乳山近岸養殖區初級生產力時空分布及其與環境因子相關關系

于廣磊 張明亮 程玲 尚國棟 張娟 宋秀凱

摘要：于2017—2018年3月、5月、8月、10月在乳山海水增養殖海域進行了水文、氣象、化學、浮游植物等要素的綜合調查，文章分析了該海域初級生產力和主要環境因子間的相關關系并探討了其相互影響。結果表明，2017—2018年調查區域水體初級生產力的波動范圍為92～3 5040 mg（m2·d）（以碳計），各年度均為8月最高，3月比5月、10月略高，5月和10月相當。3—5月乳山灣東汊和乳山東與文登交界處要高于其他區域，8月近岸外海整體較高，從近岸區到遠岸初級生產力先逐漸增大后逐漸減小，10月的初級生產力普遍偏低。2018年3月和8月初級生產力與溫度、pH值、無機氮、NP值和鹽度等相關環境因素有一定的顯著相關關系，而在5月和10月相關關系則都不顯著。此次調查結果能夠反映出陸源輸入、季節變化等生境改變對水體初級生產力的時空分布的影響。

關鍵詞：乳山;海水養殖;初級生產力;環境因子;相關關系

中圖分類號：X55;P76文獻標志碼：A文章編號：1005-9857（2019）11-0069-06

SpatioTemporal Distribution of Primary Productivity and Its Correlation with Environmental Factors in Rushan Nearshore Aquaculture Areas

YU Guanglei1，2，ZHANG Mingliang1，CHENG Ling1，2，SHANG Guodong3，ZHANG Juan1，2，SONG Xiukai1，2

（1Shandong Marine Resource and Environment Research Institute，Yantai 264006，China;2.

Shandong Marine Environment Monitor Center，Yantai 264006，China;3Rushan Marine and Fishery Supervision and Supervision Brigade，Weihai 264500，China）

Abstract：Comprehensive surveys of hydrological，meteorological，chemical and phytoplankton factors were carried out in Rushan seawater in March，May，August and October of 2017 to 2018，and the influence relationship of the primary productivity and main environmental factors were analyzed.The results showed that the primary productivity in the survey area ranged from 9.2 to 3504.0 mgC（m2·d） in 2017 to 2018，which the highest in August，slightly higher in March，equivalent in May and October （i.e.August>March>May≈October）.The primary productivity of Dongcha in Rushan Bay and the junction of eastern Rushan and Wendeng were higher than other areas in March to May，the offshore area was overall higher in August，gradually increasing from the coast to farshore area and then decreasing，and generally low in October.It was significantly correlated between primary productivity and the environmental factors such as temperature，pH，inorganic nitrogen，NP value and salinity in March and August 2018，while not significantly between that in May and October.The results of the surveys could reflect the impacts of habitat changes such as terrigenous input and seasonal variation on the spatial and temporal distribution of primary productivity.

Key words：Rushan，Mariculture，Primary productivity，Environmental factors，Relation

0引言

浮游植物、底棲植物（包括定生海藻和紅樹、海草等植物）以及自養細菌等生產者，通過光合作用或化學合成制造有機物和固定能量的能力，稱為初級生產力。海洋初級生產力，也稱海洋原始生產力，初級生產力的大小決定了浮游動物等餌料生物的多寡，從而直接影響該海域的漁業資源量，是海洋漁業資源評估、水質評價、洋流跟蹤及整個生態系統的生態功能研究中不可缺少的內容[1]。乳山是著名的“水產之鄉”，其近海是海洋捕撈與養殖的重要區域，盛產牡蠣、文蛤、對蝦、藍點馬鮫、梭魚等百余種海洋經濟生物，其中乳山牡蠣養殖面積、產量居全國首位，乳山文蛤、鷹爪蝦享譽國內外[2]。乳山近岸有乳山河、母豬河、黃壘河等諸多河流注入，其中乳山河貫穿乳山市全境，是影響乳山灣最大的河流。乳山河攜帶大量泥沙，沖擊形成了以往復潮流為特征的狹長溺谷河口海灣，灣內灘寬水淺[3]。特殊的海洋生態地質環境使乳山灣成為多種海洋經濟種類的優質養殖場、繁育場。本研究調查了該海域表層葉綠素a濃度和初級生產力的時空變化特征并分析了其與環境因子的關系，以期為乳山增養殖區海域制訂適宜的增養殖計劃，合理控制生產規模，適度利用生態資源提供數據支撐。

