日照近岸海域滸苔暴發(fā)區(qū)浮游植物調(diào)查研究

于洋，劉迎迎，王建勇，侯繼靈，孟娜，牟秀菊，王珍珍，陳德春

(1.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266061；2.國家海洋局北海預(yù)報(bào)中心 青島 266061)

日照近岸海域滸苔暴發(fā)區(qū)浮游植物調(diào)查研究

于洋1，2，劉迎迎1，2，王建勇1，2，侯繼靈1，2，孟娜1，2，牟秀菊2，王珍珍2，陳德春2

(1.山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 青島 266061；2.國家海洋局北海預(yù)報(bào)中心 青島 266061)

2016年5月和8月滸苔暴發(fā)前后，分別對日照近岸海域滸苔暴發(fā)區(qū)進(jìn)行了兩個航次的浮游植物斷面調(diào)查。兩個航次中，硅藻都占據(jù)了調(diào)查海域浮游植物組成的主導(dǎo)地位，在種類數(shù)上和細(xì)胞豐度值上都占了較大的比例。8月航次細(xì)胞豐度明顯高于5月航次，這與調(diào)查海域的歷次調(diào)查結(jié)果相一致。應(yīng)用PRIMER軟件中的單變量分析得到群落種數(shù)(S)、豐富度(d)、香農(nóng)-威納指數(shù)(Shannon-Weaner index)(H′)和均勻度(J)，從多樣性指數(shù)分析可以看出，5月航次的生物多樣性優(yōu)于8月航次，5月航次調(diào)查海域浮游植物種類數(shù)量和空間分布都較均勻。兩個航次中出現(xiàn)的優(yōu)勢種存在較大差別。

綠潮；浮游植物；豐度；多樣性；優(yōu)勢種

浮游植物是一類具有色素或色素體，能進(jìn)行光合作用，并能制造有機(jī)物的自養(yǎng)性浮游生物[1]。浮游植物在水域中分布廣泛，數(shù)量巨大，過著漂浮生活，一般只生活在真光層，能通過光合作用固定無機(jī)碳，轉(zhuǎn)化為碳水化合物，是水域的初級生產(chǎn)者[2]。海洋浮游植物在海洋表面產(chǎn)生有機(jī)物質(zhì)和碳酸鹽礦物質(zhì)并向海洋深處運(yùn)輸，它們在生物碳泵中扮演著重要角色，有研究表明，海洋中3/4的溶解無機(jī)碳(DIC)垂直梯度變化是由生物碳泵引起的[3]，對全球碳循環(huán)有著重要的調(diào)節(jié)作用。

綠潮(green tide)是在特定的環(huán)境條件下，海水中某些大型綠藻暴發(fā)性增殖或高度聚集而引起水體變色的一種有害生態(tài)現(xiàn)象，被視作和赤潮一樣的海洋災(zāi)害。滸苔的暴發(fā)會與其他海洋植物競爭營養(yǎng)，從而影響海洋中的其他生物；滸苔消亡過程中會釋放出大量的化學(xué)物質(zhì)，從而改變水體的理化環(huán)境，進(jìn)而直接影響其他的海洋生物。

通過美國宇航局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)的中分辨率成像光譜儀(moderate-resolution imaging spectroradiometer，MODIS)圖像可以看出，渤黃海以及東海海域在2000—2006年沒有綠潮藻分布的跡象發(fā)生[4]。2007年6月在我國黃海北部和中部的海域首次發(fā)現(xiàn)了由大量漂浮的綠藻引起的綠潮[5]。2008年夏季，大面積滸苔再次在黃海的中南部海域內(nèi)暴發(fā)。截至2016年8月，滸苔在黃海海域連續(xù)暴發(fā)9年，每年6月和7月黃海滸苔綠潮在山東日照至青島沿海登陸。

筆者對日照近岸海域滸苔暴發(fā)區(qū)采集的浮游植物樣品進(jìn)行分析，研究該海區(qū)浮游植物的種類數(shù)量、豐度、優(yōu)勢種以及群落結(jié)構(gòu)，為深入探討滸苔暴發(fā)區(qū)浮游植物的長期變化和該海區(qū)生態(tài)環(huán)境影響評價等提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查海區(qū)與站位布設(shè)

