河北撫寧海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物與水質(zhì)因子的相關(guān)研究

卜世勛, 張福崇, 方 笑, 李永仁

河北撫寧海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物與水質(zhì)因子的相關(guān)研究

卜世勛1, 張福崇2, 方 笑2, 李永仁1

(1. 天津農(nóng)學(xué)院 水產(chǎn)學(xué)院, 天津市水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點(diǎn)實驗室, 天津 300384; 2. 河北省海洋與水產(chǎn)科學(xué)研究院, 河北 秦皇島 066000)

為研究撫寧海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物變化特征, 探討水質(zhì)因子對浮游植物的影響, 2020年5月—11月, 每月測定該海域的主要水質(zhì)因子, 統(tǒng)計浮游植物。結(jié)果表明: 共鑒定浮游植物69種, 優(yōu)勢種33種; 浮游植物密度(8.3～267.9)×104cell/L, 5月份最高; 生物多樣性指數(shù)為0.458～3.747, 均勻度指數(shù)0.099～0.796, 豐富度指數(shù)0.933～4.755。海水水溫范圍11.8～26.8℃, 鹽度28.8～34.0, 活性硅酸鹽(SiO32–-Si)含量0.025～0.627 mg/L, 硝酸鹽氮(NO3–-N)濃度0.057～0.284 mg/L, 均呈“上升-下降”趨勢; pH范圍為7.867～8.190, 化學(xué)需氧量(COD)為0.260～1.415 mg/L, 活性磷酸鹽(PO43–-P)0.003～0.006 mg/L, 變化趨勢為“下降—上升”; 對優(yōu)勢種與水質(zhì)因子的分析表明, 影響該海域浮游植物變化的主要環(huán)境因子為活性硅酸鹽、鹽度、活性磷酸鹽和硝酸鹽氮; 裸藻門與活性磷酸鹽、鹽度呈正相關(guān), 與活性硅酸鹽、硝酸鹽氮呈負(fù)相關(guān); 甲藻門與活性硅酸鹽呈正相關(guān), 與活性磷酸鹽、硝酸鹽氮呈負(fù)相關(guān); 隱藻門與活性硅酸鹽、鹽度成正相關(guān), 與硝酸鹽氮呈負(fù)相關(guān)。

海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū); 營養(yǎng)鹽; 浮游植物; 冗余分析

河北省秦皇島海域位于渤海西部, 水質(zhì)清肥, 沙礫底質(zhì), 是我國海灣扇貝的主要養(yǎng)殖區(qū)[1], 主要分布于離岸1.5～4海里的淺海。

海灣扇貝屬軟體動物門, 瓣鰓綱, 異柱目, 扇貝科, 海灣扇貝屬, 中國科學(xué)院海洋研究所于1982年由北美洲引入國內(nèi)養(yǎng)殖, 是我國的四大養(yǎng)殖貝類之一[2]。海灣扇貝對養(yǎng)殖水體依賴性高, 其生存與生長需要海水保持一定的動態(tài)平衡, 海水中任何指標(biāo)的異常都會對海灣扇貝的健康養(yǎng)殖造成威脅[3]。海灣扇貝濾食海水中的單細(xì)胞藻類, 影響海水的透明度, 同時向水體中排泄?fàn)I養(yǎng)鹽, 為浮游植物的生長提供條件[4], 導(dǎo)致海域的營養(yǎng)鹽、浮游植物具有獨(dú)特的分布規(guī)律。

2009—2014年期間, 秦皇島近海連續(xù)6年發(fā)生抑食金球藻褐潮, 導(dǎo)致海灣扇貝滯長甚至死亡, 損失巨大[5]。2010年, 褐潮發(fā)生規(guī)模最大面積達(dá)到了3 350 km2, 致使河北全省經(jīng)濟(jì)直接損失2億元[6]。因此, 該海域浮游植物與水質(zhì)因子受到廣泛關(guān)注, 張建樂等[7]調(diào)查了2004年秦皇島海域浮游植物構(gòu)成, 發(fā)現(xiàn)硅藻種類數(shù)占浮游植物總種數(shù)的81.8%; 慕建東等[8]研究了2010年秦皇島海域N/P、鹽度、硝酸鹽、硅酸鹽、亞硝酸鹽、水溫等與浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征的關(guān)系; 也有研究表明氮鹽是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的主要因子[9]。本團(tuán)隊選取海灣扇貝養(yǎng)殖密集區(qū)(撫寧縣離岸2.5海里淺海), 持續(xù)監(jiān)測常規(guī)水質(zhì)因子和浮游植物, 分析二者的相關(guān)性, 以期為海灣扇貝淺海養(yǎng)殖以及海域生態(tài)治理提供數(shù)據(jù)參考。

