2015—2018年海州湾及邻近海域浮游植物群落结构特征

2021-02-05季相星姜毅王普力

环境监控与预警 2021年1期

季相星，姜毅，王普力

(江苏省连云港环境监测中心，江苏连云港 222001)

海洋浮游植物是海洋生态系统中最重要的初级生产者[1]，其群落结构与环境因子之间存在密切关系[2]，其繁殖快、对环境变化反应敏感等特点使其成为海洋生态系统的自然生物指示剂[3]。浮游植物群落特征是研究海区其他生态和环境问题的基础，其群落结构的变化反映了人类活动对近岸海域生态系统的影响[4-5]。

海州湾是位于黄海中部的一个典型开敞式海湾，全长近86.81 km，呈新月形。沿岸入海河流众多，为其带来大量营养盐，加上阳光充足，海域辽阔，且拥有沙质、岩质、淤泥质等多种底质类型，使其成为优良的渔业生物栖息场所[6]。有关海州湾浮游植物的专项研究最早始于2003年对海州湾人工鱼礁区的调查[7]，之后每年均有相关研究见于报道[8-10]。但近年来对其浮游植物的调查研究却在逐渐减少，最新的报道也已是2015年的调查结果[11]，2015年后海州湾紫菜养殖面积逐年大幅度增加。现利用2015—2018年海州湾浮游植物调查资料分析其群落结构特征，探讨紫菜养殖对浮游植物的影响，为深入研究海州湾浮游生态系统提供基础资料。

1 研究方法

1.1 站位设置

在海州湾及邻近海域设置5个站位，分别为：HZ01、HZ02、HZ03、HZ04和HZ05。其中HZ01、HZ03及HZ04位于紫菜养殖区，HZ02位于港池，HZ05邻近田湾核电站。

1.2 调查时间

于2015—2018年4月(春季)、8月(夏季)进行共计8个航次的浮游植物调查。

1.3 样品采集与分析

浮游植物样品的采集、保存及分析均按照《海洋监测规范》[12]进行。每个站位采集表层(海面以下0.1～1 m)水样500 mL于广口玻璃瓶中，并及时按每升水样加6～8 mL碘液进行固定保存。物种分类及统计采用浓缩计数法，将静置24 h以上的样品浓缩后置于计数框中进行镜检、鉴定并计数。所有浮游植物样品的分析均由同一人员完成。

水温、盐度及溶解氧由美国YSI便携式参数仪现场测得，悬浮物、活性磷酸盐、化学需氧量及无机氮的取样与分析按照文献[12]的要求进行。水质样品分析过程中按要求采取平行样、抽样等质控措施。

1.4 数据处理

采用Shannon-Wiener多样性指数(H’)[13]进行多样性分析，根据《近岸海域环境监测规范》[14]对H’指数做出的划分进行评价。采用种类优势度(Y)[15]确定优势种，Y>0.02为优势种。公式如下：

(1)

(2)

式中：Y——种类优势度；Pi——第i种的个体数与总个体数的比值；s——总种数；ni——第i种的个体数；N——总个体数；fi——第i种的出现频率。

应用SPSS 18.0软件进行浮游植物与环境因子的相关性分析，应用CANOCO 5.0软件对物种和环境因子进行典范对应分析(CCA)，排序结果用物种-环境因子关系的双序图表示。

2 结果分析

2.1 浮游植物种类组成

各航次浮游植物物种数见图1。由图1可见，调查共发现浮游植物96种，其中硅藻80种，占总物种数的84.38%，甲藻11种，蓝藻2种，黄藻、金藻、绿藻各1种。

各航次调查中，2015年8月发现浮游植物物种最多，为45种；2018年4月发现最少，为20种。2015—2018年均是夏季航次发现物种数高于春季。春季航次调查共发现浮游植物60种，夏季航次共发现84种。在所有发现的96种浮游植物中，春季特有种共14种，夏季特有种36种，春夏季均发现的为46种。

图1 各航次浮游植物物种数

2.2 浮游植物丰度

各航次各站位浮游植物丰度见表1。由表1可见，海州湾及邻近海域调查期间浮游植物丰度为4.20×103～7 952.00×103个/L，平均丰度为504.54×103个/L。

2018年春季浮游植物平均丰度最低为5.56×103个/L，远低于2016年夏季最高的2 333.68×103个/L。从空间角度看，各调查站位浮游植物平均丰度差异较大，离岸最近的HZ05平均丰度最高，为1 381.62×103个/L，而离岸最远的HZ03平均丰度最低。同时， HZ05在2016和2018年夏季的丰度均远高于其他点位，这是否是受田湾核电站温排水抑或其他人类活动影响所致还需进一步研究。历年平均丰度均呈春季低、夏季高的趋势，但各年之间相差较大，无明显规律。各航次调查丰度受绝对优势种中肋骨条藻(S.costatum)的影响较大。

