平潭近岸海域春、夏季浮游植物特征及其與環(huán)境因子相關(guān)性分析

鄒雙燕

(平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展服務(wù)中心，福建 福州 350004)

平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)位于福建省東部沿海，介于119°32′E～120°10′E、25°15′N～25°45′N之間[1]，處于臺(tái)灣海峽南北交通要沖，四面臨海，島嶼眾多，海岸線蜿蜒曲折，總長408.73 km，由大小126個(gè)島嶼和167個(gè)巖礁組成，總面積370.90 km2，海域面積6 064 km2。眾多的島礁群為海洋生物棲息、繁殖、附著提供良好場(chǎng)所，平潭島是全國第五大島、福建省第一大島[2]。近年來，福建海域赤潮的發(fā)生對(duì)海洋環(huán)境、海水養(yǎng)殖業(yè)以及人民的身體健康與安全造成了極大的威脅。福建沿岸海域赤潮的多發(fā)期主要在春、夏季的4—7月，高發(fā)期在5—6月。水溫是引發(fā)赤潮最重要的環(huán)境因子。春、夏季的水溫是許多赤潮生物生長的最適溫度，尤其在春季，氣候多變，水溫的突然升高和降雨后鹽度的降低容易刺激赤潮生物的生長而引發(fā)赤潮[3]，因此對(duì)包含赤潮生物在內(nèi)的浮游植物生態(tài)特征及其與環(huán)境影響因子相關(guān)性分析具有十分重要的意義。利用浮游植物群落結(jié)構(gòu)的變化來評(píng)價(jià)水質(zhì)在國內(nèi)外已得到廣泛的應(yīng)用[4]，同時(shí)環(huán)境條件的改變也可直接或間接地影響浮游植物的群落結(jié)構(gòu)[5]。因此，本文根據(jù)2021年4—6月平潭近岸海域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)浮游植物種類組成、細(xì)胞密度和多樣性特點(diǎn)及其與環(huán)境因子的相關(guān)性進(jìn)行了分析，以期為漁業(yè)生態(tài)資源的可持續(xù)發(fā)展、赤潮的早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)警、赤潮應(yīng)急處置等方面提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料和方法

1.1 監(jiān)測(cè)時(shí)間與站位布設(shè)

2021年4—6月，根據(jù)平潭海域狀況和養(yǎng)殖情況，在相關(guān)海域布設(shè)6個(gè)監(jiān)測(cè)站位(CCPT01～CCPT06)進(jìn)行包含赤潮生物在內(nèi)的浮游植物監(jiān)測(cè)定量、定性分析，每周監(jiān)測(cè)2次，分別于周一、周四進(jìn)行。站位編號(hào)及經(jīng)緯度如表1所示，站位布設(shè)如圖1所示。

表1 站位編號(hào)及經(jīng)緯度

1.2 樣品采集與處理

浮游植物樣品在每個(gè)站位采集水樣500 mL，加入碘液進(jìn)行固定，在實(shí)驗(yàn)室按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第7部分：近海污染生態(tài)調(diào)查和生物監(jiān)測(cè)》(GB 17378.7—2007)[6]使用光學(xué)顯微鏡通過濃縮計(jì)數(shù)法進(jìn)行分析，根據(jù)相關(guān)浮游植物著作文獻(xiàn)[7-10]方法進(jìn)行鑒定。同步進(jìn)行葉綠素a的測(cè)定和水質(zhì)項(xiàng)目的采集、分析。葉綠素a的測(cè)定按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第7部分：近海污染生態(tài)調(diào)查和生物監(jiān)測(cè)》(GB 17378.7—2007)[6]分光光度計(jì)法進(jìn)行。水質(zhì)項(xiàng)目的采集和分析按照《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范 第4部分：海水分析》(GB 17378.4—2007)[11]進(jìn)行，監(jiān)測(cè)指標(biāo)有水溫(WT)、鹽度(SAL)、pH、溶解氧(DO)等。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

