台山核电邻近海域春秋季浮游植物群落结构特征

粟 丽, 黄梓荣, 徐珊楠, 陈作志



台山核电邻近海域春秋季浮游植物群落结构特征

粟 丽, 黄梓荣, 徐珊楠, 陈作志

(中国水产科学研究院南海水产研究所, 农业部南海渔业资源开发利用重点实验室, 广东广州 510300)

根据2013年4月(春季)和9月(秋季)2个航次调查数据, 对台山核电邻近海域浮游植物种类组成、时空分布及多样性指数等群落特征进行了分析。共鉴定浮游植物3门61种, 其中硅藻类48种, 占78.69%; 甲藻类11种, 占18.03%; 金藻类2种, 占3.28%。种类组成以暖水种和广温种为主。浮游植物丰度均值春季(11.78×107个/m3)与秋季(29.37×107个/m3)无明显差异; 然而丰度水平变化较大, 整体表现为春秋两季核电站温排水口附近站位均低于远离站位。春秋两季浮游植物优势种共出现了7种, 春季仅出现了中肋骨条藻1种, 优势度高达0.996; 秋季出现了7种, 包括中肋骨条藻(0.291)、柔弱拟菱形藻(0.222)、拟弯角毛藻(0.214)和并基角毛藻(0.056)等。海域春季Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数和Margalef物种丰富度指数均值分别为0.55、0.18和0.50; 秋季分别为2.80、0.62和0.80。多样性指数显示台山核电附近海域水质状态受到了一定程度的污染。

浮游植物; 群落结构; 生物多样性; 核电厂; 台山

台山核电厂位于珠江八大尾闾之一的崖门和虎跳门出口黄茅海西侧出海口, 地理位置为112°59′E, 21°54′N。核电厂对海域生态系统的影响主要有两个方面, 一是通过冷却水加氯和冷却装置的卷载效应影响, 二是通过温排水排放海域温升对周围水生生物的热冲击影响。近年来电厂温排水对环境的影响广受关注[1-4]。有研究发现核电站温排水对海域整体生态功能产生一定的影响[5]。朱鹏利[6]发现核电邻近海域2℃温升包络面积范围内, 浮游动物的种类和数量减少, 群落的物种多样性降低。

海洋浮游植物是海洋最重要的初级生产者, 其群落特征直接或间接地制约着海洋生产力的发展, 对海洋生态系统物质循环和能量流动起着关键的作用。不同的浮游植物群落结构决定了其在生态系统中的功能差异。浮游植物群落在环境改变时可以灵敏且迅速地反映环境的变化[7], 各种环境因子的变化会引起浮游植物种类组成和生物量的变化, 同时, 浮游植物群落的改变也会直接或间接地对海洋环境造成影响[8]。目前关于中国近岸海域浮游植物群落结构已有大量研究[9-12], 核电站邻近海域浮游植物群落的研究也有一些报道[13-14], 但台山核电站邻近海域浮游植物群落结构特征的研究尚未见报道。本文对该海域浮游植物群落结构进行了调查研究, 一方面了解该海域浮游植物群落结构和水质状态, 另一方面为核电站等重大工程建设项目对海域环境影响的评价及生态环境保护措施的制订提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 采样时间与站位

两个航次分别于2013年4月(春季)和9(秋季)使用渔船进行浮游植物样品采集, 浮游植物调查共设置8个站位, 其编号为S1~S8, 其中S1~S4为排水口附近站位, S5~S6为进水口附近站位S7~S8为远离排水口和进水口站位(图1), 调查海域水深为3~11 m。

1.2 样品的采集与分析

浮游植物样品采集与定量参照《海洋调查规范海洋生物调查》[15]进行。样品用25号浮游生物网采集, 自海底(离底部0.5 m)向海面垂直拖曳, 用鲁哥氏液现场固定, 经48 h沉淀浓缩, 用0.1 mL浮游植物计数框在光学显微镜下进行计数和鉴定。

1.3 分析方法与计算公式

运用Shannon-Wiener多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef物种丰富度指数及浮游植物优势度对浮游植物群落结构特征和水质状态进行初步评价。

Shannon-Wiener多样性指数(′)计算公式为

式中,P为第种的个体数与总个体数的比值;为浮游植物种类数。′值越大, 水质越清洁(0为严重污染; 0~1为重污染; 1~2为中污染; 2~3为轻污染; 大于3为清洁)[16]。

Pielou均匀度指数(′)计算公式为

′=′/log2(2)

