金山三島海洋生態(tài)自然保護區(qū)海域浮游生物的分布

劉建國，齊安翔，陳皓鋆，王曉亮，2，楊畫紅，徐晶晶

（1.國家海洋局東海預報中心，上海　200081；2.中國海洋大學環(huán)境科學與工程學院，山東青島　266100）

金山三島海洋生態(tài)自然保護區(qū)海域浮游生物的分布

劉建國1，齊安翔1，陳皓鋆1，王曉亮1，2，楊畫紅1，徐晶晶1

（1.國家海洋局東海預報中心，上海200081；2.中國海洋大學環(huán)境科學與工程學院，山東青島266100）

基于2012年8月金山三島海洋生態(tài)自然保護區(qū)海域浮游生物調查數(shù)據(jù)，分析該海域浮游生物的空間分布特征及其環(huán)境影響。結果表明：浮游植物密度在沿岸和近杭州灣口門一側較高，在大金山島周圍區(qū)域較低；浮游動物豐度平面分布不均，僅在近杭州灣口門一側出現(xiàn)一高值區(qū)；浮游植物密度的數(shù)量變化與表層懸浮物（r=0.906，P=0.013）呈顯著負相關，與表層無機氮（r=0.835，P=0.038）呈顯著正相關，與底層無機氮呈極顯著正相關（r=0.977，P=0.004），與表、底層無機磷（表層：r= 0.541，P=0.268，底層：r=0.605，P=0.280）、浮游動物豐度（r=0.083，P=0.876）相關性不顯著，水動力作用對其平面分布有一定程度影響；與歷史資料相比，該海域浮游植物密度近年來呈升高趨勢，浮游動物豐度則呈下降趨勢，浮游動物與浮游植物時空分布的非一致性，反映出浮游動物未能對浮游植物有效的下行控制，該水域浮游生態(tài)系統(tǒng)可能不穩(wěn)定。

金山三島海洋生態(tài)自然保護區(qū)；浮游生物；環(huán)境因子

金山三島位于杭州灣北岸海域，包括大金山島、小金山島和浮山島，均為無居民小型基巖海島。由于受人類活動影響較少，經(jīng)過數(shù)百年來的自然演變，島上至今仍保留有眾多珍稀的野生物種資源。為有效保護這座大自然賜予的天然“基因庫”，上海市人民政府于1991年10月批準成立了第一個自然保護區(qū)金山三島海洋生態(tài)自然保護區(qū)，范圍包括金山三島及其周圍0.5 n mile的海域。

近年來，隨著杭州灣沿海工程的實施及沿岸工農(nóng)業(yè)的蓬勃發(fā)展，每年有大量的生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)退水等進入金山三島保護區(qū)海域，造成該水域營養(yǎng)鹽含量持續(xù)升高，環(huán)境承載壓力進一步加大［1］。由于污染物來源的多樣性以及周圍水體的水動力作用，大量的陸源排污可能會給保護區(qū)海域海洋生態(tài)環(huán)境造成一定程度的影響。因此，定期調查評價該海域海洋環(huán)境狀況及其變化趨勢，對保護區(qū)的科學管理和有效保護具有重要意義。本文采用2012年金山三島海洋生態(tài)自然保護區(qū)海域生態(tài)環(huán)境調查中的浮游植物、浮游動物數(shù)據(jù)資料，結合同步調查所獲得的水文、水質資料，分析該海域浮游生物的分布特征，并探討其分布特征與環(huán)境因子的相關性，為保護該海域生態(tài)環(huán)境，維持保護區(qū)生物資源的可持續(xù)利用提供基礎資料。

1　材料和方法

1.1站位布設

于2012年夏季（8月份）大潮期間在金山三島保護區(qū)海域（30°38′30.00″-30°44′38.00″N，121°21′48.00″-121°29′58.00″E）設置6個生物生態(tài)調查站位（圖1），另外在該區(qū)域設置水質、水文泥沙調查站位，同步進行化學、水文泥沙等項目的采樣調查。

