秦皇岛海域浮游植物的群落结构特征

于湖洋,崔 磊,潘 霖,刘丰华,岑竞仪,吕颂辉

(暨南大学 赤潮与海洋生物学研究中心,广东 广州 510632)



秦皇岛海域浮游植物的群落结构特征

于湖洋,崔 磊,潘 霖,刘丰华,岑竞仪,吕颂辉

(暨南大学 赤潮与海洋生物学研究中心,广东 广州 510632)

2014年4~9月对秦皇岛海域进行了调查,共鉴定出浮游植物3门33属70种,以硅藻门为主,7、8月份浮游植物种类数最多,约40种。在整个调查期间,浮游植物丰度在不同站位和月份之间差异较大,平均值为2.42×108个/m3,浮游植物优势种有北方娄氏藻、尖刺拟菱形藻、丹麦细柱藻、微小原甲藻等,优势种种类数9月最多,6月最少。浮游植物多样性指数为1.27~3.6,均匀度为0.31~0.73,6月份群落结构较单一,其他月份群落结构较稳定。

浮游植物;秦皇岛;种类组成;生物多样性

doi:10.11759/hykx 20151203002

浮游植物是海洋生态系统中的初级生产者,在能量流动和物质循环过程中起着重要作用,其通过光合作用制造有机物,成为食物链的第一环节,浮游植物种类和数量的变化不仅可以影响到其他海洋生物的生存,还会影响到整个海洋生态系统的平衡[1]。当海水环境发生变化时,藻类种类和数量也会灵敏地发生相应的改变,因此浮游植物的群落结构变化特征在某种程度上可以反映出海区生态环境的基本情况[2]。

秦皇岛地处河北省东北部,沿岸有洋河、戴河、新河和新开河等河流的入海口。随着近年经济和社会的高速发展,入海河流携带越来越多的陆源污染物进入大海,秦皇岛海域污染日益严重,海区生态环境日益恶化,造成赤潮频发,严重影响了当地渔业和旅游业的发展。据统计,2013年秦皇岛海域共发生了5次赤潮,累计受灾面积达到39.06 km2[3]。

虽然2014年以前,对秦皇岛海域浮游植物群落结构特征的研究已有报道[4-7],但对2014年夏季该海域的浮游植物调查情况尚无公开资料。本文根据2014年4~9月对秦皇岛海域沿岸的浮游植物调查,对浮游植物的种类组成、细胞丰度、优势种的分布及其变化、多样性指数和物种均匀度等进行了分析,以期为进一步研究该海域浮游生物群落状况和预防赤潮发生提供依据。

1 材料与方法

1.1 采样时间和采样站位的设置

2014年4~9月,每月1次对秦皇岛海域(39.7°~ 39.9°N,119.4°~119.8°E)进行现场采集浮游植物样品。如图1所示,调查分别在新开河口、新河口、戴河口和洋河口各设1个断面,每个断面5个采样站位,共布设20个采样点,每个断面由大陆向外海延伸10 n mile。

图1 秦皇岛海域采样站位分布Fig.1 Sampling stations in Qinhuangdao coastal waters

1.2 温度和盐度的测定方法

用“多参数水质分析仪”(YSI6600)在出海现场测定水体温度(T)和盐度(S),采用标准GB17378.4。每到一个采样点,用绳子捆绑水质分析仪,将其下沉海水里,在不同水深记录对应的盐度值和温度值,以距海底1m深时的数据作为该采样点底层水的温盐值,以距海水表面1m深时的数据作为该采样点表层水的温盐值。

1.3 样品采集和处理

用体积为5 L的有机玻璃采水器,在每个站位取表层水和底层水各1 L,分别装进容积为1 L的聚乙烯塑料瓶中,其中表层水是离海水表面1 m深的海水,底层水是离海底1 m深的海水。现场加鲁哥氏液10 mL于每个装海水的塑料瓶当中,摇晃均匀,带回实验室。采集的样品静置24 h后用虹吸管将上层清液吸掉,保留下层藻液,浓缩至15 mL。静置时用锡箔纸将量筒口包住,以防鲁哥试液挥发和空气中杂质进入样品中。

