蓋建軍，李 琴，黃春貴，鄒宏海

(江蘇省漁業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇 南京 210036)

浮游植物(phytoplankton)是海洋生態(tài)系統(tǒng)中初級(jí)生產(chǎn)力的主要貢獻(xiàn)者，在海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用[1]。浮游植物作為海洋生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)與功能的基礎(chǔ)，是海洋動(dòng)物的直接或間接餌料，其群落的動(dòng)態(tài)變化一直是海洋生態(tài)學(xué)的重要研究課題[2-3]。此外，浮游植物對(duì)環(huán)境的變化反應(yīng)敏感。當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，浮游植物的群落特征也會(huì)隨之改變，浮游植物的種類組成、生物量等特征因此常被作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的生物指示劑[4]。

南黃海輻射沙洲位于長(zhǎng)江三角洲以北、舊黃河三角洲以南的蘇中岸外淺海區(qū)。該區(qū)域?yàn)┩繌V闊，地形獨(dú)特，水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和餌料生物資源豐富，為漁業(yè)增養(yǎng)殖提供了優(yōu)越的自然條件，是我國(guó)文蛤(Meretrixmeretrix)、泥螺(Bullactaexarata)、條斑紫菜(Porphyrayezoensis)、帶魚(Trichiurusleplurus)、銀鯧(Pampusargenteus)等多種經(jīng)濟(jì)海產(chǎn)品的重要產(chǎn)地。

本研究通過(guò)監(jiān)測(cè)水質(zhì)理化指標(biāo)，分析浮游植物的種類組成、豐度，初步掌握浮游植物的空間分布和群落特征，簡(jiǎn)要評(píng)價(jià)調(diào)查海域的生態(tài)環(huán)境，旨在為南黃海輻射沙洲的研究開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。

1 調(diào)查方法

1.1 采樣

2017年8月，在南黃海輻射沙洲布設(shè)12個(gè)站位(具體位置見表1)開展綜合調(diào)查。生物樣品的采集和處理方法均按《海洋調(diào)查規(guī)范 第6部分:海洋生物調(diào)查》(GB/T 12763.6—2007)進(jìn)行[5]，其中浮游植物水采樣品使用顛倒采水器分別于表層、中層、底層采集水樣進(jìn)行混合，取混合水樣500 mL裝入標(biāo)本瓶，加入中性甲醛溶液固定保存，加入量為樣品體積的5%，并按每升水樣6～8 mL加入魯哥氏液。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室后，經(jīng)靜置、沉淀、濃縮，使用Nikon-E200 顯微鏡進(jìn)行種類鑒定[6-9]和細(xì)胞數(shù)量計(jì)數(shù)。水溫、pH、鹽度、硝酸鹽、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、亞硝酸鹽、氨氮等理化指標(biāo)按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第4部分：海水分析》(GB 17378.4—2007)規(guī)定進(jìn)行采集和測(cè)量[10]。

表1 監(jiān)測(cè)站位表

1.2 數(shù)據(jù)處理

1.2.1 浮游植物細(xì)胞豐度 浮游植物細(xì)胞豐度以單位水體內(nèi)浮游植物細(xì)胞數(shù)表示，公式為

細(xì)胞豐度(cells/m3)=浮游植物細(xì)胞數(shù)/體積。

優(yōu)勢(shì)度分析采用優(yōu)勢(shì)度指數(shù)(Y)，計(jì)算公式為

Y=ni/N×fi。

其中，ni表示群落中第i個(gè)物種個(gè)體數(shù)，N表示群落所有物種的總個(gè)體數(shù)，fi表示第i個(gè)物種出現(xiàn)的頻率。

1.2.2 生物多樣性分析 采用香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)、豐富度指數(shù)(D)、均勻度指數(shù)(J′)來(lái)分析浮游植物群落的多樣性，計(jì)算公式如下。

