高公岛近岸海域浮游植物群落特征

徐加涛,吴建新,阎斌伦,冯志华,陈松茂,李 玉

(1.淮海工学院 海洋学院,江苏 连云港 222005;2.淮海工学院 江苏省海洋生物技术重点建设实验室,江苏 连云港 222005;3.连云港市海洋与渔业局,江苏 连云港 222006)

江苏省连云港市最东端的高公岛乡,有中国目前单机容量最大的田湾核电站。核电站运行时将通过温排水的形式把巨大热能传递到邻近海域,导致水温上升。高公岛附近海域是重要的紫菜养殖区,核电站的建设和运行对其所处的海洋生态系统影响的研究有重要意义,也是人类活动对海洋环境影响的重要补充。

海洋浮游植物是海洋最重要的初级生产者,其群落特征直接或间接的制约着海洋生产力的发展。海洋浮游植物能改变海水光通量与热通量[1]、海洋碳通量[2]和云返照率[3],而改变全球气候,影响人类的生存环境质量。此外,其群落结构可以灵敏而迅速地反映环境的变化,不同的浮游植物的群落结构决定了其在生态系统中的功能差异,因此环境变化导致的海洋浮游植物群落结构变化是当今海洋生态学研究热点之一[4]。中国近岸海域浮游植物已有大量研究[5-9],核电站附近海域浮游植物的研究也有一些报道[10-11],但有关高公岛附近海域浮游植物群落结构特征及其与水质因子的相互关系的研究尚未见报道。作者在2009年8月7号在该海域进行了浮游植物采样与分析研究,一方面了解该海域浮游植物生态系统结构和功能状况,同时也为核电站等重大工程建设项目的海域环境影响评价及生态环境保护措施的制订和渔业资源可持续利用等提供基础资料。

1 研究方法

1.1 调查站位布设、采样及处理方法

租用苏连渔 02018号船在连云港高公岛近岸海域34.61～34.77°N,119.45～119.67°E之间,从近到远布设 5 个断面(Ⅰ：S3、S8、S11;Ⅱ：S7、S13;Ⅲ：S6、S10;Ⅳ：S2、S5、S9、S12;Ⅴ：S1、S4、S14)共 14 个站位进行浮游植物采样,采样站位如图1所示。根据水深(图2)用国产有机玻璃采水器(2.5 L)在表层、5 m、10 m和底层分别采水,混合后取1升水加入10毫升鲁哥氏碘液固定[12],样品参照相关文献[13-16]进行种类鉴定及按个体计数法进行计数、统计和分析,同步采集水质分析的水样,参考《海洋调查规范》测定水温、水深、pH、盐度、叶绿素、硅酸盐、磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮含量、溶解氧、悬浮物浓度等水质指标。

图1 采样站位示意图Fig.1 Map of sampling stations

图2 采样站位水深(m)的平面分布Fig.2 Water depth at sampling stations

1.2 分析方法和计算公式

定量描述浮游植物群落指数采用香农-威纳多样性指数H′(Shannon-Wiener index)、Margalef丰富度指数(d)、物种均匀度Pielou指数(J')和优势度指数(Y),按照如下公式计算：

式中,H′为多样性指数;S为该站位的物种数;Pi为第i种的个数与该站位总个数的比值;d为丰富度指数;J′为均匀度指数。ni为某个站位第i种的个体数;fi为该种在各站位出现的频率;N为每个种的总个体数。使用Suffer 8.0软件作图,SPSS 16.0软件进行数据与相关性分析[17]。

2 结果

2.1 调查海域浮游植物的种类组成和生态类型

调查海域共鉴定浮游植物4门36属81种(图3)。其中,硅藻门25属63种,占种数的77.78%;甲藻门9属 16种,占种数的19.75%;蓝藻门 1属 1种,占总种数的 1.23%;金藻门 1属 1种,占总种数的1.23%。

从图3可以看出,硅藻类在种类数上占绝对优势,是最重要的群落组成者。浮游植物主要由低盐近岸生态类群组成,如伏氏海毛藻、浮动弯角藻、三角角藻、梭角藻等,尚有少量的半咸水河口生态类群和广温广盐生态类群,如中肋骨条藻等,种类较丰富。

图3 浮游植物各类群比例Fig.3 The proportion of phytoplankton phytoplankton groups

2.2 调查海域浮游植物的丰度和种类数

调查海域各站位浮游植物的丰度为 0.458×105～3.134×105个/L,平均值 1.795×105个/L。最高丰度出现在 S5站位;最低丰度出现在离核电站最远的S14站位;浮游植物细胞丰度平面分布有很大差异,最高值是最低值的6.8倍(图4)。浮游植物种类数(图5)各站位较丰富;除S1、S3、S4、S8、S11、S14不足30种外,其他站位种类数都超过30种,最高值有42种,出现在S10站位,最少为19种,出现在S4站位,具体如图4所示。

2.3 调查海域浮游植物的群落特征

浮游植物多样性指数为 2.069～3.428,均值为2.926,多样性指数最高和最低的站位分别是 S13和S4,数值在2和3之间的站位有S1、S3、S4、S5、S11、S14,在3和4之间的站位有S2、S6、S7、S8、S9、S10、S12、S13(图6)。调查海域均匀度指数为0.485～0.677,均值为 0.592,均匀度指数最高的站位是 S8,最低的站位是 S1(图7);丰富度指数为1.064～2.364,均值为 1.753,丰富度指数最高的站位是S10,最低的站位是S4(图8)。

