楊俊麗,李希磊,于 瀟,崔龍波

(煙臺大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 山東 煙臺264005)

萊州灣是黃、渤海漁業(yè)生物的主要產(chǎn)卵場、棲息地和傳統(tǒng)漁場,擁有萊州灣單環(huán)刺螠、近江牡蠣等多個國家級水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)[1],更是海灣扇貝主要養(yǎng)殖區(qū)之一．近年來,對萊州灣近岸海水中營養(yǎng)鹽、富營養(yǎng)化以及有機污染的研究已有不少報道[2-4],對萊州灣浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究也逐漸增多[5-7],但對該海域浮游植物與環(huán)境因子的相關(guān)性研究卻鮮有報道,特別是養(yǎng)殖區(qū)海域．浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)最重要的初級生產(chǎn)者,還是海水養(yǎng)殖活動的重要支撐(魚、蝦、貝類等經(jīng)濟生物的天然餌料),其數(shù)量、物種組成等群落結(jié)構(gòu)的變化對扇貝等海洋生物的生長產(chǎn)生著重要影響,而浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化又受到水溫、pH值以及營養(yǎng)鹽等環(huán)境因子的影響,所以研究養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)環(huán)境因子的變化及其對浮游植物的影響對扇貝養(yǎng)殖具有重要意義．本研究選取萊州灣8個扇貝養(yǎng)殖區(qū)作為研究海域,在扇貝養(yǎng)殖期間對其進(jìn)行為期8個月的調(diào)查,分析其環(huán)境因子的變化、浮游植物的群落結(jié)構(gòu)特征以及環(huán)境因子的變化對浮游植物影響,以期實時、全面地反映萊州灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)生態(tài)環(huán)境水域的變化趨勢,影響浮游植物生長的限制因素,旨在為提高扇貝健康養(yǎng)殖和環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)參考．

1 材料與方法

1.1 采樣時間與站位設(shè)置

在萊州灣設(shè)置了8個站點(見圖1),分別位于萊州、招遠(yuǎn)和龍口,均養(yǎng)殖海灣扇貝,記為L1—L8,每個站點設(shè)置4個平行采樣點,于2016年4—11月每月中旬共進(jìn)行了8個航次的調(diào)查,最后取其平均值記錄實驗結(jié)果．

1.2 樣品的采集與處理

研究海域水深范圍為8～14 m,用有機玻璃采水器分別采集表層(距水面2 m)和底層(距海底2 m)的水樣,然后等量混合．現(xiàn)場采用美國奧立龍便攜式水質(zhì)分析儀(520M-01A)實時監(jiān)測海水中水溫、鹽度、pH值和溶解氧(DO);取1 000 mL水樣于聚乙烯瓶中,經(jīng)冷藏暫存后,帶回實驗室參照《海洋監(jiān)測規(guī)范》[8]指定方法進(jìn)行營養(yǎng)鹽檢測;另取1 000 mL水樣于棕色瓶子中,加入15 mL的魯哥氏液,帶回實驗室,用于浮游植物的鑒定與計數(shù)．

圖1 萊州灣海域扇貝養(yǎng)殖區(qū)調(diào)查站位Fig.1 Sampling stations of shellfish culture areas in Laizhou Bay

1.3 水質(zhì)檢測方法

化學(xué)需氧量(COD)采用堿性高錳酸鉀法測定,亞硝酸鹽(NO2-N)采用萘-乙二胺分光光度法測定,硝酸鹽(NO3-N)采用鎘柱還原法測定,氨氮(NH3-N)采用靛酚藍(lán)分光光度法測定,活性磷(DIP)采用磷鉬藍(lán)分光光度法測定,總氮(TN)和總磷(TP)采用過硫酸鉀氧化法測定．

1.4 浮游植物計數(shù)

