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      秦皇島海區(qū)浮游植物群落特征研究

      2020-12-28 02:12:58崔鐵峰崔彤彤魯玉蝶張蒙慕建東趙春龍
      河北漁業(yè) 2020年12期
      關(guān)鍵詞:浮游植物多樣性均勻度

      崔鐵峰 崔彤彤 魯玉蝶 張蒙 慕建東 趙春龍

      摘 要:通過(guò)2015年至2017年6個(gè)航次的調(diào)查,對(duì)秦皇島海域浮游植物進(jìn)行分析,進(jìn)而對(duì)目標(biāo)海域浮游植物的種類組成、細(xì)胞密度、多樣性、均勻度、豐富度等群落特征及其變化進(jìn)行了研究。調(diào)查共發(fā)現(xiàn)3門(mén)9目79種浮游植物,其中絕大部分為硅藻(6目73種)。進(jìn)一步的計(jì)算發(fā)現(xiàn),在2016年8月的樣品中,浮游植物的多樣性顯著小于同年5月份,同時(shí)也顯著小于臨近兩年8月份浮游植物的多樣性和豐富度數(shù)據(jù);而在浮游植物均勻度的調(diào)查中,結(jié)果顯示,這三年的浮游植物均勻度呈逐年上升的趨勢(shì)。

      關(guān)鍵詞:秦皇島海域;浮游植物;多樣性;豐富度;均勻度

      中圖分類號(hào):Q9

      浮游植物作為水生態(tài)系統(tǒng)重要的組成部分,其群落組成和變化與水環(huán)境條件密切相關(guān),因此可以揭示取樣水域水環(huán)境的變化。浮游植物物種豐富度與群落生物量的關(guān)系隨季節(jié)變化,春季和冬季為正相關(guān);夏季為負(fù)相關(guān)[1]。在對(duì)大亞灣的浮游植物研究中,發(fā)現(xiàn)了水體中的N、P、N/P、環(huán)流是影響浮游植物的主要因素[2]。在對(duì)白洋淀的浮游植物研究中,研究人員應(yīng)用RDA研究浮游植物與環(huán)境因子的關(guān)系時(shí),發(fā)現(xiàn)水體的水溫、透明度和高錳酸鉀指數(shù)是影響白洋淀水域浮游植物的主要因素[3]。為了解秦皇島海區(qū)水環(huán)境變化情況,2015-2017年,對(duì)該海域浮游植物進(jìn)行調(diào)查分析。

      1 材料與方法

      1.1 站位布設(shè)

      見(jiàn)圖1。

      1.2 調(diào)查時(shí)間

      采集樣品的時(shí)間為2015、2016和2017年的春季(5月)和秋季(8月)。

      1.3 采樣分析方法

      采樣方法按照《海洋調(diào)查規(guī)范》[4]進(jìn)行,使用小型浮游植物網(wǎng)在每個(gè)調(diào)查站位自底至表垂直拖網(wǎng)1次。采集的樣品使用5%甲醛固定和保存。結(jié)合《浮游植物手冊(cè)》[5]等圖書(shū)資料,進(jìn)行浮游植物的種類鑒定和計(jì)數(shù)。

      1.4 浮游植物生物多樣性評(píng)價(jià)方法

      1.4.1 浮游植物的多樣性指數(shù)(H')? 多樣性指數(shù)用來(lái)反映群落中種類多樣性的情況。本研究采用香農(nóng)—韋弗(Shannon-Weaver,1963)多樣性指數(shù):

      式中:H'為多樣性指數(shù); S為樣品中種類總數(shù);Pi為第i種的個(gè)數(shù)(ni)與總個(gè)體(N)之間的比值。

      多樣性指數(shù)(H')是可以反映樣品信息含量的一個(gè)指數(shù),Shannon-Weave生物多樣性指數(shù)是種類數(shù)和種類中個(gè)體分配上的均勻性指標(biāo)。一般來(lái)說(shuō),正常的水環(huán)境下,該指數(shù)較高;當(dāng)環(huán)境受到污染破壞時(shí),指數(shù)下降。

      1.4.2 浮游植物的豐富度(D) 豐富度可以反應(yīng)群落中物種數(shù)目的多少,計(jì)算公式如下:

