象山港西部海域夏季浮游植物生態(tài)學研究:Ⅰ.種類組成及年際變化

劉 蓮, 任 敏, 華敏敏, 王玉初, 曹 維, 楊耀芳, 邱武生

(國家海洋局 寧波海洋環(huán)境監(jiān)測中心站, 浙江寧波 315012)

海洋浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最主要的初級生產(chǎn)者, 也是海洋食物鏈的重要組成部分[1], 它不僅為魚類仔稚期、甲殼動物和軟體動物提供食物和必需的營養(yǎng)成分, 并且可以用來指示海洋水體的質(zhì)量[2-3]。象山港是多種海洋生物繁殖、索餌和肥育的優(yōu)良場所, 也是浙江省發(fā)展海水養(yǎng)殖和海洋經(jīng)濟的重要港灣之一。本調(diào)查海域位于象山港西部海域, 即象山港兩大電廠以西的港灣底部海域, 受熱電廠的影響相對較為明顯, 區(qū)域位置敏感, 水體交換能力差, 生態(tài)環(huán)境較為脆弱。有關(guān)象山港浮游植物的研究有不少報道[4-7], 對象山港浮游植物自然生態(tài)研究的資料也不少, 如20世紀80年代開展的浙江省海岸帶調(diào)查[8]、象山港海灣志補充調(diào)查[9]以及 2001年開展的象山港環(huán)境容量及總量控制研究[10]等大型綜合調(diào)查, 尤其是隨著幾年來象山港海洋開發(fā)力度的不斷加大如電廠建設等, 海洋工程前、后的海洋環(huán)境保護業(yè)務化專項調(diào)查[11-13]也不斷在開展, 這些報道和專項研究報告對象山港各個時期及不同季節(jié)的浮游植物種類組成及數(shù)量分布進行了相關(guān)分析, 為本文的研究奠定了良好基礎。本文著重對象山港電廠以西海域夏季浮游植物種類組成及年際變化進行研究,同時在研究外界理化因子對該海域浮游植物種類組成和分布影響時利用了數(shù)理統(tǒng)計的方法, 這不僅豐富了浮游植物生態(tài)學的內(nèi)容, 而且為今后港灣生態(tài)學尤其是熱(核)電廠建設與海洋生態(tài)效應研究提供可比資料, 同時也為海洋資源的保護、開發(fā)和利用提供科學依據(jù)。

圖1 采樣站位Fig. 1 Sampling stations

1 材料和方法

2006～2008年夏季(7～8月), 對象山港西部海域(121°37′E、29°40′N 以西)進行了樣品采集, 采樣點布設見圖1。浮游植物的樣品采集和室內(nèi)處理按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》第7部分: 近海污染生態(tài)調(diào)查和生物監(jiān)測(GB 17378.7-2007)進行, 用淺水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)口內(nèi)徑37cm、網(wǎng)口面積0.1 m2、網(wǎng)圈直徑為10 mm的圓鋼條、全長140 cm)自底至表垂直拖曳采集。所獲樣本均經(jīng)5%福爾馬林溶液固定后, 再進行分類與鑒定。

2 結(jié)果與討論

2.1 種類組成及生態(tài)類群

根據(jù) 3年來夏季象山港西部海域采集的樣本,經(jīng)初步分析, 共獲得浮游植物 54種, 其中硅藻占絕對優(yōu)勢, 為47種, 約占總種數(shù)的87%; 其他為甲藻3種、藍藻1種和淡水藻2種。根據(jù)種類的生態(tài)習性區(qū)分, 可大體分為如下三大生態(tài)類群。

2.1.1 河溪淡水性生態(tài)類群

屬本生態(tài)類群的種類有斜生柵列藻(Scenedsmus obliquus)、近似針桿藻(Approximate synedra), 該藻類由山溪河川的淡水輸入, 但由于象山港的鹽度較高,不適于淡水種類的生存, 故該種類的現(xiàn)存量不高。

