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      2008-2012年渤海灣天津近岸海域夏季浮游植物組成*

      2013-09-20 05:42:52尹翠玲張秋豐徐玉山馬玉艷
      海洋科學(xué)進展 2013年4期
      關(guān)鍵詞:甲藻渤海灣赤潮

      尹翠玲,張秋豐,崔 健,劉 洋,徐玉山,馬玉艷

      (國家海洋局 天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站,天津300457)

      浮游植物作為海洋生態(tài)系統(tǒng)中最重要的初級生產(chǎn)者,對海洋生態(tài)環(huán)境和海洋生物資源影響巨大,是整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。浮游植物群落結(jié)構(gòu)的改變將改變浮游植物的生物量及生產(chǎn)力[1],因此,浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究對于整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的研究具有重要意義。

      渤海灣水體交換能力較差,加上陸源排污和圍填海的影響,富營養(yǎng)化嚴(yán)重,赤潮頻發(fā),近幾年浮游植物群落結(jié)構(gòu)也隨之發(fā)生較大的變化,目前國內(nèi)關(guān)于渤海灣網(wǎng)采浮游植物群落結(jié)構(gòu)的研究[1-8]僅限于1~2個航次的調(diào)查,空間上的密度和時間上的頻度有限,所以很難區(qū)分浮游植物群落的細(xì)微變化[9]。結(jié)合1983年天津市海岸帶調(diào)查結(jié)果,以2008—2012年渤海灣天津近岸海域的生態(tài)調(diào)查資料為基礎(chǔ),總結(jié)其群落結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化,探討物種和環(huán)境變化對群落結(jié)構(gòu)的影響以及相互影響規(guī)律,為今后渤海灣的生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

      1 材料與方法

      1.1 調(diào)查方法

      主要采用我們在2008—2012年夏季渤海灣天津近岸海域的調(diào)查數(shù)據(jù),其中2008—2009年調(diào)查范圍在38°37′3.72″N~39°06′57″N,117°39′00″E~118°01′59″E,共布設(shè)24個站位,2010—2012年由于圍填海的原因,調(diào)查站位進行稍微變動,調(diào)查范圍在38°39′25″N~39°05′48″N,117°46′00″E~118°04′00″E,共布設(shè)20個站位,分別于8月在渤海灣天津近岸海域進行水文、氣象、化學(xué)和生物的綜合調(diào)查(調(diào)查站位見圖1)。調(diào)查海域水深為2.7~15.0 m,平均水深為8.28 m。調(diào)查均按《海洋調(diào)查規(guī)范》[10]執(zhí)行。

      浮游植物采樣利用III型浮游生物網(wǎng)(網(wǎng)口直徑37 cm,網(wǎng)口面積0.1 m2,網(wǎng)長270 cm,網(wǎng)目孔徑76μm)自底至表垂直拖網(wǎng)采集,樣品用5%(體積分?jǐn)?shù))甲醛固定和保存。浮游植物樣品經(jīng)濃縮,取0.5 m L亞樣品在本實驗室的計數(shù)框中于Olympus BX51顯微鏡下進行分類鑒定。

      圖1 2008-2012年渤海灣天津近岸海域夏季網(wǎng)采浮游植物調(diào)查站位Fig.1 Phytoplankton net-sampling stations in the Bohai Bay Tianjin coastal area in summer from 2008 to 2012

      調(diào)查中水文、氣象和化學(xué)因子的分析均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》[11]執(zhí)行。其中水文因子包括鹽度、水溫、水深和透明度,化學(xué)因子包括p H值、溶解氧、化學(xué)需氧量、Chl-a、磷酸鹽、無機氮、硅酸鹽等。

      1.2 數(shù)據(jù)分析

      選用物種優(yōu)勢度Y[12]判斷群落的優(yōu)勢種、物種多樣性指數(shù)H'(Shannon-Wiener index)、物種豐富度指數(shù)D(Margalef's index)和均勻度指數(shù)J(Pielou index)[13-15]來研究浮游植物群落的結(jié)構(gòu)特征。計算公式:

      式中,S為樣方中的種類總數(shù),N為采集樣品中所有物種的總個體數(shù),Ni為第i種的總個體數(shù),fi為該種在各樣品中出現(xiàn)的頻率,Pi為樣方中的i種所占的比例。

