辽东湾夏秋季节浮游动物群落结构特征及其与环境因子的关系

卞少伟，韩 龙，梅鹏蔚，王建国，袁宇翔，张 震

（1.天津市生态环境监测中心，天津300191；2.珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广州510610；3.中国科学院 东北地理与农业生态研究所，长春130102）

浮游动物作为水生态系统中初级生产者和消费者的重要纽带，在海洋生态系统食物网中起着承上启下的作用[1].浮游动物对环境变化敏感，是研究水生态环境质量的指示生物，其群落结构特征可在一定程度上反映水生态环境状况[2]，同时也可以根据其生物多样性指数和数量分布来综合评价水生态环境质量[3-5].因此，浮游动物也是海洋生态环境状况评价与研究的重点之一.如张冬融等[6]2015—2016年在福建北部近海水域夏、秋、冬、春4个季节对海洋生态进行调查，探讨了该水域浮游动物的数量分布、季节变化及其与水质变化的关系；吴思成等[7]2016年分析了东海北部浮游动物粒级结构的分布特征与多样性，初步研究了不同粒径组浮游动物空间分布与水文环境要素之间的关系；陈学超等[8]2015年夏季和2016年冬季在南黄海海域调查研究了该海域夏冬两季浮游动物的时空分布，并对其结果进行了相似性聚类分析.

辽东湾是位于渤海东北部的半封闭性沿岸内湾，是渤海污染严重的海区之一，主要污染物为无机氮、活性磷酸盐和石油类等[9].有关辽东湾浮游动物群落结构的研究报道较少.宋伦等[10]2005年夏季对辽东湾浮游动物的多样性进行了研究；王彬等[11]2005—2007年夏季对辽东湾海蜇放流区大型水母和主要浮游动物开展了调查.这些研究均在夏季进行，缺乏对该地区浮游动物季节动态的调查追踪.之后未见该地区浮游动物的相关研究报道.本研究以2013年8月（夏季）和11月（秋季）辽东湾浮游动物的调查数据为主，开展辽东湾浮游动物群落结构、数量变化及其与海洋环境因子关系的分析，探讨该海域水生态环境质量的变化对浮游动物群落造成的影响.

1 材料与方法

1.1 样品采集与分析

2013年8月24—26日（夏季）和11月11—14日（秋季），分别对辽东湾海域（40°14′00″～40°51′00″N，121°5′59.99″～122°9′59.99″E）进行近岸海域生态环境综合状况调查，结合辽东湾的地理形状，综合考虑水流等因素，按照《海洋调查规范》[12]，一共设置了8个调查站位进行海水水质和浮游动物的综合调查，如图1所示.1#—8#站位夏季水深分别为1.5、1.5、0.5、3.8、2.0、1.6、1.3和0.5 m，秋季水深分别为5.7、8.0、5.0、3.5、5.0、5.0、6.0和15.5 m.浮游动物样品使用浅水Ⅰ和Ⅱ型浮游生物网（网目孔径0.505 mm，网口内径50 cm，网长145 cm）由底至表垂直拖取，现场甲醛溶液固定保存，带回实验室进行分类鉴定、计数及浮游动物湿重生物量的称量.用塞奇氏盘测定明度（SD），用多功能水质分析仪WTW350i测定海水温度（T）、pH值、溶解氧（DO）、盐度（S）等.氮磷等（N、P）营养盐样品带回实验室测定.

图1 浮游动物调查站位的分布示意图Fig.1 Sampling stations of phytoplanktons

1.2 数据统计与分析

香农-威纳多样性指数（H′）、Pielou均匀度指数（J′）、Margalef丰富度指数（d）、优势度（y）的计算公式如下[13-15]：

式（1）～式（4）中：ni为第i种的数量；N为采集样品中所有种类的总个体数；S为采集样品中的种类总数；fi为该种在各样品中出现的频率；y为物种优势度，y＞0.02为优势种.

用Excel 2007进行平面作图.

