南麂列島海域春秋季網采浮游植物群落結構特征*

王 瑜，劉錄三，林巋璇，蔡文倩，朱延忠，夏 陽

(中國環(huán)境科學研究院，國家環(huán)境保護河口與海岸帶環(huán)境重點實驗室，北京 100012)

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南麂列島海域春秋季網采浮游植物群落結構特征*

王 瑜，劉錄三**，林巋璇，蔡文倩，朱延忠，夏 陽

(中國環(huán)境科學研究院，國家環(huán)境保護河口與海岸帶環(huán)境重點實驗室，北京 100012)

【目的】研究浙江南麂列島海洋自然保護區(qū)浮游植物群落結構特征及其與環(huán)境的關系，為評價該海域生態(tài)環(huán)境質量的現(xiàn)狀及其變化趨勢提供科學依據?！痉椒ā恳?013年11月和2014年5月對該保護區(qū)28個站位的調查數據為基礎，分析浮游植物的種類組成，以及細胞豐度、優(yōu)勢度指數、多樣性指數、綜合富營養(yǎng)化指數等?！窘Y果】南麂列島多數水體處于富營養(yǎng)狀態(tài)。春季調查共發(fā)現(xiàn)浮游植物2門24種(屬)，秋季調查共發(fā)現(xiàn)浮游植物2門22種(屬)；物種組成以廣溫性近岸種為主，主要優(yōu)勢種為甲藻和硅藻。春季調查中夜光藻(Noctilucas cintillans)、圓篩藻屬(Coscinodiscus sp.)和海鏈藻屬(Thalassiosira sp.)成為優(yōu)勢類群；秋季調查中具槽帕拉藻(Paralia sulcata)成為優(yōu)勢類群。【結論】南麂列島浮游植物群落在近二十年來物種數及豐度均發(fā)生了一定程度的變化：物種數大幅減少，春秋季平均豐度上升。

浮游植物 南麂列島 群落結構 環(huán)境因子

0 引言

【研究意義】南麂列島國家級海洋自然保護區(qū)位于浙江平陽縣東南海域，總面積為201.06 km2，其中陸域面積為11.13 km2，海域面積為189.93 km2。是我國首批五個國家級海洋類型自然保護區(qū)之一，也是我國第一個納入聯(lián)合國教科文組織世界生物圈保護區(qū)網絡的海洋類型自然保護區(qū)。近年來，由于高速發(fā)展的旅游業(yè)、水產養(yǎng)殖業(yè)以及頻繁的人類活動，造成南麂列島海域的營養(yǎng)鹽結構發(fā)生了一定程度的改變，春季赤潮頻發(fā)，對該保護區(qū)海域的漁業(yè)生產和資源造成重大破壞和經濟損失，嚴重影響該海域海洋生態(tài)環(huán)境[1-4]。全面而深入地研究該海域浮游植物的群落及其與環(huán)境的關系，對實現(xiàn)典型海洋保護區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務功能的價值評估、保持漁業(yè)資源充足穩(wěn)定、制訂環(huán)境管理策略等具有重要的應用前景和學術價值[5]?！厩叭搜芯窟M展】作為海洋生態(tài)系統(tǒng)的初級生產者，浮游植物通過物質循環(huán)和能量流動，共同維持著海洋生態(tài)系統(tǒng)的機構功能，并且對海洋生態(tài)環(huán)境的變化具有指示作用[6-8]。自20世紀80年代以來，我國學者對南麂列島海域的底棲生物、潮間帶生物、細菌分布及污染生態(tài)等進行過大量的研究和調查工作[9-13]，但對浮游植物群落結構的研究起步較晚，關于南麂列島浮游植物和環(huán)境因子關系的研究也很少。生物群落多樣性是指生物群落在組成、功能、結構、和動態(tài)方面所表現(xiàn)出的差異。生物多樣性的研究在于認識生物群落的結構與功能，多樣性指數和物種多度分布格局的研究對于水域環(huán)境監(jiān)測與評價生態(tài)環(huán)境狀況方面都具有較大的價值[14]?！颈狙芯壳腥朦c】系統(tǒng)了解南麂列島海洋自然保護區(qū)海域浮游植物的群落結構狀況，并深入探討其與環(huán)境因子的相互作用，為評價該海域生態(tài)環(huán)境質量的現(xiàn)狀及其變化趨勢以及海洋經濟可持續(xù)發(fā)展提供科學依據?！緮M解決的關鍵問題】于2013年11月和2014年5月在南麂列島海域進行28個站位的浮游植物調查。同時結合相關歷史資料，分析浮游植物的種類組成，以及細胞豐度、優(yōu)勢度、多樣性指數等，探討南麂列島海域浮游植物的變化原因。

