天津近岸海域冬季浮游植物群落結構特征

卞少偉，武丹，方普杰，韓龍，梅鵬蔚

(天津市環境監測中心， 天津 300191)

天津近岸海域冬季浮游植物群落結構特征

卞少偉，武丹，方普杰，韓龍，梅鵬蔚

(天津市環境監測中心， 天津 300191)

2013年11月對渤海灣浮游植物和環境理化因子綜合調查，調查共發現浮游植物56種，主要由硅藻組成，還有少量的甲藻和綠藻，常見種以硅藻為主；浮游植物細胞密度介于3.92×104～2 586.67×104cells/L，平均值為219.92×104cells/L。各采樣點浮游植物多樣性指數H’的變化范圍為0.85～3.74，平均值為2.54；均勻度指數變化范圍為0.34～0.82，平均值為0.62；豐富度指數變化范圍為0.25～1.50，平均值為0.90。灰關聯分析結果表明，影響渤海灣浮游植物分布的關鍵因子是亞硝酸鹽、氨氮、活性磷酸鹽和硝酸鹽。

天津；浮游植物；群落結構

浮游植物監測是最常見的生物監測，最早應用于水環境的監測，與理化監測相比，浮游植物監測可以全面、客觀、科學反映水質狀況，監測水體污染，已經被廣泛應用于海岸帶生態系統環境評價。國內外學者與專家的研究結果表明[1- 4]，定期開展海洋浮游植物的生態調查，對于了解近岸海域水體生態系統健康狀況具有重要的意義。天津近岸海域地處渤海西岸，屬于典型的半封閉海灣，具有水交換緩慢，營養鹽容易累積的特點，這些條件均有利于浮游植物的生長。

目前，海洋浮游植物群落的研究已開展了大量的工作[5- 7]，2013年11月在渤海灣天津近岸海域開展浮游植物和環境理化因子同步取樣，并通過灰色關聯分析方法對環境數據和浮游植物細胞密度數據進行了相關性分析，以期為該海域生態環境健康變化及污染防治提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

2013年冬季(11月)，在天津近岸海域設置15個站位，按照《海洋調查規范》[8]開展理化因子和浮游植物群落結構綜合調查(圖1)，浮游植物采樣工具為Ⅲ型浮游生物網，采樣方式為垂拖，固定及保存樣品用1.5%體積的魯哥試液和5%甲醛。顯微鏡下進行浮游植物種類鑒定和細胞計數。

圖1 天津近岸海域冬季浮游植物調查站位圖Fig.1 Sampling stations of phytoplanktons in the Tianjin nearshore waters region in winter

1.2 理化因子測定

透明度(SD)用塞奇氏盤進行測定；水溫(WT)、溶解氧(DO)、鹽度(S)等用多功能水質分析儀WTW350i進行測定；亞硝酸鹽、氨氮、活性磷酸鹽和硝酸鹽等營養鹽樣品取樣帶回實驗室，參考《海洋調查規范》[8]進行測定。

1.3 數據分析

1.3.1 生物多樣性指數

生物多樣性指數包括Shannon-Wiener指數(H′)、Pielou均勻度指數(J′)、Margalef豐富度指數(d)，計算公式如下[9- 13]：

其中，ni為第i種的數量；N為采集樣品中的所有種類總個體數；S為采集樣品中的種類總數。

1.3.2 灰色關聯分析方法

環境因子對浮游植物密度影響分析采用灰關聯分析，進行灰關聯分析時，為了消除不同量綱帶來的影響，采用均值法對原始數據進行無量綱處理，公式如下：

設X為關聯因子集，x0∈x為參考序列，x0={x0(k),k=1,2,…,n}xi∈x為比較序列xi={xi(k),k=1,2,…,n}，(i=1,2,…,m)，x0與xi(i=1,2,…,m)在第k點的關聯系數為：

r{x0(k),xi(k)}=

式中，ρ為分辨系數，其越小分辨率越高。一般ρ的取值區間為[0，1]，通常取ρ=0.5[14]，得關聯度：

本研究中，參考序列x0={x0(k),k=1}為浮游植物數量，子序列xi={xi(k),k=1,2,…,9}為9個環境因子。

2 結果與討論

2.1 環境特征

天津近岸海域水溫最高值出現在14#采樣點，最低值出現在10#采樣點；鹽度最高值出現在1#采樣點，最低值出現在14#采樣點；透明度最高值出現在6#和7#采樣點，最低值出現在1#采樣點；溶解氧最高值出現在2#采樣點，最低值出現在6#采樣點。營養鹽方面亞硝酸鹽、硝酸鹽和氨氮最高值均出現于4#采樣點，活性磷酸鹽最高值出現于2#采樣點，活性硅酸鹽最高值出現于13#采樣點，主要因2#、4#和13#采樣點均位于距河口處較近，目前入海河流的污染物輸入仍是導致近岸海域海洋水體營養鹽濃度升高的主要原因。具體值如表1所示。

表1 環境因子變化范圍

2.2 天津近岸海域浮游植物群落結構特征

2.2.1 浮游植物的種類組成和常見種

天津近岸海域2013年冬季調查獲得浮游植物3門56種，其中硅藻門46種，甲藻門9種，綠藻門1種，種類鑒定結果顯示，調查海域浮游植物種類硅藻占絕對優勢，綠藻門物種數最少，所占比例低于2%。

按照藻類出現頻率﹥65%確定為常見種[15]，調查海域浮游植物常見種見表2，從表中可以看出，調查海域浮游植物常見種為硅藻和甲藻，其中甲藻常見種夜光藻(Noctilucascintillans)出現頻率較高，且細胞總密度較大，因夜光藻(Noctilucascintillans)為海洋赤潮種，所以應在今后冬季渤海灣近岸海域浮游植物調查工作中重點關注。

