臺山核電鄰近海域春秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

粟 麗, 黃梓榮, 徐珊楠, 陳作志

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臺山核電鄰近海域春秋季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

粟 麗, 黃梓榮, 徐珊楠, 陳作志

(中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所, 農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室, 廣東廣州 510300)

根據(jù)2013年4月(春季)和9月(秋季)2個航次調(diào)查數(shù)據(jù), 對臺山核電鄰近海域浮游植物種類組成、時空分布及多樣性指數(shù)等群落特征進行了分析。共鑒定浮游植物3門61種, 其中硅藻類48種, 占78.69%; 甲藻類11種, 占18.03%; 金藻類2種, 占3.28%。種類組成以暖水種和廣溫種為主。浮游植物豐度均值春季(11.78×107個/m3)與秋季(29.37×107個/m3)無明顯差異; 然而豐度水平變化較大, 整體表現(xiàn)為春秋兩季核電站溫排水口附近站位均低于遠離站位。春秋兩季浮游植物優(yōu)勢種共出現(xiàn)了7種, 春季僅出現(xiàn)了中肋骨條藻1種, 優(yōu)勢度高達0.996; 秋季出現(xiàn)了7種, 包括中肋骨條藻(0.291)、柔弱擬菱形藻(0.222)、擬彎角毛藻(0.214)和并基角毛藻(0.056)等。海域春季Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)和Margalef物種豐富度指數(shù)均值分別為0.55、0.18和0.50; 秋季分別為2.80、0.62和0.80。多樣性指數(shù)顯示臺山核電附近海域水質(zhì)狀態(tài)受到了一定程度的污染。

浮游植物; 群落結(jié)構(gòu); 生物多樣性; 核電廠; 臺山

臺山核電廠位于珠江八大尾閭之一的崖門和虎跳門出口黃茅海西側(cè)出?？? 地理位置為112°59′E, 21°54′N。核電廠對海域生態(tài)系統(tǒng)的影響主要有兩個方面, 一是通過冷卻水加氯和冷卻裝置的卷載效應影響, 二是通過溫排水排放海域溫升對周圍水生生物的熱沖擊影響。近年來電廠溫排水對環(huán)境的影響廣受關注[1-4]。有研究發(fā)現(xiàn)核電站溫排水對海域整體生態(tài)功能產(chǎn)生一定的影響[5]。朱鵬利[6]發(fā)現(xiàn)核電鄰近海域2℃溫升包絡面積范圍內(nèi), 浮游動物的種類和數(shù)量減少, 群落的物種多樣性降低。

海洋浮游植物是海洋最重要的初級生產(chǎn)者, 其群落特征直接或間接地制約著海洋生產(chǎn)力的發(fā)展, 對海洋生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動起著關鍵的作用。不同的浮游植物群落結(jié)構(gòu)決定了其在生態(tài)系統(tǒng)中的功能差異。浮游植物群落在環(huán)境改變時可以靈敏且迅速地反映環(huán)境的變化[7], 各種環(huán)境因子的變化會引起浮游植物種類組成和生物量的變化, 同時, 浮游植物群落的改變也會直接或間接地對海洋環(huán)境造成影響[8]。目前關于中國近岸海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)已有大量研究[9-12], 核電站鄰近海域浮游植物群落的研究也有一些報道[13-14], 但臺山核電站鄰近海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征的研究尚未見報道。本文對該海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)進行了調(diào)查研究, 一方面了解該海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)和水質(zhì)狀態(tài), 另一方面為核電站等重大工程建設項目對海域環(huán)境影響的評價及生態(tài)環(huán)境保護措施的制訂提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 采樣時間與站位

兩個航次分別于2013年4月(春季)和9(秋季)使用漁船進行浮游植物樣品采集, 浮游植物調(diào)查共設置8個站位, 其編號為S1~S8, 其中S1~S4為排水口附近站位, S5~S6為進水口附近站位S7~S8為遠離排水口和進水口站位(圖1), 調(diào)查海域水深為3~11 m。

