秦皇岛海区浮游植物群落特征研究

    崔铁峰 崔彤彤 鲁玉蝶 张蒙 慕建东 赵春龙

    

    

    

    摘 要：通过2015年至2017年6个航次的调查，对秦皇岛海域浮游植物进行分析，进而对目标海域浮游植物的种类组成、细胞密度、多样性、均匀度、丰富度等群落特征及其变化进行了研究。调查共发现3门9目79种浮游植物，其中绝大部分为硅藻（6目73种）。进一步的计算发现，在2016年8月的样品中，浮游植物的多样性显著小于同年5月份，同时也显著小于临近两年8月份浮游植物的多样性和丰富度数据;而在浮游植物均匀度的调查中，结果显示，这三年的浮游植物均匀度呈逐年上升的趋势。

    关键词：秦皇岛海域;浮游植物;多样性;丰富度;均匀度

    中图分类号：Q9

    浮游植物作为水生态系统重要的组成部分，其群落组成和变化与水环境条件密切相关，因此可以揭示取样水域水环境的变化。浮游植物物种丰富度与群落生物量的关系随季节变化，春季和冬季为正相关;夏季为负相关[1]。在对大亚湾的浮游植物研究中，发现了水体中的N、P、N/P、环流是影响浮游植物的主要因素[2]。在对白洋淀的浮游植物研究中，研究人员应用RDA研究浮游植物与环境因子的关系时，发现水体的水温、透明度和高锰酸钾指数是影响白洋淀水域浮游植物的主要因素[3]。为了解秦皇岛海区水环境变化情况，2015-2017年，对该海域浮游植物进行调查分析。

    1 材料与方法

    1.1 站位布设

    见图1。

    1.2 调查时间

    采集样品的时间为2015、2016和2017年的春季（5月）和秋季（8月）。

    1.3 采样分析方法

    采样方法按照《海洋调查规范》[4]进行，使用小型浮游植物网在每个调查站位自底至表垂直拖网1次。采集的样品使用5%甲醛固定和保存。结合《浮游植物手册》[5]等图书资料，进行浮游植物的种类鉴定和计数。

    1.4 浮游植物生物多样性评价方法

    1.4.1 浮游植物的多样性指数（H'）? 多样性指数用来反映群落中种类多样性的情况。本研究采用香农—韦弗（Shannon-Weaver，1963）多样性指数：

    式中：H'为多样性指数; S为样品中种类总数;Pi为第i种的个数（ni）与总个体（N）之间的比值。

    多样性指数（H'）是可以反映样品信息含量的一个指数，Shannon-Weave生物多样性指数是种类数和种类中个体分配上的均匀性指标。一般来说，正常的水环境下，该指数较高;当环境受到污染破坏时，指数下降。

    1.4.2 浮游植物的丰富度（D） 丰富度可以反应群落中物种数目的多少，计算公式如下：

    式中：D为丰富度;S为样品中种类总数;ρ为站点的总密度。

    一般来说，环境的恶化会导致群落的丰富度下降，即D值会下降。

    1.4.3 浮游植物的均匀度（J）? 采用的是Pielou均匀度评价法，计算公式如下：

    式中：H'为生物多样性指数;S为代表种类。

    J值范围在0～1之间，J值越大，说明种间个体数分布越均匀;J值越小，反应种间个体数分布欠均匀。一般来说，环境遭受污染往往导致中间个体分布差异变大，即J值会变小。

    2 结果

    2.1 浮游植物密度的比较

    2.1.1 同一年5月份和8月份的密度比较 根据计算并结合图2可知，2015年8月相比于5月，在本次所调查的18个站点中，浮游植物的密度数据并无显著性差异（P=0.49），即8月份和5月份相比各个站点的浮游植物密度变化不大;同样的在2016年和2017年的计算中，结果显示这两年8月份和5月份相比的浮游植物密度水平也不存在显著性差异（P=0.11，P=0.84），即这三年8月份和5月份的浮游植物密度均无明显变化。

    2.1.2 相邻两年同一月份密度比较 根据计算并结合图3 、图4可知，2016年5月相比2015年5月，调查的18个站点的浮游植物的密度无明显差异（P=0.34），2016年8月相比2015年8月，调查站点的浮游植物密度也无明显差异（P=029），即2016年的5月份和8月份和上一年相比浮游植物密度的变化并不大。同样，在2016—2017年两个月份的比较中，结果显示这两组数据也不存在明显的差异，即浮游植物密度的变化并不大。

