2021 年秦皇島近岸典型海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化特征*

馬 新 徐金濤 楊 雯 李微微 譚法啟 王 眾 李欣陽

(國家海洋局秦皇島海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 河北秦皇島 066002)

浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)初級(jí)生產(chǎn)力的主要貢獻(xiàn)者, 作為食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié), 其種群變動(dòng)和群落結(jié)構(gòu)演替直接影響整個(gè)海洋食物鏈的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)(Suikkanenet al, 2007; 許歆, 2017)。浮游植物群落可以靈敏而迅速地反映環(huán)境的變化, 能夠在一定程度上反映海洋的生態(tài)環(huán)境狀態(tài)(Charlonet al, 1987;吳玉霖等, 2004; Padisáket al, 2006; 劉素娟等,2007)。此外, 浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究能夠提高對(duì)監(jiān)測(cè)海域長期變化規(guī)律的認(rèn)識(shí), 為預(yù)測(cè)海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的變化提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)(欒青杉等, 2018)。

秦皇島位于河北省東北部, 地處北渤海的溫帶海域, 與渤海海峽相對(duì), 是遼東灣和渤海中部及渤海灣進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的重要通道(趙相偉等, 2020)。沿岸有洋河、戴河、新河、湯河和新開河等自然河流和多個(gè)排污口(Donget al, 2021), 近年來, 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展, 秦皇島海域生態(tài)環(huán)境受到陸源徑流及人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾, 赤潮時(shí)有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計(jì), 2000～2020 年在秦皇島海域共記錄赤潮63 次(河北省海洋局,2000～2018; 河北省自然資源廳, 2019-2020; 張萬磊等,2020), 而2011～2019年的10年間是赤潮發(fā)生最為集中的時(shí)期, 共發(fā)生赤潮42 次, 甚至出現(xiàn)了一起由鏈狀亞歷山大藻(Alexandrium catenella)赤潮引發(fā)貽貝體內(nèi)麻痹性貝毒超標(biāo), 人食用后引起的中毒事件(于仁成等,2016; Yuet al, 2021) , 引發(fā)各級(jí)政府和社會(huì)公眾的高度關(guān)注。其中, 發(fā)生赤潮最頻繁的兩個(gè)海域分別是金夢(mèng)海灣(Jinmeng Bay, 簡稱JMB)附近海域和東山浴場(chǎng)(Dongshan Beach, 簡稱DSB)附近海域。

金夢(mèng)海灣和東山浴場(chǎng)分別是秦皇島市西部和東部比較有代表性的海濱浴場(chǎng), 周圍均有居民區(qū)、餐飲酒店和旅游景點(diǎn)等, 金夢(mèng)海灣緊鄰大、小湯河入?？谝约皷|北大學(xué)生活污水排污口和電子廠工業(yè)污水排污口, 東山浴場(chǎng)緊鄰秦皇島港、新開河入?？谝约盁犭娎镄^(qū)生活污水排污口和熱電廠工業(yè)污水排污口。2011～2019 年的42 次赤潮中, 有28 次赤潮的發(fā)生涉及這兩個(gè)海域, 年均發(fā)生赤潮3.1 次; 2015 年和2016年是發(fā)生赤潮次數(shù)最多的年份, 共11 次; 共有22 種赤潮生物形成赤潮, 形成赤潮次數(shù)最多的藻種為夜光藻(Noctiluca scintillans, 10 次)、錐狀斯克里普藻(Scrippsiella trochoidea, 7 次)、赤潮異彎藻(Heterosigma akashiwo, 4 次)和抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens,4 次)等。

然而, 對(duì)該海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究較少,相關(guān)調(diào)查多集中在2015 年以前(張建樂等, 2007; 慕建東等, 2015; 于湖洋等, 2016; 許歆, 2017), 近年來尚無對(duì)該海域浮游植物群落的研究報(bào)道。本研究基于2021 年4～10 月秦皇島近岸海域網(wǎng)采浮游植物的逐月調(diào)查結(jié)果, 討論了該海域網(wǎng)采浮游植物的種類組成、優(yōu)勢(shì)種、豐度、多樣性等特征及其與環(huán)境因子的關(guān)系,分析了金夢(mèng)海灣和東山浴場(chǎng)兩個(gè)典型海域海水水質(zhì)和浮游植物群落結(jié)構(gòu)的異同, 以期為該海域浮游植物群落狀況研究和赤潮的預(yù)警監(jiān)測(cè)提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 站位布設(shè)