表1 各航次各站位浮游植物丰度 103个/L

2.3 浮游植物优势种

各航次优势种及其种类优势度见表2。由表2可见，中肋骨条藻(S.costatum)在各航次调查中均是第一优势种，且除2017年外，均是夏季优势度高于春季优势度，这说明中肋骨条藻(S.costatum)在海州湾浮游植物生态系统中占有极重要的地位。2018年夏季，中肋骨条藻(S.costatum)为唯一优势种，其第二优势种掌状冠盖藻(Stephanopyxispalmeriana)的优势度仅为0.004。同时，条纹小环藻(Cyclotellastriata)、丹麦细柱藻(Leptocylindrusdanicus)、海洋原甲藻(Prorocentrummicans)为3个航次优势种，旋链角毛藻(Chaetoceroscurvisetus)、布氏双尾藻(Ditylumbrightwellii)、柔弱几内亚藻(Guinardiadelicatula)、尖刺菱形藻(Nitzschiapungens)、塔形冠盖藻(Stephanopyxisturris)为2个航次优势种，其余种类仅为1个航次的优势种，说明除中肋骨条藻(S.costatum)外，其余优势种在整个海域是随时间不断无规律变化的。

表2 各航次优势种及其种类优势度

2.4 浮游植物多样性

调查期间海州湾浮游植物平均H’多样性指数为2.66。各航次平均值为1.52～3.73，其中2018年夏季航次最低仅1.52，其多样性仅评价为一般；2015年春季航次最高为3.73，多样性评价为丰富。

2015—2018年海州湾浮游植物H’指数变化趋势见图2。

图2 2015—2018年海州湾浮游植物H’指数变化趋势

由图2可见，2015—2016年海州湾浮游植物多样性基本呈现出春季高夏季低的趋势，这主要受中肋骨条藻(S.costatum)丰度变化的影响。2017年春夏航次平均多样性相近，而2018年又呈现春季高夏季低的趋势。离岸最近的HZ05站位在2016年夏季和2018年夏季2个航次H’指数均<1。同时，2018年夏季航次有3个站位H’指数<1，该航次中肋骨条藻(S.costatum)平均丰度占到了总平均丰度的96.7%。

2.5 影响浮游植物群落的主要环境因子

浮游植物群落数据与环境因子的Pearson相关性分析结果见表3。由表3可见，浮游植物丰度与水温、活性磷酸盐、化学需氧量呈显著正相关，而H’指数却与其呈显著负相关；同时，多样性指数还与盐度、溶解氧呈显著正相关。而物种数同化学需氧量呈显著正相关，同悬浮物呈显著负相关。各群落数据与水深、无机氮均无显著相关性，这可能与调查点位均位于近岸海域，水深及无机氮相差不明显有关。经Pearson相关性分析，浮游植物丰度与多样性指数呈显著负相关，相关系数为-0.487**，丰度越高，其多样性越低。

表3 浮游植物群落特征与环境因子的Pearson相关性①

进一步对海州湾浮游植物优势物种(表2)进行典范对应分析(CCA)，见图3、4。

由图3-4可见，春季海州湾优势浮游植物主要受水温、溶解氧和盐度的影响，这也进一步验证了Pearson相关性分析的结果。夏季情况则有所不同，没有一个明显作用的环境因子，而是受水温、溶解氧、化学需氧量、悬浮物及活性磷酸盐等多种因子的综合影响，同时需要指明的是，夏季可能受其他因子影响比较强烈，如光照等，需进一步分析研究。

图3 春季浮游植物主要优势物种与环境因子的双序图

图4 夏季浮游植物主要优势物种与环境因子的双序图

3 讨论

2015—2018年海州湾紫菜养殖情况统计见表4。由表4可见，2015—2018年海州湾紫菜养殖面积持续增长，仅2016年便增加了7 337 hm2。同时研究站位浮游植物多样性整体呈缓慢下降趋势，且其下降正与紫菜养殖的扩张时间基本吻合，可能是受养殖规模扩张的影响。张寒野等[16]研究证实，紫菜养殖可降低海区的无机氮含量，而营养盐结构改变会导致浮游植物群落结果发生变化，影响到浮游植物的多样性。但紫菜养殖是如何影响海域水质及浮游植物群落结构的需进一步深入研究。