從歷年調(diào)查海域滸苔暴發(fā)情況看，滸苔暴發(fā)對日照近岸海域的影響都是自每年5月底或者6月初開始，直至7月底或者8月初結(jié)束。因此，分別于2016年5月和8月在滸苔暴發(fā)之前和之后，對日照近岸海域滸苔暴發(fā)區(qū)進(jìn)行了兩個航次的浮游植物斷面調(diào)查。兩個航次設(shè)置調(diào)查站位9個，兩個航次調(diào)查海區(qū)及站位見圖1(標(biāo)志■所示)。

圖1 調(diào)查海區(qū)站位

1.2 樣品采集、處理方法及數(shù)據(jù)收集

本次樣品的采集、保存以及分析均按照《海洋監(jiān)測規(guī)范 第7部分：近海污染生態(tài)調(diào)查和生物監(jiān)測》(GB 17378.7—2007)進(jìn)行。樣品用淺水Ⅲ型浮游生物網(wǎng)在每個調(diào)查站位自底至表垂直拖網(wǎng)采集，所采樣品立即用碘液固定保存(終濃度為5%)。樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，在顯微鏡下進(jìn)行種類鑒定和計(jì)數(shù)。

1.3 分析方法

1.3.1 豐度

網(wǎng)采浮游植物各種類的豐度(abundance)，以每立方米海水水體中的個體數(shù)量(cells/m3)表示。

式中：C為某種類的豐度(cells/m3)；n為取樣計(jì)數(shù)個數(shù)(cells)；V1為水樣濃縮后體積(mL)；V2為濾水量(m3)；Vn為計(jì)數(shù)的取樣體積(mL)。

1.3.2 優(yōu)勢種

浮游植物的優(yōu)勢種由每個種的優(yōu)勢度(Y)來確定[6]：Y=ni/N·fi

式中：Y為優(yōu)勢度；ni為第i種的豐度；N為所有種類的總豐度；fi為第i種出現(xiàn)的頻率。

在計(jì)算結(jié)果中，取Y值大于0.02的種類確定為優(yōu)勢種[7]。

1.3.3 物種多樣性

用PRIMER軟件分析得到浮游植物的種數(shù)(S)、豐富度(d)、均勻度(J)和香農(nóng)-威納指數(shù)(Shannon-Weaner index)(H′)。

種數(shù)即種類數(shù)量，指調(diào)查海域所獲得的浮游植物種類的總數(shù)目。

豐富度指數(shù)采用Margalef’s index指數(shù)[8]，計(jì)算方法為：d=(S-1)/log2N

式中：N為浮游植物的豐度。

均勻度采用Pielou指數(shù)[9]，計(jì)算方法為：

J=H′/log2S

香農(nóng)-威納指數(shù)[10]的計(jì)算方法為：

式中：Pi為第i種個體在樣品中的比例。

浮游植物生物多樣性分級評價按照陳清潮等[11]提出的生物多樣性閾值評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，見表1。

表1 生物多樣性閾值評價標(biāo)準(zhǔn)

注：Dv=H′×J.

2 浮游植物種類組成和豐度分布

2.1 日照近岸海域浮游植物種類組成

2016年5月航次，共鑒定浮游植物16屬27種(包括6個未定種)，分別隸屬于硅藻門和甲藻門。其中，硅藻門的種數(shù)最多，共15屬26種(包括6個未定種)，占總種數(shù)的96.3%；甲藻門1屬1種，占總種數(shù)的3.7%。出現(xiàn)頻率大于80%的種有：圓篩藻(Coscinodiscussp.)。

2016年8月航次，共鑒定浮游植物20屬41種(包括7個未定種)，分別隸屬于硅藻門和甲藻門。其中，硅藻門的種數(shù)最多，共15屬32種(包括6個未定種)，占總種數(shù)的78.0%；甲藻門5屬9種(包括1個未定種)，占總種數(shù)的22.0%。出現(xiàn)頻率>80%的種有：圓篩藻(Coscinodiscussp.)、角毛藻(Chaetocerossp.)和夜光藻(Noctilucascintillans)等。

