遼東灣夏秋季節(jié)浮游動物群落結(jié)構(gòu)特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系

卞少偉，韓 龍，梅鵬蔚，王建國，袁宇翔，張 震

（1.天津市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，天津300191；2.珠江水利委員會珠江水利科學(xué)研究院，廣州510610；3.中國科學(xué)院 東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，長春130102）

浮游動物作為水生態(tài)系統(tǒng)中初級生產(chǎn)者和消費者的重要紐帶，在海洋生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)中起著承上啟下的作用[1].浮游動物對環(huán)境變化敏感，是研究水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的指示生物，其群落結(jié)構(gòu)特征可在一定程度上反映水生態(tài)環(huán)境狀況[2]，同時也可以根據(jù)其生物多樣性指數(shù)和數(shù)量分布來綜合評價水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[3-5].因此，浮游動物也是海洋生態(tài)環(huán)境狀況評價與研究的重點之一.如張冬融等[6]2015—2016年在福建北部近海水域夏、秋、冬、春4個季節(jié)對海洋生態(tài)進(jìn)行調(diào)查，探討了該水域浮游動物的數(shù)量分布、季節(jié)變化及其與水質(zhì)變化的關(guān)系；吳思成等[7]2016年分析了東海北部浮游動物粒級結(jié)構(gòu)的分布特征與多樣性，初步研究了不同粒徑組浮游動物空間分布與水文環(huán)境要素之間的關(guān)系；陳學(xué)超等[8]2015年夏季和2016年冬季在南黃海海域調(diào)查研究了該海域夏冬兩季浮游動物的時空分布，并對其結(jié)果進(jìn)行了相似性聚類分析.

遼東灣是位于渤海東北部的半封閉性沿岸內(nèi)灣，是渤海污染嚴(yán)重的海區(qū)之一，主要污染物為無機氮、活性磷酸鹽和石油類等[9].有關(guān)遼東灣浮游動物群落結(jié)構(gòu)的研究報道較少.宋倫等[10]2005年夏季對遼東灣浮游動物的多樣性進(jìn)行了研究；王彬等[11]2005—2007年夏季對遼東灣海蜇放流區(qū)大型水母和主要浮游動物開展了調(diào)查.這些研究均在夏季進(jìn)行，缺乏對該地區(qū)浮游動物季節(jié)動態(tài)的調(diào)查追蹤.之后未見該地區(qū)浮游動物的相關(guān)研究報道.本研究以2013年8月（夏季）和11月（秋季）遼東灣浮游動物的調(diào)查數(shù)據(jù)為主，開展遼東灣浮游動物群落結(jié)構(gòu)、數(shù)量變化及其與海洋環(huán)境因子關(guān)系的分析，探討該海域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化對浮游動物群落造成的影響.

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

2013年8月24—26日（夏季）和11月11—14日（秋季），分別對遼東灣海域（40°14′00″～40°51′00″N，121°5′59.99″～122°9′59.99″E）進(jìn)行近岸海域生態(tài)環(huán)境綜合狀況調(diào)查，結(jié)合遼東灣的地理形狀，綜合考慮水流等因素，按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[12]，一共設(shè)置了8個調(diào)查站位進(jìn)行海水水質(zhì)和浮游動物的綜合調(diào)查，如圖1所示.1#—8#站位夏季水深分別為1.5、1.5、0.5、3.8、2.0、1.6、1.3和0.5 m，秋季水深分別為5.7、8.0、5.0、3.5、5.0、5.0、6.0和15.5 m.浮游動物樣品使用淺水Ⅰ和Ⅱ型浮游生物網(wǎng)（網(wǎng)目孔徑0.505 mm，網(wǎng)口內(nèi)徑50 cm，網(wǎng)長145 cm）由底至表垂直拖取，現(xiàn)場甲醛溶液固定保存，帶回實驗室進(jìn)行分類鑒定、計數(shù)及浮游動物濕重生物量的稱量.用塞奇氏盤測定明度（SD），用多功能水質(zhì)分析儀WTW350i測定海水溫度（T）、pH值、溶解氧（DO）、鹽度（S）等.氮磷等（N、P）營養(yǎng)鹽樣品帶回實驗室測定.

圖1 浮游動物調(diào)查站位的分布示意圖Fig.1 Sampling stations of phytoplanktons

1.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)（H′）、Pielou均勻度指數(shù)（J′）、Margalef豐富度指數(shù)（d）、優(yōu)勢度（y）的計算公式如下[13-15]：

式（1）～式（4）中：ni為第i種的數(shù)量；N為采集樣品中所有種類的總個體數(shù)；S為采集樣品中的種類總數(shù)；fi為該種在各樣品中出現(xiàn)的頻率；y為物種優(yōu)勢度，y＞0.02為優(yōu)勢種.

