卞少偉，武丹，方普杰，韓龍，梅鵬蔚

(天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 天津 300191)

天津近岸海域冬季浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

卞少偉，武丹，方普杰，韓龍，梅鵬蔚

(天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 天津 300191)

2013年11月對(duì)渤海灣浮游植物和環(huán)境理化因子綜合調(diào)查，調(diào)查共發(fā)現(xiàn)浮游植物56種，主要由硅藻組成，還有少量的甲藻和綠藻，常見(jiàn)種以硅藻為主；浮游植物細(xì)胞密度介于3.92×104～2 586.67×104cells/L，平均值為219.92×104cells/L。各采樣點(diǎn)浮游植物多樣性指數(shù)H’的變化范圍為0.85～3.74，平均值為2.54；均勻度指數(shù)變化范圍為0.34～0.82，平均值為0.62；豐富度指數(shù)變化范圍為0.25～1.50，平均值為0.90。灰關(guān)聯(lián)分析結(jié)果表明，影響渤海灣浮游植物分布的關(guān)鍵因子是亞硝酸鹽、氨氮、活性磷酸鹽和硝酸鹽。

天津；浮游植物；群落結(jié)構(gòu)

浮游植物監(jiān)測(cè)是最常見(jiàn)的生物監(jiān)測(cè)，最早應(yīng)用于水環(huán)境的監(jiān)測(cè)，與理化監(jiān)測(cè)相比，浮游植物監(jiān)測(cè)可以全面、客觀、科學(xué)反映水質(zhì)狀況，監(jiān)測(cè)水體污染，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于海岸帶生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境評(píng)價(jià)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者與專家的研究結(jié)果表明[1- 4]，定期開(kāi)展海洋浮游植物的生態(tài)調(diào)查，對(duì)于了解近岸海域水體生態(tài)系統(tǒng)健康狀況具有重要的意義。天津近岸海域地處渤海西岸，屬于典型的半封閉海灣，具有水交換緩慢，營(yíng)養(yǎng)鹽容易累積的特點(diǎn)，這些條件均有利于浮游植物的生長(zhǎng)。

目前，海洋浮游植物群落的研究已開(kāi)展了大量的工作[5- 7]，2013年11月在渤海灣天津近岸海域開(kāi)展浮游植物和環(huán)境理化因子同步取樣，并通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析方法對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)和浮游植物細(xì)胞密度數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)性分析，以期為該海域生態(tài)環(huán)境健康變化及污染防治提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

2013年冬季(11月)，在天津近岸海域設(shè)置15個(gè)站位，按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[8]開(kāi)展理化因子和浮游植物群落結(jié)構(gòu)綜合調(diào)查(圖1)，浮游植物采樣工具為Ⅲ型浮游生物網(wǎng)，采樣方式為垂拖，固定及保存樣品用1.5%體積的魯哥試液和5%甲醛。顯微鏡下進(jìn)行浮游植物種類鑒定和細(xì)胞計(jì)數(shù)。

圖1 天津近岸海域冬季浮游植物調(diào)查站位圖Fig.1 Sampling stations of phytoplanktons in the Tianjin nearshore waters region in winter

1.2 理化因子測(cè)定

透明度(SD)用塞奇氏盤進(jìn)行測(cè)定；水溫(WT)、溶解氧(DO)、鹽度(S)等用多功能水質(zhì)分析儀WTW350i進(jìn)行測(cè)定；亞硝酸鹽、氨氮、活性磷酸鹽和硝酸鹽等營(yíng)養(yǎng)鹽樣品取樣帶回實(shí)驗(yàn)室，參考《海洋調(diào)查規(guī)范》[8]進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

1.3.1 生物多樣性指數(shù)

生物多樣性指數(shù)包括Shannon-Wiener指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J′)、Margalef豐富度指數(shù)(d)，計(jì)算公式如下[9- 13]：

其中，ni為第i種的數(shù)量；N為采集樣品中的所有種類總個(gè)體數(shù)；S為采集樣品中的種類總數(shù)。

1.3.2 灰色關(guān)聯(lián)分析方法

環(huán)境因子對(duì)浮游植物密度影響分析采用灰關(guān)聯(lián)分析，進(jìn)行灰關(guān)聯(lián)分析時(shí)，為了消除不同量綱帶來(lái)的影響，采用均值法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱處理，公式如下：