本研究在秦皇島近岸海域設(shè)置12 個(gè)調(diào)查站位,于2021 年4～10 月開展了7 個(gè)航次浮游植物和環(huán)境因子的逐月調(diào)查。調(diào)查范圍及站位分布見圖1, 其中,S11～S16 站位位于金夢(mèng)海灣附近海域, S21～S26 站位位于東山浴場(chǎng)附近海域。

圖1 調(diào)查站位示意圖Fig.1 Schematic drawing of stations

1.2 調(diào)查方法

浮游植物調(diào)查: 參照《海洋調(diào)查規(guī)范 第6 部分》(GB/T 12763.1-2007)進(jìn)行浮游植物采樣, 采用淺水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)口直徑 37 cm, 網(wǎng)口面積0.1 m2, 網(wǎng)徑76 μm)自水體底層至表層垂直拖網(wǎng) 1 次, 收集浮游植物樣品后立即加體積比為5%的甲醛固定。帶回實(shí)驗(yàn)室后, 將浮游植物樣品充分混勻, 取0.1～0.5 mL 用Olympus BX53 生物顯微鏡進(jìn)行鑒定和計(jì)數(shù)。

水環(huán)境調(diào)查: 水樣的采集、現(xiàn)場(chǎng)處理和分析測(cè)定均按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB 17378.4-2007)和《海洋調(diào)查規(guī)范》(GB/T 12763.4-2007)中規(guī)定的方法執(zhí)行。涉及的水質(zhì)參數(shù)有水溫、鹽度、pH 值、溶解氧、化學(xué)需氧量COD、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氨鹽、活性磷酸鹽和活性硅酸鹽。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

1.3.1 環(huán)境因子 選用富營養(yǎng)化指數(shù)(E)來評(píng)價(jià)海水富營養(yǎng)化程度, 計(jì)算公式為

式中,E為富營養(yǎng)化指數(shù), 無量綱;cCOD為化學(xué)需氧量濃度, mg/L:cDIN為無機(jī)氮濃度, mg/L;cDIP為無機(jī)磷濃度, 在本文中以磷酸鹽濃度代替, mg/L。一般認(rèn)為E≥1 為富營養(yǎng)化, 其中1≤E≤3 時(shí)為輕度富營養(yǎng)化,3＜E≤9 時(shí)為中度富營養(yǎng)化,E＞9 為重度富營養(yǎng)化(王燕等, 2021)。

1.3.2 優(yōu)勢(shì)種 浮游植物優(yōu)勢(shì)種以優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Y判斷, 一般將Y≥0.02 的種類定義為優(yōu)勢(shì)種(Dufreneet al, 1997), 優(yōu)勢(shì)度Y值計(jì)算公式為

式中,N為調(diào)查站位所有浮游植物出現(xiàn)的總個(gè)體數(shù);ni為第i種浮游植物的個(gè)體數(shù);fi為第i種浮游植物在各站位的出現(xiàn)頻率。

1.3.3 生物多樣性 用Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)(H′)(Shannonet al, 1949)和Pielou 均勻度(J)(Pielou,1969)進(jìn)行浮游植物群落多樣性分析。

式中,S為群落中的總物種數(shù);Hmax表示最大物種多樣性指數(shù)log2S。

1.3.4 群落結(jié)構(gòu)及環(huán)境因子分析 主要由Primer 6.0 軟件完成。采用CLUSTER 模塊對(duì)浮游植物群落進(jìn)行聚類分析, 分析不同月份間浮游植物群落結(jié)構(gòu)的差異情況, 并對(duì)其進(jìn)行One-way ANOSIM 檢驗(yàn); 采用MDS 模塊形成的二維平面圖來解釋不同月份間的群落結(jié)構(gòu)相似性, 其可信程度用脅強(qiáng)系數(shù)(Stress)來衡量, 一般當(dāng)Stress＜0.2 時(shí), 認(rèn)為該圖的結(jié)果是可信的,有一定的解釋意義(Fieldet al, 1982); 采用BIOENV 模塊分析得出對(duì)浮游植物群落相關(guān)性最密切的環(huán)境因子組合, 并對(duì)其進(jìn)行RELATE 檢驗(yàn)。

1.3.5 其他 采用surfer 11.0 軟件繪制站位分布圖和浮游植物豐度平面分布圖, 其余作圖及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析由Origin 8.5 軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 環(huán)境因子

