陵水灣春秋兩季浮游植物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)調(diào)查

曾 茹，李亞軍，何金曼，黃曉晴，鄧曉東

（中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 熱帶生物技術(shù)研究所/海南省海洋生物資源功能性成分研究與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，?？?571101）

近岸海域與陸地毗連，受到來(lái)自陸地和海洋的雙重作用，是各種系統(tǒng)相互作用相對(duì)活躍的地帶，因其擁有豐富的生物多樣性和人類(lèi)生存資源，為人類(lèi)生活提供了重要的生存環(huán)境，是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)[1]。浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分，其種類(lèi)組成的變化是反應(yīng)水質(zhì)污染的直接后果之一。同時(shí)，作為水域生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，它是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為有機(jī)物里的化學(xué)能[2]，啟動(dòng)了水域生態(tài)系統(tǒng)中的食物網(wǎng)[3]。由于人類(lèi)活動(dòng)對(duì)近岸海域的影響，導(dǎo)致近岸海域生態(tài)系統(tǒng)脆弱，引起一些有害的藻類(lèi)叢生，從而導(dǎo)致赤潮的發(fā)生，嚴(yán)重危害人類(lèi)健康和漁業(yè)資源，影響經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[4]。因此，有必要對(duì)近岸海域中的浮游植物群落結(jié)構(gòu)和水質(zhì)進(jìn)行調(diào)查研究，為該海域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供基礎(chǔ)資料。

陵水灣位于海南省陵水黎族自治縣南部海岸，是一個(gè)近于封閉的天然港灣，其周?chē)h(huán)抱群山，海灣寬闊，灣內(nèi)無(wú)明顯徑流注入，地形地貌復(fù)雜，僅與灣外一個(gè)狹窄的潮汐汊道相通，是一個(gè)半封閉的沙壩 - 潮汐汊道 - 瀉湖海岸體系[5]，也是國(guó)家重點(diǎn)漁港之一。目前，有關(guān)陵水灣近岸海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)及水質(zhì)狀況的調(diào)查鮮有報(bào)道。因此，筆者于2019年春、秋兩季分別對(duì)陵水灣近岸海域網(wǎng)采的浮游植物樣本進(jìn)行分析，旨在為陵水灣近岸海域生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 站位設(shè)置和采樣方法參考《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB 12763—2007)在陵水灣海域（109°32′06.85″～1 09°57′11.09″；18°14′03.28″～18°24′25.90″）設(shè)置12個(gè)站位，站位地理坐標(biāo)見(jiàn)表1，各站位采樣分布見(jiàn)圖1。

圖1 陵水灣海域各采樣點(diǎn)分布Fig. 1 Schematic diagram of the distribution of sampling points in Lingshui Bay

表1 陵水灣近岸海域浮游植物調(diào)查站位地理坐標(biāo)Tab. 1 Geographical coordinates of phytoplankton survey stations in the coastal waters of Lingshui Bay

樣品的采集和預(yù)處理工作按照《海洋調(diào)查規(guī)范第9部分：海洋生態(tài)調(diào)查指南》（GB 17378.7—007）的規(guī)定進(jìn)行。樣本由底到表層采用Ⅲ型浮游生物網(wǎng)垂直拖網(wǎng)采集樣品至1 L標(biāo)本瓶中，使用終濃度為φ=5%的甲醛固定樣本后靜置沉淀濃縮至50 mL。移液槍吸取0.1 mL濃縮樣品置于CX41生物顯微鏡下進(jìn)行種類(lèi) 鑒定和計(jì)數(shù)。采集地的電導(dǎo)率、氣溫、鹽度、水溫、透明度、pH、溶解氧、水深等指標(biāo)均為現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

1.2 樣品處理及分析樣本濃縮至50 mL，取0.1 mL于CX41生物顯微鏡下計(jì)數(shù)、鑒定。

Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H′)計(jì)算公式[6]：

Pielou 均勻度指數(shù)(J)計(jì)算公式[7]：

Margalef豐富度指數(shù)計(jì)算公式[8]：

優(yōu)勢(shì)種確定是由優(yōu)勢(shì)度決定的，計(jì)算公式[9]：

式中：H′為多樣性指數(shù)；S為種類(lèi)數(shù)；Pi=ni/N（ni是第i個(gè)物種的個(gè)體數(shù)，N是全部物種的個(gè)體數(shù)）；fi為第i種在各個(gè)站位出現(xiàn)的頻率，Pi為第i種占各個(gè)站位細(xì)胞總量的比例。

