乳山近岸养殖区初级生产力时空分布及其与环境因子相关关系

于广磊 张明亮 程玲 尚国栋 张娟 宋秀凯

摘要：于2017—2018年3月、5月、8月、10月在乳山海水增养殖海域进行了水文、气象、化学、浮游植物等要素的综合调查，文章分析了该海域初级生产力和主要环境因子间的相关关系并探讨了其相互影响。结果表明，2017—2018年调查区域水体初级生产力的波动范围为92～3 5040 mg（m2·d）（以碳计），各年度均为8月最高，3月比5月、10月略高，5月和10月相当。3—5月乳山湾东汊和乳山东与文登交界处要高于其他区域，8月近岸外海整体较高，从近岸区到远岸初级生产力先逐渐增大后逐渐减小，10月的初级生产力普遍偏低。2018年3月和8月初级生产力与温度、pH值、无机氮、NP值和盐度等相关环境因素有一定的显著相关关系，而在5月和10月相关关系则都不显著。此次调查结果能够反映出陆源输入、季节变化等生境改变对水体初级生产力的时空分布的影响。

关键词：乳山;海水养殖;初级生产力;环境因子;相关关系

中图分类号：X55;P76文献标志码：A文章编号：1005-9857（2019）11-0069-06

SpatioTemporal Distribution of Primary Productivity and Its Correlation with Environmental Factors in Rushan Nearshore Aquaculture Areas

YU Guanglei1，2，ZHANG Mingliang1，CHENG Ling1，2，SHANG Guodong3，ZHANG Juan1，2，SONG Xiukai1，2

（1Shandong Marine Resource and Environment Research Institute，Yantai 264006，China;2.

Shandong Marine Environment Monitor Center，Yantai 264006，China;3Rushan Marine and Fishery Supervision and Supervision Brigade，Weihai 264500，China）

Abstract：Comprehensive surveys of hydrological，meteorological，chemical and phytoplankton factors were carried out in Rushan seawater in March，May，August and October of 2017 to 2018，and the influence relationship of the primary productivity and main environmental factors were analyzed.The results showed that the primary productivity in the survey area ranged from 9.2 to 3504.0 mgC（m2·d） in 2017 to 2018，which the highest in August，slightly higher in March，equivalent in May and October （i.e.August>March>May≈October）.The primary productivity of Dongcha in Rushan Bay and the junction of eastern Rushan and Wendeng were higher than other areas in March to May，the offshore area was overall higher in August，gradually increasing from the coast to farshore area and then decreasing，and generally low in October.It was significantly correlated between primary productivity and the environmental factors such as temperature，pH，inorganic nitrogen，NP value and salinity in March and August 2018，while not significantly between that in May and October.The results of the surveys could reflect the impacts of habitat changes such as terrigenous input and seasonal variation on the spatial and temporal distribution of primary productivity.

Key words：Rushan，Mariculture，Primary productivity，Environmental factors，Relation

0引言

浮游植物、底栖植物（包括定生海藻和红树、海草等植物）以及自养细菌等生产者，通过光合作用或化学合成制造有机物和固定能量的能力，称为初级生产力。海洋初級生产力，也称海洋原始生产力，初级生产力的大小决定了浮游动物等饵料生物的多寡，从而直接影响该海域的渔业资源量，是海洋渔业资源评估、水质评价、洋流跟踪及整个生态系统的生态功能研究中不可缺少的内容[1]。乳山是著名的“水产之乡”，其近海是海洋捕捞与养殖的重要区域，盛产牡蛎、文蛤、对虾、蓝点马鲛、梭鱼等百余种海洋经济生物，其中乳山牡蛎养殖面积、产量居全国首位，乳山文蛤、鹰爪虾享誉国内外[2]。乳山近岸有乳山河、母猪河、黄垒河等诸多河流注入，其中乳山河贯穿乳山市全境，是影响乳山湾最大的河流。乳山河携带大量泥沙，冲击形成了以往复潮流为特征的狭长溺谷河口海湾，湾内滩宽水浅[3]。特殊的海洋生态地质环境使乳山湾成为多种海洋经济种类的优质养殖场、繁育场。本研究调查了该海域表层叶绿素a浓度和初级生产力的时空变化特征并分析了其与环境因子的关系，以期为乳山增养殖区海域制订适宜的增养殖计划，合理控制生产规模，适度利用生态资源提供数据支撑。