金夢(mèng)海灣、東山浴場(chǎng)和秦皇島近岸海域(指整個(gè)研究海域, 下同)7 個(gè)月份的水質(zhì)參數(shù)均值結(jié)果見圖2。從研究海域整體看, 海水水溫有明顯的季節(jié)變化,4 月最低(11.9 °C), 8 月最高(26.8 °C); 4～6 月鹽度較高(31.95～32.53), 7～10 月鹽度下降, 穩(wěn)定在30 左右; 溶解氧、pH 值均符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn); COD 除8月和9 月超出2 mg/L, 屬于第二類海水水質(zhì)外, 其余月份符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn); 10 月無機(jī)氮濃度高于0.2 mg/L, 屬于第二類海水水質(zhì), 其余月份滿足第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn); 活性磷酸鹽濃度均符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn), 但呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì), 6～8 月濃度較低, 氮磷比極高(79.65～149.38); 活性硅酸鹽濃度全年均處于較高水平, 尤其是8 月份, 達(dá)1.09 mg/L。7 個(gè)航次富營養(yǎng)化指數(shù)范圍為0.04～1.04, 除10 月份略超富營養(yǎng)化水平外, 該海域絕大部分時(shí)間水質(zhì)遠(yuǎn)未達(dá)到富營養(yǎng)化水平?？傮w而言, 研究海域2021 年水質(zhì)狀況良好。

圖2 金夢(mèng)海灣、東山浴場(chǎng)和秦皇島近岸海域水質(zhì)參數(shù)的月際變化Fig.2 Intermonthly variation of water quality parameters in the Jinmeng Bay, Dongshan Beach, and Qinhuangdao costal area

比較來看, 金夢(mèng)海灣和東山浴場(chǎng)兩個(gè)典型海域水溫的變化趨勢(shì)比較一致, 最低水溫均出現(xiàn)在4 月(金夢(mèng)海灣附近海域和東山浴場(chǎng)附近海域分別為12.5和11.4 °C, 順序下同), 最高水溫均出現(xiàn)在8 月(分別為27.0 和26.5 °C)。4～8 月金夢(mèng)海灣附近海域較東山浴場(chǎng)附近海域水溫偏高近 1.0 °C, 8～9 月偏低約0.6 °C。綜合其他7 項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)結(jié)果, 金夢(mèng)海灣附近海域各項(xiàng)理化參數(shù)的變化范圍均明顯大于東山浴場(chǎng)附近海域, 尤其是鹽度、pH 值、溶解氧、硅酸鹽濃度和磷酸鹽濃度, 而且這些相對(duì)劇烈的波動(dòng)多出現(xiàn)在7～9 月。在此期間, 金夢(mèng)海灣附近海域的海水鹽度呈斷崖式下降, pH 值、溶解氧、COD 和硅酸鹽濃度則是先升高后下降, 而9 月磷酸鹽濃度則顯著高于東山浴場(chǎng)附近海域。從營養(yǎng)鹽濃度來看, 東山浴場(chǎng)附近海域磷酸鹽濃度低于金夢(mèng)海灣附近海域, 5～7 月部分站位存在磷限制, 但兩個(gè)海域均沒有氮限制或硅限制現(xiàn)象。

2.2 浮游植物

2.2.1種類組成 研究海域在2021 年4～10 月共鑒定出浮游植物3 門45 屬92 種(見附錄1), 其中, 硅藻門32 屬67 種, 占總種類數(shù)的72.8%; 甲藻門12 屬24種, 占26.1%; 金藻門1 屬1 種, 占1.1%。硅藻是絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)類群, 其中又以角毛藻屬(Chaetoceros)的種類最多, 達(dá)20 種, 其次為菱形藻屬(Nitzschia)和圓篩藻屬(Coscinodiscus), 分別為5 種和4 種。甲藻門中以原多甲藻屬(Protoperidinium)的種類最多, 有8 種, 其次為角藻屬(Ceratium), 有4 種。9 月浮游植物種類數(shù)最多, 共3 門50 種, 其中, 硅藻門36 種, 甲藻門13種, 金藻門1 種; 7 月和8 月浮游植物種類數(shù)次之, 均為46 種, 5 月浮游植物種類數(shù)最少, 共2 門21 種(圖3)。

附錄1 秦皇島近岸海域浮游植物種名錄App.1 Species checklist of phytoplankton in Qinhuangdao coastal area