設(shè)X為關(guān)聯(lián)因子集，x0∈x為參考序列，x0={x0(k),k=1,2,…,n}xi∈x為比較序列xi={xi(k),k=1,2,…,n}，(i=1,2,…,m)，x0與xi(i=1,2,…,m)在第k點(diǎn)的關(guān)聯(lián)系數(shù)為：

r{x0(k),xi(k)}=

式中，ρ為分辨系數(shù)，其越小分辨率越高。一般ρ的取值區(qū)間為[0，1]，通常取ρ=0.5[14]，得關(guān)聯(lián)度：

本研究中，參考序列x0={x0(k),k=1}為浮游植物數(shù)量，子序列xi={xi(k),k=1,2,…,9}為9個(gè)環(huán)境因子。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)境特征

天津近岸海域水溫最高值出現(xiàn)在14#采樣點(diǎn)，最低值出現(xiàn)在10#采樣點(diǎn)；鹽度最高值出現(xiàn)在1#采樣點(diǎn)，最低值出現(xiàn)在14#采樣點(diǎn)；透明度最高值出現(xiàn)在6#和7#采樣點(diǎn)，最低值出現(xiàn)在1#采樣點(diǎn)；溶解氧最高值出現(xiàn)在2#采樣點(diǎn)，最低值出現(xiàn)在6#采樣點(diǎn)。營(yíng)養(yǎng)鹽方面亞硝酸鹽、硝酸鹽和氨氮最高值均出現(xiàn)于4#采樣點(diǎn)，活性磷酸鹽最高值出現(xiàn)于2#采樣點(diǎn)，活性硅酸鹽最高值出現(xiàn)于13#采樣點(diǎn)，主要因2#、4#和13#采樣點(diǎn)均位于距河口處較近，目前入海河流的污染物輸入仍是導(dǎo)致近岸海域海洋水體營(yíng)養(yǎng)鹽濃度升高的主要原因。具體值如表1所示。

表1 環(huán)境因子變化范圍

2.2 天津近岸海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征

2.2.1 浮游植物的種類組成和常見(jiàn)種

天津近岸海域2013年冬季調(diào)查獲得浮游植物3門56種，其中硅藻門46種，甲藻門9種，綠藻門1種，種類鑒定結(jié)果顯示，調(diào)查海域浮游植物種類硅藻占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，綠藻門物種數(shù)最少，所占比例低于2%。

按照藻類出現(xiàn)頻率﹥65%確定為常見(jiàn)種[15]，調(diào)查海域浮游植物常見(jiàn)種見(jiàn)表2，從表中可以看出，調(diào)查海域浮游植物常見(jiàn)種為硅藻和甲藻，其中甲藻常見(jiàn)種夜光藻(Noctilucascintillans)出現(xiàn)頻率較高，且細(xì)胞總密度較大，因夜光藻(Noctilucascintillans)為海洋赤潮種，所以應(yīng)在今后冬季渤海灣近岸海域浮游植物調(diào)查工作中重點(diǎn)關(guān)注。

表2 調(diào)查海域浮游植物常見(jiàn)種

2.2.2 浮游植物的細(xì)胞密度特征

調(diào)查海域浮游植物細(xì)胞密度分布見(jiàn)圖2，介于3.92×104～2 586.67×104cells/L，平均值為219.92×104cells/L，浮游植物調(diào)查中細(xì)胞密度最高值分布在2#采樣點(diǎn)。調(diào)查海域各采樣點(diǎn)中浮游植物密度以硅藻占細(xì)胞密度的比例最大，占浮游植物細(xì)胞總密度的94%以上，因此浮游植物細(xì)胞密度的分布趨勢(shì)與硅藻細(xì)胞密度分布趨勢(shì)基本一致，其次為甲藻，這與近幾十年的調(diào)查結(jié)果也相符[16]。

圖2 調(diào)查海域浮游植物密度Fig.2 Cell abundance distributions of phytoplankton in the survey area

2.2.3 生物多樣性指數(shù)

調(diào)查海域生物多樣性指數(shù)見(jiàn)圖3，各采樣點(diǎn)多樣性指數(shù)H′的變化范圍為0.85～3.74，平均值為2.54，最大值出現(xiàn)15#采樣點(diǎn)，最小值出現(xiàn)在3#采樣點(diǎn)；均勻度指數(shù)的范圍為0.34～0.82，平均值為0.62，最大值出現(xiàn)15#采樣點(diǎn)，最小值出現(xiàn)在8#采樣點(diǎn)；豐富度指數(shù)d的范圍是0.25～1.50，平均值為0.90，最大值出現(xiàn)15#采樣點(diǎn)，最小值出現(xiàn)在3#采樣點(diǎn)，根據(jù)《近岸海域環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(HJ 442—2008)中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，可知調(diào)查海區(qū)生境質(zhì)量為一般，尤其在3#采樣點(diǎn)，其生物質(zhì)量等級(jí)達(dá)到極差，8#和14#采樣點(diǎn)生物質(zhì)量等級(jí)達(dá)到差，造成3#采樣點(diǎn)生物質(zhì)量等級(jí)極差的主要原因是夜光藻(Noctilucascintillans)細(xì)胞密度較大，其浮游植物群落組成的生物種類較少且種間密度分布不均，導(dǎo)致多樣性指數(shù)值隨之變小。