      群落結(jié)構(gòu)以及環(huán)境因子分析主要利用多元統(tǒng)計分析軟件PRIMER5.0和SPSS11.5進行;平面作圖用Suffer 8.0進行。

      2 結(jié)果與討論

      2.1 種類組成

      2008—2012年渤海灣天津近岸海域夏季網(wǎng)采浮游植物物種組成見表1。近5 a夏季調(diào)查中共鑒定出浮游植物3門29屬59種(不包括未定名種)。其中硅藻門18屬45種,占種類組成的76.3%;甲藻門10屬13種,占種類組成的22.0%;金藻門1種。硅藻門中角毛藻屬16種,圓篩藻屬6種。

      2008—2012年渤海灣天津近岸海域夏季網(wǎng)采浮游植物種類變化(表2)顯示,2008—2012年夏季浮游植物種類數(shù)變化范圍為29~46種,2011年略高于往年同期調(diào)查。但與1983年天津市海岸帶和海涂資源調(diào)查同期相比[16],浮游植物平均種類數(shù)明顯呈下降趨勢,浮游植物種類數(shù)平均值比1983年同期下降了46.3%。

      2008—2012年夏季在種類組成上以硅藻為主,種類數(shù)上占有絕對優(yōu)勢,甲藻種類數(shù)占浮游植物種類數(shù)范圍為14.7%~25.6%,平均為19.4%。1983年天津市海岸帶和海涂資源調(diào)查時期甲藻種類數(shù)占浮游植物種類數(shù)基本維持在6%左右,近年來卻呈明顯的增加趨勢,近5 a夏季甲藻種類數(shù)所占比例是1983年同期的3.25倍,從甲藻細(xì)胞豐度所占比例來看,2008—2012年渤海灣天津近岸海域夏季甲藻細(xì)胞豐度占浮游植物細(xì)胞豐度范圍為0.18%~74.4%,平均為15.7%,平均硅藻細(xì)胞豐度占總浮游植物細(xì)胞豐度的84.3%,而歷史調(diào)查資料顯示[2-3]:浮游植物群落中平均硅藻細(xì)胞豐度占總浮游植物細(xì)胞豐度在1982—1983年、1992—1993年和1998—1999年分別是91.2%,91.5%和86.8%。這表明,近5 a,浮游植物群落結(jié)構(gòu)中硅藻所占比例下降,而甲藻所占比例升高。

      表1 調(diào)查區(qū)浮游植物的物種組成Table 1 Phytoplankton taxa identified in the survey area

      表2 1983年和2008-2012年種類變化對比Table 2 Comparison of species changes of 1983 with those from 2008 to 2012

      2008—2012年夏季天津市近岸海域優(yōu)勢種及其優(yōu)勢度見表3。優(yōu)勢種主要為叉狀角藻(Ceratium furca)、格氏圓篩藻(Coscinodiscus granii)、尖刺菱形藻(Nitzschia pungens)、瓊氏圓篩藻(Coscinodiscus jonesianus)、中肋骨條藻(Skeletonema costatum)、巨圓篩藻(Coscinodiscus gigas)、克尼角毛藻(Chaetoceros knipowitschii)、浮動彎角藻(Eucampia zoodiacus)和旋鏈角毛藻(Chaetoceros curvisetus)。2008—2012年浮游植物優(yōu)勢種多為硅藻,但甲藻中的叉狀角藻在2008年浮游植物群落中優(yōu)勢明顯,優(yōu)勢度達(dá)0.640,極易引發(fā)甲藻赤潮,應(yīng)對其進行密切監(jiān)視。其中格氏圓篩藻、浮動彎角藻、叉狀角藻、中肋骨條藻和旋鏈角毛藻在近年的監(jiān)測中優(yōu)勢均比較明顯,所以將以上5種確定為渤海灣夏季的本地種,其中格氏圓篩藻為假性浮游物種,這些物種個體較大,生物量較高[20],在渤海生態(tài)系統(tǒng)中起著關(guān)鍵性的作用[5]。中肋骨條藻雖然個體比較小,但其數(shù)量比較多,所以其生物量較高,對整個渤海灣生態(tài)系統(tǒng)的影響較大,在2012年渤海灣曾經(jīng)爆發(fā)中肋骨條藻赤潮。所以在今后的工作中應(yīng)將上述種類列為今后渤海灣天津近岸海域重點關(guān)注的浮游植物關(guān)鍵種。

