2011年秋季和2012年春季大亚湾海域浮游植物的分布及主要影响因素

姜犁明，赵明忠，徐智焕，杨季芳，董良飞，孙晓欣，徐旭，杨 丹

（1.常州大学 环境与安全工程学院，江苏 常州 213164；2.宁波市微生物与环境工程重点实验室，浙江 宁波 315000；3.浙江万里学院 生物与环境学院，浙江 宁波 315000；4.国家海洋局 第二海洋研究所，国家海洋局 海洋生态与生物地球化学重点实验室，浙江 杭州 310012）

0 引言

浮游植物是海洋生态系统中的重要组成部分，是海洋食物链的基础环节和水环境有机物的生产者，浮游植物分布对环境的变化具有指示作用，其优势种的变化可以反映环境的变化，对海洋环境的保护有重要意义［1］。大亚湾位于珠江口东侧，是一个半封闭的亚热带海湾，也是广东省重要的水产养殖基地之一。近20年来，随着周边人口增加和沿岸经济的迅速发展，大亚湾的生态环境发生了较大变化，其水体由贫营养状态发展到中营养状态，局部出现富营养化趋势。在大亚湾的大鹏澳、东山码头和哑铃湾等附近水域，多次发生过由硅藻、甲藻引发的赤潮事件［2］。

有关大亚湾海域浮游植物的报道，主要是基于网样或局部海域范围内的常态海洋生态调查结果［3－6］。环保公益性行业科研专项——大气氮、磷沉降对典型河口与湖库水生态环境的影响研究，从大气氮、磷沉降对典型河口生态影响的角度出发，研究了大亚湾海洋生态环境对上述影响的响应。笔者于2011年10月（代表秋季）和2012年4月（代表春季）在大亚湾海域进行水质和生态调查，对大亚湾浮游植物种类组成、优势种及分布特征进行了初步调查，并选取了12个理化因子与浮游植物丰度进行主成分分析和多元逐步回归分析，确定该海湾浮游植物分布的主要影响因素，为大气氮、磷沉降对典型河口——大亚湾生态环境的影响研究提供了生态调查基础数据。

1 材料与方法

1.1 调查海区和采样站位

在大亚湾（22.53°～22.79°N、114.51°～114.78°E）布设了12个浮游植物采样站位（图1），采用Garmin公司生产的GPS76全球卫星定位系统定位，在每个站位每次连续作业2d，进行样品采集与环境因子监测。

图1 采样站位示意图Fig.1 Map of sampling stations

1.2 样品采集及分析方法

2011年10月（代表秋季）和2012年4月（代表春季）租用渔船对大亚湾浮游植物进行采样调查，使用有机玻璃采水器采集表层（水深为5m）水样。用美国哈希多参数水质测定仪监测现场水体的pH值、水温（ST）、盐度、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、悬浮物（SS）、硝酸盐（NO－3－N）、亚硝酸盐（NO－2－N）、氨氮（NH＋4－N）、磷酸盐（PO3－4－P）、无机氮（DIN）（NO－3－N＋NO－2－N＋NH＋4－N）和总磷（TP），对以上指标的采集与分析均按照《海洋监测规范第4部分：海水分析》标准执行，其中对营养盐指标的测试，采用国家海洋局第二海洋研究所生产的标准样绘制标准曲线测试。

2个调查航次共采集浮游植物水样24份，每份体积为500mL，每份样品中分别用体积分数为10%～15%的鲁哥氏试剂固定后带回实验室，静置24h，去除上清液，如此反复多次，最后将水样浓缩至10cm3，吸取其中的0.1cm3水样在OLYMPUS显微镜下进行浮游植物种类鉴定。浮游植物种类优势度的计算公式［7］为：

式中：ni为第i种的总个体数；N为采集样品中所有物种的总个体数；fi为第i种在各站位出现的频率。Y值大于0.02的种类定为浮游植物优势种。

1.3 数据处理

实测数据采用Surfer 8.0软件进行绘图和插图制作。用SPSS 17.0软件进行主成分因子分析（PCA），同时用多元逐步回归分析方法，以主成分得分为解释变量，研究环境因子对浮游植物丰度的影响，以筛选出影响该海区浮游植物丰度分布的重要环境因子。

2 结果与分析

2.1 种类组成

从2个调查航次共采集的24份浮游植物水样中共鉴定出浮游植物51种（包括变型与变种），隶属于4门（硅藻门、甲藻门、黄藻门和着色鞭毛藻门）31属。其中硅藻门浮游植物占优势，为21属30种，占种类数的58.82%；甲藻门浮游植物为8属19种，占种类数的37.25%；黄藻门和鞭毛藻门浮游植物均为1属1种，分别各占种类数的1.96%。大亚湾浮游植物种数差异的季节变化比较明显，秋季，种数比较高的是硅藻门浮游植物；而春季，种数比较高的则是甲藻门浮游植物。由于大亚湾为亚热带海湾，其浮游植物主要是以沿岸暖水性种类和广布性种类为主，如赤潮异湾藻Heterosigma akashiwo、中肋骨条藻Skeletonema costatum、刚毛根管藻Rhizosolenia setigera、菱形海线藻Thalssionema nitzschiodes等。按照地理位置划分，大部分浮游植物属于近岸类型，如叉状角藻Ceratium furca、尖刺菱形藻Nitzschia pungens、丹麦细柱藻Leptocylindrus danicus、刚毛根管藻以及海链藻属和菱形藻属的一些种类；外海浮游植物种类较少，仅有圆筛藻属Coscinodiscus sp.和佛氏海毛藻Thalassiothrix frauenfeldii等。