1材料与方法

11样品采集

笔者于2017—2018年3月、5月、8月、10月在乳山增养殖海域进行了水文、气象、化学等要素的综合调查，共布设29个站位，选取代表性强的3个站位于8月采集浮游植物，调查站位见图1（图中★为浮游植物监测站位）。水文、气象和化学要素的采集和分析均按《海洋监测规范》（GB17378—2007）[4]执行，调查项目包括水体的水温、盐度、水深、透明度、叶绿素a、pH值、无机氮、硅酸盐和磷酸盐等。浮游植物采样利用浅水Ⅲ型浮游生物网（网口直径37 cm，网口面积01 m2，网长140 cm，网目孔径77 μm）自底至表垂直拖网采集，样品用体积分数为5%的甲醛固定和保存。采集的浮游植物样品于显微镜下进行分类鉴定，具体操作按照《海洋监测规范》（GB173787—2007）执行。

12数据分析

本研究中初级生产力的计算采用叶绿素a法，按照Cadée等[5]提出的简化计算真光层初级生产力公式估算：

2结果与分析

21初级生产力时空分布特征

2017—2018年乳山近岸海域初级生产力的波动范围为92～3 5040 mg（m2·d）（以碳计）。2017年4个航次的初级生产力均值介于：1801～8527 mg（m2·d）（以碳计），2018年4个航次的初级生产力均值介于：1653～9950 mg（m2·d）（以碳计），从各航次的均值看，8月最高，3月比5月、10月略高，5月和10月大致相当。从图2可以看出2017年和2018年，调查区域水体的初级生产力变化趋势近乎相同。以8月初级生产力水平最高，其他航次的初级生产力变动幅度不大。

由2017年和2018年初级生产力平面分布可以看出，3—5月相对高值点较为集中的位于乳山湾东汊和乳山东与海阳交界区域。乳山湾东汊主要是海参池塘养殖区，海参以底栖微藻和沉积有机质为食，其摄食活动对水体初级生产力影响不大;乳山湾西汊是乳山河河口区域，由于淡水的冲流，各航次水体初级生产力总体都不高;而东汊湾口狭窄，湾内水体交互能力弱，受淡水汇入影响较小，加之受两岸人为活动影响大，水体中营养盐高，从而使初级生产力处于相对较高水平[3]。乳山东与文登交界区域是黄垒河入海口邻近海域，受陆源营养盐输入影响，生产力处于较高水平，是牡蛎养殖较为集中的区域[6 ]。乳山近岸外海8月初级生产力整体较高，从近岸区到远岸初级生产力先逐渐增大后逐渐减小，在近岸区，受夏季降雨影响，导致海水和入海冲淡水的混合，悬浮泥沙的输入和海底沉积物的再悬浮导致海水浑浊，光照成为浮游植物生长的主要限制因子[7];随着冲淡水向外海方向扩散，悬浮泥沙迅速沉降，透明度增大，在河口输入的营养盐较好地满足浮游植物快速增长，因此出现了初级生产力的高值区;在冲淡水区的东部，由于向外海方向陆源营养盐被稀释，尽管水体透明度很高，初级生产力会出现下降，形成低值区[8]。10月营养盐的陆源输入少，导致浮游生物量下降，是乳山海水养殖区该时期生产力低的主要原因[9]。

22初级生产力与各环境因子的相关关系

2018年初级生产力与各环境因素的积矩Pearson相关关系结果显示（表1），3月水体的初级生产力与温度、pH值、无机氮、磷酸盐等环境要素呈极显著正相关关系，与氮磷比呈极显著负相关关系，与盐度呈显著负相关关系;8月水体的初级生产力与pH值、盐度呈极显著正相关关系，与无机氮、磷酸盐、硅酸盐呈极显著负相关关系，与温度呈显著负相关关系;5月和10月初级生产力与各环境要素的相关关系都不显著。

221温度

2018年初级生产力与表层水温相关关系结果显示，3月和8月乳山增养殖区初级生产力与表层海水温度有一定的相关关系（r=0557，P<001和r=-0452，P<005）。本研究海域中硅藻门在浮游植物结构组成上占绝对优势[10-11]。硅藻为低温种，其最佳生长温度很少超过25℃[12]，最适合生长温度通常低于18℃[13]。乳山养殖区水温在3 月的变化范围为35℃～ 72℃，8月的变化范围为287℃～330℃，8 月调查站位水温都超过25℃，不利于硅藻的生长。从水温与初级生产力的相关性可以看出，3月水温与初级生产力呈正相关，极显著，温度升高，初级生产力升高，8月水温与初级生产力呈正负相关，显著，温度升高，初级生产力降低。说明在一定的温度范围内，水温的增加有利于浮游植物的生长，但超过这个范围，水温的增加会对浮游植物生长产生抑制作用，这与沈国英等[14]、刘杰等[15]、杨俊丽等[16]的研究结果较一致。

