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水生态环境是海洋生物赖以生存的基础,而浮游植物是水环境中的重要组成部分,其种类与群落结构的变化与水环境密切相关[1]。由于受到陆地和海洋的双重影响,近岸海域的生态系统比较脆弱,有毒有害微藻种类大量繁殖导致的赤潮,常常会破坏渔业资源,并危害人类健康,带来严重的经济损失[2]。因此,对海域中的浮游植物群落结构和水质状况进行调查研究,有助于海域生态环境的保护和提前预警。我国有关海洋浮游植物的调查范围涉及渤海、南黄海、东海、南海及北部湾海域。据统计,1959~2015年,渤海海域共发现浮游植物170余种,优势种从角毛藻和圆筛藻为主演变为以具槽帕拉藻、海线藻及甲藻中的夜光藻和角藻为主[3]。近年来,渤海海域包括渤海湾、莱州湾、天津、秦皇岛和曹妃甸等近岸海域的浮游植物均有调查记录[4-8]。2007~2017年,黄备等对南黄海海域的浮游植物进行了调查,发现该海域共有浮游植物371种,优势种以裸甲藻和柔弱拟菱形藻为主[9]。东海海域浮游植物资源调查主要集中在长江口、舟山海域、浙江沿海及福建东北部海域[10-13],发现浮游植物群落结构与水温、盐度、溶解氧、悬浮物浓度及磷含量等密切相关。南海海域浮游植物调查则集中在南海北部和南沙群岛[14-19],优势种以中肋骨条藻、柔弱拟菱形藻、菱形海线藻和角毛藻等为主。海南岛近岸海域浮游植物调查海域包括铺前湾、黎安湾和清澜港红树林海域[20-22]。海尾湾位于海南岛西部、昌江黎族自治县境内,为国家一级渔港,其渔业资源丰富,是海南省重点渔港之一。目前尚未见有关海尾湾浮游植物群落结构及水质状况,以及休渔期对浮游植物及水质的影响的研究报道,因此,笔者于2018年7月和9月,对海南岛海尾湾近岸海域网采浮游植物种类、群落结构、优势种种类、多样性特征和水质进行了调查、分析,旨在为海南岛海尾湾近岸海域生态系统保护提供基础资料。
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在海南岛海尾湾附近海域(108°45′15.44″~108°48′31.19″E;19°24′13.26″~19°26′21.38″N)共设置12个调查站位,于2018年7月和9月进行2个航次的调查。各调查站位的站位示意图见图1。站位设置主要参考《海洋调查规范》(GB12763.9—2007),并结合海尾湾实际的地理特征和水文环境。
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现场测定调查站位的气温、水温、pH值、盐度、溶解氧、电导率、透明度和水深(表1)。海尾湾夏季平均气温30.3 ℃,水温平均28.9 ℃;秋季气温平均28.8 ℃,水温平均26.8 ℃。各调查站位的pH值夏季低于秋季,夏季为7.5~7.8,秋季为8.1~8.2。电导率秋季稍高于夏季,秋季为21.12,夏季为20.93。盐度春季稍高于秋季,差异不明显,溶解氧夏季稍低于秋季,夏季平均值5.63 mg·L−1,秋季溶解氧平均含量为6.56 mg·L−1。
地点
Sampling
station气温/℃
Temperature水温/℃
Water temperaturepH 电导率
Conductivity盐度/%
Salinity溶解氧/(mg·L−1)
Dissolved oxygen水深/m
Depth of water夏 秋 夏 秋 夏 秋 夏 秋 夏 秋 夏 秋 1-1 31 28 28.2 26.5 7.5 8.2 21.1 2.08 3.3 3.0 4.09 6.4 3.0 1-2 29 28 28.1 26 7.6 8.1 21.2 21.4 3.4 3.1 5.70 6.6 8.6 1-3 29 28 28.5 26.5 7.6 8.2 21.1 21.2 3.5 3.2 6.14 7.0 16.8 2-1 32 29.5 29 27 7.5 8.2 20.9 21.1 3.2 3.0 4.30 6.5 3.2 2-2 31 30 29.1 27 7.6 8.2 21 21.3 3.4 3.1 5.41 7.5 8.3 2-3 29 27 28.9 26.5 7.6 8.2 21.1 21.3 3.5 3.2 6.29 6.2 15.0 3-1 32 30 29.1 27.5 7.6 8 20.8 20.7 3.2 2.8 5.16 5.0 4.0 3-2 31 30 29 27.5 7.5 8.2 20.9 21.2 3.2 3.1 5.83 6.8 8.5 3-3 28 27 28.8 26 7.6 8.1 21 21.5 3.5 3.1 6.47 6.1 18.0 4-1 33 30 29.8 28 7.6 8.1 20.5 20.9 3.0 3.1 5.67 6.2 4.0 4-2 33 31 29.7 28 7.6 8.2 20.5 20.7 3.1 3.1 5.90 7.4 12.5 4-3 28 26.5 29.1 25.5 7.8 8.2 21 21.3 3.35 3.2 6.60 7.1 16.0 Table 1. Environmental parameters of seawater in Haiwei Bay in 2018
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按《海洋调查规范》(GB 17378.7—2007)中的有关浮游植物调查的规定进行采样。利用浅水Ⅲ型浮游生物网采(网长140 cm,网口内径37 cm,网口面积0.1 m2)样,拖网方式为底—表垂直拖网。样品用甲醛溶液固定,最终浓度为5%。样品静止、浓缩后,取0.1 mL均匀样品至于计数框中,在光学显微镜下全片观察,计数两片取其平均值。
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用Shannon-Wiener多样性指数(H′)、Pielou均匀度指数(J′)、优势度(Y)和丰富度指数(d)对浮游植物群落结构特征进行分析。计算公式如下:
