錢塘江河口浮游植物分布與環(huán)境因子的典范對(duì)應(yīng)分析

馬永星，張波濤，臧家業(yè)，張愛(ài)軍，劉煒

（1．青島大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院 青島 266071；2．國(guó)家海洋局第一海洋研究所海洋生態(tài)研究中心 青島 266061；3．青島市地震監(jiān)測(cè)中心 青島 266000）

1 引言

世界上大多數(shù)河口都受到了不同程度的人類活動(dòng)干擾，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化程度不斷加劇，引起河口生態(tài)環(huán)境的退化甚至崩潰［1－2］。在河口區(qū)的生態(tài)環(huán)境能量與物質(zhì)的流動(dòng)中，河口浮游植物是河口水生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者和食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其種類和數(shù)量的變化對(duì)環(huán)境變化具有指示作用，環(huán)境因子的改變也會(huì)影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響河口區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及功能［3－4］。

錢塘江河口位于杭州灣內(nèi)，面向東海，受到錢塘江沖淡水、長(zhǎng)江沖淡水和潮汐的共同影響，屬于典型的河口型海灣［5］，且浮游植物以硅藻為主［6］。近年來(lái)由于人為的干擾與損害，杭州灣已經(jīng)成為污染嚴(yán)重的區(qū)域［7－9］。然而，目前，大多研究關(guān)注在長(zhǎng)江口和東海水域，而對(duì)于杭州灣的浮游植物相關(guān)的研究較少。事實(shí)上，除長(zhǎng)江口作用外，東海近岸的赤潮高發(fā)區(qū)顯然也與杭州灣的貢獻(xiàn)息息相關(guān)。因此，對(duì)于杭州灣浮游植物分布的變化規(guī)律及與環(huán)境因子典范對(duì)應(yīng)分析的研究，將有助于認(rèn)識(shí)杭州灣生態(tài)環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)，為杭州灣乃至東海的生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與修復(fù)提供有力的依據(jù)。

2 材料與方法

2．1 樣品的采集

2013年5 月、2013 年8 月、2013 年11 月和2014 年1 月在錢塘江河口分別進(jìn)行了春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)的海洋科學(xué)綜合調(diào)查，調(diào)查范圍覆蓋杭州灣大部分區(qū)域，調(diào)查站位如圖1所示。

調(diào)查中，用Niskin采水器采集水樣，同時(shí)用多參數(shù)水質(zhì)剖面儀（JFE，AAQ122）獲得水體溫度和鹽度等水文參數(shù)。調(diào)查項(xiàng)目包括：總懸浮顆粒物（SPM）、營(yíng)養(yǎng)鹽和葉綠素a等。浮游植物的采樣按《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB 17378．7—2007）進(jìn)行，水采樣品：采集表層水樣500 mL，裝入聚丙烯瓶中，加1%魯哥試劑固定、沉淀和濃縮；網(wǎng)采樣品：使用淺水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)自海底至表層垂直拖網(wǎng)，樣品經(jīng)5%福爾馬林溶液固定保存。

圖1 錢塘江河口調(diào)查站位圖

2．2 樣品的分析

營(yíng)養(yǎng)鹽利用營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀（SEAL 公司，QuAAtro型）進(jìn)行分析，對(duì)于1～10μmol／L含量的樣品，分析不確定性為 小于5%～10%，大于10μmol／L的樣品含量分析不確定性為1%～5%［10］；葉綠素a用1∶9丙酮提取后，采用熒光法分析。浮游植物采樣結(jié)束后在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行鏡檢分析，室內(nèi)分析鑒定按《海洋調(diào)查規(guī)范》中規(guī)定的方法進(jìn)行。

3 結(jié)果和討論

3．1 溫、鹽及其他水化學(xué)因子的分布特征

調(diào)查海區(qū)夏季水溫為全年最高，冬季的水溫為全年最低，各季節(jié)水溫變化由高到低依次排列為夏季、春季、秋季、冬季。由圖2 可以看出，春季表層海水溫度在東南側(cè)近岸水域水溫比較高，并沿監(jiān)測(cè)水域兩岸向中心方向呈降溫的趨勢(shì)；夏季表層海水溫度分布與春季相似；秋季表層海水溫度整體上呈現(xiàn)從核電附近到離岸逐漸降低的趨勢(shì)，低值區(qū)位于調(diào)查海域的北部；冬季上游方向海水溫度相對(duì)較低，而入海口以及上游處水溫相對(duì)較高。

