南黄海辐射沙脊群海域浮游植物群落结构特征及主要环境影响因子

黎 慧， 万夕和， 贲成恺， 王李宝， 沈 辉， 史文军， 乔 毅， 张朝晖

(江苏省海洋水产研究所，江苏南通 226007)

浮游植物是海洋生态系统的重要组成部分，其种群分布和结构特征直接影响海洋的整个生态系统[1-3]。浮游植物的种类、数量及群落结构与海水环境因子密切相关[4-5]，因此探究浮游植物分布特征及海洋环境状况具有重要的生态学意义[6-7]。目前，已有多种统计方法应用于生物群落结构与环境关系的研究，如相关性分析、典型对应分析等，在分析浮游植物群落与环境的关系方面逐渐得到广泛运用[8-9]。

南黄海辐射沙脊群位于江苏省岸外海域，面积约为2.8万km2，由70多条沙脊和沙脊间潮流通道组成，呈褶扇状向海辐射，是世界上最大的潮间带辐射状水下沙脊[10-12]。南黄海辐射沙脊群是优越的“海洋牧场”，丰富的海洋生物资源交织成复杂的海洋生物网。近年来，关于南黄海辐射沙脊群附近海域的水文动力及地质地貌等方面的研究报道较多[13-14]，但对本海域的浮游植物群落组成及水质环境状况鲜有报道。本研究通过对该海域浮游植物群落组成和环境因子的调查，对其进行典型的对应分析，确定影响浮游植物组成的重要环境因子，为南黄海辐射沙脊群的开发提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 调查站位及时间

根据南黄海辐射沙脊群的地理位置及海洋环境资料[2-5]，本调查在“东沙”和“高泥”人工岛工程海域(32°20′～33°30′N、120°40′E～岸线)设置5条调查断面，共15个站位。调查时间为2011年5月(春季)、8月(夏季)、11月(秋季)及2012年2月(冬季)，站位分布见图1。

1.2 样品的采集与处理

1.2.1 环境样品的采集与分析 环境样品的采集、保存及分析方法均参照GB 12763.4—2007《海洋调查规范 第4部分：海水化学要素调查》和GB 17378.4—2007《海洋监测规范 第4部分：海水分析》进行[15-16]。采集表层水样，温度、透明度、盐度在现场用温盐深仪(CTD)测得，pH值用酸度计测量、溶解氧固定后用碘量法测量其含量，样品在现场经0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤后，将滤膜冷冻，用质量法测定总悬浮物含量；将样品带回实验室后用碱性高锰酸钾法测定化学需氧量(COD)；NO3-N、NO2-N、NH4-N、PO4-P含量测定法：水样经 0.45 μm 醋酸纤维滤膜(450 ℃灼烧4 h)过滤后置于聚乙烯瓶中，-20 ℃冷冻保存，带回实验室用Lachat 8500流动注射分析仪进行测定，NO3-N、NO2-N、NH4-N、PO4-P含量分别采用镉柱还原法、萘乙二胺分光光度法、靛酚蓝法和磷钼蓝分光光度法进行测定。叶绿素a含量测定法采集表层水样500 mL，现场过滤后带回实验室用紫外可见分光光度计测定叶绿素a含量[17]。

1.2.2 藻类样品采集与分析 浮游植物的采集、保存及分析方法均参照GBT 12763.6—2007《海洋调查规范 第6部分海水生物调查》进行[18-19]。浮游植物定性样品用浅水型浮游生物网(Ⅲ型)自底至表垂直拖网采集，定量样品用采水器采集1 L表层水样于聚乙烯瓶中，加入5%福尔马林溶液进行固定，在实验室浓缩至50 mL，用0.1 mL浮游植物计数框进行定性与定量分析。

浮游植物种类鉴定参照《中国淡水藻类》《中国常见淡水浮游藻类图谱》《中国内陆水域常见藻类图谱》[20-22]；数量采用0.1 mL藻类计数框计数法，使用光学显微镜在200倍下进行定性鉴定以及定量计数，浮游植物的计数方法为上镜视野法，将定量样品充分摇匀，迅速吸出0.1 mL置于计数框内(面积20 mm×20 mm)。盖上盖玻片后，在高倍镜下选择 3～5行逐行计数，数量少时可全片计数。每个样品重复计数2片，取平均值记录，显微镜型号为尼康Ti。

1.3 数据处理与统计分析

1.3.1 计算公式如下 多样性指数(Shannon-Wiener指数)[23]：

H′=-∑PilnPi；

其中：Pi=Ni/N。

丰富度指数(Margalef指数)：

D=(S-1)/lnN。

均匀度指数(Pielou)：

J=H/lnS。

优势度：

Y=Pifi。

式中：S为浮游植物种类总数，Pi为第i种的个数(Ni)与总个数(N)的比值；fi为第i种出现的频率。当Y≥0.02时，该物种被视为优势种。

1.3.2 典型对应分析(CCA) 使用Canoco 4.5软件分析各季节浮游植物物种分布与环境因子之间的关系，为简化分析数据，物种数据经过筛选，选择在各站位的出现频率为25%、相对丰度为0.1%的种类进行排序。

