钱塘江河口浮游植物分布与环境因子的典范对应分析

马永星，张波涛，臧家业，张爱军，刘炜

（1．青岛大学化学科学与工程学院 青岛 266071；2．国家海洋局第一海洋研究所海洋生态研究中心 青岛 266061；3．青岛市地震监测中心 青岛 266000）

1 引言

世界上大多数河口都受到了不同程度的人类活动干扰，导致水体富营养化程度不断加剧，引起河口生态环境的退化甚至崩溃［1－2］。在河口区的生态环境能量与物质的流动中，河口浮游植物是河口水生态系统的初级生产者和食物链的基础环节，其种类和数量的变化对环境变化具有指示作用，环境因子的改变也会影响浮游植物的群落结构，进而影响河口区生态系统的结构以及功能［3－4］。

钱塘江河口位于杭州湾内，面向东海，受到钱塘江冲淡水、长江冲淡水和潮汐的共同影响，属于典型的河口型海湾［5］，且浮游植物以硅藻为主［6］。近年来由于人为的干扰与损害，杭州湾已经成为污染严重的区域［7－9］。然而，目前，大多研究关注在长江口和东海水域，而对于杭州湾的浮游植物相关的研究较少。事实上，除长江口作用外，东海近岸的赤潮高发区显然也与杭州湾的贡献息息相关。因此，对于杭州湾浮游植物分布的变化规律及与环境因子典范对应分析的研究，将有助于认识杭州湾生态环境的发展趋势，为杭州湾乃至东海的生态环境的保护与修复提供有力的依据。

2 材料与方法

2．1 样品的采集

2013年5 月、2013 年8 月、2013 年11 月和2014 年1 月在钱塘江河口分别进行了春、夏、秋、冬4个季节的海洋科学综合调查，调查范围覆盖杭州湾大部分区域，调查站位如图1所示。

调查中，用Niskin采水器采集水样，同时用多参数水质剖面仪（JFE，AAQ122）获得水体温度和盐度等水文参数。调查项目包括：总悬浮颗粒物（SPM）、营养盐和叶绿素a等。浮游植物的采样按《海洋调查规范》（GB 17378．7—2007）进行，水采样品：采集表层水样500 mL，装入聚丙烯瓶中，加1%鲁哥试剂固定、沉淀和浓缩；网采样品：使用浅水Ⅲ型浮游生物网自海底至表层垂直拖网，样品经5%福尔马林溶液固定保存。

图1 钱塘江河口调查站位图

2．2 样品的分析

营养盐利用营养盐自动分析仪（SEAL 公司，QuAAtro型）进行分析，对于1～10μmol／L含量的样品，分析不确定性为 小于5%～10%，大于10μmol／L的样品含量分析不确定性为1%～5%［10］；叶绿素a用1∶9丙酮提取后，采用荧光法分析。浮游植物采样结束后在实验室内进行镜检分析，室内分析鉴定按《海洋调查规范》中规定的方法进行。

3 结果和讨论

3．1 温、盐及其他水化学因子的分布特征

调查海区夏季水温为全年最高，冬季的水温为全年最低，各季节水温变化由高到低依次排列为夏季、春季、秋季、冬季。由图2 可以看出，春季表层海水温度在东南侧近岸水域水温比较高，并沿监测水域两岸向中心方向呈降温的趋势；夏季表层海水温度分布与春季相似；秋季表层海水温度整体上呈现从核电附近到离岸逐渐降低的趋势，低值区位于调查海域的北部；冬季上游方向海水温度相对较低，而入海口以及上游处水温相对较高。

图2 钱塘江河口温度（℃——）和盐度（－－－－－－）的分布

整体上，表层水温相对较高，底层水温相对较低，且各个季节表层和底层水温相差不大，同一站位垂直分布差异也不明显；不过，表层和底层水温平面分布有明显的变化趋势，均呈现与岸线平行的带状分布趋势。水温一定程度上受到核电温排水的影响，各季节核电附近水温相对较高。同时，该海域水温还受到杭州湾海水涌入的影响，如冬季，入海口方向水温相对较高。大多季节温度的分布也受到了东南侧陆地的影响，近岸温度相对离岸较高。可见，调查海域各季节水温的分布受温排水、海水入侵以及地形的影响较大。

各季节表层盐度的水平分布见图2，从图2中可以看出，春季水体表层盐度分布趋势为从入海口向上游方向逐渐降低；夏季表层水体的盐度分布与春季类似，盐度的高值出现在监测海域东北部入海口处；秋季呈均匀带状分布，海水盐度自核电站沿岸海域到离岸海域逐渐上升；冬季表层水体盐度分布呈现从上游向入海口方向逐渐增高的趋势。

