金山三岛海洋生态自然保护区海域浮游生物的分布

刘建国，齐安翔，陈皓鋆，王晓亮，2，杨画红，徐晶晶

（1.国家海洋局东海预报中心，上海　200081；2.中国海洋大学环境科学与工程学院，山东青岛　266100）

金山三岛海洋生态自然保护区海域浮游生物的分布

刘建国1，齐安翔1，陈皓鋆1，王晓亮1，2，杨画红1，徐晶晶1

（1.国家海洋局东海预报中心，上海200081；2.中国海洋大学环境科学与工程学院，山东青岛266100）

基于2012年8月金山三岛海洋生态自然保护区海域浮游生物调查数据，分析该海域浮游生物的空间分布特征及其环境影响。结果表明：浮游植物密度在沿岸和近杭州湾口门一侧较高，在大金山岛周围区域较低；浮游动物丰度平面分布不均，仅在近杭州湾口门一侧出现一高值区；浮游植物密度的数量变化与表层悬浮物（r=0.906，P=0.013）呈显著负相关，与表层无机氮（r=0.835，P=0.038）呈显著正相关，与底层无机氮呈极显著正相关（r=0.977，P=0.004），与表、底层无机磷（表层：r= 0.541，P=0.268，底层：r=0.605，P=0.280）、浮游动物丰度（r=0.083，P=0.876）相关性不显著，水动力作用对其平面分布有一定程度影响；与历史资料相比，该海域浮游植物密度近年来呈升高趋势，浮游动物丰度则呈下降趋势，浮游动物与浮游植物时空分布的非一致性，反映出浮游动物未能对浮游植物有效的下行控制，该水域浮游生态系统可能不稳定。

金山三岛海洋生态自然保护区；浮游生物；环境因子

金山三岛位于杭州湾北岸海域，包括大金山岛、小金山岛和浮山岛，均为无居民小型基岩海岛。由于受人类活动影响较少，经过数百年来的自然演变，岛上至今仍保留有众多珍稀的野生物种资源。为有效保护这座大自然赐予的天然“基因库”，上海市人民政府于1991年10月批准成立了第一个自然保护区金山三岛海洋生态自然保护区，范围包括金山三岛及其周围0.5 n mile的海域。

近年来，随着杭州湾沿海工程的实施及沿岸工农业的蓬勃发展，每年有大量的生活污水、工业废水、农业退水等进入金山三岛保护区海域，造成该水域营养盐含量持续升高，环境承载压力进一步加大［1］。由于污染物来源的多样性以及周围水体的水动力作用，大量的陆源排污可能会给保护区海域海洋生态环境造成一定程度的影响。因此，定期调查评价该海域海洋环境状况及其变化趋势，对保护区的科学管理和有效保护具有重要意义。本文采用2012年金山三岛海洋生态自然保护区海域生态环境调查中的浮游植物、浮游动物数据资料，结合同步调查所获得的水文、水质资料，分析该海域浮游生物的分布特征，并探讨其分布特征与环境因子的相关性，为保护该海域生态环境，维持保护区生物资源的可持续利用提供基础资料。

1　材料和方法

1.1站位布设

于2012年夏季（8月份）大潮期间在金山三岛保护区海域（30°38′30.00″-30°44′38.00″N，121°21′48.00″-121°29′58.00″E）设置6个生物生态调查站位（图1），另外在该区域设置水质、水文泥沙调查站位，同步进行化学、水文泥沙等项目的采样调查。

图1　浮游生物调查站位分布图Fig.1　Distribution of plankton Sampling stations

1.2样品采集

浮游植物样品用有机玻璃采水器在表层0.5 m处采取1 L水样得到、浮游动物样品采用浅水Ⅰ型浮游生物网（网口内径50 cm、筛绢CQ14、孔径0.505 mm）由海底至海表垂直拖曳得到，所获浮游生物标本经5%福尔马林溶液固定后，带回实验室进行分类、鉴定和计数。

水质样品分表、底两层采样，分析项目包括悬浮物、无机氮、无机磷等。其中悬浮物测定采用重量法，无机氮为硝酸盐（次溴酸盐氧化法）、亚硝酸盐（萘乙二胺分光光度法）和氨氮（锌镉还原法）的总和，无机磷采用磷钼蓝分光光度法。

