海河入海口表层水体浮游生物群落特征及与环境因子的相关性研究

窦勇，霍达，姜智飞，周文礼，乔之怡

天津农学院水产学院//天津市水产生态及养殖重点实验室，天津 300384



海河入海口表层水体浮游生物群落特征及与环境因子的相关性研究

窦勇，霍达，姜智飞，周文礼，乔之怡*

天津农学院水产学院//天津市水产生态及养殖重点实验室，天津 300384

摘要：浮游植物是水域生境的初级生产者之一，浮游动物是水生食物网中承上启下的关键环节，它们都在水生生态系统的物质循环和能量流动过程中发挥着举足轻重的作用。研究浮游生物群落结构变化及其与环境因子的关系，对了解水生生态系统的变化、生态过程等有着重要意义。为了研究海河入海口浮游生物的群落特征以及与水环境因子的关系，于2014年6月（夏季）和2015年1月（冬季）进行了两次调查采样，分析了海河入海口区域表层水体的浮游动、植物丰度以及环境因子。结果表明，调查期间共发现浮游植物55种，浮游动物19种。夏季浮游植物平均丰度为2.98×107 cells·L-1，冬季为6.0×106 cells·L-1；夏季浮游动物平均丰度为53.56 inds·L-1，冬季为36.76 inds·L-1。环境因子方面，夏季平均溶解氧质量浓度为4.10 mg·L-1，高于冬季的3.72 mg·L-1。冬季平均盐度为18.98‰，略高于夏季的17.09‰，两个航次盐度的空间分布近乎一致。夏季平均pH 为8.25，冬季为8.17，夏季略高于冬季。铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）、亚硝态氮（NO2--N）和总氮（TN）平均水平均为夏季高于冬季，但在构成上却表现出较大的时空差异，夏季NH4+-N和NO2--N占优势，冬季NH4+-N居于主导。夏季总磷（TP）平均水平为14.03 mg·L-1，远高于冬季的0.03 mg·L-1。相关性分析表明，温度对浮游动、植物群落发展均具有显著的促进作用。高盐度不利于浮游植物生长繁殖，但对浮游动物有一定的积极影响。冬季浮游动物对浮游植物的摄食压力增大，下行控制效应突出。

关键词：海河入海口；浮游植物；浮游动物；环境因子；相关分析

引用格式：窦勇，霍达，姜智飞，周文礼，乔之怡.海河入海口表层水体浮游生物群落特征及与环境因子的相关性研究［J］.生态环境学报，2016，25（4）:647-655.

DOU Yong，HUO Da，JIANG Zhifei，ZHOU Wenli，QIAO Zhiyi.Study of the Community Characteristics of Plankton and Their Correlation with the Environmental Factors in Surface Water in Haihe Estuary ［J］.Ecology and Environmental Sciences，2016，25（4）:647-655.

入海口是河流入海的区域，区内咸淡水相交汇，河川径流与海洋潮流相互作用，造成水体盐度、溶氧、浊度、流速等环境因子呈现剧烈的变化。因此，河口往往分布着广盐性、耐低氧、耐低光照的生物类群。另外，河流入海口承载了大部分随河川径流下泄的污染物，而且人类活动往往相对集中，因此入海口是自然环境-人类活动共同影响下的一类十分脆弱的生态系统（白杨等，2011；李俊龙等，2015）。浮游生物是水生生态系统的重要类群，其中浮游植物是水域生境的初级生产者之一，浮游动物是水生食物网中承上启下的关键环节，它们都在水生生态系统的物质循环和能量流动过程中发挥举足轻重的作用。受到复杂多变的环境因子的制约，入海口区域浮游生物的种类分布、生物量以及群落结构表现出不同于其它水生生境的特有变化，而这些指标也可以在一定程度上指示河流入海口生态健康的水平（沈国英，2010）。

