劉云龍，婁 琦，潘玉龍

(1.中國(guó)海洋大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266100；2.國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山東 青島 266033)

引 言

遼河口地處遼東灣頂部，位于遼寧省盤錦市，2011年以前稱為雙臺(tái)子河口，后恢復(fù)為遼河口[1]，其附近入海河流眾多，主要有雙臺(tái)子河(遼河)、大凌河、饒陽(yáng)河、盤錦河、大遼河等20多條河流。遼東灣位于渤海北部，水體交換能力差，自凈能力有限，且毗鄰我國(guó)四大工業(yè)基地之一的遼中南重工業(yè)基地，河流入海攜帶的大量污染物以及沿海地區(qū)排放的工業(yè)廢水和生活污水，使得近岸海域海洋環(huán)境污染較為嚴(yán)峻，其海洋生態(tài)系統(tǒng)也處于亞健康狀態(tài)。據(jù)《2017年北海區(qū)海洋環(huán)境公報(bào)》統(tǒng)計(jì)，2017年雙臺(tái)子河口(遼河口)附近海域海水環(huán)境中鉻和無(wú)機(jī)氮污染嚴(yán)重，部分站位超第四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，此外局部海域活性磷酸鹽、化學(xué)需氧量、鋅、汞和石油類等指標(biāo)超第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[2]。海水質(zhì)量的改變對(duì)海洋生物的生長(zhǎng)繁殖產(chǎn)生影響，導(dǎo)致生物多樣性的減少與生物群落結(jié)構(gòu)的破壞。

近年來(lái)，我國(guó)學(xué)者在渤海海域環(huán)境因子對(duì)浮游植物群落影響方面開(kāi)展過(guò)部分研究，周然(2015)采用RDA方法分析了渤海灣2007年浮游植物群落對(duì)海水環(huán)境因子的響應(yīng)特征[3]；秦雪等(2016)和羅先香等(2018)應(yīng)用聚類分析和典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)研究了2013年和2011—2014年黃河口附近海域浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子間相關(guān)性[4-5]；張瑩(2016)采用主成分分析(PCA)和典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)的方法研究了渤海中部2013和2014年三個(gè)季節(jié)的浮游植物豐度和群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子之間的響應(yīng)關(guān)系[6]。但目前學(xué)者對(duì)遼東灣浮游植物對(duì)環(huán)境因子響應(yīng)情況的研究較少，且僅涉及較短時(shí)間生態(tài)環(huán)境影響研究，未對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間序列下環(huán)境與浮游植物群落影響進(jìn)行闡述。為此，本文基于遼河口2009—2019年共11年夏季生態(tài)環(huán)境綜合調(diào)查資料，采用冗余分析(RDA)的方法研究了遼河口附近海域浮游植物群落對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng)特征，對(duì)于海洋環(huán)境污染的生態(tài)影響研究具有重要意義，為今后海洋環(huán)境保護(hù)行政主管部門生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐，對(duì)于《渤海綜合治理攻堅(jiān)戰(zhàn)行動(dòng)計(jì)劃》[7]的實(shí)施具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源

資料來(lái)源于2009—2019年國(guó)家海洋局北海分局對(duì)雙臺(tái)子河口生態(tài)監(jiān)控區(qū)的監(jiān)測(cè)資料。監(jiān)測(cè)站位布設(shè)在雙臺(tái)子河口(遼河口)和大遼河口附近海域，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括鹽度、pH、溶解氧、化學(xué)耗氧量、活性磷酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、無(wú)機(jī)氮和石油類。由于監(jiān)測(cè)方案的調(diào)整，不同年份的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和監(jiān)測(cè)站位數(shù)量存在變化，因此根據(jù)監(jiān)測(cè)站位與河口的相對(duì)位置將站位分三個(gè)區(qū)域進(jìn)行分析，其中Ⅰ區(qū)為最靠近遼河口、受陸源影響最大的混合區(qū)域，Ⅱ區(qū)位于遼河口外圍、受河流入海影響相對(duì)較小的區(qū)域，Ⅲ區(qū)位于大遼河口附近海域，監(jiān)測(cè)站位及分區(qū)見(jiàn)圖1。

