杨世民　王丽莎　石晓勇,

(1. 中国海洋大学船舶中心实验室　青岛　266003; 2. 中国海洋大学化学化工学院　青岛　266100;3. 国家海洋局海洋减灾中心　北京　100194)

浮游植物利用光能合成有机物质, 是海洋生态系统中最重要的初级生产者, 研究某一海域浮游植物的种类组成和细胞丰度的分布有助于研究这一海域的生态系统特征, 对于监测海洋环境和赤潮生物种群的变化具有重要意义。国内许多学者曾多次研究过胶州湾的浮游植物 (钱树本等, 1983; 陈碧鹃等, 2000; 刘东艳等, 2002b, 2003; 齐雨藻等, 2004; 吴玉霖等, 2004;张利永等, 2004; 韩笑天等, 2004; Liet al, 2005; 李艳等, 2005), 但大面站的同步调查至今尚未有报道。相比于通常的走航调查, 定点同步调查能避免潮汐带来的变化, 具有更加客观精确的优点, 尤其在相对封闭的海湾内, 潮汐的来临形成水体交换, 引起湾内各站点浮游植物细胞丰度的变化, 而潮流对海底的冲击, 也会引起底栖性浮游植物的细胞再悬浮作用, 从而使一些底栖性物种进入水体, 改变浮游植物的群落结构(Baillieet al, 1980; Cloernet al, 1985; Cloern, 1991)。因此, 我们于2009年夏季在胶州湾进行了大面站的同步调查, 并通过采集的水样对浮游植物群落结构进行了分析研究, 为胶州湾海洋环境的评价提供科学依据。

1　材料与方法

胶州湾夏季调查共设立21个大面站(包括 20个编号站和C1站), 其分布见图1。调查方法为21艘调查船定点于21个大面站, 同时于2009年8月17日14:00采集该站位各水层(0m, 5m, 10m, 20m, 水深浅于5m的站位只取表层水)浮游植物水样。采样方式依照《海洋调查规范》(国家技术监督局, 1992)进行, 于每站位各水层采集约500mL水样, 样品用1%中性福尔马林固定保存, 水样采集工具为 HQM-2球盖式有机玻璃采水器。采水样品的分析和计数采用Utermöhl方法(Utermöhl, 1958)。取25mL水样置于Hydro-Bios计数框内, 静置24h后在NikonTS100倒置显微镜下进行浮游植物物种鉴定(金德祥等, 1965; Tomas, 1997;郭玉洁, 2003; 杨世民等, 2006)和细胞计数。

图1　胶州湾夏季取样站位Fig.1　The sampling station in the Jiaozhou Bay in summer

物种多样性指数的计算采用香农-威纳指数(H′,Shannon-Wiener index) (Shannonet al, 1949), 物种均匀度指数(J)采用Pielou的计算公式(Pielou, 1969)。

2　结果与讨论

2.1　物种组成

胶州湾夏季同步调查浮游植物样品经初步鉴定,共检出浮游植物65种, 分别隶属于3门35属。其中硅藻门23属45种(包括1变种); 甲藻门11属19种; 金藻门1属1种。种名录见表1。在各站位各水层硅藻在物种数量和细胞丰度上都占绝对优势。硅藻占细胞丰度的80.94%—100%, 平均96.19%; 甲藻占细胞丰度的0—19.06%, 平均 3.80%; 金藻只是在个别站位的个别水层偶尔出现。胶州湾夏季出现的浮游植物的生态类型多为广布性种和温带近岸性物种, 也有一些暖水性物种。

表1　胶州湾夏季浮游植物的物种组成Tab.1　Species composition of phytoplankton assemblage in the Jiaozhou Bay in summer

夏季胶州湾浮游植物的主要优势种均为硅藻:中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和大洋角管藻(Cerataulina pelagica)。这两个物种出现的频度都很高, 分别为1和0.943, 而且其优势度也分别高达0.538和0.186。

2.2　浮游植物的细胞丰度

夏季胶州湾浮游植物的细胞丰度介于 2.1—336.9cell/mL, 平均 77.2cell/mL, 最高值位于湾东北部区域 1号站表层。硅藻细胞丰度介于 2.0—336.2cell/mL, 平均 75.5cell/mL, 最高值亦位于 1号站表层; 甲藻细胞丰度介于 0—10.1cell/mL, 平均1.7cell/mL, 最高值位于湾西北部区域2号站表层。

2.2.1表层平面分布特征夏季胶州湾表层水体浮游植物细胞丰度介于 2.1—336.9cell/mL, 平均107.3cell/mL, 高于各水层浮游植物平均细胞丰度。最高值位于湾东北部区域1号站, 并在胶州湾北部形成浮游植物细胞丰度密集区, 总体分布趋势为北部高于南部(图2)。

图2　表层水体浮游植物细胞丰度的平面分布Fig.2　Horizontal distribution of phytoplankton cell abundance