1.3 水質(zhì)測(cè)定及分析利用哈希 DR3900多參數(shù)水質(zhì)檢測(cè)儀檢測(cè)采集海水的總氮、硝酸鹽氮、總磷、亞硝酸鹽氮、氨氮和COD的含量等指標(biāo)，具體操作按實(shí)驗(yàn)說(shuō)明進(jìn)行。采用Canoco 5.0對(duì)浮游植物群落和各環(huán)境因子之間的關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析。選擇優(yōu)勢(shì)度前10的物種數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)g(X+1)轉(zhuǎn)換，去趨勢(shì) 對(duì)應(yīng)分析(DCA)結(jié)果顯示，選擇冗余分析（RDA）較合理。

2 結(jié)果與分析

2.1 陵水灣海域環(huán)境參數(shù)從表2可知，陵水灣調(diào)查期間春季平均水溫為26.5 ℃，秋季平均水溫為30.80 ℃。春、秋兩季各調(diào)查站位的pH為8.10～8.32，平均pH值分別為8.29和8.23。春季平均電導(dǎo)率為21.49 μs·cm-1，秋季為23.90 μs·cm-1。春、秋兩季海水鹽度差異較明顯，秋季鹽度高于春季。春季溶解氧 波動(dòng)較大，平均為7.40 mg·L-1；秋季平均溶解氧為6.09 mg·L-1，且各站位溶解氧變化差異不大。

表 2 2019年春秋兩季陵水灣各調(diào)查站位環(huán)境參數(shù)表Tab. 2 Environmental parameters of survey sites in Lingshui Bay in the spring and autumn of 2019

2.2 陵水灣各調(diào)查站位浮游植物種類(lèi)組成從圖2可知，本次陵水灣調(diào)查海域所采集到的樣品，春季共鑒定出浮游植物6門(mén)81種，秋季鑒定出3門(mén)53種。春季鑒定出硅藻門(mén)57種，秋季鑒定出硅藻門(mén)41種，分別占總種類(lèi)數(shù)的70.37%和77.36%；春秋兩季甲藻種類(lèi)分別為17種和11種，均占總種類(lèi)數(shù)的20%左右；春季鑒定出4種藍(lán)藻門(mén)藻類(lèi)，而秋季僅鑒定出1種；在秋季調(diào)查中，春季出現(xiàn)的黃藻門(mén)、金藻門(mén)和定鞭藻 門(mén)種類(lèi)未被鑒定出。

圖2 陵水灣2019年調(diào)查站位浮游植物的物種數(shù)Fig. 2 The number of phytoplankton species at the survey stations in Lingshui Bay in 2019

2.3 密度分布在春、秋兩季的調(diào)查中，平均藻細(xì)胞密度為8.56×103個(gè)·m-3和22.81×103個(gè)·m-3，均以硅藻為主，其藻細(xì)胞平均密度占比分別達(dá)到94.17%和88.42%。除1-1站位外，其余站位秋季藻細(xì)胞密度均大 于春季（圖3）。

圖3 陵水灣門(mén)水平浮游植物的空間分布Fig. 3 Spatial distribution of phytoplankton at phylum level in Lingshui Bay