采用RDI公司生产的600 kHz声学流速剖面仪（ADCP）进行26 h连续流速、流向观测（测速范围：±10 m/s，流速测量精度：1%×测量值±0.5 cm/s），数据分析层次在水深3 m以内采用3点法（表层、0.6 H、底层，H为水深），水深3 m以上采用6点法（表层、0.2 H、0.4 H、0.6 H、0.8 H、底层，H为水深）。

1.3数据处理

分析环境因子变化与浮游植物密度变化之间的相关性时，以同步监测到的水质资料，分别取悬浮物、无机氮、无机磷等水环境因子作自变量，以浮游植物密度为因变量，采用回归分析方法计算；为了考察浮游动物和浮游植物之间的数量关系，以每个站位浮游植物密度为自变量，以对应站位浮游动物丰度为因变量进行线性回归分析。

数据相关分析采用Spss13.0统计软件包处理，平面分布图采用Surfer8.0软件绘制。

2　结果

2.1浮游生物数量的平面分布

2.1.1浮游植物

浮游植物高密度区位于保护区海域近杭州湾口门一侧的1、2号站位，密度值分别达到3.95×104cells/L、4.58×104cells/ L；其次是近沿岸区域的3、4号站位，密度在2.65×104cells/L上下；低值区则位于大金山岛附近的5、6号站位，基本上不超过1.50×104cells/L，如图2。

2.1.2浮游动物

该海域浮游动物丰度总体呈北侧高南侧低的平面分布特点，如图3。其中，丰度高值区出现在1号站位，为213.49 ind/ m3，引起该站位个体丰度较大的原因是虫肢歪水蚤Tortanus vermiculus数量多，单种丰度达到了105.26 ind/m3。

图2　浮游植物密度分布（cells/L）Fig.2　Density distribution of phytoplankton（cells/L）

2.2无机氮、无机磷、悬浮物的分布特征

无机氮的平面分布与浮游植物密度分布特点相近，无论是表层还是底层，在靠近沿岸和杭州湾口门一侧的区域均呈现出相对较高的分布特征（图4）；无机磷的分布亦呈现由金山近岸向远岸方向逐渐降低的趋势（图5）。营养盐的这种平面分布特征，与纪焕红等［1］2002年在该海域的调查结果相一致，分析这与入海径流和陆源污染等因素有关。

图3　浮游动物丰度分布图（ind/m3）Fig.3　Distribution of zooplankton abundance（ind/m3）

图4　无机氮平面分布（mg/L）Fig.4　Horizontal distribution of inorganic nitrogen（mg/L）

图5　无机磷平面分布（mg/L）Fig.5　Horizontal distribution of inorganic phosphorus（mg/L）

水体悬浮物浓度是影响水下光环境的重要环境因子。本次调查中，以大金山岛为中心的附近水域存在表层悬浮物浓度高值区（图6），这与大金山岛周围的水体运动有关。拉格朗日余流对物质的输运方向有一定的指示作用，根据同步调查所计算的拉格朗日余流场，夏季在大金山岛西侧海域有一余流流速增大区（图7），大潮期间最大流速可达0.3 m/s，方向为NE向［2］。而金山三岛附近底质普遍以粉砂为主［2］，很容易因局部区域的潮流扰动产生再悬浮泥沙，造成附近水体悬浮物浓度增大。

图6　表层悬浮物浓度平面分布（mg/L）Fig.6　Horizontal distribution of suspended particulate matter concentration（mg/L）

图7　夏季大潮期保护区海域拉格朗日余流分布特征Fig.7　Characteristic distribution of？Lagrange residual current in spring tide phase

2.3浮游植物密度与环境因子、浮游动物丰度的相关关系

相关性分析结果显示，浮游植物密度与表、底层无机氮浓度变化分别呈显著正相关关系（r=0.835，P= 0.038）、极显著正相关关系（r=0.977，P=0.004）；与表、底层无机磷浓度变化相关性均不显著（表层：r=0.541，P=0.268，底层：r=0.605，P=0.280）；与表层悬浮物浓度变化呈显著负相关关系（r=0.906，P=0.013）。

本次调查中浮游动物和浮游植物数量未显示出相关关系（r=0.083，P=0.876），浮游动物对浮游植物数量的影响不显著。

2.4浮游生物变化趋势

2.4.1浮游植物

本次调查共鉴定出浮游植物21种，与2002年丰水期调查期间检出的种类数（20种）基本一致，且两次调查中肋骨条藻Skeletonema costatum均为金山三岛海域浮游植物的优势种，其优势度达到了极高水平；所不同的是本次调查浮游植物总细胞密度是2002年调查结果的2.42倍，见表1。