對(duì)浮游植物的種類組成、數(shù)量變化、優(yōu)勢(shì)種、生態(tài)指數(shù)進(jìn)行分析，相關(guān)計(jì)算公式如下：

1)浮游植物數(shù)量(N)：N=nV′/VV″

式中，N為每升水樣的藻類細(xì)胞數(shù)(個(gè)/L)；n為取樣計(jì)數(shù)所得的細(xì)胞數(shù)(個(gè))；V′為水樣濃縮的體積(mL)；V為采水量(L)；V″為取樣計(jì)數(shù)的體積(mL)。

本次調(diào)查以Shannon-Wiener生物多樣性指數(shù)來評(píng)判平潭綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)近岸海域海洋生物多樣性狀況，詳見表2。

表2 生物多樣性指標(biāo)等級(jí)[12]

上述2)～5)中，Pi為第i種的個(gè)體數(shù)量與樣品總數(shù)量的比值；S為樣品的總種類數(shù)；N為樣品的總個(gè)體數(shù)；ni為第i種的個(gè)體數(shù)量；fi為第i種在各個(gè)樣品中出現(xiàn)的頻率。當(dāng)物種優(yōu)勢(shì)度Y≥0.02時(shí)，該種為優(yōu)勢(shì)種[6]。

采用SPSS軟件對(duì)浮游植物細(xì)胞密度與環(huán)境因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 浮游植物種類組成

平潭近岸海域2021年4—6月共鑒定出浮游植物4門130種，其中硅藻門(Bacillariophyta)105種，占總種類數(shù)的81%；甲藻門(Pyrrophyta)20種，占15%；金藻門(Chrysophyta)4種，占3%；藍(lán)藻門(Cyanophyta)1種，占1%。水采樣品中浮游植物種類數(shù)6月>5月>4月。4月浮游植物種類數(shù)最少，為59種，其中硅藻門42種，占總種類數(shù)的71%，甲藻門13種，占22%；金藻門3種，占5%；藍(lán)藻門1種，占2%。5月浮游植物75種，其中硅藻門(54種、72%) >甲藻門(18種、24%) >金藻門(3種、4%)。6月浮游植物種類數(shù)最多，為92種，其中硅藻門最多，為77種，占84%；其次為甲藻門14種，占15%；藍(lán)藻門僅有1種，占1%。結(jié)果表明，硅藻在平潭海域浮游植物種類中均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。浮游植物種類數(shù)量分布見表3，浮游植物種類組成見圖2。

表3 平潭海域浮游植物種類數(shù)量

利用浮游植物種類對(duì)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，一般認(rèn)為金藻門種類的大量出現(xiàn)表示水體處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，隱藻門種類代表貧、中營養(yǎng)水體，甲藻門種類代表中營養(yǎng)水體，硅藻門種類代表中、富營養(yǎng)水體，硅藻門和綠藻門代表富營養(yǎng)水體，綠藻門和藍(lán)藻門代表重富營養(yǎng)水體[13]。平潭海域硅藻門占比達(dá)81%，從藻類組成來看，平潭島近岸海域可能出現(xiàn)水體富營養(yǎng)化，而水體富營養(yǎng)化可能是誘發(fā)浮游植物赤潮的基礎(chǔ)原因，應(yīng)引起重視。