圖1　浮游生物調查站位分布圖Fig.1　Distribution of plankton Sampling stations

1.2樣品采集

浮游植物樣品用有機玻璃采水器在表層0.5 m處采取1 L水樣得到、浮游動物樣品采用淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)（網(wǎng)口內徑50 cm、篩絹CQ14、孔徑0.505 mm）由海底至海表垂直拖曳得到，所獲浮游生物標本經(jīng)5%福爾馬林溶液固定后，帶回實驗室進行分類、鑒定和計數(shù)。

水質樣品分表、底兩層采樣，分析項目包括懸浮物、無機氮、無機磷等。其中懸浮物測定采用重量法，無機氮為硝酸鹽（次溴酸鹽氧化法）、亞硝酸鹽（萘乙二胺分光光度法）和氨氮（鋅鎘還原法）的總和，無機磷采用磷鉬藍分光光度法。

采用RDI公司生產(chǎn)的600 kHz聲學流速剖面儀（ADCP）進行26 h連續(xù)流速、流向觀測（測速范圍：±10 m/s，流速測量精度：1%×測量值±0.5 cm/s），數(shù)據(jù)分析層次在水深3 m以內采用3點法（表層、0.6 H、底層，H為水深），水深3 m以上采用6點法（表層、0.2 H、0.4 H、0.6 H、0.8 H、底層，H為水深）。

1.3數(shù)據(jù)處理

分析環(huán)境因子變化與浮游植物密度變化之間的相關性時，以同步監(jiān)測到的水質資料，分別取懸浮物、無機氮、無機磷等水環(huán)境因子作自變量，以浮游植物密度為因變量，采用回歸分析方法計算；為了考察浮游動物和浮游植物之間的數(shù)量關系，以每個站位浮游植物密度為自變量，以對應站位浮游動物豐度為因變量進行線性回歸分析。

數(shù)據(jù)相關分析采用Spss13.0統(tǒng)計軟件包處理，平面分布圖采用Surfer8.0軟件繪制。

2　結果

2.1浮游生物數(shù)量的平面分布

2.1.1浮游植物

浮游植物高密度區(qū)位于保護區(qū)海域近杭州灣口門一側的1、2號站位，密度值分別達到3.95×104cells/L、4.58×104cells/ L；其次是近沿岸區(qū)域的3、4號站位，密度在2.65×104cells/L上下；低值區(qū)則位于大金山島附近的5、6號站位，基本上不超過1.50×104cells/L，如圖2。

2.1.2浮游動物

該海域浮游動物豐度總體呈北側高南側低的平面分布特點，如圖3。其中，豐度高值區(qū)出現(xiàn)在1號站位，為213.49 ind/ m3，引起該站位個體豐度較大的原因是蟲肢歪水蚤Tortanus vermiculus數(shù)量多，單種豐度達到了105.26 ind/m3。

圖2　浮游植物密度分布（cells/L）Fig.2　Density distribution of phytoplankton（cells/L）

2.2無機氮、無機磷、懸浮物的分布特征

無機氮的平面分布與浮游植物密度分布特點相近，無論是表層還是底層，在靠近沿岸和杭州灣口門一側的區(qū)域均呈現(xiàn)出相對較高的分布特征（圖4）；無機磷的分布亦呈現(xiàn)由金山近岸向遠岸方向逐漸降低的趨勢（圖5）。營養(yǎng)鹽的這種平面分布特征，與紀煥紅等［1］2002年在該海域的調查結果相一致，分析這與入海徑流和陸源污染等因素有關。

圖3　浮游動物豐度分布圖（ind/m3）Fig.3　Distribution of zooplankton abundance（ind/m3）

圖4　無機氮平面分布（mg/L）Fig.4　Horizontal distribution of inorganic nitrogen（mg/L）

圖5　無機磷平面分布（mg/L）Fig.5　Horizontal distribution of inorganic phosphorus（mg/L）

水體懸浮物濃度是影響水下光環(huán)境的重要環(huán)境因子。本次調查中，以大金山島為中心的附近水域存在表層懸浮物濃度高值區(qū)（圖6），這與大金山島周圍的水體運動有關。拉格朗日余流對物質的輸運方向有一定的指示作用，根據(jù)同步調查所計算的拉格朗日余流場，夏季在大金山島西側海域有一余流流速增大區(qū)（圖7），大潮期間最大流速可達0.3 m/s，方向為NE向［2］。而金山三島附近底質普遍以粉砂為主［2］，很容易因局部區(qū)域的潮流擾動產(chǎn)生再懸浮泥沙，造成附近水體懸浮物濃度增大。