式中,′为Shannon-Wiener多样性指数;为浮游植物种类数。′值越大, 水质越清洁(0~0.3为重污染; 0.3~0.5为中污染; 0.5~0.8为轻污染或无污染)[17]。

Margalef物种丰富度指数()计算公式为

=(–1)/log2(3)

式中,为浮游植物种类数;为个体数。值越大, 水质越清洁(0~1为重度污染; 1~2为严重污染; 2~4为中度污染; 4~6为轻度污染; 大于6为清洁)[18]。

种类优势度指数()计算公式为

=(N/)f(4)

式中,N为第种的个体数;为每个钟的总个体数;f为第种在各站位中出现的频度,>0.02为优势种[19]。

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类组成

两个航次共鉴定浮游植物3门61种(含变种、变型及个别未定种的属), 春季出现37种, 秋季38种, 其中硅藻类48种, 占种类组成的78.69%; 甲藻类11种, 占种类组成的18.03%; 金藻类2种, 占3.28%。种类组成以暖水种和广温种为主。该海域浮游植物以硅藻类为主导。

春季调查站位浮游植物平均种丰富度为13种, 各个站位之间相差较大, 最高为S5站位, 出现了23种, 最低为S6站位, 仅6种。秋季平均种种丰富度为23种, 各站位种类数相差不大, 最高为S7站位(25种), 最低为S1站位(20种)。

2.2 浮游植物细胞丰度时空变化

2.2.1 季节变化

两个季节浮游植物细胞丰度变化较大,见图3。春季浮游植物细胞丰度为0.005×107~37.602×107个/m3,平均为11.178×107个/m3。秋季浮游植物细胞丰度为6.185×107~99.907×107个/m3, 平均为29.374×107个/m3。秋季细胞丰度平均是春季的2.6倍。

2.2.2 水平分布

从图3可以看出两个季节浮游植物丰度的水平分布存在差异。春季浮游植物细胞丰度整体表现出S4和S5两个站位最高, 其次为S6、S7和S8三个站位, 最低为S1、S2和S3三个站位。各站位中细胞丰度最高的为S4(37.602×107个/m3), 最低为S1(0.005× 107个/m3), 最高站位是最低站位的6861.7倍, 站位之间细胞丰度差异较大。秋季则表现出S5、S6、S7和S8四个站位高于S1、S2、S3和S4四个站位。各站位中S5(99.907×107个/m3)最高, S1(6.185×107个/m3)最低, 最高站位为最低站位的16.2倍。8个站位中除了S4站位表现出春季高于秋季外, 其他各站位均表现出秋季高于春季。

2.3 浮游植物优势种的组成及季节变化

2.3.1 优势种组成及季节变化

以优势度大于0.02为判断标准, 本次调查海域浮游植物优势种出现了7种(表1), 两个季节优势种差异较大, 有明显的季节更替。其中春季仅出现了1种优势种中肋骨条藻(), 优势度极高, 高达0.996。秋季优势种相对较多出现了7种, 包括中肋骨条藻、柔弱拟菱形藻()拟弯角毛藻()和并基角毛藻()等, 优势度最高为0.291。两个季节整体表现出秋季优势种多于春季, 而优势度低于春季的现象。

表1 台山海域浮游植物优势种组成

2.3.2 优势种中肋骨条藻丰度变化

中肋骨条藻是一种近岸海域分布极广的浮游硅藻。调查期间中肋骨条藻的丰度为1.26×104~ 44.33×107个/m3, 平均9.84×107个/m3。春季为1.26×104~37.58×107个/m3, 平均为11.14×107个/m3; 秋季为0.6×107~44.33×107个/m3, 平均为8.54×107个/m3。其中春季各站位中肋骨条藻丰度相差较大, 大于5×106个/m3的站位有S4、S5、S6、S7和S8,根据安达六郎[20]提出的赤潮判断标准(>5×106个/m3),该5个站位已达到了中肋骨条藻赤潮标准; 秋季各站位丰度相差较小, 8个站位均大于5×106个/m3, 表明秋季中肋骨条藻赤潮比春季严重。

2.4 浮游植物物种多样性的时空变化

2.4.1 季节变化

台山海域两个季节多样性指数相差较大, 其中春季为0.007~2.70, 均值为0.55; 秋季波动范围为2.57~3.08, 均值为2.80, 秋季多样指数高于春季, 平均为春季的5倍。均匀度指数值春季为0.002~0.89, 均值为0.18; 秋季为0.58~0.68, 均值为0.62, 秋季均匀度指数高于春季。物种丰富度指数为0.27~0.87, 秋季高于春季。