2.4 優(yōu)勢(shì)種將優(yōu)勢(shì)度≥0.02的物種作為該海域的優(yōu)勢(shì)種。春季調(diào)查期間，該海域浮游植物優(yōu)勢(shì)種共7種，分別為丹麥細(xì)柱藻（Leptocylindrus danicus）、柔弱擬菱形藻（Pseudo-nitzschia delicatissima）、角毛藻屬（Chaetocerosspp）、斯氏根管藻（Rhizosolenia stolterfothii）、脆根管藻（Rhizosolenia fragillissima）、薄壁幾內(nèi)亞藻（Guinardia flaccida）、尖刺擬菱形藻（Pseudo-nitzschia pungens）。丹麥細(xì)柱藻為第1優(yōu)勢(shì)種，優(yōu)勢(shì)度為Y=0.364 3，平均密度為3.12×103個(gè)·m-3；柔弱擬菱形藻為第2優(yōu)勢(shì)種，優(yōu)勢(shì)度為Y=0.099 3，平均密度為1.27×103個(gè)·m-3。秋季調(diào)查期間該海域浮游植物優(yōu)勢(shì)種共7種，與春季不同，分別為環(huán)紋婁氏藻（Lauderia annulata）、中心圓篩藻（Coscinodiscus centralis）、薛氏束毛藻（Trichodesmium thiebautii）、扭鏈角毛藻（Chaetoceros tortissimus）、雙凹梯形藻（Climacodium biconcavum）、泰晤士扭鞘藻（Streptothece thamesis）和日本星桿藻（Asterionella japonica）。環(huán)紋婁氏藻為第1優(yōu)勢(shì)種，優(yōu)勢(shì)度為Y=0.153，平均密度為3.50×103個(gè)·m-3；中心圓篩藻為第2優(yōu)勢(shì)種，優(yōu)勢(shì)度為Y=0.128，平均密度為3.49×103個(gè)·m-3（表3）。陵 水灣春秋兩季優(yōu)勢(shì)種顯微鏡下的生物學(xué)特征見(jiàn)圖4。

圖4 陵水灣浮游植物優(yōu)勢(shì)藻種的顯微觀察Fig. 4 Microscopic observation of dominant algae species in phytoplankton in Lingshui Bay

表3 陵水灣浮游植物優(yōu)勢(shì)種Tab. 3 The dominant species of phytoplankton in Lingshui Bay

2.5 多樣性指數(shù)、均勻度與豐富度指數(shù)多樣性指數(shù)和均勻度計(jì)算結(jié)果表明（表4），春季該海域浮游植物的多樣性指數(shù)和均勻度平均值分別為2.99和0.76，秋季分別為3.03和0.79。春秋季陵水灣多樣性指數(shù)均≥3.0，表明該海域生境狀況優(yōu)良。春季豐富度指數(shù)范圍在0.84～2.89之間，平均為1.96。秋季豐富度 指數(shù)范圍在0.45～2.25之間，平均為1.42。

2.6 陵水灣各調(diào)查站位水質(zhì)分析結(jié)果從圖5可知，陵水灣春季總氮含量平均值為3.90 mg·L-1，秋季總氮含量均高于春季各站位，平均總氮為6.86 mg·L-1，各調(diào)查站位之間無(wú)明顯規(guī)律。春秋兩季硝酸鹽氮含量平均值分別為0.90 mg·L-1和0.73 mg·L-1，秋季略低于春季，春秋季各站位差異較大。陵水灣春季調(diào)查區(qū)域亞硝酸鹽氮含量介于0.006～0.010 mg·L-1之間，秋季亞硝酸鹽氮含量介于0.001 8～0.008 8 mg·L-1之間，平均值為0.005 9 mg·L-1，與春季相比，秋季亞硝酸鹽氮含量下降。陵水灣各調(diào)查站位春季的氨氮含量介于0.28～1.72 mg·L-1之間，秋季氨氮含量平均值增加，明顯高于春季。陵水灣春季總磷平均值1.64 mg·L-1，秋季總磷含量平均值為0.75 mg·L-1，僅為春季含量的1/2。陵水灣海域春季COD的平均值為3.00 mg·L-1，秋 季平均值3.80 mg·L-1。

圖5 陵水灣各調(diào)查站位水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定結(jié)果Fig. 5 Measurement results of water quality-related indicators at various survey stations in Lingshui Bay

2.7 浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的關(guān)系陵水灣浮游植物與環(huán)境因子之間的冗余分析（RDA）結(jié)果表明（圖6），春季第1第2排序軸的特征值分別為0.551和0.141，累計(jì)解釋69.2%的物種變化信息；秋季第1第2排序軸的特征值分別為0.292和0.198，累計(jì)解釋49.09%的物種變化信息。

表 4 陵水灣各站位浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度和豐富度指數(shù)Tab. 4 Phytoplankton diversity index, evenness and richness index of each survey station in Lingshui Bay