圖1 雙臺(tái)子河口(遼河口)監(jiān)測(cè)站位

1.2 數(shù)據(jù)的處理

將3個(gè)區(qū)域作為3個(gè)樣方對(duì)近11年遼河口海水生態(tài)環(huán)境因子進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。取各樣方水質(zhì)因子的平均值參與排序，并計(jì)算各樣方浮游植物物種優(yōu)勢(shì)度(Y)[8]：

式中，N為所有物種的總豐度(個(gè)/m3)；ni為第i種的豐度(個(gè)/m3)；fi為第i種的站位出現(xiàn)頻率。

由于時(shí)間跨度較長(zhǎng)適當(dāng)擴(kuò)大物種優(yōu)勢(shì)度范圍，選取優(yōu)勢(shì)度>0.001且站位出現(xiàn)頻率fi>15%的物種參與排序。

應(yīng)用CANOCO 5.0軟件[9-10]，首先采用去趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析(DCA)計(jì)算排序軸梯度長(zhǎng)度，梯度長(zhǎng)度小于3.0建議采用冗余分析(RDA)方法，梯度長(zhǎng)度大于4.0建議采用典范對(duì)應(yīng)分析(CCA)的方法，梯度長(zhǎng)度介于3.0與4.0之間則兩種分析方法皆可，文中采用的是冗余分析(RDA)。

排序時(shí)通過(guò)交互前向選擇就對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行篩選，分析時(shí)對(duì)物種數(shù)據(jù)進(jìn)行l(wèi)og變化，根據(jù)Monte-Carlo置換檢驗(yàn)對(duì)排序軸顯著性進(jìn)行檢驗(yàn)，然后根據(jù)前向選擇結(jié)果進(jìn)行物種與環(huán)境因子的約束性分析，對(duì)環(huán)境因子的總體影響進(jìn)行檢驗(yàn)和探索。根據(jù)各環(huán)境因子對(duì)物種群落變化的單獨(dú)效應(yīng)解釋度及顯著性情況，選擇其中置換檢驗(yàn)顯著的環(huán)境因子繼續(xù)進(jìn)行上一步分析，分析環(huán)境因子與排序軸的相關(guān)情況，以及各環(huán)境因子對(duì)群落變化的單獨(dú)效應(yīng)解釋度，并根據(jù)物種與環(huán)境因子的RDA排序圖和t-values雙序圖分析具體物種受環(huán)境因子的影響情況。

RDA排序圖中物種和環(huán)境因子均用箭頭表示，環(huán)境因子箭頭的長(zhǎng)短表示環(huán)境因子對(duì)于物種數(shù)據(jù)的影響程度(解釋量)大小，物種與環(huán)境因子夾角的余弦值代表二者的相關(guān)性，夾角為銳角是表示正相關(guān)，夾角為鈍角說(shuō)明為負(fù)相關(guān)；此外t-values雙序圖是用來(lái)表現(xiàn)物種分布與環(huán)境因子相關(guān)關(guān)系的排序圖，圖中箭頭長(zhǎng)度與方向代表物種與該環(huán)境因子的典范相關(guān)關(guān)系，如果物種的箭頭完全落在某環(huán)境因子正相關(guān)的圓圈區(qū)域中，就意味著此物種與該環(huán)境因子呈顯著正相關(guān)。

2 結(jié)果與分析

經(jīng)過(guò)資料統(tǒng)計(jì)分析，2009—2019年遼河口共調(diào)查到浮游植物156種，其中優(yōu)勢(shì)種是中肋骨條藻、布氏雙尾藻。通過(guò)計(jì)算浮游植物優(yōu)勢(shì)度得到13種浮游植物進(jìn)行RDA排序，分別為中肋骨條藻(Skeletone-macostatum)、布氏雙尾藻(Ditylumbrightwelli)、日本星桿藻(Asterionellajaponica)、尖刺偽菱形藻(Pseudo-nitzschioidespungens)、丹麥細(xì)柱藻(Lepterylindrusdanicus)、剛毛根管藻(Rhizosoleniasetigera)、柔弱菱形藻(Nitzschiadelicatissima)、勞氏角毛藻(Chaetoceroslorenzianus)、浮動(dòng)彎角藻(Eucampiazodiacus)、窄隙角毛藻(Chaetocerosaffinis)、輻射圓篩藻(Coscinodiscusradiatus)、圓海鏈藻(Thalassiosirarotula)、圓篩藻(Coscinodiscussp)(表1)。