      式中:D為豐富度;S為樣品中種類總數(shù);ρ為站點(diǎn)的總密度。

      一般來(lái)說(shuō),環(huán)境的惡化會(huì)導(dǎo)致群落的豐富度下降,即D值會(huì)下降。

      1.4.3 浮游植物的均勻度(J)? 采用的是Pielou均勻度評(píng)價(jià)法,計(jì)算公式如下:

      式中:H'為生物多樣性指數(shù);S為代表種類。

      J值范圍在0~1之間,J值越大,說(shuō)明種間個(gè)體數(shù)分布越均勻;J值越小,反應(yīng)種間個(gè)體數(shù)分布欠均勻。一般來(lái)說(shuō),環(huán)境遭受污染往往導(dǎo)致中間個(gè)體分布差異變大,即J值會(huì)變小。

      2 結(jié)果

      2.1 浮游植物密度的比較

      2.1.1 同一年5月份和8月份的密度比較 根據(jù)計(jì)算并結(jié)合圖2可知,2015年8月相比于5月,在本次所調(diào)查的18個(gè)站點(diǎn)中,浮游植物的密度數(shù)據(jù)并無(wú)顯著性差異(P=0.49),即8月份和5月份相比各個(gè)站點(diǎn)的浮游植物密度變化不大;同樣的在2016年和2017年的計(jì)算中,結(jié)果顯示這兩年8月份和5月份相比的浮游植物密度水平也不存在顯著性差異(P=0.11,P=0.84),即這三年8月份和5月份的浮游植物密度均無(wú)明顯變化。

      2.1.2 相鄰兩年同一月份密度比較 根據(jù)計(jì)算并結(jié)合圖3 、圖4可知,2016年5月相比2015年5月,調(diào)查的18個(gè)站點(diǎn)的浮游植物的密度無(wú)明顯差異(P=0.34),2016年8月相比2015年8月,調(diào)查站點(diǎn)的浮游植物密度也無(wú)明顯差異(P=029),即2016年的5月份和8月份和上一年相比浮游植物密度的變化并不大。同樣,在2016—2017年兩個(gè)月份的比較中,結(jié)果顯示這兩組數(shù)據(jù)也不存在明顯的差異,即浮游植物密度的變化并不大。

      2.2 浮游植物多樣性的比較

      2.2.1 同一年5月份和8月份的浮游植物多樣性比較 2015年的8月相比5月,綜合對(duì)18個(gè)站點(diǎn)浮游植物多樣性的計(jì)算和圖5,這兩個(gè)月份的多樣性數(shù)據(jù)存在極顯著性差異(P= 0.01),結(jié)合進(jìn)一步分析我們可以發(fā)現(xiàn),8月份浮游植物的多樣性數(shù)據(jù)明顯大于5月份;2016年8月相比5月,兩個(gè)月的多樣性數(shù)據(jù)也存在極顯著性差異(P= 0.01),進(jìn)一步分析表明,5月份的植物多樣性明顯大于8月;2017年8月相比5月,多樣性存在極顯著差異(P=0.01),即8月份多樣性要明顯大于5月份的多樣性。

      2.2.2 相鄰兩年同一月份多樣性比較 對(duì)比相鄰兩年5月份浮游植物多樣性情況:2016年相比2015年,兩組數(shù)據(jù)顯示并無(wú)顯著差異(P=0.99),2017年相比2016年,兩組數(shù)據(jù)顯示無(wú)顯著差異(P= 0.24),如圖6;對(duì)比相鄰兩年8月份浮游植物多樣性情況:2016年相比2015年,兩組數(shù)據(jù)存在極顯著差異(P=0.01),結(jié)合對(duì)于圖7的分析可知,2015年各站點(diǎn)浮游植物的多樣性要明顯大于2016年。2017年相比2016年,兩組數(shù)據(jù)存在顯著差異(P=0.03),結(jié)合對(duì)于數(shù)據(jù)的分析,可以發(fā)現(xiàn)2017年8月各站點(diǎn)浮游植物的多樣性要明顯大于2016年8月的浮游植物多樣性水平。

      2.3 浮游植物豐富度的比較

      2.3.1 同一年5月份和8月份浮游植物的豐富度對(duì)比 由計(jì)算并結(jié)合圖8可知,在2015和2016年這兩年的調(diào)查中,同年8月份相比5月份這兩組數(shù)據(jù)無(wú)顯著性差異(P=0.66,P=0.06);而在對(duì)2017年調(diào)查結(jié)果的計(jì)算中,8月相比5月兩組數(shù)據(jù)顯示出了極顯著差異(P=0.01),8月份的豐富度要明顯大于5月份的豐富度數(shù)據(jù)。

