嶗山近岸浮游植物群落結(jié)構(gòu)季節(jié)變化及其環(huán)境影響因素*

柴 然 馮 娟 陳碧鵑 夏 斌 孫雪梅 王曉曉 陳聚法 崔正國(guó) 曲克明

嶗山近岸浮游植物群落結(jié)構(gòu)季節(jié)變化及其環(huán)境影響因素*

柴 然1,2馮 娟1陳碧鵑2,3夏 斌2,3孫雪梅2,3①王曉曉4陳聚法2崔正國(guó)2曲克明2

(1. 青島大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 青島 266071；2. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266071；3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266071；4. 青島市嶗山區(qū)自然資源局 青島 266106)

為了解山東省青島市嶗山近岸海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系，于2016~2017年的春、夏、秋3個(gè)季節(jié)在該海域設(shè)置15個(gè)監(jiān)測(cè)站位進(jìn)行調(diào)查，并同步監(jiān)測(cè)海區(qū)環(huán)境因子。結(jié)果顯示，共檢出浮游植物2門(mén)31屬69種。其中，硅藻門(mén)(Bacillariophyta)為絕對(duì)優(yōu)勢(shì)門(mén)類(lèi)，共25屬60種，甲藻門(mén)(Pyrrophyta)有6屬9種。調(diào)查海區(qū)浮游植物細(xì)胞豐度變化范圍為(732.10~ 1142.19)×104cell/m3，平均為937.15×104cell/m3。浮游植物細(xì)胞豐度季節(jié)變化明顯，2016年最高峰出現(xiàn)在秋季；2017年最高峰出現(xiàn)在夏季；空間分布上，春、夏2個(gè)季節(jié)呈現(xiàn)由北向南遞減的趨勢(shì)。浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù)分析結(jié)果顯示，調(diào)查海域浮游植物的多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均較好，表明該海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。聚類(lèi)分析結(jié)果顯示，春季浮游植物細(xì)胞豐度季節(jié)變化不大，2016和2017年相似性高達(dá)70%左右，但夏、秋季的浮游植物細(xì)胞豐度季節(jié)變化較大，相似性?xún)H為40%左右，這主要與環(huán)境因子變化有關(guān)。浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子相關(guān)性分析表明，浮游植物細(xì)胞豐度平均值與化學(xué)需氧量(COD)的相關(guān)系數(shù)最高，最高值為0.536，其次與之相關(guān)的雙因子組為pH與COD、COD與無(wú)機(jī)氮(DIN)、溶解氧(DO)與COD。因此，嶗山近岸海區(qū)浮游植物細(xì)胞豐度的關(guān)鍵限制因子為COD、pH、DIN和DO。

浮游植物；嶗山近岸；群落結(jié)構(gòu)；環(huán)境因子

在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，浮游植物是一種含有色素或色素體的自養(yǎng)單細(xì)胞微生物，其特點(diǎn)是生命力強(qiáng)、繁殖周期短、對(duì)環(huán)境變化反應(yīng)敏感，其作為食物鏈中的初級(jí)生產(chǎn)者，承擔(dān)著海洋生態(tài)系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)化與流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。海洋環(huán)境的變化可以影響浮游植物群落的種類(lèi)組成、結(jié)構(gòu)和細(xì)胞豐度等(王文海等, 2011)。因此，浮游植物可作為環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)估中的指示生物，其群落結(jié)構(gòu)特征是評(píng)價(jià)海域營(yíng)養(yǎng)水平、污染狀況、資源現(xiàn)狀以及生產(chǎn)潛力和海洋生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。

