昌黎保護(hù)區(qū)浮游植物的群落結(jié)構(gòu)特征及變化趨勢(shì)

洛昊，馮志權(quán)，金照光，孫富強(qiáng)，劉亞柳,

包宏偉2，段新玉2，許妍1，馬明輝1

(1.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 大連 116023; 2.昌黎黃金海岸國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處，河北 昌黎 066600)

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昌黎保護(hù)區(qū)浮游植物的群落結(jié)構(gòu)特征及變化趨勢(shì)

洛昊1，馮志權(quán)1，金照光2，孫富強(qiáng)2，劉亞柳2,

包宏偉2，段新玉2，許妍1，馬明輝1

(1.國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 大連 116023; 2.昌黎黃金海岸國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理處，河北 昌黎 066600)

摘要:為掌握昌黎黃金海岸國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)近海岸水域生態(tài)環(huán)境的變化趨勢(shì)，于1999—2013年對(duì)該保護(hù)區(qū)海域開展了連續(xù)15年的生態(tài)調(diào)查工作。結(jié)果表明:保護(hù)區(qū)浮游植物共計(jì)3門23科43屬136種，其中硅藻116種，甲藻19種，金藻1種；種類數(shù)年際變化呈下降趨勢(shì),優(yōu)勢(shì)種年際變化差異極顯著；15年中浮游植物細(xì)胞密度出現(xiàn)兩個(gè)高峰期；種類數(shù)年際變化與pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.565，P<0.05)，而年際的Shannon-Wiener指數(shù)(H′)與鹽度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.521，P<0.05)，這表明影響浮游植物種類組成的主要因素為pH和鹽度；浮游植物種類數(shù)與浮游動(dòng)物密度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.553，P<0.05)，這可能與兩者間的捕食關(guān)系有關(guān)。

關(guān)鍵詞:昌黎；浮游植物；群落結(jié)構(gòu)；優(yōu)勢(shì)種；相關(guān)性分析

昌黎黃金海岸國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于河北省東北部秦皇島市昌黎縣，面積約300 km2，是國(guó)務(wù)院于1990年首批批準(zhǔn)建立的5個(gè)國(guó)家級(jí)海洋類自然保護(hù)區(qū)之一。區(qū)內(nèi)主要保護(hù)對(duì)象為由沙丘、沙堤、瀉湖、林帶、海洋生物等構(gòu)成的沙質(zhì)海岸自然景觀、海洋生態(tài)系統(tǒng)和自然資源，是研究海陸變化的典型生態(tài)系統(tǒng)，同時(shí)也是整個(gè)渤海環(huán)境歷史變遷的一個(gè)縮影。浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)力，也是海洋生物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，被稱為“海洋中的森林”[1]。了解昌黎黃金海岸國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)近岸海域浮游植物種類組成、細(xì)胞密度、生物多樣性指數(shù)等群落特征及其變化趨勢(shì)，對(duì)于保證該海域水環(huán)境質(zhì)量[2-3]、合理開發(fā)和有效保護(hù)文昌魚自然資源具有重要意義。

1材料與方法

分別于1999—2013年8月在河北昌黎黃金海岸國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)海域展開連續(xù)15年的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，監(jiān)測(cè)站位見圖1。浮游植物的采集、貯存、運(yùn)輸和預(yù)處理按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB12763.6—2007)規(guī)定的方法進(jìn)行。使用淺水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)從水底至水面拖網(wǎng)采集浮游植物。采集的樣品用體積分?jǐn)?shù)為5%的甲醛固定保存，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)經(jīng)過靜置、沉淀、濃縮后，在光學(xué)顯微鏡下鑒定其種類、計(jì)數(shù)細(xì)胞密度。采用Shannon-Wiener指數(shù)方程[4-5]計(jì)算生物多樣性指數(shù)(H′)，通過計(jì)算優(yōu)勢(shì)度確定優(yōu)勢(shì)種[6]。

2結(jié)果與分析

2.1浮游植物種類組成及優(yōu)勢(shì)種

1999—2013年夏季航次調(diào)查中，共采集到浮游植物3門23科43屬136種，種類多樣性極豐富。其中硅藻15科35屬116種，占種類總數(shù)的85.29%；甲藻7科7屬19種，占13.97%；金藻1科1屬1種，占0.74%。無論從種類數(shù)還是細(xì)胞密度上，硅藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。15年間浮游植物種類數(shù)呈波動(dòng)變化，監(jiān)測(cè)初期種類數(shù)較多,2000年檢出61種，為15年中的最大值；2011年僅檢出26種，為最低值，其余年份為30～50種(圖2)。