表层水体硅藻细胞丰度介于 2.0—336.2cell/mL,平均105.1cell/mL。最高值亦位于湾东北部区域1号站, 其分布趋势与表层水体浮游植物细胞丰度的分布趋势极为相似(图3a)。

表层水体甲藻细胞丰度介于 0.1—10.1cells/mL,平均 2.1cell/mL, 细胞丰度较低。最高值位于湾西北部区域 2号站, 分布趋势为胶州湾北部和中部较高,东部和西南部较低(图3b)。

与1977年8月(钱树本等, 1983)和2001年8月(刘东艳等, 2003)的网采历史调查资料相比, 浮游植物细胞丰度的分布趋势相似, 大体都是北部高于南部。但是仔细对比本次调查与两次历史调查资料的细胞丰度平面分布图会发现, 本次调查细胞丰度高值区主要有三处: 胶州湾东北角海域、中北部海域和中西部海域。而1977年8月细胞丰度高值区主要在湾中北部海域, 2001年8月细胞丰度高值区位于湾东北角海域和中西部海域。可以看出, 本次调查细胞丰度高值区范围更广, 这与本次为同步调查密切相关。因为胶州湾水体交换状况为涨潮速度大于落潮速度(刘东艳等, 2002b), 涨潮时湾南部低细胞丰度水体进入湾北,冲击湾北部高细胞丰度水体向更靠近岸的区域移动,而落潮时近岸高细胞丰度水体则不易向周围扩散,因此, 当进行走航调查时由于调查时间较长, 受潮汐影响细胞丰度高值区范围会缩小, 而本次同步调查则能避免潮汐的影响, 更精确的抓住细胞丰度的分布状况。

相比历史资料, 本次调查细胞丰度值相差不大(钱树本等, 1983; 陈碧鹃等, 2000; 刘东艳等, 2003),但是由于本次调查的采样和分析方法与以往不同,胶州湾夏季浮游植物的细胞丰度是否常年维持稳定还有待进一步研究证实。

2.2.2垂直分布特征夏季胶州湾浮游植物的垂直分布如图4a, 扣除浅水样品数量大大多于深水样品数量的因素, 浮游植物细胞丰度随着水深的增加逐渐降低的趋势仍十分明显。这主要是因为最优势物种——中肋骨条藻主要分布在表层水域, 随着水深的增加, 其细胞丰度迅速降低的缘故(图4d)。

夏季胶州湾硅藻垂直分布如图4b, 其垂直分布趋势与浮游植物的垂直分布趋势也极为相似。甲藻的垂直分布如图4c, 扣除浅水样品数量多于深水样品数量的因素, 各水层之间甲藻的细胞丰度差别并不明显。

2.2.3表层优势种平面分布特征夏季胶州湾优势种的表层平面分布如图5所示, 中肋骨条藻为广温广盐性种。细胞丰度介于 0.3—192.6cell/mL, 平均41.5cell/mL, 最高值位于湾西北部区域3号站表层。中肋骨条藻在各个站位均有出现, 并在胶州湾北部形成高值区。在表层水体分布的高值区亦位于胶州湾北部, 细胞丰度由北向南逐渐降低, 中肋骨条藻也是形成胶州湾北部浮游植物细胞丰度密集区的主要力量之一。

图3　表层水体浮游硅藻细胞丰度和浮游甲藻细胞丰度的平面分布Fig.3　Horizontal distribution of planktonic　diatom cell abundance, horizontal distribution of planktonic dinoflagellate cell abundance in surface water

图4　夏季胶州湾浮游植物、硅藻、甲藻及优势种细胞丰度的垂直分布Fig.4　Vertical distribution of phytoplankton cell abundance, planktonic　diatom cell abundance, planktonic dinoflagellate cell abundance and dominant species cell abundance in the Jiaozhou Bay in summer

大洋角管藻是近几年青岛附近海域出现的优势种(杨世民等, 2006, 2009), 细胞丰度介于0—144.4cell/mL, 平均 15.2cell/mL, 最高值位于湾东北部区域1号站表层。除1号站外, 大洋角管藻在胶州湾中部海域细胞丰度较高, 由此向南至湾口处细胞丰度逐渐降低。

与历史资料相比(钱树本等, 1983; 陈碧鹃等,2000; 刘东艳等, 2002b; 齐雨藻等, 2004; 张利永等,2004)中肋骨条藻的优势种地位并没有发生改变, 而大洋角管藻也在近年来频频以优势种的状态出现,因此这两个物种在今后的胶州湾调查研究中都应予以重点关注。

2.2.4优势种垂直分布特征除了中肋骨条藻主要分布在表层水域外(图4d), 另一优势种大洋角管藻的垂直分布如图4e, 其在表层和5m层之间细胞丰度差别不明显, 但在10m和20m层细胞丰度则逐渐降低。