嶗山近岸為山東青島嶗山區(qū)周邊開(kāi)放海域，北接即墨區(qū)近岸海域，西接青島市區(qū)近海，王哥莊灣、仰口灣分布于其北部海域，南部分布有太清宮灣、流清河灣、沙子口灣以及多條河流入?？?。海灣總面積約為188 km2，最大水深為14 m，生物資源豐富，灣內(nèi)與外海水體交換情況良好，為山東省魁蚶()等貝類(lèi)資源放流的重點(diǎn)海域(張波等, 2015)。近岸海域是海陸之間相互作用最強(qiáng)烈的區(qū)域之一，是許多海洋生物重要的索餌場(chǎng)和洄游通道，物質(zhì)循環(huán)和能量傳遞較為活躍(宋秀凱等, 2016)。近年來(lái)，人類(lèi)對(duì)近岸海域的開(kāi)發(fā)利用不斷深入，使得水質(zhì)污染日趨嚴(yán)重，生物多樣性日益降低(喬芮等, 2015)。在近海環(huán)境不斷惡化的脅迫下，浮游植物群落結(jié)構(gòu)常處于不穩(wěn)定狀態(tài)(郭術(shù)津等, 2014)，因此，需要針對(duì)近岸海域生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)展深入研究。

近年來(lái)，山東半島近海海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)方面的研究多集中在萊州灣和膠州灣(陳碧鵑等, 2001)。研究表明，萊州灣浮游植物數(shù)量變動(dòng)與溫度呈顯著的正相關(guān)，與鹽度呈顯著的負(fù)相關(guān)，但與單一營(yíng)養(yǎng)鹽之間的相關(guān)關(guān)系并不顯著(寧璇璇等, 2011; 于瀟等, 2018)。膠州灣浮游植物生物量(細(xì)胞豐度、葉綠素質(zhì)量濃度)在不同月份的變化與海水溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)鹽濃度呈顯著正相關(guān)(王妍等, 2014)。為客觀反映近岸海域生態(tài)環(huán)境變化對(duì)浮游植物群落演變的影響，本研究對(duì)2016~2017年春、夏和秋3個(gè)季節(jié)嶗山近岸浮游植物的群落結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析，并探討其與關(guān)鍵環(huán)境因子的相關(guān)性，以期為研究人類(lèi)活動(dòng)對(duì)近岸海域生態(tài)系統(tǒng)演化的影響提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)，為嶗山近岸海域開(kāi)展貝類(lèi)資源增殖放流和漁業(yè)資源保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 監(jiān)測(cè)區(qū)域

本次調(diào)查的采樣時(shí)間為2016年春季(5月)、夏季(8月)、秋季(11月)和2017年的春季(5月)、夏季(9月)、秋季(11月)，采樣地點(diǎn)為山東青島市嶗山灣的沿岸近海海域(120.507°~120.707°E, 36.083°~36.142°N)，共布設(shè)15個(gè)監(jiān)測(cè)站位(圖1)。

圖1 2016~2017年嶗山近岸浮游植物采樣站位

1.2 樣品采集

浮游植物的采集參照《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T12763.6-2007)的方法。具體操作方法：在每個(gè)站位，通過(guò)淺水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)在采樣點(diǎn)進(jìn)行垂直拖網(wǎng)采樣，所采集生物樣品采用含量為5%的甲醛溶液進(jìn)行固定，用顯微鏡對(duì)浮游植物進(jìn)行分類(lèi)鑒定與數(shù)量統(tǒng)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)采樣時(shí)，使用多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀(YSI 556型，美國(guó))同步測(cè)定海水表層溫度()、表層鹽度()、化學(xué)需氧量(COD)、溶解氧(DO)、pH等指標(biāo)，同步采集水樣，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定無(wú)機(jī)氮(DIN)、活性磷酸鹽(DIP)和葉綠素(Chl-)等。海水樣品的采集、儲(chǔ)存和環(huán)境參數(shù)測(cè)定嚴(yán)格按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB/T17378-2007)中的方法進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 優(yōu)勢(shì)種的確定 采用種類(lèi)優(yōu)勢(shì)度()公式：