海河是我国七大河流之一。海河水系是华北地区的最大水系，由上游的北运河、永定河、大清河、子牙河、南运河五大支流与海河干流组成，五大支流在天津附近汇合，经由海河干流从大沽口注入渤海湾，构成一个典型的扇状水系。海河入海口位于渤海与华北平原的交界地带，海陆相互作用强烈，区域内城市化水平高、人口密度大，河岸带和海岸线基本被人工构筑物覆盖，沿岸陆源污染物排放通量很高，再加上干流下游河道经常性的冲淤疏浚作业，使得海河口生态系统表现出社会-自然复合性、海洋-陆地边缘性和时空-梯度活跃性的特征（Xia et al.，2005；Xia et al.，2011；Yan et al.，2012；Gao et al.，2014；Shao et al.，2014）。目前已有许多学者围绕海河流域主要河流以及入海口开展了水体与沉积物环境调查（吕书丛等，2013；褚帆等，2015）、浮游植物类群分布（易少奎等，2013）、生态系统健康评价（彭涛等，2009；郝利霞等，2014）、景观空间梯度格局（何萍等，2009；赵志轩等，2011；孙然好等，2013）方面的研究工作，但是对于海河口浮游生物和环境因子的综合分析却基本处于空白状态。本研究调查了海河入海口表层水体浮游植物和浮游动物类群以及相关环境因子的分布变化，分析了浮游生物丰度与环境因子的相关性，探讨了环境因子对浮游生物群落的影响，以期为海河口生态健康评价与水生生物保护提供一定的基础资料。

1　材料与方法

1.1采样站位设置与采样时间

海河入海口区域因防潮闸的存在，闸上和闸下水体环境有很大差异，因此以海河防潮闸为界，综合考虑表层水体盐度和营养盐浓度梯度在入海口区域设置18个调查站位，其中闸上（编号1～9）、闸下（编号10～18）各9个（表1），以便能够获取较为全面的海河入海口生态环境数据。调查于2014 年6月份（夏季）和2015年1月份（冬季）分两次进行。

1.2样品采集与处理

在各站位使用北原式5 L有机玻璃采水器采集深度为0.5 m的表层水样，取1 L水样置于广口塑料瓶中，现场用体积分数为1%的鲁哥氏液固定，样品带回实验室后静置24 h，沉淀浓缩后计数。枝角类和桡足类定量样品使用采水器采集4次获得，再用25#（200目，孔径为64 μm）浮游生物网过滤浓缩，最后将网头中的样品收集于50 mL样品瓶中，用5%福尔马林溶液固定，样品带回实验室静置沉降、浓缩后计数。浮游植物、浮游动物定性样品分别采用25#、13#（125目，孔径为112 μm）浮游生物网在水面表层呈“∞”字形缓慢收集5 min，并分别将网内浓缩液置于100 mL塑料水样瓶中，分别用1%体积的鲁哥氏液、5%的福尔马林溶液固定，带回实验室镜检分类。

在各调查站位使用YSI多参数水质分析仪原位同步测定表层水体水温、溶解氧（DO）质量浓度和盐度。根据海洋调查规范（GB/T 12763.4─2007）的要求，于实验室内使用次溴酸钠氧化法测定铵态氮（NH4+-N），Cd-Cu还原法测定硝态氮（NO3--N），重氮-偶氮法测定亚硝态氮（NO2--N），过硫酸钾氧化法测定总氮（TN）和总磷（TP）。

1.3数据处理

使用SPSS 17.0软件对浮游生物丰度和环境数据进行相关分析。相关分析中，P＜0.05表明差异达显著水平，P＜0.01表明达差异极显著水平。

2　结果与分析

2.1浮游生物的分布变化

2.1.1浮游植物的分布变化

调查期间共发现浮游植物55种，其中蓝藻门18种，绿藻门8种，硅藻门23种，甲藻门2种，裸藻门2种，金藻门2种（表2）。夏季浮游植物优势种为蓝藻门的阿氏浮丝藻（Planktothrix agardhii）、微小平裂藻（Merismopedia tenuissima）、小形色球藻（Chroococcus minor），硅藻门的条纹小环藻（Cyclotella stiata）以及绿藻门的椭圆卵囊藻（Oocystis elliptica）。冬季浮游植物优势种为蓝藻门的巨颤藻（Oscillatoria princeps）、小席藻（Phormidium tenue）以及硅藻门的梅尼小环藻（Cyclotella meneghiniana）、具星小环藻（Cyclotella stelligera）和中肋骨条藻（Skeletonema costatum）。

表1　调查站位坐标Table 1 Coordinates of sampling sites

夏季浮游植物丰度呈现闸上高于闸下且以防潮闸为中心向上、下游降低的变化趋势，各站位平均丰度为2.98×107 cells·L-1，其中以8号站位最高达1.53×108 cells·L-1，15号站位最低仅1.69×106 cells·L-1。冬季各站位浮游植物丰度分布相较于夏季更为均匀，平均丰度为6.0×106 cells·L-1，其中3号站位最高为1.35×107 cells·L-1，而15号站位最低仅2.29×104 cells·L-1（图1）。

