清澜港近岸海湾春秋两季浮游植物群落结构特征及其与环境因子的关系

曾茹 李亚军 何金曼 黄晓晴 邓晓东

摘要 [目的]了解清瀾港近岸海湾浮游植物的群落结构特征和水质环境因子之间的关系。[方法]于2019年4月和9月对清澜港近岸海湾12个站位的浮游植物进行网采取样调查。[结果]春季记录浮游植物共40属76种，秋季共鉴定出浮游植物35属62种，其中硅藻门和甲藻门种类组成占优势，主要优势种有中肋骨条藻和热带骨条藻。春季多样性指数、均匀度指数和丰富度指数平均分别为2.14、0.53、1.65;秋季多样性指数、均匀度指数和丰富度指数平均分别为1.71、0.45、1.12。典型冗余RDA分析结果显示，春季水温、COD、氨氮和总磷是影响浮游植物群落组成的最主要因素;而秋季盐度、电导率和pH对浮游植物的群落结构影响最大，水质方面，氨氮、总氮和总磷是浮游植物的显著影响因子。[结论]该研究为流域内的水生生物资源利用和水环境管理提供参考。

关键词 清澜港;浮游植物;群落结构;环境因子;典型冗余分析

中图分类号 Q948.8文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2021）10-0077-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.10.021

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Characteristics of Phytoplankton Community Structure in the Coastal Bay of Qinglan Port in Spring and Autumn and Its Relationship with Environmental Factors

ZENG Ru，LI Ya-jun，HE Jin-man et al （Institute of Tropical Biotechnology，Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences，Hainan Provincial Key Laboratory of Marine Biological Resources Research and Utilization，Haikou，Hainan 571101）

Abstract [Objective]To understand the relationship between the community structure characteristics of phytoplankton and the water quality environmental factors in the coastal bay of Qinglan Port.[Method]This study conducted a sampling survey of phytoplankton at 12 stations in the coastal bay of Qinglan Port in April and September 2019.[Result]A total number of 76 species belonging to 40 genera in spring and that a total number of 62 species belonging to 35 genera in autumn，in which diatoms and dinoflagellates were predominant in the species composition and the cell abundance.The dominant species were Skeletonema costatum and Skeletonema tropicum.The average Shannon-Wiener diversity index，Pielou evenness index and Margalef diversity index were 2.14，0.53，1.65 in spring，respectively.And the average Shannon-Wiener diversity index，Pielou evenness index and Margalef diversity index were 1.71，0.45，1.12 in autumn，respectively.The results of RDA analysis showed that water temperature，COD，the content of ammonia nitrogent and total phosphorus content were the most important factors affecting the composition of phytoplankton community in spring，while salinity，electronic conductivity and pH had the greatest impact on phytoplankton community structure in autumn.Which in terms of water quality，the content of ammonia nitrogent，total nitrogent content and total phosphorus content were significant influencing factors of phytoplankton community structure in autumn.[Conclusion]This study provides reference for the utilization of aquatic biological resources and water environment management in the basin.

Key words Qinglan Port;Phytoplankton;Community structure;Environmental factors;RDA

浮游植物（Phytoplankton）作为水域生态系统的主要初级生产者，对水域生态系统的能量流动、物质循环以及维持生态系统的平衡具有极重要的作用[1]。据报道，浮游植物可以有效地反映水体水质的状况，具有指示环境的作用，与水域生态系统的环境变化密切相关[2]。浮游植物的群落组成能够快速且灵敏地反映水域生态系统环境的变化，同时，生态系统中水域环境的变化也会反过来导致浮游植物的群落组成和时空分布发生改变[3]。目前，浮游植物的群落组成结构特征和水环境因子之间的关系已受到相关领域学者的广泛关注[4-6]。因此，研究浮游植物的群落结构对研究水域生态系统以及水域的水体状况具有重要的意义。