2.4.2 水平变化

春秋两季台山海域各站位浮游植物多样性指数波动范围为0.007~3.08, 春季最高站位为S1(2.70), 最低为S4(0.007), 秋季则最高站位为S4(3.08), 最低为S5(2.57)。各站位均匀度指数为0.002~0.89, 变化趋势与多样性指数相似。物种丰富度指数春季最高值为S5, 最低为S3; 秋季最高值为S3, 最低为S5。3个指数均表现出春季最低值站位秋季则转变为最高值站位。

表2 台山海域浮游植物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数

3 讨论

3.1 台山核电邻近海域浮游植物群落结构特征

台山核电邻近海域地处亚热带, 海洋性气候较为明显, 全年气候温和, 适宜沿岸暖水性与广温性种类的生长。本次调查海域鉴定出的浮游植物种类78.69%为硅藻, 其平均丰度百分比高达99.97%。表明该海域浮游植物群落结构以硅藻类为主导, 甲藻和金藻类仅零星出现。硅藻类中又以中肋骨条藻、柔弱拟菱形藻、拟弯角毛藻并基角毛藻、细弱角毛藻、旋链角毛藻和拟须状角毛藻等占优势, 这些种类不仅细胞数量丰富, 出现频率也很高。群落结构总体表现出优势种单一, 优势度高的特点, 特别是春季优势种仅中肋骨条藻一种, 优势度极高, 群落结构极不稳定。与邻近海域(高栏港西侧海域)相比, 两个邻近海域浮游植物群落结构有着不同的特征, 高栏西侧海域浮游植物丰度为229.61×104个/m3, 丰度以甲藻占优势, 占总丰度的59.21%, 其次才为硅藻, 占38.82%, 春季以中肋骨条藻(0.37)为第一优势种, 秋季则以夜光藻(0.45)为优势种[21]。与其他海域比较, 台山核电海域与深圳海域[22]、珠江口海域[23]均以硅藻类为主导, 但优势种及优势度各不相同, 优势种特征有着明显的地域差异性。

3.2 浮游植物物种多样性分析

浮游植物的多样性与海域生态系统的稳定性有着密切的关系。孙军[24]等研究发现Shannon-Weaver多样性指数和Pielou均匀度指数对浮游植物多样性分析和均匀度测度有较好的解释。整体来说, 本次调查台山海域多样指数(1.67)和均匀度(0.40)水平均属较低水平, 根据物种多样性指数水质状态评价标准得出, 台山海域水质状态属于中度污染状态。两个季节之间有较大差异, 春季属于重度污染, 秋季则属于轻度污染。该海域多样性指数秋季是春季的5倍, 表明浮游植物群落结构秋季比春季稳定, 分布也较春季均匀。这可能是因为春季广温种类中肋骨条藻大量繁殖, 而其他藻类生长繁殖较缓慢, 丰度远远少于中肋骨条藻, 从而导致春季物种多样性低; 秋季可能由于环境因子的改变, 其他暖水性藻类生长加快, 从而降低了中肋骨条藻优势度, 提高了物种多样性。与邻近海域相比, 本海域多样性和均匀度均分别低于高栏西侧海域(2.94, 0.64)[21]。与其他核电站邻近海域相比, 本海域较阳江核电邻近海域浮游植物多样性低[25]。