表2　海河入海口浮游植物种类组成Table 2 Species composition of phytoplankton in Haihe estuary

2.1.2浮游动物的分布变化

调查期间共发现浮游动物19种，其中枝角类2种，桡足类7种，轮虫10种（表3）。桡足类和轮虫分别在夏、冬两个季节占据优势地位，夏季优势种为绿色近剑水蚤（Tropocyclops prasinus）、近亲拟剑水蚤（Paracydops affinis）、火腿许水蚤（Schmackeria poplesia），而冬季优势种为缘板龟甲轮虫（Keratella quadrala）、曲腿龟甲轮虫（Keratella valga）。另外在夏季和冬季均发现水体中存在大量甲壳动物的无节幼体。

图1　浮游植物丰度分布Fig.1 Distribution of phytoplankton abundance

表3　海河入海口浮游动物种类组成Table 3 Species composition of zooplankton in Haihe estuary

图2　浮游动物丰度分布Fig.2 Distribution of zooplankton abundance

夏季浮游动物丰度无显著的变化规律（图2），各站位平均丰度为53.56 inds·L-1，其中1号站位最高为308.10 inds·L-1，11号站位最低仅3.90 inds·L-1。冬季各站位浮游动物丰度波动较小，平均丰度为36.76 inds·L-1，其中10号站位最高为61.78 inds·L-1，8号站位最低为23.48 inds·L-1。

2.2环境因子的分布变化

表4　海河入海口主要环境因子变化Table 4 Fluctuation of the main environmental factors in Haihe estuary

图3　海河入海口水温分布Fig.3 Distribution of water temperature in Haihe estuary

图4　海河入海口溶解氧质量浓度分布Fig.4 Distribution of dissolved oxygen mass concentration in Haihe estuary

调查期间海河口主要环境因子的变化情况如表4所示。由于多次冲淤作业的影响，夏季调查于6月开展但是时间跨度较大，因此测得的各站位表层水温差异较大（图3）。溶解氧水平夏季高于冬季（图4），但差异并不明显；在空间分布上，夏季各站位溶解氧质量浓度波动较大，无明显规律，而冬季溶解氧水平表现为海河防潮闸下站位高于闸上的变化趋势。冬季平均盐度略高于夏季，闸下各站位盐度明显高于闸上；空间分布上夏冬绝大多数站位对应的盐度变化幅度较小，盐度分布曲线近乎重合（图5）。夏季平均pH略低于冬季，夏季闸上各站位pH水平高于闸下，而冬季各调查站位pH分布较为平均（图6）。氮是浮游植物生长所必需的生源要素，但历史资料同时指出氮是海河口水体环境的主要污染物（熊代群等，2005），因此重点研究了各采样站位表层水体的TN和3种类型氮素组分（NH4+-N、NO3--N、NO2--N）的含量及比例变化。TN和3种类型氮素平均水平都存在着夏季高于冬季的现象，但在组分构成上却体现了较大的时空差异：夏季闸上各站位氮素构成比例为NH4+-N＞NO3--N＞NO2--N，而在闸下NO2--N占有优势；冬季各调查站位基本呈现 NH4+-N＞NO2--N＞NO3--N的趋势，其中NH4+-N占据绝对优势（图7）。夏季水体TP水平远高于冬季。

图5　海河入海口盐度分布Fig.5 Distribution of salinity in Haihe estuary

图6　海河入海口pH分布Fig.6 Distribution of pH in Haihe estuary

2.3浮游生物丰度与环境因子的相关性分析

为了研究环境因子对浮游生物群落的影响，对浮游动、植物丰度与环境因子进行Spearman相关性分析，结果见表5和表6。

夏季，与浮游植物丰度呈正相关的环境变量有水温、pH，呈负相关的为溶解氧、盐度、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TN、TP和浮游动物丰度，而冬季与浮游植物丰度呈正相关的环境因子是pH、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TN和TP，呈负相关的有水温、溶解氧、盐度。

表5　夏季生物因子与环境因子间的相关性分析Table 5 Correlation analysis between biological factors and environmental factors in summer

表6　冬季生物因子与环境因子间的相关性分析Table 6 Correlation analysis between biological factors and environmental factors in winter

图7　海河入海口不同形态氮盐构成比例分布Fig.7 Distribution of proportion of nitrogen salt composition in Haihe estuary