2 结果与分析

2.1 浮游植物种类组成

南黄海辐射沙脊群海域全年共发现浮游植物60种，属于4门，其中硅藻门最多，有52种，甲藻门4种，绿藻门3种，蓝藻门1种。物种丰富度呈现出明显的季节特征，其中秋季最多，共发现40种，属于4门，硅藻门35种，绿藻门3种，甲藻门和蓝藻门各1种；春季共发现17种，均是硅藻门；各属中圆筛藻属最多8种；夏季共发现18种，属于2门，其中硅藻门16种，甲藻门2种；冬季共发现22种，属于2门，硅藻门21种，甲藻门1种。由表1可知，全年各季节各种的丰度度指数和均匀度指数差别不明显。

表1 南黄海辐射沙脊群海域各个季节浮游植物的多样性、丰度度和均匀度指数

2.2 优势种

由表2可知，辐射沙脊群海域春季浮游植物优势种主要为加氏星杆藻、奇异菱形藻、琼氏圆筛藻，其中加氏星杆藻优势度最高，占总细胞丰度69.76%；夏季中肋骨条藻无论是在平均丰度上还是优势度上均占有绝对优势，其优势度为0.769，其次为有翼圆筛藻，中肋骨条藻和有翼圆筛藻，它们在每个站位均有出现；秋季优势种的种类全年最多，有奇异菱形藻、条纹小环藻、爱氏辐环藻、扭曲小环藻和菱形藻属等；冬季优势种有中肋骨条藻、加氏星杆藻、具槽直链藻和彩虹圆筛藻等，其中中肋骨条藻的出现频率为100%。中肋骨条藻、加氏星杆藻和有翼圆筛藻在全年都为优势种(表3)。

表2 南黄海辐射沙脊群海域各个季节浮游植物优势种组成及优势度指数

表3 辐射沙脊群浮游植物全年优势种组成

2.3 浮游植物细胞丰度

全年辐射沙脊群浮游植物总细胞丰度变动范围为841×104～2 668×104ind./m3，平均值为 1 383×104ind./m3。其中，夏季各站的平均细胞丰度最高，达2 720×104ind./m3，冬季和秋季次之，分别为1 543×104、853×104ind./m3，春季最低，为 417×104ind./m3。

春季辐射沙脊群浮游植物生物密度平均为 417×104ind./m3，范围为40×104～3 430×104ind./m3。夏季辐射沙脊群浮游植物生物密度平均为2 720×104ind./m3，范围为330×104～9 210×104ind./m3。秋季辐射沙脊群浮游植物生物密度平均为853×104ind./m3，范围为125×104～3 025×104ind./m3。冬季辐射沙脊群浮游植物生物密度平均为1 543×104ind./m3，范围为 900×104～2 325×104ind./m3。全年季辐射沙脊群浮游植物生物密度平均为 1 383×104ind./m3，范围为841×104～2 668×104ind./m3。

2.4 浮游植物丰度与环境因子的典型对应分析

选择辐射沙脊群海域4个季节中在各站位出现频率>25%、相对丰度>0.1%的浮游植物，结合相关环境因子的数据进行CCA排序，藻类代码见表4。

表4 进行CCA排序的浮游植物种类编号

CCA排序图(Biplot)上可直观地看出种类分布与环境因素之间的关系。环境因子一般用箭头表示，箭头所处的象限表示环境因子与排序轴间的正负相关性，箭头连线的长度代表某个环境因子与群落分布和种类分布间相关程度的大小，连线越长，说有相关性越大，反之越小。箭头连线和排序轴的夹角代表某个环境因子与排序轴的相关性大小，夹角越小，相关性越高；反之越低[24-29]。

由图2可知，春季4种圆筛藻都集中在轴1(axis 1)正方向，与透明度和磷酸盐含量呈正相关，而加氏星杆藻在轴1负方向，与无机氮含量、pH值、化学需氧量呈明显正相关[25]；夏季诺氏海链藻与磷酸盐含量呈明显正相关，盐度、透明度、硝酸盐含量、磷酸盐含量在轴2(axis 2)的正方向，中肋骨条藻、布氏双尾藻和菱形海线藻在轴1的负方向上，与化学需氧量、铵态氮含量呈负相关[30-32]；秋季种类较多，其中小环藻和圆筛藻都集中在轴1(axis 1)的正方向，与透明度、磷酸盐含量等呈正相关，与春季的规律类似，中肋骨条藻、菱形藻和菱形海线藻都集中在轴1的负方向上，与pH值呈负相关；冬季圆筛藻集中在轴2的正方向，与铵态氮含量、透明度、磷酸盐含量等呈正相关。总体来看，相同属的种类在CCA坐标中占据相似的生态位，且相对位置较近，与环境因子的关系也类似。

3 结论

2011—2012年南黄海辐射沙脊群海域在调查中共鉴定出浮游植物60种，其中硅藻门有52种，占绝对优势。全年的浮游植物优势种为中肋骨条藻、加氏星杆藻和有翼园筛藻在全年都为优势种。

南黄海辐射沙脊群海域4个季节物种丰富度差异明显，以秋季最多，有40种，多样性和均匀度指数差异不明显。

从CCA排序中可以看出种类分布与环境因素之间的关系，即相同属的种类在CCA坐标中占据相似的生态位，且相对位置较近，与环境因子的关系也类似。