用Excel 2007進(jìn)行平面作圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 種類組成及季節(jié)變化

遼東灣2個季節(jié)共發(fā)現(xiàn)6類28種浮游動物，其中，橈足類種類數(shù)最多，有11種，占總種數(shù)的39.29%；其次是浮游幼蟲10種，占總種數(shù)的35.71%；水母類4種，占總種數(shù)的14.29%；毛顎類、磷蝦類、糠蝦類各1種，各占總種數(shù)的3.57%.浮游動物群落種類組成存在季節(jié)變化：夏季種類最豐富，為22種，占全年出現(xiàn)浮游動物種類數(shù)的78.57%；秋季為10種，占全年出現(xiàn)浮游動物種類數(shù)的35.71%.

夏季出現(xiàn)的22個物種中，橈足綱種類最多，有8種，分別為中華哲水蚤（Calanus sinicus）、雙毛紡錘水蚤（Acartia bifilosa）、太平洋紡錘水蚤（Acartia pacifica）、小擬哲水蚤（Paracalanidae parvus）、強額擬哲水蚤（Paracalanus crassirostris）、擬長腹劍水蚤（Oithona similis）、真刺唇角水蚤（Labidocera euchaeta）、墨氏胸刺水蚤（Centropages mcmurrichi）；其次是幼體類，包含6種，分別為無節(jié)幼體（Nauplius larva）、瓣鰓類幼體（lamellibranchia larva）、磁蟹幼體（Porcellana larva）、長尾類幼體（Maeruran larva）、短尾類幼體（Brachyura larva）、海蝦蛄幼體（Alima larva）；再次是腔腸動物，包含4種，分別為五角水母（Muggiaea atlantica）、錫蘭和平水母（Eirene ceylonensis）、八斑芮氏水母（Rathkea octopunctata）、嵊山杯水母（Phialidium chengshanenses）；節(jié)肢動物3種，分別為糠蝦（Mysidacea shimp）、仔蝦（Postlarvae shimp）、磷蝦（Euphausia）；毛顎動物（Chaetognatha）1種，為強壯箭蟲（Sagitta crassa）.秋季出現(xiàn)的10個物種中，橈足綱種類最多，有6種，分別為雙毛紡錘水蚤、太平洋紡錘水蚤、小擬哲水蚤、海洋偽鏢水蚤（Pseudodiaptomus marinus）、指狀偽鏢水蚤（Pseudodiaptomus inopinus）、長肢秀體溞（Diaphanosoma leuchtenbergianum Fischer）；其次是幼體類，有3種，分別為蝦幼體（Squilla larvae）、橈足幼體（Larva）、雙殼類幼體（Bivalvia larva）；毛顎動物1種，為強壯箭蟲.

2個季節(jié)浮游動物的種類數(shù)分布由灣內(nèi)向灣外呈遞減趨勢，分布不規(guī)則.調(diào)查期間，夏、秋季共出現(xiàn)9個優(yōu)勢種，2個季節(jié)優(yōu)勢種的種類和數(shù)量均不相同.其中，夏季有8個優(yōu)勢種，秋季有1個優(yōu)勢種，如表1所示.2個季節(jié)的主要優(yōu)勢種均為橈足類，優(yōu)勢度在0.021～0.380之間，密度在400.36～6 208.60 ind/m3之間.

表1 遼東灣浮游動物優(yōu)勢種統(tǒng)計情況Tab.1 Dominant species of zooplankton in Liaodong Bay

2.2 浮游動物的密度、生物量及季節(jié)變化

夏、秋季節(jié)浮游動物的密度和生物量變化均較大，如圖2所示.

圖2 夏、秋季浮游動物密度和生物量Fig.2 Abundance and biomass distributions of zooplankton in the survey area in summer and autumn

夏季浮游動物密度范圍為451～4 991ind/m3，平均值為2 045.38 ind/m3；浮游動物生物量范圍為85.63～433.18 mg/m3，平均值為236.24 mg/m3.其中，6#站位的密度和生物量均最大，2#站位的密度最小，7#站位的生物量最小.秋季浮游動物密度范圍為0～1 110 ind/m3，平均值為159.23 ind/m3；浮游動物生物量范圍為0～55.5 mg/m3，平均值為8.11 mg/m3.其中，3#站位的密度和生物量均最大，2#站位的密度和生物量均最小.這些結(jié)果表明，遼東灣2個季節(jié)浮游動物密度與生物量的變化趨勢一致，且夏季各站位浮游動物的密度和生物量均高于秋季的數(shù)值.

2.3 生物多樣性指數(shù)及季節(jié)變化

遼東灣夏、秋季浮游動物的多樣性指數(shù)如圖3所示.夏季各站位浮游動物H′的變化范圍為1.69～2.92，平均值為2.39；J′的范圍為0.46～0.77，平均值為0.66；d的范圍為0.73～1.42，平均值為1.10.秋季各采樣點浮游動物H′的變化范圍為0～1.97，平均值為1.02；J′的范圍為0～0.92，平均值為0.55；d的范圍為0～0.83，平均值為0.42.夏季H′、J′、d最大值分別出現(xiàn)在5#、7#、8#站位；秋季H′和d最大值均出現(xiàn)在4#站位，J′最大值出現(xiàn)在6#站位.夏、秋季3個指數(shù)的變化趨勢基本一致，秋季最為明顯.