1.3.2 群落結(jié)構(gòu)特征指數(shù)的計(jì)算 Margalef豐富度指數(shù)公式：

Pielou均勻度指數(shù)()公式：

1.4 群落結(jié)構(gòu)分析

本研究通過(guò)生物統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件PRIMER 7.0，對(duì)2016~2017年嶗山近岸浮游植物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，以浮游植物種類(lèi)、細(xì)胞豐度及監(jiān)測(cè)站位組成原始數(shù)據(jù)矩陣，所監(jiān)測(cè)的站點(diǎn)為矩陣的樣本，各站點(diǎn)浮游植物種類(lèi)和豐度為矩陣的變量，將2016~2017年嶗山近岸浮游植物原始豐度數(shù)據(jù)進(jìn)行平方根轉(zhuǎn)化，以Bray-Curtis相似性系數(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建嶗山近岸各站站位的等級(jí)相似矩陣。同時(shí)，采用BIOENV分析2016~ 2017年嶗山近岸浮游植物群落的細(xì)胞豐度與環(huán)境因子之間的相關(guān)性(周紅等, 2003)。嶗山近岸海域浮游植物豐度平面分布圖采用Surfer 8.0軟件繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游植物種類(lèi)組成

2016~2017年，嶗山近岸調(diào)查海域共檢出浮游植物2門(mén)31屬69種。其中，硅藻門(mén)(Bacillariophyta)共有25屬60種，占浮游植物的86.95%；以圓篩藻屬()的種類(lèi)數(shù)最多，達(dá)11種；其次是角毛藻屬()，達(dá)9種。甲藻門(mén)(Pyrrophyta)有6屬9種，占浮游植物的13.04%；其中，角藻屬()有2種。由此可見(jiàn)，2016~2017年嶗山近岸海域浮游植物群落構(gòu)成以硅藻門(mén)和甲藻門(mén)為主，硅藻門(mén)在物種數(shù)量和細(xì)胞豐度上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。浮游植物的生態(tài)類(lèi)型主要是廣溫、廣鹽的廣布性種類(lèi)，如中肋骨條藻()、丹麥細(xì)柱藻()、柔弱角毛藻()、尖刺偽菱形藻()、扁面角毛藻()、星臍圓篩藻()等；近岸廣溫性種類(lèi)，如派格棍形藻()、旋鏈角毛藻()、勞氏角毛藻()和冰河擬星桿藻()等；溫帶沿岸性種類(lèi)，如柔弱偽菱形藻()、丹麥細(xì)柱藻()、泰晤士旋鞘藻()、柔弱幾內(nèi)亞藻()和旋鏈角毛藻()等；外洋性種類(lèi)，如虹彩圓篩藻()、偏心圓篩藻()等；浮游性種類(lèi)，如中華齒狀藻()和翼根管藻印度變形(f.)等；暖水性種類(lèi)，如薄壁幾內(nèi)亞藻()等。

表1為2016~2017年嶗山近岸海域浮游植物群落優(yōu)勢(shì)種組成具有明顯的季節(jié)演替現(xiàn)象。春季主要優(yōu)勢(shì)種為虹彩圓篩藻(0.048~0.174)、梭角角藻(,=0.029~0.089)、星臍圓篩藻(=0.081~0.149)等。圓篩藻屬在各站位出現(xiàn)頻率為100%，且豐度較高。角毛藻屬以北溫帶廣布性種為主，如柔弱角毛藻等。夏季主要優(yōu)勢(shì)種有虹彩圓篩藻(=0.024~0.131)、勞氏角毛藻(=0.039~0.117)、柔弱偽菱形藻(= 0.02~0.133)、星臍圓篩藻(=0.02~0.102)、中肋骨條藻(=0.02~0.099)等。夏季出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)種以廣布性類(lèi)群與近岸廣溫性類(lèi)群為主。秋季主要優(yōu)勢(shì)種有虹彩圓篩藻(=0.147~0.241)、卡氏角毛藻(,=0.036~0.053)、星臍圓篩藻(=0.137~ 0.221)、翼根管藻印度變形(=0.032~0.203)等。浮游性類(lèi)群在秋季浮游植物群落中占有一定的地位，但優(yōu)勢(shì)種類(lèi)出現(xiàn)不多。溫帶沿岸性物種數(shù)量有一定程度的升高，但優(yōu)勢(shì)地位卻有所下降，對(duì)秋季嶗山近岸海域浮游植物群落構(gòu)成的貢獻(xiàn)有一定程度的下降。與夏季相比，近岸廣溫性類(lèi)群中的一些物種如勞氏角毛藻依然作為優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)。

