脱硫海水受纳海域浮游桡足类对环境因子的群落响应

孙 洁，孙省利，刘耀谦，陈 灏，张才学

脱硫海水受纳海域浮游桡足类对环境因子的群落响应

孙 洁，孙省利，刘耀谦，陈 灏，张才学

（广东海洋大学海洋资源与环境监测中心，广东 湛江 524088）

【】研究电厂排水口附近海域周年浮游桡足类群落对脱硫海水受纳海域环境因子的群落响应。2016年4、7、9、12月分别对湛江自备电厂附近海域的浮游桡足类群落结构及相关环境因子进行了调查。共鉴定出浮游桡足类41属83种和11类幼体，其中四季种类数为春季27种，夏季31种，秋季47种，冬季43种，分别占浮游动物种类数的18.2%、20.9%、31.9%、29%。种类最多的是大眼剑水蚤属达8种，其次为长腹剑水蚤属7种，唇角水蚤属5种，隆哲水蚤属和歪水蚤属各4种。其中优势种共有8种，无四季优势种，3季都为优势种的有钳形歪水蚤和太平洋纺锤水蚤。浮游桡足类丰度呈现秋季>夏季>春季>冬季的规律，大致符合涨潮丰度增加，落潮丰度减小，远岸丰度低于近岸的规律。Sperman相关性表明，浮游桡足类丰度与夏季pH和温度呈现显著负相关关系，与夏季盐度呈现极显著正相关关系，且温盐是解释夏季浮游桡足类丰度差异的最佳组合。从4个断面分析结果可知，秋季浮游桡足类分布受断面影响显著，秋季断面pH值差异显著。

桡足类；群落特征；季节演替；环境因子；湛江湾

当前，海洋酸化已威胁到了海洋生态系统的健康，沿海国家和国际组织对此高度重视，纷纷制定海洋酸化问题研究计划，研究应对海洋酸化和保护海洋生态环境的对策[1]。海洋酸化改变了海水的化学环境，海洋浮游动物对海水酸性环境的适应性比淡水浮游动物更敏感[2]。目前有关海洋酸化的研究多集中于实验生态，研究对象也主要是单个物种对酸化的响应[3-9]，或短期内浮游生物对酸化的响应[10]，缺乏周年开阔海域中浮游桡足类对海洋酸化的生态研究。与其它环境因子又产生何种协同作用，共同影响着群落的发展动态，海洋酸化的阈值如何，这些均有待于研究。湛江自备电厂采用脱硫工艺，使邻近海域海水pH值下降和海水温度升高的幅度减小，电厂的冷却水用作脱硫海水或者与脱硫海水一起排放造成附近海域水温升高，脱硫海水受纳海域环境因子周年变化仍有待研究。本研究通过对湛江宝钢自备电厂脱硫海水排放附近海域浮游桡足类群落及环境因子进行周年调查，研究排水口附近海域浮游桡足类对环境因子的群落响应，分析浮游桡足类优势种与受影响水质指标之间相关关系，以期为制定沿海排酸企业废水排放标准提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

于2016年4月、7月、9月和12月对湛江宝钢电厂脱硫海水受纳海域的浮游动物及环境因子等进行周年季节调查，根据污水排海辐射扩散特点共布设4条扇形调查断面，共18个站位。断面I至IV分别距离排水口100、500、1 000、2 000 m（图1）。浮游动物用装有网口流量计（网目直径505 μm）的浅水Ⅰ型浮游生物网自底至表进行垂直拖网采集，标本以体积分数5%福尔马林溶液固定保存，室内用显微镜进行分类和计数。浮游植物用浓缩计数法、Chla用丙酮溶液萃取紫外-可见分光光度法。水温、盐度、pH值分别采用温度计、Orion130A盐度计和Orion3star pH计现场测定。

图1 调查站位分布

1.2 数据处理与分析

1.2.1 丰度 各种丰度以每立方米水体内的个体数（ind/m3）表示，且用sufer11绘制丰度平面分布图。

1.2.2 优势种 桡足类优势种根据每个种优势度来决定。优势度，（n/）f，式中n为第种的总生物量；为所有物种的总生物量，f为第种在各站位出现频率，以＞0.02作为优势种[11]。