式中,Pi=ni/N,ni为第i种的个体数量;N为全部物种的个体数;fi为第i种的出现频率;优势度≥0.02的种类作为该海域的优势种类。
Shannon-Wiener多样性指数( H ′)计算公式如下[23]:
式中,H′≥3.0表明生境指数优良;2≤H′<3.0为一般;1≤H′<2.0为差;H′<1.0为极差。
Pielou均匀度指数( J ′)计算公式如下[24]:
式中,Pi=ni/N;Hmax=log2S,为最大多样性指数;ni为第i种的个体数量;N为全部物种的个体数;fi为某种生物的出现频率/%;S表示样品中的总种类数。
Margalef丰富度指数计算公式如下[25]:
式中,d表示丰富度指数;S表示样品中的总种类数;N表示全部物种的个体数。
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水质与浮游植物同步采集,参考《海洋调查规范》(GB12763.9—2007),分层采样后混合,取4 L水保存于4 ℃,采样后第2天开始进行水质各项指标测定。利用哈希DR3900多参数水质检测仪来分析海水样品中的总氮、总磷、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮和COD含量,具体操作按照试验说明进行。活性硅酸盐含量的测定方法为硅钼黄分光光度法(FHZDZHS0035)。海水经45 µm孔径的Whatman滤膜过滤,滤膜上的浮游植物经丙酮萃取,利用分光光度计测定叶绿素a的含量,叶绿素a指标代表浮游植物生物量,数值越大,则表明浮游植物生物量越高。采用软件Canoco 5.0来分析浮游植物群落与各环境因子之间的关系。优势度排名前20的物种数据和环境数据均经过lg(X+1)转换。去趋势对应分析(DCA)结果显示夏、秋季4个排序轴中的梯度长度数值分别为0.17~0.60和0.43~0.88,最大值均≥2,应选择基于线性模型的排序方法,因此浮游植物与环境因子的关系研究选择冗余分析(RDA)。
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夏季航次采集的样品中共鉴定出浮游植物3门119种,秋季航次共鉴定出浮游植物3门114种。其中,硅藻门种类分别为102种和92种,占浮游植物总种类数的85.71%和80.70%;其次为甲藻门,夏秋两季航次分别鉴定出13种和18种,占总种类数的10.93%和15.79%;另外,还分别鉴定出4种蓝藻占总种类数的3.36%,各站位种类分布见图2。夏秋两季航次的浮游植物种类均以硅藻为主,甲藻次之,与夏季航次相比,秋季航次甲藻含量相对增加,而硅藻种类有所下降。
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夏秋两季航次的调查中,硅藻细胞密度明显高于其他藻类,为主要优势类群。夏季航次硅藻密度占总密度的98.39%,秋季航次硅藻占69.65%。夏季航次12个调查站位浮游植物的细胞平均密度为6.151×106 个·m−3;秋季航次细胞密度介于(0.14~1.38)×106 个·m−3之间,平均密度为0.54×106 个·m−3(图3),远低于夏季调查区间的细胞密度水平。秋季调查中,除站位“3-1”和“4-1”外,其他站位细胞密度均以蓝藻次之(图3)。
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优势种的确定由优势度决定,优势度≥0.02的种类作为该海域的优势种类。夏季调查期间,该海域浮游植物优势种有7种分别是旋链角毛藻、柔弱拟菱形藻、钟形中鼓藻、尖刺拟菱形藻、角毛藻属、笔尖根管藻和拟旋链角毛藻(表2);其中旋链角毛藻是第1优势种,优势度为0.388,平均密度为2.39×106 个·m−3(表2)。秋季调查期间,该海域浮游植物优势种共10种,分别为旋链角毛藻、并基角毛藻、平滑角毛藻、窄隙角毛藻、角毛藻属、变异辐杆藻、菱形海线藻、尖刺拟菱形藻、汉氏束毛藻、束毛藻属(表2)。束毛藻属为第1优势种,优势度为0.202,平均细胞密度为0.11×106 个·m−3(表2)。旋链角毛藻、尖刺拟菱形藻和角毛藻属种类在海尾湾夏秋两季航次均为优势种类。
航次
Sampling season优势种
Dominant species平均密度
Average cell density/
(×106 个·m−3)占总密度比例
Percentage of total
cell density /%出现频率
Frequency /%优势度
Dominance夏季 旋链角毛藻 2.39 38.78 100 0.388 柔弱拟菱形藻 1.36 22.13 100 0.221 钟形中鼓藻 0.31 5.07 100 0.051 尖刺拟菱形藻 0.29 4.69 100 0.047 角毛藻属 0.29 4.65 100 0.047 笔尖根管藻 0.21 3.34 100 0.033 拟旋链角毛藻 0.16 2.53 100 0.025 秋季 束毛藻属 0.11 20.24 100 0.202 菱形海线藻 0.06 10.38 100 0.104 旋链角毛藻 0.06 11.32 75 0.085 角毛藻属 0.05 9.03 83.3 0.075 尖刺拟菱形藻 0.02 3.22 100 0.032 变异辐杆藻 0.02 3.29 91.67 0.03 并基角毛藻 0.02 2.48 91.67 0.023 汉氏束毛藻 0.02 2.41 91.67 0.022 窄隙角毛藻 0.02 2.40 91.67 0.022 平滑角毛藻 0.02 2.26 91.67 0.021 Table 2. Dominant species of phytoplankton in Haiwei Bay in 2018