      表3 調(diào)查海域浮游植物優(yōu)勢種(Y≥0.02)及其優(yōu)勢度Table 3 The dominant species(Y≥0.02)and dominance in the survey area

      2008—2012年夏季天津市近岸海域優(yōu)勢種主要為廣溫廣鹽近岸性種,少數(shù)暖溫帶及偏暖性大洋性種類也有分布,另外半咸水指標(biāo)性種克尼角毛藻在2011年成為優(yōu)勢種,這可能主要與天津近岸海域河流較多,夏季降水豐富有關(guān)。

      2.2 細(xì)胞數(shù)量及分布

      2008—2012年天津市近岸海域夏季網(wǎng)采浮游植物細(xì)胞豐度變化(表4)中,浮游植物細(xì)胞豐度變化范圍為(106.99~87 731.4)×104個/m3,平均值為18 084.03×104個/m3;硅藻細(xì)胞豐度變化范圍為(31.7~87 577.15)×104個/m3,平均值為18 028.34×104個/m3;甲藻細(xì)胞豐度變化范圍為(1.11~154.2)×104個/m3,平均值為55.82×104個/m3。浮游植物細(xì)胞豐度出現(xiàn)先升高后降低再升高的趨勢,在2012年達(dá)到最高,主要是因為在2012年渤海灣天津近岸海域發(fā)生赤潮的緣故,2012-07—08在渤海灣天津近岸海域發(fā)生了2次硅藻赤潮,發(fā)生面積達(dá)400 km2多,覆蓋了本研究的全部調(diào)查站位①尹翠玲,張秋豐,劉洋,等.2012年渤海灣赤潮監(jiān)控區(qū)赤潮發(fā)生及富營養(yǎng)化狀況.海洋湖沼通報,待刊.。與1983年同期相比,近5 a渤海灣浮游植物細(xì)胞豐度明顯增加。

      表4 調(diào)查區(qū)域浮游植物細(xì)胞豐度(×104個·m-3)Table 4 Cell abundance of phytoplankton in the survey area(×104 ind.·m-3)

      2008—2012年天津市近岸海域夏季浮游植物細(xì)胞豐度、硅藻細(xì)胞豐度和甲藻細(xì)胞豐度分布可見圖2。從橫向分布上看,浮游植物細(xì)胞豐度和硅藻細(xì)胞豐度基本呈現(xiàn)近岸多,離岸少的趨勢,而甲藻則主要呈現(xiàn)斑塊狀分布,在部分站位離岸水域的站位甲藻細(xì)胞豐度反而高于近岸水域的,浮游植物細(xì)胞豐度的分布趨勢與硅藻細(xì)胞豐度分布趨勢基本一致;從縱向分布上看,2008—2011年浮游植物細(xì)胞豐度和硅藻細(xì)胞豐度主要集中在塘沽和大港斷面,基本呈現(xiàn)由南北向中央集中的趨勢,2012年則主要集中在漢沽、歧口和大港斷面,基本呈現(xiàn)中央低,南北高的趨勢,而甲藻在2008—2011年主要集中在塘沽斷面,而在2012年則主要集中在南部的歧口和北部的北塘斷面。浮游植物細(xì)胞豐度的分布主要取決于硅藻的分布,這與歷史同期調(diào)查結(jié)論[1,5]相同。

      2.3 生物多樣性分析

      2008—2012年夏季渤海灣網(wǎng)采浮游植物群落的多樣性分析(表5)表明,其中,多樣性指數(shù)變化范圍為1.44~2.69,平均為1.91,低于歷史同期調(diào)查數(shù)據(jù)[21]。從變化趨勢上看,自2008年多樣性指數(shù)逐漸升高至2011年達(dá)到最高,2012年則稍有下降,物種多樣性指數(shù)較低的年份,某些浮游植物種類大量繁殖,群落中形成明顯的優(yōu)勢類群,極易引發(fā)赤潮,而且渤海灣是渤海赤潮的高發(fā)區(qū)[5]。均勻度變化范圍為0.32~0.64,平均為0.50,其中2011年最高,2012年最低,均勻度代表群落內(nèi)物種分布的均勻程度,是群落是否成熟和穩(wěn)定的特征之一[5];物種豐富度指數(shù)變化范圍為0.36~0.87,平均為0.55,其中2011年最高,2008年最低,物種豐富度指數(shù)是物種的數(shù)目及其在樣方中的密度的度量[22],物種豐富度指數(shù)越高,代表調(diào)查期間調(diào)查區(qū)域內(nèi)的浮游植物物種數(shù)目及其在站位中的密度值越高。在生物多樣性的測度中,該指數(shù)是使用最廣泛,也是最容易統(tǒng)計的,它可以最直觀地反映一個浮游植物群落的多樣性[22]。