2 结果与分析

2.1 种类组成及季节变化

辽东湾2个季节共发现6类28种浮游动物，其中，桡足类种类数最多，有11种，占总种数的39.29%；其次是浮游幼虫10种，占总种数的35.71%；水母类4种，占总种数的14.29%；毛颚类、磷虾类、糠虾类各1种，各占总种数的3.57%.浮游动物群落种类组成存在季节变化：夏季种类最丰富，为22种，占全年出现浮游动物种类数的78.57%；秋季为10种，占全年出现浮游动物种类数的35.71%.

夏季出现的22个物种中，桡足纲种类最多，有8种，分别为中华哲水蚤（Calanus sinicus）、双毛纺锤水蚤（Acartia bifilosa）、太平洋纺锤水蚤（Acartia pacifica）、小拟哲水蚤（Paracalanidae parvus）、强额拟哲水蚤（Paracalanus crassirostris）、拟长腹剑水蚤（Oithona similis）、真刺唇角水蚤（Labidocera euchaeta）、墨氏胸刺水蚤（Centropages mcmurrichi）；其次是幼体类，包含6种，分别为无节幼体（Nauplius larva）、瓣鳃类幼体（lamellibranchia larva）、磁蟹幼体（Porcellana larva）、长尾类幼体（Maeruran larva）、短尾类幼体（Brachyura larva）、海虾蛄幼体（Alima larva）；再次是腔肠动物，包含4种，分别为五角水母（Muggiaea atlantica）、锡兰和平水母（Eirene ceylonensis）、八斑芮氏水母（Rathkea octopunctata）、嵊山杯水母（Phialidium chengshanenses）；节肢动物3种，分别为糠虾（Mysidacea shimp）、仔虾（Postlarvae shimp）、磷虾（Euphausia）；毛颚动物（Chaetognatha）1种，为强壮箭虫（Sagitta crassa）.秋季出现的10个物种中，桡足纲种类最多，有6种，分别为双毛纺锤水蚤、太平洋纺锤水蚤、小拟哲水蚤、海洋伪镖水蚤（Pseudodiaptomus marinus）、指状伪镖水蚤（Pseudodiaptomus inopinus）、长肢秀体溞（Diaphanosoma leuchtenbergianum Fischer）；其次是幼体类，有3种，分别为虾幼体（Squilla larvae）、桡足幼体（Larva）、双壳类幼体（Bivalvia larva）；毛颚动物1种，为强壮箭虫.

2个季节浮游动物的种类数分布由湾内向湾外呈递减趋势，分布不规则.调查期间，夏、秋季共出现9个优势种，2个季节优势种的种类和数量均不相同.其中，夏季有8个优势种，秋季有1个优势种，如表1所示.2个季节的主要优势种均为桡足类，优势度在0.021～0.380之间，密度在400.36～6 208.60 ind/m3之间.

表1 辽东湾浮游动物优势种统计情况Tab.1 Dominant species of zooplankton in Liaodong Bay

2.2 浮游动物的密度、生物量及季节变化

夏、秋季节浮游动物的密度和生物量变化均较大，如图2所示.

图2 夏、秋季浮游动物密度和生物量Fig.2 Abundance and biomass distributions of zooplankton in the survey area in summer and autumn

夏季浮游动物密度范围为451～4 991ind/m3，平均值为2 045.38 ind/m3；浮游动物生物量范围为85.63～433.18 mg/m3，平均值为236.24 mg/m3.其中，6#站位的密度和生物量均最大，2#站位的密度最小，7#站位的生物量最小.秋季浮游动物密度范围为0～1 110 ind/m3，平均值为159.23 ind/m3；浮游动物生物量范围为0～55.5 mg/m3，平均值为8.11 mg/m3.其中，3#站位的密度和生物量均最大，2#站位的密度和生物量均最小.这些结果表明，辽东湾2个季节浮游动物密度与生物量的变化趋势一致，且夏季各站位浮游动物的密度和生物量均高于秋季的数值.

2.3 生物多样性指数及季节变化

辽东湾夏、秋季浮游动物的多样性指数如图3所示.夏季各站位浮游动物H′的变化范围为1.69～2.92，平均值为2.39；J′的范围为0.46～0.77，平均值为0.66；d的范围为0.73～1.42，平均值为1.10.秋季各采样点浮游动物H′的变化范围为0～1.97，平均值为1.02；J′的范围为0～0.92，平均值为0.55；d的范围为0～0.83，平均值为0.42.夏季H′、J′、d最大值分别出现在5#、7#、8#站位；秋季H′和d最大值均出现在4#站位，J′最大值出现在6#站位.夏、秋季3个指数的变化趋势基本一致，秋季最为明显.