2.2 浮游植物細(xì)胞密度分布

平潭近岸海域浮游植物細(xì)胞密度CCPT01站位介于2.40×104～2.10×105個(gè)/L之間，平均值為9.60×104個(gè)/L；CCPT02站位介于2.17×104～1.96×105個(gè)/L之間，平均值為9.26×104個(gè)/L；CCPT03站位介于2.45×104～1.22×105個(gè)/L之間，平均值為6.04×104個(gè)/L；CCPT04站位介于2.86×104～2.11×105個(gè)/L之間，平均值為9.85×104個(gè)/L；CCPT05站位介于2.99×104～1.46×105個(gè)/L之間，平均值為7.21×104個(gè)/L；CCPT06站位介于3.16×104～1.43×105個(gè)/L之間，平均值為7.30×104個(gè)/L(圖3)。4月浮游植物細(xì)胞密度為3.06×104個(gè)/L；5月為4.43×104個(gè)/L；6月為1.71×105個(gè)/L(圖4)。結(jié)果表明平潭近岸海域浮游植物細(xì)胞密度有增加趨勢(shì)，峰值出現(xiàn)在6月。4—6月最高細(xì)胞密度為2.11×105個(gè)/L，位于流水海域CCPT04站位。有研究表明[14]，藻類細(xì)胞數(shù)量和溫度在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)的是正相關(guān)關(guān)系，即隨著溫度的升高，藻類細(xì)胞數(shù)量有增加趨勢(shì)[15]。平潭海域浮游植物的變化情況與此相同。6月水溫較高，光照充足，適合浮游植物的生長，可促進(jìn)浮游植物快速繁殖；流水海域漁業(yè)養(yǎng)殖面積大，水體營養(yǎng)豐富，為浮游植物的生長提供了足夠的營養(yǎng)，這可能是該海域浮游植物細(xì)胞密度相對(duì)較高的原因。

2.3 浮游植物多樣性分析

對(duì)平潭近岸海域浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)、Pielou均勻度指數(shù)(J)、Margalef豐富度指數(shù)(D)進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示。

Shannon-Wiener多樣性指數(shù)(H′)用來反映浮游植物種類多樣性。平潭采樣站位多樣性指數(shù)介于1.42～2.90之間，平均值為2.12，參考生物多樣性指數(shù)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果表明平潭島近岸海域浮游植物多樣性總體處于中等水平，不同站位情況不同。最低值出現(xiàn)在蘇澳海域CCPT02站位，最高值出現(xiàn)在流水海域CCPT04站位。多樣性指數(shù)越大表明該群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、穩(wěn)定性越高，一般認(rèn)為大于1時(shí)海域穩(wěn)定，小于1時(shí)可能受到了其他環(huán)境因素的擾動(dòng)[16]。流水海域養(yǎng)殖面積大，浮游植物種類數(shù)量多，水體營養(yǎng)豐富，且地理位置位于外海，海水交換能力強(qiáng)，這可能是其多樣性指數(shù)相對(duì)較高的原因。

表4 平潭海域浮游植物生態(tài)指數(shù)

Margalef豐富度指數(shù)(D)用來反映浮游植物的豐富程度。平潭采樣站位豐富度指數(shù)介于0.27～0.82之間，平均值為0.49，最低值出現(xiàn)在蘇澳海域CCPT02站位，峰值出現(xiàn)在流水海域CCPT04站位。蘇澳海域CCPT02站位周邊有大量的牡蠣養(yǎng)殖區(qū)，5—6月為牡蠣的快速生長期，對(duì)浮游植物攝取量大。牡蠣強(qiáng)大的濾食能力，對(duì)浮游植物群落有重要的下行控制作用[17]，這可能是該海域浮游植物豐富度相對(duì)較低的原因，因此可通過規(guī)劃水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)量，合理安排漁業(yè)養(yǎng)殖密度，進(jìn)而調(diào)控浮游植物群落結(jié)構(gòu)及豐度。

Pielou均勻度指數(shù)(J)表示種間個(gè)體數(shù)分布均勻的情況，平潭采樣站位均勻度指數(shù)介于0.57～0.79之間，平均值為0.72，最低值出現(xiàn)在蘇澳海域CCPT02站位，最高值為澳前海域CCPT06站位。當(dāng)均勻度大于0.3時(shí)，意味著海區(qū)內(nèi)浮游植物的多樣性較高[16]。在均勻度低的站位由于物種分布不均勻，可能存在某種優(yōu)勢(shì)種大量生長[18]。