1.4 样品计数和分类鉴定

取0.1 mL样品于浮游植物计数板上,在光学显微镜下进行计数和种类鉴定。计数时,根据0.1 mL样品中每一种类的数量,按比例计算出每升海水中的浮游植物数量。根据相关文献[8-12]对浮游植物种类进行鉴定。

1.5 多样性、均匀度和优势度的计算

利用Shannon-Wiener多样性指数[13]对浮游植物的多样性进行分析,其公式为:

式中,Ni是第i种在样品中的个体数量,N为样品中所有种类个体总数;Pi=Ni/N为第i种在样品中的数量比例;S是总种类数;fi表示该种在所有样品中出现的频率。若Y>0.02,则认为该物种是优势种。浮游植物的多样性指数和均匀度是反映一个生物群落生态结构特征的指标,为研究该海域浮游植物群落动态提供依据。

2 结果与分析

2.1 海水温盐变化特征

2014年4~9月秦皇岛海域水温和盐度的平均值的月际变化如图2所示。调查期间,该海域海水温度变化较大,最低的是4月份的11.7℃,最高的是8月份的24.5℃,4~8月海水温度逐月上升,直到9月份有略微下降。而随着时间推移,海水盐度变化不明显,基本维持在29左右(图2)。海水盐度的影响因子主要有降水、蒸发和河川径流,受温度影响不大,稳定性较高[16]。

图2 秦皇岛海域温度和盐度月际变化Fig.2 Intermonthly variation of temperature and salinity in the Qinhuangdao coastal area

2.2 浮游植物种类组成及其月际变化

2.2.1 浮游植物种类组成

经鉴定,秦皇岛沿岸海域共有浮游植物3门33 属70种,大部分属广温性物种。其中,硅藻门种类数最多,有23属43种;其次是甲藻门,共有9属25 种;种类数最少的是金藻门,共鉴定出1属2种。

硅藻门中,又以角毛藻属的种类最多,共10种,常见的种类有柔弱角毛藻(Chaetoceros debilis)、冕孢角毛藻(Chaetoceros subsecundus)等;其次以根管藻属和菱形藻属居多,常见的种类有尖刺拟菱形藻(Nitzschia pungens)、 柔 弱 根 管 藻 (Rhizosolenia delicatula)、中华根管藻(Rhizosolenia sinensis)等。在甲藻门中,种类最多的是多甲藻属,其次是原甲藻属、裸甲藻属和角藻属,常见的种类有二次原多甲藻(Peridinium bipes)、反 曲 原甲 藻 (Prorocentrum sigmodes)、海洋原甲藻(Prorocentrum micans)、叉状角藻(Ceratium furca)等。本次鉴定中,金藻门仅有2 种,分别是六异刺硅鞭藻(Distephanus speculum)和小等刺硅鞭藻(Dictyocha fibula),都属于硅鞭藻属。所有浮游植物种类和航次分布见表1。

2.2.2 月际变化

如图3所示,表层水中,4、5、6月3个月份的浮游植物种类数基本持平且维持在较低的水平,从7月份开始种类数大幅增长,达到44种,8月和9月虽有下降但是幅度不是太大,远高于4~6月的水平。从3个门的组成分布上看,硅藻门的种类数目占到了一半以上,其次是甲藻门,金藻门种类仅在6、7月份有少量出现。

表1 秦皇岛海域各调查区域浮游植物种类组成Tab.1 Species composition of phytoplankton in the survey area of the Qinhuangdao coastal waters

续表

图3 表层水浮游植物种类数目月际变化Fig.3 Intermonthly variation in the number of phytoplankton species in the surface water

如图4所示,底层水中,从4月开始随着时间推移,浮游植物种类数目缓慢下降,进入7月份以后逐渐增多,在8月份达到种类数目最大值42种,后在9月份有一定幅度降低,4、5、6月3个月份的浮游植物种类数要低于7、8、9月3个月的种类数。从3个门的组成分布上看,同样以硅藻种类居多,其次是甲藻,最少的是金藻。