1 研究方法

1.1 試驗材料

2020年5月至11月, 每月由撫寧人造河口海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)(離岸2.5海里, 如圖1)采集表層海水樣本。

圖1 秦皇島海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)調(diào)查站位圖

1.2 試驗方法

現(xiàn)場測定溫度、鹽度, 海水樣本帶回實驗室, 依照GB 17378.4—2007[10]、GB 17378.7—2007[11]、GB/T 12763.4—2007[12]測定COD、PO43–-P、SiO32–-Si、NH4+-N、NO2–-N、NO3–-N, 鏡檢樣本的浮游植物種類、密度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對浮游生物種類數(shù)、主要類群、優(yōu)勢種、數(shù)量、生態(tài)指數(shù)進(jìn)行分析。相關(guān)指標(biāo)計算公式如下[13]:

1) 物種優(yōu)勢度()

2) 生物多樣性指數(shù) (, Shannon - Weaver index)

3) Pielou 物種均勻度指數(shù)()

4) Margalef 豐富度指數(shù)()

5) 浮游植物密度()采用濃縮計數(shù)法, 計算公式為:

其中,′為浮游植物密度(cell/L);為取樣計數(shù)所得的細(xì)胞數(shù)目(個);′為水樣濃縮體積(mL);為水樣濃縮前體積(mL);″為取樣體積(mL);P為第種的個體數(shù)量與樣品總數(shù)量的比值;為樣品的總種類數(shù);為樣品的總個體數(shù);n為第種的個體數(shù)量;f為第種在各個站位分析樣品中出現(xiàn)的頻率; 優(yōu)勢度≥0.02時, 判定為優(yōu)勢種。

使用 Canoco 5.0對浮游植物優(yōu)勢種與水質(zhì)因子進(jìn)行冗余分析及排序圖繪制[14], 分析二者的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 浮游植物群落特征

調(diào)查海域2020年鑒定浮游植物69種(表1), 屬硅藻門、綠藻門、藍(lán)藻門、裸藻門、甲藻門、金藻門、隱藻門等7門。其中硅藻48種, 約占總浮游植物種數(shù)目的70%, 甲藻14種, 綠藻3種, 藍(lán)、裸、金、隱藻各1種, 常見種類包括中肋骨條藻、舟形藻、菱形藻等, 甲藻門常見種有錐狀斯克里普藻、微小原甲藻等。

浮游植物優(yōu)勢種共計33種(>0.02), 硅藻門25種, 甲藻門6種, 裸藻門、隱藻門各1種。5月份的優(yōu)勢種數(shù)目最少, 骨條藻的優(yōu)勢度最高(=0.47); 8—10月優(yōu)勢種分別為12種、11種、8種, 8月份中肋骨條藻、丹麥細(xì)柱藻優(yōu)勢度明顯, 柔弱偽菱形藻、剛毛根管藻分別為9、10月份的主要優(yōu)勢藻種。

調(diào)查海域浮游植物密度(圖2)為(8.3～267.9)× 104cell/L, 5月份浮游植物密度最高, 6月份浮游植物密度驟降至47.7×104cell/L, 10月浮游植物密度最低。

浮游植物Shannon-Weaver生物多樣性指數(shù)(圖3)范圍0.458～3.747, 月平均2.694, 5月份生物多樣性指數(shù)為0.458, 其他月份多樣性指數(shù)均為2～3之間。根據(jù) Shannon-Wiener多樣性指數(shù)評價等級[15], 該海域大部分時間處于中污染狀態(tài)。

Pielou物種均勻度指數(shù)范圍(圖3)0.099～0.796, 均值為0.615。根據(jù)Pielou物種均勻度指數(shù)評價等級[16], 除5月份為重污染狀態(tài), 6—11月均處于清潔—寡污型狀態(tài)。