2.1.2 外洋性廣布種

屬本生態(tài)類群的種類主要有虹彩圓篩藻(Coscinodiscus oculs-iridis)、豪豬棘冠藻(Corethron hystrix)、并基角毛藻(Chaetoceros decipiens)等, 這些種類的現(xiàn)存量也不高。

2.1.3 沿岸內(nèi)灣性種

本生態(tài)類群出現(xiàn)的種類最多, 現(xiàn)存量最大, 決定象山港浮游植物總數(shù)量分布和變動的影響重要優(yōu)勢種均屬本類群, 它們的多數(shù)種類是象山港土生土長的, 也有一些種類是浙江沿岸流輸入, 或已在象山港定居生長[4]。屬本類群的主要優(yōu)勢種有丹麥細柱藻(Leptocylindrus danicus)、緊密角管藻(Cerataulina compacta)、中肋骨條藻(Skeletonema costatum)、瓊氏圓篩藻(Coscynodiscus jondsiarus)、洛氏菱形藻(Nitzschia lorenziana)等。

2.2 種類分布及與環(huán)境因子的相關(guān)性

海水中浮游植物的種類組成、分布及現(xiàn)存量與環(huán)境因子是密切相關(guān)的, 其生長繁殖除受自身的生物學特性影響外, 還受到周圍環(huán)境因素如水動力條件、水溫、鹽度、營養(yǎng)鹽等因素的影響[14-17]。

2.2.1 水溫、鹽度和透明度與種類分布

水溫也是影響浮游植物種類分布的重要環(huán)境因素之一, 夏季主要為偏暖性、暖水性和廣溫性種類,如掌狀冠蓋藻(Stephanopyxis palmeriana)、緊密角管藻、中肋骨條藻, 調(diào)查期間水溫平均值為 30.4～31.2℃。鹽度對港灣浮游生物種類分布的影響僅表現(xiàn)為沿岸流的作用使港灣區(qū)處于低鹽狀態(tài), 從而阻隔了高鹽性種類向灣內(nèi)進入, 根據(jù)3年的調(diào)查結(jié)果, 調(diào)查海域夏季水體中的鹽度平均值為24.5～28.3, 外海性種類主要分布在主港海域(s17、s25測站), 港底(s21、s24測站)則無分布。生活在兩港灣的種類一般都具有適應低鹽性或廣鹽性的特點, 如丹麥細柱藻、緊密角管藻、瓊氏圓篩藻、中肋骨條藻、羅氏角毛藻(Chaetoceros lauderi.)、異常角毛藻(Chaetoceros insignis)等。

對調(diào)查海域水溫、鹽度、透明度與種類分布的關(guān)系進行相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗, 結(jié)果如表1所示。表1中的分析結(jié)果表明水溫、鹽度與浮游植物種類數(shù)的相關(guān)性不顯著, 但存在正相關(guān)的趨勢, 這表明水溫、鹽度從生態(tài)習性角度對該海域浮游植物的種類組成、結(jié)構(gòu)有一定的影響, 但對其種類數(shù)的多少則影響不顯著。透明度與浮游植物種類數(shù)存在顯著的正相關(guān)效應, 說明透明度是影響該海域浮游植物種類組成的重要環(huán)境因子。

2.2.2 化學需氧量、營養(yǎng)鹽與種類數(shù)的相關(guān)性

從表 1還可知, 浮游植物種類數(shù)與化學需氧量和活性磷酸鹽呈顯著的負相關(guān), 與無機氮相關(guān)性不顯著, 但存在負相關(guān)的趨勢, 且對浮游植物種類數(shù)影響程度為: 化學需氧量＞活性磷酸鹽＞無機氮。

