尹翠玲，張秋豐，牛福新，石海明，徐玉山，屠建波

（國家海洋局 天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，天津，300457）

0 引言

浮游植物代表海洋生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)力，對海洋生態(tài)環(huán)境和生物資源影響巨大，是整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。初級生產(chǎn)力及浮游植物群落結(jié)構(gòu)的改變將改變整個海洋生態(tài)系統(tǒng)，因此，調(diào)查研究海域的初級生產(chǎn)力及浮游植物群落結(jié)構(gòu)將對整個海洋生態(tài)系統(tǒng)的研究具有重要意義。

天津市位于38°34′N～40°15′N，116°43′E～118°04′E之間，地處我國華北平原的東北部、海河水系與永定新河水系的尾閭，東臨渤海灣，北依燕山，西接首都北京，南、北與河北省接壤，是海河五大支流南運(yùn)河、子牙河、大清河、永定河和北運(yùn)河的匯合處和入?？冢?］。隨著近幾年環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展和濱海新區(qū)建設(shè)腳步的加快，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益增長的同時，也帶來了環(huán)境污染和海洋生態(tài)問題。大量的工業(yè)、市政污水隨著河流、渠道、管道入海，給渤海灣天津近岸海域的生態(tài)環(huán)境造成了較大影響，初級生產(chǎn)力和浮游植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化［2－13］。本文結(jié)合了1983年天津市海岸帶調(diào)查結(jié)果［1］、1992—1993年渤海［3］和1998年渤海近岸調(diào)查結(jié)果［4］以及2004—2011年渤海灣的調(diào)查結(jié)果（本單位調(diào)查），以2012—2013年渤海灣天津近岸海域的生態(tài)調(diào)查資料為基礎(chǔ)，總結(jié)了其群落結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化，探討了渤海灣初級生產(chǎn)力的變化、浮游植物物種和環(huán)境變化以及各種因子對浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響，為今后渤海灣的生態(tài)修復(fù)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查方法

本研究調(diào)查范圍為38°39′25″N～39°05′48″N，117°46′00″E～118°04′00″E，共布設(shè)20個站位，分別于2012年和2013年5月（春季）和8月（夏季）在渤海灣天津近岸海域進(jìn)行水文、氣象、化學(xué)和浮游植物資源的綜合調(diào)查，調(diào)查站位見圖1。調(diào)查海域水深為4.2～15.0m，平均水深為9.32m。調(diào)查均按《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB／T 12763.9—2007）［14］執(zhí)行。

圖1 渤海灣天津近岸海域浮游植物調(diào)查站位Fig.1 Phytoplankton sampling stations in Tianjin nearshore waters of Bohai Bay

浮游植物采樣利用III型浮游生物網(wǎng)（網(wǎng)口直徑37cm，網(wǎng)口面積0.1m2，網(wǎng)長270cm，網(wǎng)目孔徑76 μm）自底至表垂直拖網(wǎng)采集，樣品用體積分?jǐn)?shù)為5%的甲醛固定和保存。浮游植物樣品經(jīng)III型網(wǎng)的篩絹虹吸后濃縮，取0.5mL在實驗室的計數(shù)框中于O－lympus BX51顯微鏡下進(jìn)行分類鑒定，具體操作按照《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB17378.7—2007）［15］執(zhí)行。

調(diào)查中水文、氣象和化學(xué)因子的分析均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB17378－2007）［15］執(zhí)行。其中水文因子包括鹽度、水溫、水深和透明度，化學(xué)因子包括pH值、溶解氧、化學(xué)需氧量、磷酸鹽、無機(jī)氮和硅酸鹽等。

1.2 數(shù)據(jù)分析

本研究中渤海灣初級生產(chǎn)力的計算參考《海灣生態(tài)系統(tǒng)健康評價技術(shù)規(guī)程征求意見稿》①閆啟侖，馬玉艷，劉述錫，等.海灣生態(tài)系統(tǒng)健康評價技術(shù)規(guī)程（征求意見稿）［S］.國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心，2009.。采用葉綠素－a法，按照 Cadée和 Hegeman（1974）提出的簡化公式估算：

式中：P為每日現(xiàn)場的初級生產(chǎn)力，單位：mgC／（m2·d），Ps為表層水中浮游植物的潛在生產(chǎn)力，單位：mgC／（m3·h），E 為真光層的深度，單位：m，D 為白晝時間的長短，單位：h。