3.3 核电站对邻近海域浮游植物的影响

由于核电厂的热效率很低, 厂址多建于滨海, 常采用冷却温水直接排入海域的一次循环冷却方式。然而, 冷却温水直接排入海域往往会对环境产生一定的影响, 成为热电厂主要的水污染问题[26]。本次调查, 比较了电厂进水口和排水口及周边邻近站位之间浮游植物细胞丰度的差异, 发现春秋两季排水口附近站位水体中细胞丰度均值均低于其他远离站位; 这与Poornima等[27]的研究结果一致。出现这种现象可能是因为海水经过冷却装置时浮游植物细胞在机械卷载、高温高压和余氯的作用下受到破坏, 部分浮游植物细胞可能损伤或死亡, 从而导致该排水口附近浮游植物丰度较入水口低。Poornima等[27]发现化学作用和热冲击均能减少浮游植物的生物量, 其中加氯为浮游植物减少的主要因子。江志兵[28]等的研究同样发现热冲击和加氯均显著影响浮游植物细胞数量的恢复, 热冲击还能增强余氯对浮游植物的毒性, 同时自然水温越高、升温幅度越大, 浮游植物细胞数量恢复则越慢。也有研究与笔者调查结果不一致的, 唐森铭等[14]对大亚湾核电厂海域浮游植物的调查结果发现排水口水体中的细胞丰度均值总是高于进水口。这可能是由于两个海域其水文条件、开阔程度及营养状况等有所不同, 从而产生不同结果。温排水还可能对邻近海域浮游植物的多样性产生一定的影响。本次调查发现浮游植物多样性指数与均匀度指数排水口附近站位均值分别为(1.84, 0.45)稍高于远离站位(1.50, 0.35)。这与唐森铭[14]等的研究结果相似。核电站的温排水还可能对浮游植物的种类组成产生影响。刘胜[13]等对大亚湾核电站对海湾浮游植物群落影响的研究中发现核电站运行后, 浮游植物种类逐渐减少, 甲藻与暖水性种类的数量有增多的趋势, 群落组成有小型化趋向; Rajadurai等[29]实验也发现不同藻类对热冲击的反应不同, 其中双眉藻()在实验温度范围内均成为优势。

4 结语

本次调查海域浮游植物以沿岸暖水性与广温性种类为主。春秋两季种类组成表现出优势种单一优势度高的特点; 春季以中肋骨条藻为绝对优势种, 优势特征十分突出; 秋季以中肋骨条藻为第一优势种, 优势特征也较明显; 两季中肋骨条藻细胞丰度有过半站位高于5×106个/m3, 达到了中肋骨条藻赤潮标准。浮游植物多样性和均匀度均属较低水平。

总体来说, 本海域浮游植物多样性属较低水平, 表明本海域生态系统脆弱, 生态环境较差, 应注重加强生态环境保护。核电的温排水、加氯等操作不可避免的会对邻近海域生态环境造成影响。为提高邻近海域环境质量, 要严格规范核电站的各项操作, 尽量减小对海域生态环境的影响。同时, 还应加强该海域的长期监测, 防止赤潮大规模暴发。

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(本文编辑: 梁德海)

Characteristics of the phytoplankton community in spring and autumn in the sea area around the Taishan Nuclear Power Plant, China

SU Li, HUANG Zi-rong, XU Shan-nan, CHEN Zuo-zhi

(South China Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences; Key Laboratory of south China Sea Fishery Resources Exploitation & Utilization, Ministry of Agriculture, P.R. China, Guangzhou 510300, China)

On the basis of the data from two phytoplankton surveys conducted in April 2013 and September 2013 in the Taishan Sea, the species composition, spatial and temporal distribution, and diversity of phytoplankton were analyzed. A total of 61 phytoplankton species were identified belonging to three phyla. Forty-eight species of Bacillariophyta, 11 species of Pyrrophyta, and 2 species of Chrysophyta accounted for 78.69%, 18.03%, and 3.28% of the total species, respectively. The abundance of phytoplankton was not significantly different between spring and autumn. The abundance of phytoplankton differed between stations within the two seasons, indicating that phytoplankton abundance in the neighboring draining water stations was less than in distant stations. In this area, 7 kinds of dominant species appeared in total and only 1 species appeared in spring, with a predominance of 0.996. However, 7 dominant species appeared in autumn, including,,and. The Shannon–Wiener diversity index, Pielou evenness indexand Margalef richness indexwere 0.55, 0.18, and 0.50, respectively, in spring and were 2.80, 0.62, and 0.80, respectively, in autumn. All indexes demonstrated that the water adjacent to the Taishan Nuclear Power Plant is contaminated.

phytoplankton; community structure; biodiversity; nuclear power plant; Taishan

Jun.26, 2015

Q948.885

A

1000-3096(2016)09-0061-08

10.11759/hykx20150626001

2015-06-26;

2016-04-01

农业部财政专项(20141005); 公益性行业(农业)科研专项(201403008)

粟丽(1985-), 女, 助理研究员, 硕士, 研究方向: 海洋浮游植物生态研究, E-mail: suli@scsfri.ac.cn; 陈作志, 通信作者, 男, 副研究员, 研究方向: 海洋渔业资源管理和资源生态研究, E-mail: zzchen2000@163.com

[Foundation: Agriculture Department Special Financial Projiect, No.20141005; Public Walfare Industry (Agriculture) Research Project , No.201403008]