2.3 浮游植物的丰度及其月际变化

2.3.1 浮游植物丰度的平面分布

2014年4~9月,浮游植物丰度的平均值为2.42×108个/m3,其中表层水为2.65×108个/m3,底层水为2.2×108个/m3。浮游植物丰度的最大值出现在7月份C6站位的表层水,达到1.71×109个/m3;最小值出现在5月份C1站位的表层水,丰度仅为5.65× 105个/m3。浮游植物的丰度值不同月份和站位之间差别很大。

图4 底层水浮游植物种类数目月际变化Fig.4 Intermonthly variation in the number of phytoplankton species in the bottom water

浮游植物丰度的平面分布大致呈现出从大陆到外海逐渐减少的趋势,但5月份的丰度平面分布这一规律则不太明显。同一月份的表、底层水浮游植物丰度分布趋势大致相同,不同断面之间的浮游植物丰度差异不太明显,如图5、图6和图7所示。

图5 4、5月份表、底层水浮游植物丰度分布a.4月份表层水;b.4月份底层水;c.5月份表层水;d.5月份底层水Fig.5 Distributionofphytoplankton insurfacewater(a)and bottomwater(b)inApril andin surfacewater(c)andbottomwater(d)inMay

图6 6、7月份表、底层水浮游植物丰度分布a.6月份表层水;b.6月份底层水;c.7月份表层水;d.7月份底层水Fig.6 Distributionofphytoplankton in surfacewater(a)andbottomwater(b)inJune andinsurface water(c)and bottomwater(d)inJuly

图7 8、 9月份表、底层水浮游植物丰度分布a.8月份表层水;b.8月份底层水;c.9月份表层水;d.9月份底层水Fig.7 Distribution of phytoplankton in surface water(a)and bottom water(b)in August and surface water(c)and bottom water(d)in September

2.3.2 月际变化

在本次调查中,浮游植物的丰度月际变化幅度比较大。如图8和图9所示,表、底层水丰度的月际变化规律大致是相同的,即在4月和5月维持低水平,进入6月以后开始大幅增加,7月份丰度继续增大,直到8月和9月开始回落。其中在4、5、8、9月份,表层水和底层水的浮游植物丰度值差别不大,6、7两个月表层和底层丰度有较大差别,表层水丰度高于底层水。表层水和底层水浮游植物丰度的最大值都出现在7月份,分别为6.78×108个/m3和5.58×108个/m3;最小值都出现在5月份,分别为3.84×106个/m3和3.93× 106个/m–3。最大值和最小值之间差两个数量级,浮游植物丰度的月际变化幅度很明显。

图8 表层水浮游植物丰度月际变化Fig.8 Intermonthly variation of phytoplankton levels in surface water

图9 底层水浮游植物丰度月际变化Fig.9 Intermonthly variation of phytoplankton levels in bottom water

2.4 浮游植物优势种类及其变化

浮游植物优势种的种类在同一月份的表层水和底层水之间差异不大,而在不同月份之间差异较大。在4月份,表层水和底层水的优势种种类一样,均为3种,分别是北方娄氏藻、裸甲藻和中肋骨条藻;5月份的优势种表层水中有6种,底层水7种;进入6月份,优势种个数达到最少,表层水仅为2种,底层水也仅为3种;7月份以后,优势种种类数逐渐增加, 9月份优势种数达到最多,表层水为8种,底层水有7种。后3个月份比前3个月份优势种的种类要多,优势度要低。

北方娄氏藻在各个月份均有出现,并且是4、5、7和9月份的优势种,4月份底层水此种藻优势度最高达到0.47。丹麦细柱藻从7月份开始成为优势种,一直持续到9月份都保持高优势度,在7月份底层水达到最大优势度0.28,而在4、5月份样品中并无此种藻出现。尖刺拟菱形藻从7月份开始出现,在7月份表层水达到最大优势度0.5,并且一直作为优势种持续到9月份。夜光藻是本海域经常引发赤潮的物种[17-18],在本次调查中的所有月份均有出现,但仅在5月份为优势种。在整个调查期间,优势度最高值出现在4月份表层水的中肋骨条藻和裸甲藻,均为0.63。