      圖2!2008—2012年渤海灣天津近岸海域夏季浮游植物細(xì)胞豐度分布、硅藻細(xì)胞和甲藻細(xì)胞豐度分布(×104 個·m-3)Fig.2!Horizontal distribution of phytoplankton,planktonic diatom and dinoflagellate cell abundance in Bohai Bay Tianjin coastalarea in summer from2008to2012(×104ind.·m-3)

      表5 天津市近岸海域浮游植物多樣性指數(shù)Table 5 Diversity indexes of phytoplankton communities in Tianjin coastal area

      2.4 群落聚類分析

      2008—2012年夏季渤海灣浮游植物群落結(jié)構(gòu)分析利用PRIMER5.0軟件進行。2008—2012年MDS分析結(jié)果中stress<0.2,說明此分類具有一定意義[23]。從聚類分析上看,浮游植物物種和細(xì)胞豐度呈團塊狀分布,從某種意義上說,渤海灣夏季浮游植物群落結(jié)構(gòu)可能受到一定的地理區(qū)域的限制,具體的限制和影響程度還有待于進一步研究。2008—2012年對渤海灣夏季網(wǎng)采浮游植物群落結(jié)構(gòu)影響較大的種為叉狀角藻、格氏圓篩藻、尖刺菱形藻、中肋骨條藻、中華齒狀藻、泰晤士旋鞘藻、瓊氏圓篩藻、浮動彎角藻、三角角藻、夜光藻、星臍圓篩藻、佛氏海線藻、虹彩圓篩藻、丹麥細(xì)柱藻和旋鏈角毛藻,其中,對聚類分析影響較大的叉狀角藻、三角角藻和夜光藻均為甲藻門種類,三角角藻是暖海大洋性的外源性物種,能夠影響渤海浮游植物群落結(jié)構(gòu)[5]。尖刺菱形藻、中肋骨條藻、旋鏈角毛藻和丹麥細(xì)柱藻是渤海灣的常見赤潮種類。格氏圓篩藻、瓊氏圓篩藻、星臍圓篩藻和虹彩圓篩藻均為為假性浮游物種,這些物種個體較大,生物量較高[20],對渤海灣生態(tài)系統(tǒng)影響較大[5]。

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

      利用SPSS11.5分析軟件對各個站位的浮游植物細(xì)胞豐度、硅藻細(xì)胞豐度和甲藻細(xì)胞豐度與相關(guān)環(huán)境參數(shù)進行相關(guān)性分析(表6)。近5 a夏季渤海灣天津近岸海域網(wǎng)采浮游植物細(xì)胞豐度及其分布主要與Chl-a含量、水溫、鹽度、化學(xué)需氧量和營養(yǎng)鹽關(guān)系密切。

      渤海灣夏季天津近岸海域網(wǎng)采游植物群落的發(fā)展和種類演替主要受到溫度、鹽度的變化,這與歷史調(diào)查資料[1]吻合,渤海灣夏季溫度較高,近5 a夏季水溫變化范圍為24.4~29.3℃,平均為27.8℃,較高的水溫導(dǎo)致浮游植物迅速增長,加上天津近岸海域入海河流較多(包括海河、北塘口排污河、大沽口排污河、獨流減河、子牙新河等),8月份降水及泄洪造成大量河流水入海,渤海灣天津近岸海域夏季鹽度降低,近5 a夏季鹽度變化范圍為17.614~32.032,平均為28.813,鹽度的降低,將導(dǎo)致一些河口類型如尖刺菱形藻等生長迅速,在2008—2011年夏季的調(diào)查中均成為網(wǎng)采浮游植物群落中的優(yōu)勢種,對整個渤海灣的浮游植物群落結(jié)構(gòu)影響較大。