1.2.3 季节更替率 桡足类四季变化根据季节更替率来说明。季节更替率-1式中为2个季节间不相同的物种数，为2个季节总物种数[11]。

1.2.4 群落结构及环境因子分析 用SPSS进行相关性分析（Spearman非参数检验）和单因素分析（One-Way ANOVA）。分别将四季调查站位内各种桡足类的总丰度由大到小排序，选取占总丰度95%的桡足类作为分析对象[12]，将作为分析对象的各站位浮游桡足类丰度进行对数转化（公式为y=lg(x+1)）[13]。用PRIMER V5进行断面浮游桡足类差异性分析（ANOSIM程序）、断面浮游桡足类贡献率比较（SIMPER程序）、浮游桡足类丰度和环境因子组合BIO-ENV和RELATE程序[14]。

2 结果

2.1 浮游桡足类的种类组成

调查海域共鉴定出浮游桡足类41属83种和11类幼体[15-19]，其中春季27种，占18.2%；夏31季种，占20.9%；秋季47种，占31.9%；冬季43种，占浮游动物种类数29%。种类最多的是大眼剑水蚤属（）达8种，其次为长腹剑水蚤属（）7种，唇角水蚤属（）5种，隆哲水蚤属（）和歪水蚤属（）各4种，纺锤水蚤属（）、胸刺水蚤属（）、拟哲水蚤属（）、角水蚤属（）和简角水蚤属（）各3种。

2.2 浮游桡足类丰度的平面分布和季节变化

One-Way ANOVA分析表明，调查航次间丰度差异显著（<0.001），可见调查海域浮游桡足类丰度呈现明显季节波动。季节变化为单峰型，从春季上升至秋季高峰，再下降至冬季低谷。四季浮游桡足类总丰度均值（标准差）分别为17.60（±15.22）、72.76（±41.83）、121.91（±87.08）、5.30（±2.28）ind/m3。春季浮游桡足类涨潮时的丰度与秋季涨潮时、夏季落潮时差异显著，冬季浮游桡足类涨落潮时的丰度与夏季落潮时、秋季涨潮时均呈显著性差异。四季落潮期总丰度均高于涨潮期总丰度，各站位总丰度变化趋势与总丰度平均值的季节变化趋势相同，均为秋>夏>春>冬（图2）。

图2 桡足类丰度平面分布

浮游桡足类四季断面丰度变化趋势相同，即靠近排水口的第I至第IV断面浮游桡足类丰度逐渐增加。ANOSIM结果表明，4个季度中秋季浮游桡足类在4个断面的丰度差异显著（<0.05），浮游桡足类总丰度均值（±SE）分别为29.25（±6.90）、54.74（±9.64）、108.31（±48.31）、41.25（±38.57）ind/m3。其余季节断面丰度差异不显著。

SIMPER程序结果表明，春季太平洋纺锤水蚤和瘦尾胸刺水蚤4个断面中的群落贡献率分别为80.04%、74.17%、75.21%、62.88%；夏季锥形宽水蚤、红纺锤水蚤和钳形歪水蚤4个断面的贡献率分别为79.18%、82.21%、85.49%、74%；秋季钳形歪水蚤、红纺锤水蚤、锥形宽水蚤和瘦歪水蚤4个断面的贡献率分别为87.80%、85.73%、58.69%、86.27%；冬季钳形歪水蚤和太平洋纺锤水蚤4个断面的贡献率分别为95.98%、94.88%、96.73%、95.12%。其中秋季断面III中出现汤氏长足水蚤群落贡献率为8.65%。

2.3 浮游桡足类优势种的季节演替和丰度变化

调查海域浮游桡足类优势种共有8种(表1)，其中无4季优势种，3季都为优势种的有钳形歪水蚤和太平洋纺锤水蚤；2季都为优势种的有红纺锤水蚤、锥形宽水蚤和缺刻伪镖水蚤；瘦尾胸刺水蚤、瘦歪水蚤和汤氏长足水蚤仅作为1个季度的优势种，分别是春季、秋季、冬季。相邻季度优势种的不同种数为2 ~ 6种，共同种数为3 ~ 7种，物种更替率为42.86% ~ 85.71%，其中，秋-冬季的物种更替率最高，达85.71%，春-夏次之，为83.33%，夏-秋季更替率最低，是42.86%。