1.2 樣品的采集與分析

浮游植物樣品采集與定量參照《海洋調(diào)查規(guī)范海洋生物調(diào)查》[15]進行。樣品用25號浮游生物網(wǎng)采集, 自海底(離底部0.5 m)向海面垂直拖曳, 用魯哥氏液現(xiàn)場固定, 經(jīng)48 h沉淀濃縮, 用0.1 mL浮游植物計數(shù)框在光學顯微鏡下進行計數(shù)和鑒定。

1.3 分析方法與計算公式

運用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、Margalef物種豐富度指數(shù)及浮游植物優(yōu)勢度對浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征和水質(zhì)狀態(tài)進行初步評價。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(′)計算公式為

式中,P為第種的個體數(shù)與總個體數(shù)的比值;為浮游植物種類數(shù)。′值越大, 水質(zhì)越清潔(0為嚴重污染; 0~1為重污染; 1~2為中污染; 2~3為輕污染; 大于3為清潔)[16]。

Pielou均勻度指數(shù)(′)計算公式為

′=′/log2(2)

式中,′為Shannon-Wiener多樣性指數(shù);為浮游植物種類數(shù)?！渲翟酱? 水質(zhì)越清潔(0~0.3為重污染; 0.3~0.5為中污染; 0.5~0.8為輕污染或無污染)[17]。

Margalef物種豐富度指數(shù)()計算公式為

=(–1)/log2(3)

式中,為浮游植物種類數(shù);為個體數(shù)。值越大, 水質(zhì)越清潔(0~1為重度污染; 1~2為嚴重污染; 2~4為中度污染; 4~6為輕度污染; 大于6為清潔)[18]。

種類優(yōu)勢度指數(shù)()計算公式為

=(N/)f(4)

式中,N為第種的個體數(shù);為每個鐘的總個體數(shù);f為第種在各站位中出現(xiàn)的頻度,>0.02為優(yōu)勢種[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物種類組成

兩個航次共鑒定浮游植物3門61種(含變種、變型及個別未定種的屬), 春季出現(xiàn)37種, 秋季38種, 其中硅藻類48種, 占種類組成的78.69%; 甲藻類11種, 占種類組成的18.03%; 金藻類2種, 占3.28%。種類組成以暖水種和廣溫種為主。該海域浮游植物以硅藻類為主導。

春季調(diào)查站位浮游植物平均種豐富度為13種, 各個站位之間相差較大, 最高為S5站位, 出現(xiàn)了23種, 最低為S6站位, 僅6種。秋季平均種種豐富度為23種, 各站位種類數(shù)相差不大, 最高為S7站位(25種), 最低為S1站位(20種)。

2.2 浮游植物細胞豐度時空變化

2.2.1 季節(jié)變化

兩個季節(jié)浮游植物細胞豐度變化較大,見圖3。春季浮游植物細胞豐度為0.005×107~37.602×107個/m3,平均為11.178×107個/m3。秋季浮游植物細胞豐度為6.185×107~99.907×107個/m3, 平均為29.374×107個/m3。秋季細胞豐度平均是春季的2.6倍。

2.2.2 水平分布

從圖3可以看出兩個季節(jié)浮游植物豐度的水平分布存在差異。春季浮游植物細胞豐度整體表現(xiàn)出S4和S5兩個站位最高, 其次為S6、S7和S8三個站位, 最低為S1、S2和S3三個站位。各站位中細胞豐度最高的為S4(37.602×107個/m3), 最低為S1(0.005× 107個/m3), 最高站位是最低站位的6861.7倍, 站位之間細胞豐度差異較大。秋季則表現(xiàn)出S5、S6、S7和S8四個站位高于S1、S2、S3和S4四個站位。各站位中S5(99.907×107個/m3)最高, S1(6.185×107個/m3)最低, 最高站位為最低站位的16.2倍。8個站位中除了S4站位表現(xiàn)出春季高于秋季外, 其他各站位均表現(xiàn)出秋季高于春季。

