秦皇島海區(qū)浮游植物群落特征研究

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)。

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（收稿日期：2020-9-18;修回日期：2020-11-26）