1 材料與方法

1.1 調查站位及采樣方法

于2013年秋季(11月)和2014年春季(5月)在南麂列島國家級海洋自然保護區(qū)海域進行水文、化學和生物的綜合調查，本次調查共設28個采樣站點，調查區(qū)域及站位設置見圖1。

圖1 南麂列島海域生態(tài)調查站位

浮游植物采樣利用淺Ⅲ型浮游生物網(網口直徑37 cm，網口面積0.1 m2，網目孔徑77 μm)自底至表垂直拖網采集，樣品用5%甲醛固定和保存，浮游植物樣品經沉淀、濃縮，實驗室內鏡檢計數。樣品的采集、處理以及數據處理均嚴格按照《海洋調查規(guī)范-第六部分海洋生物調查》(GB/T 12763.6—2007)執(zhí)行。

環(huán)境參數樣品采集方法：水質參數水深、溫度(T)、鹽度(Sal)、氧化還原電位、濁度、pH值的測定由船載YSI 6600設備完成；每站取1.5 L水樣1瓶以測定葉綠素a、硝酸鹽及銨鹽，取500 mL水樣3瓶，其中一瓶加2～3滴硝酸(2%)冷凍保存以測定水體中的重金屬含量，一瓶用玻璃瓶封裝并加2～3滴硫酸用以測定石油類，一瓶用以測定磷酸鹽、化學需氧量(CODMn)等營養(yǎng)鹽含量。具體采集及測定方法詳見GB/T 12763.4—2007。

1.2 數據處理和分析

1.2.1 水體營養(yǎng)狀態(tài)計算

采用綜合指數評價法進行評價，該方法是根據水體化學需氧量、無機氮(DIN)、無機磷濃度間的相互關系，指數≥1為富營養(yǎng)化，指數值越高，水體的富營養(yǎng)化程度越嚴重。具體計算方法[15-16]如下:

E=(CCOD×CDIN×CPO4-P)×106/4500。

式中：E為富營養(yǎng)化判斷值，E≥1時表明水域已經呈現(xiàn)富營養(yǎng)化的特征；CCOD為化學需氧量的測定濃度，mg/L；CDIN為無機氮的測定濃度，mg/L；CPO4-P為活性磷酸鹽的測定濃度，mg/L。

1.2.2 多樣性指數及優(yōu)勢度分析

選用Shannon-Wiener多樣性指數(H′)、Pielou均勻度指數(J)、Margalef豐富度指數(d)、優(yōu)勢度指數(Y)來研究浮游植物群落的結構特征。計算公式如下：

Y=(ni/N)*fi。

式中，S為樣方中的種數；Pi為樣方中第i種所占的比例。Y為浮游植物優(yōu)勢度指數，%；ni為第i種的總個體數，個；N為樣方中的個體總數，個；fi為該物種在各調查站位中的出現(xiàn)頻率，%。當物種的優(yōu)勢度Y>0.02時，該種即為優(yōu)勢種。

數據統(tǒng)計和分析均在PRIMER V6軟件[17]中完成。

1.2.3 浮游植物與環(huán)境因子相關分析

對調查區(qū)域28個站位的水溫、鹽度、pH值、溶解氧(DO)、NO3-N、NO2-N、NH4-N、PO4-P、CODMn、石油類等10個環(huán)境參數進行Pearson分析。

2 結果與分析

2.1 浮游植物種類組成及分布

兩次調查共發(fā)現(xiàn)浮游植物2門35種(屬)。其中春季調查共發(fā)現(xiàn)浮游植物2門24種(屬)，硅藻門占絕對優(yōu)勢，為20種(屬)，占種類組成的83.33%；甲藻門4種(屬)，占種類組成的16.67%。秋季調查共發(fā)現(xiàn)浮游植物2門22種(屬)，其中硅藻門占絕對優(yōu)勢，為19種(屬)，占種類組成的86.36%；甲藻門3種(屬)，占種類組成的13.64%(圖2)。硅藻和甲藻是調查區(qū)海域浮游植物的主要組成物種，這與以往歷史調查資料一致[18]。