    2.2 浮游植物多样性的比较

    2.2.1 同一年5月份和8月份的浮游植物多样性比较 2015年的8月相比5月，综合对18个站点浮游植物多样性的计算和图5，这两个月份的多样性数据存在极显著性差异（P= 0.01），结合进一步分析我们可以发现，8月份浮游植物的多样性数据明显大于5月份;2016年8月相比5月，两个月的多样性数据也存在极显著性差异（P= 0.01），进一步分析表明，5月份的植物多样性明显大于8月;2017年8月相比5月，多样性存在极显著差异（P=0.01），即8月份多样性要明显大于5月份的多样性。

    2.2.2 相邻两年同一月份多样性比较 对比相邻两年5月份浮游植物多样性情况：2016年相比2015年，两组数据显示并无显著差异（P=0.99），2017年相比2016年，两组数据显示无显著差异（P= 0.24），如图6;对比相邻两年8月份浮游植物多样性情况：2016年相比2015年，两组数据存在极显著差异（P=0.01），结合对于图7的分析可知，2015年各站点浮游植物的多样性要明显大于2016年。2017年相比2016年，两组数据存在显著差异（P=0.03），结合对于数据的分析，可以发现2017年8月各站点浮游植物的多樣性要明显大于2016年8月的浮游植物多样性水平。

    2.3 浮游植物丰富度的比较

    2.3.1 同一年5月份和8月份浮游植物的丰富度对比 由计算并结合图8可知，在2015和2016年这两年的调查中，同年8月份相比5月份这两组数据无显著性差异（P=0.66，P=0.06）;而在对2017年调查结果的计算中，8月相比5月两组数据显示出了极显著差异（P=0.01），8月份的丰富度要明显大于5月份的丰富度数据。

    2.3.2 相邻两年同一月份浮游植物丰富度的比较 对相邻两年5月份浮游植物丰富度的比较：计算结果显示，2015和2016这两年各个站点浮游植物的丰富度不存在显著差异（P=0.83），而2017年5月和2016年5月这两组数据存在显著差异（P=0.03），并由图9可见2016年的丰富度要明显大于2017同时期的丰富度水平;对比相邻两年8月份浮游植物的丰富度：结果显示2016年8月与2015、2017年8月均存在显著差异（P=002，P=0.01），结合对图10的分析，2015和2017年8月各站点的浮游植物丰富度都显著大于2016年8月各站点计算出浮游植物的丰富度水平。

    2.4 浮游植物的均匀度对比

    2.4.1 同一年5月份和8月份浮游植物均勻度的对比 由计算可知在2015、2016和2017这三年的两次调查中，每一年的8月份浮游植物均匀度的数据和5月份浮游植物均匀度的数据间均不存在显著差异（P=0.06，P=0.14，P=0.77），即这三年每一年的5月份和8月份浮游植物的均匀度数据相差不大（如图11所示）。

    2.4.2 相邻两年同一月份浮游植物均匀度的对比 对相邻两年5月份浮游植物均匀度的比较：在2016年和2015年、2017年和2016年两两比较中，计算结果和图12表示这三组数据相邻之间不存在显著性差异（P= 0.45，P= 0.69）;而在对相邻两年8月份浮游植物均匀度的比较中，计算并结合图13可知，2016年和2015年相比，两组数据间存在极显著差异（P= 0.01），即2015年浮游植物的均匀度要明显大于2016年的调查数据，同时结果显示2017年和2016年相比存在显著性差异（P= 0.04），即2017年浮游植物的均匀度要大于2016年的调查数据。

    2.5 总结

    从浮游植物密度上看，本次调查的海区，在2015—2017年的这三年中浮游植物密度水平整体保持稳定，无论是每一年的春季和秋季相比还是相邻两年同一月份之间相比，结果均表明不存在显著性差异。

    从浮游植物多样性来看，这三年每一年的5月和8月之间，浮游植物多样性均存在极显著差异，2015年和2017年8月的多样性要显著大于5月的多样性，2016年则是5月大于8月，而在不同年份之间的比较中又发现2016年8月的多样性又明显小于2015年和2017年。由此可以推断，2016年8月的浮游植物多样性显著低于预期的正常值。