表1　金山三岛海域夏季航次调查浮游植物密度比较（×106cells/L）Tab.1　Comparison of phytoplankton density of summer voyages'investigation in the Jinshan three-islands sea area（×106cells/L）

2.4.2浮游动物

与2002年调查结果相比，本次调查浮游动物个体丰度下降了75.5%，其主要优势种均有不同程度的减少（表2）。

表2　金山三岛海域历次调查浮游动物丰度比较（ind·m-3）Tab.2　Comparison of zooplankton abundance of all previous investigations in the Jinshan three islands sea area（ind·m-3）

3　讨论

3.1浮游植物密度分布与环境因子的关系

水温、营养盐、水体透光度及浮游动物的捕食作用是影响浮游植物数量及群落结构的重要因素［4-5］，悬浮物引起的透明度降低，进而造成的光限制可能是河口区浮游植物生长的主要限制因素［6］。因为水体中的浮游植物通过光合作用进行生长、繁殖，悬浮物虽然不能决定太阳辐射的光照强度，但可以通过减小水体透光率而影响浮游植物光合作用强度，从而抑制大金山岛周围水体的初级生产力，使浮游植物密度显著低于附近水域。特别是该区域位于钱塘江、长江入海的河口区域，径流过剩营养盐由于悬浮物的消光作用削弱了河口生态系统对其的吸收、同化功能。且已有研究证明，综合了光照、透明度、浊度、悬浮物等之后的水下光环境是影响浮游植物的种类组成和生物量的环境因子之一［7］，尤其是在富营养化程度较高的水体中更是如此［8］。

显然，该海域悬浮物可以直接参与海洋的物理过程，其浓度是影响水体透光度进而影响浮游植物光合作用的重要因素，与浮游植物数量变化呈显著负相关关系。

如前所述，营养盐是浮游植物生长繁殖的重要物质基础，一定浓度范围内的营养盐可以促进浮游植物的生长，过低会限制浮游植物数量的增加，而过高则不仅易导致赤潮发生，还会使浮游植物群落结构发生变化［9-10］。

调查期间水体温度、盐度和浮游动物的摄食压力在金山三岛水域基本无异，浮游植物数量多少主要取决于外源性营养盐的输入。而各种营养盐中，氮、磷含量及其相对含量与浮游植物关系最为密切，是浮游植物数量和种类变化的重要影响因子。调查结果亦表明，在无机氮含量较高的沿岸区域和近杭州湾口门区域相应地形成了浮游植物密度高值区，至于浮游植物密度和无机磷含量相关性不明显，原因可能是浮游植物消耗无机磷进行生长繁殖需要一个时间过程，两者的数量变化在同一时空内存在迟滞性差异，并非线性对应，但此现象是否具有偶然仍有待研究。

因为尽管该海域总体呈富营养化状态，但与中国近海主要河口、海湾相同［11］，金山三岛所处海域总体上处于磷限制潜在性富营养化水平［12］，即使水体中无机氮含量很高也会因为磷限制而并不能尽被浮游植物所利用，所以不会造成实质性的富营养化［11］。但该水域一旦得到陆源磷的补充，使N/P值接近Redfield值，就会加剧富营养化程度，促进浮游植物大量生长繁殖。所以在受陆源营养盐输入比较明显的区域，产生了浮游植物密度的高值区，同时也消耗了对应区域的无机磷。故此时浮游植物数量反映出来的是水质采样前较长一段时间内的水质状况，存在与同步调查的无机磷无显著相关性的可能。

3.2水文因子对浮游植物的影响

根据本次同步调查的水文资料［2］，大潮期间大金山岛西侧形成的湍流经过小金山岛与大金山岛之间的海域后，分为2支，一支继续向WN方向流动，另一支方向转变为W向，在小金山岛周围形成一个逆时针旋转的环流区。而本次浮游生物样品在大潮期间采集，处于流速增大区的5、6号站位浮游植物密度较低除了和该区域悬浮物浓度较高有关外，强烈的水动力作用在该处产生的冲荡也是重要原因之一。另外，锋面形成及湍流、水团运动等物理过程对浮游植物的生长及分布也有一定的影响作用［13-14］，由于局部环流所产生的辐聚作用可以使浮游植物在海面聚集［15］，本调查中1、2、4站位的浮游植物密度相对较高与此可能有一定关系。