其中，表層水（1m以內(nèi)）中浮游植物的潛在生產(chǎn)力Ps根據(jù)表層水中葉綠素a的含量計算：

式中：Ca為表層葉綠素a的含量，單位：mg／m3，Q為同化系數(shù)，單位：mgC／（mgChl－a·h）。

真光層的深度E取透明度的3.05倍，同化系數(shù)Q采用3.7，春季光照時間為12h，夏季光照時間為14h。

本文選用物種優(yōu)勢度Y［16］判斷群落的優(yōu)勢種，用物種多樣性指數(shù) H′（Shannon－Wiener index）、物種豐富度指數(shù)D（Margalef’s index）和均勻度指數(shù)J（Pielou index）［17－18］來 研 究 浮 游 植 物 群 落 的 結(jié) 構(gòu) 特征。具體計算公式如下：式中：S為樣方中的種類總數(shù)，N為采集樣品中所有物種的總個體數(shù)，Ni為第i種的總個體數(shù)，fi為該種在各樣品中出現(xiàn)的頻率，pi為樣方中的i種所占的比例。

浮游生物與環(huán)境因子關(guān)系分析主要利用統(tǒng)計分析軟件SPSS 11.5進(jìn)行，平面作圖用Suffer 8.0進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 初級生產(chǎn)力

2012—2013年春季調(diào)查海域現(xiàn)場初級生產(chǎn)力為2.20～23.18mgC／（m2·d），平均值為9.54mgC／（m2·d）；夏季現(xiàn)場初級生產(chǎn)力為6.37～138.37 mgC／（m2·d），平均值為44.13mgC／（m2·d），夏季的初級生產(chǎn)力水平明顯高于春季，這與費(fèi)尊樂等［19］對1982—1983年渤海灣的初級生產(chǎn)力調(diào)查結(jié)論相符。其中，1982年5月渤海灣的初級生產(chǎn)力為103 mgC／（m2·d），8月為277mgC／（m2·d），1983年5月為98mgC／（m2·d），2012—2013年春季初級生產(chǎn)力比1982—1983年下降了90.5%，夏季初級生產(chǎn)力比1982—1983年下降了84.1%。與1992—1993年相比［20］，2012—2013年渤海灣初級生產(chǎn)力年平均值下降了70.2%，說明近30a來渤海灣初級生產(chǎn)力呈下降趨勢。

從初級生產(chǎn)力的分布來看，春季初級生產(chǎn)力較高的區(qū)域主要分布在塘沽附近海域，夏季則主要分布在北塘和漢沽附近海域（圖2）?？傮w來看，2012—2013年渤海灣初級生產(chǎn)力較高的區(qū)域主要分布在塘沽、北塘和漢沽附近海域，這一分布趨勢與浮游植物的細(xì)胞豐度分布趨勢一致，究其原因，主要是因為在渤海灣北部有永定新河、潮白新河和薊運(yùn)河3條主要河流入海（圖3），河流入海帶來大量的營養(yǎng)鹽，北塘和漢沽斷面的營養(yǎng)鹽含量高于其它斷面②尹翠玲，張秋豐，闞文靜，等.近10年渤海灣營養(yǎng)鹽變化特征及富營養(yǎng)化概況分析［J］.天津科技大學(xué)學(xué)報，已投.，有利于浮游植物的生長，所以該區(qū)域的初級生產(chǎn)力明顯高于其它區(qū)域。

2.2 浮游植物種類組成

2012—2013年對天津市近岸海域進(jìn)行的調(diào)查中，共鑒定出浮游植物2門59種（包括未定名種，2012年春季28種，夏季34種；2013年春季33種，夏季47種），其中硅藻49種，占種類組成的83.1%；甲藻10種，占種類組成的16.9%。從種類組成上看，浮游植物的主要類群為角毛藻和圓篩藻，其中角毛藻屬種類占總種類數(shù)量的27.1%，圓篩藻屬種類占總種類數(shù)量的11.9%。調(diào)查出現(xiàn)的浮游植物基本上屬于廣溫沿岸性種類，表明該海域浮游植物生態(tài)屬性為廣溫近岸型（表1）。

圖2 2012—2013年調(diào)查海域初級生產(chǎn)力分布Fig.2 Horizontal distribution of primary productivity in the survey area from 2012to 2013