      2.3.2 相鄰兩年同一月份浮游植物豐富度的比較 對(duì)相鄰兩年5月份浮游植物豐富度的比較:計(jì)算結(jié)果顯示,2015和2016這兩年各個(gè)站點(diǎn)浮游植物的豐富度不存在顯著差異(P=0.83),而2017年5月和2016年5月這兩組數(shù)據(jù)存在顯著差異(P=0.03),并由圖9可見(jiàn)2016年的豐富度要明顯大于2017同時(shí)期的豐富度水平;對(duì)比相鄰兩年8月份浮游植物的豐富度:結(jié)果顯示2016年8月與2015、2017年8月均存在顯著差異(P=002,P=0.01),結(jié)合對(duì)圖10的分析,2015和2017年8月各站點(diǎn)的浮游植物豐富度都顯著大于2016年8月各站點(diǎn)計(jì)算出浮游植物的豐富度水平。

      2.4 浮游植物的均勻度對(duì)比

      2.4.1 同一年5月份和8月份浮游植物均勻度的對(duì)比 由計(jì)算可知在2015、2016和2017這三年的兩次調(diào)查中,每一年的8月份浮游植物均勻度的數(shù)據(jù)和5月份浮游植物均勻度的數(shù)據(jù)間均不存在顯著差異(P=0.06,P=0.14,P=0.77),即這三年每一年的5月份和8月份浮游植物的均勻度數(shù)據(jù)相差不大(如圖11所示)。

      2.4.2 相鄰兩年同一月份浮游植物均勻度的對(duì)比 對(duì)相鄰兩年5月份浮游植物均勻度的比較:在2016年和2015年、2017年和2016年兩兩比較中,計(jì)算結(jié)果和圖12表示這三組數(shù)據(jù)相鄰之間不存在顯著性差異(P= 0.45,P= 0.69);而在對(duì)相鄰兩年8月份浮游植物均勻度的比較中,計(jì)算并結(jié)合圖13可知,2016年和2015年相比,兩組數(shù)據(jù)間存在極顯著差異(P= 0.01),即2015年浮游植物的均勻度要明顯大于2016年的調(diào)查數(shù)據(jù),同時(shí)結(jié)果顯示2017年和2016年相比存在顯著性差異(P= 0.04),即2017年浮游植物的均勻度要大于2016年的調(diào)查數(shù)據(jù)。

      2.5 總結(jié)

      從浮游植物密度上看,本次調(diào)查的海區(qū),在2015—2017年的這三年中浮游植物密度水平整體保持穩(wěn)定,無(wú)論是每一年的春季和秋季相比還是相鄰兩年同一月份之間相比,結(jié)果均表明不存在顯著性差異。

      從浮游植物多樣性來(lái)看,這三年每一年的5月和8月之間,浮游植物多樣性均存在極顯著差異,2015年和2017年8月的多樣性要顯著大于5月的多樣性,2016年則是5月大于8月,而在不同年份之間的比較中又發(fā)現(xiàn)2016年8月的多樣性又明顯小于2015年和2017年。由此可以推斷,2016年8月的浮游植物多樣性顯著低于預(yù)期的正常值。

      從浮游植物豐富度來(lái)看,2017年8月的豐富度較之5月有明顯的提高,2016年8月的豐富度顯著小于5月,同時(shí)2016年8月的浮游植物豐富度相比2015和2017年也有明顯的降低。由此可以推斷,2016年8月的浮游植物豐富度顯著低于預(yù)期的正常值。

      從浮游植物均勻度上看,2015—2017年每一年的5月和同年8月相比都不存在顯著性差異,同時(shí)相鄰兩年的5月份浮游植物均勻度數(shù)據(jù)之間也不存在顯著性差異。而相鄰兩年8月份的均勻度數(shù)據(jù)則有顯著的差異性,具體表現(xiàn)為2016年8月的浮游植物均勻度明顯大于2015年8月,而2017年8月的浮游植物均勻度又明顯大于2016年8月的數(shù)據(jù),即2015-2017這三年每年8月的均勻度呈上升趨勢(shì)。