Margalef物種豐富度指數(shù)范圍(圖3)0.933～4.755, 均值為2.525, 9月份物種豐富度指數(shù)為4.755, 11月為0.933, 其余月份的物種豐富度處于1～3之間。按照 Margalef 物種豐富度指數(shù)評價等級[17], 該海域基本處于輕污染—中污染狀態(tài)。

表1 浮游植物種類組成及優(yōu)勢度

續(xù)表

注: “+”代表此物種在該月出現(xiàn), 表中數(shù)字為該物種在該月份的優(yōu)勢度

圖2 海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物密度變化情況

圖3 海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物群落特征指數(shù)

2.2 水質(zhì)因子變化特征

2020年海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)因子變化情況見圖4。海水水溫變化范圍11.8～26.8 ℃, 鹽度變化范圍為28.8～34.0, 均呈先升后降的趨勢; pH變化范圍為7.867～8.190, 化學(xué)需氧量為0.260～1.415 mg/L, 基本呈“下降—上升”趨勢; 活性磷酸鹽含量維持在0.003～0.006 mg/L之間, 5月、11月含量最高, 為0.006 mg/L, 10月份的活性磷酸鹽含量最低, 為0.003 mg/L; 活性硅酸鹽含量為0.025～0.627 mg/L之間, 7月份最高, 11月最低, 呈“上升—下降”趨勢; 氮鹽以硝酸鹽氮為主, 硝酸鹽氮含量為0.057～ 0.284 mg/L, 8月份含量最高, 11月含量最低, 呈“上升—下降”趨勢, 亞硝酸鹽氮及氨氮含量極低。

2.3 冗余分析(RDA)分析

參加排序的水質(zhì)因子共解釋了94.26% 的物種累積變化信息。分析結(jié)果(表2)表明, 軸1和軸2解釋了總體的99.79% 的物種變化信息, 特征值分別為0.810 5和0.130 0。常規(guī)水質(zhì)因子檢驗結(jié)果顯示(表3), 活性硅酸鹽、鹽度、活性磷酸鹽和硝酸鹽氮的解釋度分別為47.3%、20.1%、13.0%、13.8%, 說明這四種水質(zhì)因子是影響該海域浮游植物優(yōu)勢種分布的關(guān)鍵環(huán)境因子, 但不能獨(dú)立解釋浮游植物群落的特征變化。

圖4 調(diào)查海域常規(guī)因子指標(biāo)變化情況

表2 浮游植物優(yōu)勢種與常規(guī)水質(zhì)因子的RDA分析中排序軸信息

表3 常規(guī)水質(zhì)因子的顯著性檢驗

通過Canoco 5.0軟件對33種浮游植物優(yōu)勢種以門為單位與常規(guī)水質(zhì)因子進(jìn)行分析(圖5), 活性硅酸鹽與活性磷酸鹽呈負(fù)相關(guān); 鹽度與活性磷酸鹽呈正相關(guān), 與硝酸鹽氮呈負(fù)相關(guān); 活性磷酸鹽與硝酸鹽氮呈負(fù)相關(guān)。硅藻門、裸藻門與活性磷酸鹽、鹽度呈正相關(guān), 與活性硅酸鹽、硝酸鹽氮呈負(fù)相關(guān), 且硝酸鹽氮、活性硅酸鹽、鹽度影響較大, 受活性磷酸鹽影響較小; 甲藻門與活性硅酸鹽呈正相關(guān), 與活性磷酸鹽、硝酸鹽氮呈負(fù)相關(guān), 受活性磷酸鹽影響程度小; 隱藻門與活性硅酸鹽、鹽度成正相關(guān), 與硝酸鹽氮呈負(fù)相關(guān)。

圖5 浮游植物優(yōu)勢種與常規(guī)水質(zhì)因子的冗余分析(RDA)排序

3 討論

3.1 海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水質(zhì)因子變化特征

海灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)水溫變化呈季節(jié)性變化, 海水鹽度與季節(jié)關(guān)系不明顯, 除5月份低于30.0外, 6—11月鹽度維持在32.3—34.0之間, 褐潮期間秦皇島海域6—7月鹽度變化為26.0—29.0且日間波動不定[18],相比較而言, 監(jiān)測期間該海域海水鹽度穩(wěn)定性較高。6—9月份, 該海域pH值偏低, 可能與降雨及浮游植物密度降低有關(guān), 光合作用較弱導(dǎo)致海水CO2濃度升高, 降低海水的pH值[18]。各月份化學(xué)需氧量較低, 均符合國家一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(COD≤2 mg/L), 有利于海洋生物、浮游植物的生存。