香農(nóng)多樣性指數(shù)：

H′=-∑PilnPi。

豐富度指數(shù)：

D=(S-1)/lnN。

均勻度指數(shù)：

J′=H′/Hmax。

其中：Pi表示第i個(gè)物種占總個(gè)體的比例；S表示群落總物種數(shù)，N表示群落所有物種的總個(gè)體數(shù)；H′表示實(shí)際觀察的物種多樣性指數(shù)；Hmax表示最大的物種多樣性指數(shù)，Hmax=lnS。

1.2.3 群落相似性分析 采用Jaccard 相似性指數(shù)(X)來(lái)評(píng)價(jià)群落間的相似性[11]，其計(jì)算公式為

X=c/(a+b-c)。

其中，X表示相似性指數(shù)，c表示2個(gè)群落共有的種類數(shù)，a和b表示每個(gè)群落的種類數(shù)。相似性指數(shù)的數(shù)值越大，表示兩個(gè)群落之間相似度越高，其生境越接近。分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[12]見表2。

表2 相似性閾值分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果

2.1 水環(huán)境因子

調(diào)查期間，調(diào)查海域的水溫在26.0～26.7 ℃，pH在8.0～8.2，鹽度范圍為30.62～32.24，硝酸鹽質(zhì)量濃度介于0.161～0.386 mg/L，亞硝酸鹽質(zhì)量濃度范圍為0.049～0.129 mg/L，無(wú)機(jī)氮質(zhì)量濃度均值(0.629±0.202)mg/L，介于0.384～1.150 mg/L，活性磷酸鹽質(zhì)量濃度0.018～0.129 mg/L，氨氮水平在0.029～0.939 mg/L。具體結(jié)果如表3所示。

表3 水環(huán)境因子特征

2.2 種類組成及優(yōu)勢(shì)種

通過(guò)鏡檢發(fā)現(xiàn)，調(diào)查海域有浮游植物3門27屬43種，藍(lán)藻門1屬1種，硅藻門23屬39種，甲藻門3屬3種(見表4)。

表4 浮游植物的種類組成

以優(yōu)勢(shì)度Y>0.02的種類作為優(yōu)勢(shì)種[13]。本次調(diào)查中，浮游植物優(yōu)勢(shì)種共3種(見表5)，均為硅藻，分別為菱形海線藻(Thalssionemanitzschiodes)、環(huán)紋婁氏藻(Lauderiaannulata)、中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)。中肋骨條藻優(yōu)勢(shì)度為0.295，對(duì)浮游植物總豐度的貢獻(xiàn)為58.97%；環(huán)紋婁氏藻的優(yōu)勢(shì)度為0.109，對(duì)浮游植物總豐度的貢獻(xiàn)為16.36%；菱形海線藻的優(yōu)勢(shì)度為0.051，對(duì)浮游植物總豐度的貢獻(xiàn)為5.57%。

表5 浮游植物優(yōu)勢(shì)種

2.3 種類數(shù)的空間分布

根據(jù)鏡檢結(jié)果，調(diào)查海域各站位均檢出硅藻，此外，S2鑒出藍(lán)藻，S4,S5,S7,S8和S10鑒出甲藻。浮游植物種類數(shù)的空間分布上，以S8最多，為20種，其中硅藻19種，甲藻1種；S3以13種次之；S1最少，僅3種，均為硅藻(見圖1)。

圖1 浮游植物種類數(shù)的空間分布

2.4 細(xì)胞豐度的空間分布

通過(guò)鏡檢計(jì)數(shù)，調(diào)查海域的浮游植物平均細(xì)胞豐度為(1.10±1.66)×104cells/m3，細(xì)胞豐度峰值出現(xiàn)在S3，為5.04×104cells/m3，S8的細(xì)胞豐度以3.98×104cells/m3次之，細(xì)胞豐度谷值為0.11×104cells/m3，出現(xiàn)在S12。由表1和圖2可知，浮游植物細(xì)胞豐度的空間分布不均衡，近岸區(qū)的豐度明顯高于遠(yuǎn)岸區(qū)。

