2015—2018年海州灣及鄰近海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

季相星，姜毅，王普力

(江蘇省連云港環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇 連云港 222001)

海洋浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級(jí)生產(chǎn)者[1]，其群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子之間存在密切關(guān)系[2]，其繁殖快、對(duì)環(huán)境變化反應(yīng)敏感等特點(diǎn)使其成為海洋生態(tài)系統(tǒng)的自然生物指示劑[3]。浮游植物群落特征是研究海區(qū)其他生態(tài)和環(huán)境問題的基礎(chǔ)，其群落結(jié)構(gòu)的變化反映了人類活動(dòng)對(duì)近岸海域生態(tài)系統(tǒng)的影響[4-5]。

海州灣是位于黃海中部的一個(gè)典型開敞式海灣，全長近86.81 km，呈新月形。沿岸入海河流眾多，為其帶來大量營養(yǎng)鹽，加上陽光充足，海域遼闊，且擁有沙質(zhì)、巖質(zhì)、淤泥質(zhì)等多種底質(zhì)類型，使其成為優(yōu)良的漁業(yè)生物棲息場所[6]。有關(guān)海州灣浮游植物的專項(xiàng)研究最早始于2003年對(duì)海州灣人工魚礁區(qū)的調(diào)查[7]，之后每年均有相關(guān)研究見于報(bào)道[8-10]。但近年來對(duì)其浮游植物的調(diào)查研究卻在逐漸減少，最新的報(bào)道也已是2015年的調(diào)查結(jié)果[11]，2015年后海州灣紫菜養(yǎng)殖面積逐年大幅度增加?，F(xiàn)利用2015—2018年海州灣浮游植物調(diào)查資料分析其群落結(jié)構(gòu)特征，探討紫菜養(yǎng)殖對(duì)浮游植物的影響，為深入研究海州灣浮游生態(tài)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)資料。

1 研究方法

1.1 站位設(shè)置

在海州灣及鄰近海域設(shè)置5個(gè)站位，分別為：HZ01、HZ02、HZ03、HZ04和HZ05。其中HZ01、HZ03及HZ04位于紫菜養(yǎng)殖區(qū)，HZ02位于港池，HZ05鄰近田灣核電站。

1.2 調(diào)查時(shí)間

于2015—2018年4月(春季)、8月(夏季)進(jìn)行共計(jì)8個(gè)航次的浮游植物調(diào)查。

1.3 樣品采集與分析

浮游植物樣品的采集、保存及分析均按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[12]進(jìn)行。每個(gè)站位采集表層(海面以下0.1～1 m)水樣500 mL于廣口玻璃瓶中，并及時(shí)按每升水樣加6～8 mL碘液進(jìn)行固定保存。物種分類及統(tǒng)計(jì)采用濃縮計(jì)數(shù)法，將靜置24 h以上的樣品濃縮后置于計(jì)數(shù)框中進(jìn)行鏡檢、鑒定并計(jì)數(shù)。所有浮游植物樣品的分析均由同一人員完成。

水溫、鹽度及溶解氧由美國YSI便攜式參數(shù)儀現(xiàn)場測得，懸浮物、活性磷酸鹽、化學(xué)需氧量及無機(jī)氮的取樣與分析按照文獻(xiàn)[12]的要求進(jìn)行。水質(zhì)樣品分析過程中按要求采取平行樣、抽樣等質(zhì)控措施。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H’)[13]進(jìn)行多樣性分析，根據(jù)《近岸海域環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》[14]對(duì)H’指數(shù)做出的劃分進(jìn)行評(píng)價(jià)。采用種類優(yōu)勢度(Y)[15]確定優(yōu)勢種，Y>0.02為優(yōu)勢種。公式如下：

(1)

(2)

式中：Y——種類優(yōu)勢度；Pi——第i種的個(gè)體數(shù)與總個(gè)體數(shù)的比值；s——總種數(shù)；ni——第i種的個(gè)體數(shù)；N——總個(gè)體數(shù)；fi——第i種的出現(xiàn)頻率。

應(yīng)用SPSS 18.0軟件進(jìn)行浮游植物與環(huán)境因子的相關(guān)性分析，應(yīng)用CANOCO 5.0軟件對(duì)物種和環(huán)境因子進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)，排序結(jié)果用物種-環(huán)境因子關(guān)系的雙序圖表示。

