2.  Funnel plot for variation in taxonomic distinctness (Λ+) with 95% confidence limit of fish species in Zhubi Reef

      海域
      Region
      生境类型
      Habitat
      纬度
      Latitude
      平均分类多样性指数
      +)
      分类差异变异指数
      +)
      参考文献
      References
      东海陆架 East China SeaContinental Shelf 陆架 26°00'—33°00'N 65.7 120 [30]
      南沙群岛西南陆架
      Southwestern continental shelf of Nansha Islands
      陆架 5°00'N—11°00'N 65.8 110.0 [31]
      北部湾 Beibu Gulf 近海 17°00'N—21°45'N 63.5 110 [32]
      大亚湾 Daya Bay 近海 22°30'N—22°50'N 62.2 110 [33]
      赵述岛 Zhaoshu Island 潟湖 16°59'N 50.3 - [11]
      米尔恩湾 Milne Bay 热带珊瑚礁 10º00'N—12º00'N 55.8 113 [34]
      圣何塞岛 San Jose' Island 岩礁 24º52'N—25º06'N 55.05 - [35]
      渚碧礁 Zhubi Reef 热带珊瑚礁 10°54'N 58.75 102.60 本文

      表 3  不同区域鱼类平均分类多样性指数及分类差异变异指数

      Table 3.  Average taxonomic distinctness index (Δ+) and variation in taxonomic distinctness index (Λ+) in each region

    • 在分类多样性的研究中,鱼类种类组成只起到提供理论平均值和置信范围的作用[36]。而当增加少数额外鱼类种类时,对其理论平均值及置信范围的影响也非常小[36,37]。经典理论认为,在一个未受扰动的群落中,往往包括形态差异显著、属于不同门类的种类;而在受到严重扰动的生境中,群落往往仅由一些密切关联的种组成[38]

      该研究中渚碧礁礁栖鱼类总数达到152种,以鲈形目占绝对优势,表明某种程度上渚碧礁生境可能受到扰动。隆头鱼科和雀鲷科为优势科,其多数种类均属于个体较小、活动能力较强的珊瑚礁鱼类,并具有一定的观赏价值;而代表珊瑚健康指标的蝴蝶鱼科以及食用价值较高的鹦嘴鱼科的种类则较少。与太平岛的56科466种[39]相比少314种,这除了两者之间岛礁面积及生境复杂性不同外,可能与太平岛海域迄今受到人为干扰破坏较少,珊瑚礁一定程度上仍保持原始自然状态有关。渚碧礁作为封闭环礁,加之礁坪的阻挡,潟湖内外水体无法交换和更新,导致潟湖环境更加容易恶化,珊瑚覆盖量减少,栖息地环境遭到破坏,这些都是影响渚碧礁鱼类组成的原因。

    • 分类学差异性指数被认为是衡量生物群落退化的强有力指标[40]。史赟荣等[10]研究认为在大尺度上,一般纬度越低,中国海洋鱼类Δ+越小,表明珊瑚礁鱼类群落物种的亲缘关系要更为接近;同时发现河口鱼类的Δ+最高;其次是陆架海域;珊瑚礁海域最小。

      与陆架生境相比,渚碧礁Δ+ (58.75) 明显低于东海陆架 (65.7) 和南沙群岛西南陆架 (65.8),这可能由于东海陆架区域终年受到长江、钱塘江等江河入海径流以及黑潮暖流等流系的联合影响,自然环境条件较好,生源要素丰富,导致鱼类分类多样性较高[30],而南沙群岛西南陆架地理位置较为特殊,不仅地处低纬度,且整体位于种类多样性较高的印度-西太平洋海洋动物区系的中心海域,同时扼湄公河口和泰国湾口,外缘紧靠南沙群岛珊瑚礁区,光照条件较好,且上升流较强,浮游生物以及底栖生物较多,饵料丰富,使得大批鱼类栖息,因此分类多样性较高[41]。同时由于南沙群岛西南陆架海域和东海陆架海域两者都是陆架区海域,具有相似的生境特点,其物种组成大部分也为陆架海域鱼类,因此分类多样性比较接近。

      与近海生境相比,渚碧礁Δ+低于北部湾 (63.5) 和大亚湾 (62.2)。大亚湾海域湾口处连接海水,其余四周都是较为曲折的陆架海岸线,且中部有部分岛礁,因此这里既有陆架区鱼类又有典型的珊瑚礁鱼类,故此分类多样性较高[33]。而北部湾海域由于南海暖流和黑潮南海分支相互交错,致使生境复杂,物种繁多、鱼类资源丰富,既有典型的热带和亚热带暖水种和暖温种鱼类,又有徐闻等珊瑚礁礁栖鱼类,而湾口部与南海大洋相连,还有一些大洋性种类,因此其分类多样性较高。同时由于大亚湾与北部湾为陆架区和亚热带珊瑚礁鱼类混合栖息,导致了其海域鱼类资源的分布呈现一种复合型状态,因此分类多样性也较为接近。

      与相同生境 (潟湖、珊瑚礁生境) 对比发现,渚碧礁Δ+高于赵述岛 (50.3) 和圣何塞岛 (55.05),接近米尔恩湾 (55.8)。圣何塞岛位于加利福尼亚的西南部,是重要的渔业和旅游岛屿,也是全球五个最具生产力的海洋生态系统之一[42]。有研究证明水温以及周围珊瑚礁基质中动植物的多样性有助于增加鱼类的多样性,同时礁石提供的保护有助于显著增加鱼类的丰度[43],因此,圣何塞岛虽然位于高纬度地区,但其物种多样性仍然较高,Δ+较小。而渚碧礁和米尔恩湾同为热带珊瑚礁海域,生境特点相似,因此Δ+接近。杨位迪等[4]研究指出目前赵述岛珊瑚礁鱼类以小型种类为主,珊瑚礁生态功能日渐退化,且日益增加的人类活动导致赵述岛鱼类多样性不断减少。渚碧礁Δ+高于赵述岛,由此可见,渚碧礁虽有自身环境的脆弱性,同时鱼类物种又具有其丰富性。因此更加值得保护,从而为小尺度范围内生境修复提供参考。

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