圖3 夏、秋季不同采樣點浮游動物的多樣性指數(shù)Fig.3 Diversity index of zooplankton in different samplingsites in summer and autumn

2.4 水質(zhì)狀況分析

參照海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（GB3097—1997）對遼東灣夏、秋季水質(zhì)進(jìn)行單因子評價，結(jié)果如表2所示.由表2可以看出，遼東灣夏、秋季水質(zhì)主要受無機氮的影響，2個季節(jié)整體水質(zhì)均為劣Ⅳ類，夏季無機氮的質(zhì)量濃度為0.92 mg/L，秋季的質(zhì)量濃度為1.13 mg/L.除無機氮外，夏季其余項目的濃度均在Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)范圍內(nèi)；秋季，活性磷酸鹽的濃度達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)，其余項目濃度均在Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)范圍內(nèi).

表2 遼東灣環(huán)境因子特征Tab.2 Characteristics of environmental factors in Liaodong Bay

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

浮游動物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的相關(guān)性分析結(jié)果如表3所示.

表3 浮游動物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的相關(guān)性Tab.3 Correlation between zooplankton community structure and environmental factors

由表3可以看出，在夏季，遼東灣海域浮游動物的密度、生物量、香農(nóng)-威納指數(shù)、豐富度指數(shù)均與水溫呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與溶解氧均呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）；密度與化學(xué)需氧量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）；密度、生物量與亞硝酸鹽呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）.秋季，浮游動物的密度、生物量與鹽度呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），與生化需氧量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與活性硅酸鹽和活性磷酸鹽呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）.

3 討論

本研究調(diào)查了2013年遼東灣海域夏、秋季節(jié)的浮游動物種類和多樣性，在近岸海域共設(shè)置了8個站位，結(jié)果在2個季節(jié)共發(fā)現(xiàn)浮游動物28種，夏季浮游動物種類數(shù)明顯高于秋季.與遼東灣的歷史數(shù)據(jù)[10-11]相比，2005—2007年夏季浮游動物種類數(shù)均高于本次夏季調(diào)查結(jié)果，可能與站位設(shè)置不相同有關(guān)，秋季暫無歷史數(shù)據(jù)對比.雖然本次夏季調(diào)查的浮游動物種類數(shù)與歷史調(diào)查結(jié)果存在差異，但該海域浮游動物夏季主要優(yōu)勢類群仍然是橈足類.夏季遼東灣浮游動物平均密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歷史數(shù)據(jù)[10-11]，主要是因為與2005—2007年相比[16-18]，該海域整體水質(zhì)狀況有所下降，直接導(dǎo)致浮游動物群落結(jié)構(gòu)、數(shù)量和分布發(fā)生明顯變化.根據(jù)相關(guān)評價標(biāo)準(zhǔn)[19]，夏季調(diào)查海區(qū)的香農(nóng)-威納指數(shù)顯示該海域的生境質(zhì)量為一般，秋季該海域的生境質(zhì)量為差.均勻度指數(shù)代表群落內(nèi)物種分布的均勻程度，反映群落的穩(wěn)定狀況.本研究結(jié)果顯示遼東灣夏、秋季均勻度指數(shù)較高，均大于0.5，表明遼東灣夏、秋季浮游動物種間密度空間分布較均勻，群落結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定.豐富度反映群落中種類數(shù)目的多寡，本研究結(jié)果顯示遼東灣夏季物種較為豐富，秋季物種相對較少.

水溫是影響浮游動物生長發(fā)育和繁殖的重要環(huán)境因素[20].化學(xué)需氧量、亞硝酸鹽、活性硅酸鹽和活性磷酸鹽可以作為營養(yǎng)鹽影響浮游植物生長狀況，通過食物鏈的作用間接影響浮游動物的數(shù)量和結(jié)構(gòu)[21-22].水中浮游動物數(shù)量的增加會導(dǎo)致浮游動物群落在水環(huán)境中的耗氧量增加，引起水體生化需氧量增加，溶解氧隨之下降[23].本研究中遼東灣夏季浮游動物的密度分別與水溫、化學(xué)需氧量、亞硝酸鹽呈顯著或極顯著正相關(guān)，與溶解氧呈顯著負(fù)相關(guān).鹽度也是影響浮游動物分布的重要環(huán)境因子.遼東灣秋季浮游動物的密度與鹽度呈極顯著負(fù)相關(guān)，這與孫麗梅等[24]在寧波市東海附近的相關(guān)研究結(jié)果一致.