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结果(表3)表明,夏季海尾湾海域浮游植物的多样性指数和均匀度平均值分别为3.27和0.56。丰富度指数范围在4.88~5.57之间,平均为5.30。秋季该海域浮游植物的多样性指数和均匀度平均值分别为4.19和0.76。丰富度指数范围在4.75~6.03之间,平均为5.52。
站位
Sampling station多样性指数
Shannon-Wiener diversity index均匀度指数
Pielou evenness index丰富度指数
Margelef richness index夏 秋 夏 秋 夏 秋 1-1 3.59 3.58 0.64 0.61 5.49 4.75 1-2 3.09 4.20 0.52 0.74 5.23 4.97 1-3 3.60 4.64 0.61 0.80 5.51 5.33 2-1 3.21 3.79 0.57 0.71 5.14 4.81 2-2 3.41 4.38 0.57 0.78 5.25 5.23 2-3 3.62 3.91 0.60 0.70 5.48 5.33 3-1 3.19 4.18 0.56 0.87 4.88 6.03 3-2 3.56 4.29 0.59 0.78 5.32 5.16 3-3 3.30 4.31 0.56 0.77 5.57 5.25 4-1 2.32 4.55 0.39 0.80 5.17 5.24 4-2 3.29 4.28 0.54 0.75 5.29 5.43 4-3 3.11 4.16 0.51 0.79 5.24 5.52 平均值 3.27 4.19 0.56 0.76 5.30 5.52 Table 3. Diversity, evenness and richness of phytoplankton in Haiwei Bay in 2018
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对海尾湾海域12个站点水体中的总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷、COD、活性硅酸盐和叶绿素a含量进行了检测。结果(图4)表明,各调查站位总氮含量变化趋势一致,夏季航次平均值5.74 mg·L−1,稍高于秋季航次的5.08 mg·L−1。硝酸盐氮含量和亚硝酸盐氮含量夏秋两季航次的变化无明显规律,随调查站位的不同而不同。秋季航次总磷、活性硅酸盐和叶绿素a的含量均高于夏季航次,但COD含量夏季航次高于秋季航次。
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海尾湾浮游植物与环境因子的RDA分析结果表明(表4),夏季航次前两个排序轴的特征值分别为0.549和0.220,累计解释了76.81%的物种变化信息;秋季航次前两个排序轴的特征值分别为0.276和0.206,累积解释了48.21%的物种变化信息。两季航次环境因子轴与物种排序轴之间的相关系数均大于0.95,较好地反映了物种与环境之间的关系。
轴 Axis 特征值
Eigenvalue物种−环境相关性
Pseudo-canonical correlation累积变量百分比/%
Percentage of cumulative variables总特征值
Sum of all eigenvalues所有典范特征值
Sum of all
canonical eigenvalues物种数据
Explained variation (cumulative)物种环境相关性
Explained fitted variation (cumulative)夏季 轴1 0.549 0.999 8 54.85 55.24 1 0.99 轴2 0.220 0.999 5 76.81 77.35 轴3 0.151 0.999 7 91.91 92.56 轴4 0.029 0.953 9 94.81 95.48 秋季 轴1 0.276 0.999 8 27.63 28.90 1 0.96 轴2 0.206 0.992 3 48.21 50.43 轴3 0.189 0.981 0 67.14 70.23 轴4 0.102 0.982 3 77.34 80.89 Table 4. Redundancy analysis (RDA) of phytoplankton and environmental factors in Haiwei Bay
利用向前引入法逐步筛选环境因子,在夏季航次调查结果中,13个环境因子中有3个环境因子的检验结果达到显著水平,分别是活性硅酸盐(SiO4)(F=3.6,P=0.014),亚硝态氮(NO2-N)(F=3.3,P=0.046)和总氮(TN)(F=3.1,P=0.05);秋季航次的调查结果中,仅pH达到显著水平(F=2.2,P=0.034)。说明这4个环境因子是影响海尾湾浮游植物群落结构的主要环境因子。
浮游植物与环境因子的RDA排序图表明(图5),浮游植物物种主要集中在第3象限,春季浮游植物优势种如旋链角毛藻和柔弱菱形藻等均与活性硅酸盐、硝态氮、COD和水温呈正相关,与亚硝态氮、总氮、电导率和盐度呈负相关。拟旋链角毛藻与溶解氧和总磷呈负相关,其余6个优势种则与之相反。其余优势度较高的藻种如多变鱼腥藻、薄壁几内亚藻和菱形海线藻等与环境因子的关系与旋链角毛藻类似,除了斯氏根管藻和平滑角毛藻与盐度负相关。并基角毛藻和菱形海线藻与亚硝酸盐、COD和电导率呈负相关,与其余环境因子呈正相关。奇异棍形藻则与所测环境因子均呈负相关关系。秋季浮游植物优势种与环境因子的关系有明显变化,可分为3类,第1类包括优势种束毛藻和菱形海线藻等,该类物种与pH、溶解氧、电导率和硝态氮呈正相关关系,与COD、温度、总磷、总氮、氨氮和活性硅酸盐呈负相关关系。第1类浮游植物包括汉氏束毛藻等,与pH、溶解氧、电导率、硝态氮和COD呈正相关关系,与温度、总磷、总氮、氨氮和活性硅酸盐呈负相关关系。第3类物种包括平滑角毛藻等,该类浮游植物与环境因子的关系与第2类相反,与pH、溶解氧、电导率、硝态氮和COD呈负相关关系,与温度、总磷、总氮、氨氮和活性硅酸盐呈正相关关系。