表2 調查海域浮游植物常見種

2.2.2 浮游植物的細胞密度特征

調查海域浮游植物細胞密度分布見圖2，介于3.92×104～2 586.67×104cells/L，平均值為219.92×104cells/L，浮游植物調查中細胞密度最高值分布在2#采樣點。調查海域各采樣點中浮游植物密度以硅藻占細胞密度的比例最大，占浮游植物細胞總密度的94%以上，因此浮游植物細胞密度的分布趨勢與硅藻細胞密度分布趨勢基本一致，其次為甲藻，這與近幾十年的調查結果也相符[16]。

圖2 調查海域浮游植物密度Fig.2 Cell abundance distributions of phytoplankton in the survey area

2.2.3 生物多樣性指數

調查海域生物多樣性指數見圖3，各采樣點多樣性指數H′的變化范圍為0.85～3.74，平均值為2.54，最大值出現15#采樣點，最小值出現在3#采樣點；均勻度指數的范圍為0.34～0.82，平均值為0.62，最大值出現15#采樣點，最小值出現在8#采樣點；豐富度指數d的范圍是0.25～1.50，平均值為0.90，最大值出現15#采樣點，最小值出現在3#采樣點，根據《近岸海域環境監測技術規范》(HJ 442—2008)中的評價標準，可知調查海區生境質量為一般，尤其在3#采樣點，其生物質量等級達到極差，8#和14#采樣點生物質量等級達到差，造成3#采樣點生物質量等級極差的主要原因是夜光藻(Noctilucascintillans)細胞密度較大，其浮游植物群落組成的生物種類較少且種間密度分布不均，導致多樣性指數值隨之變小。

2.3 天津近岸海域浮游植物與環境因子的關系

調查海域浮游植物優勢物種與環境因子的灰色關聯度分析結果見表3。可以看出，影響該調查海域對浮游植物細胞密度的環境因子由大到小的排序依次是亞硝酸鹽、氨氮、活性磷酸鹽、硝酸鹽、溶解氧、活性硅酸鹽、透明度、水溫、鹽度，營養鹽是浮游植物生長過程中的必需元素，限制浮游植物的生長。如張芳等[17]研究表明，影響白令海陸架區浮游植物分布的環境因子為營養鹽、鹽度、溫度；周然等[18]認為，影響渤海灣浮游植物分布的關鍵環境因子，春季是硝酸鹽、亞硝酸鹽和溶解性活性磷酸鹽，夏季是氨氮和水溫；高偉等[19]分析發現影響冬季遼東灣浮游植物分布的主要環境因素是溫度。從以上眾多的研究結果可見，在不同的海域，不同的季節對浮游植物細胞密度產生影響的關鍵因子并不相同。此外，環境因子和浮游植物的關系是極其復雜的，環境因子與浮游植物的某一方的變化均會給對方帶來影響，同時各個環境因子之間也會相互作用。因此，多因子、多季節的分析是必要的。本文僅收集了冬季9個環境因子，可能存在一些不足，天津近岸海域浮游植物密度與環境因子之間的關系有待于進一步的研究。

表3 浮游植物細胞密度與環境因子關聯度

3 小結

(1)調查海域生物Shannon-Wiener多樣性指數的變化范圍為0.85～3.74，平均值為2.54，生境質量為一般。

(2)天津近岸海域浮游植物群落主要以硅藻為主組成，常見種為硅藻和甲藻，主要有：窄隙角毛藻、旋鏈角毛藻、密聯角毛藻、星臍圓篩藻、圓篩藻、剛毛根管藻、優美旭氏藻矮小變型、圓海鏈藻、夜光藻等。

(3)浮游植物與環境因子的關系分析與結果，可以看出影響天津市近岸海域浮游植物群落的種類組成和細胞密度分布環境因子，主要為亞硝酸鹽、氨氮、活性磷酸鹽、硝酸鹽、溶解氧、活性硅酸鹽、透明度、水溫、鹽度。

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Community Structure of Phytoplankton in Tianjin Offshore Waters in Winter

BIAN Shao-wei, WU Dan, FANG Pu-jie, MEI Peng-wei, HAN Long

(Tianjin Environmental Monitoring Center, Tianjin 300191, China)

A detailed field survey of hydrological chemical and biological resources in Bohai Bay was conducted in the offshore waters of Tianjin in November, 2013. A Total of 56 taxa of phytoplanton were identified. The phytoplankton community was mainly composed of Bacillariophyta, while a few species belonging to Pyrrophyta and Chlorophyta. Common species were Bacillariophyta. Cell abundance of phytoplanton ranged from 3.92×104to 2 586.67×104cells/L with an average of 219.92×104cells/L. The Shannon-Wiener diversity index ranged from 0.85 to 3.74 with an average of 2.54; the Pielou diversity index ranged from 0.34 to 0.82 with an average of 0.62; the Margalef diversity index ranged from 0.25 to 1.50 with an average of 0.90. The result of grey relational analysis suggests that the key environmental factors influencing the phytoplankton distribution in Bohai Bay are nitrite, ammonia nitrogen, active phosphorus and nitrate.

Tianjin; phytoplankton; community structure

2015-03-01

國家自然科學基金(40830535)；環保公益性行業科研專項(201309008)

卞少偉(1986—)，男，工程師，碩士，主要從事水生生物分類及環境監測研究，E-mail：bianshaowei47@163.com

梅鵬蔚(1979—)，男，天津人，高級工程師，碩士，主要從事環境空氣質量日報、預報及環境空氣質量監測方面的科學研究工作，E-mail：18839189@qq.com

10.14068/j.ceia.2015.03.020

X173

A

2095-6444(2015)03-0077-04