2 結(jié)果分析

2.1 浮游植物種類組成

各航次浮游植物物種數(shù)見圖1。由圖1可見，調(diào)查共發(fā)現(xiàn)浮游植物96種，其中硅藻80種，占總物種數(shù)的84.38%，甲藻11種，藍(lán)藻2種，黃藻、金藻、綠藻各1種。

各航次調(diào)查中，2015年8月發(fā)現(xiàn)浮游植物物種最多，為45種；2018年4月發(fā)現(xiàn)最少，為20種。2015—2018年均是夏季航次發(fā)現(xiàn)物種數(shù)高于春季。春季航次調(diào)查共發(fā)現(xiàn)浮游植物60種，夏季航次共發(fā)現(xiàn)84種。在所有發(fā)現(xiàn)的96種浮游植物中，春季特有種共14種，夏季特有種36種，春夏季均發(fā)現(xiàn)的為46種。

圖1 各航次浮游植物物種數(shù)

2.2 浮游植物豐度

各航次各站位浮游植物豐度見表1。由表1可見，海州灣及鄰近海域調(diào)查期間浮游植物豐度為4.20×103～7 952.00×103個(gè)/L，平均豐度為504.54×103個(gè)/L。

2018年春季浮游植物平均豐度最低為5.56×103個(gè)/L，遠(yuǎn)低于2016年夏季最高的2 333.68×103個(gè)/L。從空間角度看，各調(diào)查站位浮游植物平均豐度差異較大，離岸最近的HZ05平均豐度最高，為1 381.62×103個(gè)/L，而離岸最遠(yuǎn)的HZ03平均豐度最低。同時(shí)， HZ05在2016和2018年夏季的豐度均遠(yuǎn)高于其他點(diǎn)位，這是否是受田灣核電站溫排水抑或其他人類活動(dòng)影響所致還需進(jìn)一步研究。歷年平均豐度均呈春季低、夏季高的趨勢，但各年之間相差較大，無明顯規(guī)律。各航次調(diào)查豐度受絕對(duì)優(yōu)勢種中肋骨條藻(S.costatum)的影響較大。

表1 各航次各站位浮游植物豐度 103個(gè)/L

2.3 浮游植物優(yōu)勢種

各航次優(yōu)勢種及其種類優(yōu)勢度見表2。由表2可見，中肋骨條藻(S.costatum)在各航次調(diào)查中均是第一優(yōu)勢種，且除2017年外，均是夏季優(yōu)勢度高于春季優(yōu)勢度，這說明中肋骨條藻(S.costatum)在海州灣浮游植物生態(tài)系統(tǒng)中占有極重要的地位。2018年夏季，中肋骨條藻(S.costatum)為唯一優(yōu)勢種，其第二優(yōu)勢種掌狀冠蓋藻(Stephanopyxispalmeriana)的優(yōu)勢度僅為0.004。同時(shí)，條紋小環(huán)藻(Cyclotellastriata)、丹麥細(xì)柱藻(Leptocylindrusdanicus)、海洋原甲藻(Prorocentrummicans)為3個(gè)航次優(yōu)勢種，旋鏈角毛藻(Chaetoceroscurvisetus)、布氏雙尾藻(Ditylumbrightwellii)、柔弱幾內(nèi)亞藻(Guinardiadelicatula)、尖刺菱形藻(Nitzschiapungens)、塔形冠蓋藻(Stephanopyxisturris)為2個(gè)航次優(yōu)勢種，其余種類僅為1個(gè)航次的優(yōu)勢種，說明除中肋骨條藻(S.costatum)外，其余優(yōu)勢種在整個(gè)海域是隨時(shí)間不斷無規(guī)律變化的。

表2 各航次優(yōu)勢種及其種類優(yōu)勢度

2.4 浮游植物多樣性

調(diào)查期間海州灣浮游植物平均H’多樣性指數(shù)為2.66。各航次平均值為1.52～3.73，其中2018年夏季航次最低僅1.52，其多樣性僅評(píng)價(jià)為一般；2015年春季航次最高為3.73，多樣性評(píng)價(jià)為豐富。