表1 调查海域浮游桡足类优势种

2.4 桡足类丰度与环境因子的相关性和拟合度

调查海域四季海水pH值排序为：夏季>春季>冬季>秋季。四季间，夏季（< 0.05、= 3.396）与冬季pH差异显著（< 0.05、= 9.827），夏季与秋季pH差异极显著（< 0.001、= 11.044）。夏季和冬季间温度差异极显著（< 0.001）。秋冬季间盐度差异显著（< 0.05）。环境因子之间，春、秋和冬季温度和Chla均呈现极显著负相关关系；春季pH与叶绿素之间呈现显著正相关，秋季和冬季的pH与Chla之间均呈现极显著正相关（表2）。

涨落潮断面I到断面IV的pH值、温度、盐度以及Chla（图3）。秋季pH值变化明显，且pH值达到最低，断面I至断面IV的pH值的平均值分别为：7.52、7.89、7.90、7.98。

表2 四季的pH、温度、盐度以及Chla均值及标准差

桡足类丰度与pH、温度、盐度以及Chla等环境因子的相关性（表3）。其中，夏季，桡足类丰度与pH和温度呈显著，与盐度呈极显著。

表3 浮游桡足类总丰度与pH、温度、盐度和Chla相关性分析

注：“**”表示在=0.01(双尾)相关性为极显著；“*”表示在=0.05(双尾)相关性为显著；Note: “**” indicates that the correlation at=0.01 (two-tailed) is extremely significant; “*” indicates that the correlation at=0.05 (two-tailed) is significant.

4个季度浮游桡足类丰度与环境因子组合相关性并不显著,结果表明4种环境因子的组合交互作用对酸化海域浮游桡足类丰度影响并不显著。对电厂附近水域桡足类丰度与Chla、pH、水温、盐度4个环境因子进行生物与环境变量关系分析，较低相关系数表明环境因子组合不能很好解释浮游桡足类丰度的变化情况（表4）。

表4 浮游桡足类总丰度与环境变量组合的相关性分析

3 讨论

湛江自备电厂排水口位于湛江湾湾口处，即位于南海北部，南海外海高盐海水通过潮汐涌进港湾，形成巨大纳潮量。排水口附近海域流速大，有利于温排水扩散。同时自备电厂温排水及陆域径流的影响，海淡水的交互作用造成排水口海域海水环境条件复杂。因此，浮游桡足类种类及丰度受多种环境因素综合影响[19-20]。

3.1 浮游桡足类群落结构特征

湛江港群落结构较复杂，属于亚热带沿岸水域结构。调查共发现浮游桡足类94种，根据浮游桡足类的生态习性和地理分布分为4个生态类群: 河口低盐（含半咸水）、近岸暖温性、近岸暖水性和外海暖水性生态类群[27]。脱硫受纳海域因电厂排水影响，使得受纳海域适应于偏高温低盐种类，本次调查浮游桡足类优势种中太平洋纺锤水蚤、红纺锤水蚤、锥形宽水蚤、钳形歪水蚤和汤氏长足水蚤属于近岸暖水性生态类群，而瘦尾胸刺水蚤和缺刻伪镖水蚤属于河口低盐（含半咸水）生态类群。受潮汐涨落潮影响，适应于偏低盐低温的近岸暖温生态类群和适应于高温高盐的外海暖水生态类群也有分布。

3.2 浮游桡足类的时空分布及其影响因素

3.2.1 浮游桡足类的空间分布及其影响因素 湛江港处于亚热带，冬春季为枯水期，降雨少，湾内水流交换能力较丰水期的夏秋来说，相对较弱，因此冬春季节浮游桡足类丰度呈内湾高于外湾的趋势，与夏秋季节相反。

