昌黎保护区浮游植物的群落结构特征及变化趋势

洛昊，冯志权，金照光，孙富强，刘亚柳,

包宏伟2，段新玉2，许妍1，马明辉1

(1.国家海洋环境监测中心，辽宁 大连 116023; 2.昌黎黄金海岸国家级自然保护区管理处，河北 昌黎 066600)



昌黎保护区浮游植物的群落结构特征及变化趋势

洛昊1，冯志权1，金照光2，孙富强2，刘亚柳2,

包宏伟2，段新玉2，许妍1，马明辉1

(1.国家海洋环境监测中心，辽宁 大连 116023; 2.昌黎黄金海岸国家级自然保护区管理处，河北 昌黎 066600)

摘要:为掌握昌黎黄金海岸国家级自然保护区近海岸水域生态环境的变化趋势，于1999—2013年对该保护区海域开展了连续15年的生态调查工作。结果表明:保护区浮游植物共计3门23科43属136种，其中硅藻116种，甲藻19种，金藻1种；种类数年际变化呈下降趋势,优势种年际变化差异极显著；15年中浮游植物细胞密度出现两个高峰期；种类数年际变化与pH呈显著负相关关系(r=-0.565，P<0.05)，而年际的Shannon-Wiener指数(H′)与盐度呈显著正相关关系(r=0.521，P<0.05)，这表明影响浮游植物种类组成的主要因素为pH和盐度；浮游植物种类数与浮游动物密度呈显著负相关关系(r=-0.553，P<0.05)，这可能与两者间的捕食关系有关。

关键词:昌黎；浮游植物；群落结构；优势种；相关性分析

昌黎黄金海岸国家级自然保护区位于河北省东北部秦皇岛市昌黎县，面积约300 km2，是国务院于1990年首批批准建立的5个国家级海洋类自然保护区之一。区内主要保护对象为由沙丘、沙堤、泻湖、林带、海洋生物等构成的沙质海岸自然景观、海洋生态系统和自然资源，是研究海陆变化的典型生态系统，同时也是整个渤海环境历史变迁的一个缩影。浮游植物是海洋生态系统中的初级生产力，也是海洋生物赖以生存的物质基础，被称为“海洋中的森林”[1]。了解昌黎黄金海岸国家级自然保护区近岸海域浮游植物种类组成、细胞密度、生物多样性指数等群落特征及其变化趋势，对于保证该海域水环境质量[2-3]、合理开发和有效保护文昌鱼自然资源具有重要意义。

1材料与方法

分别于1999—2013年8月在河北昌黎黄金海岸国家级自然保护区海域展开连续15年的现场调查，监测站位见图1。浮游植物的采集、贮存、运输和预处理按照《海洋监测规范》(GB12763.6—2007)规定的方法进行。使用浅水Ⅲ型浮游生物网从水底至水面拖网采集浮游植物。采集的样品用体积分数为5%的甲醛固定保存，在实验室内经过静置、沉淀、浓缩后，在光学显微镜下鉴定其种类、计数细胞密度。采用Shannon-Wiener指数方程[4-5]计算生物多样性指数(H′)，通过计算优势度确定优势种[6]。

2结果与分析

2.1浮游植物种类组成及优势种

1999—2013年夏季航次调查中，共采集到浮游植物3门23科43属136种，种类多样性极丰富。其中硅藻15科35属116种，占种类总数的85.29%；甲藻7科7属19种，占13.97%；金藻1科1属1种，占0.74%。无论从种类数还是细胞密度上，硅藻占绝对优势。15年间浮游植物种类数呈波动变化，监测初期种类数较多,2000年检出61种，为15年中的最大值；2011年仅检出26种，为最低值，其余年份为30～50种(图2)。

15年间保护区海域的主要浮游植物类群为硅藻和甲藻，其比值变化明显。1999、2000年硅甲藻比值为5～6，2001年增到37，达到最高值，2002—2008年变化不明显，基本保持在5～15，2009年降为4，达到最低值，2010年又上升为33，为次高值，2011—2013年基本保持在4～7。整体来看，硅甲藻比值共出现两个高峰，分别在2001年和2010年，时间跨度为10年(图2)。