2.5 多样性指数和均匀度

在本次调查期间,秦皇岛海域浮游植物多样性指数在1.27~3.6范围之间,平均值为2.4,表层水多样性指数平均值是2.39,底层水多样性指数平均值是2.41;均匀度在0.31~0.73之间,平均值0.53,表层水浮游植物均匀度为0.52,底层水为0.54。

如图10和11所示,多样性指数和均匀度的月际变化均表现出基本相同的走势,但表层水浮游植物多样性指数在5月份略有下降,而均匀度却略有上升。在表层水中,进入6月份,多样性指数和均匀度达到最低,分别为1.27和0.3,之后逐月升高,在9月份达到最高值,分别为3.6和0.73。在底层水中,5月份两种指标都有大幅上升,其中均匀度在5月更是达到最高值0.67,6月份急剧下降,两种指标分别到达最低值1.6和0.43,之后逐月升高,并且多样性指数在9月份达到最大值3.17。

图10 表层水浮游植物多样性指数和均匀度月际变化Fig.10 Intermonthly variation of the diversity index and evenness of phytoplankton in surface water

图11 底层水浮游植物多样性指数和均匀度月际变化Fig.11 Intermonthly variation of the diversity index and evenness of phytoplankton in bottom water

3 讨论

3.1 浮游植物种类和丰度

本调查航次涉及海域距离秦皇岛市区较近,沿岸又有许多河流的入海口,营养物质输入较多[19],因此浮游植物种类比较丰富,共鉴定出藻类70种。由春季进入夏季,海水温度从4月份的11.7℃升高至8月份的24.5℃(图2),这有利于浮游植物的繁殖和生长,所以在表层水和底层水都表现出了从7月份开始浮游植物种类数目大幅增加的趋势(图3和图4)。和中国部分其他海域相似[20-25],秦皇岛海域硅藻种类数目较多,共鉴定出硅藻43种,占藻类种类数约60%,其次是甲藻和金藻,这一规律在表层水和底层水没有表现出太大差异,在不同月份之间也差异不大。

浮游植物丰度在靠近大陆的站位比较高,在远离大陆的站位比较低(图5、图6和图7),X1、C1、C6和C11站位是离大陆和河流入海口最近的4个站点(图1),这些站点的浮游植物丰度往往是各自断面最大的一个,这是因为靠近岸边的海水由于城市污染水排放等原因营养物质比较丰富,而越远离岸边,海水受人类活动和外界因素的影响就越小,营养物质含量较低[23],因此浮游植物丰度分布呈现出从近岸到远岸逐渐降低的趋势。其中7月和8月的C12、C13和C14站位浮游植物丰度值较同月相邻站位高出很多,如7月份的C12站位表层水浮游植物丰度达1.12×109个/m3,结合现场观测情况,推测可能是由于这些站点位于当地养殖区内,海水营养物质异常丰富,造成了藻类丰度很大。

4、5月份秦皇岛海域海水温度处于15℃以下(图2),不利于浮游植物的生长,因此这2个月份的浮游植物丰度维持在低水平。进入6月份以后,海水温度升高到20℃左右,光照强度增加,环境变得适于藻类繁殖生长,使得其代谢能力加强,由夜光藻和微小原甲藻引发的赤潮大面积暴发[23],因此浮游植物丰度呈现暴发式增长。而7月份以后,藻类丰度有一定回落,但由于正值夏季,仍比4、5月2个月份的丰度高出一个数量级。张建乐[6]在2004年对秦皇岛沿岸海域出海调查共鉴定出浮游植物21属55种,慕建东等[4]在2010年5~9月对该海域进行出海调查共鉴定出浮游植物46属96种,以硅藻和甲藻居多,这与本研究调查结果类似;2004年藻类丰度平均为4.1× 109个/m3,2010年藻类丰度均值是6.2×104~4129.53× 104个/m3,而本研究调查结果为2.42×108个/m3,可见浮游植物数量与2010年相比增长幅度很大,但低于2004年水平。