    从浮游植物丰富度来看，2017年8月的丰富度较之5月有明显的提高，2016年8月的丰富度显著小于5月，同时2016年8月的浮游植物丰富度相比2015和2017年也有明显的降低。由此可以推断，2016年8月的浮游植物丰富度显著低于预期的正常值。

    从浮游植物均匀度上看，2015—2017年每一年的5月和同年8月相比都不存在显著性差异，同时相邻两年的5月份浮游植物均匀度数据之间也不存在显著性差异。而相邻两年8月份的均匀度数据则有显著的差异性，具体表现为2016年8月的浮游植物均匀度明显大于2015年8月，而2017年8月的浮游植物均匀度又明显大于2016年8月的数据，即2015-2017这三年每年8月的均匀度呈上升趋势。

    3 讨论

    结合《2015年北海区海洋环境公报》[6]和《2016年北海区海洋环境公报》[7]的通报内容和2017年公开的相关信息，我们了解到，在2016年全年共计发生10次赤潮，较之2015年虽然赤潮的面积有所减少，但次数明显增多。同时发现在赤潮爆发期间，其中引发赤潮的生物种类有明显增多的趋势。群落多样性作为表征群落特征和群落稳定性的重要参数[8]，虽然本次调查中未发现2016年浮游植物密度显著变大，但浮游植物多样性和丰富度的显著差异可以充分表明赤潮对于当地海区浮游植物的影响。较多频次的赤潮造成2016年8月份浮游植物的多样性显著下降，同时因为赤潮集中发生于6、7月份，期间赤潮藻类的大肆增殖，侵占了其他浮游植物的生存资源。这就造成只有2016年8月出现了浮游植物多样性显著低于5月的情况，同时也造成了2016年8月的浮游植物丰富度显著低于2015年和2017同时期的浮游植物丰富度。而我们还可以发现，这三年浮游植物的均匀度呈逐年上升的趋势，表明浮游植物群落整体的质量在不断改善。正如《2017年中国海洋生态环境状况公报》[9]中所描述的，随着近几年国家对于海洋环境关注度越来越高，对海洋污染治理投入了更多的人力和物力，整体海洋的生态环境状况稳中向好，海洋质量总体上在慢慢改善，生物多样性在恢复，生态系统健康状况趋于好转。

    参考文献：

    [1]

    田旺. 湖泊浮游生物群落对环境和生物多样性的响应机制[D]. 北京：华北电力大学， 2017.

    [2] 孙翠慈， 王友绍， 孙松， 等. 大亚湾浮游植物群落特征[J]. 生态学报， 2006， （12）： 3948-3958.

    [3] 刘存歧， 孔祥玲， 张治荣，等. 基于RDA的白洋淀浮游植物群落动态特征分析[J]. 河北大学学报（自然科学版）， 2016， 36（03）： 278-285.

    [4] 国家海洋局第三海洋研究所. 海洋调查规范 第6部分：海洋生物调查： GB/T 12763.6-2007 [S]. 北京：中国标准出版社，2007： 172.

    [5] HASLE G，SOURNIA A. Phytoplankton Manual，Monographs on Oceanographic Methodology [M]. Paris： United Nations Educational， Scientific and Cultural Organization（UNESCO）， 1978：337.

    [6] 国家海洋局北海分局. 2015年北海区海洋环境公报 [EB/OL]. （2016-08-16）[2020-07-15]. http：//ncs.mnr. gov.cn//n1/upload/180202105853714350/180912102211881242.pdf.

    [7] 国家海洋局北海分局. 2016年北海区海洋环境公报 [EB/OL].（2017-06-30）[2020-07-15]. http：//ncs.mnr. gov.cn/n1/n128/n298/191213130046117253.html.

    [8] 姜珊， 陈燕珍， 刘希刚，等. 2011年辽宁东港赤潮监控区浮游植物群落结构特征 [J]. 海洋通报， 2012， 31（04）： 421-425.

    [9] 国家海洋局北海分局. 2017年北海区海洋环境公报 [EB/OL].（2018-09-10）[2020-07-15].http：// ncs. mnr. gov. cn//n1/upload/180910124335342872/180910124352221674.pdf.

    （收稿日期：2020-9-18;修回日期：2020-11-26）