表1 2016~2017年調(diào)查海域浮游植物優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度

Tab.1 Dominant species and predominance of phytoplankton in the survey area in 2016 and 2017

2.2 浮游植物豐度的時(shí)空分布

2.2.1 平面分布 從圖2可以看出，調(diào)查期間，同一季度不同年份中，嶗山近岸浮游植物豐度的平面分布均有不同。2016、2017年春季，浮游植物豐度的平面分布均呈現(xiàn)從北部向南部逐漸減少的趨勢(shì)。高值區(qū)出現(xiàn)在王哥莊灣一帶，其數(shù)值范圍為(44.19~ 70.16)×104cell/m3。2017年5月，南部沿岸浮游植物細(xì)胞豐度整體大于2016年同期。夏季浮游植物豐度均遠(yuǎn)高于5月，在兩年夏季中，最大峰值出現(xiàn)的海域不同。2016年夏季，浮游植物東部近岸數(shù)量較大且分布較為均勻，南岸除在南窯河及石老人附近海域豐度較高外，其余整體豐度較低。2017年夏季，浮游植物豐度分布仍呈現(xiàn)由北向南遞減的趨勢(shì)，但東部近岸水域豐度整體低于上年同期，南部浮游植物的數(shù)量分布相對(duì)較均勻，高值區(qū)出現(xiàn)在王哥莊、太清宮口水域。在2016和2017年秋季，浮游植物的分布格局與春、夏季有明顯的差異，南部近岸整體浮游植物豐度明顯增高，與北部、東部近岸持平，高值區(qū)在南窯河與石老人海水浴場(chǎng)一帶。綜上所述，嶗山近岸浮游植物豐度平面分布較密集的海區(qū)主要出現(xiàn)在王哥莊灣、南窯河與石老人海水浴場(chǎng)一帶，春、夏季浮游植物豐度分布特征為北部沿岸大于南部沿岸；秋季南、北部沿岸分布較均勻。

2.2.2 季節(jié)變化 浮游植物細(xì)胞豐度季節(jié)變化明顯，2016年秋季>夏季>春季，而2017年夏季>春季>秋季。據(jù)中國(guó)海灣志記載(中國(guó)海灣志編纂委員會(huì), 1993)，嶗山灣浮游植物群落上、下半年分別出現(xiàn)1個(gè)數(shù)量高峰，宋秀凱等(2016)的調(diào)查結(jié)果與這一變化趨勢(shì)相一致。由于本次只調(diào)查了3個(gè)季節(jié)，無(wú)法體現(xiàn)出雙峰變化，但仍然可以看出，上半年有1個(gè)高峰期，且夏季浮游植物豐度大于春季。

圖2 嶗山近岸浮游植物豐度平面分布(×103 cell/m3)

從圖3a可以看出，調(diào)查海域春季的細(xì)胞豐度平均值為496×104cell/m3，略高于同處于黃海北部的膠州灣(175×104cell/m3) (王妍等, 2014)。此時(shí)，甲藻數(shù)量占比達(dá)最高，與渤海灣(周然等, 2013)、膠州灣(孫曉霞等, 2011)春季的甲藻數(shù)量增多的結(jié)論相一致。夏季細(xì)胞豐度平均值為937×104cell/m3，略高于2012年的調(diào)查結(jié)果[(200~500)×104cell/m3](孫雪梅等, 2013)。該季節(jié)的浮游植物以硅藻為主，豐度占總量的95.6%~97.0%，甲藻占總量的3.0%~4.4%(圖3b)。在采集到的浮游植物的總物種數(shù)中，仍以硅藻為主，約占總物種數(shù)的97.0%~98.8%，甲藻占總物種數(shù)的1.2%~3.0%。在該季度監(jiān)測(cè)期間，浮游植物結(jié)構(gòu)變化相對(duì)穩(wěn)定。秋季細(xì)胞豐度平均值為621×104cell/m3，大于宋秀凱等(2016)的2012~2014年對(duì)嶗山近岸浮游植物細(xì)胞豐度調(diào)查值(26.6×104cell/m3)，說(shuō)明近幾年浮游植物數(shù)量略有提升，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于膠州灣(2900×104cell/m3)(孫曉霞等, 2011)與萊州灣(6623.22×104cell/m3)(寧璇璇等, 2011)浮游植物細(xì)胞豐度值。