續(xù)表

續(xù)表

比較來看, 金夢(mèng)海灣附近海域共鑒定浮游植物3門42 屬83 種, 其中, 硅藻門29 屬60 種, 甲藻門12屬22 種, 金藻門1 屬1 種; 東山浴場(chǎng)附近海域共鑒定浮游植物39 屬82 種, 其中硅藻門27 屬59 種, 甲藻門11 屬22 種, 金藻門1 屬1 種。兩個(gè)海域浮游植物種類組成差別不大, 但東山浴場(chǎng)附近海域的種類數(shù)普遍高于金夢(mèng)海灣附近海域的種類數(shù)(圖3)。

圖3 金夢(mèng)海灣、東山浴場(chǎng)和秦皇島近岸海域浮游植物種類組成的月際變化Fig.3 Intermonthly variation of species composition in the Jinmeng Bay, Dongshan Beach, and Qinhuangdao coastal area

2.2.2優(yōu)勢(shì)種種類及其變化 研究海域浮游植物各月份出現(xiàn)的優(yōu)勢(shì)種及優(yōu)勢(shì)度Y值見表1。不同月份浮游植物優(yōu)勢(shì)種的種類和數(shù)量差異很大, 9 月優(yōu)勢(shì)種數(shù)量最多, 共10 屬12 種, 除裸甲藻(Gymnodiniumsp.)外, 其余均為硅藻, 其中優(yōu)勢(shì)地位最明顯的是勞氏角毛藻(Chaet. lorenzianus); 7 月優(yōu)勢(shì)種數(shù)量次之, 共5屬 8 種, 角毛藻屬和角藻屬各 3 種, 中肋骨條藻(Skeletonema costatum)和三角角藻(C. tripos)優(yōu)勢(shì)度最高; 6 月有6 屬6 種, 星臍圓篩藻(Cos. asteromphalus)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 夜光藻次之; 10 月有4 屬5 種, 星臍圓篩藻和尖刺偽菱形藻(Pseudo-nitzschia pungens)占優(yōu)勢(shì)地位。4 月和5 月各有4 種優(yōu)勢(shì)種, 但4 月以扭鏈角毛藻(Chaet. tortissimus)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 5 月星臍圓篩藻、梭角藻(C. fusus)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 其次為夜光藻。8月優(yōu)勢(shì)種數(shù)量最少, 只有2 屬2 種, 中肋骨條藻具有非常高的優(yōu)勢(shì)地位, 其豐度占浮游植物總豐度的90.9%, 其次為窄隙角毛藻(Chaet. affinis)。未出現(xiàn)7個(gè)航次共有的優(yōu)勢(shì)種。

表1 研究海域各月份浮游植物優(yōu)勢(shì)種及其優(yōu)勢(shì)度指數(shù)Tab.1 The dominant phytoplankton species and their dominance index (Y-value) of the study area

比較來看, 金夢(mèng)海灣附近海域有24 個(gè)優(yōu)勢(shì)種, 9月優(yōu)勢(shì)種數(shù)量最多, 共8 屬10 種, 5 月最少, 共3 屬3種; 星臍圓篩藻在5 個(gè)月份的調(diào)查中成為優(yōu)勢(shì)種, 其次為梭角藻和夜光藻, 均為4 次。東山浴場(chǎng)附近海域也有24 個(gè)優(yōu)勢(shì)種, 9 月優(yōu)勢(shì)種數(shù)量最多, 共8 屬10 種,8 月最少, 僅有1 屬1 種; 星臍圓篩藻在5 個(gè)月份的調(diào)查中成為優(yōu)勢(shì)種, 其次為中肋骨條藻、夜光藻和梭角藻, 均為3 次。

2.2.3豐度及其平面分布 金夢(mèng)海灣、東山浴場(chǎng)和秦皇島近岸海域浮游植物豐度的月際變化見圖4。研究海域浮游植物豐度范圍為(1.09～101.49)×106cells/m3,平均值為1.67×107cells/m3, 最高值出現(xiàn)在8 月, 最低值出現(xiàn)在6 月。金夢(mèng)海灣附近海域浮游植物豐度范圍為(0.51～37.99)×106cells/m3, 平均值為7.34×106cells/m3,最高值出現(xiàn)在8 月, 最低值出現(xiàn)在4 月。東山浴場(chǎng)附近海域浮游植物豐度范圍為(0.93～164.98)×106cells/m3,平均值為2.60×107cells/m3, 最高值出現(xiàn)在8 月, 最低值出現(xiàn)在6 月。比較來看, 東山浴場(chǎng)附近海域除4 月浮游植物豐度顯著高于金夢(mèng)海灣附近海域(P＜0.05)外,其他月份的浮游植物豐度與金夢(mèng)海灣附近海域無顯著差異(P＞0.05)。