夏季，与浮游动物丰度呈正相关的环境变量有水温、pH、NH4+-N，呈负相关的有溶解氧、盐度、NO3--N、NO2--N、TN、TP和浮游植物丰度，而冬季与浮游动物丰度呈正相关的环境因子有水温、溶解氧、盐度、TN，呈负相关的为pH、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TP和浮游植物丰度。

3　讨论

3.1环境因子对浮游植物群落的影响

夏季，浮游植物丰度与温度呈极显著正相关（P=0.010），说明温度对浮游植物生长繁殖具有关键的促进作用。海河入海口浮游植物类群的绝大部分微藻属于广盐种，对水体盐度变化耐受性较强，但有文献（晏荣军等，2006）指出高盐度会使微藻生长受到抑制且细胞表面产生塌陷，本研究中浮游植物群落的丰度与盐度呈显著负相关（P=0.027），说明高盐度造成的渗透压胁迫不利于浮游植物群落的发展。而浮游植物丰度与pH呈正相关，是因为酸碱度调节着水体中微量金属元素和营养盐的赋存形态与生物可给性，偏碱性的水环境有利于浮游微藻吸收水中的金属元素和营养盐（邱保胜等，2009；Glibert et al.，2013；Wang et al.，2014）。夏季浮游植物丰度与氮磷含量均呈负相关，表明浮游植物旺发大量消耗水体中的营养盐，形成微藻群落发展与营养盐含量之间此消彼长的关系。

冬季，浮游植物丰度与温度未显示显著的正相关，说明温度不再是调控浮游植物群落的关键因子。冬季浮游植物群落结构较夏季更为复杂多样，浮游微藻光合放氧水平较高，表层水体出现短暂的溶解氧过饱和现象（唐桂明，1994；苟婷等，2015），另外加上浮游动物的耗氧需求，使得浮游植物丰度与溶解氧呈极显著负相关（P=0.003）。在营养盐方面，氮成为影响浮游植物群落丰度最重要的生源要素，NH4+-N、NO3--N、NO2--N含量均与浮游植物丰度呈极显著正相关（P值分别为0.002、0.001、0.002），说明氮盐有效地支持了浮游植物群落的发展，其中NO3--N含量与丰度的相关系数最大，显示NO3--N对微藻生长的促进作用最强；虽然NO2--N浓度达到一定水平会对细胞造成损伤，但有学者（刘静雯等，2001）证实水体中微量的NO2--N仍然可以作为藻类的氮源，这就是NO2--N含量与浮游植物丰度呈现极显著正相关的原因。

3.2环境因子对浮游动物群落的影响

夏季，环境因子和浮游植物数量指标对浮游动物群落的影响均不显著，而且相关系数的绝对值差别不大，说明环境因子和浮游植物对浮游动物的作用相对平均。

冬季，浮游动物丰度与温度呈极显著正相关（P=0.001），显示温度对浮游动物的生长繁殖具有至关重要的作用。浮游动物异养生活需要消耗大量氧气，因此水体中的溶解氧成为影响浮游动物群落的重要环境因子，而浮游动物丰度与溶解氧之间极显著的正相关关系（P=0.007）很好地印证了这一点。与浮游植物截然相反，浮游动物丰度与盐度呈极显著正相关（P=0.007），这可能与浮游动物能够更好地调节机体机能以适应高盐度造成的渗透压胁迫有关（李共国等，2015）。另外值得注意的是，浮游动物丰度与NH4+-N、NO3--N、NO2--N均呈负相关关系，说明氮盐对于异养生活的浮游动物来说不仅不具备营养功能而且还可能有一定的毒害，另外NH4+-N也是浮游动物的代谢产物之一，暗示着氮素对浮游动物群落可能存在着反馈抑制作用。浮游动物与浮游植物之间的生态联系主要是捕食与被捕食的营养关系，冬季浮游动物对浮游植物的摄食压力增大，浮游动物通过摄食作用积累自身生物量的同时控制了浮游植物群落的丰度（即下行控制效应突出）（Striebel et al.，2012；李静等，2015），在统计学上表现为浮游动物丰度与浮游植物丰度之间极显著的负相关关系（P=0.003）。

4　结论

（1）调查期间，共发现浮游植物55种，浮游动物19种。夏季浮游植物平均丰度为2.98×107 cells·L-1，冬季为6.0×106 cells·L-1；夏季浮游动物平均丰度为53.56 inds·L-1，冬季为36.76 inds·L-1。