2.3 豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)的季節(jié)變化

Shannon-Winner多樣性指數(shù)用于判斷群落結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度(趙其彪等, 2015)，均勻度指數(shù)用于判斷群落是否成熟穩(wěn)定(楊曉改等, 2014)。多樣性指數(shù)>1、均勻度指數(shù)>0.3，則認(rèn)為該群落多樣性較好(李廣樓等, 2006)。2016~2017年浮游植物群落結(jié)構(gòu)參數(shù)變化情況見(jiàn)圖4。從圖4可以看出，各季節(jié)的多樣性指數(shù)平均值為1.15~2.50，年平均值為2.16，各月均大于1。各季節(jié)均勻度指數(shù)的平均值為0.68~0.90，年平均值為0.82，各月均大于0.3。可以認(rèn)為，2016~2017年嶗山近岸浮游植物群落結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，組成物種數(shù)較多，生物多樣性較好，物種類(lèi)生物量分布比較均勻。從全年來(lái)看，多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)呈現(xiàn)較為明顯的季節(jié)變化。2016年春季多樣性指數(shù)為2.46，夏季略微升高，達(dá)到2.50，最低值出現(xiàn)在秋季，為2.24。而2017年春季多樣性指數(shù)為2.34，夏季較春季有所下降，為2.26，在秋季降至最低，為1.15。兩年中均在秋季呈驟降趨勢(shì)。從圖4可以看出，均勻度指數(shù)的季節(jié)變化趨勢(shì)與多樣性指數(shù)相同，最低值都出現(xiàn)在秋季，但季節(jié)間的差異不顯著。

圖3 2016~2017年嶗山近岸浮游植物細(xì)胞豐度變化(a)與各類(lèi)群數(shù)量百分比(b)

圖4 2016~2017年嶗山近岸豐富度指數(shù)、多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)季節(jié)變化

從圖4可以看出，豐富度指數(shù)呈較明顯的變化趨勢(shì)，反映出不同季節(jié)浮游植物種類(lèi)數(shù)量差異較大。2016年為秋季>夏季>春季，而2017年豐富度指數(shù)整體下降，最高值出現(xiàn)在夏季，秋季最低。綜合對(duì)比圖3a與圖4可以看出，浮游植物細(xì)胞豐度與多樣性指數(shù)的變化趨勢(shì)一致。即在2016年3個(gè)季節(jié)都穩(wěn)步上升，浮游植物細(xì)胞豐度峰值出現(xiàn)在11月，同時(shí)，本月的豐富度指數(shù)也是全年最高值，這與硅藻的大量繁殖有關(guān)。春季豐富度指數(shù)與多樣性指數(shù)變化趨勢(shì)不同，這通常與單一藻類(lèi)優(yōu)勢(shì)過(guò)高有關(guān)。2017年9月，浮游植物細(xì)胞豐度、多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均處于高峰期，即物種種類(lèi)多、各物種多樣性好、分布均勻，這可能是因?yàn)橄募臼歉∮沃参锓N類(lèi)交替的季節(jié)，從而使浮游植物呈現(xiàn)細(xì)胞豐度高且多樣性較好的特點(diǎn)。