2.3 浮游植物優(yōu)勢種的組成及季節(jié)變化

2.3.1 優(yōu)勢種組成及季節(jié)變化

以優(yōu)勢度大于0.02為判斷標準, 本次調(diào)查海域浮游植物優(yōu)勢種出現(xiàn)了7種(表1), 兩個季節(jié)優(yōu)勢種差異較大, 有明顯的季節(jié)更替。其中春季僅出現(xiàn)了1種優(yōu)勢種中肋骨條藻(), 優(yōu)勢度極高, 高達0.996。秋季優(yōu)勢種相對較多出現(xiàn)了7種, 包括中肋骨條藻、柔弱擬菱形藻()擬彎角毛藻()和并基角毛藻()等, 優(yōu)勢度最高為0.291。兩個季節(jié)整體表現(xiàn)出秋季優(yōu)勢種多于春季, 而優(yōu)勢度低于春季的現(xiàn)象。

表1 臺山海域浮游植物優(yōu)勢種組成

2.3.2 優(yōu)勢種中肋骨條藻豐度變化

中肋骨條藻是一種近岸海域分布極廣的浮游硅藻。調(diào)查期間中肋骨條藻的豐度為1.26×104~ 44.33×107個/m3, 平均9.84×107個/m3。春季為1.26×104~37.58×107個/m3, 平均為11.14×107個/m3; 秋季為0.6×107~44.33×107個/m3, 平均為8.54×107個/m3。其中春季各站位中肋骨條藻豐度相差較大, 大于5×106個/m3的站位有S4、S5、S6、S7和S8,根據(jù)安達六郎[20]提出的赤潮判斷標準(>5×106個/m3),該5個站位已達到了中肋骨條藻赤潮標準; 秋季各站位豐度相差較小, 8個站位均大于5×106個/m3, 表明秋季中肋骨條藻赤潮比春季嚴重。

2.4 浮游植物物種多樣性的時空變化

2.4.1 季節(jié)變化

臺山海域兩個季節(jié)多樣性指數(shù)相差較大, 其中春季為0.007~2.70, 均值為0.55; 秋季波動范圍為2.57~3.08, 均值為2.80, 秋季多樣指數(shù)高于春季, 平均為春季的5倍。均勻度指數(shù)值春季為0.002~0.89, 均值為0.18; 秋季為0.58~0.68, 均值為0.62, 秋季均勻度指數(shù)高于春季。物種豐富度指數(shù)為0.27~0.87, 秋季高于春季。

2.4.2 水平變化

春秋兩季臺山海域各站位浮游植物多樣性指數(shù)波動范圍為0.007~3.08, 春季最高站位為S1(2.70), 最低為S4(0.007), 秋季則最高站位為S4(3.08), 最低為S5(2.57)。各站位均勻度指數(shù)為0.002~0.89, 變化趨勢與多樣性指數(shù)相似。物種豐富度指數(shù)春季最高值為S5, 最低為S3; 秋季最高值為S3, 最低為S5。3個指數(shù)均表現(xiàn)出春季最低值站位秋季則轉(zhuǎn)變?yōu)樽罡咧嫡疚弧?/p>

表2 臺山海域浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)

3 討論

3.1 臺山核電鄰近海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

臺山核電鄰近海域地處亞熱帶, 海洋性氣候較為明顯, 全年氣候溫和, 適宜沿岸暖水性與廣溫性種類的生長。本次調(diào)查海域鑒定出的浮游植物種類78.69%為硅藻, 其平均豐度百分比高達99.97%。表明該海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)以硅藻類為主導, 甲藻和金藻類僅零星出現(xiàn)。硅藻類中又以中肋骨條藻、柔弱擬菱形藻、擬彎角毛藻并基角毛藻、細弱角毛藻、旋鏈角毛藻和擬須狀角毛藻等占優(yōu)勢, 這些種類不僅細胞數(shù)量豐富, 出現(xiàn)頻率也很高。群落結(jié)構(gòu)總體表現(xiàn)出優(yōu)勢種單一, 優(yōu)勢度高的特點, 特別是春季優(yōu)勢種僅中肋骨條藻一種, 優(yōu)勢度極高, 群落結(jié)構(gòu)極不穩(wěn)定。與鄰近海域(高欄港西側(cè)海域)相比, 兩個鄰近海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)有著不同的特征, 高欄西側(cè)海域浮游植物豐度為229.61×104個/m3, 豐度以甲藻占優(yōu)勢, 占總豐度的59.21%, 其次才為硅藻, 占38.82%, 春季以中肋骨條藻(0.37)為第一優(yōu)勢種, 秋季則以夜光藻(0.45)為優(yōu)勢種[21]。與其他海域比較, 臺山核電海域與深圳海域[22]、珠江口海域[23]均以硅藻類為主導, 但優(yōu)勢種及優(yōu)勢度各不相同, 優(yōu)勢種特征有著明顯的地域差異性。