圖4 金夢(mèng)海灣、東山浴場(chǎng)和秦皇島近岸海域浮游植物豐度的月際變化Fig.4 Intermonthly variation of phytoplankton levels in the Jinmeng Bay, Dongshan Beach, and Qinhuangdao coastal area

研究海域浮游植物豐度的平面分布見圖5。4 月,浮游植物豐度高值區(qū)在以S21 為代表的東山浴場(chǎng)附近海域(平均值為3.39×106cells/m3), 金夢(mèng)海灣附近浮游植物豐度很低(平均值為5.13×105cells/m3); 5 月浮游植物豐度分布較均勻, 呈現(xiàn)近岸高, 遠(yuǎn)岸低的特點(diǎn),與4 月相比, 東山浴場(chǎng)附近海域豐度下降, 金夢(mèng)海灣附近海域豐度升高; 6 月, 浮游植物豐度為調(diào)查期間的最低值, 呈塊狀分布, 兩個(gè)浴場(chǎng)之間的海域浮游植物豐度最低; 7 月浮游植物豐度有所回升, 均值為2.23×106cells/m3, 并呈現(xiàn)西部海域低, 東部海域高的趨勢(shì); 8 月整個(gè)海域的浮游植物豐度達(dá)到最高峰, 以S23 (3.16×108cells/m3)和S24 (3.89×108cells/m3)為中心的東山浴場(chǎng)海域的平均豐度(1.65×108cells/m3)顯著高于金夢(mèng)海灣海域的平均豐度(3.80×107cells/m3),中肋骨條藻貢獻(xiàn)了90%以上的豐度值, 其他優(yōu)勢(shì)種類也多以角毛藻為主; 9 月浮游植物豐度大幅下降,并在研究海域中部出現(xiàn)以S13 為中心的高值區(qū), 并以此為中心向四周擴(kuò)展, 豐度逐漸下降; 10 月豐度與9月差別不大, 但高值區(qū)向東南部海域擴(kuò)展, 西南部海域和東北部海域的浮游植物豐度極低。

圖5 2021 年4～10 月秦皇島附近海域浮游植物豐度的平面分布圖Fig.5 Horizontal distribution of phytoplankton abundance from April to October in 2021

另外, 金夢(mèng)海灣和東山浴場(chǎng)附近海域硅甲藻的豐度比值差別明顯(圖6)。除5 月和7 月金夢(mèng)海灣附近海域的硅甲藻豐度比值小于1, 即甲藻豐度高于硅藻外, 其他月份硅藻豐度均高于甲藻。5 月金夢(mèng)海灣附近海域的甲藻優(yōu)勢(shì)種為梭角藻和夜光藻, 而7 月為三角角藻、叉角藻和梭角藻。以8 月為界, 金夢(mèng)海灣附近海域和東山浴場(chǎng)附近海域的硅甲藻豐度比值出現(xiàn)逆轉(zhuǎn), 即4～8 月金夢(mèng)海灣附近海域浮游植物群落中甲藻豐度占比高于東山浴場(chǎng)附近海域, 而9 月和10月則相反。

圖6 2021 年4～10 月金夢(mèng)海灣、東山浴場(chǎng)附近海域硅甲藻豐度比Fig.6 The abundance ratio of diatoms to dinoflagellates in the coastal areas of Jinmeng Bay and Dongshan Beach from April to October in 2021

2.2.4多樣性指數(shù)和均勻度 研究海域浮游植物群落的多樣性指數(shù)變化范圍為1.19～3.43, 平均值為2.09, 最高值出現(xiàn)在9 月, 最低值出現(xiàn)在8 月; 金夢(mèng)海灣附近海域浮游植物群落的多樣性指數(shù)變化范圍為1.49～3.24, 平均值為2.18, 最高值出現(xiàn)在9 月, 最低值出現(xiàn)在5 月; 東山浴場(chǎng)浮游植物群落的多樣性指數(shù)變化范圍為0.49～3.62, 平均值為2.00, 最高值出現(xiàn)在9 月, 最低值出現(xiàn)在8 月。

研究海域浮游植物群落的均勻度變化范圍為0.26～0.74, 平均為0.54, 最高值出現(xiàn)在9 月, 最低值出現(xiàn)在8 月; 金夢(mèng)海灣附近海域浮游植物群落的均勻度變化范圍為0.41～0.74, 平均值為0.58, 最高值出現(xiàn)在9 月, 最低值出現(xiàn)在8 月; 東山浴場(chǎng)附近海域浮游植物群落的均勻度變化范圍為0.11～0.74, 平均值為0.51, 最高值出現(xiàn)在9 月, 最低值出現(xiàn)在8 月。