象山港營養(yǎng)鹽含量的變化, 除浮游植物消耗外,主要受長江和錢塘江沖淡水為主的浙江沿岸流、臺灣暖流和沿岸山川小溪等地表徑流注入的共同影響,象山港水體中的氮、磷營養(yǎng)鹽含量十分豐富, 并長期處于富營養(yǎng)化狀態(tài)[18]。浮游植物生長與繁殖需不斷消耗水體中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì), 因此水體中豐富的營養(yǎng)物質(zhì), 一方面可為浮游植物的生長繁殖提供良好的物質(zhì)基礎[6]; 而另一方面又將在其他條件如水文(水溫、海流)、氣象、重金屬痕量元素、維生素腐殖質(zhì)類有機物等環(huán)境要素的促進作用下, 易引起浮游植物中的某些種類異常繁殖, 使得種類數(shù)急劇下降, 優(yōu)勢度明顯上升, 種類組成趨向單一化, 從而導致赤潮的發(fā)生。從環(huán)境因子與種類數(shù)的相關(guān)性分析表明, 透明度和化學需氧量對浮游植物種類數(shù)影響最大, 其次為活性磷酸鹽, 無機氮、鹽度、水溫相對較小, 這從另一側(cè)面也反映了導致該海域某種浮游植物種類異常繁殖或引發(fā)赤潮的環(huán)境制約因子主要為透明度、化學耗氧量和活性磷酸鹽, 透明度為水文指標, 化學耗氧量是反映水體受有機物污染程度的一個重要指標, 活性磷酸鹽為營養(yǎng)鹽指標,這一結(jié)果與顧新根等[4]“引起象山港浮游植物異常繁殖形成赤潮的條件, 除氮磷外, 必然還存在著如水文氣象、重金屬、有機質(zhì)、油類等環(huán)境要素的促進作用”研究結(jié)論相一致。同時, 活性磷酸鹽的環(huán)境制約作用大于無機氮, 也表明了磷為調(diào)查海域浮游植物營養(yǎng)鹽限制因子, 這與以往的研究成果[19-21]亦相一致。

表1 種類數(shù)與環(huán)境因子相關(guān)性Tab. 1 Correlations between species number of phytoplankton and environmental factors

與鹽度相關(guān)性檢驗:r=0.561,t=2.622,t＜t0.05, 相關(guān)性不顯著; 與水溫相關(guān)性檢驗:r=0.204,t=0.806,t＜t0.05, 相關(guān)性不顯著; 與透明度相關(guān)性檢驗:r=0.765,t=4.597,t＞t0.05, 顯著正相關(guān); 與化學需氧量相關(guān)性檢驗:r=-0.751,t=4.411,t＞t0.05, 顯著負相關(guān);與無機氮相關(guān)性檢驗:r=-0.231,t=0.843,t＜t0.05, 相關(guān)性不顯著; 與活性磷酸鹽相關(guān)性檢驗:r=-0.590,t=2.830,t＞t0.05, 顯著負相關(guān)。

2.3 種類數(shù)變化及討論

表2列出了象山港西部海域浮游植物種類不同時期的觀測結(jié)果。通過比較發(fā)現(xiàn), 20世紀80年代末調(diào)查海域夏季浮游植物種類數(shù)亦相對較少, 10年之后, 該海域浮游植物種類數(shù)呈明顯的增加趨勢, 這與水體富營養(yǎng)化趨勢逐漸加重的變化趨勢相符[18],也與黃秀清等[10]“象山港浮游植物總量2001年比20年前增加了一個數(shù)量級, 也是象山港富營養(yǎng)化趨勢的一個佐證”的觀點相一致, 尤其是2006年其觀測值達到最高峰。隨后兩年, 2007年和2008年又呈逐年下降趨勢, 且與 2006年相比, 下降幅度較大, 種類總數(shù)和優(yōu)勢種均明顯減少。之后幾年(2009年、2010年), 該海域浮游植物種類數(shù)又呈現(xiàn)一定的上升趨勢。因此, 象山港西部海域浮游植物種類存在明顯的波動變化。