没有完善的程序，检察机关就可能既要面对对“检察优势”的忧虑又要面对对监督效果不彰的质疑。前文的论述主要是对民事诉讼法律监督程序的方向性预测。整合现有制度、以最小社会成本发挥法律监督作用的程序细节尚待思考。可以预见的是，制度的整合与过程的透明，将是程序设计的重心。

（2）夏季平均溶解氧质量浓度为4.10 mg·L-1，高于冬季的3.72 mg·L-1。冬季平均盐度为18.98‰，略高于夏季的17.09‰，两个航次盐度的空间分布近乎一致。夏季平均pH为8.25，冬季为8.17，夏季略高于冬季。NH4+-N、NO3--N、NO2--N和TN平均水平均为夏季高于冬季，但在构成上却表现出较大的时空差异，夏季NH4+-N和NO2--N占优势，冬季NH4+-N居于主导。夏季TP平均水平为14.03 mg·L-1，远高于冬季的0.03 mg·L-1。

（3）在夏季温度能显著促进浮游动、植物群落的发展。高盐度不利于浮游植物的生长，但对浮游动物有一定的积极影响。冬季浮游动物对浮游植物的摄食压力增大，下行控制效应突出。

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Study of the Community Characteristics of Plankton and Their Correlation with the Environmental Factors in Surface Water in Haihe Estuary

DOU Yong，HUO Da，JIANG Zhifei，ZHOU Wenli，QIAO Zhiyi*
Tianjin Key Laboratory of Aquaculture Ecology and Cultivation//Fisheries College of Tianjin Agriculture University，Tianjin 300384，China

Abstract：Phytoplankton plays an important role as one of the primary producers in the water habitats，and zooplankton serves as the key taxa connecting link beteen lower and upper trophic level.Phytoplankton and zooplankton play an important role in circulation of materials and flow of energe in the aquatic ecosystem.Knowledge of plankton community dynamics and its relationship with environmental factors is crucial in understanding the changes in aquatic ecosystems.In order to explore the characteristics of plankton community structure and their relationships with environmental factors in surface water in haihe estuary，we investigated the species composition，abundance，spatial distribution of plankton and environmental factors in haihe estuary in June 2014 （summer） and January 2015 （winter）.There were 55 phytoplankton and 19 zooplankton species identified.The abundance of phytoplankton in summer was higher than it in winter，and the average abundance of the phytoplankton were 2.98×107 cells·L-1and 6.0×106 cells·L-1respectively.Having the same trend，the abundance of zooplankton in summer was also higher than it in winter，and the average abundance of the zooplankton were 53.56 inds·L-1and 36.76 inds·L-1respectively.The dissolved oxygen mass concentration in summer was higher than it in winter，and the average do mass concentration were 4.10 mg·L-1and 3.72 mg·L-1respectively.The salinity in winter was higher than it in summer appreciably，were 18.98‰ and 17.09‰ respectively，and the spatial distribution of salinity in summer and winter were almost unanimously.The average pH in summer was higher than it in winter appreciably，and the average pH were 8.25 and 8.17 respectively.The average levels of TN，NH3-N，NO2-N and NO3-N were higher in summer than them in winter，but the component ratio of nitrogen changed largely in spatial and temporal distribution.NH3-N，NO3-N dominated in summer，while NH3-N in winter.The TP in summer was much higher than it in winter，and the average level of TP were 14.03 mg·L-1and 0.03 mg·L-1respectively.According to correlation analysis，the communities of phytoplankton and zooplankton were promoted significantly by temperature.The growth and reproduction of phytoplankton were adversely affected by high salinity，while those of zooplankton just the reverse.The grazing pressure exerted on phytoplankton by zooplankton was high in winter，and the top-down effect highlighted significantly.

Key words：haihe estuary； phytoplankton； zooplankton； environmental factors； correlation analysis

DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.04.014

中图分类号：X826

文献标志码：A

文章编号：1674-5906（2016）04-0647-09

基金项目：国家国际科技合作专项（2013DFA71340）；农业部南海渔业资源开发利用重点实验室开放基金项目（FREU2015-04）

作者简介：窦勇（1985年生），男，讲师，博士，主要研究方向为水域生态学。E-mail:douyonghero@163.com

*通信作者：乔之怡（1977年生），女，副教授，硕士，主要研究方向为水域生态学。E-mail:qiaozhiyi7070@163.com

收稿日期：2016-03-23