2.3 天津近岸海域浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系

調(diào)查海域浮游植物優(yōu)勢(shì)物種與環(huán)境因子的灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果見(jiàn)表3?？梢钥闯觯绊懺撜{(diào)查海域?qū)Ω∮沃参锛?xì)胞密度的環(huán)境因子由大到小的排序依次是亞硝酸鹽、氨氮、活性磷酸鹽、硝酸鹽、溶解氧、活性硅酸鹽、透明度、水溫、鹽度，營(yíng)養(yǎng)鹽是浮游植物生長(zhǎng)過(guò)程中的必需元素，限制浮游植物的生長(zhǎng)。如張芳等[17]研究表明，影響白令海陸架區(qū)浮游植物分布的環(huán)境因子為營(yíng)養(yǎng)鹽、鹽度、溫度；周然等[18]認(rèn)為，影響渤海灣浮游植物分布的關(guān)鍵環(huán)境因子，春季是硝酸鹽、亞硝酸鹽和溶解性活性磷酸鹽，夏季是氨氮和水溫；高偉等[19]分析發(fā)現(xiàn)影響冬季遼東灣浮游植物分布的主要環(huán)境因素是溫度。從以上眾多的研究結(jié)果可見(jiàn)，在不同的海域，不同的季節(jié)對(duì)浮游植物細(xì)胞密度產(chǎn)生影響的關(guān)鍵因子并不相同。此外，環(huán)境因子和浮游植物的關(guān)系是極其復(fù)雜的，環(huán)境因子與浮游植物的某一方的變化均會(huì)給對(duì)方帶來(lái)影響，同時(shí)各個(gè)環(huán)境因子之間也會(huì)相互作用。因此，多因子、多季節(jié)的分析是必要的。本文僅收集了冬季9個(gè)環(huán)境因子，可能存在一些不足，天津近岸海域浮游植物密度與環(huán)境因子之間的關(guān)系有待于進(jìn)一步的研究。

表3 浮游植物細(xì)胞密度與環(huán)境因子關(guān)聯(lián)度

3 小結(jié)

(1)調(diào)查海域生物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)的變化范圍為0.85～3.74，平均值為2.54，生境質(zhì)量為一般。

(2)天津近岸海域浮游植物群落主要以硅藻為主組成，常見(jiàn)種為硅藻和甲藻，主要有：窄隙角毛藻、旋鏈角毛藻、密聯(lián)角毛藻、星臍圓篩藻、圓篩藻、剛毛根管藻、優(yōu)美旭氏藻矮小變型、圓海鏈藻、夜光藻等。

(3)浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系分析與結(jié)果，可以看出影響天津市近岸海域浮游植物群落的種類組成和細(xì)胞密度分布環(huán)境因子，主要為亞硝酸鹽、氨氮、活性磷酸鹽、硝酸鹽、溶解氧、活性硅酸鹽、透明度、水溫、鹽度。

[1] 萬(wàn)曄, 楊華, 劉吉堂, 等. 連云港田灣核電站鄰近海域網(wǎng)采浮游植物群落的變化[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2014, 26(5): 104- 109.

[2] 陳立婧, 張薇, 邊佳胤, 等. 2012年小洋山近岸水域浮游植物群落結(jié)構(gòu)的特征[J]. 上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 23(3): 395- 402.

[3] 冷春梅, 曹振杰, 張金路, 等. 黃河口浮游生物群落結(jié)構(gòu)特征及環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2014, 33(3): 360- 365.

[4] 孫軍, 田偉. 2009年春季長(zhǎng)江口及其鄰近水域浮游植物——物種組成與粒級(jí)葉綠素a[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2011, 22(1): 235- 242.

[5] 郭術(shù)津, 李彥翹, 張翠霞, 等. 渤海浮游植物群落結(jié)構(gòu)及與環(huán)境因子的相關(guān)性分析[J]. 海洋通報(bào), 2014, 1(11): 95- 105.