1材料與方法

11樣品采集

筆者于2017—2018年3月、5月、8月、10月在乳山增養殖海域進行了水文、氣象、化學等要素的綜合調查，共布設29個站位，選取代表性強的3個站位于8月采集浮游植物，調查站位見圖1（圖中★為浮游植物監測站位）。水文、氣象和化學要素的采集和分析均按《海洋監測規范》（GB17378—2007）[4]執行，調查項目包括水體的水溫、鹽度、水深、透明度、葉綠素a、pH值、無機氮、硅酸鹽和磷酸鹽等。浮游植物采樣利用淺水Ⅲ型浮游生物網（網口直徑37 cm，網口面積01 m2，網長140 cm，網目孔徑77 μm）自底至表垂直拖網采集，樣品用體積分數為5%的甲醛固定和保存。采集的浮游植物樣品于顯微鏡下進行分類鑒定，具體操作按照《海洋監測規范》（GB173787—2007）執行。

12數據分析

本研究中初級生產力的計算采用葉綠素a法，按照Cadée等[5]提出的簡化計算真光層初級生產力公式估算：

2結果與分析

21初級生產力時空分布特征

2017—2018年乳山近岸海域初級生產力的波動范圍為92～3 5040 mg（m2·d）（以碳計）。2017年4個航次的初級生產力均值介于：1801～8527 mg（m2·d）（以碳計），2018年4個航次的初級生產力均值介于：1653～9950 mg（m2·d）（以碳計），從各航次的均值看，8月最高，3月比5月、10月略高，5月和10月大致相當。從圖2可以看出2017年和2018年，調查區域水體的初級生產力變化趨勢近乎相同。以8月初級生產力水平最高，其他航次的初級生產力變動幅度不大。

由2017年和2018年初級生產力平面分布可以看出，3—5月相對高值點較為集中的位于乳山灣東汊和乳山東與海陽交界區域。乳山灣東汊主要是海參池塘養殖區，海參以底棲微藻和沉積有機質為食，其攝食活動對水體初級生產力影響不大;乳山灣西汊是乳山河河口區域，由于淡水的沖流，各航次水體初級生產力總體都不高;而東汊灣口狹窄，灣內水體交互能力弱，受淡水匯入影響較小，加之受兩岸人為活動影響大，水體中營養鹽高，從而使初級生產力處于相對較高水平[3]。乳山東與文登交界區域是黃壘河入海口鄰近海域，受陸源營養鹽輸入影響，生產力處于較高水平，是牡蠣養殖較為集中的區域[6 ]。乳山近岸外海8月初級生產力整體較高，從近岸區到遠岸初級生產力先逐漸增大后逐漸減小，在近岸區，受夏季降雨影響，導致海水和入海沖淡水的混合，懸浮泥沙的輸入和海底沉積物的再懸浮導致海水渾濁，光照成為浮游植物生長的主要限制因子[7];隨著沖淡水向外海方向擴散，懸浮泥沙迅速沉降，透明度增大，在河口輸入的營養鹽較好地滿足浮游植物快速增長，因此出現了初級生產力的高值區;在沖淡水區的東部，由于向外海方向陸源營養鹽被稀釋，盡管水體透明度很高，初級生產力會出現下降，形成低值區[8]。10月營養鹽的陸源輸入少，導致浮游生物量下降，是乳山海水養殖區該時期生產力低的主要原因[9]。

22初級生產力與各環境因子的相關關系

2018年初級生產力與各環境因素的積矩Pearson相關關系結果顯示（表1），3月水體的初級生產力與溫度、pH值、無機氮、磷酸鹽等環境要素呈極顯著正相關關系，與氮磷比呈極顯著負相關關系，與鹽度呈顯著負相關關系;8月水體的初級生產力與pH值、鹽度呈極顯著正相關關系，與無機氮、磷酸鹽、硅酸鹽呈極顯著負相關關系，與溫度呈顯著負相關關系;5月和10月初級生產力與各環境要素的相關關系都不顯著。

221溫度

2018年初級生產力與表層水溫相關關系結果顯示，3月和8月乳山增養殖區初級生產力與表層海水溫度有一定的相關關系（r=0557，P<001和r=-0452，P<005）。本研究海域中硅藻門在浮游植物結構組成上占絕對優勢[10-11]。硅藻為低溫種，其最佳生長溫度很少超過25℃[12]，最適合生長溫度通常低于18℃[13]。乳山養殖區水溫在3 月的變化范圍為35℃～ 72℃，8月的變化范圍為287℃～330℃，8 月調查站位水溫都超過25℃，不利于硅藻的生長。從水溫與初級生產力的相關性可以看出，3月水溫與初級生產力呈正相關，極顯著，溫度升高，初級生產力升高，8月水溫與初級生產力呈正負相關，顯著，溫度升高，初級生產力降低。說明在一定的溫度范圍內，水溫的增加有利于浮游植物的生長，但超過這個范圍，水溫的增加會對浮游植物生長產生抑制作用，這與沈國英等[14]、劉杰等[15]、楊俊麗等[16]的研究結果較一致。