图1　调查站位Fig.1　Distribution of sampling stations

图2　浮游植物种类数及硅甲藻比值的年际趋势变化Fig.2　Annual change in species number and diatom and dinoflagellates ratio in phytoplankton from 1999 to 2013

浮游植物优势种年际变化差异极显著，多数种类仅在一个监测年度形成优势，只有窄细角毛藻ChaetocerosaffinisLauder在2000、2001、2003、2004年4个年度形成优势，其次为洛氏角毛藻Chaetoceraslorenzianus和中肋骨条藻Skeletonemacostatum(Grev.)Cleve分别在3个年度形成优势(表1)。根据优势种分布特征和生态性质，昌黎保护区浮游植物主要是以广温广盐广分布种类和广温沿岸性种类为主，其次为北温带到亚热带沿岸性种类和广温性外洋种类。

2.2浮游植物密度分布

1999—2013年浮游植物细胞密度波动剧烈，波动范围为(2.26~5133.84)×104ind./m3，最大值出现在2006年，最小值出现在2009年。总体来看，浮游植物细胞密度变化趋势呈双峰型，第一波峰出现在2000—2002年，第二波峰出现在2006年(图3)。

2.3生物多样指数

1999—2013年生物多样性指数变化明显，最小值出现在2011年(0.71)，最大值出现在2003年(3.82)。1999年多样性指数为2.09，随后5年一直处于较高水平，从2005年开始下降，说明浮游植物群落结构多样性有所下降，浮游植物种类资源丰富度开始降低(图4)。

表1　1999—2013年浮游植物夏季优势种的年际变化

图3　浮游植物细胞密度的年际变化趋势Fig.3　Annual change in phytoplankton cell abundance in summer from 1999 to 2013

图4　1999—2013年多样性指数的变化趋势Fig.4　Annual change in Shannon-Wiener index from 1999 to 2013

2.4浮游植物群落与环境因子的相关性分析

浮游植物群落与环境因子的相关性分析如表2所示，浮游植物种类数与pH呈显著负相关关系(r=-0.565，P<0.05)，而生物多样性与盐度呈显著正相关关系(r=0.521，P<0.05)，表明影响浮游植物种类组成的主要因素为pH和盐度[7]。浮游植物种类数越多，其多样性指数就越高，两者呈显著正相关关系(r=0.528，P<0.05)。

2.5浮游生物群落指标间的相关性分析

浮游生物种类(N)、密度(D)、生物量(B)之间的相关性分析如表3所示，浮游植物种类数与浮游动物的密度呈显著负相关关系(r=-0.553，P<0.05)，浮游动物种类数与生物量呈显著正相关关系(r=0.587，P<0.05)，其余群落指标间相关性均不显著。

3讨论

本研究中，浮游植物群落结构的年际变化与环境因子间表现出不同程度的正相关或负相关性，虽未达到显著性水平，但表明浮游植物的种类数受多种环境因素正反方向的共同影响。其中，浮游植物种类数的年际变化与pH呈显著负相关关系，而生物多样性与盐度呈显著正相关关系，表明影响浮游植物种类组成的主要因素为pH与盐度。

表2浮游植物种类、密度、Shannon-Wiener指数与环境因子的相关性分析

Tab.2Correlation analysis between the species composition,density, and Shannon-Wiener index of phytoplankton and environmental variables

种类数密度H'pHDO盐度温度DINDIPCOD种类数10.2250.528*-0.565*-0.3400.1100.216-0.1140.410-0.709密度10.242-0.082-0.4960.290-0.063-0.196-0.129-0.140H'1-0.467-0.4240.521*-0.046-0.2910.219-0.784pH10.258-0.224-0.341-0.012-0.3300.372DO1-0.712**-0.0860.3330.4350.303盐度1-0.196-0.058-0.384-0.179温度1-0.423-0.1170.333DIN10.116-0.761DIP1-0.762COD1