3.3浮游动物和浮游植物的关系

浮游动物是浮游植物最主要的牧食者，作为海洋的次级生产者，其种类和数量的变动可直接影响或控制水域的初级生产力。相关学者在对瓯江口的研究中发现，浮游动物丰度和浮游植物密度之间显著呈良好的正相关关系，反映出该区域浮游动物对浮游植物可进行有效的下行控制［16］。

在本文相关分析中，该海域浮游动物对浮游植物数量的影响不显著，可能存在两个方面的原因：一方面是夏季金山三岛海域浮游动物的优势种是肉食性种类虫肢歪水蚤，且其优势度较高，故浮游动物类群并不完全直接依赖于浮游植物生长，对浮游植物的摄食压力很小；另一方面由于水域营养盐浓度过高，浮游动物对浮游植物的调控作用因此受到一定程度的影响［17］。

3.4浮游生态系统稳定性分析

近年来浮游植物密度的不断增加，与该海域水质变化不无关系。自1990年以来至今的三次调查结果显示，该区域无机氮和无机磷在23年间分别增加了1倍和1.5倍（图8），富营养化程度进一步加剧。该海域为磷限制海域，近期无机磷含量增加幅度超过了无机氮，使该海域磷限制得到缓解，对浮游植物而言其营养的可利用性大大提高，藻类等爆发的几率也随之增加。而且，随着近年来长江径流入海输沙量的逐年减少［18-19］，保护区海域悬浮物含量随之有大幅度下降，透明度提高，真光层厚度增加，为浮游植物光合作用提供更加充足的光照，会促进浮游植物的繁殖。1990、2002年和2012年3次调查中（调查季节均相同）浮游植物密度的逐次增加也印证了这一发展趋势。

图8　1990-2012年夏季无机氮、无机磷变化趋势图Fig.8　The trend chart of the change of inorganic nitrogen and inorganic phosphorus in summer of 1990-2012

对生态系统而言，当食物网中不同成分的数量处于相对稳定和平衡时，表现为该系统的相对稳定［20］。

然而与本底调查结果相比较，本次调查中浮游动物的个体丰度并没有随着浮游植物数量的增加而增加，反而有较大程度地减少。同步调查结果显示，夏季该海域表层盐度介于8.82～9.78之间，底层盐度介于8.99～10.31之间，属半咸淡水水质。一方面，该海域浮游动物绝对优势种虫肢歪水蚤和火腿许水蚤均属半咸淡水的种类，适盐范围大，其他浮游动物种类在半咸淡水的环境中却很难长期生存或扩大种群；另一方面，尽管本次调查中浮游动、植物数量存在一定程度的空间一致性，即浮游植物多的水域，有相对较多的浮游动物数量，但从时间序列上看，依然表现为浮游植物极高的密度和浮游动物较低的丰度这种不协调状况的加剧，加之该水域浮游动物优势种单一且优势度较高，显示该水域浮游生态系统可能处于不稳定状态。

［1］纪焕红，叶属峰，王金辉，等.金山三岛海洋生态自然保护区海域营养盐变化趋势与评价［J］.海洋环境科学，2004，23（2）:36-39.

［2］齐安翔，刘建国，梁颖瑜，等.金山三岛海洋生态自然保护区海域生态调查分析报告［R］.上海:国家海洋局上海海洋环境监测中心站，2013.

［3］纪焕红.上海市金山三岛海洋生态自然保护区本底调查报告［R］.上海:国家海洋局东海环境监测中心，2002.

［4］KIMMEL B L，LIND O T，PAULSON L J.Reservoir Primary Produetion［M］.Reservoir Limnology:ecological perspectives，1990: 133-193.

［5］林秋奇，赵帅营，韩博平.广东流溪河水库后生浮游动物生物量谱时空异质性［J］.湖泊科学，2006，18（6）:661-669.

［6］叶属峰，纪焕红，曹恋，等.长江口海域赤潮成因及其防治对策［J］.海洋科学，2004，28（5）:26-32.

［7］戈贤平，陈家长，吴伟.太湖蓝藻的暴发和生物治理［J］.中国水产，2008（3）:7-11.