在春季調查發(fā)現(xiàn)的24種浮游植物中，有4種出現(xiàn)頻率大于60%，分別為短角角藻(Ceratium breve，出現(xiàn)頻率71.43%)、海鏈藻屬(Thalassiosira sp.，出現(xiàn)頻率82.14%)、夜光藻(Noctiluca scintillans，出現(xiàn)頻率100.00%)、圓篩藻屬(Coscinodiscus sp.，出現(xiàn)頻率100.00%)。在秋季調查發(fā)現(xiàn)的22種浮游植物中，有3種的出現(xiàn)頻率大于60%，分別為梭狀角藻(Ceratium fusus，出現(xiàn)頻率60.71%)、星臍圓篩藻(Coscinodiscus asteromphalus，出現(xiàn)頻率75.00%)、具槽帕拉藻(Paralia sulcata，出現(xiàn)頻率100.00%)。從南麂列島春秋季浮游植物優(yōu)勢度指數(表1)可以看出，春秋季調查區(qū)內浮游植物的優(yōu)勢現(xiàn)象較明顯。其中春季優(yōu)勢度指數大于2%的物種僅有3種，分別為夜光藻(81.82%)、圓篩藻屬(7.71%)、海鏈藻屬(3.44%)。硅藻在整個浮游植物群落中占有相當優(yōu)勢，但甲藻在整個浮游植物群落中也占有較大比例，尤其是赤潮種夜光藻的優(yōu)勢度指數最大，為81.82%，該物種在28個站位中都有出現(xiàn)，成為第一優(yōu)勢種。秋季優(yōu)勢度指數大于2%的物種僅有1種，為具槽帕拉藻(98.72%)，該物種在28個站位中都有出現(xiàn)，成為秋季唯一優(yōu)勢種。該次調查所得優(yōu)質種與2004年調查結果[4]相比發(fā)生了一定變化，海鏈藻屬取代三角角藻成為春季優(yōu)質種，具槽帕拉藻取代中肋骨條藻(Skeletonema costatum)、布氏雙尾藻(Ditylum brightwellii)、假彎角毛藻(Chaetoceros pseudocrinitus)、角毛藻屬(Chaetoceros sp.)成為秋季絕對優(yōu)勢種。

圖2 南麂列島海域春季(a)和秋季(b)浮游植物主要類群組成百分比

表1 南麂列島春秋季浮游植物優(yōu)勢度指數

2.2 浮游植物細胞豐度及多樣性

由圖3可知，南麂列島浮游植物數量在春秋兩季差異明顯。春季浮游植物的細胞豐度為0.07×103～0.64×103個/L，平均豐度為0.27×103個/L，不同站位間豐度變化較大。其中4,9,10,24號站浮游植物細胞豐度較大，主要是上述4個站位出現(xiàn)了大量的夜光藻，平均豐度達到0.52×103個/L，接近赤潮爆發(fā)標準。秋季浮游植物的細胞豐度為0.11×103～1.40×103個/L，平均豐度為0.63×103個/L，不同站位間豐度變化較大。其中2,26號站浮游植物細胞豐度較大，7,22號站浮游植物細胞豐度較小。

圖3 南麂列島春季(a)和秋季(b)浮游植物豐度分布

南麂列島春季浮游植物多樣性指數H′平均值為1.07，各站位在0.35～1.99波動，最大值出現(xiàn)在3號站，最小值出現(xiàn)在4號站；均勻度指數J平均值為0.45，各站位在0.12～0.76波動，最大值出現(xiàn)在26號站，最小值出現(xiàn)在4號站。南麂列島秋季浮游植物多樣性指數H′平均值為0.13，各站位在0.00～0.54波動，最大值出現(xiàn)在4號站，最小值出現(xiàn)在11,16號站；均勻度指數J平均值為0.06，各站位在0.02～0.22波動，最大值出現(xiàn)在10號站，最小值出現(xiàn)在27號站。南麂列島春秋季浮游植物多樣性指數與物種豐富度指數的空間分布趨勢較為一致，離岸區(qū)多樣性指數普遍高于島礁區(qū)。

2.3 環(huán)境狀況分析

南麂列島春秋季2個航次水體環(huán)境因子的取值范圍、均值見表2。南麂列島海域春秋季pH值及鹽度(Sal)變化不大，春季平均水溫(T)為18.92℃，秋季平均水溫為20.62℃，春季溶解氧(DO)含量、石油類含量及CODMn含量均符合國家二類海水水質的標準，秋季石油類含量和CODMn含量均符合國家三類海水水質的標準，秋季DO含量符合國家一類海水水質的標準，春季PO4-P含量符合國家四類海水水質的標準，秋季PO4-P含量符合國家一類海水水質的標準；春季DIN含量為0.096～0.789 mg/L，秋季DIN含量為0.184～0.541 mg/L，均超出國家四類海水水質的標準。