圖3 天津市主要河流分布Fig.3 Distribution of main rivers in Tianjin

與1982—1983年調(diào)查結(jié)果［1］相比，2012—2013年渤海灣浮游植物總種類數(shù)呈下降趨勢（表2），浮游植物種類數(shù)下降了11.9%，硅藻種類數(shù)下降了15.5%，而甲藻種類有所增加，由4種增加到10種。從甲藻比重上看，甲藻種類所占比重從1982—1983年的5.97%上升到2012—2013年的16.9%。但從浮游植物細(xì)胞豐度上看，2012—2013年調(diào)查海域硅藻細(xì)胞豐度占總豐度的99.35%，甲藻細(xì)胞豐度僅占總豐度的0.7%。歷史調(diào)查資料顯示［3］，調(diào)查海域浮游植物群落中平均硅藻占總浮游植物細(xì)胞豐度的比重在1982—1983年、1992—1993年和1998—1999年分別是45.3%、82.4%和99.5%，總體來看，硅藻在渤海灣海域的浮游植物群落中逐漸占據(jù)了主導(dǎo)地位。從角毛藻和圓篩藻種類數(shù)在硅藻中所占的比例來看，角毛藻所占比例有所升高，而圓篩藻所占比例有所下降，這與“角毛藻的興起，圓篩藻的衰落”趨勢相符，同時也與甲藻種類所占比例越來越高，甲藻赤潮爆發(fā)的可能性增大的結(jié)論相符［21］。

表1 2012—2013年調(diào)查海域浮游植物種類組成Tab.1 Phytoplankton taxa founded in the survey area from 2012to 2013

表2 調(diào)查海域浮游植物種類變化趨勢Tab.2 Species change trends of phytoplankton in the survey area

2.3 優(yōu)勢種

2012—2013年春季（5月）和夏季（8月）調(diào)查海域浮游植物優(yōu)勢種均為硅藻，多為廣溫廣鹽性種類，少數(shù)溫帶種類也有分布。優(yōu)勢種中柔弱根管藻Rhizosolenia delicatula、中肋骨條藻Skeletonema costatum和旋鏈角毛藻Chaetoceros curvisetus在浮游植物細(xì)胞豐度上占有絕對優(yōu)勢（表3），以上物種雖然個體比較小，但其數(shù)量比較多，所以其生物量較高，對整個渤海灣生態(tài)系統(tǒng)的影響較大，2012年渤海灣曾經(jīng)爆發(fā)中肋骨條藻赤潮。所以在今后的工作中應(yīng)將上述種類列為渤海灣天津近岸海域重點關(guān)注的浮游植物關(guān)鍵種。

表3 調(diào)查海域浮游植物優(yōu)勢種（Y≥0.02）及其優(yōu)勢度Tab.3 The dominant species（Y≥0.02）and dominance in the survey area

與1983年［1］、2005—2011年同期優(yōu)勢種比較可知（表4），在調(diào)查海域鏈狀硅藻逐漸成為優(yōu)勢種，而鏈狀或營群體生活的硅藻能夠增加對營養(yǎng)鹽的吸收［24］。中肋骨條藻、尖刺擬菱形藻、旋鏈角毛藻等被認(rèn)為是嗜氮性硅藻，在膠州灣，無機(jī)氮含量的增加為這類硅藻的增長提供了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)［25］。而在渤海灣，2004—2012年DIN平均含量比1978—1980年增加了1.18倍，DIP降低了62.1%②，無機(jī)氮含量的升高無疑為鏈狀藻的生長提供了有利條件。

表4 歷年調(diào)查海域優(yōu)勢種Tab.4 The dominant species in recent years in the survey area

2.4 浮游植物細(xì)胞豐度分布

2012—2013年春季（5月）和夏季（8月）調(diào)查海域浮游植物細(xì)胞豐度分布不均勻（圖4）。2012年春季天津市近岸海域浮游植物平均細(xì)胞豐度為8.69×105cell／m3，各站位數(shù)量波動范圍在3.32×103～6.35×106cell／m3之間，呈現(xiàn)由北到南，由東、西兩側(cè)向中央集中的趨勢。浮游植物細(xì)胞豐度高值區(qū)主要分布在大港和岐口周圍海域，最大值出現(xiàn)在大港附近海域的7號站，這主要由于出現(xiàn)了大量的中華盒形藻Bidduiphia sinensis，該站位中華盒形藻密度高達(dá)1.95×106cell／m3。2012年夏季天津市近岸海域浮游植物平均細(xì)胞豐度為8.77×108cell／m3，各站位數(shù)量波動范圍在6.85×106～4.65×109cell／m3之間，呈現(xiàn)由東南向西北逐漸增加的趨勢。浮游植物細(xì)胞豐度高值區(qū)主要分布在北塘周圍海域，最大值出現(xiàn)在北塘附近海域的13號站，這主要由于出現(xiàn)了大量的中肋骨條藻，該站位中肋骨條藻的細(xì)胞豐度高達(dá)4.37×109cell／m3。