本調(diào)查海域是處于象山港兩大電廠以西的港灣底部海域, 區(qū)域位置較為敏感, 水體交換能力差, 生態(tài)環(huán)境較為脆弱。電廠溫排水熱效應對受納海域生態(tài)環(huán)境的影響, 許多學者已做過大量的研究[22-27], 研究結(jié)果表明, 一般來說, 當水體適度增溫時(ΔT≤3℃),群落中種類數(shù)增加, 但隨著增溫幅度的加大, 浮游植物種類數(shù)逐漸減少, 這主要是由于某些浮游植物無法耐受升高的溫度, 生長繁殖受到抑制, 甚至導致死亡。廖一波等在2005年采用熱效應模擬冬、夏兩季溫度對象山港浮游植物的影響研究中指出“夏季(自然水溫為 28℃)實驗溫度超過 36℃, 冬季(自然水溫為 12℃)實驗溫度超過 34℃時, 浮游植物種類數(shù)和細胞密度均急劇減少”。象山港兩電廠運營后多年來的專項跟蹤監(jiān)測結(jié)果顯示[12-13], 廠址前沿附近海域工程運營前、運營初期(2006年、2007年)浮游植物種類數(shù)下降明顯, 減少幅度 30%～40%, 與本次觀測結(jié)果基本一致。而后(2008～2010年), 電廠附近海域浮游植物種類數(shù)年際差異逐漸降低, 同時呈現(xiàn)一定的波動狀態(tài), 這也表明電廠前沿海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)尚未穩(wěn)定。

同時也有研究顯示, 象山港浮游植物的季節(jié)變動極為劇烈[4], 年高峰出現(xiàn)在秋末冬初(11～12和 1月)、次高峰出現(xiàn)在夏季(7月), 一年內(nèi)雖出現(xiàn)兩次高峰, 但秋、冬季高峰要遠遠高于夏季次峰, 其變動規(guī)律較為獨特, 也不同于以春季為年高峰、秋季為次高峰的典型溫帶雙周期型的變動形式。因此表2中幾個不同時期的浮游植物種類數(shù)變化特征, 這或許是不同年份的正常波動或處于生物周期的低谷[6],也或許是調(diào)查月份之間的差異所致, 還有待進一步探討。

表2 象山港西部海域夏季浮游植物種類不同時期的比較情況Tab. 2 Species number of phytoplankton in western Xiangshan Bay at several time points in summer

3 結(jié)論

(1)根據(jù)2006年～2008年夏季象山港西部海域的海洋調(diào)查資料, 共獲得浮游植物 54種, 其中硅藻占絕對優(yōu)勢, 為 47種, 約占總種數(shù)的 87%; 其他為甲藻3種、藍藻1種和淡水藻2種。根據(jù)種類的生態(tài)習性區(qū)分, 大致可分為河溪淡水性、外洋性廣布種和沿岸內(nèi)灣性三大生態(tài)類群, 優(yōu)勢種主要有丹麥細柱藻、緊密角管藻、中肋骨條藻、瓊氏圓篩藻等。

(2)從環(huán)境因子與種類數(shù)的相關(guān)性分析表明, 對浮游植物種類數(shù)量影響最大的為透明度和化學需氧量, 其次為活性磷酸鹽, 無機氮、鹽度、水溫相對最小。浮游植物種類數(shù)與水溫、鹽度的相關(guān)性不顯著,但存在正相關(guān)的趨勢, 與透明度存在顯著的正相關(guān),與化學需氧量和活性磷酸鹽呈顯著的負相關(guān), 與無機氮相關(guān)性不顯著, 但存在負相關(guān)的趨勢。

(3)與歷史資料的對比, 調(diào)查海域浮游植物種類數(shù)存在明顯年際差異。20世紀80年代末調(diào)查海域夏季浮游植物種類數(shù)相對較少, 10年之后呈明顯的增加趨勢, 2006年達到最高峰。隨后兩年, 尤其是象山港兩電廠運營初期, 調(diào)查海域浮游植物種類數(shù)呈逐年下降趨勢, 且下降幅度較大, 與 2006年相比下降幅度達30%～40%, 而后(2009年、2010年)又呈現(xiàn)一定的上升趨勢, 表明調(diào)查海域夏季浮游植物種類數(shù)仍處于波動狀態(tài)。

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