222pH值

3月和8月，pH 值與初级生产力间都成极显著正相关性（r=0942，P<001和r= 0570，P<001），3月pH值变化范围为806～851，8月pH值变化范围为796～823，说明pH值在一定的范围内升高对浮游植物等初级生产者生长有促进作用[17]。

223盐度

3月盐度与初级生产力间呈显著负相关（r=-0386，P<005），盐度变化范围为284～323，均值为317;8月，盐度与初级生产力间呈极显著正相关（r=-0603，P<005），盐度变化范围为298～311，均值为309。说明盐度接近浮游植物等初级生产者最适盐度生态阈值区[2524，2700]时，对生长有促进作用[18]。

224主要营养盐及NP比值

结果表明，3月DIN与初级生产力间呈极显著正相关（r=0479，P<001），DIN范围为78～921 μmolL，均值为249 μmolL，DIN与初级生产力间呈极显著负相关（r=-0815，P<001），DIP范围为0032～0279 μmolL，均值为0169 μmolL，NP范围为386～20828;8月，DIN与初级生产力间呈极显著负相关（r=-0632，P<001），DIN范围为132～546 μmolL，均值为162 μmolL，DIP与初级生产力间呈极显著负相关（r=-0815，P<001），DIP范围为0025～203 μmolL，均值为0320 μmolL，NP范围为65～3006。王俊[19]指出浮游植物对DIN 和DIP 需求的最适浓度下限571 μmol L和058 μmol L，JUSTIC 等[20]提出当海水中DIN 的浓度小于1 μmol L 时，浮游植物会受到绝对氮限制，当海水中DIP 的浓度小于01 μmol L 时，浮游植物受到绝对磷限制。本次调查中，3月所有站位都没有受到氮限制，少数站位磷受到限制，8月部分站位受到氮限制，DIN總体含量下降，个别站位磷受到限制，但DIP总体含量增加，供给充足。结果表明，8月受陆源输入影响，营养盐总体输入比3月增加，但由于浮游植物等初级生产者消耗水体中的DIN量相对较多，DIN支出大于收入，导致DIP的累积大于DIN。

调查结果分析表明，8月硅酸盐与初级生产力间呈极显著负相关（r=-0588，P<001），研究海域8月硅藻的大量增殖，导致水体中的硅酸盐被大量消耗，硅藻门在浮游植物数量组成上占绝对优势，导致硅酸盐与初级生产力间呈极显著的负相关关系;浮游植物数量与初级生产力间相关关系并不显著，这是由于网采浮游植物只占水体中浮游植物总量的很少一部分，而占浮游植物总量多数的是微型浮游植物，这部分微藻对叶绿素a含量的贡献很大[21]，是水体初级生产力的基础，所以网采浮游植物数量并不能直接反应水体的初级生产力水平[22]。

3结论

（1）2017—2018年乳山海水增养殖海域水体的初级生产力8月最高，3月次之，5月和10月较低。3—5月初级生产力相对高值点较为集中的位于乳山湾东汊和乳山东与文登交界区域，8月近岸外海整体较高，从近岸区到远岸初级生产力先逐渐增大后逐渐减小，10月的初级生产力普遍偏低。

（2）3月的水温低，陆源径流少，营养盐输入少，初级生产者的生长环境处于较为不利的时期，初级生产力与相关环境因素也呈现显著相关关系，2018年3月，水体的初级生产力与温度、pH值、无机氮、磷酸盐等环境要素呈极显著正相关关系（P<001），与氮磷比呈极显著负相关关系（P<001），与盐度呈显著负相关关系（P<005），由于浮游植物等初级生产者数量上较少，硅酸盐的供给相对充足，并未表现出一定的相关关系。

8月水温高，陆源径流大，营养盐输入多，加之浮游植物等初级生产者数量激增，营养盐消耗，各环境因素与初级生长者间的相互影响，也表现出相当的显著相关性，2018年8月水体的初级生产力与pH值、盐度呈极显著正相关关系（P<001），与无机氮、磷酸盐、硅酸盐呈极显著负相关关系（P<001），与温度呈显著负相关关系（P<005）。

5月和10月，各环境因素与初级生长者间供求关系相对稳定，营养盐供给充足，且初级生产者的数量较少，初级生产力与各环境要素的相关关系都不显著。

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