圖6　表層懸浮物濃度平面分布（mg/L）Fig.6　Horizontal distribution of suspended particulate matter concentration（mg/L）

圖7　夏季大潮期保護區(qū)海域拉格朗日余流分布特征Fig.7　Characteristic distribution of？Lagrange residual current in spring tide phase

2.3浮游植物密度與環(huán)境因子、浮游動物豐度的相關關系

相關性分析結果顯示，浮游植物密度與表、底層無機氮濃度變化分別呈顯著正相關關系（r=0.835，P= 0.038）、極顯著正相關關系（r=0.977，P=0.004）；與表、底層無機磷濃度變化相關性均不顯著（表層：r=0.541，P=0.268，底層：r=0.605，P=0.280）；與表層懸浮物濃度變化呈顯著負相關關系（r=0.906，P=0.013）。

本次調查中浮游動物和浮游植物數(shù)量未顯示出相關關系（r=0.083，P=0.876），浮游動物對浮游植物數(shù)量的影響不顯著。

2.4浮游生物變化趨勢

2.4.1浮游植物

本次調查共鑒定出浮游植物21種，與2002年豐水期調查期間檢出的種類數(shù)（20種）基本一致，且兩次調查中肋骨條藻Skeletonema costatum均為金山三島海域浮游植物的優(yōu)勢種，其優(yōu)勢度達到了極高水平；所不同的是本次調查浮游植物總細胞密度是2002年調查結果的2.42倍，見表1。

表1　金山三島海域夏季航次調查浮游植物密度比較（×106cells/L）Tab.1　Comparison of phytoplankton density of summer voyages'investigation in the Jinshan three-islands sea area（×106cells/L）

2.4.2浮游動物

與2002年調查結果相比，本次調查浮游動物個體豐度下降了75.5%，其主要優(yōu)勢種均有不同程度的減少（表2）。

表2　金山三島海域歷次調查浮游動物豐度比較（ind·m-3）Tab.2　Comparison of zooplankton abundance of all previous investigations in the Jinshan three islands sea area（ind·m-3）

3　討論

3.1浮游植物密度分布與環(huán)境因子的關系

水溫、營養(yǎng)鹽、水體透光度及浮游動物的捕食作用是影響浮游植物數(shù)量及群落結構的重要因素［4-5］，懸浮物引起的透明度降低，進而造成的光限制可能是河口區(qū)浮游植物生長的主要限制因素［6］。因為水體中的浮游植物通過光合作用進行生長、繁殖，懸浮物雖然不能決定太陽輻射的光照強度，但可以通過減小水體透光率而影響浮游植物光合作用強度，從而抑制大金山島周圍水體的初級生產(chǎn)力，使浮游植物密度顯著低于附近水域。特別是該區(qū)域位于錢塘江、長江入海的河口區(qū)域，徑流過剩營養(yǎng)鹽由于懸浮物的消光作用削弱了河口生態(tài)系統(tǒng)對其的吸收、同化功能。且已有研究證明，綜合了光照、透明度、濁度、懸浮物等之后的水下光環(huán)境是影響浮游植物的種類組成和生物量的環(huán)境因子之一［7］，尤其是在富營養(yǎng)化程度較高的水體中更是如此［8］。

顯然，該海域懸浮物可以直接參與海洋的物理過程，其濃度是影響水體透光度進而影響浮游植物光合作用的重要因素，與浮游植物數(shù)量變化呈顯著負相關關系。

如前所述，營養(yǎng)鹽是浮游植物生長繁殖的重要物質基礎，一定濃度范圍內的營養(yǎng)鹽可以促進浮游植物的生長，過低會限制浮游植物數(shù)量的增加，而過高則不僅易導致赤潮發(fā)生，還會使浮游植物群落結構發(fā)生變化［9-10］。