图3 夏、秋季不同采样点浮游动物的多样性指数Fig.3 Diversity index of zooplankton in different samplingsites in summer and autumn

2.4 水质状况分析

参照海水水质标准（GB3097—1997）对辽东湾夏、秋季水质进行单因子评价，结果如表2所示.由表2可以看出，辽东湾夏、秋季水质主要受无机氮的影响，2个季节整体水质均为劣Ⅳ类，夏季无机氮的质量浓度为0.92 mg/L，秋季的质量浓度为1.13 mg/L.除无机氮外，夏季其余项目的浓度均在Ⅰ～Ⅲ类水质范围内；秋季，活性磷酸盐的浓度达到Ⅳ类水质，其余项目浓度均在Ⅰ～Ⅲ类水质范围内.

表2 辽东湾环境因子特征Tab.2 Characteristics of environmental factors in Liaodong Bay

2.5 浮游动物群落结构与环境因子关系

浮游动物群落结构与环境因子的相关性分析结果如表3所示.

表3 浮游动物群落结构与环境因子的相关性Tab.3 Correlation between zooplankton community structure and environmental factors

由表3可以看出，在夏季，辽东湾海域浮游动物的密度、生物量、香农-威纳指数、丰富度指数均与水温呈极显著正相关（P＜0.01），与溶解氧均呈显著负相关（P＜0.05）；密度与化学需氧量呈显著正相关（P＜0.05）；密度、生物量与亚硝酸盐呈显著正相关（P＜0.05）.秋季，浮游动物的密度、生物量与盐度呈极显著负相关（P＜0.01），与生化需氧量呈极显著正相关（P＜0.01），与活性硅酸盐和活性磷酸盐呈显著正相关（P＜0.05）.

3 讨论

本研究调查了2013年辽东湾海域夏、秋季节的浮游动物种类和多样性，在近岸海域共设置了8个站位，结果在2个季节共发现浮游动物28种，夏季浮游动物种类数明显高于秋季.与辽东湾的历史数据[10-11]相比，2005—2007年夏季浮游动物种类数均高于本次夏季调查结果，可能与站位设置不相同有关，秋季暂无历史数据对比.虽然本次夏季调查的浮游动物种类数与历史调查结果存在差异，但该海域浮游动物夏季主要优势类群仍然是桡足类.夏季辽东湾浮游动物平均密度远远低于历史数据[10-11]，主要是因为与2005—2007年相比[16-18]，该海域整体水质状况有所下降，直接导致浮游动物群落结构、数量和分布发生明显变化.根据相关评价标准[19]，夏季调查海区的香农-威纳指数显示该海域的生境质量为一般，秋季该海域的生境质量为差.均匀度指数代表群落内物种分布的均匀程度，反映群落的稳定状况.本研究结果显示辽东湾夏、秋季均匀度指数较高，均大于0.5，表明辽东湾夏、秋季浮游动物种间密度空间分布较均匀，群落结构相对稳定.丰富度反映群落中种类数目的多寡，本研究结果显示辽东湾夏季物种较为丰富，秋季物种相对较少.

水温是影响浮游动物生长发育和繁殖的重要环境因素[20].化学需氧量、亚硝酸盐、活性硅酸盐和活性磷酸盐可以作为营养盐影响浮游植物生长状况，通过食物链的作用间接影响浮游动物的数量和结构[21-22].水中浮游动物数量的增加会导致浮游动物群落在水环境中的耗氧量增加，引起水体生化需氧量增加，溶解氧随之下降[23].本研究中辽东湾夏季浮游动物的密度分别与水温、化学需氧量、亚硝酸盐呈显著或极显著正相关，与溶解氧呈显著负相关.盐度也是影响浮游动物分布的重要环境因子.辽东湾秋季浮游动物的密度与盐度呈极显著负相关，这与孙丽梅等[24]在宁波市东海附近的相关研究结果一致.