鸭绿江口浮游植物群落特征及与环境因子的关系

2012-10-13张晓举温若冰于海洋

海洋科学 2012年11期

张晓举, 温若冰, 于海洋

(1. 国家海洋局北海海洋工程勘察研究院, 山东青岛 266033; 2. 国家海洋局北海环境监测中心, 山东青岛 266033; 3.中国海洋大学海洋生命学院, 山东青岛 266003)

河口是受河流冲淡水和海洋潮汐、波浪、海流等交互影响的一个区域, 是一个特殊的生态系统。鸭绿江发源于长白山天池胭脂峰南麓, 由东北流向西南, 跨越吉林、辽宁两省, 全长 859 km, 流域面积64471 km2, 多年平均径流量228.09亿m3, 是我国四大水系之一。入海口是一个湾顶位于浪头镇附近的喇叭状河口湾。鸭绿江河口地区主要有 3条入海通道, 绸缎岛和薪岛以西为西水道, 绸缎岛和薪岛以东又可分为中水道和东水道, 20世纪因人为因素西水道经历重大变迁, 上中段严重淤高缩窄, 已由历史上的主要出海水道和主航道演变成海湾型潮汐水道。东水道上口淤塞, 流域来沙不足, 沿岸潮滩不断遭受侵蚀, 因此中水道是目前主要的水流通道[1]。近几十年来, 许多学者对鸭绿江口的水质、沉积物环境展开了一系列理化调查[2-4]。但是理化监测只能测出污染物浓度, 无法测出毒性强度, 毒性强弱只能通过水生生物监测的方法获得。同时, 理化监测只能得到瞬时水质情况, 而一定时期水质情况只能由水生生物监测完成。通过对河口浮游植物种类组成、时空分布、生物量及多样性等生态学特征分析, 并结合有关化学指标, 可更客观反映河口水环境状况, 为河口水环境保护提供有效的管理信息[5]。近年来关于鸭绿江口浮游植物群落的研究较少, 作者通过 2010年春季调查资料, 对鸭绿江口海域的浮游植物种类组成、数量分布等生态学特征以及其与环境因子的响应关系进行了分析, 以探讨影响浮游植物种类组成、数量分布等生态特征的因素, 同时为研究该水域浮游植物的长期演变提供基础资料。

1 材料与方法

1.1 调查站位与样品采集

于 2010年3月进行鸭绿江口海上调查工作, 沿鸭绿江径流方向设置3条断面(图1), 1～3号站位水深为1.6～3.5 m, 4～6号站水深为4.2～6.3 m, 7～10号站水深为7.5～9.4 m。

浮游植物取样按照《海洋调查规范》[6]进行, 采用浅水Ⅲ型浮游植物网, 于各站自水体底层至表层垂直拖取样品用 5%福尔马林溶液固定保存, 在Nikon-TE2000U倒置显微镜下鉴定和计数。

1.2 分析方法

优势度:Y＝(ni/N)×fi

Shannon－Wiener多样性指数H′:

均匀度:J＝H′/log2S

丰度:

式中,ni为第i种的细胞个数;Pi=ni/N,N为采集样品种的所有种类总个体数;S为采集样品种的种类总数;fi为该种在各站中出现的频率。

用同步观测到的水温、盐度、DO及营养盐浓度等数据, 分析浮游植物细胞丰度与环境因子的相关性。取表层温度(T)、盐度(S)、溶解氧(DO)、磷营养盐浓度(PO4-P)、无机氮等为自变量, 分别以浮游植物细胞丰度和种类数为因变量, 应用 SPSS17.0 统计软件进行Spearman相关性分析。

图1 鸭绿江口浮游植物调查站位分布Fig. 1 Sampling stations in the Yalujiang estuary

2 结果与讨论

2.1 种类组成与优势种

本次调查鉴定出浮游植物48种(表1), 其中硅藻19属41种, 占浮游植物总种数的85.42%; 甲藻4属6种, 占总种数的12.50%; 金藻1属1种, 占总种数的2.08%。表明在浮游植物的种类组成中, 硅藻占绝对优势, 甲藻次之, 金藻最少。在细胞数量方面, 硅藻也是最多, 占全部细胞总量的99.7%, 甲藻占全部细胞总数的0.2%, 金藻仅占细胞总数的0.1%。

硅藻门中以角毛藻属种类最多, 多达 13种, 常见的种类有尖刺菱形藻 (Nitzschia pungens)、刚毛根管藻(Rhizosolenia setigera)、窄隙角毛藻(Chaetoceros affinis)、浮动弯角藻(Eucampia zoodiacus)。