表2 南麂列島采樣站位環(huán)境因子

綜合指數評價法計算結果表明，南麂列島春季富營養(yǎng)化指數平均值為1.87，各站位在0.44～6.87波動，其中24個站位的富營養(yǎng)化指數大于1；秋季富營養(yǎng)化指數平均值為1.95，各站位在1.08～3.12波動，所有站位的富營養(yǎng)化指數大于1；春季富營養(yǎng)化指數平均值低于秋季。根據南麂列島各站位無機氮、活性磷酸鹽含量和N/P比值可知，春季9個站位存在氮限制(N/P比值小于8),6個站位存在磷限制(N/P比值大于30)，其他13個站位N/P為8～30；秋季絕大多數站位存在磷限制，只有12，16，17，27號站位N/P為8～30。

2.4 浮游植物與環(huán)境因子相關分析

根據表3和表4的相關分析結果可知，春秋季浮游植物細胞豐度與環(huán)境因子的相關性不明顯。

表3 南麂列島春季浮游植物豐度和環(huán)境因子的相關分析

表4 南麂列島秋季浮游植物豐度和環(huán)境因子的相關分析

3 討論

3.1 南麂列島浮游植物群落結構特征

通過對南麂列島春秋季浮游植物的調查得出，該海域內浮游植物種群分布存在一定時空差異。不同站位間浮游植物細胞豐度變化較大，且秋季細胞豐度較春季上升1.33倍，這主要是因為水溫變化導致浮游植物細胞新陳代謝的速率發(fā)生變化，對酶的活性、營養(yǎng)鹽吸收效率及細胞分裂周期等造成不同程度的影響[19]，本研究兩個月份中，5月南麂列島表層水溫為18.28～19.86℃，平均水溫為18.92℃，最低水溫出現(xiàn)在6號站，最高水溫出現(xiàn)在8號站；11月表層水溫為20.25～20.93℃，平均水溫為20.62℃，最低水溫出現(xiàn)在14號站，最高水溫出現(xiàn)在28號站。秋季平均水溫相比春季偏高1.7℃，有利于浮游植物的大量繁殖，因此浮游植物細胞豐度秋季高于春季。

通過與朱根海等[20]關于1990—1992年南麂列島海域浮游植物的調查資料進行比較可知，近二十年來，南麂列島浮游植物種類數及豐度發(fā)生了較大變化，優(yōu)勢類群依然為硅藻類不變。其中，浮游植物種類數由97種減少為35種，硅藻種類大幅減少；春季浮游植物豐度變化不大，由0.30×103個/L下降到0.27×103個/L，One-Sample Test分析表明差異不明顯(P=0.44)，秋季由0.33×103個/L上升到0.63×103個/L，One-Sample Test分析表明差異明顯(P=0.00)，春秋季平均豐度由0.31×103個/L上升到0.45×103個/L。該研究結果與其他數據間的可比性較差，表明南麂列島海域浮游植物物種數無規(guī)律大幅變化，除了由于采樣站位、采樣時水溫以及調查時海域赤潮發(fā)生狀況不同所引起的差別外，其他原因尚待進一步研究。

本次調查所得優(yōu)質種與2004年調查結果[4]相比發(fā)生了一定變化，海鏈藻屬取代三角角藻成為春季優(yōu)質種，具槽帕拉藻取代中肋骨條藻、布氏雙尾藻、假彎角毛藻、角毛藻屬成為秋季絕對優(yōu)勢種，這也在一定程度上說明南麂列島海域浮游植物群落結構發(fā)生了一定變化。這可能是因為南麂列島海域受到臺灣暖流、江浙沿岸流和外海深層上升流的季節(jié)影響，加之島上旅游經濟的快速發(fā)展，大量污染物通過陸源排放入海，全區(qū)營養(yǎng)鹽負荷發(fā)生改變，比較適合圓篩藻屬及赤潮藻的生長。

3.2 南麂列島浮游植物與環(huán)境因子相關分析

環(huán)境因子對不同海域、不同時期浮游植物群落結構和種類數量的影響存在差別：紀煥紅等[4]對南麂列島海域浮游植物生態(tài)特征研究證實，溫度與鹽度是影響該海域甲藻細胞豐度的主要環(huán)境因子；張震等[21]對珠江口及近海區(qū)浮游植物時空分布特征研究發(fā)現(xiàn)，夏季浮游植物豐度與磷酸鹽成顯著正相關；袁超等[22]通過研究2010—2011年深圳灣浮游植物群落結構發(fā)現(xiàn)，秋季浮游植物豐度與pH值、鹽度、DO呈顯著負相關，與營養(yǎng)鹽呈顯著正相關，春季浮游植物豐度與pH值、鹽度、DO呈負相關，與懸浮物、無機氮、活性硅、活性磷呈現(xiàn)顯著正相關。由于浮游植物生長繁殖與外界環(huán)境因素密切相關，其群落結構與數量的變化受到水溫、水深、鹽度、DO、海流及營養(yǎng)鹽的影響，其它未知的理化、生物因子也可能通過一定方式直接或間接影響到浮游植物數量，因此很難對浮游植物與上述因素之間的作用方式進行“量-效”關系分析。建議在今后的研究中，加大對東海海域及南麂列島的浮游生物、水文氣象特征及生態(tài)環(huán)境狀況的調查，結合室內模擬試驗，探索浮游植物數量變化的影響因子。