3.2 浮游植物物種多樣性分析

浮游植物的多樣性與海域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有著密切的關系。孫軍[24]等研究發(fā)現(xiàn)Shannon-Weaver多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)對浮游植物多樣性分析和均勻度測度有較好的解釋。整體來說, 本次調(diào)查臺山海域多樣指數(shù)(1.67)和均勻度(0.40)水平均屬較低水平, 根據(jù)物種多樣性指數(shù)水質(zhì)狀態(tài)評價標準得出, 臺山海域水質(zhì)狀態(tài)屬于中度污染狀態(tài)。兩個季節(jié)之間有較大差異, 春季屬于重度污染, 秋季則屬于輕度污染。該海域多樣性指數(shù)秋季是春季的5倍, 表明浮游植物群落結(jié)構(gòu)秋季比春季穩(wěn)定, 分布也較春季均勻。這可能是因為春季廣溫種類中肋骨條藻大量繁殖, 而其他藻類生長繁殖較緩慢, 豐度遠遠少于中肋骨條藻, 從而導致春季物種多樣性低; 秋季可能由于環(huán)境因子的改變, 其他暖水性藻類生長加快, 從而降低了中肋骨條藻優(yōu)勢度, 提高了物種多樣性。與鄰近海域相比, 本海域多樣性和均勻度均分別低于高欄西側(cè)海域(2.94, 0.64)[21]。與其他核電站鄰近海域相比, 本海域較陽江核電鄰近海域浮游植物多樣性低[25]。

3.3 核電站對鄰近海域浮游植物的影響

由于核電廠的熱效率很低, 廠址多建于濱海, 常采用冷卻溫水直接排入海域的一次循環(huán)冷卻方式。然而, 冷卻溫水直接排入海域往往會對環(huán)境產(chǎn)生一定的影響, 成為熱電廠主要的水污染問題[26]。本次調(diào)查, 比較了電廠進水口和排水口及周邊鄰近站位之間浮游植物細胞豐度的差異, 發(fā)現(xiàn)春秋兩季排水口附近站位水體中細胞豐度均值均低于其他遠離站位; 這與Poornima等[27]的研究結(jié)果一致。出現(xiàn)這種現(xiàn)象可能是因為海水經(jīng)過冷卻裝置時浮游植物細胞在機械卷載、高溫高壓和余氯的作用下受到破壞, 部分浮游植物細胞可能損傷或死亡, 從而導致該排水口附近浮游植物豐度較入水口低。Poornima等[27]發(fā)現(xiàn)化學作用和熱沖擊均能減少浮游植物的生物量, 其中加氯為浮游植物減少的主要因子。江志兵[28]等的研究同樣發(fā)現(xiàn)熱沖擊和加氯均顯著影響浮游植物細胞數(shù)量的恢復, 熱沖擊還能增強余氯對浮游植物的毒性, 同時自然水溫越高、升溫幅度越大, 浮游植物細胞數(shù)量恢復則越慢。也有研究與筆者調(diào)查結(jié)果不一致的, 唐森銘等[14]對大亞灣核電廠海域浮游植物的調(diào)查結(jié)果發(fā)現(xiàn)排水口水體中的細胞豐度均值總是高于進水口。這可能是由于兩個海域其水文條件、開闊程度及營養(yǎng)狀況等有所不同, 從而產(chǎn)生不同結(jié)果。溫排水還可能對鄰近海域浮游植物的多樣性產(chǎn)生一定的影響。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)浮游植物多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)排水口附近站位均值分別為(1.84, 0.45)稍高于遠離站位(1.50, 0.35)。這與唐森銘[14]等的研究結(jié)果相似。核電站的溫排水還可能對浮游植物的種類組成產(chǎn)生影響。劉勝[13]等對大亞灣核電站對海灣浮游植物群落影響的研究中發(fā)現(xiàn)核電站運行后, 浮游植物種類逐漸減少, 甲藻與暖水性種類的數(shù)量有增多的趨勢, 群落組成有小型化趨向; Rajadurai等[29]實驗也發(fā)現(xiàn)不同藻類對熱沖擊的反應不同, 其中雙眉藻()在實驗溫度范圍內(nèi)均成為優(yōu)勢。