圖2 錢塘江河口溫度（℃——）和鹽度（－－－－－－）的分布

整體上，表層水溫相對(duì)較高，底層水溫相對(duì)較低，且各個(gè)季節(jié)表層和底層水溫相差不大，同一站位垂直分布差異也不明顯；不過(guò)，表層和底層水溫平面分布有明顯的變化趨勢(shì)，均呈現(xiàn)與岸線平行的帶狀分布趨勢(shì)。水溫一定程度上受到核電溫排水的影響，各季節(jié)核電附近水溫相對(duì)較高。同時(shí)，該海域水溫還受到杭州灣海水涌入的影響，如冬季，入?？诜较蛩疁叵鄬?duì)較高。大多季節(jié)溫度的分布也受到了東南側(cè)陸地的影響，近岸溫度相對(duì)離岸較高?？梢?jiàn)，調(diào)查海域各季節(jié)水溫的分布受溫排水、海水入侵以及地形的影響較大。

各季節(jié)表層鹽度的水平分布見(jiàn)圖2，從圖2中可以看出，春季水體表層鹽度分布趨勢(shì)為從入海口向上游方向逐漸降低；夏季表層水體的鹽度分布與春季類似，鹽度的高值出現(xiàn)在監(jiān)測(cè)海域東北部入海口處；秋季呈均勻帶狀分布，海水鹽度自核電站沿岸海域到離岸海域逐漸上升；冬季表層水體鹽度分布呈現(xiàn)從上游向入?？诜较蛑饾u增高的趨勢(shì)。

整體上表層鹽度相對(duì)較低，底層相對(duì)較高，各個(gè)季節(jié)表底層鹽度數(shù)值相差不大，垂直分布差異也不明顯。除了冬季，其他季節(jié)表層和底層鹽度平面分布相似，且普遍呈現(xiàn)從上游向入海口方向逐漸增高的趨勢(shì)。

總體而言，海水鹽度春季和夏季相對(duì)較低，主要是上流徑流量在這兩個(gè)時(shí)期相對(duì)較高，淡水稀釋作用更明顯。調(diào)查海域鹽度的分布與變化主要取決于江河入海徑流量的多少以及海水上涌的強(qiáng)度，因此，調(diào)查水域鹽度會(huì)明顯地受到潮汐作用的影響。春季和夏季上游流域雨量較大，鹽度相對(duì)較低；入秋以后，降雨量減小，徑流減小，水體鹽度增加，使得鹽度的分布更多地受到潮汐與海水涌入的影響。

調(diào)查海區(qū)水化學(xué)因子的統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1?？傮w來(lái)看，調(diào)查海域海水理化參數(shù)溫度、鹽度、懸浮物等調(diào)查結(jié)果由于受到河流和海洋的雙重影響，具有顯著的河口特性，波動(dòng)性大，懸浮物濃度和濁度處于一個(gè)較高的水平，水體透明度因此較低。分析營(yíng)養(yǎng)鹽測(cè)量結(jié)果，該水域富營(yíng)養(yǎng)化嚴(yán)重，尤其是無(wú)機(jī)氮和磷酸鹽的濃度較高，全年均值超過(guò)二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，屬于典型的富營(yíng)養(yǎng)化河口。

表1 錢塘江河口水化學(xué)因子統(tǒng)計(jì)

3．2 葉綠素a的分布特征

調(diào)查海區(qū)春季葉綠素a的含量范圍在0．08～2．03μg／L之間，平均值為0．48μg／L；夏季葉綠素a的含量范圍在0．01～2．99μg／L 之間，平均值為0．83μg／L；秋季葉綠素a 的含量范圍在0．15～2．29μg／L之間，平均值為0．77μg／L；冬季葉綠素a的含量范圍在0．08～1．23μg／L 之間，平均值為0．51μg／L；全年調(diào)查海域葉綠素a的含量變化范圍在0．01～2．99μg／L 之間，平均值為0．76μg／L?？傮w上全年調(diào)查期間調(diào)查海域的葉綠素a波動(dòng)較大，夏季海水中葉綠素a含量較高，春季相對(duì)較低。