生物的多樣性是表征群落穩(wěn)定性的重要參數(shù)，可在一定程度上反映海域生態(tài)環(huán)境狀況。一旦水域環(huán)境條件適宜，就可能會(huì)引起相應(yīng)的赤潮[14]。總體來看，2021年平潭近岸海域浮游植物種類多樣性分布情況基本相同，多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)。浮游植物多樣性較高，物種豐富，生態(tài)穩(wěn)定性好，適宜漁業(yè)養(yǎng)殖。

2.4 浮游植物優(yōu)勢(shì)種

平潭監(jiān)測(cè)站位2021年4—6月共鑒定出浮游植物4門130種。從整體來看，4—6月浮游植物共有優(yōu)勢(shì)種13種，主要有中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)、柔弱擬菱形藻(Pseudo-nitzschiadelicatissima)、旋鏈角毛藻(Chaetoceroscurvisetus)、丹麥細(xì)柱藻(Leptocylindrusdanicus)、具槽直鏈藻(Melosirasulcata)、東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)等。中肋骨條藻是世界性的赤潮生物，同時(shí)是福建沿岸海域近年來分布最廣泛、細(xì)胞密度最大的赤潮生物，幾乎一年四季都是福建沿岸海域的優(yōu)勢(shì)種。2001—2008年福建沿岸海域共發(fā)生36起中肋骨條藻赤潮，其中30起其為第一優(yōu)勢(shì)種[19]。

4月第一優(yōu)勢(shì)種為東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)，優(yōu)勢(shì)度為0.190，出現(xiàn)頻率高達(dá)100%；5月第一優(yōu)勢(shì)種為柔弱擬菱形藻(Pseudo-nitzschiadelicatissima)，優(yōu)勢(shì)度為0.141，出現(xiàn)頻率達(dá)88.9%；6月第一優(yōu)勢(shì)種為旋鏈角毛藻，優(yōu)勢(shì)度為0.106，出現(xiàn)頻率為75.0%(表5)。優(yōu)勢(shì)種為赤潮種、種類單一且優(yōu)勢(shì)度過大可能會(huì)出現(xiàn)赤潮現(xiàn)象，分析優(yōu)勢(shì)種組成可以預(yù)警赤潮的發(fā)生。浮游植物的繁殖速度與細(xì)胞分度除受營養(yǎng)鹽的限制外，主要與水溫有關(guān)[20-21]，而水溫隨季節(jié)的變化而波動(dòng)，優(yōu)勢(shì)種也隨之改變。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，平潭近岸海域表層浮游植物優(yōu)勢(shì)種主要有東海原甲藻、中肋骨條藻、柔弱擬菱形藻、旋鏈角毛藻等。4—6月優(yōu)勢(shì)種出現(xiàn)從甲藻到硅藻的轉(zhuǎn)變。東海原甲藻赤潮通常在5月暴發(fā)，中肋骨條藻赤潮高發(fā)期是5—7月[22]。有調(diào)查表明福建近岸造成直接經(jīng)濟(jì)損失的赤潮生物都是甲藻，其次是硅藻。從引發(fā)赤潮的數(shù)量和面積來看，占比排序前五名的赤潮生物是東海原甲藻、夜光藻(Noctilucascintillans)、中肋骨條藻、米氏凱倫藻(Kareniamikimotoi)和旋鏈角毛藻[23]。平潭海域浮游植物優(yōu)勢(shì)種情況與該調(diào)查基本一致。夜光藻分布較廣，其中以平潭海域出現(xiàn)該種赤潮的次數(shù)最多。2002—2019年平潭海域共發(fā)生16起夜光藻赤潮。夜光藻赤潮與水溫密切相關(guān)，平潭海域夜光藻赤潮發(fā)生的最適宜水溫為20.7～22.8℃；悶熱無雨的天氣，加上風(fēng)浪小、水體穩(wěn)定的海況更容易引發(fā)夜光藻赤潮[24]。有毒的米氏凱倫藻在平潭海域也有檢出，它產(chǎn)生溶血毒素和魚毒素能溶解魚鰓組織，還會(huì)通過抑制皺紋盤鮑鰓和肝胰組織的某些酶活性，損傷其免疫系統(tǒng)，影響貝類幼體的早期發(fā)育，從而導(dǎo)致大量魚貝死亡，造成嚴(yán)重的漁業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。2000—2018年福建近岸海域發(fā)生的赤潮中，米氏凱倫藻引發(fā)的有毒赤潮數(shù)量最多，為18次，占有毒赤潮總數(shù)的56.2%[22-23]。因此應(yīng)組織開展相關(guān)海域監(jiān)視監(jiān)測(cè)工作，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)水色、水質(zhì)、浮游生物等異常現(xiàn)象，盡可能降低赤潮災(zāi)害帶來的漁業(yè)損失。