2015—2018年海州灣浮游植物H’指數(shù)變化趨勢見圖2。

圖2 2015—2018年海州灣浮游植物H’指數(shù)變化趨勢

由圖2可見，2015—2016年海州灣浮游植物多樣性基本呈現(xiàn)出春季高夏季低的趨勢，這主要受中肋骨條藻(S.costatum)豐度變化的影響。2017年春夏航次平均多樣性相近，而2018年又呈現(xiàn)春季高夏季低的趨勢。離岸最近的HZ05站位在2016年夏季和2018年夏季2個(gè)航次H’指數(shù)均<1。同時(shí)，2018年夏季航次有3個(gè)站位H’指數(shù)<1，該航次中肋骨條藻(S.costatum)平均豐度占到了總平均豐度的96.7%。

2.5 影響浮游植物群落的主要環(huán)境因子

浮游植物群落數(shù)據(jù)與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性分析結(jié)果見表3。由表3可見，浮游植物豐度與水溫、活性磷酸鹽、化學(xué)需氧量呈顯著正相關(guān)，而H’指數(shù)卻與其呈顯著負(fù)相關(guān)；同時(shí)，多樣性指數(shù)還與鹽度、溶解氧呈顯著正相關(guān)。而物種數(shù)同化學(xué)需氧量呈顯著正相關(guān)，同懸浮物呈顯著負(fù)相關(guān)。各群落數(shù)據(jù)與水深、無機(jī)氮均無顯著相關(guān)性，這可能與調(diào)查點(diǎn)位均位于近岸海域，水深及無機(jī)氮相差不明顯有關(guān)。經(jīng)Pearson相關(guān)性分析，浮游植物豐度與多樣性指數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.487**，豐度越高，其多樣性越低。

表3 浮游植物群落特征與環(huán)境因子的Pearson相關(guān)性①

進(jìn)一步對(duì)海州灣浮游植物優(yōu)勢物種(表2)進(jìn)行典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)，見圖3、4。

由圖3-4可見，春季海州灣優(yōu)勢浮游植物主要受水溫、溶解氧和鹽度的影響，這也進(jìn)一步驗(yàn)證了Pearson相關(guān)性分析的結(jié)果。夏季情況則有所不同，沒有一個(gè)明顯作用的環(huán)境因子，而是受水溫、溶解氧、化學(xué)需氧量、懸浮物及活性磷酸鹽等多種因子的綜合影響，同時(shí)需要指明的是，夏季可能受其他因子影響比較強(qiáng)烈，如光照等，需進(jìn)一步分析研究。

圖3 春季浮游植物主要優(yōu)勢物種與環(huán)境因子的雙序圖

圖4 夏季浮游植物主要優(yōu)勢物種與環(huán)境因子的雙序圖

3 討論

2015—2018年海州灣紫菜養(yǎng)殖情況統(tǒng)計(jì)見表4。由表4可見，2015—2018年海州灣紫菜養(yǎng)殖面積持續(xù)增長，僅2016年便增加了7 337 hm2。同時(shí)研究站位浮游植物多樣性整體呈緩慢下降趨勢，且其下降正與紫菜養(yǎng)殖的擴(kuò)張時(shí)間基本吻合，可能是受養(yǎng)殖規(guī)模擴(kuò)張的影響。張寒野等[16]研究證實(shí)，紫菜養(yǎng)殖可降低海區(qū)的無機(jī)氮含量，而營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)改變會(huì)導(dǎo)致浮游植物群落結(jié)果發(fā)生變化，影響到浮游植物的多樣性。但紫菜養(yǎng)殖是如何影響海域水質(zhì)及浮游植物群落結(jié)構(gòu)的需進(jìn)一步深入研究。

表4 2015—2018年海州灣紫菜養(yǎng)殖情況統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)論

(1)調(diào)查共發(fā)現(xiàn)浮游植物96種，其中中肋骨條藻(S.costatum)在各航次均是第一優(yōu)勢種，其豐度為4.20×103～7 952.00×103個(gè)/L，平均值為504.54×103個(gè)/L。

(2)平均 H’多樣性指數(shù)為2.66，基本呈春季高夏季低的趨勢，其中2018年夏季航次最低，2015年春季航次最高。

(3)Pearson相關(guān)性分析顯示，水溫、活性磷酸鹽及化學(xué)需氧量與浮游植物群落結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。典范對(duì)應(yīng)分析則表明，海州灣春季優(yōu)勢物種主要受水溫、溶解氧和鹽度的影響，而夏季則受多種因子的綜合影響。

(4)近年來海州灣浮游植物多樣性整體呈緩慢下降趨勢可能受紫菜大規(guī)模養(yǎng)殖的影響。