調查期間水體溫度、鹽度和浮游動物的攝食壓力在金山三島水域基本無異，浮游植物數(shù)量多少主要取決于外源性營養(yǎng)鹽的輸入。而各種營養(yǎng)鹽中，氮、磷含量及其相對含量與浮游植物關系最為密切，是浮游植物數(shù)量和種類變化的重要影響因子。調查結果亦表明，在無機氮含量較高的沿岸區(qū)域和近杭州灣口門區(qū)域相應地形成了浮游植物密度高值區(qū)，至于浮游植物密度和無機磷含量相關性不明顯，原因可能是浮游植物消耗無機磷進行生長繁殖需要一個時間過程，兩者的數(shù)量變化在同一時空內存在遲滯性差異，并非線性對應，但此現(xiàn)象是否具有偶然仍有待研究。

因為盡管該海域總體呈富營養(yǎng)化狀態(tài)，但與中國近海主要河口、海灣相同［11］，金山三島所處海域總體上處于磷限制潛在性富營養(yǎng)化水平［12］，即使水體中無機氮含量很高也會因為磷限制而并不能盡被浮游植物所利用，所以不會造成實質性的富營養(yǎng)化［11］。但該水域一旦得到陸源磷的補充，使N/P值接近Redfield值，就會加劇富營養(yǎng)化程度，促進浮游植物大量生長繁殖。所以在受陸源營養(yǎng)鹽輸入比較明顯的區(qū)域，產(chǎn)生了浮游植物密度的高值區(qū)，同時也消耗了對應區(qū)域的無機磷。故此時浮游植物數(shù)量反映出來的是水質采樣前較長一段時間內的水質狀況，存在與同步調查的無機磷無顯著相關性的可能。

3.2水文因子對浮游植物的影響

根據(jù)本次同步調查的水文資料［2］，大潮期間大金山島西側形成的湍流經(jīng)過小金山島與大金山島之間的海域后，分為2支，一支繼續(xù)向WN方向流動，另一支方向轉變?yōu)閃向，在小金山島周圍形成一個逆時針旋轉的環(huán)流區(qū)。而本次浮游生物樣品在大潮期間采集，處于流速增大區(qū)的5、6號站位浮游植物密度較低除了和該區(qū)域懸浮物濃度較高有關外，強烈的水動力作用在該處產(chǎn)生的沖蕩也是重要原因之一。另外，鋒面形成及湍流、水團運動等物理過程對浮游植物的生長及分布也有一定的影響作用［13-14］，由于局部環(huán)流所產(chǎn)生的輻聚作用可以使浮游植物在海面聚集［15］，本調查中1、2、4站位的浮游植物密度相對較高與此可能有一定關系。

3.3浮游動物和浮游植物的關系

浮游動物是浮游植物最主要的牧食者，作為海洋的次級生產(chǎn)者，其種類和數(shù)量的變動可直接影響或控制水域的初級生產(chǎn)力。相關學者在對甌江口的研究中發(fā)現(xiàn)，浮游動物豐度和浮游植物密度之間顯著呈良好的正相關關系，反映出該區(qū)域浮游動物對浮游植物可進行有效的下行控制［16］。

在本文相關分析中，該海域浮游動物對浮游植物數(shù)量的影響不顯著，可能存在兩個方面的原因：一方面是夏季金山三島海域浮游動物的優(yōu)勢種是肉食性種類蟲肢歪水蚤，且其優(yōu)勢度較高，故浮游動物類群并不完全直接依賴于浮游植物生長，對浮游植物的攝食壓力很小；另一方面由于水域營養(yǎng)鹽濃度過高，浮游動物對浮游植物的調控作用因此受到一定程度的影響［17］。