3.2 优势种、多样性指数和均匀度

浮游生物多样性指数和均匀度越高,群落稳定性和生态多样性就越好。6月份的优势种数目达到最低,以微小原甲藻、中肋骨条藻等为主,在此期间该海域暴发了由微小原甲藻引起的赤潮[21],其优势度达到0.32,丰度值达到1.39×108个/m3,远大于其他藻在此月份的优势度和丰度值,因此6月份的浮游植物丰度是在上升,处于较高水平,而该月份的多样性和均匀度却是在很低水平(图8、图9、图10和图11)。6月份群落结构受到季节交替和赤潮的影响,其稳定性是本调查期间最弱的。进入7月份以后,赤潮褪去[23],浮游植物群落多样性逐渐转好,丰度和种类数目都在增加,各物种优势度差异不大,群落稳定性较好。综合各指标来看,藻类群落的结构稳定性排序是9月>8月>7月>5月>4月>6月。张建乐[5]在2007年5~10月对秦皇岛近岸海域进行出海调查的结果显示,浮游植物多样性指数和均匀度平均值分别只有1.162和0.333,而在本调查期间浮游植物的多样性指数和均匀度平均值分别为2.4和0.53,可见该海域浮游植物群落生态结构稳定性有明显好转。

4 结论

现场出海采样调查共鉴定出浮游植物3门33属70种,其中硅藻23属43种,甲藻9属25种,金藻1 属2种。常见种类有尖刺拟菱形藻、丹麦细柱藻、裸甲藻等。浮游植物种类数表层水7月份最多,4月和5月份最少;底层水8月份最多,6月份最少。浮游植物丰度分布不同站位和不同月份之间差异较明显,大致规律是离岸越远,丰度越小。整个调查期间浮游植物丰度的平均值为2.42×108个/m3,其中表层水为2.65×108个/m3,底层水为2.2×108个/m3。

浮游植物优势种的种类和数目在同一月份的表、底层水之间差异不大,而在不同月份之间差异较大。9月份优势种数达到最多,6月份最少。常见的优势种有北方娄氏藻、尖刺拟菱形藻、丹麦细柱藻、微小原甲藻等。通过对多样性指数和均匀度分析表明,9月份的群落稳定性最好,6月份最差,其他月份群落结构水平较为理想。

致谢:本研究得到了国家海洋局秦皇岛海洋环境监测中心站的指导与帮助,在此表示感谢！

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(本文编辑:梁德海)

Characteristics of the phytoplankton community structure in the Qinhuangdao coastal area

YU Hu-yang,CUI Lei,PAN Lin,LIU Feng-hua,CEN Jing-yi,L Song-hui

(Research center for Harmful Algae and Marine Biology,Jinan University,Guangzhou 510632,China)

Dec.24,2015

phytoplankton;Qinhuangdao;species composition;biodiversity

The community structure of phytoplankton in the Qinhuangdao coastal area was assessed from April to September,2014.In total,3 phyla,33 genera,and 70 species of phytoplankton were identified.Bacillariophyta contained the largest number of species.July and August had more species than any other month.The average level of phytoplankton during the investigation was 2.42×108cells·m–3,which varied significantly between different stations and months.The dominant species were Lauderia borealis，Nitzschia pungens，Leptocylindrus danicus，and Prorocentrum minimum，etc.The number of dominant species was the highest in September and the lowest in June.The diversity index ranged from 1.27 to 3.60,and the evenness ranged from 0.31 to 0.73.The community structure was stable in all months except June.

Q178.53

A

1000-3096(2016)05-0066-10

2015-12-24;

2016-02-02

国家海洋公益性行业科研专项项目(201305003)

[Foundation:Nationalpublicmarinescientificresearchprojects,No.201305003]

于湖洋(1990-),男,山东济宁人,硕士研究生,研究方向:海洋环境与赤潮,电话:18819432425,E-mail:yuhuyang@foxmail.com;吕颂辉,通信作者,E-mail:lusonghui1963@163.com