注:*表示显著相关(P<0.05)；**表示极显著相关(P<0.01)，下同

Note：*denotes significant correlation(P<0.05); ** denotes very significant correlation(P<0.01), et sequentia

表3浮游生物的种类、密度的相关性分析

Tab.3Correlation analysis of the species composition and density in planktons

N植D植N动D动B动N植10.2250.067-0.553*0.361D植1-0.0860.0070.180N动1-0.4110.587*D动1-0.379B动1

盐度是控制浮游植物变化的重要环境因子[8]，保护区近岸出现的浮游植物多为高盐或广盐种类，因此，其多样性指数与盐度呈正相关关系，这与对洋山港海域浮游植物生态的研究结果类似[9]。由于植物进行光合作用时将会产生OH-，随着浮游藻类数量的增加，光合作用产生的OH-超过了缓冲容量时，海水中的pH就会升高。由于种间竞争关系的存在，往往浮游植物密度最高时，其种类数反而较低，因此，藻类的种类数与pH可能存在一定的负相关关系，但这种相关性仅在本区域的调查中出现，尚未有更有利的证据表明该关系的存在，因此，需要在以后的研究中进一步探讨。

同时，通过与其他海域的浮游植物群落与环境因子相关性分析结果对比发现，温度[7,10]、营养盐[11-12]均为浮游植物的主要影响因子，但在昌黎保护区海域这种相关性却并不显著，这可能与保护区海域环境复杂、生态类型多样有关，是众多环境因子综合影响的结果。本研究中，浮游植物种类数与浮游动物的密度呈显著负相关关系，这可能与浮游动物对浮游植物存在摄食选择性有关。Dagg[13]研究证实，无论是大型浮游动物还是小型浮游动物对浮游植物都构成捕食和被捕食的关系，浮游动物种类较多时，由于种间的竞争，导致各种群的绝对密度不高，从而导致浮游植物(浮游动物饲料种)密度减少，浮游动、植物群落间形成制约关系，但这种关系仍需通过长时间的监测结果分析验证。

参考文献：

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Characteristics and variation trend of phytoplankton community

in Changli Golden Beach National Ocean Natural Preserve

LUO Hao1, FENG Zhi-quan1, JIN Zhao-guang2, SUN Fu-qiang2, LIU Ya-liu2

BAO Hong-wei2, DUAN Xin-yu2, XU Yan1, MA Mming-hui1

(1.National Marine Environmental Monitoring Center, Dalian 116023, China; 2.Changli Golden Beach National Ocean Natural Preserve, Changli 066600, China)

Abstract：Characteristics and variation trend of phytoplankton community were investigated in Changli Golden Beach National Ocean Nature Preserve from February, May, August, and November of 1999 to February, May, August, and November of 2013. A total of 136 phytoplankton species was found, belonging to 43 genera, and 3 phyla, including 116 species in Bacillariophyta, 19 species in Pyrrophyta and only 1 species in Chrysophyta. There was annual downward trend in species number as elapse of the 15-year survey, with significant difference in number of predominant species. Two peaks of phytoplankton cell density were observed during the 15-year survey, and annual change in species number was inversely related to pH (r=-0.565, P<0.05). However, the annual change in Shanon-Wiener index (H′) was significantly positively related to salinity (r=0.521, P<0.05), indicating that pH and salinity were the main environmental factors influencing phytoplankton species composition. The phytoplankton species composition was negatively correlated with zooplankton abundance(r=-0.553, P<0.05)，which may be involved in the predator-prey relation between them.

Key words：Changli； plankton； community structure； dominant species； correlation analysis

作者简介：洛昊(1983—)， 男， 助理研究员。E-mail:luohao@nmemc.org.cn

基金项目：海洋公益性行业科研专项( 201005014,201305023)；国家自然科学基金青年科学基金资助项目(41301079)

收稿日期：2014-05-14

中图分类号：Q178.53

文献标志码：A

文章编号：2095-1388(2015)02-0207-04

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-1388.2015.02.018