調(diào)查海域的活性磷酸鹽含量各月份基本無明顯變化, 相差最大為0.003 mg/L。三氮營養(yǎng)鹽濃度: 硝酸鹽氮>氨氮>亞硝酸鹽氮, 亞硝酸鹽氮含量極低, 硝酸鹽氮含量在6—8月上升, 氨氮含量在7月最高, 可能與在此期間海灣扇貝苗種移入海中有關(guān)[19]?；钚怨杷猁}濃度在7月份以后持續(xù)降低, 推斷與海灣扇貝對硅藻類的濾食有關(guān)。根據(jù)Justic等[20]建立的營養(yǎng)鹽化學(xué)計量限制標(biāo)準(zhǔn): 若Si/P>22, N/P>22, 則受磷酸鹽限制; 若N/P<10, Si/N>1, 則受無機(jī)氮限制; 若Si/P<10, Si/N<1, 則受硅酸鹽限制。海水中營養(yǎng)元素低于閾值(CDIN=0.028 mg/L, CP=0.031 mg/L, CSi= 0.002 8 mg/L), 可判斷該元素為限制因子[21]。根據(jù)以上原則判定, 調(diào)查海域5—11月均表現(xiàn)為磷酸鹽限制, 11月也存在硅酸鹽限制。

3.2 浮游植物變化規(guī)律

調(diào)查海區(qū)共鑒定69種浮游植物, 其中硅藻48種, 甲藻14種, 浮游植物組成在各不同月份差異明顯, 浮游植物結(jié)構(gòu)與福建菲律賓蛤仔育苗墾區(qū)的調(diào)查結(jié)果相似[22], 說明該海區(qū)內(nèi)浮游植物群落結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。

常見浮游植物種群中, 硅藻門的角毛藻屬、菱形藻屬和甲藻門的原甲藻屬、多甲藻屬的種類較多。原甲藻屬是扇貝、牡蠣和幼魚等的餌料, 但其大量繁殖時會引發(fā)赤潮, 成為重要的赤潮種[23]。

物種多樣性是群落組織獨(dú)特的生物學(xué)特征, 其作用是表征浮游植物群落的結(jié)構(gòu)類型、所處的發(fā)展階段、生境質(zhì)量差異[24], 與生物種類呈正相關(guān)。本調(diào)查中, 5月份浮游植物多樣性指數(shù)偏低, 可能與骨條藻優(yōu)勢度過大有關(guān), 另外, 優(yōu)勢種搶占了其他浮游植物種類生存空間, 導(dǎo)致均勻度降低[13]。秦皇島海域為開放型海域, 調(diào)查海域站位由于距岸遠(yuǎn)、海水流動性較強(qiáng)、受到陸源排放物影響小等因素[25], 6—10月調(diào)查海域浮游植物群落指標(biāo)普遍較高。

3.3 水質(zhì)因子與優(yōu)勢種的關(guān)系

調(diào)查海域的水質(zhì)因子中, 活性硅酸鹽、鹽度、活性磷酸鹽和硝酸鹽氮是影響該海域浮游植物分布的關(guān)鍵環(huán)境因子。N、P和Si是海洋微藻類生存三大元素, 對浮游植物的群落有重要作用[26]。

