2008-2012年渤海湾天津近岸海域夏季浮游植物组成＊

尹翠玲，张秋丰，崔 健，刘 洋，徐玉山，马玉艳

（国家海洋局 天津海洋环境监测中心站，天津300457）

浮游植物作为海洋生态系统中最重要的初级生产者，对海洋生态环境和海洋生物资源影响巨大，是整个海洋生态系统的基础。浮游植物群落结构的改变将改变浮游植物的生物量及生产力［1］，因此，浮游植物群落结构的研究对于整个海洋生态系统的研究具有重要意义。

渤海湾水体交换能力较差，加上陆源排污和围填海的影响，富营养化严重，赤潮频发，近几年浮游植物群落结构也随之发生较大的变化，目前国内关于渤海湾网采浮游植物群落结构的研究［1-8］仅限于1～2个航次的调查，空间上的密度和时间上的频度有限，所以很难区分浮游植物群落的细微变化［9］。结合1983年天津市海岸带调查结果，以2008—2012年渤海湾天津近岸海域的生态调查资料为基础，总结其群落结构的细微变化，探讨物种和环境变化对群落结构的影响以及相互影响规律，为今后渤海湾的生态修复提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 调查方法

主要采用我们在2008—2012年夏季渤海湾天津近岸海域的调查数据，其中2008—2009年调查范围在38°37′3.72″N～39°06′57″N，117°39′00″E～118°01′59″E，共布设24个站位，2010—2012年由于围填海的原因，调查站位进行稍微变动，调查范围在38°39′25″N～39°05′48″N，117°46′00″E～118°04′00″E，共布设20个站位，分别于8月在渤海湾天津近岸海域进行水文、气象、化学和生物的综合调查（调查站位见图1）。调查海域水深为2.7～15.0 m，平均水深为8.28 m。调查均按《海洋调查规范》［10］执行。

浮游植物采样利用III型浮游生物网（网口直径37 cm，网口面积0.1 m2，网长270 cm，网目孔径76μm）自底至表垂直拖网采集，样品用5%（体积分数）甲醛固定和保存。浮游植物样品经浓缩，取0.5 m L亚样品在本实验室的计数框中于Olympus BX51显微镜下进行分类鉴定。

图1 2008-2012年渤海湾天津近岸海域夏季网采浮游植物调查站位Fig.1 Phytoplankton net-sampling stations in the Bohai Bay Tianjin coastal area in summer from 2008 to 2012

调查中水文、气象和化学因子的分析均按《海洋监测规范》［11］执行。其中水文因子包括盐度、水温、水深和透明度，化学因子包括p H值、溶解氧、化学需氧量、Chl-a、磷酸盐、无机氮、硅酸盐等。

1.2 数据分析

选用物种优势度Y［12］判断群落的优势种、物种多样性指数H'（Shannon-Wiener index）、物种丰富度指数D（Margalef's index）和均匀度指数J（Pielou index）［13-15］来研究浮游植物群落的结构特征。计算公式：

式中，S为样方中的种类总数，N为采集样品中所有物种的总个体数，Ni为第i种的总个体数，fi为该种在各样品中出现的频率，Pi为样方中的i种所占的比例。

群落结构以及环境因子分析主要利用多元统计分析软件PRIMER5.0和SPSS11.5进行；平面作图用Suffer 8.0进行。

2 结果与讨论

2.1 种类组成

2008—2012年渤海湾天津近岸海域夏季网采浮游植物物种组成见表1。近5 a夏季调查中共鉴定出浮游植物3门29属59种（不包括未定名种）。其中硅藻门18属45种，占种类组成的76.3%；甲藻门10属13种，占种类组成的22.0%；金藻门1种。硅藻门中角毛藻属16种，圆筛藻属6种。

2008—2012年渤海湾天津近岸海域夏季网采浮游植物种类变化（表2）显示，2008—2012年夏季浮游植物种类数变化范围为29～46种，2011年略高于往年同期调查。但与1983年天津市海岸带和海涂资源调查同期相比［16］，浮游植物平均种类数明显呈下降趋势，浮游植物种类数平均值比1983年同期下降了46.3%。