選擇優(yōu)勢(shì)度排名前10的春秋兩季的浮游植物，利用向前引入法逐步篩選環(huán)境因子，發(fā)現(xiàn)春季有2個(gè)環(huán)境因子的檢驗(yàn)結(jié)果達(dá)到顯著水平，分別為鹽度（S）（F=4.6；P=0.008）和亞硝態(tài)氮（NO2-N）（F=2.8，

P=0.014）；秋季僅亞硝態(tài)氮（NO2-N）（F=2.8，P=0.034）達(dá)到顯著水平。說(shuō)明這2個(gè)環(huán)境因子是影響陵水灣浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。

浮游植物與環(huán)境因子的RDA排序結(jié)果表明（圖6），春季浮游植物優(yōu)勢(shì)種如脆根管藻、薄壁幾內(nèi)亞藻、角毛藻屬和柔弱擬菱形藻等與亞硝態(tài)氮和電導(dǎo)率呈正相關(guān)，與COD呈負(fù)相關(guān)。其余優(yōu)勢(shì)種如擬旋鏈角毛藻、丹麥細(xì)柱藻、柔弱根管藻、斯氏根管藻、擬旋鏈角毛藻和尖刺擬菱形藻等與溶解氧呈正相關(guān)，與鹽度、總磷和總氮呈負(fù)相關(guān)。秋季浮游植物優(yōu)勢(shì)種如泰晤士扭鞘藻、日本星桿藻、雙凹梯形藻和環(huán)紋婁氏藻等與COD、總磷、水溫、溶解氧和硝態(tài)氮呈正相關(guān)。中心網(wǎng)紋藻、中華半管藻、海鏈藻、鐘形中鼓藻和扭鏈角毛藻等與氨氮、總磷和pH呈正相關(guān)。薛式束毛藻與所有檢測(cè)的環(huán)境因子之間均呈負(fù)相關(guān)的關(guān)系。

圖6 陵水灣春季（a）和秋季（b）浮游植物與環(huán)境因子的RDA排序分析圖TN：總氮；TP：總磷；NO2-N：亞硝態(tài)氮；NO3-N：硝態(tài)氮；NH3-N：氨氮；COD：化需氧量；Cond：電導(dǎo)率；DO：溶解氧；WT：水溫；S：鹽度。Fig. 6 RDA ordination analysis of phytoplankton and environmental factors of Lingshui Bay in spring (a) and autumn (b)TN: Total nitrogen; TP: Total phosphorus; NO2-N: Nitrite; NO3-N: nitrate; NH3-N: Ammonia nitrogen; COD: Chemical oxygen demand; Cond: Conductivity; DO: Dissolved oxygen; WT: Water temperature; S: salinity.

3 討 論

3.1 調(diào)查海域的浮游植物種類(lèi)組成對(duì)海南陵水灣近岸海域春、秋兩季的浮游植物和水質(zhì)調(diào)查的結(jié)果表明，共發(fā)現(xiàn)浮游植物134種，均以硅藻為主要類(lèi)群，與歷年來(lái)南海浮游植物調(diào)查結(jié)果基本一致[10]。春季鑒定出4種藍(lán)藻門(mén)藻類(lèi)，而秋季僅鑒定出1種，黃藻、金藻和定鞭藻門(mén)種類(lèi)未鑒定出。春秋兩季硅藻細(xì)胞密度分別占總細(xì)胞密度的94.17%和88.42%，是主要的優(yōu)勢(shì)類(lèi)群。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，水溫的增高，光照作用的增強(qiáng)，有利于硅藻的生長(zhǎng)[11]。硅藻是水域浮游植物的主要類(lèi)群，因其組成和數(shù)量與營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度密切相關(guān)[12-13]，因此，硅藻經(jīng)常被用來(lái)作為含鹽的指示物[14]，硅藻去除各營(yíng)養(yǎng)鹽中的N和P，從而達(dá)到凈化廢水的 作用，硅藻群集生活的過(guò)程可反映該區(qū)域環(huán)境的長(zhǎng)期變化過(guò)程[15-16]。

