卞少偉，武丹，方普杰，韓龍，梅鵬蔚

(天津市環(huán)境監(jiān)測中心， 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)測中心， 天津 300191)

2013年11月對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，常見種以硅藻為主；浮游植物細胞密度介于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?；谊P(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)測是最常見的生物監(jiān)測，最早應(yīng)用于水環(huán)境的監(jiān)測，與理化監(jiān)測相比，浮游植物監(jiān)測可以全面、客觀、科學(xué)反映水質(zhì)狀況，監(jiān)測水體污染，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于海岸帶生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境評價。國內(nèi)外學(xué)者與專家的研究結(jié)果表明[1- 4]，定期開展海洋浮游植物的生態(tài)調(diào)查，對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，營養(yǎng)鹽容易累積的特點，這些條件均有利于浮游植物的生長。

目前，海洋浮游植物群落的研究已開展了大量的工作[5- 7]，2013年11月在渤海灣天津近岸海域開展浮游植物和環(huán)境理化因子同步取樣，并通過灰色關(guān)聯(lián)分析方法對環(huán)境數(shù)據(jù)和浮游植物細胞密度數(shù)據(jù)進行了相關(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個站位，按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[8]開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。顯微鏡下進行浮游植物種類鑒定和細胞計數(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 理化因子測定

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

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)境因子對浮游植物密度影響分析采用灰關(guān)聯(lián)分析，進行灰關(guān)聯(lián)分析時，為了消除不同量綱帶來的影響，采用均值法對原始數(shù)據(jù)進行無量綱處理，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，最低值出現(xiàn)在10#采樣點；鹽度最高值出現(xiàn)在1#采樣點，最低值出現(xiàn)在14#采樣點；透明度最高值出現(xiàn)在6#和7#采樣點，最低值出現(xiàn)在1#采樣點；溶解氧最高值出現(xiàn)在2#采樣點，最低值出現(xiàn)在6#采樣點。營養(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，活性磷酸鹽最高值出現(xiàn)于2#采樣點，活性硅酸鹽最高值出現(xiàn)于13#采樣點，主要因2#、4#和13#采樣點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優(yōu)勢，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%確定為常見種[15]，調(diào)查海域浮游植物常見種見表2，從表中可以看出，調(diào)查海域浮游植物常見種為硅藻和甲藻，其中甲藻常見種夜光藻(Noctilucascintillans)出現(xiàn)頻率較高，且細胞總密度較大，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)查工作中重點關(guān)注。

表2 調(diào)查海域浮游植物常見種

2.2.2 浮游植物的細胞密度特征

調(diào)查海域浮游植物細胞密度分布見圖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)查中細胞密度最高值分布在2#采樣點。調(diào)查海域各采樣點中浮游植物密度以硅藻占細胞密度的比例最大，占浮游植物細胞總密度的94%以上，因此浮游植物細胞密度的分布趨勢與硅藻細胞密度分布趨勢基本一致，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)見圖3，各采樣點多樣性指數(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，最小值出現(xiàn)在3#采樣點；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，最小值出現(xiàn)在8#采樣點；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，最小值出現(xiàn)在3#采樣點，根據(jù)《近岸海域環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》(HJ 442—2008)中的評價標(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，其生物質(zhì)量等級達到極差，8#和14#采樣點生物質(zhì)量等級達到差，造成3#采樣點生物質(zhì)量等級極差的主要原因是夜光藻(Noctilucascintillans)細胞密度較大，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)勢物種與環(huán)境因子的灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果見表3?？梢钥闯觯绊懺撜{(diào)查海域?qū)Ω∮沃参锛毎芏鹊沫h(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，營養(yǎng)鹽是浮游植物生長過程中的必需元素，限制浮游植物的生長。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)境因子為營養(yǎng)鹽、鹽度、溫度；周然等[18]認為，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，在不同的海域，不同的季節(jié)對浮游植物細胞密度產(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給對方帶來影響，同時各個環(huán)境因子之間也會相互作用。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)系有待于進一步的研究。

表3 浮游植物細胞密度與環(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。

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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

國家自然科學(xué)基金(40830535)；環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(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)測研究，E-mail：bianshaowei47@163.com

梅鵬蔚(1979—)，男，天津人，高級工程師，碩士，主要從事環(huán)境空氣質(zhì)量日報、預(yù)報及環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測方面的科學(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