2008—2012年夏季在种类组成上以硅藻为主，种类数上占有绝对优势，甲藻种类数占浮游植物种类数范围为14.7%～25.6%，平均为19.4%。1983年天津市海岸带和海涂资源调查时期甲藻种类数占浮游植物种类数基本维持在6%左右，近年来却呈明显的增加趋势，近5 a夏季甲藻种类数所占比例是1983年同期的3.25倍，从甲藻细胞丰度所占比例来看，2008—2012年渤海湾天津近岸海域夏季甲藻细胞丰度占浮游植物细胞丰度范围为0.18%～74.4%，平均为15.7%，平均硅藻细胞丰度占总浮游植物细胞丰度的84.3%，而历史调查资料显示［2-3］：浮游植物群落中平均硅藻细胞丰度占总浮游植物细胞丰度在1982—1983年、1992—1993年和1998—1999年分别是91.2%，91.5%和86.8%。这表明，近5 a，浮游植物群落结构中硅藻所占比例下降，而甲藻所占比例升高。

表1 调查区浮游植物的物种组成Table 1 Phytoplankton taxa identified in the survey area

表2 1983年和2008-2012年种类变化对比Table 2 Comparison of species changes of 1983 with those from 2008 to 2012

2008—2012年夏季天津市近岸海域优势种及其优势度见表3。优势种主要为叉状角藻（Ceratium furca）、格氏圆筛藻（Coscinodiscus granii）、尖刺菱形藻（Nitzschia pungens）、琼氏圆筛藻（Coscinodiscus jonesianus）、中肋骨条藻（Skeletonema costatum）、巨圆筛藻（Coscinodiscus gigas）、克尼角毛藻（Chaetoceros knipowitschii）、浮动弯角藻（Eucampia zoodiacus）和旋链角毛藻（Chaetoceros curvisetus）。2008—2012年浮游植物优势种多为硅藻，但甲藻中的叉状角藻在2008年浮游植物群落中优势明显，优势度达0.640，极易引发甲藻赤潮，应对其进行密切监视。其中格氏圆筛藻、浮动弯角藻、叉状角藻、中肋骨条藻和旋链角毛藻在近年的监测中优势均比较明显，所以将以上5种确定为渤海湾夏季的本地种，其中格氏圆筛藻为假性浮游物种，这些物种个体较大，生物量较高［20］，在渤海生态系统中起着关键性的作用［5］。中肋骨条藻虽然个体比较小，但其数量比较多，所以其生物量较高，对整个渤海湾生态系统的影响较大，在2012年渤海湾曾经爆发中肋骨条藻赤潮。所以在今后的工作中应将上述种类列为今后渤海湾天津近岸海域重点关注的浮游植物关键种。

表3 调查海域浮游植物优势种（Y≥0.02）及其优势度Table 3 The dominant species（Y≥0.02）and dominance in the survey area

2008—2012年夏季天津市近岸海域优势种主要为广温广盐近岸性种，少数暖温带及偏暖性大洋性种类也有分布，另外半咸水指标性种克尼角毛藻在2011年成为优势种，这可能主要与天津近岸海域河流较多，夏季降水丰富有关。

2.2 细胞数量及分布

2008—2012年天津市近岸海域夏季网采浮游植物细胞丰度变化（表4）中，浮游植物细胞丰度变化范围为（106.99～87 731.4）×104个／m3，平均值为18 084.03×104个／m3；硅藻细胞丰度变化范围为（31.7～87 577.15）×104个／m3，平均值为18 028.34×104个／m3；甲藻细胞丰度变化范围为（1.11～154.2）×104个／m3，平均值为55.82×104个／m3。浮游植物细胞丰度出现先升高后降低再升高的趋势，在2012年达到最高，主要是因为在2012年渤海湾天津近岸海域发生赤潮的缘故，2012-07—08在渤海湾天津近岸海域发生了2次硅藻赤潮，发生面积达400 km2多，覆盖了本研究的全部调查站位①尹翠玲，张秋丰，刘洋，等.2012年渤海湾赤潮监控区赤潮发生及富营养化状况.海洋湖沼通报，待刊.。与1983年同期相比，近5 a渤海湾浮游植物细胞丰度明显增加。

表4 调查区域浮游植物细胞丰度（×104个·m-3）Table 4 Cell abundance of phytoplankton in the survey area（×104 ind.·m-3）

