天津近岸海域冬季浮游植物群落结构特征

卞少伟，武丹，方普杰，韩龙，梅鹏蔚

(天津市环境监测中心， 天津 300191)

天津近岸海域冬季浮游植物群落结构特征

卞少伟，武丹，方普杰，韩龙，梅鹏蔚

(天津市环境监测中心， 天津 300191)

2013年11月对渤海湾浮游植物和环境理化因子综合调查，调查共发现浮游植物56种，主要由硅藻组成，还有少量的甲藻和绿藻，常见种以硅藻为主；浮游植物细胞密度介于3.92×104～2 586.67×104cells/L，平均值为219.92×104cells/L。各采样点浮游植物多样性指数H’的变化范围为0.85～3.74，平均值为2.54；均匀度指数变化范围为0.34～0.82，平均值为0.62；丰富度指数变化范围为0.25～1.50，平均值为0.90。灰关联分析结果表明，影响渤海湾浮游植物分布的关键因子是亚硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐和硝酸盐。

天津；浮游植物；群落结构

浮游植物监测是最常见的生物监测，最早应用于水环境的监测，与理化监测相比，浮游植物监测可以全面、客观、科学反映水质状况，监测水体污染，已经被广泛应用于海岸带生态系统环境评价。国内外学者与专家的研究结果表明[1- 4]，定期开展海洋浮游植物的生态调查，对于了解近岸海域水体生态系统健康状况具有重要的意义。天津近岸海域地处渤海西岸，属于典型的半封闭海湾，具有水交换缓慢，营养盐容易累积的特点，这些条件均有利于浮游植物的生长。

目前，海洋浮游植物群落的研究已开展了大量的工作[5- 7]，2013年11月在渤海湾天津近岸海域开展浮游植物和环境理化因子同步取样，并通过灰色关联分析方法对环境数据和浮游植物细胞密度数据进行了相关性分析，以期为该海域生态环境健康变化及污染防治提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

2013年冬季(11月)，在天津近岸海域设置15个站位，按照《海洋调查规范》[8]开展理化因子和浮游植物群落结构综合调查(图1)，浮游植物采样工具为Ⅲ型浮游生物网，采样方式为垂拖，固定及保存样品用1.5%体积的鲁哥试液和5%甲醛。显微镜下进行浮游植物种类鉴定和细胞计数。

图1 天津近岸海域冬季浮游植物调查站位图Fig.1 Sampling stations of phytoplanktons in the Tianjin nearshore waters region in winter

1.2 理化因子测定

透明度(SD)用塞奇氏盘进行测定；水温(WT)、溶解氧(DO)、盐度(S)等用多功能水质分析仪WTW350i进行测定；亚硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐和硝酸盐等营养盐样品取样带回实验室，参考《海洋调查规范》[8]进行测定。

1.3 数据分析

1.3.1 生物多样性指数

生物多样性指数包括Shannon-Wiener指数(H′)、Pielou均匀度指数(J′)、Margalef丰富度指数(d)，计算公式如下[9- 13]：

其中，ni为第i种的数量；N为采集样品中的所有种类总个体数；S为采集样品中的种类总数。

1.3.2 灰色关联分析方法

环境因子对浮游植物密度影响分析采用灰关联分析，进行灰关联分析时，为了消除不同量纲带来的影响，采用均值法对原始数据进行无量纲处理，公式如下：

设X为关联因子集，x0∈x为参考序列，x0={x0(k),k=1,2,…,n}xi∈x为比较序列xi={xi(k),k=1,2,…,n}，(i=1,2,…,m)，x0与xi(i=1,2,…,m)在第k点的关联系数为：

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

式中，ρ为分辨系数，其越小分辨率越高。一般ρ的取值区间为[0，1]，通常取ρ=0.5[14]，得关联度：

本研究中，参考序列x0={x0(k),k=1}为浮游植物数量，子序列xi={xi(k),k=1,2,…,9}为9个环境因子。

2 结果与讨论

2.1 环境特征

天津近岸海域水温最高值出现在14#采样点，最低值出现在10#采样点；盐度最高值出现在1#采样点，最低值出现在14#采样点；透明度最高值出现在6#和7#采样点，最低值出现在1#采样点；溶解氧最高值出现在2#采样点，最低值出现在6#采样点。营养盐方面亚硝酸盐、硝酸盐和氨氮最高值均出现于4#采样点，活性磷酸盐最高值出现于2#采样点，活性硅酸盐最高值出现于13#采样点，主要因2#、4#和13#采样点均位于距河口处较近，目前入海河流的污染物输入仍是导致近岸海域海洋水体营养盐浓度升高的主要原因。具体值如表1所示。