硅藻門全年均為該海域浮游生物主體, 骨條藻的優(yōu)勢度在5月、6月較大, 有研究表明氮限制和高鹽度會促進(jìn)骨條藻細(xì)胞的生長及合成營養(yǎng)物質(zhì)[27], 該海域內(nèi)5—6月氮營養(yǎng)鹽濃度低, 促進(jìn)了骨條藻的成為主要優(yōu)勢種, 而活性硅酸鹽6—7月濃度較高, 促使中肋骨條藻連續(xù)3月均成為優(yōu)勢種。其中, 成為優(yōu)勢種不僅由營養(yǎng)鹽所影響, 還由于沿海風(fēng)、水溫等發(fā)揮重要作用[28]。硅藻門與活性磷酸鹽、鹽度呈正相關(guān), 與活性硅酸鹽、硝酸鹽氮呈負(fù)相關(guān)。硅藻類浮游植物在種數(shù)、豐度均遠(yuǎn)高于其他藻類, 由于硅藻生長的完整周期中需要攝取大量的活性硅酸鹽, 而調(diào)查海區(qū)內(nèi)活性硅酸鹽被硅藻吸收利用, 導(dǎo)致活性硅酸鹽含量減少。石峰等[29]研究表明: 氮、磷、硅營養(yǎng)鹽的減少則隨浮游植物增加而被消耗, 硅酸鹽被硅藻類浮游植物大量消耗, 并表現(xiàn)出補(bǔ)充量不足, 導(dǎo)致硅藻與硅酸鹽呈負(fù)相關(guān)現(xiàn)象。硅藻在15～35 ℃之間均可較好地生長[30], 該海域中部分月份表現(xiàn)氮營養(yǎng)鹽含量不高卻被硅藻積極利用, 且水溫達(dá)到26.8 ℃, 也為硅藻提供了生長環(huán)境進(jìn)行大量繁殖。

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Relationship between phytoplankton and water quality factors in theculture area of Funing Bay, Hebei

BU Shi-xun1, ZHANG Fu-chong2, FANG Xiao2, LI Yong-ren1

(1. Tianjin Key Laboratory of Aqua-Ecology and Aquaculture, College of Fisheries, Tianjin Agricultural University, Tianjin 300384, China; 2. Hebei Ocean and Fisheries Science Research Institute, Qinhuangdao 066000, China)

To study the change in the characteristics of phytoplankton in the scallop culture area of Funing Bay and to explore the influence of water quality factors on phytoplankton, the main water quality factors of the sea area were determined monthly from May to November 2020, and the phytoplankton was counted. A total of 69 species of phytoplankton were identified, of which 33 were dominant. The density of phytoplankton in the studied area is (8.3–267.9) × 104cell/L and is the highest in May. The biodiversity index is 0.458–3.747, the evenness index is 0.099–0.796, and the richness index is 0.933–4.755. The seawater temperature range is 11.8 ℃–26.8 ℃, the salinity is 28.8–34.0, the active silicate (SiO32?–Si) content is 0.025–0.627 mg/L, and the nitrate nitrogen (NO3?–N) concentration is 0.057–0.284 mg/L, with an “up-down” trend. The pH range is 7.867–8.190, chemical oxygen demand (COD) is 0.260–1.415 mg/L, active phosphate (PO43?–P) is 0.003–0.006 mg/L, and the change trend is “down-up.” An analysis of dominant species and water quality factors shows that the main environmental factors affecting the changes in phytoplankton in this sea area are active silicate, salinity, active phosphate, and nitrate nitrogen.andare positively correlated with active phosphate and salinity and negatively correlated with active silicate and nitrate nitrogen.is positively correlated with active silicate and negatively correlated with active phosphate and nitrate nitrogen.is positively correlated with active silicate and salinity and negatively correlated with nitrate.

culture area; nutrients; phytoplankton; redundancy analysis

Sep. 26, 2021

S932

A

1000-3096(2022)10-0150-09

10.11759/hykx20210926002

2021-09-26;

2022-04-07

國家重點(diǎn)研發(fā)計劃(2018YFD0901404); 天津市海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團(tuán)隊(ITTMRS2021003); 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項資金(CARS49); 天津市科技計劃項目(21ZYCGSN00350)

[National Key R&D Program of China, No. 2018YFD0901404; Tianjin modern Agro-industry technology research system aquaculture shellfish breeding positions, No. ITTMRS2021003; Earmarked fund for modern Agro-industry technology research system, No. CARS-49; Tianjin project of science and technology, No. 21ZYCGSN00350]

卜世勛(1996—), 男, 天津漢沽人, 碩士研究生, 主要從事海水養(yǎng)殖技術(shù)研究, E-mail: 535804199@qq.com; 李永仁,通信作者, 副教授, 研究方向: 貝類遺傳育種, E-mail: lyr1018@163.com

(本文編輯: 康亦兼)