2.3 群落結(jié)構(gòu)及環(huán)境因子分析

2.3.1聚類分析和MDS 標(biāo)序 浮游植物樣品經(jīng)實(shí)驗(yàn)室定量分析后, 建立豐度原始矩陣。為減少稀有種對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的干擾, 篩選出全年出現(xiàn)頻率大于15%的種類, 共22 屬37 種, 將其豐度矩陣進(jìn)行四次方根轉(zhuǎn)化和Bray-Curtis 相似性計(jì)算, 經(jīng)Simprof檢驗(yàn)后進(jìn)行CLUSTER 聚類分析和MDS 標(biāo)序, 結(jié)果見圖8。以32%相似度為界, 可將調(diào)查海域7 個(gè)月份84 個(gè)站次的浮游植物群落劃分為3 組, a 組為4、5 和6 月12 個(gè)站位的調(diào)查結(jié)果, b 組為9、10 月12 個(gè)站位的調(diào)查結(jié)果, c 組為7、8 月12 個(gè)站位的調(diào)查結(jié)果。3個(gè)組內(nèi)部的聚類效果各有不同, a 組內(nèi)部的浮游植物群落相似性最高, 其次為b 組, c 組內(nèi)部浮游植物群落差異最大?？傮w來說, 浮游植物的群落組成體現(xiàn)了非常明顯的季節(jié)特征, 說明浮游植物群落組成隨季節(jié)變化的分布特征具有良好的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。二維MDS 標(biāo)序圖的結(jié)果與CLUSTER 聚類分析圖一致,Stress 值為0.13, 處于可信范圍內(nèi)。

圖8 秦皇島近岸海域浮游植物群落的聚類分析圖和MDS 標(biāo)序圖Fig.8 Cluster analysis and MDS of phytoplankton community in Qinhuangdao coastal area

One-way ANOSIM 檢驗(yàn)證實(shí)了以浮游植物豐度矩陣劃分的3 個(gè)組群之間以及任意2 組群之間的差異顯著(R=0.915,P=0.001; 成對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果見表2)。

表2 ANOSIM 分析成對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Paired Test Results by one-way ANOSIM

2.3.2浮游植物群落與環(huán)境因子的關(guān)系 對(duì)該海域浮游植物和水質(zhì)參數(shù)的BIOENV 分析結(jié)果(表3)表明, 使環(huán)境歐氏距離非相似性矩陣與樣品Bray-Curtis非相似性矩陣之間形成最大等級(jí)相關(guān)的水質(zhì)參數(shù)是水溫和鹽度的組合, 其等級(jí)相關(guān)系數(shù)為0.513。RELATE檢驗(yàn)顯示, 浮游植物豐度矩陣與環(huán)境變量矩陣的樣本統(tǒng)計(jì)顯著性水平為0.1%, 表明秦皇島海域所監(jiān)測(cè)的環(huán)境因子會(huì)影響其浮游植物群落結(jié)構(gòu)。

表3 浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子相關(guān)性分析(BIOENV)Tab.3 Correlation between phytoplankton community and environmental variables (BIOENV analysis)

圖7 金夢(mèng)海灣、東山浴場(chǎng)和秦皇島近岸海域浮游植物多樣性指數(shù)、均勻度的月際變化Fig.7 Intermonthly variation in diversity index H′ and equitability J of phytoplankton in the Jinmeng Bay, Dongshan Beach, and Qinhuangdao coastal area

3 討論

3.1 浮游植物種類

此次調(diào)查共鑒定秦皇島海域浮游植物3 門45 屬92 種, 與慕建東等(2015)于2010 年5 月至9 月期間在該海域的調(diào)查結(jié)果(46 屬96 種)相近, 高于于湖洋等(2016)于2014 年4～9 月對(duì)該海域的調(diào)查結(jié)果(3 門33 屬70 種)。和渤海其他海域調(diào)查結(jié)果類似(孫萍等,2008; 于瀟等, 2020; 張雪等, 2020), 秦皇島近岸海域浮游植物種類組成以硅藻為主。