圖3 給出了錢塘江河口葉綠素a的分布情況，從圖3可以看出，春季表層海水葉綠素a在西側(cè)近岸海域較低，東側(cè)離岸海域較高；夏季表層海水葉綠素a分布整體上與春季類似，呈現(xiàn)近岸低、離岸高的趨勢(shì)；秋季表層海水葉綠素a整體上分布與春季和夏季相反，高值區(qū)更多地集中在西側(cè)近岸海域；冬季海水葉綠素a分布趨勢(shì)整體上相對(duì)較低，高值區(qū)位于核電南側(cè)鄰近海域。整體上表層葉綠素a相對(duì)較高，底層相對(duì)較低，各個(gè)季節(jié)表底層葉綠素a相差不大，垂直分布差異不明顯。調(diào)查海區(qū)夏季葉綠素a為全年最高，冬季和春季的葉綠素a相對(duì)較低；調(diào)查海域各季節(jié)葉綠素a含量相對(duì)其他海區(qū)較小，主要原因可能是該水域具有暖溫帶強(qiáng)潮河口區(qū)生態(tài)特征，盡管水體含豐富營(yíng)養(yǎng)鹽和充足溶解氧，由于同時(shí)存在著諸如懸沙含量高、透明度小等不利于生物繁殖生長(zhǎng)的環(huán)境因子，使得該海域生產(chǎn)力偏低。與鄰近的東海相比［11］，該水域葉綠素a的含量普遍較低，大約為前者的1／4，與較為混濁的長(zhǎng)江水體葉綠素a的含量接近［12］。

圖3 錢塘江河口葉綠素a（μg／L）的分布

3．3 浮游植物生物量及其影響因素

圖4給出了錢塘江河口浮游植物細(xì)胞總量分布情況，由圖4 可以看出，春季航次共采集鑒定浮游植物35種，其中硅藻31種，占出現(xiàn)總種類數(shù)的94．1%，優(yōu)勢(shì)種（以優(yōu)勢(shì)度Y≥0．02計(jì)）主要有中肋骨條藻、圓篩藻類（主要包括瓊氏圓篩藻、虹彩圓篩藻等）和菱形藻類（主要是洛氏菱形藻）；表層浮游植物總細(xì)胞數(shù)量在70×105～2 475×105cell／m3，最大值出現(xiàn)在H06 號(hào)站，最小值出現(xiàn)在H04 號(hào)站，平均值為444×105cell／m3。夏季航次共采集鑒定浮游植物40 種，其中硅藻35種，硅藻類的貢獻(xiàn)占出現(xiàn)總種類數(shù)的87．5%；表層浮游植物總細(xì)胞數(shù)量在96×105～1 221×105cell／m3，最大值為H19 號(hào)站，最小值出現(xiàn)在H14號(hào)站，平均值為420×105cell／m3，細(xì)胞總量在杭州灣灣頂錢塘江口較低，其中中肋骨條藻在表層水采樣品中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次是直鏈藻類和圓篩藻類。秋季航次共鑒定浮游植物37 種，其中硅藻33種，硅藻類的貢獻(xiàn)最大，占出現(xiàn)總種類數(shù)的89．2%；表層浮游植物總細(xì)胞數(shù)量在108×105～1 834×105cell／m3，平均值為405×105cell／m3，最大值出現(xiàn)在13號(hào)站，最小值出現(xiàn)在10號(hào)站，調(diào)查海域中部細(xì)胞總數(shù)相對(duì)較高，中肋骨條藻在表層水采樣品中占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次是圓篩藻類。冬季航次共鑒定浮游植物31種，其中硅藻32種，硅藻類占出現(xiàn)總種類數(shù)的96．8%；表層浮游植物總細(xì)胞數(shù)量在33×105～72×105cell／m3，平均值為54×105cell／m3，整個(gè)調(diào)查海域表層浮游植物總量處在一個(gè)較低的水平，總體上調(diào)查海域北側(cè)相對(duì)高于調(diào)查海域南側(cè)，水采樣品中優(yōu)勢(shì)種主要有圓篩藻類、菱形藻和舟形藻（表2）。