2008—2012年天津市近岸海域夏季浮游植物细胞丰度、硅藻细胞丰度和甲藻细胞丰度分布可见图2。从横向分布上看，浮游植物细胞丰度和硅藻细胞丰度基本呈现近岸多，离岸少的趋势，而甲藻则主要呈现斑块状分布，在部分站位离岸水域的站位甲藻细胞丰度反而高于近岸水域的，浮游植物细胞丰度的分布趋势与硅藻细胞丰度分布趋势基本一致；从纵向分布上看，2008—2011年浮游植物细胞丰度和硅藻细胞丰度主要集中在塘沽和大港断面，基本呈现由南北向中央集中的趋势，2012年则主要集中在汉沽、歧口和大港断面，基本呈现中央低，南北高的趋势，而甲藻在2008—2011年主要集中在塘沽断面，而在2012年则主要集中在南部的歧口和北部的北塘断面。浮游植物细胞丰度的分布主要取决于硅藻的分布，这与历史同期调查结论［1，5］相同。

2.3 生物多样性分析

2008—2012年夏季渤海湾网采浮游植物群落的多样性分析（表5）表明，其中，多样性指数变化范围为1.44～2.69，平均为1.91，低于历史同期调查数据［21］。从变化趋势上看，自2008年多样性指数逐渐升高至2011年达到最高，2012年则稍有下降，物种多样性指数较低的年份，某些浮游植物种类大量繁殖，群落中形成明显的优势类群，极易引发赤潮，而且渤海湾是渤海赤潮的高发区［5］。均匀度变化范围为0.32～0.64，平均为0.50，其中2011年最高，2012年最低，均匀度代表群落内物种分布的均匀程度，是群落是否成熟和稳定的特征之一［5］；物种丰富度指数变化范围为0.36～0.87，平均为0.55，其中2011年最高，2008年最低，物种丰富度指数是物种的数目及其在样方中的密度的度量［22］，物种丰富度指数越高，代表调查期间调查区域内的浮游植物物种数目及其在站位中的密度值越高。在生物多样性的测度中，该指数是使用最广泛，也是最容易统计的，它可以最直观地反映一个浮游植物群落的多样性［22］。

图2!2008—2012年渤海湾天津近岸海域夏季浮游植物细胞丰度分布、硅藻细胞和甲藻细胞丰度分布（×104 个·m-3）Fig.2!Horizontal distribution of phytoplankton，planktonic diatom and dinoflagellate cell abundance in Bohai Bay Tianjin coastalarea in summer from2008to2012（×104ind.·m-3）

表5 天津市近岸海域浮游植物多样性指数Table 5 Diversity indexes of phytoplankton communities in Tianjin coastal area

2.4 群落聚类分析

2008—2012年夏季渤海湾浮游植物群落结构分析利用PRIMER5.0软件进行。2008—2012年MDS分析结果中stress＜0.2，说明此分类具有一定意义［23］。从聚类分析上看，浮游植物物种和细胞丰度呈团块状分布，从某种意义上说，渤海湾夏季浮游植物群落结构可能受到一定的地理区域的限制，具体的限制和影响程度还有待于进一步研究。2008—2012年对渤海湾夏季网采浮游植物群落结构影响较大的种为叉状角藻、格氏圆筛藻、尖刺菱形藻、中肋骨条藻、中华齿状藻、泰晤士旋鞘藻、琼氏圆筛藻、浮动弯角藻、三角角藻、夜光藻、星脐圆筛藻、佛氏海线藻、虹彩圆筛藻、丹麦细柱藻和旋链角毛藻，其中，对聚类分析影响较大的叉状角藻、三角角藻和夜光藻均为甲藻门种类，三角角藻是暖海大洋性的外源性物种，能够影响渤海浮游植物群落结构［5］。尖刺菱形藻、中肋骨条藻、旋链角毛藻和丹麦细柱藻是渤海湾的常见赤潮种类。格氏圆筛藻、琼氏圆筛藻、星脐圆筛藻和虹彩圆筛藻均为为假性浮游物种，这些物种个体较大，生物量较高［20］，对渤海湾生态系统影响较大［5］。

2.5 群落结构与环境因子的相关性

利用SPSS11.5分析软件对各个站位的浮游植物细胞丰度、硅藻细胞丰度和甲藻细胞丰度与相关环境参数进行相关性分析（表6）。近5 a夏季渤海湾天津近岸海域网采浮游植物细胞丰度及其分布主要与Chl-a含量、水温、盐度、化学需氧量和营养盐关系密切。