表1 环境因子变化范围

2.2 天津近岸海域浮游植物群落结构特征

2.2.1 浮游植物的种类组成和常见种

天津近岸海域2013年冬季调查获得浮游植物3门56种，其中硅藻门46种，甲藻门9种，绿藻门1种，种类鉴定结果显示，调查海域浮游植物种类硅藻占绝对优势，绿藻门物种数最少，所占比例低于2%。

按照藻类出现频率﹥65%确定为常见种[15]，调查海域浮游植物常见种见表2，从表中可以看出，调查海域浮游植物常见种为硅藻和甲藻，其中甲藻常见种夜光藻(Noctilucascintillans)出现频率较高，且细胞总密度较大，因夜光藻(Noctilucascintillans)为海洋赤潮种，所以应在今后冬季渤海湾近岸海域浮游植物调查工作中重点关注。

表2 调查海域浮游植物常见种

2.2.2 浮游植物的细胞密度特征

调查海域浮游植物细胞密度分布见图2，介于3.92×104～2 586.67×104cells/L，平均值为219.92×104cells/L，浮游植物调查中细胞密度最高值分布在2#采样点。调查海域各采样点中浮游植物密度以硅藻占细胞密度的比例最大，占浮游植物细胞总密度的94%以上，因此浮游植物细胞密度的分布趋势与硅藻细胞密度分布趋势基本一致，其次为甲藻，这与近几十年的调查结果也相符[16]。

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

2.2.3 生物多样性指数

调查海域生物多样性指数见图3，各采样点多样性指数H′的变化范围为0.85～3.74，平均值为2.54，最大值出现15#采样点，最小值出现在3#采样点；均匀度指数的范围为0.34～0.82，平均值为0.62，最大值出现15#采样点，最小值出现在8#采样点；丰富度指数d的范围是0.25～1.50，平均值为0.90，最大值出现15#采样点，最小值出现在3#采样点，根据《近岸海域环境监测技术规范》(HJ 442—2008)中的评价标准，可知调查海区生境质量为一般，尤其在3#采样点，其生物质量等级达到极差，8#和14#采样点生物质量等级达到差，造成3#采样点生物质量等级极差的主要原因是夜光藻(Noctilucascintillans)细胞密度较大，其浮游植物群落组成的生物种类较少且种间密度分布不均，导致多样性指数值随之变小。

2.3 天津近岸海域浮游植物与环境因子的关系

调查海域浮游植物优势物种与环境因子的灰色关联度分析结果见表3。可以看出，影响该调查海域对浮游植物细胞密度的环境因子由大到小的排序依次是亚硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐、硝酸盐、溶解氧、活性硅酸盐、透明度、水温、盐度，营养盐是浮游植物生长过程中的必需元素，限制浮游植物的生长。如张芳等[17]研究表明，影响白令海陆架区浮游植物分布的环境因子为营养盐、盐度、温度；周然等[18]认为，影响渤海湾浮游植物分布的关键环境因子，春季是硝酸盐、亚硝酸盐和溶解性活性磷酸盐，夏季是氨氮和水温；高伟等[19]分析发现影响冬季辽东湾浮游植物分布的主要环境因素是温度。从以上众多的研究结果可见，在不同的海域，不同的季节对浮游植物细胞密度产生影响的关键因子并不相同。此外，环境因子和浮游植物的关系是极其复杂的，环境因子与浮游植物的某一方的变化均会给对方带来影响，同时各个环境因子之间也会相互作用。因此，多因子、多季节的分析是必要的。本文仅收集了冬季9个环境因子，可能存在一些不足，天津近岸海域浮游植物密度与环境因子之间的关系有待于进一步的研究。

表3 浮游植物细胞密度与环境因子关联度

3 小结

(1)调查海域生物Shannon-Wiener多样性指数的变化范围为0.85～3.74，平均值为2.54，生境质量为一般。

(2)天津近岸海域浮游植物群落主要以硅藻为主组成，常见种为硅藻和甲藻，主要有：窄隙角毛藻、旋链角毛藻、密联角毛藻、星脐圆筛藻、圆筛藻、刚毛根管藻、优美旭氏藻矮小变型、圆海链藻、夜光藻等。

(3)浮游植物与环境因子的关系分析与结果，可以看出影响天津市近岸海域浮游植物群落的种类组成和细胞密度分布环境因子，主要为亚硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐、硝酸盐、溶解氧、活性硅酸盐、透明度、水温、盐度。

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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

国家自然科学基金(40830535)；环保公益性行业科研专项(201309008)

卞少伟(1986—)，男，工程师，硕士，主要从事水生生物分类及环境监测研究，E-mail：bianshaowei47@163.com

梅鹏蔚(1979—)，男，天津人，高级工程师，硕士，主要从事环境空气质量日报、预报及环境空气质量监测方面的科学研究工作，E-mail：18839189@qq.com

10.14068/j.ceia.2015.03.020

X173

A

2095-6444(2015)03-0077-04