清澜港位于海南文昌市东南部，是海南东部第一大港，水域宽阔，面积达12万m2，地处八门湾，是国家一级开放口岸港口、三沙市补给基地、文昌航天發射中心中转枢纽、海南第二大渔港。清澜港近岸海湾多为居民居住点、渔民生活区，大量渔船停靠，酒店众多，大量工业、农业及生活污水排入港湾等，这些因素日渐影响清澜港的水体环境和水域生态系统的状况，导致其生物多样性的降低和水域生态系统功能的下降等[7]。对于清澜港有关浮游植物的研究报道较少，主要集中在红树林地区浮游植物的研究上[7]，而清澜港近岸海湾有关浮游植物的相关研究鲜见报道。因此，该研究分春秋两季分别于2019年4月和9月对清澜港近岸海湾的浮游植物进行取样调查，旨在了解该水域浮游植物的种类组成、群落生物多样性特征及其与环境因子的关系，以期为流域内的水生生物资源利用和水环境管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 调查站位设置和采样方法

在清澜港海域设置12个站位，站位设置主要参考《海洋调查规范》（GB 12763—2007），站位地理坐标见表1，各站位采样分布见图1。浮游植物的采集、贮存、运输和预处理按照《海洋调查规范第 9部分：海洋生态调查指南》（GB 17378.7—2007）规定的海洋生物调查规范方法进行。浮游藻类样品用浅Ⅲ型浮游生物网采样，由底到表方式垂直拖网一次采集样品，将采集到的藻类样品收集至1 L标本瓶中。样品用终浓度为5%的甲醛固定后带回实验室，随后静置沉淀浓缩至50 mL，取0.1 mL 浓缩样品在CX41生物显微镜下进行种类鉴定和计数。现场测定水温、pH、盐度、溶解氧、电导率、透明度、水深等指标。

1.2 样品处理及分析 将样品带回室内，浓缩至50 mL，在CX41生物显微镜下计数、鉴定。

Shannon-Wiener 多样性指数（H′），计算公式[8]：

H′=-Si=1Pilog2Pi（1）

Pielou 均匀度指数（J′），计算公式[9]：

J′ = H′/log2S（2）

Margalef丰富度指数（D′），计算公式[10]：

D′=（S-1）/lnN（3）

优势种确定是由优势度决定的，计算公式[11]：

Y=fi ×Pi（4）

式中，S为种类数;Pi=ni/N（ni是第i个物种的个体数，N是全部物种的个体数）; fi 为第 i 种在各个站位出现的频率;Pi 为第i种占各个站位细胞总量的比例。

1.3 水质测定 利用哈希 DR3900多参数水质检测仪对采集的海水进行分析，包括总氮、总磷、氨氮、 硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和COD含量等水质参数，具体操作按试验说明进行。

2 结果与分析

2.1 样品采集地环境相关的理化数据 调查期间清澜港附近海域水温、盐度、pH、电导率、溶解氧如表2所示。春季样品在4月份采集，水温为25.4～27.9 ℃，平均水温为26.7 ℃;秋季样品在9月份采集，水温略高于春季，平均水温为30.1 ℃。春秋两季pH变化差异不大，平均pH分别为8.2和8.3。春季电导率较为稳定，为20.4～22.4 μs/cm;秋季电导率变化较大，最低值出现在站位4-3，为16.6 μs/cm，平均值为23.0 μs/cm。调查海域海水盐度变化较大，春季平均值为29.4‰，最高出现在站位3-1，为34.6‰，最低出现在站位4-3，为25.3‰;秋季平均盐度为27.6‰，各站位盐度差异大，最低出现在站位4-3，为18.3‰，最高为站位3-1，为29.6‰。12个站位中，春季溶解氧除了站位4-3为4.7 mg/L外，其余均较为稳定，平均值为5.3 mg/L;秋季溶解氧变化大，最高为站位4-3，为7.7 mg/L，最低为站位3-2，为5.7 mg/L，秋季溶解氧高于春季。12个调查站位的水深和透明度差异大，最深水深有950 m，透明度150 m;最浅水深150 m，透明度30 m。