由于秦皇島海域獨(dú)特的地理位置, 沿岸入海河流和排污口較多, 個(gè)別月份鹽度明顯偏低, 使其浮游植物以適低鹽的近岸種、溫帶種和廣布種為主, 也有少量外海性暖水種和冷水種。26 種優(yōu)勢(shì)種中有20 種硅藻, 6 種甲藻, 其中星臍圓篩藻、夜光藻、梭角藻和三角角藻在7 個(gè)航次均有出現(xiàn)。但從豐度高值看, 適溫相對(duì)較高的星臍圓篩藻(俞建鑾等, 1993)豐度高值出現(xiàn)在10 月, 適溫較低的夜光藻(曹新宇等, 2021)豐度高值出現(xiàn)在4～6 月。與俞建鑾等(1993)認(rèn)為梭角藻往往在8 月成為優(yōu)勢(shì)種的結(jié)論不同, 秦皇島海域的梭角藻在4～6 月成為優(yōu)勢(shì)種, 豐度高值出現(xiàn)在5 月。三角角藻的豐度高值出現(xiàn)在7 月, 該藻隨著黑潮和黃海暖流的余脈從渤海海峽輸入渤海海域, 屬于暖海大洋性的外源性物種(孫軍等, 2005; 陳楠生等, 2021)。甲藻優(yōu)勢(shì)種多集中出現(xiàn)在4～7 月。

3.2 浮游植物豐度

秦皇島近岸海域浮游植物豐度范圍為(1.09～101.49)×106cells/m3, 6 月最低, 8 月最高, 平均值為1.67×107cells/m3。與歷史同期調(diào)查結(jié)果相比, 2021年秦皇島近岸海域的浮游植物豐度顯著高于2004 年(張建樂等, 2007)和2010 年(慕建東等, 2015)的浮游植物豐度, 但低于2014 年(于湖洋等, 2016)的浮游植物豐度。同一海域不同調(diào)查年份間的浮游植物豐度不同可能與研究海域站位布設(shè)范圍或調(diào)查時(shí)間不同有關(guān),如于湖洋等(2016)在秦皇島的研究海域包含養(yǎng)殖區(qū),海水營養(yǎng)物質(zhì)異常豐富, 造成其浮游植物豐度較高,張建樂等(2007)等在秦皇島海域的調(diào)查時(shí)間僅為8 月,慕建東等(2015)在2010 年的調(diào)查時(shí)間和調(diào)查海域與本研究最為吻合, 但其浮游植物豐度明顯低于本研究, 主要原因是7～8 月的浮游植物豐度極低, 可能與當(dāng)年持續(xù)不斷發(fā)生的赤潮和褐潮災(zāi)害有關(guān)。東山浴場(chǎng)附近海域的甲藻豐度僅在5 月和10 月與硅藻豐度相近, 其余時(shí)間硅藻均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 而金夢(mèng)海灣附近海域的甲藻豐度在4～7 月與硅藻豐度相近, 7 月甚至遠(yuǎn)高于硅藻豐度, 只在8～10 月才表現(xiàn)出明顯的硅藻優(yōu)勢(shì)。這與歷年兩個(gè)典型海域的甲藻赤潮發(fā)生情況相吻合(河北省海洋局, 2000～2018), 東山浴場(chǎng)的甲藻赤潮多為夜光藻赤潮, 發(fā)生時(shí)間也集中在5～6 月, 金夢(mèng)海灣附近海域發(fā)生的甲藻赤潮具有種類多、頻率高、時(shí)間長的特點(diǎn), 這可能與該海域春夏季較低的磷酸鹽濃度和水動(dòng)力條件欠佳有關(guān)。多項(xiàng)調(diào)查(謝琳萍等,2012; 郭術(shù)津等, 2014; 張海波等, 2019)及本研究(圖2)均顯示, 渤海海域春夏季多有潛在的磷限制現(xiàn)象出現(xiàn), 氮磷比較高, 同時(shí)受該海域近岸人工島和進(jìn)島路工程的聯(lián)合作用, 金夢(mèng)海灣附近海域外海海水與湯河口和近岸的水體交換緩慢(匡翠萍等, 2019)。而在相對(duì)穩(wěn)定且高氮磷比的水體環(huán)境中, 更適合有運(yùn)動(dòng)能力且更能耐受低磷環(huán)境的甲藻的生長, 更易發(fā)生甲藻赤潮(Riegmanet al, 1996; Egge, 1998)。