在分液漏斗中靜置24～48 h后,逐步濃縮至20～40 mL,暫儲存于50 mL磨口玻璃瓶中,觀察時將樣品搖勻,取0.1 mL滴于浮游植物計數(shù)板上,然后在400倍顯微鏡下觀察鑒定,每瓶樣品計數(shù)3次,取其平均值,同一樣品的計數(shù)結(jié)果和平均數(shù)之差的絕對值不大于其均數(shù)的15%,即為有效結(jié)果,最后依相應(yīng)的體積公式計算體積[6, 9]．

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用物種優(yōu)勢度Y(McNaughton)[10]判斷群落的優(yōu)勢種,采用物種多樣性指數(shù)H'(Shannon-Wiener index)[11]、均勻度指數(shù)J(Pielou index)[12]和物種豐富度指數(shù)D(Margalef index)[13]來研究浮游植物群落的結(jié)構(gòu)特征．計算公式分別為

式中,ni為第i種的總個數(shù),N為所有種類的總個數(shù),fi為該種在各樣品中出現(xiàn)的頻率,Pi為第i種的個體數(shù)與樣品中總個體數(shù)的比值,S為樣品中種類總數(shù)．

2 結(jié)果與分析

2.1 扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水溫度、pH值和鹽度的變化

萊州灣8個扇貝養(yǎng)殖區(qū)4—11月水溫的變化范圍為10.69～28.71 ℃,各養(yǎng)殖區(qū)的變化趨勢完全一致,均隨氣溫的變化而變化,其中4或11月份溫度最低,8月份溫度最高．pH值的變化范圍為7.79～8.23,8月份pH值略為偏低,各養(yǎng)殖區(qū)各月份之間差異較小,變化趨勢較一致,均符合海水水質(zhì)一、二類標(biāo)準(zhǔn)[8]．鹽度的變化范圍為29.1～30.27,在一定范圍內(nèi)波動,且波動范圍較?。?/p>

2.2 扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水DO和COD的變化

萊州灣8個扇貝養(yǎng)殖區(qū)4—11月DO的變化范圍為6.16～9.90 mg/L,各養(yǎng)殖區(qū)在同一月份的差異較小,但同一養(yǎng)殖區(qū)的月際變化幅度較大,表現(xiàn)為隨著水溫的的升高而降低,但總體均符合海水水質(zhì)一類標(biāo)準(zhǔn)．COD的變化范圍為0.48～2.76 mg/L,10月份含量最高,L2—L5養(yǎng)殖區(qū)超出海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn),其它月份差異性較小,均符合海水水質(zhì)二類標(biāo)準(zhǔn)．

2.3 扇貝養(yǎng)殖區(qū)海水營養(yǎng)鹽的變化

萊州灣8個扇貝養(yǎng)殖區(qū)4—11月TN的變化范圍為0.495～1.324 mg/L,DIN的變化范圍為0.015～0.396 mg/L,其中NO3-N變化范圍為0.008～0.363 mg/L,NO2-N的變化范圍為0.001～0.052 mg/L,NH4-N的變化范圍為0.003～0.047 mg/L．NO3-N是DIN的主要組成形式,兩者的變化趨勢較一致,5月份含量最高;NO2-N除10月份之外,其他月份各養(yǎng)殖區(qū)含量較小,且差異不大;NH4-N的變化無明顯規(guī)律,各養(yǎng)殖區(qū)在各月份的含量在一定范圍內(nèi)波動．TP和DIP的變化范圍分別為0.012～0.111 mg/L和0.002～0.034 mg/L,其中DIP相比TP月份波動較明顯．氮磷比(N/P)的變化范圍1.91～158.15,其中L3—L5養(yǎng)殖區(qū)在5月份值最大,其余養(yǎng)殖區(qū)在6月份最大,其他月份各養(yǎng)殖區(qū)在20上下波動．