根据浮游植物的生态习性和分布特点将鸭绿江河口海域浮游植物分为3个类群: (1)广温类群: 是该海域最主要的生态类群。主要代表种有中肋骨条藻(keletonema costatum)、浮动弯角藻、细弱海毛藻(Chaetoceros urvisetus)和翼根管藻(Rhizosolenia alata)等[7]。(2)暖水类群: 代表种类有旋链角毛藻(Chaetoceros curvisetus)和扁面角毛藻(Chaetoceros compressus)等。(3)暖温类群: 该类群种类及数量均较少, 代表种类有冕孢角毛藻(Chaetoceros subsecundus)等[8]。

2.2 数量分布

浮游植物细胞平均密度为 4.67×108个/m3, 各站细胞数量为(1.02～11.63)×108个/m3, 高值区位于河口附近的2号站和3号站, 分布上呈现由河口向外海逐渐降低的趋势, 径流量较大的中水道细胞数量明显高于径流较小的西水道。

各调查站浮游植物的细胞密度占总密度的百分比和浮游植物种类出现频率进行优势度分析, 以Y≥0.02确定优势种。硅藻门的中肋骨条藻为唯一优势种, 优势度为0.74, 是调查海区的关键种。细胞数量为(0.43～8.32)×108个/m3, 平均值为 3.46×108个/m3,高值区为中水道入海口处, 斑块分布比较明显。

2.3 浮游植物群落生态指数

浮游植物多样性和均匀度较低, 主要原因是中肋骨条藻的优势度明显, 种间数量分布不均匀。以2号站为例: 中肋骨条藻的细胞密度达到 8.32×108个/m3, 占该站浮游植物细胞数量总数的 99.88%, 导致该站的多样性指数和均匀度较低。浮游植物群落生态指数显示(表 2), 调查区域内浮游植物群落优势种单一且优势度较大, 群落结构相对简单。

2.4 浮游植物种数以及细胞密度与环境因素的关系

根据现场调查获得的海域水质参数(表3), 鸭绿江口水质与历史资料相比变化不大[9], 将浮游植物细胞总数与温度、盐度、悬浮物、营养盐(磷酸盐、无机氮)等因子结合进行Spearman相关性分析, 结果见表4。鸭绿江口浮游植物的细胞数量与温度呈现显著正相关(P＜0.05), 相关系数为 0.685, 与盐度呈现显著负相关, 相关系数－0.744。结果表明影响鸭绿江口浮游植物的细胞数量分布的最主要的环境因子是温度和盐度。Gayoso在对阿根廷Bahia Blanca 河口浮游植物进行了长达15年的研究, 对浮游植物数量与环境因子之间的关系用多重回归分析, 结果发现总浮游植物细胞丰度与温度负相关[10], 本次调查的结果与之并不完全一致, 主要由于本次调查水温较低, 低于浮游植物不同种类最适宜温度范围(10～40℃)[11], 越接近适宜温度, 浮游植物数量越高, 体现在本次调查中就是浮游植物数量与温度呈现显著正相关。鸭绿江口中水道的径流量远高于西水道, 位于中水道附近的站位盐度低于西水道, 受径流影响,适应低盐环境的优势种中肋骨条藻大量增生, 导致中水道海域的浮游植物数量明显多于西水道海域,相关性分析结果与实际调查的发现一致。

表1 浮游植物种类Tab. 1 Catalogue of phytoplankton in the investigation

表2 浮游植物生态指数Tab. 2 Community indexes of phytoplankton

表3 调查海域水质参数Tab. 3 Chemical parameters of water in survey area

表4 浮游植物与环境因子的关系Tab. 4 Correlations between phytoplankton and environmental factors

鸭绿江口营养盐氮磷比平均为 63.90, 与一些赤潮发生时的氮磷比环境相似[12-13]。根据刘东艳等的研究结果: 中肋骨条藻生长和生理状态受氮磷比的影响比较明显。在氮磷比为64:1的状态下的生长速度要优于氮磷比小于16的营养状态, 而且能够维持较稳定的生长水平[14]。说明鸭绿江口为中肋骨条藻的生长提供了较为稳定的氮磷比环境, 中肋骨条藻的生长未受到氮或磷的限制。从表4中看出, 营养盐与浮游植物数量之间没有明显的相关性, 也说明鸭绿江口海域的浮游植物生长并未受到营养盐的限制。

浮游植物种类数量与环境因子没有统计学意义上相关性, 可能受到浮游植物种间竞争的影响要远大于环境因子的影响。