秋季辽河口海域浮游动物群落特征及其环境影响因子

2014-08-14张晓举冯春辉王丕波温若冰

海洋通报 2014年3期

张晓举，冯春辉，王丕波，温若冰

（1.国家海洋局北海海洋工程勘察研究院，山东青岛 266003；2.国家海洋局北海环境监测中心，山东青岛 266033）

辽河水系流域面积21.90万km2，多年平均径流量126亿m3，是辽东湾流量最大的入海水系。辽河陆源物质的持续输入对辽东湾北部海域的富营养化程度及海洋生态系统有着重大的影响（曲丽梅等，2006；雷坤等，2007）。近年来，许多学者对辽河口的水质环境展开了一系列理化水平的调查研究（王继龙等，2004a；田金等，2007；王毅等，2001；王继龙等，2004b），然而理化监测只能测出污染物浓度和瞬时水质情况，污染物的毒性强度和持久性污染效应通过水生生物的监测才更为合理。浮游动物是初级生产力转化的重要组成部分（宋星宇等，2004），是海洋生态系统中生产力转化的重要环节，浮游动物的研究在河口生态系统研究中占有十分重要的意义（李开枝等，2007）。浮游动物的分布及群落特征能对栖息环境的改变做出敏感反应（Chang et al，2009；王文杰，2011），可以在一定程度上客观反映海洋生态环境质量状况。为客观反映辽河口海域生态环境状况，揭示河口海域浮游动物群落的演变规律，了解浮游动物在河口生态系统中的功能，于2010年秋季对辽河口海域浮游动物的种类组成、空间分布、生物量及多样性等生态学特征进行了研究，并结合有关理化指标分析了其与环境因子的响应关系，探讨了辽河口海域影响浮游动物群落结构的因素，可为河口水环境保护提供科学的管理信息，同时为研究该海域浮游动物的长期演变提供基础数据资料。

1 材料与方法

1.1 调查站位与样品采集

于2010年10月进行辽河口海上调查工作，沿辽河径流方向设置3条断面共10个监测站位（图1），站位水深在2～11m之间。浮游动物取样采用浅水Ⅰ、Ⅱ型浮游生物网（网目口径0.160mm，网长140mm）于各站自水体底层至表层垂直拖取样品用5%福尔马林溶液固定保存。生物量按Ⅰ型网样品称重，丰度按Ⅱ型网样品计数，浮游植物取样用浅水Ⅲ型浮游生物网，浮游动物、浮游植物样品浮游动物的处理按照《海洋调查规范第六部分：海洋生物调查》（GB 12763.6－2007）要求的方法进行。环境要素的调查与之同步，调查方法按照《海洋监测规范第4部分：海水分析》（GB 17378.4-2007）的要求进行。

1.2 分析方法

采用Shannon-Wiener指数、Margalef丰度指数、Pielou均匀度指数分析浮游动物的群落结构。

Shannon－Wiener多样性指数：

富营养化指数：

式中：ni为第i种的个体数量；Pi=ni/N，N为采集样品种的所有种类总个体数；S为采集样品的种类总数。F为该种出现的频率。COD、CDIN、CDIP分别为化学需氧量（mg/L）、无机氮（μg/L）、无机磷（μg/L）含量，E≥1即为富营养化。

根据同步观测到的水温、盐度、DO、营养盐浓度等数据，采用Primer5.0完成了环境因子的主成分分析（PCA），并利用BIOEN分析得出各环境因子与浮游动物群落的相关系数，再通过BVSTEP分析来选择能够解释群落结构的最佳环境因子组合。构建Bray-Curtis相似性矩阵，据此对浮游动物的群落结构进行聚类分析。