2.4 扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)變化

2.4.1 浮游植物物種及優(yōu)勢種變化 萊州灣8個扇貝養(yǎng)殖區(qū)在4—11月共鑒定出浮游植物5門96種,其中硅藻門最多,有63種,占所有發(fā)現(xiàn)物種的65.53%;其次為甲藻門和綠藻門,分別有14和9種,分別占所有發(fā)現(xiàn)物種的14.58%和9.38%;金藻門和隱藻門最少,各有5種,均占所有發(fā)現(xiàn)物種的5.21%(表1)．優(yōu)勢種主要有長菱形藻(Nitzschialongissima)、新月擬菱形藻(Nitzschiaclosterium)、角毛藻(Chaetocerosspp.)、柔弱幾內(nèi)亞藻(Guinardiadelicatula)、小環(huán)藻(Cyclotellasp.)、中肋骨條藻(Skeletonemaceaecostatum)、扁藻(Platymonassp.)、單鞭金藻(Chromulinasp.)、等鞭金藻(Isochrysissp.)、隱藻(Cryptomonassp.)、藍(lán)隱藻(Chroomonassp.)和裸甲藻(Gymnodiniumspp.)等,一共有27種優(yōu)勢種,不同月份所形成的優(yōu)勢種雖有所相同,但總體呈現(xiàn)演替狀態(tài),有的浮游植物在4或5個月連續(xù)形成優(yōu)勢種,有的浮游植物只在單個月份形成優(yōu)勢,具有較強的季節(jié)差異性．

表1 萊州灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物種類組成Tab.1 Species composition of phytoplankton in scallop culture area of Laizhou Bay

表1(續(xù))

表1(續(xù))

2.4.2 浮游植物密度與物種量變化 萊州灣8個扇貝養(yǎng)殖區(qū)4—11月浮游植物密度變化如圖2A所示,變化范圍為0.49×104～112.04×104cell/L,變化趨勢基本一致,均存在明顯的季節(jié)差異性,其中6月和9月出現(xiàn)峰值,分別為(62.11±49.93)×104cell/L和(19.56±17.24)×104cell/L,其他月份密度相當(dāng)．8個養(yǎng)殖區(qū)中,L1養(yǎng)殖區(qū)月際差異最大,6月份其密度出現(xiàn)全年最高值,為112.04×104cell/L,11月份密度最小,僅為0.98×104cell/L,L2養(yǎng)殖區(qū)浮游植物密度月際差異最小,且一直處于較低水平,平均密度為5.26×104cell/L．

萊州灣8個扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物物種量的變化如圖2B所示,每個養(yǎng)殖區(qū)浮游植物物種變化大致相同,4—9月呈“N”形波動,后2個月明顯下降,變化范圍為6～39種,不同養(yǎng)殖區(qū)同一月份浮游植物物種數(shù)較為接近,但同一養(yǎng)殖區(qū)不同月份相差較大,呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)差異性,與浮游植物密度變化趨勢并不一致．

圖2 不同扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物密度與物種量變化Fig.2 The intermonthly variation in density and species of phytoplankton in different scallop culture areas

2.4.3 浮游植物多樣性變化 萊州灣8個扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物群落多樣性指數(shù)(H′)、均勻度指數(shù)(J)以及豐富度指數(shù)(D)變化趨勢分別如圖3A、3B和3C．由圖3可知,每個養(yǎng)殖區(qū)浮游植物群落多樣性指數(shù) (H′) 和均勻度指數(shù) (J) 的變化趨勢較一致,在6月(L1和L2養(yǎng)殖區(qū))或9月(L3和L4養(yǎng)殖區(qū))出現(xiàn)最低值,其他月份指數(shù)相當(dāng),整體變化范圍分別為1.06～3.92和0.26～0.96．物種豐富度指數(shù)的變化范圍為2.09～4.89, 同一養(yǎng)殖區(qū)不同月份以

圖3 不同扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物多樣性變化Fig.3 The variation of phytoplankton diversity in different-scallop culture areas

及不同養(yǎng)殖區(qū)同一月份之間的差異較小,均在一定范圍內(nèi)波動,說明不同月份8個養(yǎng)殖區(qū)浮游植物物種數(shù)分布較為均勻．