渤海湾夏季天津近岸海域网采游植物群落的发展和种类演替主要受到温度、盐度的变化，这与历史调查资料［1］吻合，渤海湾夏季温度较高，近5 a夏季水温变化范围为24.4～29.3℃，平均为27.8℃，较高的水温导致浮游植物迅速增长，加上天津近岸海域入海河流较多（包括海河、北塘口排污河、大沽口排污河、独流减河、子牙新河等），8月份降水及泄洪造成大量河流水入海，渤海湾天津近岸海域夏季盐度降低，近5 a夏季盐度变化范围为17.614～32.032，平均为28.813，盐度的降低，将导致一些河口类型如尖刺菱形藻等生长迅速，在2008—2011年夏季的调查中均成为网采浮游植物群落中的优势种，对整个渤海湾的浮游植物群落结构影响较大。

营养盐是浮游植物生长过程中的必需元素，渤海浮游植物群落是营养盐的主要“生物反应器”，对渤海的生物地球化学过程有重要的影响［24］，渤海湾由于污染比较严重，富营养化已是普遍存在的问题［25-26］，富营养化导致浮游植物群落结构发生变化，硅藻数量减少，鞭毛藻类数量增多，生物多样性减少，赤潮更易爆发，赤潮爆发后由于藻类的大量死亡，有机物大量消耗水体中的溶解氧，从而使底层水体处于低氧或厌氧的状态。根据历史调查资料，渤海在1982年和1998年的氮磷比分别为1.6和16.2，硅氮比分别为13.2和1.32。在近5 a调查中，渤海湾氮磷比平均值为52.34，硅氮比平均值为1.02，已有研究表明［27］，对于磷的竞争导致群落中大细胞的硅藻被绿藻所代替而对于硅的竞争则导致群落中大细胞的硅藻为大细胞甲藻所替换。渤海湾氮磷比例较高，无机氮污染比较严重，而硅氮比例的降低则导致大细胞甲藻的生长，例如三角角藻和梭角藻等大细胞甲藻的生长，甲藻在浮游植物细胞丰度中所占比例越来越高。

表6 2008—2012年浮游植物细胞丰度及相关环境参数的积矩Pearson相关系数Table6 The pearson correlation coefficient of phytoplankton abundance and environmental factors during the surveys from2008to2012

3 结 论

1）2008—2012年夏季渤海湾天津近岸海域网采浮游植物群落鉴定出浮游植物3门29属59种（不包括未定名种），其中硅藻门18属45种，占种类组成的76.3%，甲藻门10属13种，占种类组成的22.0%，金藻门1种。

2）2008—2012年夏季渤海湾天津近岸海域网采浮游植物群落优势种主要为叉状角藻、格氏圆筛藻、尖刺菱形藻、琼氏圆筛藻、中肋骨条藻、巨圆筛藻、克尼角毛藻、浮动弯角藻和旋链角毛藻，优势种主要为广温广盐近岸性种，少数暖温带及偏暖性大洋性种类也有分布，另外半咸水指标性种克尼角毛藻在2011年成为优势种，这可能主要与天津近岸海域河流较多，夏季降水丰富有关。

3）2008—2012年夏季渤海湾天津近岸海域网采浮游植物丰度变化范围为（106.99～87 731.4）×104个／m3，平均值为18 084.03×104个／m3，与1983年同期历史资料相比，近5 a渤海湾浮游植物细胞丰度明显增加，浮游植物细胞丰度的分布主要取决于硅藻的分布。

4）从浮游植物群落聚类分析上看，浮游植物物种和细胞丰度呈团块状分布，对群落聚类影响较大的种为叉状角藻、格氏圆筛藻、尖刺菱形藻、中肋骨条藻、中华齿状藻、泰晤士旋鞘藻、琼氏圆筛藻、浮动弯角藻、三角角藻、夜光藻、星脐圆筛藻、佛氏海线藻、虹彩圆筛藻、丹麦细柱藻和旋链角毛藻。

5）2008—2012年夏季渤海湾天津近岸海域网采浮游植物群落多样性指数变化范围为1.44～2.69，平均为1.91，低于历史同期调查数据，说明近5 a夏季渤海湾浮游植物群落中某些种类大量繁殖，群落中形成明显的优势类群，极易引发赤潮。

6）近5 a夏季渤海湾天津近岸海域网采浮游植物群落结构的变化是多个环境因子共同影响的结果，近5 a夏季渤海湾网采浮游植物细胞丰度及其分布主要与Chl-a含量、水温、盐度、化学需氧量和营养盐关系密切。

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