2.2 日照近岸海域浮游植物豐度分布

2016年5月航次，調(diào)查海域浮游植物的細(xì)胞豐度為1.00×104～12.44×104cells/m3，平均豐度為5.42×104cells/m3，最小值在R3站，最大值在R4站(圖2)。2016年8月航次，調(diào)查海域浮游植物的細(xì)胞豐度為7.45×104～561.76×104cells/m3，平均豐度為104.02×104cells/m3，最小值在R2站，最大值在R9站(圖3)。

圖2 5月航次浮游植物的細(xì)胞豐度示意圖

圖3 8月航次浮游植物的細(xì)胞豐度示意圖

從圖2和圖3可以看出，8月航次調(diào)查海域浮游植物的細(xì)胞豐度明顯高于5月航次，這符合該海域浮游植物的季節(jié)性變化規(guī)律。8月航次站位之間細(xì)胞豐度差異很大，主要與各站位所處海域的營養(yǎng)水平有關(guān)。8月在該地區(qū)屬于雨季，與5月相比，陸源污染物入海對附近海域水質(zhì)環(huán)境影響較大，造成了各站位所在海域間海水營養(yǎng)水平的差異，各站位海水營養(yǎng)水平的不平衡造成了站位間浮游植物的細(xì)胞豐度明顯差異。

3 日照近岸海域浮游植物多樣性和優(yōu)勢種分析

3.1 日照近岸海域浮游植物多樣性分析

兩個航次各站位的種數(shù)S、豐富度d、香農(nóng)-威納指數(shù)H′和均勻度J詳見表2和表3。

表2 2016年5月浮游植物多樣性指數(shù)

表3 2016年8月浮游植物多樣性指數(shù)

2016年5月航次，調(diào)查區(qū)域浮游植物群落d的變動范圍為1.05～2.73，平均值為1.55；H′的變動范圍為1.63～3.37，平均值為2.21；J的變動范圍為0.52～0.93，平均值為0.73；Dv介于0.85～2.78之間，平均值為1.66。2016年8月航次，調(diào)查區(qū)域浮游植物群落d的變動范圍為1.07～2.56，平均值為1.50；H′的變動范圍為0.36～3.19，平均值為1.93；J的變動范圍為0.10～0.80，平均值為0.51；Dv介于0.04～2.54之間，平均值為1.16。

從浮游植物生物多樣性閾值Dv來判斷，2016年5月航次的所有站位均未出現(xiàn)多樣性評價等級為Ⅰ級的情況，所有站位的多樣性評價等級在Ⅱ級～Ⅳ級之間。2016年8月航次的個別站位出現(xiàn)了多樣性評價等級為Ⅰ級情況，如R9站和R1站等。這些站位多樣性評價等級較差均是由某種浮游植物占絕對優(yōu)勢造成的，例如，在2016年8月航次的R9站，筆尖根管藻占總細(xì)胞豐度的比例高達(dá)96.0%； 2016年8月航次的R1站，筆尖根管藻占總細(xì)胞豐度的比例高達(dá)89.9%。造成這種情況的原因是R1站和R9站所處海域剛好處于兩條入海河流入?？诘耐鈬?，日照8月正值雨季，陸源污染物入海量增大，造成入海口附近海域海水營養(yǎng)水平增高，某些種類的浮游植物大量繁殖，進(jìn)而影響到附近海域生態(tài)環(huán)境。這也驗(yàn)證了Telesh[12]指出的物種多樣性與水域的營養(yǎng)水平存在密切的關(guān)系。因此，浮游生物群落的結(jié)構(gòu)和功能指數(shù)(如Shannon-Wiener指數(shù))的變化能夠作為生態(tài)系統(tǒng)在環(huán)境壓力下發(fā)生改變的指示。