2.4 浮游植物群落結(jié)構(gòu)季節(jié)變化聚類(lèi)分析

不同季節(jié)浮游植物群落的聚類(lèi)分析結(jié)果見(jiàn)圖5。從圖5可以看出，浮游植物群落相似性在40%水平，主要分為2個(gè)組群。第1組群為2017年的9、11月，其余月份為第2組群，在第2組群中，2016年5月與2017年5月相似度高達(dá)70%。第1組群2017年9、11月的特征種為虹彩圓篩藻和勞氏角毛藻，該組群種類(lèi)組成以近岸廣溫性種為主，外洋性種類(lèi)的細(xì)胞數(shù)量在這一組群中占有一定優(yōu)勢(shì)。2017年春季與夏季的相似度較低。從圖4還可以看出，2017年豐富度指數(shù)9月明顯高于5月。這可能是由不同藻類(lèi)生長(zhǎng)依賴(lài)于不同的影響因子所致(許海等, 2012)。如新月菱形藻、舟形藻的主要影響因子為磷酸鹽，中肋骨條藻的主要影響因子為COD(王欣等, 2014)。由于嶗山近岸海域5~9月關(guān)鍵環(huán)境因子有所改變，部分浮游植物因環(huán)境改變而減少或死亡，一些適合新環(huán)境的其他浮游植物迅速生長(zhǎng)繁殖，從而使5、9月嶗山近岸浮游植物群落構(gòu)成相似度較低。第2組群中，2016年 5月與2017年5月浮游植物群落組成相似度較高，該組群的特征種為高齒狀藻、虹彩圓篩藻、派洛棍形藻、梭角角藻、星臍圓篩藻等。

圖5 2016~2017年嶗山近岸浮游植物群落的CLUSTER聚類(lèi)分析

2.5 浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子關(guān)系

嶗山近岸調(diào)查環(huán)境因子的平均值見(jiàn)表2。從表2可以看出，溫度的變化范圍為13.35℃~26.76℃，鹽度的變化范圍為31.74~32.11，DO變化范圍為5.75~ 9.30 mg/L，pH的變化范圍為7.97~8.31，COD的變化范圍為0.36~1.27 mg/L，DIP的變化范圍為5.75~ 17.53 μg/L，DIN的變化范圍為30.28~182.44 μg/L，Chl-的變化范圍為0.40~1.58 μg/L。

將環(huán)境因子和浮游植物豐度進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)學(xué)分析結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出，嶗山近岸浮游植物細(xì)胞豐度的變化與COD的相關(guān)性最高，相關(guān)系數(shù)為0.536。產(chǎn)生主要影響的雙因子組為pH與COD，相關(guān)系數(shù)為0.411；COD與DIN，相關(guān)系數(shù)為0.400；DO與COD，相關(guān)系數(shù)為0.321。

表2 2016~2017年嶗山近岸水域環(huán)境參數(shù)

Tab.2 Environmental parameters in waters in offshore area of Laoshan in 2016 and 2017

表3 2016~2017年嶗山近岸浮游植物群落與環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系

Tab.3 The Pearson correlation between phytoplankton community and environmental factors in offshore area of Laoshan in 2016 and 2017

COD是評(píng)價(jià)水質(zhì)污染常用的指標(biāo)，大致反映了水體中有機(jī)質(zhì)的含量(王欣等, 2014)。調(diào)查期間，COD呈明顯的季節(jié)變化。孫偉等(2016)研究表明，嶗山近岸COD濃度主要受海流擴(kuò)散及浮游植物消耗影響。2017年秋季，COD高值原因可能是該季度風(fēng)力較強(qiáng)，海流擴(kuò)散作用高于其他季度所致。此外，王哥莊灣、南窯河、石老人海水浴場(chǎng)一帶由于徑流入海，COD陸源排放量較大，藻類(lèi)更適應(yīng)在富含有機(jī)顆粒營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的水體中生長(zhǎng)，因此，細(xì)胞豐度較高。