A Survey of Phytoplankton Community Structure and Seawater Quality in the Seawaters near Haiwei Bay, Hainan Province
doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2020.03.001
- Received Date: 2019-04-29
- Rev Recd Date: 2020-01-02
- Available Online: 2020-05-22
- Publish Date: 2020-09-24
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Key words:
- Haiwei Bay /
- phytoplankton /
- community structure /
- dominant species /
- RDA analysis
Abstract: Haiwei Bay is one of the important fishing ports in Hainan Province. Phytoplanton and sea water were sampled in 12 sampling stations in the seawaters near Haiwei Bay in July (summer) and September (autumn), 2018 to analyze the structure of phytoplankton community and the quality of seawater which had important effects on fishery resources. The results showed that there were a total number of 119 species of phytoplankton identified in July, and a total number of 114 species identified in September, in which diatoms and dinoflagellates were predominant in the species composition and the cell abundance. There were 7 and 10 dominant species in July and September, respectively. Interestingly, Chaetoceros curvisetus, Chaetoceros sp and Pseudo-nitzschia pungens were dominant both in July and September. The average cell density was 6.15×106 cells·m−3 in July, which was 10 times more than that in September. The seawaters in Haiwei Bay was rich in phytoplankton species. The average Shannon-Wiener diversity index, Pielou evenness index and Margalef diversity index were 5.3, 3.27, 0.56 in July, respectively, and 5.52, 4.19, 0.76 in September, respectively. All these indexes showed that the ecological environment in the seawaters was good. The redundancy analysis showed that the phytoplankton were positively significantly correlated with reactive silicate and total nitrogen, and negatively significantly with nitrite in July, while the main factor affecting the phytoplankton was pH in September, indicating that the main environmental factors for phytoplankton were silicate, total nitrogen and pH in the seawaters. The results showed the structure of phytoplankton community in Haiwei Bay was closely correlated with the seawater nutrients.
Citation: | LI Yajun, WANG Xianming, CHENG Xiansong, WEI Mengzhi, LI Jiangyue, ZHU Weiju, DENG Xiaodong. A Survey of Phytoplankton Community Structure and Seawater Quality in the Seawaters near Haiwei Bay, Hainan Province[J]. Journal of Tropical Biology, 2020, 11(3): 257-265. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.2020.03.001 |