15年間保護(hù)區(qū)海域的主要浮游植物類群為硅藻和甲藻，其比值變化明顯。1999、2000年硅甲藻比值為5～6，2001年增到37，達(dá)到最高值，2002—2008年變化不明顯，基本保持在5～15，2009年降為4，達(dá)到最低值，2010年又上升為33，為次高值，2011—2013年基本保持在4～7。整體來看，硅甲藻比值共出現(xiàn)兩個(gè)高峰，分別在2001年和2010年，時(shí)間跨度為10年(圖2)。

圖1　調(diào)查站位Fig.1　Distribution of sampling stations

圖2　浮游植物種類數(shù)及硅甲藻比值的年際趨勢(shì)變化Fig.2　Annual change in species number and diatom and dinoflagellates ratio in phytoplankton from 1999 to 2013

浮游植物優(yōu)勢(shì)種年際變化差異極顯著，多數(shù)種類僅在一個(gè)監(jiān)測(cè)年度形成優(yōu)勢(shì)，只有窄細(xì)角毛藻ChaetocerosaffinisLauder在2000、2001、2003、2004年4個(gè)年度形成優(yōu)勢(shì)，其次為洛氏角毛藻Chaetoceraslorenzianus和中肋骨條藻Skeletonemacostatum(Grev.)Cleve分別在3個(gè)年度形成優(yōu)勢(shì)(表1)。根據(jù)優(yōu)勢(shì)種分布特征和生態(tài)性質(zhì)，昌黎保護(hù)區(qū)浮游植物主要是以廣溫廣鹽廣分布種類和廣溫沿岸性種類為主，其次為北溫帶到亞熱帶沿岸性種類和廣溫性外洋種類。

2.2浮游植物密度分布

1999—2013年浮游植物細(xì)胞密度波動(dòng)劇烈，波動(dòng)范圍為(2.26~5133.84)×104ind./m3，最大值出現(xiàn)在2006年，最小值出現(xiàn)在2009年?？傮w來看，浮游植物細(xì)胞密度變化趨勢(shì)呈雙峰型，第一波峰出現(xiàn)在2000—2002年，第二波峰出現(xiàn)在2006年(圖3)。

2.3生物多樣指數(shù)

1999—2013年生物多樣性指數(shù)變化明顯，最小值出現(xiàn)在2011年(0.71)，最大值出現(xiàn)在2003年(3.82)。1999年多樣性指數(shù)為2.09，隨后5年一直處于較高水平，從2005年開始下降，說明浮游植物群落結(jié)構(gòu)多樣性有所下降，浮游植物種類資源豐富度開始降低(圖4)。

表1　1999—2013年浮游植物夏季優(yōu)勢(shì)種的年際變化

圖3　浮游植物細(xì)胞密度的年際變化趨勢(shì)Fig.3　Annual change in phytoplankton cell abundance in summer from 1999 to 2013

圖4　1999—2013年多樣性指數(shù)的變化趨勢(shì)Fig.4　Annual change in Shannon-Wiener index from 1999 to 2013

2.4浮游植物群落與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

浮游植物群落與環(huán)境因子的相關(guān)性分析如表2所示，浮游植物種類數(shù)與pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.565，P<0.05)，而生物多樣性與鹽度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.521，P<0.05)，表明影響浮游植物種類組成的主要因素為pH和鹽度[7]。浮游植物種類數(shù)越多，其多樣性指數(shù)就越高，兩者呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.528，P<0.05)。

2.5浮游生物群落指標(biāo)間的相關(guān)性分析

浮游生物種類(N)、密度(D)、生物量(B)之間的相關(guān)性分析如表3所示，浮游植物種類數(shù)與浮游動(dòng)物的密度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=-0.553，P<0.05)，浮游動(dòng)物種類數(shù)與生物量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(r=0.587，P<0.05)，其余群落指標(biāo)間相關(guān)性均不顯著。

3討論

本研究中，浮游植物群落結(jié)構(gòu)的年際變化與環(huán)境因子間表現(xiàn)出不同程度的正相關(guān)或負(fù)相關(guān)性，雖未達(dá)到顯著性水平，但表明浮游植物的種類數(shù)受多種環(huán)境因素正反方向的共同影響。其中，浮游植物種類數(shù)的年際變化與pH呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，而生物多樣性與鹽度呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明影響浮游植物種類組成的主要因素為pH與鹽度。

表2浮游植物種類、密度、Shannon-Wiener指數(shù)與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

Tab.2Correlation analysis between the species composition,density, and Shannon-Wiener index of phytoplankton and environmental variables

種類數(shù)密度H'pHDO鹽度溫度DINDIPCOD種類數(shù)10.2250.528*-0.565*-0.3400.1100.216-0.1140.410-0.709密度10.242-0.082-0.4960.290-0.063-0.196-0.129-0.140H'1-0.467-0.4240.521*-0.046-0.2910.219-0.784pH10.258-0.224-0.341-0.012-0.3300.372DO1-0.712**-0.0860.3330.4350.303鹽度1-0.196-0.058-0.384-0.179溫度1-0.423-0.1170.333DIN10.116-0.761DIP1-0.762COD1