2.2 浮游植物种类组成 根据此次调查海域采集到的样品经显微镜鉴定，清澜港春季共鉴定出浮游植物40属76种，秋季共鉴定出浮游植物35属62种，分属于硅藻门、甲藻门、蓝藻门、黄藻门、绿藻门，其中春季硅藻门种类最丰富，为61种，占所有物种的84.7%，其次为甲藻门，为12种，占所有物种的15.7%;硅藻门种类在秋季同样也占优势，为42种，占所有物种的67.7%，其次为甲藻门，为13种，占所有物种的20.9%。春季物种数多于秋季，春季鉴定出1种黄藻门种类，秋季未出现，秋季鉴定出1种绿藻门种类。春季1-3站位浮游植物种类最丰富，共采集到28种属，1-2站位种类最少，仅采集到9种属;秋季1-2站位浮游植物种类最丰富，共采集到21种属，2-2站位种类最少，仅采集到7种属（图2）。

2.3 密度分布 从表3可以看出，清澜港春秋两季硅藻细胞密度显著高于其他种类微藻，春秋两季细胞密度平均占总密度的比例分别为98.55%和97.18%。春秋两季12个调查站位浮游植物的细胞平均密度相当，分别为371.7×103和362.5×103 cells/mL。春季站位3-2的细胞密度最高，为2 397.7×103 cells/mL，根据浮游植物细胞密度评价水质的标准[12]，该站位水体为贫中营养;其次为站位3-3，细胞密度为1 046.2×103 cells/mL，水体属于贫中营养;最低为站位4-2，为3.9×103 cells/mL。秋季3-3站位细胞密度最低，为25.8×103 cells/mL，细胞密度最高值出现在站位1-1，为1 615.3×103 cells/mL，水体属于贫中营养，秋季细胞密度较春季降低。

2.4 优势种

此次调查结果显示，清澜港调查海域的优势种只有2种，分别为中肋骨条藻和热带骨条藻（表4和图3）。中肋骨条藻的优势度（Y）春秋两季分别为0.52和0.38。热带骨条藻的优势度（Y）春秋两季分别为0.10和0.37。说明2019年度清澜港存在一定的赤潮现象。

2.5 多样性指数、均匀度指数与丰富度指数

从表5可以看出，该海域春季多样性指数、均匀度指数和丰富度指数3个参数的平均数值分别为2.21、0.53和1.65，秋季分别为1.62、0.45、1.12。春季多样性指数最高值出现在站位1-2，为2.94，最低值出现在站位3-2，为0.71;高隆湾内的站位3-1和3-3多样性指数均低于2.00，站位3-2的多样性指数低于1.00;其余站位多样性指数均为2.00～3.00。Shannon-Wiener多样性指数为0～1时，水体为重污染;指数值为1～3时，为中度污染;指数值大于3时，为清污染或无污染[12]。由此可见春季清澜港水体处于中度污染的状态。秋季各站位多样性指数处于1～3，水体处于中度污染状态。春季均匀度指数最高值出现在站位1-2，为0.93，最低值出现在站位3-2，为0.16;秋季均匀度指数最高值出现在站位3-3，为0.70;最低值出现在站位2-1，为0.29。春季丰富度指数在0.94～2.75，平均为1.65，最高出现在站位1-3，最低在站位1-2;秋季丰富度指数在0.54～1.72，平均为1.12，最高出现在站位1-2，最低在站位2-2。多样性指数越高的站位，均匀度指数越高。