3.2 日照近岸海域浮游植物優(yōu)勢種分析

調(diào)查海域各航次浮游植物優(yōu)勢種詳見表4。

表4 2016年各航次浮游植物優(yōu)勢種及優(yōu)勢度

由表4可知，圓篩藻在5月航次成為優(yōu)勢度最大的優(yōu)勢種，優(yōu)勢度為0.254，其總豐度值達(dá)到14.01 ×104cells/m3，各站平均豐度為1.56 ×104cells/m3，占浮游植物總豐度的28.7%；角毛藻在8月航次中成為優(yōu)勢度最大的優(yōu)勢種，其總豐度值199.18 ×104cells/m3，各站平均豐度為22.13 ×104cells/m3，占浮游植物總豐度的19.8%。在5月航次和8月航次中夜光藻都是優(yōu)勢種，而且5月航次的優(yōu)勢度(0.196)明顯高于8月航次的優(yōu)勢度(0.054)。這樣的監(jiān)測結(jié)果與所調(diào)查海域的赤潮暴發(fā)情況相吻合，調(diào)查海域近年來發(fā)生的赤潮多發(fā)生于每年的4月和5月，均為夜光藻暴發(fā)增殖引起，而且具有明顯的近岸區(qū)域性和規(guī)模較小的特點(diǎn)。

4 結(jié)論

本次調(diào)查中，5月航次共鑒定浮游植物16屬27種(包括6個未定種)，8月航次共鑒定浮游植物20屬41種(包括7個未定種)。兩個航次中，硅藻都占據(jù)了調(diào)查海域浮游植物組成的主導(dǎo)地位，在種類數(shù)上和細(xì)胞豐度值上都占了較大的比例，這與郭玉潔[13]1980—1981年和劉東艷等[14]2002年在膠州灣的調(diào)查結(jié)論相一致。在調(diào)查海域浮游植物的細(xì)胞豐度方面，8月航次細(xì)胞豐度明顯高于5月航次，這與調(diào)查海域的歷次調(diào)查結(jié)果相一致，與該海域浮游植物細(xì)胞豐度的季節(jié)變化規(guī)律吻合，綠潮暴發(fā)過后，對該海域的浮游植物細(xì)胞豐度變化影響不大。

從浮游植物生物多樣性閾值Dv來判斷，5月航次的生物多樣性優(yōu)于8月航次。5月航次各調(diào)查站位間Dv變化不大，說明5月航次調(diào)查海域浮游植物種類數(shù)量和空間分布都較均勻；8月航次調(diào)查海域的浮游植物種類數(shù)量和空間分布不均勻，8月航次的個別站位出現(xiàn)了多樣性評價等級為Ⅰ級情況，這是由某種浮游植物占絕對優(yōu)勢造成的。

本次調(diào)查中，5月航次出現(xiàn)的優(yōu)勢種主要有圓篩藻、夜光藻、輻射圓篩藻和密聯(lián)角毛藻；8航次出現(xiàn)的優(yōu)勢種主要有角毛藻、筆尖根管藻、夜光藻和三角角藻。兩個航次中出現(xiàn)的優(yōu)勢種存在較大差別。

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VariabilityofPhytoplanktonDistributionforGreenTideofEnteromorphaproliferaOccurrenceAreasinRizhaoCoastalRegion

YU Yang1，2，LIU Yingying1，2，WANG Jianyong1，2，HOU Jiling1，2， MENG Na1，2，MOU Xiuju2，WANG Zhenzhen2，CHEN Dechun2

(1.Key Laboratory of Marine Ecological Environment and Disaster Prevention and Mitigation in Shangdong Provine,Qingdao 266061,China;2.North China Sea Marine Forecasting Center of State Oceanic Administration，Qingdao 266061,China)

To analyze the phytoplankton species composition and biodiversity for green tide ofEnteromorphaproliferaoccurrence areas in Rizhao coastal region,two investigations were carried out during May and August in 2016.The species (S),abundance (d),Shannon-Wiener diversity index (H′) and evenness index (J) of phytoplankton were also studied by using PRIMER.The results were consistent with the historical findings.It showed that Bacillariophyta dominated the phytoplankton community,with larger proportion in specie and density.The phytoplankton density was higher in August,while biodiversity was higher in May.The species and spatial distribution of phytoplankton are relatively uniform in May.But the dominant species in the two survey were quite different.

Green tide,Phytoplankton,Abundance,Biodiversity,Dominant species

2017-04-17；

2017-10-09

山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金資助項(xiàng)目(201603).

于洋，工程師，研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境監(jiān)測與評價

P71

A

1005-9857(2017)11-0074-05