表1 遼河口浮游植物優(yōu)勢(shì)度分析結(jié)果

應(yīng)用Canoco 5.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，其排序軸的梯度長(zhǎng)度為2.7<3，采用冗余分析(RDA)方法進(jìn)行排序，首先采取交互前向選擇就對(duì)環(huán)境因子進(jìn)行篩選。Monte Carlo置換檢驗(yàn)結(jié)果顯示，第一排序軸和所有排序軸的顯著性值分別為0.04和0.002均小于0.05，因此RDA排序結(jié)果是可信的。

根據(jù)前向選擇結(jié)果采用冗余分析(RDA)進(jìn)行物種與環(huán)境因子的約束性分析，分析結(jié)果顯示，環(huán)境因子對(duì)群落變化的總解釋量為64.72%，說(shuō)明選取的環(huán)境因子較為合理；前兩個(gè)排序軸的特征值分別為0.289 7和0.215 2，物種排序軸與環(huán)境因子排序軸的相關(guān)系數(shù)分別為0.833 2和0.939 3，均呈極強(qiáng)相關(guān)，說(shuō)明排序圖能夠反映遼河口優(yōu)勢(shì)種與海水環(huán)境因子間的關(guān)系；各環(huán)境因子單獨(dú)效應(yīng)的解釋率順序由大到小為：亞硝酸鹽、硝酸鹽、活性磷酸鹽、溶解氧、銨鹽、無(wú)機(jī)氮、石油類、化學(xué)耗氧量、鹽度、pH，其中置換檢驗(yàn)顯著的為亞硝酸鹽、硝酸鹽、活性磷酸鹽、溶解氧、銨鹽(見(jiàn)表2)。

表2 各環(huán)境因子單獨(dú)效應(yīng)分析結(jié)果

根據(jù)環(huán)境因子的總體影響分析結(jié)果，選擇其中置換檢驗(yàn)較為顯著(P<0.1)的環(huán)境因子繼續(xù)進(jìn)行上一步分析，分析結(jié)果顯示，亞硝酸鹽、硝酸鹽、活性磷酸鹽、溶解氧和銨鹽對(duì)群落變化的總解釋量為39.79%，說(shuō)明以上環(huán)境因子能夠解釋部分群落變化情況；前兩個(gè)排序軸的特征值分別為0.206 9和0.131 8，物種排序軸與環(huán)境因子排序軸的相關(guān)系數(shù)分別為0.764 3和0.714 4，均呈強(qiáng)相關(guān)，說(shuō)明排序圖能夠反映遼河口優(yōu)勢(shì)種與海水環(huán)境因子間的關(guān)系。與第一排序軸呈最大正相關(guān)的環(huán)境因子是亞硝酸鹽(r=0.633 8)，其次是硝酸鹽(r=0.467 8)，呈負(fù)相關(guān)的是活性磷酸鹽(r=-0.036 2)；與第二排序軸呈最大正相關(guān)的是活性磷酸鹽(r=0.588 2)，其次是硝酸鹽(r=0.042 2)，呈最大負(fù)相關(guān)的是溶解氧(r=-0.447 0)，其次是亞硝酸鹽(r=-0.092 1)。

通過(guò)分析各環(huán)境因子對(duì)物種的單獨(dú)效應(yīng)發(fā)現(xiàn)，亞硝酸鹽對(duì)物種的影響極為顯著(P=0.002)，其對(duì)浮游植物群落變化的解釋度為15.0%，是影響群落變化的主要影響因素之一；其次，活性磷酸鹽對(duì)群落變化的影響也極為顯著(P=0.008)，其解釋度為9.9%；再次，硝酸鹽對(duì)群落變化的影響較為顯著(P=0.032)，其解釋度為8.7%，溶解氧和銨鹽對(duì)群落變化的影響顯著性稍差(P=0.068、P=0.072)，其解釋率分別為7.1%、6.7%。