2.6 清澜港各调查站位水质分析

从清澜港12个站位水体中总氮、总磷、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、化学需氧量含量检测结果（图4）可以看出，清澜港调查海域春季海水总氮含量为6.69～9.79 mg/L，平均值为7.57 mg/L;秋季总氮含量为5.52～8.05 mg/L，平均值为6.82 mg/L。春季硝酸盐氮含量为0.77～1.03 mg/L，平均值为0.90 mg/L;秋季硝酸盐氮含量为0.47～0.77 mg/L，平均值为0.60 mg/L;春季每个调查站位硝酸盐氮含量均显著高于秋季。春季亚硝酸盐氮含量为0.007～0.011 mg/L，平均值为0.008 mg/L，最高为站位1-1;秋季各站位亚硝酸盐氮含量变化较大，平均值为0.007 mg/L，个别站位如1-1、2-2、2-3、4-1与春季相比下降较多。春秋两季调查期间海水氨氮含量平均值分别为1.57和1.87 mg/L。站位3-1、3-2、3-3在春季氨氮含量较其他站位高，分别为2.5、5.5、2.7 mg/L，其余站位为0.70～1.91 mg/L;秋季氨氮含量最高为站位1-1，氨氮含量为5.6 mg/L，其次为站位4-1，氨氮含量为4.1 mg/L;与春季相比，秋季站位1-1和4-1的氨氮含量急剧增加。春季总磷含量为0.17～1.68 mg/L，平均值为0.73 mg/L;秋季总磷含量为0.47～1.33 mg/L，平均值为0.64 mg/L，略低于春季;春秋两季总磷含量最高的站位分别为3-2和1-1，春季总磷最低值出现在站位2-2，而秋季总磷含量最低值出现在靠近外海的2个站位2-3和1-3。春季海水化学需氧量（COD）含量较稳定，为121.19～130.93 mg/L，平均值为125.50 mg/L;秋季COD平均值為137.21 mg/L，每个调查站位的COD值均远高于春季。

2.7 浮游植物群落与环境因子RDA对应分析

利用Canoco 5软件对浮游植物群落和环境因子关系进行对应分析。选出浮游植物丰度前10的物种，首先对物种数据矩阵进行降趋势对应分析（DCA），根据分析结果中排序轴数值大小特征，判断下一步分析方法。分析结果表明，春秋两季数据采用典型冗余分析（RDA）较为合适。

2.7.1 春季浮游植物群落与环境因子RDA对应分析。

以清澜港浮游植物丰度前10的藻株和水体与环境因子进行RDA分析，见图5，轴1和轴2能反映66.59%的物种信息。由图5可知，春季水温、COD、氨氮（NH4-N）和总磷（TP）对浮游植物群落结构影响较大，与浮游植物群落分布呈正相关;总氮（TN）和电导率次之;硝酸盐氮（NO3-N）和亚硝酸盐氮（NO2-N）影响最小。就藻株个体而言，电导率是影响中肋骨条藻的最主要因素，总氮、总磷和氨氮是影响锤状中鼓藻和钟形中鼓藻的主要因素;水温是新月菱形藻最主要的影响因素;这些因素都与藻株呈正相关。

2.7.2 秋季浮游植物群落与环境因子RDA对应分析。

以清澜港浮游植物丰度前10的藻株和水体与环境因子进行RDA分析，见图6，轴1和轴2能反映77.70%的物种信息。由图6可知，秋季盐度、电导率和pH对浮游植物的群落结构影响最大，水温次之，COD影响最小;水质方面，总氮是影响浮游植物最主要的因素，氨氮和总磷次之，这些因素与浮游植物群落分布呈正相关;亚硝酸盐氮影响最小。就藻株个体来说，水温是影响柔弱拟菱形藻的主要因素，其次是盐度和电导率;总氮是影响菱形海线藻矮小变种的主要因素，其次为氨氮;氨氮是影响热带骨条藻的主要因素，其次是总磷和总氮;总磷是影响色球藻的主要因素;pH对角毛藻影响最大。