图1 辽河口浮游动物调查站位分布

2 结果

2.1 种类组成

调查共鉴定浮游动物17种（表1），其中桡足类6种，水螅水母5种，被囊类2种，管水母、栉水母、毛颚类及原生动物各1种，另外还有浮游幼体10类。桡足类、被囊类是浮游动物的主要类群（表1）。根据浮游动物对温盐适应性不同的生态及地理分布特点，浮游动物种类可归为2种生态类型（尹健强等，2008；宋伦等，2010；尹健强等，2003）：（1）广温广盐生态类型。这一类群广泛分布于我国各海域，可以适应较大幅度的温盐变化，在调查海域浮游动物总量中占很大比例，也是调查海域的优势类群。主要代表种有小拟哲水蚤（Paracalanus parvus）、中华哲水蚤（Calanus sinicus）、长尾住囊虫（Oikopleura longicauda）等，其中小拟哲水蚤是本次调查的绝对优势种。（2）广温低盐生态类型。该生态类群主要分布在盐度较低的沿岸水域及河口附近，是调查海区种类最多的生态类群，部分种类在丰度上也占有一定优势。代表种包括夜光虫（Noctiluca scintillans）、真刺唇角水蚤（Labidocera euchaeta）、强壮箭虫（Sagittacrassa）、异体住囊虫（Oikopleuradioica）等。

表1 辽河口及邻近海域浮游动物种类组成

表2 秋季浮游动物优势种

2.2 数量分布

调查海域浮游动物丰度在（1.42～4.86）×104ind./m3之间，平均为3.06×104ind./m3，最高值出现在10号站，该站有发现大量小拟哲水蚤，丰度高达3.52×104ind./m3；最低值位于河口处的2号站，小拟哲水蚤数量丰度仅0.56×104ind./m3，小拟哲水蚤数量丰度的减少是该站丰度较低的主要原因。浮游动物丰度受控于优势种小拟哲水蚤的数量分布，其平面分布呈现自南向北渐低的趋势，低值区位于河口附近。

生物量变化范围在69.4-228.1mg/m3之间，平均为147.6mg/m3。最高值出现在2号站，最低值位于9号站。河口附近是高值区，低值区位于调查区中部，生物量与丰度的平面分布趋势并不一致，丰度最低的2号站生物量反而最高，该站中小型浮游动物较少而体型较大的强壮箭虫、针刺唇角水蚤等相对较多是该站高生物量低丰度的主要原因。体型较大的大中型浮游动物的分布是影响浮游动物群落生物量的决定性因素。

图2 浮游动物丰度及生物量平面分布

2.3 浮游动物群落分析

调查海域浮游动物多样性水平较低，多样性指数的范围在1.39（2号站）～2.66（4号站）之间，平均值为1.90，最高值位于2号站，最低值位于4号站。多样性指数的平面分布趋势与生物量的分布趋势大致相似，河口附近为多样性指数的高值区。小拟哲水蚤优势减少，丰度分布相对均匀是河口多样性水平较高的直接原因。均匀度的变化范围在0.38～0.74之间，平均值为0.51。小拟哲水蚤的优势对调查海域多样性指数和均匀度的分布产生了明显的影响。

聚类分析和MDS标序的结果表明，调查海域浮游动物的群落相似性较高（图3），调查时段辽河对浮游动物群落的影响体现在河口区域。浮游动物群落可在80%相似度上可分为两个类群：类群Ⅰ位于河口处，包括1、2号站，该类群受辽河径流影响较为明显，以广温低盐性种如真刺唇角水蚤为主要组成部分，这些种类个体较大，数量较高，而调查海域优势种小拟哲水蚤在该类群中数量相对较低，导致该类群丰度低而生物量较高。多样性指数平均2.43，是调查海域多样性指数的高值区。类群Ⅱ为3～10号站，该类群以小拟哲水蚤、中华哲水蚤、长尾住囊虫等广温广盐性种类为主要组成种类。中小型浮游动物小拟哲水蚤的大量分布导致了该类群浮游动物的丰度较高而生物量相对较低。该类群丰度平均值为3.35×104ind./m3，多样性指数平均1.77，与同季节辽东湾北部的总体水平十分接近（宋伦等，2010），说明该群落与辽东湾北部海域的浮游动物群落相似，辽河径流对该类群的影响有限。从多样性水平的高低判断辽河径流对群落Ⅰ的影响表现为正边缘效应（Lian etal，2000）。河口区复杂的环境条件及高度空间异质性为浮游动物提供了更广阔的生存空间可能是群落Ⅰ浮游生物种类多样性较高的原因之一。