秋季，该海域海水的低pH值造成断面的浮游桡足类丰度的差异，类似于台湾海峡离岛工业区海域，海域浮游动物、虾幼体及仔鱼在水体pH < 7.8时，皆呈现显著低值[21]。秋季海水pH值低于正常海水范围，浮游桡足类可以通过抑制蛋白合成来完成其对海水酸化耐受[22]，酸化海水环境使得浮游桡足类机体蛋白合成机制发生改变[6]，桡足类产卵率随酸化水平的加剧而降低[7-9]。

3.2.2 浮游桡足类的季节变化及其影响因素 湛江港湾浮游桡足类丰度的季节变化与张才学[23]的调查不同。本次调查夏秋温差较小。张才学[23]2009年秋季调查（8月）采样前期有热带低压“天鹅”路过湛江，水温较低，夏秋温差较大。本次调查夏季水温最高，夏季Chla与温度无相关性，可能因为自然海域水体轻微升温即可能对浮游植物量产生较大影响[24]。而碱性环境更有利于浮游植物进行光合作用[25]，pH是影响浮游植物生长的关键因素[26]。本次调查中春、秋和冬季pH和Chla均呈现正相关，相关性系数分别为0.35（< 0.05）、0.661（< 0.001）、0.431（< 0.001）。秋季合适的温盐使得Chla随pH增加而增加，即浮游桡足类丰度随浮游植物增加而增加。夏季未呈显著相关与夏季盐度较高有关，较高盐度水体拥有较强的水体缓冲能力，使得pH升高机制随盐度的升高而降低。

3.3 脱硫受纳海域浮游桡足类群落与历史比较

本次调查与龚玉艳等[27]、张才学等[23]和Wang[28]等的历史调查结果有一定的不同（表5）。除太平洋纺锤水蚤和瘦尾胸刺水蚤，其余6种优势种与其他3次调查均不相同。Wang等[28]调查站位布置11个且靠近湾口，调查时间仅为秋冬两季，与本次调查不同的优势种为中华哲水蚤、短角长腹剑水蚤、坚长腹剑水蚤、强额拟哲水蚤和亚强真哲水蚤。龚玉艳[27]等调查站位布置较少且靠近狭窄内湾，靠近工业养殖等水体污染区域，浮游桡足类数量少，与本次调查不同的优势种为刺尾纺锤水蚤。张才学[23]等站位布置较广，水体交换能力较强，优势种有中型浮游桡足类且优势种较多，与本次调查不同的优势种为中华哲水蚤、普通波水蚤、小拟哲水蚤、桡足类幼体、强额拟哲水蚤、短角长腹剑水蚤、亚强真哲水蚤、伪长腹剑水蚤和坚长腹剑水蚤。

表5 湛江湾浮游动物与历史资料的比较

与其他3次调查相比，本航次浮游桡足类种类数最高，达到94种，中小型浮游桡足类种类增加，大型桡足类种类减少，表现出浮游桡足类群落对排水口环境变化的响应。中华哲水蚤适合生长在低温低盐的春、秋和冬季，水温过高的夏季明显向湾口退缩[21]。电厂排水余氯即电厂排水造成的海水酸化pH值未达到使中华哲水蚤致死的pH值，中华哲水蚤表现出明显的回避效应[22]。太平洋纺锤水蚤全年出现且群落贡献率较大，对酸化水域适应性较好，有一定耐受力，偏高温低盐海水环境适宜其生长[23]。酸化条件下较大粒径浮游植物相比较小粒径浮游植物生长更快[31]。浮游植物粒径改变使得滤食性浮游桡足类的饵料结构发生改变。这可能是钳形歪水蚤全年出现，秋季和冬季全部站位均有分布，且秋季断面丰度随酸度增加而降低的原因。

从本次调查浮游桡足类种类数和优势种丰度可以判断脱硫受纳海域生态环境质量处于良好状态，但与湛江湾历史调查相比较，本次脱硫受纳海域浮游桡足类体型向小型浮游桡足类发展更为明显。小型浮游桡足类对脱硫受纳海域较低pH值和较高水温的水体环境躲避能力较弱。高温和低pH值的脱硫受纳海域的浮游植物结构也有所改变，以浮游植物为食的浮游桡足类群落结构也会发生一定改变。本次调查时间较短，长期的脱硫受纳海域浮游桡足类群落结构变化有待进一步研究。

[1] 高峰, 王辉, 王凡, 等. 国际海洋科学技术未来战略部署[J]. 世界科技研究与发展, 2018, 40(2): 113-125.