2013年春季，天津市近岸海域浮游植物平均細(xì)胞豐度為4.26×106cell／m3，各站位數(shù)量波動范圍在4.97×103～3.85×107cell／m3之間，北部海域浮游植物細(xì)胞豐度明顯高于南部海域，尤其在北塘和塘沽海域浮游植物細(xì)胞豐度較高；最大值出現(xiàn)在北塘附近海域的14號站，這主要由于出現(xiàn)了大量的旋鏈角毛藻，該站位旋鏈角毛藻細(xì)胞豐度高達(dá)3.74×107cell／m3。2013年夏季，天津市近岸海域浮游植物平均細(xì)胞豐度為5.87×107cell／m3，各站位數(shù)量波動范圍在2.48×106～2.23×108cell／m3之間。浮游植物細(xì)胞豐度高值區(qū)主要分布在塘沽和歧口周圍海域，最大值出現(xiàn)在歧口附近海域的3號站，這主要由于出現(xiàn)了大量的旋鏈角毛藻、丹麥細(xì)柱藻和尖刺菱形藻，該站位旋鏈角毛藻細(xì)胞豐度高達(dá)1.51×108cell／m3。

圖4 2012—2013年調(diào)查海域浮游植物細(xì)胞豐度分布Fig.4 Horizontal distribution of phytoplankton cell abundance in the survey area from 2012to 2013

圖5 2012—2013年調(diào)查海域浮游植物生物多樣性指數(shù)分布Fig.5 Horizontal distribution of diversity indexes of phytoplankton community in the survey area from 2012to 2013

從種群密度的空間分布上看，渤海灣天津近岸海域北部和南部的浮游植物細(xì)胞豐度高于中部，分析原因主要是由于在渤海灣天津近岸海域的北部有永定新河、潮白新河和薊運(yùn)河3條主要河流入海，河流入海帶來大量的營養(yǎng)鹽，有利于浮游植物的生長；而在南部，獨(dú)流減河、青靜黃排水渠和子牙新河等主要河流入海也會帶來大量營養(yǎng)鹽，浮游植物大量生長（圖3）。

從細(xì)胞豐度的季節(jié)分布上看，2012—2013年夏季天津近岸海域的浮游植物細(xì)胞豐度明顯高于春季。這主要是由于渤海灣屬于暖溫帶季風(fēng)氣候，雨水多集中在夏季，到了夏季，溫度較高，降水量較大，河流入海流量加大，渤海灣陸源入海的營養(yǎng)鹽含量升高，適宜浮游植物的生長。

與1959年、1982—1983年和1992—1993年浮游植物細(xì)胞豐度平均值（310×104、39×104和20×104cell／m3）相比［4］，2012—2013年渤海灣網(wǎng)采浮游植物平均細(xì)胞豐度分別是1959年、1982—1983年和1992—1993年的75.87、603.10和1 176倍。

2.5 浮游植物多樣性

2012年春季調(diào)查海域浮游植物多樣性指數(shù)（H′）為0.43～3.59，平均值為2.15，最大值出現(xiàn)在1號站，最小值出現(xiàn)在9號站（圖5a）；夏季H′為0.03～3.47，平均值為1.12，最大值出現(xiàn)在8號站，最小值出現(xiàn)在20號站（圖5b）。2013年春季調(diào)查海域H′為0.13～3.15，平均值為1.58，最大值出現(xiàn)在17號站，最小值出現(xiàn)在3號站（圖5c）；夏季H′為0.42～3.18，平均值為2.00，最大值出現(xiàn)在17號站，最小值出現(xiàn)在9號站（圖5d）。

調(diào)查海域浮游植物均勻度指數(shù)和豐富度指數(shù)在不同站位間存在較大差異（表5）。

表5 2012—2013年浮游植物群落特征指數(shù)Tab.5 Indexes of phytoplankton community in the survey area from 2012to 2013

2.6 群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的相關(guān)性

利用SPSS 11.5分析軟件對各個站位的浮游植物細(xì)胞豐度、硅藻細(xì)胞豐度和甲藻細(xì)胞豐度與相關(guān)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了相關(guān)性分析（表6）。綜合來看，2012—2013年春季渤海灣天津近岸海域網(wǎng)采浮游植物細(xì)胞豐度及其分布主要與硅藻的細(xì)胞豐度及其分布密切相關(guān)，甲藻細(xì)胞豐度及其分布則主要與DO及其分布密切相關(guān)?？傮w來看，2012—2013年春季渤海灣天津近岸海域網(wǎng)采浮游植物細(xì)胞豐度及其分布與環(huán)境因子的相關(guān)性較小。而夏季網(wǎng)采浮游植物細(xì)胞豐度及其分布主要與水深呈顯著負(fù)相關(guān)，而與化學(xué)需氧量、pH值、溶解氧和無機(jī)磷呈顯著正相關(guān)，夏季網(wǎng)采浮游植物細(xì)胞豐度及其分布與環(huán)境因子的相關(guān)性較大。