2.2 优势种及其分布特征

秋季，大亚湾浮游植物出现的优势种为赤潮异湾藻、中肋骨条藻、刚毛根管藻、尖刺菱形藻、菱形海线藻（表1），除赤潮异湾藻以外，均隶属于硅藻门浮游植物。其中赤潮异湾藻占秋季浮游植物总丰度的40.84%，Y值为0.408，是常见的赤潮物种。该藻有毒性，在异常增殖爆发前需要摄取营养盐来积蓄能量［8－9］，在各站位该藻均有被检出，其中S5和S8站位出现该藻的数量较多，表明该区域营养盐含量偏高，在水温、盐度和光照等条件适宜时有可能引发赤潮。

春季，随着雨季入湾的营养盐含量增加，水温上升，属于甲藻门的浮游植物如叉状角藻、微小原甲藻Prorocentrum minimum、梭角藻Ceratium fusus和三角角藻Ceratium tripos大量繁殖，成为春季的浮游植物优势种。叉状角藻在各个采样站位都有分布，其中在范和港（S12站位）该浮游植物丰度最高，为4.70×105个／dm3，Y 值为0.590。叉状角藻以自养为主，同时兼有异养，由于其具有运动特性，可自主选择光照适宜和营养丰富的水层生长繁殖，比其它硅藻门浮游植物更易形成赤潮［10］。

表1 大亚湾浮游植物优势种Tab.1 Phytoplankton dominant species composition in Daya Bay

2.3 丰度的平面分布

浮游植物丰度分布具有明显的季节变化特征，春季浮游植物丰度高于秋季，且丰度分布的密集中心区有所差异。大亚湾海域秋、春季浮游植物丰度平面分布分别见图2和图3。

2011年秋季各站位浮游植物丰度的变化范围为1.56×104～8.03×104个／dm3，平均值为3.95×104个／dm3。从图2中可以发现12个站位中浮游植物丰度的分布较均匀，仅在S2和S3站位出现了2个相对高值区，浮游植物丰度分别达到了8.03×104和7.48×104个／dm3，其优势种分别为中肋骨条藻和刚毛根管藻。

2012年春季浮游植物丰度的变化范围为1.21×104～4.70×105个／dm3，平均值为7.84×104个／dm3，从图3中可以发现，12个站位的浮游植物丰度呈现东岸高于西岸，湾顶高于湾口的分布趋势。在东北方向出现2个相对高值区，其丰度分别为4.70×105和1.09×105个／dm3，且都是以叉状角藻为优势种。

总体上，大亚湾海域浮游植物丰度的水平分布有着明显的季节差异，同时春季浮游植物的丰度要高于秋季。

2.4 浮游植物分布的主要影响因素

大亚湾海域2个航次调查的表层海水理化指标的监测结果如表2所示。

表2 大亚湾海域表层海水各项指标参数Tab.2 Parameters in the surface seawater in Daya Bay

表3为方差极大旋转后提取出特征值大于1的表层海水2个主成分的因子载荷以及各因子与主成分的相关性。从12个环境因子中提取出的2个主成分对方差的累积贡献率达到73.40%，较全面地反映了12项环境因子的特征。其中，第1和第2主成分（PCA1、PCA2）的 贡 献 率 分 别 为 51.001% 和22.399%。ST、pH值、PO3－4－P和TP在第1主成分（PCA1）中有较高载荷，其相关系数绝对值均高于0.899；NO－3－N和DIN在第2主成分（PCA2）上有较高载荷，其相关系数均高于0.900（表3）。

表3 表层海水主成分分析结果：因子载荷和解释方差Tab.3 Results of principal component analysis of environmental factors：various factors loading and explained variance（surface water）

将大亚湾海域浮游植物丰度与主成分（PCAs）进行多元逐步回归分析，经逐步回归筛选后有1个主成分（PCA1）进入回归模型，且两者线性关系极为显著（P＜0.000）。回归方程为：浮游植物丰度＝23.672＋0.636PCA1（P＜0.000，PCA1为第1主成分的指标），通过对以上回归方程以及PCA1的环境因子载荷量的分析表明：水温、pH值、磷酸盐和总磷是影响大亚湾海域浮游植物分布的主要因素。