表5 平潭海域浮游植物優(yōu)勢(shì)種

續(xù)表5

2.5 浮游植物與環(huán)境因子的相關(guān)性分析

2021年4—6月主要環(huán)境因子狀況如表6所示。水溫、pH、葉綠素a的變化規(guī)律表現(xiàn)為6月>5月>4月。對(duì)平潭海域浮游植物細(xì)胞密度與水溫、鹽度、pH、溶解氧、葉綠素a等因子進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，結(jié)果如表7所示?？梢钥闯龈∮沃参锛?xì)胞密度與水溫、pH值和葉綠素a有著良好的正相關(guān)關(guān)系，與鹽度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與溶解氧相關(guān)性不顯著。隨著水溫升高，光照充足，浮游植物快速繁殖，細(xì)胞數(shù)量增加，葉綠素a濃度升高，藻類利用光合作用吸收CO2，釋放大量O2，水體中H+含量減少，pH值增大。鹽度作為浮游植物細(xì)胞滲透壓的關(guān)鍵影響因素之一，能夠制約浮游植物的時(shí)空分布，是控制浮游植物生長的重要環(huán)境因子之一[25]，調(diào)查海域鹽度隨著浮游植物數(shù)量的增加而降低。平潭海域風(fēng)浪較大，海水交換能力強(qiáng)，這可能是浮游植物與溶解氧相關(guān)性不顯著的原因。

表6 平潭海域環(huán)境因子狀況

3 結(jié)論

1)平潭近岸海域2021年4—6月共鑒定出浮游植物4門130種，硅藻在浮游植物種類中均占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。根據(jù)生物多樣性指數(shù)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，平潭近岸海域總體處于中等水平，各項(xiàng)指標(biāo)均在正常范圍內(nèi)波動(dòng)，物種豐富，生態(tài)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，適宜漁業(yè)養(yǎng)殖。

2)浮游植物細(xì)胞密度峰值出現(xiàn)在6月，最高位于流水海域CCPT04站位，最低位于蘇澳海域CCPT02站位。優(yōu)勢(shì)種主要有東海原甲藻、中肋骨條藻、柔弱擬菱形藻、旋鏈角毛藻等13種。季節(jié)不同，水溫出現(xiàn)波動(dòng)，藻類數(shù)量有增加趨勢(shì)，優(yōu)勢(shì)種也隨之改變。

3)Pearson相關(guān)性分析顯示，浮游植物細(xì)胞密度與葉綠素a、水溫、pH呈良好正相關(guān)關(guān)系，與鹽度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與溶解氧相關(guān)性不顯著。赤潮生物群落與環(huán)境因子關(guān)系緊密，在赤潮易發(fā)期間應(yīng)加強(qiáng)赤潮災(zāi)害防范[26]。

表7 浮游植物密度與環(huán)境因子Pearson相關(guān)性分析