根據(jù)物種與環(huán)境因子的RDA排序圖(圖1)發(fā)現(xiàn)，所有藻類均與銨鹽呈負(fù)相關(guān)；中肋骨條藻、布氏雙尾藻、日本星桿藻、丹麥細(xì)柱藻、剛毛根管藻、勞氏角毛藻、窄隙角毛藻與活性磷酸鹽、亞硝酸鹽、硝酸鹽呈正相關(guān)，與溶解氧呈負(fù)相關(guān)；尖刺偽菱形藻、圓篩藻與活性磷酸鹽呈正相關(guān)，與亞硝酸鹽、硝酸鹽、溶解氧呈負(fù)相關(guān)；柔弱菱形藻、浮動(dòng)彎角藻、輻射圓篩藻與亞硝酸鹽、硝酸鹽、溶解氧呈正相關(guān)，與活性磷酸鹽呈負(fù)相關(guān)；圓海鏈藻與亞硝酸鹽、硝酸鹽呈正相關(guān)。

根據(jù)各環(huán)境因子t-values雙序圖(圖3、圖4、圖5、圖6、圖7)發(fā)現(xiàn)，浮游植物與環(huán)境因子顯著相關(guān)的有：中肋骨條藻、布氏雙尾藻、日本星桿藻、柔弱菱形藻與銨鹽呈顯著負(fù)相關(guān)；丹麥細(xì)柱藻與溶解氧、銨鹽呈顯著負(fù)相關(guān)，與亞硝酸鹽呈顯著正相關(guān)；柔弱菱形藻、浮動(dòng)彎角藻與活性磷酸鹽呈顯著負(fù)相關(guān)，與亞硝酸鹽呈顯著正相關(guān)；圓篩藻與溶解氧呈顯著負(fù)相關(guān)，與活性磷酸鹽呈顯著正相關(guān)。

圖2 浮游植物與環(huán)境因子RDA排序圖

圖3 溶解氧t-values雙序圖

圖4 活性磷酸鹽t-values雙序圖

圖5 亞硝酸鹽t-values雙序圖

圖6 硝酸鹽t-values雙序圖

圖7 銨鹽t-values雙序圖

3 結(jié)論與討論

影響浮游植物群落的環(huán)境因子較多，機(jī)制也比較復(fù)雜[11-12]。研究結(jié)果主要有以下三個(gè)方面。

(1)近11年來(lái)遼河口附近海域浮游植物群落變化受亞硝酸鹽、活性磷酸鹽、硝酸鹽、溶解氧和銨鹽的影響顯著，無(wú)機(jī)氮、石油類、化學(xué)耗氧量、鹽度和pH對(duì)浮游植物影響不顯著，其他可能存在影響的環(huán)境因子如水溫、重金屬等因資料較少未對(duì)其進(jìn)行分析。

(2)布氏雙尾藻、中肋骨條藻、日本星桿藻、柔弱菱形藻與銨鹽呈顯著負(fù)相關(guān)；丹麥細(xì)柱藻與溶解氧、銨鹽呈顯著負(fù)相關(guān)，與亞硝酸鹽呈顯著正相關(guān)；柔弱菱形藻、浮動(dòng)彎角藻與活性磷酸鹽呈顯著負(fù)相關(guān)，與亞硝酸鹽呈顯著正相關(guān)；圓篩藻與溶解氧呈顯著負(fù)相關(guān)，與活性磷酸鹽呈顯著正相關(guān)。

(3)本研究結(jié)論與楊曉改等(2014)對(duì)海州灣中影響浮游植物的環(huán)境因子研究結(jié)果相近，其認(rèn)為表層水溫、營(yíng)養(yǎng)鹽(硝酸鹽、磷酸鹽和硅酸鹽)和溶解氧是影響的主要環(huán)境因子，并同樣認(rèn)為圓篩藻與營(yíng)養(yǎng)鹽呈正相關(guān)，與溶解氧呈顯著負(fù)相關(guān)[13]；劉長(zhǎng)東等(2016)也認(rèn)為營(yíng)養(yǎng)鹽和溫度與榮成俚島浮游植物群落顯著相關(guān)[14]，但由于本研究資料中水溫?cái)?shù)據(jù)較少未參與RDA排序分析，因此無(wú)法得出遼河口附近海域水溫對(duì)浮游植物群落影響情況，后續(xù)會(huì)加強(qiáng)資料收集，以便可以更全面對(duì)浮游植物群落影響因素進(jìn)行分析。