      3 討論

      結(jié)合《2015年北海區(qū)海洋環(huán)境公報(bào)》[6]和《2016年北海區(qū)海洋環(huán)境公報(bào)》[7]的通報(bào)內(nèi)容和2017年公開(kāi)的相關(guān)信息,我們了解到,在2016年全年共計(jì)發(fā)生10次赤潮,較之2015年雖然赤潮的面積有所減少,但次數(shù)明顯增多。同時(shí)發(fā)現(xiàn)在赤潮爆發(fā)期間,其中引發(fā)赤潮的生物種類有明顯增多的趨勢(shì)。群落多樣性作為表征群落特征和群落穩(wěn)定性的重要參數(shù)[8],雖然本次調(diào)查中未發(fā)現(xiàn)2016年浮游植物密度顯著變大,但浮游植物多樣性和豐富度的顯著差異可以充分表明赤潮對(duì)于當(dāng)?shù)睾^(qū)浮游植物的影響。較多頻次的赤潮造成2016年8月份浮游植物的多樣性顯著下降,同時(shí)因?yàn)槌喑奔邪l(fā)生于6、7月份,期間赤潮藻類的大肆增殖,侵占了其他浮游植物的生存資源。這就造成只有2016年8月出現(xiàn)了浮游植物多樣性顯著低于5月的情況,同時(shí)也造成了2016年8月的浮游植物豐富度顯著低于2015年和2017同時(shí)期的浮游植物豐富度。而我們還可以發(fā)現(xiàn),這三年浮游植物的均勻度呈逐年上升的趨勢(shì),表明浮游植物群落整體的質(zhì)量在不斷改善。正如《2017年中國(guó)海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》[9]中所描述的,隨著近幾年國(guó)家對(duì)于海洋環(huán)境關(guān)注度越來(lái)越高,對(duì)海洋污染治理投入了更多的人力和物力,整體海洋的生態(tài)環(huán)境狀況穩(wěn)中向好,海洋質(zhì)量總體上在慢慢改善,生物多樣性在恢復(fù),生態(tài)系統(tǒng)健康狀況趨于好轉(zhuǎn)。

      參考文獻(xiàn):

      [1]

      田旺. 湖泊浮游生物群落對(duì)環(huán)境和生物多樣性的響應(yīng)機(jī)制[D]. 北京:華北電力大學(xué), 2017.

      [2] 孫翠慈, 王友紹, 孫松, 等. 大亞灣浮游植物群落特征[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, (12): 3948-3958.

      [3] 劉存歧, 孔祥玲, 張治榮,等. 基于RDA的白洋淀浮游植物群落動(dòng)態(tài)特征分析[J]. 河北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016, 36(03): 278-285.

      [4] 國(guó)家海洋局第三海洋研究所. 海洋調(diào)查規(guī)范 第6部分:海洋生物調(diào)查: GB/T 12763.6-2007 [S]. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2007: 172.

      [5] HASLE G,SOURNIA A. Phytoplankton Manual,Monographs on Oceanographic Methodology [M]. Paris: United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization(UNESCO), 1978:337.

      [6] 國(guó)家海洋局北海分局. 2015年北海區(qū)海洋環(huán)境公報(bào) [EB/OL]. (2016-08-16)[2020-07-15]. http://ncs.mnr. gov.cn//n1/upload/180202105853714350/180912102211881242.pdf.

      [7] 國(guó)家海洋局北海分局. 2016年北海區(qū)海洋環(huán)境公報(bào) [EB/OL].(2017-06-30)[2020-07-15]. http://ncs.mnr. gov.cn/n1/n128/n298/191213130046117253.html.

      [8] 姜珊, 陳燕珍, 劉希剛,等. 2011年遼寧東港赤潮監(jiān)控區(qū)浮游植物群落結(jié)構(gòu)特征 [J]. 海洋通報(bào), 2012, 31(04): 421-425.

      [9] 國(guó)家海洋局北海分局. 2017年北海區(qū)海洋環(huán)境公報(bào) [EB/OL].(2018-09-10)[2020-07-15].http:// ncs. mnr. gov. cn//n1/upload/180910124335342872/180910124352221674.pdf.

      (收稿日期:2020-9-18;修回日期:2020-11-26)

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