渤海灣夏季溫度較高，較高的水溫導(dǎo)致浮游植物迅速增長，加上天津近岸海域入海河流較多，包括海河、北塘口排污河、大沽口排污河、獨(dú)流減河、子牙新河等，8月份降水及泄洪造成大量河水入海，為浮游植物的生長提供了豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，加之河水的注入降低了天津近岸海域的水體鹽度，使浮游植物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，這也是渤海灣夏季網(wǎng)采浮游植物群落受環(huán)境影響較大的主要原因。

3 小結(jié)

（1）2012—2013年春季調(diào)查海域現(xiàn)場初級生產(chǎn)力為2.20～23.18mgC／（m2·d），平均值為9.54 mgC／（m2·d）；夏季現(xiàn)場初級生產(chǎn)力為 6.37～138.37mgC／（m2·d），平均值為44.13mgC／（m2·d），夏季的初級生產(chǎn)力水平要明顯高于春季。與1982—1983年同期調(diào)查相比，春季平均初級生產(chǎn)力下降了90.5%，夏季下降了84.1%；與1992—1993年同期相比，2012—2013年渤海灣初級生產(chǎn)力年平均值下降了70.2%，說明近30a來渤海灣初級生產(chǎn)力呈下降趨勢。從初級生產(chǎn)力的分布來看，春季初級生產(chǎn)力較高的區(qū)域主要分布在塘沽附近海域，夏季則主要分布在北塘和漢沽附近海域。

（2）2012—2013年調(diào)查海域網(wǎng)采浮游植物共發(fā)現(xiàn)2門59種（包括未定名種），其中硅藻49種，占種類組成的83.1%；甲藻10種，占種類組成的16.9%。春季種類數(shù)少于夏季。

（3）2012—2013年調(diào)查海域網(wǎng)采浮游植物群落優(yōu)勢種主要為柔弱根管藻、布氏雙尾藻、中華盒形藻、中肋骨條藻、旋鏈角毛藻、尖刺菱形藻、丹麥細(xì)柱藻和浮動彎角藻，優(yōu)勢種均為硅藻，多為廣溫廣鹽性種類，少數(shù)溫帶種類也有分布，與往年相比，鏈狀硅藻逐漸成為優(yōu)勢種。

表6 2012—2013年浮游植物細(xì)胞豐度及相關(guān)環(huán)境參數(shù)的積矩Pearson相關(guān)系數(shù)Tab.6 The Pearson correlation coefficient of phytoplankton cell abundance and environmental factors in the survey area from 2012to 2013

（4）2012年春季調(diào)查海域浮游植物平均細(xì)胞豐度為8.69×105cell／m3，夏季為8.77×108cell／m3。2013年春季平均細(xì)胞豐度為4.26×106cell／m3，夏季為5.87×107cell／m3，夏季浮游植物細(xì)胞豐度明顯高于春季。從分布上看，北部和南部的浮游植物細(xì)胞豐度高于中部，這主要是由天津近岸海域河流分布造成的。

（5）2012年春季調(diào)查海域浮游植物多樣性指數(shù)平均為2.15，夏季平均為1.12；2013年春季浮游植物多樣性指數(shù)平均為1.58，夏季平均為2.00。

（6）2012—2013年春季調(diào)查海域網(wǎng)采浮游植物細(xì)胞豐度及其分布主要與硅藻的細(xì)胞豐度及其分布密切相關(guān)，甲藻細(xì)胞豐度及其分布則主要與DO的含量及其分布密切相關(guān)，總體來看，2012—2013年春季網(wǎng)采浮游植物細(xì)胞豐度及其分布與環(huán)境因子的相關(guān)性較??；而夏季浮游植物細(xì)胞豐度及其分布主要與水深呈顯著負(fù)相關(guān)，而與化學(xué)需氧量、pH值、溶解氧和無機(jī)磷呈顯著正相關(guān)，夏季網(wǎng)采浮游植物細(xì)胞豐度及其分布與環(huán)境因子的相關(guān)性較大。

致謝感謝國家海洋局天津海洋環(huán)境監(jiān)測中心站污染監(jiān)測站的所有同事在采樣和數(shù)據(jù)分析中的幫助！

（References）：

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