圖2 浮游植物細(xì)胞豐度的空間分布

2.5 生物多樣性指數(shù)

調(diào)查海域浮游植物的香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)均值分別為1.27±0.35，0.34±0.09，1.82±0.76。香農(nóng)多樣性指數(shù)波動(dòng)區(qū)間為0.60～1.79，峰值出現(xiàn)在S10，谷值出現(xiàn)在S7；均勻度指數(shù)介于0.16～0.48，峰值出現(xiàn)在S10，谷值出現(xiàn)在S7；豐富度指數(shù)范圍為0.94～3.56，S8的豐富度指數(shù)最高，S7的最低(見表 6)。

表6 浮游植物多樣性指數(shù)

2.6 群落相似度

采用Jaccard 相似性指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)群落間的相似性。調(diào)查海域各站位間的相似性指數(shù)見表7。S1和S7，S1和S9的相似性指數(shù)均為0.60，介于0.51～0.75，根據(jù)相似性閾值分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(見表2)，S1和S7，S1和S9均屬中度相似；S1和S2，S2和S7，S2和S9，S3和S12，S4和S5，S4和S12，S6和S9，S7和S9的相似性指數(shù)分別為0.38，0.30，0.30，0.29，0.33，0.29，0.33，0.43，介于 0.26～0.50，屬輕度相似；S11和S12之間相似性指數(shù)為0，屬完全不相似；其余各站位間相似度指數(shù)均介于0.01～0.25，屬極不相似。整體來(lái)看，調(diào)查海域各站位間相似度不高，生境差異較明顯。

表7 各站位間浮游植物相似性指數(shù)

3 討論

3.1 浮游植物的群落特征

鏡檢分析可知，南黃海輻射沙洲夏季有浮游植物3門27屬43種，藍(lán)藻門1屬1種，硅藻門23屬39種，甲藻門3屬3種；浮游植物的優(yōu)勢(shì)種有3種，為菱形海線藻(Thalssionemanitzschiodes)、環(huán)紋婁氏藻(Lauderiaannulata)、中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)，均屬硅藻門；浮游植物平均細(xì)胞豐度為(1.10±1.66)×104cells/m3，其空間分布不均衡，高豐度站位多處于近岸區(qū)；浮游植物群落的香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)、豐富度指數(shù)分別為1.27±0.35，0.34±0.09，1.82±0.76；各站位間的群落相似度不高，生境差異較明顯。

本次調(diào)查結(jié)果與2011年8月的調(diào)查數(shù)據(jù)[14]進(jìn)行比較(見表8)可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)查海域浮游植物種類數(shù)由2門18種增加至3門43種，增幅為138.89%；優(yōu)勢(shì)種組成由中肋骨條藻、有翼圓篩藻、布氏雙尾藻更迭為中肋骨條藻、環(huán)紋婁氏藻和菱形海線藻，共有的中肋骨條藻優(yōu)勢(shì)度由0.769降為0.295，絕對(duì)優(yōu)勢(shì)種地位弱化；細(xì)胞豐度增加2倍之多，豐富度指數(shù)增加明顯，多樣性指數(shù)與均勻度指數(shù)略有降低，浮游植物群落結(jié)構(gòu)整體變化趨勢(shì)與黃備等[15]的研究結(jié)果一致。