［8］LEHMAN P W.The influence of climate on phytoplankton community biomass in San Francisco Bay Estuary［J］.Limnology and Oceanography，2000，45（3）:580-590.

［9］曲克明，陈碧鹏，袁有宪，等.氮磷营养盐影响海水浮游硅藻种群组成的初步研究［J］.应用生态学报，2001，11（3）:445-448.

［10］王汉奎，董俊德，张惚，等.三亚湾氮磷比值分布及其对浮游植物生长的限制［J］.热带海洋学报，2002，2l（1）:33-38.

［11］郭卫东，章小明，杨逸萍.中国近岸海域潜在性富营养化程度的评价［J］.台湾海峡，1998，17（1）:64-70.

［12］中国海湾志编纂委员会.中国海湾志第五分册（上海市和浙江省北部海湾）［M］.北京:海洋出版社，1992:67-70.

［13］ANDERSON D M，KULISD M，ORPHANOS J A，et al.Distribution of toxic dinoflagellate Gonyaulax tamarensis in the southern New England region［J］.Estuarine Coastal and Shelf Science，1982，14（4）:447-458.

［14］FRAGA S，ANDERSON D M，BRAVO I，et al.Influence of upwelling relaxation ondinoflagellates and shellfish toxicity in Ria de Vigo，Spain［J］.Estuarine Coastal and Shelf Science，1988，27:349-361.

［15］王金辉，秦玉涛，刘材材.长江口及邻近海域有毒藻类和赤潮毒素的本底调查［J］.海洋湖沼通报，2007（1）:52-61.

［16］陈雷，徐兆礼，姚伟民，等.瓯江口春季营养盐、浮游植物和浮游动物的分布［J］.生态学报，2009，29（3）:1 571-1 577.

［17］张立彬，王启山，丁丽丽，等.富营养化水体中浮游动物对藻类的控制作用［J］.生态环境学报，2009，18（1）:64-67.

［18］水利部长江水利委员会.长江泥沙公报［M］.武汉:长江出版社，2011:1-5.

［19］水利部长江水利委员会.长江泥沙公报［M］.武汉:长江出版社，2010:1-9.

［20］XU Z L.Relation ship between red tide occurrence and zooplankton community structure in the coastal sea of East China Sea in spring［J］.China Environmental Science，2004，24（3）:257-260.

The Distribution of Plankton in the Sea Area of Jinshan Threeislands Marine Ecological Natural Reserve

LIU Jian-guo，QI An-xiang，CHEN Hao-yun，et al
（East China Sea Forecast Center，SOA，Shanghai200081，China）

Based upon the survey data of August 2012，the space distribution characteristic of plankton in the sea area of Jinshan three-isIands marine natural reserve was reported.The characteristic and key environmental affection were also analysed.The result showed that:1）Phytoplankton density was higher at the side of the north coast and the estuary of Hangzhou bay，while lower around the Big Jinshan island.2）The horizontal distribution of the zooplankton abundance is uneven，which was higher just at the side of the estuary of Hangzhou bay.3）The change in value of phytoplankton density significantly negatively correlated with suspended particles in the surface layer of sea water（r=0.906，P=0.013），and extremely significantly positively correlated with inorganic nitrogen concentration in the bottom layer（r=0.977，P=0.004），while had no significant correlation with inorganic phosphorus concentration in the water column（surface:r=0.541，P=0.268；bottom:r= 0.605，P=0.280）and the number of zooplankton（r=0.083，P=0.876）.4）Phytoplankton horizontal distribution，is affected by the hydrodynamic force.Compared with historical data，the phytoplankton density presented a ris-ing trend in recent years，while the abundance of zooplankton presented a downward trend.The temporal and spatial distribution between zooplankton and phytoplankton was inconsistent，which reflected that the control of phytoplankton downward was not effective，and the plankton ecosystem may not be stable there.

Jinshan three-isIands marine natural reserve；plankton；environmental factors

S932.8

A

1008-830X（2015）02-0174-07

2014-11-03

国家海洋局东海分局青年科技基金项目（201202）

刘建国（1983-），男，山东菏泽人，工程师，硕士，研究方向：海洋生态学.E-mail:liujianguo@eastsea.gov.cn

徐晶晶，研究方向：海洋环境监测与质量监督.E-mail:xujingjing@eastsea.gov.cn。