图4 采样站位浮游植物丰度(×105个/L)的平面分布Fig.4 Density of phytoplankton at sampling stations

图5 采样站位浮游植物种类数Fig.5 Species number of phytoplankton at sampling stations

图6 采样站位浮游植物多样性指数Fig.6 Biodiversity indexes of phytoplankton at sampling stations

图7 采样站位浮游植物的均匀度指数Fig.7 Evenness index of phytoplankton at sampling stations

图8 调查海域浮游植物丰富度指数的平面分布Fig.8 Richness index of phytoplankton at sampling stations

2.4 浮游植物优势种类

整个调查海域的浮游植物优势种类(优势度Y＞0.02)共18种。主要优势种类(优势度Y＞0.1)为斯氏几内亚藻(Guinardia striata)、浮动弯角藻(Eucampia zoodiacus)、拟旋链角毛藻(Chaetoceros pseudocurvisetus)、扭链角毛藻(Chaetoceros tortissimus)。优势度分别为0.688、0.207、0.142、0.103。

2.5 调查站位主要非生物因子

不同采样站位的氨氮质量浓度有较大差异,最高为0.34 mg/L,出现在S11,最低为0.03 mg/L,出现在S4和S13,平均为0.14 mg/L;悬浮物(SPM)含量最高为56.8 mg/L,出现在S3,最低为25.4 mg/L,出现在 S12,平均为 38.3 mg/L;不同站位的水深和水温有较大差异,最深处在S10,深度11 m,最浅处在 S3和S7,深度 5 m;水温最高为26.6℃,在 S11,最低为 25.3℃,在 S1、S4、S14站位;DOC最低为6.86 mg/L,最高为8.81 mg/L,平均为7.64 mg/L;pH最低为8.21,最高为8.38,平均为8.28;盐度最高为27.79,最低为25.73,平均为26.77。

3 讨论

浮游植物是海洋生态系中一个重要类群,其在特定海域的数量和种类的多少直接受到海洋环境条件不同的影响,影响因素包括水温、盐度、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐、DOC、pH、浮游动物等。

3.1 海水温度的平面分布特征

从图9可以明显看出,核电站温排水使调查海域海水温度从西南方向近岸处的高温向东北方向逐渐降温。在远岸的第Ⅴ断面的 S1、S4、S14三个站位上水温最低,平均水温是 25.3℃;最高水温是26.6℃,出现在第Ⅰ断面的 S11,该断面的平均水温最高,为26.4℃;第Ⅱ断面的平均水温为26.1℃;第Ⅲ断面的是 26.0℃;第Ⅳ断面的降为 25.75℃,而同期东西连岛周围海域水温在 23.7℃左右。水温分布状况显示核电站温排水造成了局部海域水温上升,但是升幅不大,在 3℃以内,温升区域的面积也有限(图9)。

图9 采样站位水温Fig.9 Water temperature at sampling stations

3.2 浮游植物丰度和种类分布特征

调查海域浮游植物丰度的平面分布变化很大(图4),最小值为0.458×105个/L,出现在S14站位;最大值为 3.134×105个/L,出现在 S5,浮游植物细胞丰度在断面 III(S6、S10)和断面 IV(S2、S5、S9、S12)的站位较高;平均值为 1.795×105个/L,是长江口秋季浮游植物细胞丰度的41倍[7]。调查海域浮游植物种类数的平面分布也有较大的差异(图5),S4站位最少,只有19种,S10站位最多,有42种。断面I(S3、S8、S11)和断面 V(S1、S4、S14)种类数都在 20 种左右;而断面 II(S7、S13),断面 III(S6、S10)和断面 IV(S2、S5、S9、S12)都有30种左右。

3.3 浮游植物群落特征参数与水质环境因子的相关性分析

调查海域的水质因子状况监测,包括 pH、悬浮物含量、氨氮含量、COD、DOC、盐度、油含量、汞离子浓度、铅离子浓度、锌离子浓度、镉离子浓度、铜离子浓度、磷酸盐含量、硝酸盐含量、亚硝酸盐含量以及砷含量。利用SPSS软件对浮游植物群落特征参数和水质因子之间的相关性分析表明,仅均匀度指数与水温之间具有显著的相关性,相关系数(r)为 0.544,具有显着性意义(P＜0.05),水温越高,均匀度指数越高。其他因子之间均没有显著的相关性,说明目前田湾核电站的运行对附近海域浮游植物的生长影响甚微。

3.4 浮游植物群落多样性的环境评价

田湾核电站近岸海域浮游植物种类丰富,多样性指数较高,多样性指数平均值为 2.926,最高值为3.428,最低值为2.069。参照国内通用的生物指数评价标准[18],H′=0,为严重污染;0＜H′＜1,重污染;1＜H′＜2,为中污染;2＜H′＜3,为轻污染;H′＞3,为清洁。可以判定,目前田湾核电站近岸海域水质状况总体属于轻污染,尚适宜浮游植物的生长,浮游植物群落结构较稳定。

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