在本次調(diào)查中，海水環(huán)境是主要測(cè)定參數(shù)之一，pH的變化范圍較大，一年中最低值出現(xiàn)在夏季，最高值出現(xiàn)在秋季，而海洋環(huán)境是弱酸、弱堿及鹽形成的體系，海水中pH的高低很大程度上影響生物的代謝過(guò)程。近岸的營(yíng)養(yǎng)鹽主要來(lái)源于降水及生活廢水排海、沉積物再懸浮釋放和周邊海域的補(bǔ)充(過(guò)鋒等, 2015)。夏季風(fēng)力較弱，海底沉積物懸浮釋放量相對(duì)較少，且洋流擴(kuò)散作用弱，使外海對(duì)嶗山近岸海域營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)給量小(孫偉等, 2016)，因此，夏季N、P營(yíng)養(yǎng)鹽含量低于其他季節(jié)。浮游植物是水域中DO的供應(yīng)者，一般浮游植物大量繁殖時(shí)，水中DO含量增高，但同時(shí)DO與溫度呈負(fù)相關(guān)，水溫升高使海洋動(dòng)物生長(zhǎng)繁殖加快，消耗大量的DO(劉長(zhǎng)東等, 2016)，因此，夏季雖有浮游植物補(bǔ)充DO含量，但總體消耗量較大，導(dǎo)致海水DO含量較低。

結(jié)合聚類(lèi)分析可以看出，環(huán)境因子的改變使浮游植物的群落結(jié)構(gòu)受到擾動(dòng)，進(jìn)而造成群落相似性的改變。硅藻等能適應(yīng)較高pH、COD環(huán)境，與DO表現(xiàn)出負(fù)相關(guān)(王華等, 2016)，如中肋骨條藻、卡氏角毛藻、薄壁幾內(nèi)亞藻等(朱旭宇等, 2017)。角毛藻、柔弱角毛藻、旋鏈角毛藻與pH和DO呈顯著正相關(guān)，與COD呈顯著負(fù)相關(guān)(羅先香等, 2018)，由此可見(jiàn)，環(huán)境因子與浮游植物群落結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，在實(shí)際應(yīng)用中可通過(guò)監(jiān)控環(huán)境因子的變化預(yù)測(cè)浮游植物種群的分布情況，為貝類(lèi)資源增殖放流確定合理時(shí)間與地點(diǎn)。

3 結(jié)論

2016~2017春、夏、秋3個(gè)季節(jié)共檢出浮游植物2門(mén)31屬69種，硅藻門(mén)25屬60種，甲藻門(mén)6屬9種。浮游植物優(yōu)勢(shì)種隨季節(jié)變化明顯，春季的主要優(yōu)勢(shì)種為虹彩圓篩藻、梭角角藻、星臍圓篩藻等；夏季主要優(yōu)勢(shì)種有虹彩圓篩藻、勞氏角毛藻、柔弱偽菱形藻等；秋季主要優(yōu)勢(shì)種有虹彩圓篩藻、卡氏角毛藻、星臍圓篩藻等，3個(gè)季節(jié)優(yōu)勢(shì)種交替明顯。

浮游植物細(xì)胞豐度年內(nèi)變化明顯，2016年最高峰出現(xiàn)在秋季，次高峰為夏季，2017年最高峰出現(xiàn)在夏季，次高峰為秋季。在調(diào)查中，嶗山近岸海域的浮游植物多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)均較好，群落結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。

浮游植物群落結(jié)構(gòu)聚類(lèi)分析結(jié)果顯示，相似度在40%水平聚類(lèi)為2大類(lèi)群，其中，相似度為70%水平的為2016年5月和2017年5月，這可能與2016年5月和2017年5月的關(guān)鍵環(huán)境因子COD變化不大相關(guān)。

對(duì)環(huán)境因子和浮游植物豐度進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，浮游植物豐度最主要的環(huán)境影響因子為COD，相關(guān)系數(shù)為0.536，相關(guān)的雙因子為pH與COD組、COD與DIN組和DO與COD組。