表8 2011年與2017年浮游植物群落特征比較

3.2 影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子

浮游植物的生長(zhǎng)周期很短，對(duì)環(huán)境的變化反應(yīng)靈敏，因此，當(dāng)氣候變動(dòng)、環(huán)境改變甚至人類的漁業(yè)活動(dòng)等都會(huì)引起浮游植物的種類組成、豐度及演替的變化，進(jìn)而影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)[16-17]。由表9可知，浮游植物的群落特征易受水溫條件的影響，呈正相關(guān)關(guān)系，不同的浮游植物對(duì)水溫的耐受程度不同，當(dāng)水溫改變時(shí)，對(duì)新溫度環(huán)境產(chǎn)生積極反應(yīng)的浮游植物的生長(zhǎng)得到促進(jìn)，而難以適應(yīng)的浮游植物的生長(zhǎng)則受到抑制，水溫在直接影響浮游植物生長(zhǎng)的同時(shí)，也會(huì)通過(guò)影響水生動(dòng)物的活動(dòng)和其他理化因子，間接影響浮游植物的群落特征。群落特征與鹽度呈正相關(guān)關(guān)系，鹽度是影響海洋浮游植物群落結(jié)構(gòu)的重要因子之一，鹽度主要通過(guò)對(duì)海洋浮游植物的細(xì)胞滲透壓作用來(lái)影響浮游植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽的吸收，間接影響浮游植物的生命活動(dòng)[18]，而調(diào)查海域的平均鹽度為31.2，恰好介于硅藻適宜繁殖生長(zhǎng)的鹽度范圍。浮游植物群落特征與營(yíng)養(yǎng)鹽呈正相關(guān)。大量研究證明浮游植物的豐度、種類組成等特征與水體中營(yíng)養(yǎng)鹽密切相關(guān)[19-21]，營(yíng)養(yǎng)鹽是浮游植物生命活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，直接影響浮游植物的生長(zhǎng)、演替活動(dòng)，浮游植物在溫度、鹽度等條件適宜的情況下，如果有充足的營(yíng)養(yǎng)供給，其豐度、種類組成以及優(yōu)勢(shì)種會(huì)出現(xiàn)較大變動(dòng)，易形成赤潮或水華。

表9 浮游植物群落特征與環(huán)境因子的相關(guān)系數(shù)

3.3 基于生物多樣性指數(shù)的水質(zhì)生態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)

水質(zhì)生態(tài)學(xué)主要以多樣性指數(shù)作為指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)水體的污染程度[22]。實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)香農(nóng)多樣性指數(shù)(H′)為0～1時(shí)，水體處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，屬重度污染；1～3時(shí)為中營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，屬中度污染；大于3時(shí)為貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，屬清潔。一般情況下，浮游植物多樣性指數(shù)越高，表明浮游植物的群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，穩(wěn)定性越高，水質(zhì)狀況越好；反之，當(dāng)水體被污染時(shí)，水質(zhì)狀況變差，浮游植物的種類數(shù)及豐度隨之減少，其中的敏感種類甚至可能消失，浮游植物的多樣性指數(shù)減小，群落結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性下降。

南黃海輻射沙洲夏季浮游植物的香農(nóng)多樣性指數(shù)介于0.60～1.79，均值為1.27±0.35。按照評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)查海域環(huán)境處于中偏富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，屬于中度偏重度污染。選取pH、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽等理化指標(biāo)按照單因子污染指數(shù)法進(jìn)行污染指數(shù)計(jì)算，以pH為單因子，水質(zhì)符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；以活性磷酸鹽為因子，一類海水水質(zhì)超標(biāo)率為100%，四類海水超標(biāo)率為50%；以無(wú)機(jī)氮為因子，二類水水質(zhì)超標(biāo)率100%，三類水水質(zhì)超標(biāo)率95%，四類水水質(zhì)超標(biāo)率65%；整體上海域處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，屬于重度污染。單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果與浮游植物多樣性指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果基本符合。海洋浮游植物的豐度和種類組成易受潮流、洋流等水文條件影響，無(wú)法有效地評(píng)估水體污染程度；而單因子污染指數(shù)法評(píng)價(jià)時(shí)，其依據(jù)的數(shù)據(jù)為瞬時(shí)數(shù)據(jù)，不能全面地反映海域的階段性健康狀況。因此，在實(shí)際運(yùn)用中，需將生物多樣性指標(biāo)與水化學(xué)指標(biāo)綜合起來(lái)進(jìn)行評(píng)價(jià)，方能得到更為全面可信的結(jié)果。