注:*表示顯著相關(guān)(P<0.05)；**表示極顯著相關(guān)(P<0.01)，下同

Note：*denotes significant correlation(P<0.05); ** denotes very significant correlation(P<0.01), et sequentia

表3浮游生物的種類、密度的相關(guān)性分析

Tab.3Correlation analysis of the species composition and density in planktons

N植D植N動(dòng)D動(dòng)B動(dòng)N植10.2250.067-0.553*0.361D植1-0.0860.0070.180N動(dòng)1-0.4110.587*D動(dòng)1-0.379B動(dòng)1

鹽度是控制浮游植物變化的重要環(huán)境因子[8]，保護(hù)區(qū)近岸出現(xiàn)的浮游植物多為高鹽或廣鹽種類，因此，其多樣性指數(shù)與鹽度呈正相關(guān)關(guān)系，這與對(duì)洋山港海域浮游植物生態(tài)的研究結(jié)果類似[9]。由于植物進(jìn)行光合作用時(shí)將會(huì)產(chǎn)生OH-，隨著浮游藻類數(shù)量的增加，光合作用產(chǎn)生的OH-超過了緩沖容量時(shí)，海水中的pH就會(huì)升高。由于種間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的存在，往往浮游植物密度最高時(shí)，其種類數(shù)反而較低，因此，藻類的種類數(shù)與pH可能存在一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，但這種相關(guān)性僅在本區(qū)域的調(diào)查中出現(xiàn)，尚未有更有利的證據(jù)表明該關(guān)系的存在，因此，需要在以后的研究中進(jìn)一步探討。

同時(shí)，通過與其他海域的浮游植物群落與環(huán)境因子相關(guān)性分析結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)，溫度[7,10]、營(yíng)養(yǎng)鹽[11-12]均為浮游植物的主要影響因子，但在昌黎保護(hù)區(qū)海域這種相關(guān)性卻并不顯著，這可能與保護(hù)區(qū)海域環(huán)境復(fù)雜、生態(tài)類型多樣有關(guān)，是眾多環(huán)境因子綜合影響的結(jié)果。本研究中，浮游植物種類數(shù)與浮游動(dòng)物的密度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，這可能與浮游動(dòng)物對(duì)浮游植物存在攝食選擇性有關(guān)。Dagg[13]研究證實(shí)，無論是大型浮游動(dòng)物還是小型浮游動(dòng)物對(duì)浮游植物都構(gòu)成捕食和被捕食的關(guān)系，浮游動(dòng)物種類較多時(shí)，由于種間的競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致各種群的絕對(duì)密度不高，從而導(dǎo)致浮游植物(浮游動(dòng)物飼料種)密度減少，浮游動(dòng)、植物群落間形成制約關(guān)系，但這種關(guān)系仍需通過長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)結(jié)果分析驗(yàn)證。

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Characteristics and variation trend of phytoplankton community

in Changli Golden Beach National Ocean Natural Preserve

LUO Hao1, FENG Zhi-quan1, JIN Zhao-guang2, SUN Fu-qiang2, LIU Ya-liu2

BAO Hong-wei2, DUAN Xin-yu2, XU Yan1, MA Mming-hui1

(1.National Marine Environmental Monitoring Center, Dalian 116023, China; 2.Changli Golden Beach National Ocean Natural Preserve, Changli 066600, China)

Abstract：Characteristics and variation trend of phytoplankton community were investigated in Changli Golden Beach National Ocean Nature Preserve from February, May, August, and November of 1999 to February, May, August, and November of 2013. A total of 136 phytoplankton species was found, belonging to 43 genera, and 3 phyla, including 116 species in Bacillariophyta, 19 species in Pyrrophyta and only 1 species in Chrysophyta. There was annual downward trend in species number as elapse of the 15-year survey, with significant difference in number of predominant species. Two peaks of phytoplankton cell density were observed during the 15-year survey, and annual change in species number was inversely related to pH (r=-0.565, P<0.05). However, the annual change in Shanon-Wiener index (H′) was significantly positively related to salinity (r=0.521, P<0.05), indicating that pH and salinity were the main environmental factors influencing phytoplankton species composition. The phytoplankton species composition was negatively correlated with zooplankton abundance(r=-0.553, P<0.05)，which may be involved in the predator-prey relation between them.

Key words：Changli； plankton； community structure； dominant species； correlation analysis

作者簡(jiǎn)介：洛昊(1983—)， 男， 助理研究員。E-mail:luohao@nmemc.org.cn

基金項(xiàng)目：海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)( 201005014,201305023)；國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41301079)

收稿日期：2014-05-14

中圖分類號(hào)：Q178.53

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：2095-1388(2015)02-0207-04

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-1388.2015.02.018