目前我國近岸海域富營養(yǎng)化評價方法尚停留在以營養(yǎng)鹽為基礎的第一代評價體系[23]，包括單因子評價法與綜合指數評價法，本研究采用綜合指數評價法對南麂列島的營養(yǎng)狀態(tài)進行評價。結果表明，春季富營養(yǎng)化指數平均值低于秋季，這與近年來的研究結果相符[24-25]，目前國內許多近岸海域水體富營養(yǎng)化程度秋季顯著高于春季；秋季各站位普遍存在磷限制現(xiàn)象，從而限制了浮游植物對氮磷營養(yǎng)鹽的有效利用，因此春季由水體富營養(yǎng)化而誘發(fā)赤潮爆發(fā)的可能性大于秋季。

4 結論

本研究采用綜合指數評價法對南麂列島的營養(yǎng)狀態(tài)進行評價，結果顯示：南麂列島海域水體處于富營養(yǎng)化水平，且秋季富營養(yǎng)化程度顯著高于春季。對南麂列島海域28個站位的浮游植物進行兩次調查，共發(fā)現(xiàn)浮游植物2門35種(屬)，硅藻和甲藻是調查區(qū)海域的主要物種，其中硅藻的種類和數量占有絕對優(yōu)勢。在生態(tài)類型上以溫帶近岸性物種為主，也有少數暖海性物種或大洋性物種。夜光藻、圓篩藻屬、海鏈藻屬成為春季優(yōu)勢種，其中夜光藻成為春季第一優(yōu)勢種，優(yōu)勢度指數達到0.82；具槽帕拉藻成為秋季優(yōu)勢種，優(yōu)勢度指數達到0.99。浮游植物群落多樣性指數和均勻度指數較低，夜光藻、具槽帕拉藻等個別赤潮種成為優(yōu)勢種，容易導致赤潮發(fā)生。

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(責任編輯：陸 雁)

Community Structure of Phytoplankton Sampled by Nets in Nanji Islands Sea Area in Spring and Autumn

WANG Yu，LIU Lusan，LIN Kuixuan，CAI Wenqian，ZHU Yanzhong，XIA Yang

(State Environmental Protection Key Laboratory of Eastuary and Coastal Environment，Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing，100012，China)

【Objective】This article studied the current status of phytoplankton community structures in Nanji Islands,Zhejiang Province and its relationships with environmental factors,to provide scientific support for assessment on the situation and development trend of the ecological environment quality of this marine area.【Methods】The species composition,density,dominance indices,the Shannon-Weiner diversity and the index of nutritional status assessment were analyzed based on the survey data of 28 stations in Nanji Islands in November,2013 and May,2014,respectively.【Results】The index of nutritional status assessment revealed that the majority of the Nanji Islands sea area was in the condition of eutrophication.24 phytoplankton species were identified in the spring and 22 species in the autumn with diatom and dinoflagellate dominated in both seasons.In the spring,Noctilucas cintillans,Coscinodiscus sp. and Thalassiosira sp.were the dominant species,while Paralia sulcata dominated in the autumn.【Conclusion】The species composition of the phytoplankton in Nanji Islands sea area has decreased significantly and the average abundance has increased,in comparison with the previous reports.

phytoplankton，Nanji Islands，community structure，environmental variables

2016-06-02

修回日期：2016-06-12

王 瑜(1985-)，男，工程師，碩士，主要從事水生態(tài)學研究。

*國家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項項目(201309007)和國家自然科學基金項目(41406160)資助。

**通訊作者：劉錄三(1975-)，男，研究員，博士，主要從事水生生態(tài)及生物監(jiān)測研究，E-mail:liuls@craes.org.cn。

網絡優(yōu)先數字出版時間：2016-09-13 【DOI】10.13656/j.cnki.gxkx.20160913.008

http://www.cnki.net/kcms/detail/45.1206.G3.20160913.0948.016.html

Q948.15

A

1005-9164(2016)04-0317-08

廣西科學Guangxi Sciences 2016,23(4):317～324