2.5 浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的相關(guān)性

萊州灣8個扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物群密度、物種數(shù)與水溫、pH值以及營養(yǎng)鹽等環(huán)境因子的相關(guān)性如表2所示．由表2可知水溫在春、夏和秋3個季節(jié)中對浮游植物密度和物種數(shù)的影響最大,DIN和NO3-N在夏、秋季對浮游植物密度和物種數(shù)的影響較大,其余環(huán)境因子在秋季對浮游植物密度和物種數(shù)的影響較大,在春、夏季的影響較?。?/p>

3 討 論

3.1 水溫對浮游植物的影響

水溫是影響浮游植物群落結(jié)構(gòu)季節(jié)變化的重要環(huán)境因子,其值的改變對浮游植物物種量及其優(yōu)勢種的演替產(chǎn)生著重要作用[14]．本研究海域中硅藻門在浮游植物結(jié)構(gòu)組成上占絕對優(yōu)勢(在種類和數(shù)量上均占60%以上),據(jù)研究硅藻喜低溫,其最佳生長溫度很少超過25 ℃[15-16],最適合的溫度通常低于18 ℃[17]．8個養(yǎng)殖區(qū)水溫在4—11月的變化范圍為10.69～28.71 ℃,其中8月份水溫最高,超過25 ℃,較不利于硅藻的生長,這解釋了硅藻密度在8月份降低的原因．水溫與浮游植物密度和物種數(shù)的相關(guān)性分析表明,春季水溫與浮游植物密度呈正相關(guān),但不顯著,與浮游植物物種數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P< 0.01);夏季水溫與浮游植物密度和物種數(shù)均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P< 0.01);而冬季水溫與浮游植物密度和物種數(shù)均呈極顯著正相關(guān)(P< 0.01);說明在一定的溫度范圍內(nèi),水溫的增加有利于浮游植物的生長,但超過這個范圍,水溫的增加會對浮游植物生長產(chǎn)生抑制作用,這與沈國英[18]、劉杰等[19]的研究結(jié)果較一致．

3.2 pH值對浮游植物的影響

水體的pH值是海洋生態(tài)環(huán)境另一重要的影響因子,其數(shù)值的變化幅度過大會對浮游植物產(chǎn)生環(huán)境脅迫[20]．本研究實驗表明．夏季海水的pH值的變化幅度比春、秋季的變化幅度大．相關(guān)性分析表明,在春季和秋季,pH值與浮游植物密度和物種數(shù)無明顯相關(guān)性,而在夏季,pH與浮游植物密度和物種數(shù)呈顯著正相關(guān)(P< 0.05),說明夏季海水pH值下降對浮游植物密度和物種數(shù)也許有一定的抑制作用．

3.3 鹽度對浮游植物的影響

海水鹽度是海洋生態(tài)的基礎(chǔ)環(huán)境因子,它的變化對海洋生態(tài)與氣溫變化對陸地生態(tài)一樣有著深層次的巨大影響[21]．鹽度可以影響浮游植物的滲透壓,對浮游植物的季節(jié)性分布有著一定的制約作用[22]．相關(guān)性分析表明,在春季,鹽度與浮游植物物種數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P< 0.01),在夏季,鹽度與浮游植物物種數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P< 0.01),秋季,鹽度與浮游植物物種數(shù)呈負(fù)相關(guān)性,但相關(guān)性極差．而鹽度與浮游植物密度在這3個季節(jié)中均無明顯相關(guān)性,說明鹽度的變化對浮游植物物種數(shù)的影響較大,而對浮游植物密度幾乎無影響．原因可能為該研究海域檢出的浮游植物絕大多數(shù)為廣鹽性浮游植物,鹽度的微小波動對其生長發(fā)育的影響較小,而對一些耐鹽能力較差的浮游植物物種有影響．