[2] YAMADA Y, IKEDA T. Acute toxicity of lowered pH to some oceanic zooplankton[J]. Plankton Biology and Ecology, 1999, 46(1): 62-67.

[3] 王宪,李文权. 盐度、pH对海洋藻类光合作用速率的影响[J]. 海洋环境科学, 1991(1):37-40.

[4] 赵光强, 毕蓉, 南春蓉, 等. 3 种赤潮微藻生长过程中 pH 的变化及其耐受力研究[J]. 海洋环境科学, 2010, 29(5): 679-682.

[5] 欧阳峥嵘, 温小斌, 耿亚红, 等.光照强度、温度、pH、盐度对小球藻()光合作用的影响[J]. 武汉植物学研究, 2010, 28(1): 49-55.

[6] 张达娟, 郭东晖, 王桂忠，等. 海水酸化对中华哲水蚤全蛋白表达的影响[J]. 海洋学报, 2015, 37(6): 97-105.

[7] ZHANG D, LI S, WANG G, et al. Impacts of CO 2-driven seawater acidification on survival, egg production rate and hatching success of four marine copepods[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2011, 30(6): 86-94.

[8] ZHANG H D, LI S, WANG G, et al. Biochemical responses of the copepod Centropages tenuiremis to CO(2)-driven acidified seawater[J]. Water Science and Technology, 2012, 65(1): 30-37.

[9] 张达娟, 李少菁, 王桂忠, 等. 二氧化碳酸化对两种桡足类肌肉和卵母细胞超微结构的影响[J]. 海洋学报, 2012, 34(3): 127-133.

[10] 王为民, 刘光兴, 陈洪举,等. 短期海洋酸化对黄海近岸浮游植物群落结构的影响[J]. 海洋环境科学, 2016, 35(3): 392-397.

[11] 沈国英, 黄凌风, 郭丰, 等. 海洋生态学[M]. 第三版. 北京: 科学出版社, 2010: 89-104.

[12] 周红, 张志南. 大型多元统计软件PRIMER的方法原理及其在底栖群落生态学中的应用[J]. 青岛海洋大学学报(自然科学版), 2003(1): 58-64.

[13] FIELD J G, CLARKE K R, WARWICK R M. A practical strategy for analyzing multispecies distribution patterns[J]. Marine ecology progress series, 1982, 8(1): 37-52.

[14] CLARKE K R, WARWICK R M . Change in Marine Communities: An approach to statistic analysis and interpretations[M ]. Bournemonth, UK: Bourne Press Limited, 148.

[15] ZHENG Z, LI S. Marine planktology[M]. Beijing: China Ocean Press, 1989.

[16] 张武昌,赵楠,陶振铖. 中国海浮游桡足类图谱[M]. 北京: 科学出版社, 2010.

[17] 张武昌, 高尚武, 孙军, 等. 南海北部冬季和夏季浮游哲水蚤类群落[J]. 海洋与湖沼, 2010, 41(3): 448-458.

[18] CHEN Q C. The planktonic copepods of the Yellow Sea and the East China Sea. I. Calanoida[J]. Studia Marina Sinica, 1965, 7: 20-31.

[19] CHEN Q C. On planktonic copepods of the yellow sea and the East China Sea, II. Cyclopoida and Harpacticoida[J]. Studia Marina Sinica, 1974, 9:1-24.

[20] 刘耀谦, 孙省利. 电厂排水口附近海域pH与重金属的耦合关系[J]. 广州化工, 2016, 44(11):179-181.

[21] 刘耀谦. 湛江钢铁自备电厂附近海域pH、水温与重金属和浮游动物群落的耦合关系[D]. 湛江：广东海洋大学, 2016.