3 讨论

3.1 浮游植物种类组成的变化

孙翠慈等［11］在对2002年大亚湾4个季节的浮游植物调查中发现，大亚湾的浮游植物以硅藻门为最多，其次是甲藻门，这与本次调查的结果相符。大亚湾浮游植物优势种的组成近年来发生了很大的变化：1994年春季主要以缢缩角毛藻、细弱海链藻和窄细角毛藻等为优势种［11］，2002年春季主要以洛氏角毛藻、窄细角毛藻、标志星杆菌和尖刺菱形藻等为优势种，2012年春季主要以叉状角藻、微小原甲藻、梭角藻和三角角藻为优势种。其中赤潮藻种、毒性藻种有逐年增多的趋势。近20a来大亚湾海域生态环境发生了变化：水温的上升比较明显，加快了某些藻类的生长速度，同时也反映了生态系统对人类活动的响应［12－13］；除水温之外，营养盐含量特别是磷和氮以及N／P的变化较大，不同藻类对营养盐的需求不同［14］，因此营养盐对浮游植物种类和丰度的变化起了重要的作用。

3.2 丰度分布特征

浮游植物的自主活动能力不强，基本上是随波逐流的，其丰度的变化主要受沿岸流以及营养盐的影响［15－16］。大亚湾地处亚热带，余流为顺时针方向；秋季是东北和西南季风的更替期，且受粤东上升流的影响；通常雨水集中在春、夏季，环境因子季节性变化明显［17］。浮游植物丰度秋季较低，春季较高。秋季浮游植物丰度分布与营养盐分布相关，且明显受到人类活动的影响，受影响最大的是S2（白寿湾）、S3（哑铃湾）和S5（茅东湾）站位，白寿湾、哑铃湾和茅东湾处于大亚湾核电站和经济开发区之间，受核电站排水、工业废水和生活污水大量排入的影响。另外，茅东湾附近还分布着大量的养殖场，加上澳头东部的网箱养鱼和竹筏养贝，周围人们的涉海活动频繁，使藻类大量繁殖。春季随着大亚湾水温的升高、降雨量的增加、陆源营养盐和大气氮、磷沉降的输入，使浮游植物丰度较高。在S12（范和港）和S1（巽寮港）站位出现的2个丰度高值区，主要是由于采样时这2个站位之间发生了带状赤潮，经鉴定它主要是由叉状角藻引起的，其细胞密度达4.70×105个／dm3。

3.3 丰度与环境因子的相关性

许多学者的研究表明［3，18－19］，在藻类适宜的水温范围内，藻类的生长速度随着水温的升高而加快。大亚湾海域浮游植物丰度与水温呈极显著的正相关关系（R＝0.651，P＜0.001，N＝24）。

马国红等［20］的研究发现，浮游植物生物量与pH值之间呈现一种抛物线关系，在pH值为7.75～8.75时，浮游植物的生物量最高；pH值低于7.75时，浮游植物生物量都会降低。这与2个航次调查期间大亚湾浮游植物的丰度分布相一致。大亚湾浮游植物生物量在pH值为7.75～8.75时最高。而pH值低于7.75，浮游植物生物量较低，且随着水体pH值的升高，大亚湾浮游植物丰度呈下降趋势，两者具有极显著的负相关关系（R＝－0.684，P＜0.001，N＝24）。秋季大亚湾水体的pH值平均为7.44，随着pH值的升高，浮游植物丰度呈下降趋势，两者呈负相关关系。而春季大亚湾水体的pH值平均为7.77，这时浮游植物的丰度较高。

营养盐是浮游植物赖以生存的主要环境因子之一，营养盐的变化直接影响到浮游植物的数量和分布

状况［21－22］。王育红等［23］对山东近岸海湾微型浮游植物的研究发现，浮游植物丰度与磷酸盐和无机氮的相关性差异显著。王雨等［24］的研究发现，浮游植物丰度分布与营养盐梯度，特别是磷酸盐的浓度有着极大的相关性。大亚湾浮游植物丰度与海水营养盐的相关分析表明，浮游植物丰度与磷酸盐呈很好的正相关关系（R＝0.827，P＜0.001，N＝24），而与硝酸盐无明显相关关系（R＝－0.35，P＝0.87，N＝24），这与程小倪等［25］在流沙湾海域的研究结果相一致。

4 结论

（1）在大亚湾2个调查航次的样品中，共鉴定出浮游植物51种（包括变型与变种），隶属于4门（硅藻门、甲藻门、黄藻门、着色鞭毛藻门）31属。其中硅藻门浮游植物在种类上占优势，为21属30种；甲藻门浮游植物为8属19种；黄藻门和鞭毛藻门浮游植物均为1属1种。大亚湾浮游植物主要以沿岸暖水性种类和广布性种类为主。

（2）大亚湾浮游植物丰度分布具有明显的季节变化，春季浮游植物丰度高于秋季。

（3）大亚湾浮游植物分布与水温和磷酸盐均具有明显的正相关关系。水温、pH值、磷酸盐和总磷是影响大亚湾海域浮游植物分布的主要因素。

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