2.4 浮游动物数量与环境因素的关系

图3 浮游动物系统聚类分析（左）及非参数多变量标序分析（右）结果

调查海域富营养化水平（E）在1.8～11.7之间（表2、表3），平均值为6.9，与该海域历史资料比较（王继龙等，2004）基本处于同一水平，富营养化程度较高。主成分分析的结果表明，调查海域环境差异较明显，在2个主成分上得到较好的分化，第一主成分负载值较高的分别是盐度、磷酸盐和总氮（表3、表4），PC1轴自左向右反映了水体营养盐的逐渐增加和盐度的逐渐减少。第二主成分负载较高的是叶绿素a的含量和悬浮物含量，PC2轴自下而上反映了叶绿素a和悬浮物含量的逐渐增加（图4）。第一和第二主成分分别解释了总环境变量变异的48.5%、16.8%，总解释率达65.3%。无机氮与磷酸盐分布呈南低北高的趋势，均与盐度呈负相关关系，相关系数分别为-0.768（P<0.01）和-0.721（P<0.05），说明辽河径流是无机氮和磷酸盐的主要来源，是导致调查海域环境差异的主要原因。

表3 调查海域水质参数

表4 调查海区主要环境因子主成分分析

浮游动物生物量与盐度、无机氮之间呈显著负相关，相关系数分别为-0.712和0.697；丰度与理化因子间没有明显的相关关系，而与浮游植物数量呈极显著负相关，相关系数-0.921。BIOENV分析得出盐度、无机氮是影响浮游动物生物量分布的主要环境因子。丰度与浮游植物的极显著相关说明生物因素也是影响浮游动物数量分布的因素之一。

辽河口径流的输入不但对浮游动物的数量分布产生了影响，也体现在群落特征上。由于半咸水种随着冲淡水向外海推移并在外海短暂性出现，河口下游多样性指数通常较高（Kibirige et al，2003；Taylor etal，2003；刘守海等，2013；吴玲玲等，2012）。而本次调查河口下游反而是多样性的低值区。这种现象的成因主要有：

（1）调查时段辽河径流量较小，低盐水对浮游动物的影响局限于河口处，河口的正边缘效应仅在河口附近有所体现。低盐水与海水混合提高了混合区域的空间异质性，为提高该区域生物多样性提供了基础（Alan etal，1994）。

（2）河口处复杂的水文条件和恶劣的光照条件降低了小拟哲水蚤的优势（韩希福等，2001），使浮游动物的数量分布更加均匀，提高了浮游动物群落的多样性水平。结合聚类分析和BIOENV分析的结果，说明辽河冲淡水通过盐度对浮游动物群落构成和分布产生的影响十分显著，但这种影响局限在河口区域。

图4 调查海区环境因子主成分分析排序图

3 结论

（1）辽河口海域共发现17种浮游动物及10种幼体，群落组成以桡挠足类和被囊类浮游动物为主，浮游动物群落可划分为广温广盐群落和分布于河口处的广温低盐群落，其中广温广盐性种类是浮游动物群落的主要组成部分，近岸河口处则以广温低盐性种类为主要组成类群。强壮箭虫、夜光虫等渤海常见种类在调查海域也有广泛分布。

（2）浮游动物丰度平均值为3.06×104ind./m3，小拟哲水蚤的数量对浮游动物丰度的分布起到关键作用，丰度呈自河口向外逐渐降低的趋势；生物量平均为147.6mg/m3，生物量受控于中华哲水蚤、强壮箭虫等大中型浮游动物种类的分布，其分布趋势不明显。浮游动物的多样性水平一般，河口区是多样性指数分布的高值区。河口复杂多变的环境导致小拟哲水蚤优势减少，丰度的均匀分布是生物多样性相对较高的原因。河口边缘效应表现为正效应，浮游动物数量受控于无机氮的分布，盐度则是影响浮游动物群落特征的主要因素。辽河径流是影响浮游动物分布的重要因素，其影响局限于河口附近。

（3）辽河口海域长期处于富营养状态，冲淡水和营养盐的输入对辽河口海域的生态环境产生了持续的影响。本次研究表明，辽河携带的营养盐对浮游动物的数量分布有明显的影响，浮游动物群落的特征与无机氮、冲淡水有直接的关联，浮游动物群落的结构特点能够敏感的反映出辽河冲淡水的影响范围。已有的文献还不能清楚阐明河口水体富营养化对海洋生态系统的影响机制。如能对浮游动物群落及辽河口理化环境进行系统监测，对于揭示河口富营养化对浮游动物群落的影响机制，评估河口生态系统的演化方向都具有十分积极的意义。

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