整体上表层盐度相对较低，底层相对较高，各个季节表底层盐度数值相差不大，垂直分布差异也不明显。除了冬季，其他季节表层和底层盐度平面分布相似，且普遍呈现从上游向入海口方向逐渐增高的趋势。

总体而言，海水盐度春季和夏季相对较低，主要是上流径流量在这两个时期相对较高，淡水稀释作用更明显。调查海域盐度的分布与变化主要取决于江河入海径流量的多少以及海水上涌的强度，因此，调查水域盐度会明显地受到潮汐作用的影响。春季和夏季上游流域雨量较大，盐度相对较低；入秋以后，降雨量减小，径流减小，水体盐度增加，使得盐度的分布更多地受到潮汐与海水涌入的影响。

调查海区水化学因子的统计见表1。总体来看，调查海域海水理化参数温度、盐度、悬浮物等调查结果由于受到河流和海洋的双重影响，具有显著的河口特性，波动性大，悬浮物浓度和浊度处于一个较高的水平，水体透明度因此较低。分析营养盐测量结果，该水域富营养化严重，尤其是无机氮和磷酸盐的浓度较高，全年均值超过二类海水水质标准，属于典型的富营养化河口。

表1 钱塘江河口水化学因子统计

3．2 叶绿素a的分布特征

调查海区春季叶绿素a的含量范围在0．08～2．03μg／L之间，平均值为0．48μg／L；夏季叶绿素a的含量范围在0．01～2．99μg／L 之间，平均值为0．83μg／L；秋季叶绿素a 的含量范围在0．15～2．29μg／L之间，平均值为0．77μg／L；冬季叶绿素a的含量范围在0．08～1．23μg／L 之间，平均值为0．51μg／L；全年调查海域叶绿素a的含量变化范围在0．01～2．99μg／L 之间，平均值为0．76μg／L。总体上全年调查期间调查海域的叶绿素a波动较大，夏季海水中叶绿素a含量较高，春季相对较低。

图3 给出了钱塘江河口叶绿素a的分布情况，从图3可以看出，春季表层海水叶绿素a在西侧近岸海域较低，东侧离岸海域较高；夏季表层海水叶绿素a分布整体上与春季类似，呈现近岸低、离岸高的趋势；秋季表层海水叶绿素a整体上分布与春季和夏季相反，高值区更多地集中在西侧近岸海域；冬季海水叶绿素a分布趋势整体上相对较低，高值区位于核电南侧邻近海域。整体上表层叶绿素a相对较高，底层相对较低，各个季节表底层叶绿素a相差不大，垂直分布差异不明显。调查海区夏季叶绿素a为全年最高，冬季和春季的叶绿素a相对较低；调查海域各季节叶绿素a含量相对其他海区较小，主要原因可能是该水域具有暖温带强潮河口区生态特征，尽管水体含丰富营养盐和充足溶解氧，由于同时存在着诸如悬沙含量高、透明度小等不利于生物繁殖生长的环境因子，使得该海域生产力偏低。与邻近的东海相比［11］，该水域叶绿素a的含量普遍较低，大约为前者的1／4，与较为混浊的长江水体叶绿素a的含量接近［12］。

图3 钱塘江河口叶绿素a（μg／L）的分布

3．3 浮游植物生物量及其影响因素

图4给出了钱塘江河口浮游植物细胞总量分布情况，由图4 可以看出，春季航次共采集鉴定浮游植物35种，其中硅藻31种，占出现总种类数的94．1%，优势种（以优势度Y≥0．02计）主要有中肋骨条藻、圆筛藻类（主要包括琼氏圆筛藻、虹彩圆筛藻等）和菱形藻类（主要是洛氏菱形藻）；表层浮游植物总细胞数量在70×105～2 475×105cell／m3，最大值出现在H06 号站，最小值出现在H04 号站，平均值为444×105cell／m3。夏季航次共采集鉴定浮游植物40 种，其中硅藻35种，硅藻类的贡献占出现总种类数的87．5%；表层浮游植物总细胞数量在96×105～1 221×105cell／m3，最大值为H19 号站，最小值出现在H14号站，平均值为420×105cell／m3，细胞总量在杭州湾湾顶钱塘江口较低，其中中肋骨条藻在表层水采样品中占绝对优势，其次是直链藻类和圆筛藻类。秋季航次共鉴定浮游植物37 种，其中硅藻33种，硅藻类的贡献最大，占出现总种类数的89．2%；表层浮游植物总细胞数量在108×105～1 834×105cell／m3，平均值为405×105cell／m3，最大值出现在13号站，最小值出现在10号站，调查海域中部细胞总数相对较高，中肋骨条藻在表层水采样品中占绝对优势，其次是圆筛藻类。冬季航次共鉴定浮游植物31种，其中硅藻32种，硅藻类占出现总种类数的96．8%；表层浮游植物总细胞数量在33×105～72×105cell／m3，平均值为54×105cell／m3，整个调查海域表层浮游植物总量处在一个较低的水平，总体上调查海域北侧相对高于调查海域南侧，水采样品中优势种主要有圆筛藻类、菱形藻和舟形藻（表2）。