圖4 錢塘江河口浮游植物細(xì)胞總量（×105cell／m3）的分布

一般而言，高渾濁的水域浮游植物群落結(jié)構(gòu)以硅藻為主，非硅藻浮游植物較少。與鄰近的東海相比［11，13］，該水域浮游植物種類較為單一，且生物量普遍不高。調(diào)查海域浮游植物的物種多樣性指數(shù)在河口左岸水域和河口的中部水域較高，而在河口右岸和河口下游數(shù)值較低。淡水種和半咸水種是該海域優(yōu)勢(shì)的浮游植物，淡咸水混合的結(jié)果造成了上述分布格局的出現(xiàn)。

表2 錢塘江河口浮游植物細(xì)胞總量和優(yōu)勢(shì)種（優(yōu)勢(shì)度）

典范對(duì)應(yīng)分析（CCA）顯示，溫度、鹽度和懸浮顆粒物是影響優(yōu)勢(shì)種中肋骨條藻生物量的重要水文因素，而DSi、N／P 與Si／N 比是影響其生物量的化學(xué)要素。懸浮顆粒物與優(yōu)勢(shì)種生物量成負(fù)相關(guān)關(guān)系，這表明濁度對(duì)生物量的制約機(jī)制，亦表明該水域濁度是控制生物量的重要因素；盡管該水域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度普遍較高，但該水域并未有發(fā)生赤潮的記錄，顯然高的濁度減少了赤潮發(fā)生的幾率。溫度均與優(yōu)勢(shì)種呈正相關(guān)關(guān)系，這表明高的溫度有利于優(yōu)勢(shì)種的增殖。不過(guò)，鹽度與優(yōu)勢(shì)種多呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這很大程度上是由于該水域物種多屬于淡水種和半咸水種，低的鹽度有利于其增殖過(guò)程?？偟c總磷多與優(yōu)勢(shì)種呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，這很大程度上是由于該水域水體懸浮物含量較高，顆粒氮磷又是該海域的主要營(yíng)養(yǎng)鹽形態(tài)，其增加了水體的濁度，影響了優(yōu)勢(shì)種的增殖。溶解硅多與優(yōu)勢(shì)種呈正相關(guān)的關(guān)系，Si／N在春季和冬季是優(yōu)勢(shì)種存在的限制性因子，這主要是由于這兩個(gè)季節(jié)溶解硅濃度較低的緣故，導(dǎo)致Si／N 比低于其他季節(jié)，成為限制生物生長(zhǎng)的因素。值得說(shuō)明的是，在冬季，圓篩藻超過(guò)中肋骨條藻，成為該海域的優(yōu)勢(shì)種，這是因?yàn)樵诙緫腋☆w粒物的含量最高，相比于中肋骨條藻而言，CCA 顯示圓篩藻更適宜生活在高渾濁的水體，加之冬季溫度較低，這也限制了中肋骨條藻的增殖。因此，該區(qū)域控制生物量與組成的主要因素是濁度／懸浮顆粒物含量，其次是溫度，高的營(yíng)養(yǎng)鹽并未對(duì)該水域生物量格局造成大的影響。然而，與1989—1990年數(shù)據(jù)相比［6］，該海域葉綠素a含量以及浮游植物細(xì)胞數(shù)明顯降低，硅藻種類數(shù)也有減少了30%～50%，另外綠藻、藍(lán)藻和甲藻的出現(xiàn)頻率也明顯增加。造成這方面變化的原因很可能與營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，從圖5可以看出，Si／N 比或N／P 比往往是優(yōu)勢(shì)種生物量的限制性因子，如春季的Si／N 比與夏季的N／P均對(duì)優(yōu)勢(shì)種的數(shù)量產(chǎn)生限制。

圖5 錢塘江河口環(huán)境因子與優(yōu)勢(shì)種生物量的關(guān)系

由此可見(jiàn)，營(yíng)養(yǎng)鹽豐富的水域，生產(chǎn)力并不一定高。由于同時(shí)存在著多種不利于浮游植物繁殖的環(huán)境因子的綜合影響，營(yíng)養(yǎng)鹽不能被充分的利用而顯得過(guò)剩，反而會(huì)使得鄰近水體存在潛在的富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致赤潮的趨勢(shì)，而影響物質(zhì)的再循環(huán)。從目前數(shù)據(jù)來(lái)看，杭州灣潮流強(qiáng)，水體渾濁度高，生物量相對(duì)較低，因此其“河口過(guò)濾器”效應(yīng)是有限的。但是，由于杭州灣近海的氮磷負(fù)荷超過(guò)了硅的輸入量，使得灣內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的變化，很可能對(duì)鄰近的東海產(chǎn)生較大的影響，增加誘發(fā)赤潮的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)論