3.4浮游生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性分析

近年來浮游植物密度的不斷增加，與該海域水質變化不無關系。自1990年以來至今的三次調查結果顯示，該區(qū)域無機氮和無機磷在23年間分別增加了1倍和1.5倍（圖8），富營養(yǎng)化程度進一步加劇。該海域為磷限制海域，近期無機磷含量增加幅度超過了無機氮，使該海域磷限制得到緩解，對浮游植物而言其營養(yǎng)的可利用性大大提高，藻類等爆發(fā)的幾率也隨之增加。而且，隨著近年來長江徑流入海輸沙量的逐年減少［18-19］，保護區(qū)海域懸浮物含量隨之有大幅度下降，透明度提高，真光層厚度增加，為浮游植物光合作用提供更加充足的光照，會促進浮游植物的繁殖。1990、2002年和2012年3次調查中（調查季節(jié)均相同）浮游植物密度的逐次增加也印證了這一發(fā)展趨勢。

圖8　1990-2012年夏季無機氮、無機磷變化趨勢圖Fig.8　The trend chart of the change of inorganic nitrogen and inorganic phosphorus in summer of 1990-2012

對生態(tài)系統(tǒng)而言，當食物網(wǎng)中不同成分的數(shù)量處于相對穩(wěn)定和平衡時，表現(xiàn)為該系統(tǒng)的相對穩(wěn)定［20］。

然而與本底調查結果相比較，本次調查中浮游動物的個體豐度并沒有隨著浮游植物數(shù)量的增加而增加，反而有較大程度地減少。同步調查結果顯示，夏季該海域表層鹽度介于8.82～9.78之間，底層鹽度介于8.99～10.31之間，屬半咸淡水水質。一方面，該海域浮游動物絕對優(yōu)勢種蟲肢歪水蚤和火腿許水蚤均屬半咸淡水的種類，適鹽范圍大，其他浮游動物種類在半咸淡水的環(huán)境中卻很難長期生存或擴大種群；另一方面，盡管本次調查中浮游動、植物數(shù)量存在一定程度的空間一致性，即浮游植物多的水域，有相對較多的浮游動物數(shù)量，但從時間序列上看，依然表現(xiàn)為浮游植物極高的密度和浮游動物較低的豐度這種不協(xié)調狀況的加劇，加之該水域浮游動物優(yōu)勢種單一且優(yōu)勢度較高，顯示該水域浮游生態(tài)系統(tǒng)可能處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

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The Distribution of Plankton in the Sea Area of Jinshan Threeislands Marine Ecological Natural Reserve

LIU Jian-guo，QI An-xiang，CHEN Hao-yun，et al
（East China Sea Forecast Center，SOA，Shanghai200081，China）

Based upon the survey data of August 2012，the space distribution characteristic of plankton in the sea area of Jinshan three-isIands marine natural reserve was reported.The characteristic and key environmental affection were also analysed.The result showed that:1）Phytoplankton density was higher at the side of the north coast and the estuary of Hangzhou bay，while lower around the Big Jinshan island.2）The horizontal distribution of the zooplankton abundance is uneven，which was higher just at the side of the estuary of Hangzhou bay.3）The change in value of phytoplankton density significantly negatively correlated with suspended particles in the surface layer of sea water（r=0.906，P=0.013），and extremely significantly positively correlated with inorganic nitrogen concentration in the bottom layer（r=0.977，P=0.004），while had no significant correlation with inorganic phosphorus concentration in the water column（surface:r=0.541，P=0.268；bottom:r= 0.605，P=0.280）and the number of zooplankton（r=0.083，P=0.876）.4）Phytoplankton horizontal distribution，is affected by the hydrodynamic force.Compared with historical data，the phytoplankton density presented a ris-ing trend in recent years，while the abundance of zooplankton presented a downward trend.The temporal and spatial distribution between zooplankton and phytoplankton was inconsistent，which reflected that the control of phytoplankton downward was not effective，and the plankton ecosystem may not be stable there.

Jinshan three-isIands marine natural reserve；plankton；environmental factors

S932.8

A

1008-830X（2015）02-0174-07

2014-11-03

國家海洋局東海分局青年科技基金項目（201202）

劉建國（1983-），男，山東菏澤人，工程師，碩士，研究方向：海洋生態(tài)學.E-mail:liujianguo@eastsea.gov.cn

徐晶晶，研究方向：海洋環(huán)境監(jiān)測與質量監(jiān)督.E-mail:xujingjing@eastsea.gov.cn。