表2 萊州灣扇貝養(yǎng)殖區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的相關(guān)性Tab.2 Pearson correlation between the phytoplankton community and environmental factors in the scallop culture area of Laizhou Bay

3.4 DO對浮游植物的影響

DO是水生生物生理代謝的限制因子之一,其值的高、低可表征水生生物生長狀況和水體污染程度[23]．在浮游植物豐富的水體中,DO濃度除了受到浮游植物光合作用的影響,還受到水生生物呼吸作用的控制,在兩者的相互作用下呈現(xiàn)一定周期性變化,當(dāng)浮游植物的數(shù)量增加到一定的數(shù)量級時,DO的濃度主要受控于浮游植物數(shù)量的多少及其生命活動的旺盛程度[24]．本研究結(jié)果表明,在春、秋季,DO與浮游植物物密度和種數(shù)呈負(fù)相關(guān)(P<0.01),但不顯著,在夏季,與浮游植物密度呈顯著正相關(guān)(P< 0.05),與浮游植物物種數(shù)幾乎無相關(guān)性,說明不同季節(jié)DO對浮游植物的影響不同,且影響力較?。?/p>

3.5 營養(yǎng)鹽對浮游植物的影響

氮、磷營養(yǎng)鹽是海洋環(huán)境中浮游植物自然種群生長的主要限制因子,對浮游植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)揮著重要的作用．對于氮營養(yǎng)鹽,能被浮游植物直接利用的是DIN,其中NH3-N最易被浮游植物利用,但利用程度取決于浮游植物種類[25],同時NH3-N對生物還會產(chǎn)生直接或協(xié)同的毒性效應(yīng),因此NH3-N的濃度需要在一定的控制范圍內(nèi);NO3-N也能被浮游植物直接利用,但其利用程度受NH3-N含量的控制,且利用率遠(yuǎn)小于NH3-N[26];NO2-N幾乎不能被浮游植物利用,并且對魚、蝦以及貝類等經(jīng)濟動物有一定的毒害作用,所以要嚴(yán)格控制N02-N的含量,避免不必要的經(jīng)濟損失．對于磷酸鹽,能被浮游植物直接利用的是DIP,有機磷幾乎不能被利用．王俊[27]指出浮游植物對DIN和DIP需求的最適濃度下限5.71 μmol/L(約0.080 mg/L)和0.58 μmol/L(約0.018 mg/L),JUSTIC等[28]提出當(dāng)海水中DIN的濃度小于1 μmol/L(約0.014 mg/L)時,浮游植物會受到絕對氮限制,當(dāng)海水中DIP的濃度小于0.1 μmol/L(約0.003 mg/L)時,浮游植物受到絕對磷限制．本研究實驗表明8個養(yǎng)殖區(qū)均未受到絕對氮限制,但6—10月個別養(yǎng)殖區(qū)DIN未能達(dá)到浮游植物的最適濃度需求;對于DIP,6月份L2、L4、L5和L6養(yǎng)殖區(qū)出現(xiàn)絕對磷限制,絕大多數(shù)養(yǎng)殖區(qū)在4—11月未能達(dá)到浮游植物的最適濃度需求．

相關(guān)分析表明,春季氮、磷營養(yǎng)鹽與浮游植物密度和物種數(shù)的相關(guān)性均不明顯,夏季NO3-N與浮游植物密度呈顯著正相關(guān)(P< 0.05),DIP與浮游植物密度和物種數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān),秋季氮、磷營養(yǎng)鹽大部分均與浮游植物密度和物種數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)或極顯著負(fù)相關(guān)．總體上看,與氮營養(yǎng)鹽與浮游植物的相關(guān)性相比,磷營養(yǎng)鹽(特別是DIP)的相關(guān)性更加顯著,表明該海域浮游植物生長對于磷營養(yǎng)鹽的響應(yīng)要優(yōu)于氮營養(yǎng)鹽,磷營養(yǎng)鹽對于浮游植物生長的控制作用要更明顯．