      營養(yǎng)鹽是浮游植物生長過程中的必需元素,渤海浮游植物群落是營養(yǎng)鹽的主要“生物反應(yīng)器”,對渤海的生物地球化學(xué)過程有重要的影響[24],渤海灣由于污染比較嚴(yán)重,富營養(yǎng)化已是普遍存在的問題[25-26],富營養(yǎng)化導(dǎo)致浮游植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,硅藻數(shù)量減少,鞭毛藻類數(shù)量增多,生物多樣性減少,赤潮更易爆發(fā),赤潮爆發(fā)后由于藻類的大量死亡,有機物大量消耗水體中的溶解氧,從而使底層水體處于低氧或厭氧的狀態(tài)。根據(jù)歷史調(diào)查資料,渤海在1982年和1998年的氮磷比分別為1.6和16.2,硅氮比分別為13.2和1.32。在近5 a調(diào)查中,渤海灣氮磷比平均值為52.34,硅氮比平均值為1.02,已有研究表明[27],對于磷的競爭導(dǎo)致群落中大細(xì)胞的硅藻被綠藻所代替而對于硅的競爭則導(dǎo)致群落中大細(xì)胞的硅藻為大細(xì)胞甲藻所替換。渤海灣氮磷比例較高,無機氮污染比較嚴(yán)重,而硅氮比例的降低則導(dǎo)致大細(xì)胞甲藻的生長,例如三角角藻和梭角藻等大細(xì)胞甲藻的生長,甲藻在浮游植物細(xì)胞豐度中所占比例越來越高。

      表6 2008—2012年浮游植物細(xì)胞豐度及相關(guān)環(huán)境參數(shù)的積矩Pearson相關(guān)系數(shù)Table6 The pearson correlation coefficient of phytoplankton abundance and environmental factors during the surveys from2008to2012

      3 結(jié) 論

      1)2008—2012年夏季渤海灣天津近岸海域網(wǎng)采浮游植物群落鑒定出浮游植物3門29屬59種(不包括未定名種),其中硅藻門18屬45種,占種類組成的76.3%,甲藻門10屬13種,占種類組成的22.0%,金藻門1種。

      2)2008—2012年夏季渤海灣天津近岸海域網(wǎng)采浮游植物群落優(yōu)勢種主要為叉狀角藻、格氏圓篩藻、尖刺菱形藻、瓊氏圓篩藻、中肋骨條藻、巨圓篩藻、克尼角毛藻、浮動彎角藻和旋鏈角毛藻,優(yōu)勢種主要為廣溫廣鹽近岸性種,少數(shù)暖溫帶及偏暖性大洋性種類也有分布,另外半咸水指標(biāo)性種克尼角毛藻在2011年成為優(yōu)勢種,這可能主要與天津近岸海域河流較多,夏季降水豐富有關(guān)。

      3)2008—2012年夏季渤海灣天津近岸海域網(wǎng)采浮游植物豐度變化范圍為(106.99~87 731.4)×104個/m3,平均值為18 084.03×104個/m3,與1983年同期歷史資料相比,近5 a渤海灣浮游植物細(xì)胞豐度明顯增加,浮游植物細(xì)胞豐度的分布主要取決于硅藻的分布。

      4)從浮游植物群落聚類分析上看,浮游植物物種和細(xì)胞豐度呈團塊狀分布,對群落聚類影響較大的種為叉狀角藻、格氏圓篩藻、尖刺菱形藻、中肋骨條藻、中華齒狀藻、泰晤士旋鞘藻、瓊氏圓篩藻、浮動彎角藻、三角角藻、夜光藻、星臍圓篩藻、佛氏海線藻、虹彩圓篩藻、丹麥細(xì)柱藻和旋鏈角毛藻。

      5)2008—2012年夏季渤海灣天津近岸海域網(wǎng)采浮游植物群落多樣性指數(shù)變化范圍為1.44~2.69,平均為1.91,低于歷史同期調(diào)查數(shù)據(jù),說明近5 a夏季渤海灣浮游植物群落中某些種類大量繁殖,群落中形成明顯的優(yōu)勢類群,極易引發(fā)赤潮。

      6)近5 a夏季渤海灣天津近岸海域網(wǎng)采浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化是多個環(huán)境因子共同影響的結(jié)果,近5 a夏季渤海灣網(wǎng)采浮游植物細(xì)胞豐度及其分布主要與Chl-a含量、水溫、鹽度、化學(xué)需氧量和營養(yǎng)鹽關(guān)系密切。

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