3.2 浮游植物優(yōu)勢(shì)種類(lèi)群及其物種多樣性陵水灣春、秋兩季的優(yōu)勢(shì)種均為7種，春季優(yōu)勢(shì)種分別為丹麥細(xì)柱藻、柔弱擬菱形藻、角毛藻屬、斯氏根管藻、脆根管藻、薄壁幾內(nèi)亞藻、尖刺擬菱形藻，其中，丹麥細(xì)柱藻為第1優(yōu)勢(shì)種，柔弱擬菱形藻為第2優(yōu)勢(shì)種。丹麥細(xì)柱藻為廣溫廣鹽近岸種類(lèi)，是中國(guó)近海較為常見(jiàn)的赤潮藻種類(lèi)型[17-18]。在陵水灣采樣期間未出現(xiàn)赤潮現(xiàn)象，說(shuō)明丹麥細(xì)柱藻的細(xì)胞豐度不足以達(dá)到引起赤潮，但因?yàn)槠渖L(zhǎng)速度快，細(xì)胞粒徑小，通常是水體富營(yíng)養(yǎng)化的標(biāo)志[19]。秋季優(yōu)勢(shì)種分別為環(huán)紋婁氏藻、中心圓篩藻、薛氏束毛藻、扭鏈角毛藻、雙凹梯形藻、泰晤士扭鞘藻和日本星桿藻，其中，環(huán)紋婁氏藻為第1優(yōu)勢(shì)種，中心圓篩藻為第2優(yōu)勢(shì)種。陵水灣春季浮游植物的多樣性指數(shù)、均勻度和豐富度指數(shù)平均值分別為2.99 、0.76和1.96，秋季分別為3.03、0.79和1.42。Shannon-Wiener 指數(shù)值為0～1時(shí)，水體為重污染；指數(shù)值1～3為中度污染；指數(shù)值大于3時(shí)，為清污染或無(wú)污染[20]。春秋季陵水灣多樣性指數(shù)均大于3.0，表明該海域生境狀況一直優(yōu)良，均勻度指數(shù)均大于0.3，結(jié)合多樣性指數(shù)和均勻度指數(shù)，表明了陵水灣浮游植物多樣性高，且群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[21]。

3.3 浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果表明，秋季總氮、氨氮和COD含量平均值高于春季，秋季硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和總磷含量平均值低于春季。秋季調(diào)查結(jié)果也表明，秋季的細(xì)胞密度大于春季的細(xì)胞密度。研究顯示，氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽是浮游植物生長(zhǎng)的必需條件，海水中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的增多是導(dǎo)致細(xì)胞密度高的原因之一[22]。COD含量的增高是水體受到有機(jī)物污染的指標(biāo)，COD含量越高，表明受到有機(jī)物污染越嚴(yán)重，秋季的COD含量高于春季，說(shuō)明秋季調(diào)查海域的水體環(huán)境較春季差[23]。

陵水灣春季浮游植物和環(huán)境因子進(jìn)行RDA分析結(jié)果顯示，影響浮游植物的主要環(huán)境因子有鹽度和亞硝態(tài)氮。已有研究報(bào)道，氮鹽是影響浮游植物生長(zhǎng)極為重要的因素[24]，而海水鹽度是浮游植物滲透壓影響的關(guān)鍵因素之一，鹽度的變化是促使赤潮生物快速繁殖，從而引發(fā)赤潮的重要原因[25-26]。在陵水灣調(diào)查期間，該海域沒(méi)有出現(xiàn)赤潮現(xiàn)象，可能的原因是浮游植物細(xì)胞豐度未達(dá)到引起赤潮的水平。陵水灣秋季調(diào)查結(jié)果顯示，影響陵水灣浮游植物生長(zhǎng)的主要限制因素是海水中的亞硝態(tài)氮含量。

結(jié)果表明，陵水灣環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)鹽和海水鹽度的變化是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化的主要原因。陵水灣調(diào)查海域秋季水體環(huán)境較春季差，浮游植物細(xì)胞密度高于春季。水質(zhì)方面，秋季水質(zhì)中的氮元素高于春季。人類(lèi)活動(dòng)的破壞、生活污水的排放是導(dǎo)致陵水灣水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因，加強(qiáng)控制生活污水的排放管理，是保護(hù)海港生態(tài)環(huán)境的重要舉措。