222pH值

3月和8月，pH 值與初級生產力間都成極顯著正相關性（r=0942，P<001和r= 0570，P<001），3月pH值變化范圍為806～851，8月pH值變化范圍為796～823，說明pH值在一定的范圍內升高對浮游植物等初級生產者生長有促進作用[17]。

223鹽度

3月鹽度與初級生產力間呈顯著負相關（r=-0386，P<005），鹽度變化范圍為284～323，均值為317;8月，鹽度與初級生產力間呈極顯著正相關（r=-0603，P<005），鹽度變化范圍為298～311，均值為309。說明鹽度接近浮游植物等初級生產者最適鹽度生態閾值區[2524，2700]時，對生長有促進作用[18]。

224主要營養鹽及NP比值

結果表明，3月DIN與初級生產力間呈極顯著正相關（r=0479，P<001），DIN范圍為78～921 μmolL，均值為249 μmolL，DIN與初級生產力間呈極顯著負相關（r=-0815，P<001），DIP范圍為0032～0279 μmolL，均值為0169 μmolL，NP范圍為386～20828;8月，DIN與初級生產力間呈極顯著負相關（r=-0632，P<001），DIN范圍為132～546 μmolL，均值為162 μmolL，DIP與初級生產力間呈極顯著負相關（r=-0815，P<001），DIP范圍為0025～203 μmolL，均值為0320 μmolL，NP范圍為65～3006。王俊[19]指出浮游植物對DIN 和DIP 需求的最適濃度下限571 μmol L和058 μmol L，JUSTIC 等[20]提出當海水中DIN 的濃度小于1 μmol L 時，浮游植物會受到絕對氮限制，當海水中DIP 的濃度小于01 μmol L 時，浮游植物受到絕對磷限制。本次調查中，3月所有站位都沒有受到氮限制，少數站位磷受到限制，8月部分站位受到氮限制，DIN總體含量下降，個別站位磷受到限制，但DIP總體含量增加，供給充足。結果表明，8月受陸源輸入影響，營養鹽總體輸入比3月增加，但由于浮游植物等初級生產者消耗水體中的DIN量相對較多，DIN支出大于收入，導致DIP的累積大于DIN。

調查結果分析表明，8月硅酸鹽與初級生產力間呈極顯著負相關（r=-0588，P<001），研究海域8月硅藻的大量增殖，導致水體中的硅酸鹽被大量消耗，硅藻門在浮游植物數量組成上占絕對優勢，導致硅酸鹽與初級生產力間呈極顯著的負相關關系;浮游植物數量與初級生產力間相關關系并不顯著，這是由于網采浮游植物只占水體中浮游植物總量的很少一部分，而占浮游植物總量多數的是微型浮游植物，這部分微藻對葉綠素a含量的貢獻很大[21]，是水體初級生產力的基礎，所以網采浮游植物數量并不能直接反應水體的初級生產力水平[22]。

3結論

（1）2017—2018年乳山海水增養殖海域水體的初級生產力8月最高，3月次之，5月和10月較低。3—5月初級生產力相對高值點較為集中的位于乳山灣東汊和乳山東與文登交界區域，8月近岸外海整體較高，從近岸區到遠岸初級生產力先逐漸增大后逐漸減小，10月的初級生產力普遍偏低。

（2）3月的水溫低，陸源徑流少，營養鹽輸入少，初級生產者的生長環境處于較為不利的時期，初級生產力與相關環境因素也呈現顯著相關關系，2018年3月，水體的初級生產力與溫度、pH值、無機氮、磷酸鹽等環境要素呈極顯著正相關關系（P<001），與氮磷比呈極顯著負相關關系（P<001），與鹽度呈顯著負相關關系（P<005），由于浮游植物等初級生產者數量上較少，硅酸鹽的供給相對充足，并未表現出一定的相關關系。

8月水溫高，陸源徑流大，營養鹽輸入多，加之浮游植物等初級生產者數量激增，營養鹽消耗，各環境因素與初級生長者間的相互影響，也表現出相當的顯著相關性，2018年8月水體的初級生產力與pH值、鹽度呈極顯著正相關關系（P<001），與無機氮、磷酸鹽、硅酸鹽呈極顯著負相關關系（P<001），與溫度呈顯著負相關關系（P<005）。

5月和10月，各環境因素與初級生長者間供求關系相對穩定，營養鹽供給充足，且初級生產者的數量較少，初級生產力與各環境要素的相關關系都不顯著。

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