[22] 陈孟仙, 翁韶莲, 陈姿君, 等. 台湾海峡离岛工业区海域浮游生物丰度之长期变化[J]. 生物多样性, 2016, 24(7): 748-756.

[23] FABRY V J. Marine calcifiers in a high-CO2 ocean[J]. Science, 2008, 320(5879): 1020-1022.

[24] 张才学, 龚玉艳, 王学锋,等. 湛江港湾浮游桡足类群落结构的季节变化和影响因素[J]. 生态学报, 2010, 31(23): 7086-7096.

[25] 廖一波, 陈全震, 曾江宁, 等. 海洋桡足类的热耐受性[J]. 应用生态学报, 2008, 19(2): 449-452.

[26] 杨漪帆, 朱永青, 林卫青. 淀山湖蓝藻水华及其控制因子的模型研究[J]. 环境污染与防治, 2009, 31(6): 58-63.

[27] 沈会涛, 刘存歧. 白洋淀浮游植物群落及其与环境因子的典范对应分析[J]. 湖泊科学, 2008, 20(6): 773-779.

[28] 龚玉艳, 张才学, 陈作志, 等. 湛江湾浮游动物群落结构特征及其周年变化[J]. 海洋科学, 2015, 39(12): 46-55.

[29] WANG X, ZHANG C, GONG Y, et al. Zooplankton community structure and seasonal patterns in the Zhanjiang Harbor waters, China[C]//2011 International Symposium on Water Resource and Environmental Protection. IEEE, 2011, 3: 1943-1946.

[30] 景宏, 王小平, 陈瑞祥. 福建三沙湾浮游桡足类的分布[J]. 海洋通报, 1997(6):13-19.

[31] 陈冲, 张文帅, 郭景静, 等. 电厂温排水对两种蚤类的毒性及生殖影响[J]. 海洋环境科学, 2014(5): 735-738.

[32] 张亚锋. 近海浮游植物粒级及被摄食和河口pH的生物调控机制[D]. 广州：中山大学, 2017.

Community Response of Planktonic Copepods to Environmental Factors under Desulfurized Marine Environment

SUN Jie, SUN Xing-li, LIU Yao-qia, CHEN Hao, ZHANG Cai-xue

(,,524088,)

【】The annual response of planktonic copepod community in the water area near the discharge port of the power plant under environmental factors under desulfurized marine environment was studied.【】The community structure and related environmental factors of planktonic copepods in the waters near power plant of Zhanjiang in April,July,September and December 2016,respectively,were investigated. 【】A total of 83 species and 11 larvae of 41 species of pelagic copepods were identified. The number of species in the four seasons were , 27 (spring), 31 (summer), 47 (autumn) and 43 (winter), accounting for 18.2%, 20.9%, 31.9%, 29% of zooplankton species, respectively. The most common species was(8 species), followed by(7 species),(5 species),(4 species) and(4 species). Among them, there were 8 dominant species, but there was no annual dominant species, and the dominant species in the three seasons wereand. The abundance of planktonic copepods the four seasons was shown as follows: autumn> summer >spring > winter. The results of Sperman correlation showed that the abundance of pelagic copepods showed a significant negative correlation with pH and temperature, had a significant positive correlation with salinity, and temperature. Salinity was the best explanation for the difference in abundance of pelagic copepods in the summer. According to analyzing four sections, the distribution of pelagic copepods was mainly affected by the section, and the pH value of pelagic was significantly different in the autumn.

copepod; community structure ; seasonal variation; environmental factors; Zhanjiang Bay

Q958.1

A

1673-9159（2019）05-0071-07

10.3969/j.issn.1673-9159.2019.05.011

2019-01-18

海洋风电、海水淡化及脱硫生态监测与评估技术集成及应用（2014418018）

孙洁（1993－），女，硕士研究生，研究方向为生态修复。E-mail：252903671@qq.com

张才学（1963－），男，副教授，主要从事海洋生态和海洋环境研究。E-mail：gdzhangcx@126.com

孙洁，孙省利，刘耀谦，等. 脱硫海水受纳海域浮游桡足类对环境因子的群落响应[J].广东海洋大学学报，2019，39（5）：71-77.

（责任编辑：刘岭）