（1）調(diào)查海域春、夏、秋、冬季葉綠素a含量分別為0．48μg／L、0．83μg／L、0．77μg／L 和0．51 μg／L。與鄰近的海域相比，該水域葉綠素a的含量普遍較低，主要是由于河口區(qū)水體懸沙含量高、透明度小等環(huán)境因子不利于浮游植物繁殖和生長(zhǎng)所致。

（2）調(diào)查海域浮游植物的出現(xiàn)總量以春季最高，夏季和秋季次之，到冬季則顯著降低。浮游植物的種類主要為硅藻，占浮游植物總量的87．5%～96．8%，優(yōu)勢(shì)種為中肋骨條藻和圓篩藻，浮游植物的物種多樣性指數(shù)在河口左岸水域和河口的中部較高。

（3）調(diào)查海域環(huán)境因子與優(yōu)勢(shì)種生物量的CCA 結(jié)果表明，濁度是控制該海域浮游植物種類的限制因子，并在群落結(jié)構(gòu)演替中發(fā)揮關(guān)鍵作用。與歷史數(shù)據(jù)相比，該海域葉綠素a含量以及浮游植物細(xì)胞數(shù)明顯降低，硅藻種類數(shù)也有減少了30%～50%，另外綠藻、藍(lán)藻和甲藻的出現(xiàn)頻率也明顯增加，營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)變化可能是浮游植物數(shù)量和種類變化的重要原因。

［1］TURNER R E，RABALAIS N N．Coastal eutrophication near the Mississippi river delta［J］．Nature，1994，368（6472）：619－621．

［2］CHAI C，YU Z，SONG X，et al．The status and characteristics of eutrophication in the Yangtze River（Changjiang）Estuary and the adjacent East China Sea，China［J］．Hydrobiologia，2006，563（1）：313－328．

［3］CUSHING D H．Plankton production and year－class strength in fish populations：an update of the match／mismatch hypothesis［J］．Advances in Marine Biology，1990，26：249－293．

［4］LEPIST?L，HOLOPAINEN A L，VUORISTO H．Type－specific and indicator taxa of phytoplankton as a quality criterion for assessing the ecological status of Finnish boreal lakes［J］．Limnologica－Ecology and Management of Inland Waters，2004，34（3）：236－248．

［5］GAO Shengquan，YU Guohui，WANG Yuhen．Distributional features and fluxes of dissolved nitrogen，phosphorus and silicon in the Hangzhou Bay［J］．Marine Chemistry，1993，43：65－81．

［6］國(guó)家海洋局第二海洋研究所．秦山核電站鄰近水域零點(diǎn)生態(tài)調(diào)查報(bào)告［R］．1990．

［7］張健，施青松，鄔翱宇，等．杭州灣豐水期主要污染因子的分布變化及成因［J］．東海海洋，2002，20（4）：35－41．

［8］秦銘俐，蔡燕紅，王曉波，等．杭州灣水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)及分析［J］．海洋環(huán)境科學(xué)，2009，28（A01）：53－56．

［9］高生泉，陳建芳，金海燕，等．杭州灣及鄰近水域營(yíng)養(yǎng)鹽的時(shí)空分布與富營(yíng)養(yǎng)化特征［J］．海洋學(xué)研究，2011，29（3）：36－47．

［10］LIU S M，ZHANG J，CHEN H T，et al．Nutrients in the Changjiang and its tributaries［J］．Biogeochemistry，2003，62（1）：1－18．

［11］王作華．黃東海葉綠素a和溶解有機(jī)碳分布特征及固碳強(qiáng)度初探［D］．青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2008：1－89．

［12］RAN X B，YU Z G，CHEN H T，et al．Silicon transport of Changjiang River：could the three gorges reservoir be a filter？［J］．Environ Earth Sci．，2013，70（5）：1－13．

［13］夏平，陸斗定，朱德弟，等．浙江近岸海域赤潮發(fā)生的趨勢(shì)與特點(diǎn)［J］．海洋學(xué)研究，2007，25（2）：47－56．