3.3 浮游植物群落結(jié)構(gòu)及其與環(huán)境因子的關(guān)系

BIOENV 分析結(jié)果(表3)表明, 水溫和鹽度是影響其浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。秦皇島近岸海域海水水溫和鹽度呈現(xiàn)明顯的季節(jié)變化(圖2): 4～6月基本為低溫高鹽海水; 7～8 月為高溫低鹽海水, 金夢(mèng)海灣附近海域海水的這一特點(diǎn)更明顯; 9～10 月水溫急劇下降(由24.5 °C 左右降至15.1 °C 左右), 鹽度較7、8 月略有升高。與水環(huán)境月際變化規(guī)律相應(yīng), 秦皇島近岸海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)也分為3 組(圖8),分別為4～6 月的a 組, 9～10 月的b 組和7～8 月的c 組,反映在優(yōu)勢(shì)種上的更替規(guī)律為: a 組以廣溫廣鹽型和適低溫型的藻種, 如扭鏈角毛藻、星臍圓篩藻、梭角藻和夜光藻為主, b 組海水環(huán)境變化劇烈, 優(yōu)勢(shì)種種類繁雜, c 組以廣溫廣鹽型的中肋骨條藻和適溫較高的各類角毛藻、三角角藻為主。

甲藻優(yōu)勢(shì)種多集中出現(xiàn)在4～7 月, 其中4～6 月的甲藻優(yōu)勢(shì)種均為廣溫廣鹽種梭角藻和適低溫種夜光藻, 7 月時(shí), 適低溫的夜光藻已不具優(yōu)勢(shì), 取而代之的是高溫外海種叉角藻(劉述錫等, 2013)和三角角藻。硅藻為全年的優(yōu)勢(shì)類群, 又以8 月的中肋骨條藻為甚。該藻雖然只出現(xiàn)在7～9 月, 但8 月的絕對(duì)豐度優(yōu)勢(shì)仍使其成為周年優(yōu)勢(shì)度最高(Y=0.34)的藻種。中肋骨條藻是一種在全球近岸海域分布極廣的廣溫廣鹽型的浮游硅藻, 金德祥等(1965)對(duì)其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)最適溫鹽范圍為20～25 °C 和25～30, 而霍文毅等(2001)在對(duì)膠州灣一次中肋骨條藻赤潮的研究中發(fā)現(xiàn)該藻的最適溫鹽范圍為24～28 °C 和20～30, 發(fā)生赤潮時(shí)的海水環(huán)境多為高溫低鹽的咸淡混合水。劉東艷等(2002)研究了不同氮磷比對(duì)中肋骨條藻生長的影響,發(fā)現(xiàn)氮比磷更易誘發(fā)中肋骨條藻赤潮, 即使在高氮磷比情況下, 中肋骨條藻仍能夠很好生長。雖然7 月～8月的秦皇島近岸海域海水中的氮磷比較高, 但海水環(huán)境(水溫范圍26.0～26.8 °C, 鹽度范圍為29.0～29.6)正符合中肋骨條藻對(duì)溫鹽的最適生長要求, 加之8 月海水中高濃度的硅酸鹽(圖2)為其生長提供了硅藻所必需的硅元素, 使得中肋骨條藻呈暴發(fā)式繁殖。與此相似, 2015 年8 月在秦皇島近岸海域曾發(fā)生一次中肋骨條藻赤潮。

4 結(jié)論

(1) 2021 年4～10 月秦皇島近岸海域共發(fā)現(xiàn)浮游植物3 門45 屬92 種, 硅藻門和甲藻門為主要的浮游植物類群; 硅藻門的優(yōu)勢(shì)地位明顯。浮游植物生態(tài)類型以近岸種、溫帶種和廣布種為主, 也有少量外海性暖水種和冷水種。

(2) 不同月份浮游植物優(yōu)勢(shì)種的種類和數(shù)量差異很大, 9 月優(yōu)勢(shì)種多樣性最高, 8 月優(yōu)勢(shì)種多樣性最低。甲藻優(yōu)勢(shì)種多集中出現(xiàn)在4～7 月。未出現(xiàn)7 個(gè)航次共有的優(yōu)勢(shì)種。

(3) 浮游植物豐度8 月為全年最高峰, 達(dá)1.01×108cells/m3, 其余月份均在106cells/m3量級(jí)。浮游植物多樣性指數(shù)和均勻度與優(yōu)勢(shì)種多樣性保持一致, 9月最高, 8 月最低。

(4) 秦皇島近岸海域浮游植物群落有明顯的季節(jié)更替現(xiàn)象, 水溫和鹽度是影響其浮游植物群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。

(5) 金夢(mèng)海灣和東山浴場(chǎng)兩個(gè)典型海域的浮游植物種類組成差別不大, 但前者有相對(duì)穩(wěn)定且高氮磷比的水體環(huán)境, 更適合甲藻生長, 更容易發(fā)生甲藻赤潮。