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Seasonal Variations in the Phytoplankton Community Structure and Their Environmental Impact Factors in the Offshore Area of Laoshan, Qingdao

CHAI Ran1,2, FENG Juan1, CHEN Bijuan2,3, XIA Bin2,3, SUN Xuemei2,3①, WANG Xiaoxiao4, CHEN Jufa2, CUI Zhengguo2, QU Keming2

(1. School of Environmental Science and Engineering, Qingdao University, Qingdao 266071; 2. Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Qingdao 266071; 3. Marine Ecology and Environmental Science Laboratory, Pilot National Laboratory for Marine Science and Technology (Qingdao), Qingdao 266071; 4. Qingdao Laoshan Marine and Fisheries Bureau, Qingdao 266106)

To explore the seasonal variations in the phytoplankton community structure and their relationship with environmental factors in the offshore area of Laoshan, we designed 15 monitoring stations and made six investigative voyages in the spring, summer, and autumn during 2016~2017 while monitoring other environmental factors simultaneously. We detected 69 species belonging to 31 genera and two phyla of phytoplankton, most of which belong to temperate coastal species. Diatoma was the dominant phylum comprising 25 genera and 60 species, and dinoflagellates comprised 6 genera and 9 species. The seasonal variations in the dominant species were obvious. The most dominant species were,,andThe total number of phytoplankton ranged from 732.10×104to 1142.19×104cell/m3, with an average of 937.15×104cell/m3. The number of phytoplankton cells changed significantly during the year. The highest peak in 2016 appeared in autumn and the second highest peak in summer; the highest peak in 2017 appeared in summer and the second highest peak in autumn. The spatial distribution showed a decreasing trend from north to south, and the high-value areas appeared in Wanggezhuang Bay, Nanyao River, and Shilaoren Beach. The diversity and abundance of phytoplankton in the surveyed area are at a high level, and the phytoplankton community structure in this area is relatively stable, indicated by the analysis of the phytoplankton community structure index. The result of cluster analysis showed that the interannual variations in phytoplankton cell abundance are unobvious in spring, and the similarity is approximately 70% both in 2016 and 2017. However, the interannual variations in phytoplankton cell abundance are relatively obvious in summer and autumn, and the similarity is only approximately 40%, which is mainly related to environmental factors. The correlation analysis between phytoplankton community structure and environmental factors showed that the correlation coefficient between cell abundance average and COD is the highest (0.536) and the two factors that were most related to environmental factors were pH and COD, COD and DIN, and DO and COD. Therefore, the key limiting factors for phytoplankton cell abundance in the offshore area of Laoshan are COD, pH, DIN, and DO.

Phytoplankton; Offshore area of Laoshan; Community structure; Environmental factors

S931.2

A

2095-9869(2020)01-0021-10

10.19663/j.issn2095-9869.20190125003

* 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃–生態(tài)環(huán)境損害鑒定評(píng)估業(yè)務(wù)化技術(shù)研究(2016YFC0503600)和國(guó)家基金委–山東省聯(lián)合基金項(xiàng)目“海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)”(U1606404)共同資助 [This work was supported by the National Key Research and Development Program-Business Technology Research on Eco-Environmental Damage Assessment (2016YFC0503600), and the Joint Project of State Fund Committee and Shandong Province "Marine Ecology and Environmental Science" (U1606404)]. 柴 然，E-mail: 1215113055@qq.com

孫雪梅，E-mail: sunxm@ysfri.ac.cn

2019-01-25,

2019-03-21

http://www.yykxjz.cn/

柴然, 馮娟, 陳碧鵑, 夏斌, 孫雪梅, 王曉曉, 陳聚法, 崔正國(guó), 曲克明. 嶗山近岸浮游植物群落結(jié)構(gòu)季節(jié)變化及其環(huán)境影響因素. 漁業(yè)科學(xué)進(jìn)展, 2020, 41(1): 21–30

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SUN Xuemei, E-mail: sunxm@ysfri.ac.cn

(編輯 陳嚴(yán))