3 结论与讨论

2019年清澜港春秋季2个航次调查12个站位，春季共鉴定出浮游植物40属76种，秋季鉴定出35属62种。春秋两季浮游植物细胞密度以硅藻门为主，分别占总密度的97%以上。而此次研究结果显示，春秋两季浮游植物种类均以硅藻门为主，与历年检出结果较为接近[7]。尽管2个航次平均细胞密度相差不大，为362.5×103～371.7×103 cells/mL ，但春季12个调查站位之间细胞密度相差比较悬殊;高隆湾内的站位包括3-2和3-3的细胞密度远高于其他几个站位，水体处于贫中营养的状态，可能的原因是由于周边酒店林立，人为活动造成的水体富营养化从而导致浮游植物密度急剧增加。有研究显示，水体环境的富营养化会加剧浮游植物密度的急剧增长[13]。秋季站位1-1细胞密度远高于其他站位，处于贫中营养的水体状态，同时，八门湾内的3个站位包括4-1、4-2和4-3受人为活动影响较大，细胞密度也显著高于其他几个调查站位。研究表明，氮磷含量的高低与骨条藻的生长密切相关，两者呈正相关[14]，2019年清澜港调查海域的优势种只有中肋骨条藻和热带骨条藻，可能是与该海域的氮磷营养盐含量高有关。

浮游植物的种类组成、丰度及空间分布与环境因子密切相关，这些环境因子包括盐度、温度、光照、营养盐、浮游动物摄食等[15-16]。此次研究将浮游植物和环境因子参数进行典型冗余分析（RDA），结果表明，春季水温、COD、氨氮和总磷是影响清澜港浮游植物群落结构的主要因素。研究调查发现，水温的增高，光照作用的增强，有利于藻类的生长[17]。水温会影响藻类的生长和呼吸速率，Davison[18]提出光自养生物主要通过温度来控制酶动力学，从而影响其生长。就藻株个体而言，春季电导率是影响中肋骨条藻的最主要因素;总氮、总磷和氨氮是影响锤状中鼓藻和钟形中鼓藻的主要因素;水温是新月菱形藻最主要的影响因素，20～25 ℃是其最适合生长的温度[19];这些因素均与藻株呈正相关。秋季在水质方面，总氮是影响浮游植物最主要的因素，氨氮和总磷次之，这些因素与浮游植物群落分布呈正相关。秋季就藻株个体来说，总氮是影响菱形海线藻矮小变种的主要因素，其次为氨氮;氨氮是影响热带骨条藻的主要因素，其次是总磷和总氮;总磷是影响色球藻的主要因素。总的来说，春秋季节对浮游植物群落结构影响较大的因素主要是氮磷营养盐的含量。研究报道，大多数藻类与氮磷营养盐含量密切相关[20]。同时RDA结果也显示，清澜港水域营养盐是影响浮游植物群落组成结构的重要因素之一，这与于一雷等[7]的研究结果相符合。营养盐是浮游植物生长的物质基础条件[21]，一般情况下，营养盐含量的升高可以明显促进浮游植物的生长[22]。

研究表明，浮游植物生物群落是否稳定可用多样性指数来衡量，一般情况下，生物多样性越高，群落结构越稳定，代表水质状况或者水体营养状态比较良好[23-24]。此次研究结果显示，春季调查海域除站位3-1、3-2和3-3的多样性指数小于2，其余站位多样性指数均为2～3，表明春季调查海域浮游植物的生境质量一般;而秋季大部分站位多样性指数均小于2，表明秋季浮游植物的生长环境质量变差，秋季水体状况不如春季水体环境状态好。总体显示，清澜港浮游植物种类

丰富，以硅藻门和甲藻门为主。春季水温、氨氮和总磷是影

响浮游植物群落结构的主要因素，而秋季盐度、电导率和pH是影响浮游植物群落结构的主要显著因子，在水质方面，浮游植物主要的影响因子是氨氮、总氮和总磷。

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