2.3　浮游植物群落的多样性

夏季胶州湾浮游植物的 Shannon-Wiener多样性指数值介于 1.225—3.341, 平均 2.152, 其值总体较高。多样性指数在表层水体的平面分布见图6a, 高值区位于胶州湾西北部和东南湾口海域,而低值区位于胶州湾东北部海域。这是因为在胶州湾西北部和东南部海域除中肋骨条藻和大洋角管藻外, 柔弱伪菱形藻(Pseudo-nitzschiadelicatissima)、拟旋链角毛藻(Chaetoceros pseudocurvisetus)、斯氏几内亚藻(Guinardia striata)、亚历山大藻(Alexandriumspp.)等物种也有相当数量, 浮游植物形成了较为复杂的群落结构, 而在东北部海域, 中肋骨条藻和大洋角管藻的细胞丰度远远高于其它物种, 浮游植物形成了以此两物种为优势种的较为简单的群落结构。

图5　表层水体浮游植物优势种细胞丰度的平面分布Fig.5　Horizontal distribution of phytoplankton dominant species cell abundance a. 中肋骨条藻丰度; b. 大洋角管藻丰度

图6　表层水体Shannon-Wiener指数和均匀度指数的平面分布Fig.6　Horizontal distribution of Shannon-Wiener diversity index and evenness index in surface water a. Shannon-Wiener指数; b. 均匀度指数

夏季胶州湾浮游植物的均匀度指数值介于0.288—0.807, 平均 0.611, 其值亦总体较高。均匀度指数在表层水体的平面分布见图6b, 其分布趋势为胶州湾西北和南部湾口海域较高, 东北部较低。因此胶州湾夏季西北和南部浮游植物群落更加均匀稳定。

2.4　浮游植物与环境因子的关系

胶州湾夏季浮游植物细胞丰度与环境因子的相关性分析(表2)表明, 浮游植物细胞丰度和硅藻细胞丰度与盐度呈密切的负相关, 与硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐呈正相关, 中肋骨条藻与硝酸盐呈密切的正相关, 大洋角管藻与铵盐、硝酸盐均呈密切的正相关。在近岸海域, 较低盐度的海水更适合浮游植物的生长繁殖(乐凤凤等, 2006), 因此二者呈负相关。在调查期间, 受当年夏季青岛干燥少雨的影响, 胶州湾入海径流量减少, 而氮、磷主要是依靠陆源输入和海底沉积物提供, 再加上近些年青岛近海夏季浒苔繁殖会消耗部分营养盐(李瑞香等, 2009), 因此调查期间硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐的浓度均较低, 而限制浮游植物生长的元素是那种在量上最接近维持其生长所需的最小量的物质(彭欣等, 2006), 所以此三种营养盐浓度的降低会抑制浮游植物的生长, 从而形成密切的正相关关系。中肋骨条藻为嗜氮型硅藻(刘东艳等, 2002a), 氮对大洋角管藻的生长也起到促进作用(Yanet al, 2002), 反之, 当氮浓度较低时也会抑制二者的生长, 体现为正相关。

表2　浮游植物细胞丰度与环境因子的pearson相关分析Tab.2　Pearson correlation analysis between phytoplankton cell abundance and environmental factors

2.5　浮游植物的季节变化

本次调查与同年5月春季(杨世民等, 2014)、2010年 2月冬季(石晓勇等, 待刊)的调查结果相比较, 浮游植物物种数量、细胞丰度均为最低, 呈现低谷期,这与1978年夏季网采调查资料呈高峰期大相径庭(钱树本等, 1983)。出现这种情况主要是由于调查期间营养盐浓度总体较低限制了浮游植物的生长, 这也是调查期优势种中肋骨条藻和大洋角管藻细胞丰度不高的主要原因。

3　结论

(1) 2009年夏季胶州湾共发现浮游植物3门 35属 65种, 其中硅藻在物种数量和细胞丰度上都占有绝对优势。浮游植物的生态类型多为广布性种和温带近岸性物种, 也有一些暖水性物种。

(2) 胶州湾夏季平均细胞丰度77.2cell/mL, 平面分布趋势为北部高于南部, 垂直分布则呈现明显的由表至底细胞丰度降低的趋势。

(3) 胶州湾夏季浮游植物优势种为中肋骨条藻和大洋角管藻。中肋骨条藻平均细胞丰度41.5cell/mL,平面分布的高值区位于胶州湾北部, 垂直分布则主要分布在表层水域; 大洋角管藻平均细胞丰度15.2cell/mL, 平面分布的高值区在胶州湾中部海域,垂直分布则主要分布在表层和5m层。

(4) 夏季胶州湾浮游植物 Shannon-Wiener指数和均匀度指数的值总体较高, 其分布显示胶州湾西北和南部海域浮游植物群落更加均匀稳定。

(5) 胶州湾夏季浮游植物和硅藻细胞丰度与盐度呈负相关关系, 与硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐呈正相关关系, 优势种中肋骨条藻与硝酸盐正相关, 大洋角管藻与铵盐、硝酸盐正相关。

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