[6] 楊世民, 董樹(shù)剛, 李鋒, 等. 渤海灣海域生態(tài)環(huán)境的研究Ⅰ.浮游植物種類組成和數(shù)量變化[J]. 海洋環(huán)境科學(xué), 2007, 26(5): 442- 445.

[7] 王俊. 渤海近岸浮游植物種類組成及其數(shù)量變動(dòng)的研究[J]. 海洋水產(chǎn)研究, 2003, 24(4): 44- 50.

[8] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局. GB/T 12736. 6—2007 海洋調(diào)查規(guī)范[S]. 北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2007.

[9] Shannon C E. A mathematical theory of communication[J]. ACM SIGMOBILE Mobile Computing and Communications Review, 2001, 5(1): 3- 55.

[10] Shannon C, Weaver W. The Mathematical Theory of Communication[M]. Champaign, Illinois: University of Illinois Press, 1949.

[11] Pielou E C. An Introduction to Mathematical Ecology[M]. New York: Wiley-Interscience, 1969.

[12] Margalef R. Information theory in ecology[J]. Gen. syst., 1958, 3: 36- 71.

[13] Lampitt S, Wishner E, Turley M,etal. Marine Snow Studies in the Northeast Atlantic Ocean: Distribution, Composition and Roles as a Food source for Migrating Plankton[J]. Marine Biology, 1993, 116:680- 702.

[14] 張震, 卞少偉, 梅鵬蔚, 等. 于橋水庫(kù)浮游植物豐度與環(huán)境因子的相關(guān)性[J]. 生態(tài)科學(xué), 2013, 32(5): 594- 598.

[15] 沈蘊(yùn)芬, 章宗涉, 龔循矩, 等. 微型生物監(jiān)測(cè)新技術(shù)[M]. 北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 1990.

[16] 卞少偉, 孫韌, 梅鵬蔚, 等. 2013年春夏季天津近岸海域浮游植物的結(jié)構(gòu)特征[J]. 水生態(tài)學(xué)雜志, 2015, 36(1): 47- 52.

[17] 張芳, 何劍鋒, 林凌, 等. 2008年夏季白令海陸架區(qū)微微型浮游植物分布及環(huán)境相關(guān)性分析[J]. 海洋學(xué)報(bào), 2011, 33(2): 134- 145.

[18] 周然, 彭士濤, 覃雪波, 等. 渤海灣浮游植物與環(huán)境因子關(guān)系的多元分析[J]. 環(huán)境科學(xué), 2013, 34(3): 864- 873.

[19] 高偉, 宮相忠, 雙秀芝, 等. 2009年夏、冬季遼東灣網(wǎng)采浮游植物群落結(jié)構(gòu)分析[J]. 海洋湖沼通報(bào), 2012, 135(4): 162- 170.

Community Structure of Phytoplankton in Tianjin Offshore Waters in Winter

BIAN Shao-wei, WU Dan, FANG Pu-jie, MEI Peng-wei, HAN Long

(Tianjin Environmental Monitoring Center, Tianjin 300191, China)

A detailed field survey of hydrological chemical and biological resources in Bohai Bay was conducted in the offshore waters of Tianjin in November, 2013. A Total of 56 taxa of phytoplanton were identified. The phytoplankton community was mainly composed of Bacillariophyta, while a few species belonging to Pyrrophyta and Chlorophyta. Common species were Bacillariophyta. Cell abundance of phytoplanton ranged from 3.92×104to 2 586.67×104cells/L with an average of 219.92×104cells/L. The Shannon-Wiener diversity index ranged from 0.85 to 3.74 with an average of 2.54; the Pielou diversity index ranged from 0.34 to 0.82 with an average of 0.62; the Margalef diversity index ranged from 0.25 to 1.50 with an average of 0.90. The result of grey relational analysis suggests that the key environmental factors influencing the phytoplankton distribution in Bohai Bay are nitrite, ammonia nitrogen, active phosphorus and nitrate.

Tianjin; phytoplankton; community structure

2015-03-01

國(guó)家自然科學(xué)基金(40830535)；環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201309008)

卞少偉(1986—)，男，工程師，碩士，主要從事水生生物分類及環(huán)境監(jiān)測(cè)研究，E-mail：bianshaowei47@163.com

梅鵬蔚(1979—)，男，天津人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事環(huán)境空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)、預(yù)報(bào)及環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方面的科學(xué)研究工作，E-mail：18839189@qq.com

10.14068/j.ceia.2015.03.020

X173

A

2095-6444(2015)03-0077-04