4 結(jié)語

本次調(diào)查海域浮游植物以沿岸暖水性與廣溫性種類為主。春秋兩季種類組成表現(xiàn)出優(yōu)勢種單一優(yōu)勢度高的特點; 春季以中肋骨條藻為絕對優(yōu)勢種, 優(yōu)勢特征十分突出; 秋季以中肋骨條藻為第一優(yōu)勢種, 優(yōu)勢特征也較明顯; 兩季中肋骨條藻細胞豐度有過半站位高于5×106個/m3, 達到了中肋骨條藻赤潮標準。浮游植物多樣性和均勻度均屬較低水平。

總體來說, 本海域浮游植物多樣性屬較低水平, 表明本海域生態(tài)系統(tǒng)脆弱, 生態(tài)環(huán)境較差, 應注重加強生態(tài)環(huán)境保護。核電的溫排水、加氯等操作不可避免的會對鄰近海域生態(tài)環(huán)境造成影響。為提高鄰近海域環(huán)境質(zhì)量, 要嚴格規(guī)范核電站的各項操作, 盡量減小對海域生態(tài)環(huán)境的影響。同時, 還應加強該海域的長期監(jiān)測, 防止赤潮大規(guī)模暴發(fā)。

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(本文編輯: 梁德海)

Characteristics of the phytoplankton community in spring and autumn in the sea area around the Taishan Nuclear Power Plant, China

SU Li, HUANG Zi-rong, XU Shan-nan, CHEN Zuo-zhi

(South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences; Key Laboratory of south China Sea Fishery Resources Exploitation & Utilization, Ministry of Agriculture, P.R. China, Guangzhou 510300, China)

On the basis of the data from two phytoplankton surveys conducted in April 2013 and September 2013 in the Taishan Sea, the species composition, spatial and temporal distribution, and diversity of phytoplankton were analyzed. A total of 61 phytoplankton species were identified belonging to three phyla. Forty-eight species of Bacillariophyta, 11 species of Pyrrophyta, and 2 species of Chrysophyta accounted for 78.69%, 18.03%, and 3.28% of the total species, respectively. The abundance of phytoplankton was not significantly different between spring and autumn. The abundance of phytoplankton differed between stations within the two seasons, indicating that phytoplankton abundance in the neighboring draining water stations was less than in distant stations. In this area, 7 kinds of dominant species appeared in total and only 1 species appeared in spring, with a predominance of 0.996. However, 7 dominant species appeared in autumn, including,,and. The Shannon–Wiener diversity index, Pielou evenness indexand Margalef richness indexwere 0.55, 0.18, and 0.50, respectively, in spring and were 2.80, 0.62, and 0.80, respectively, in autumn. All indexes demonstrated that the water adjacent to the Taishan Nuclear Power Plant is contaminated.

phytoplankton; community structure; biodiversity; nuclear power plant; Taishan

Jun.26, 2015

Q948.885

A

1000-3096(2016)09-0061-08

10.11759/hykx20150626001

2015-06-26;

2016-04-01

農(nóng)業(yè)部財政專項(20141005); 公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(201403008)

粟麗(1985-), 女, 助理研究員, 碩士, 研究方向: 海洋浮游植物生態(tài)研究, E-mail: suli@scsfri.ac.cn; 陳作志, 通信作者, 男, 副研究員, 研究方向: 海洋漁業(yè)資源管理和資源生態(tài)研究, E-mail: zzchen2000@163.com

[Foundation: Agriculture Department Special Financial Projiect, No.20141005; Public Walfare Industry (Agriculture) Research Project , No.201403008]