图4 钱塘江河口浮游植物细胞总量（×105cell／m3）的分布

一般而言，高浑浊的水域浮游植物群落结构以硅藻为主，非硅藻浮游植物较少。与邻近的东海相比［11，13］，该水域浮游植物种类较为单一，且生物量普遍不高。调查海域浮游植物的物种多样性指数在河口左岸水域和河口的中部水域较高，而在河口右岸和河口下游数值较低。淡水种和半咸水种是该海域优势的浮游植物，淡咸水混合的结果造成了上述分布格局的出现。

表2 钱塘江河口浮游植物细胞总量和优势种（优势度）

典范对应分析（CCA）显示，温度、盐度和悬浮颗粒物是影响优势种中肋骨条藻生物量的重要水文因素，而DSi、N／P 与Si／N 比是影响其生物量的化学要素。悬浮颗粒物与优势种生物量成负相关关系，这表明浊度对生物量的制约机制，亦表明该水域浊度是控制生物量的重要因素；尽管该水域营养盐浓度普遍较高，但该水域并未有发生赤潮的记录，显然高的浊度减少了赤潮发生的几率。温度均与优势种呈正相关关系，这表明高的温度有利于优势种的增殖。不过，盐度与优势种多呈负相关关系，这很大程度上是由于该水域物种多属于淡水种和半咸水种，低的盐度有利于其增殖过程。总氮与总磷多与优势种呈负相关关系，这很大程度上是由于该水域水体悬浮物含量较高，颗粒氮磷又是该海域的主要营养盐形态，其增加了水体的浊度，影响了优势种的增殖。溶解硅多与优势种呈正相关的关系，Si／N在春季和冬季是优势种存在的限制性因子，这主要是由于这两个季节溶解硅浓度较低的缘故，导致Si／N 比低于其他季节，成为限制生物生长的因素。值得说明的是，在冬季，圆筛藻超过中肋骨条藻，成为该海域的优势种，这是因为在冬季悬浮颗粒物的含量最高，相比于中肋骨条藻而言，CCA 显示圆筛藻更适宜生活在高浑浊的水体，加之冬季温度较低，这也限制了中肋骨条藻的增殖。因此，该区域控制生物量与组成的主要因素是浊度／悬浮颗粒物含量，其次是温度，高的营养盐并未对该水域生物量格局造成大的影响。然而，与1989—1990年数据相比［6］，该海域叶绿素a含量以及浮游植物细胞数明显降低，硅藻种类数也有减少了30%～50%，另外绿藻、蓝藻和甲藻的出现频率也明显增加。造成这方面变化的原因很可能与营养盐结构变化有关，从图5可以看出，Si／N 比或N／P 比往往是优势种生物量的限制性因子，如春季的Si／N 比与夏季的N／P均对优势种的数量产生限制。

图5 钱塘江河口环境因子与优势种生物量的关系

由此可见，营养盐丰富的水域，生产力并不一定高。由于同时存在着多种不利于浮游植物繁殖的环境因子的综合影响，营养盐不能被充分的利用而显得过剩，反而会使得邻近水体存在潜在的富营养化导致赤潮的趋势，而影响物质的再循环。从目前数据来看，杭州湾潮流强，水体浑浊度高，生物量相对较低，因此其“河口过滤器”效应是有限的。但是，由于杭州湾近海的氮磷负荷超过了硅的输入量，使得湾内营养盐结构发生了较大的变化，很可能对邻近的东海产生较大的影响，增加诱发赤潮的风险，应加强监测。

4 结论

（1）调查海域春、夏、秋、冬季叶绿素a含量分别为0．48μg／L、0．83μg／L、0．77μg／L 和0．51 μg／L。与邻近的海域相比，该水域叶绿素a的含量普遍较低，主要是由于河口区水体悬沙含量高、透明度小等环境因子不利于浮游植物繁殖和生长所致。

（2）调查海域浮游植物的出现总量以春季最高，夏季和秋季次之，到冬季则显著降低。浮游植物的种类主要为硅藻，占浮游植物总量的87．5%～96．8%，优势种为中肋骨条藻和圆筛藻，浮游植物的物种多样性指数在河口左岸水域和河口的中部较高。

（3）调查海域环境因子与优势种生物量的CCA 结果表明，浊度是控制该海域浮游植物种类的限制因子，并在群落结构演替中发挥关键作用。与历史数据相比，该海域叶绿素a含量以及浮游植物细胞数明显降低，硅藻种类数也有减少了30%～50%，另外绿藻、蓝藻和甲藻的出现频率也明显增加，营养盐结构变化可能是浮游植物数量和种类变化的重要原因。

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