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海洋作为地球生态系统中最大的碳资源库,对CO2的循环与固定起着极其重要的作用[1]。浮游植物是海洋中最主要的初级生产者,不仅在海洋碳循环中发挥着极其重要作用,而且对海洋中的氮、硫循环也具有着重要作用[2-4]。然而,由于各种污水、废水的排放,导致近岸海域生态环境极易发生改变,造成藻类大量繁殖,暴发近岸海水赤潮,最终对海洋生态环境安全构成严重威胁,同时严重威胁着海水养殖、人类健康和生态安全[5]。浮游植物的群落结构和时空变化可间接反映浮游植物所处生态环境状态的变化[6], 因此,通过监测浮游植物群落结构的变化,可及时了解周围生态环境和水质健康的状况。
近年来,随着三亚市旅游业、加工业及港口航运等的迅猛发展,其近岸海洋生态环境受到空前压力[7],环境质量受到了负面影响[8]。三亚湾紧挨三亚市区,是当地居民和游客重要的休闲活动场所,近年来,其海滩不断被侵蚀,近岸植被被破坏,这已影响到三亚湾的娱乐休闲功能[9],并对三亚湾生态环境构成严重威胁。贾磊等[10]对三亚湾表层沉积物重金属分布特征进行研究,发现该区域已受到Cd污染。然而,目前对三亚湾浮游植物群落特征和水质的调查研究报道并不多。本研究拟通过对海南三亚湾近岸海域网采浮游植物和水质的采样调查,探究浮游植物的群落结构、优势种种类、多样性特征和对水质进行测定,分析浮游植物与水环境因子之间的响应关系,评估水体环境的污染状况,旨在了解三亚湾生态环境的变化,便于当地相关部门及早采取风险管控措施,减少环境恶化所带来的危害和为赤潮预警与海洋生态环境保护提供科学依据。
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通过参考《海洋调查规范》[11]和结合三亚湾实际的地理特征和水文环境,在海南岛三亚湾附近海域(109°23′07.64″~109°29′15.72″E,18°15′03.03″~18°17′11.49″N)设置了4个调查站位,分别于2020年4月和2021年4月进行调查,调查站位地理坐标见表1。
站位 经度 纬度 SYW1-1 109°29′15.70″ 18°15′03.03″ SYW2-1 109°27′46.06″ 18°16′25.97″ SYW3-1 109°25′18.58″ 18°17′09.23″ SYW4-1 109°23′09.19″ 18°17′07.35″ -
根据《海洋调查规范》[12]中的调查规定对三亚湾浮游植物样本进行采样与处理。利用浅水Ⅲ型浮游生物网采样,采集的样品被甲醛溶液固定,最终浓度为4%。样品静置、浓缩后,取0.1 mL均匀样品置于计数框中,在生物显微镜(LEICADM6000B)下进行计数和鉴定。
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用1.5 L采水器采集混合水样,装入1 L样品瓶中,水质物理指标(pH、电导率、溶解氧、盐度、水温)采用KEDIDDA便携式相关指标水质检测仪现场测定,TN、TP、NH4+-N等在水样采集后带回实验室,利用哈希DR3900多参数水质检测仪来分析,具体操作按照哈希水质仪配套的相关检测试剂使用说明进行。
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采用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评价[13-14]。
式中, ni为第i种的个体数量;N为全部物种的个体数。
式中,S表示样品中浮游植物的总种类数;H′为多样性指数。
式中,N为全部物种的个体数;S表示样品中浮游植物的总种类数。
式中,Pi=ni/N;fi为第i种的出现频率。
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相关数据经Excel初步处理,统计学差异性分析使用DPS 18.10软件,Kruskal-Wallis检验采用SPSS 25.0软件,采用origin.2022和ArcMap 10.8作图,分别将浮游植物的2020年和2021年优势度排名前10的物种数据和环境数据经过 lg(X+1)转换,通过R 4.2.1去趋势对应分析(DCA),结果显示2020年和2021年4个排序轴中的最大值分别为0.404 29和0.980 64,均小于3,故在软件Canoco 5.0中选择线性模型(RDA)对三亚湾浮游植物与环境因子进行排序分析。
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在2020年和2021年前后2个航次采集到的样品中,分别鉴定出浮游植物4门98种和3门65种(图1),其中,均以硅藻门种类占多数,分别为78种和62种,占浮游植物总种类数的79.60%和96.92%。甲藻门和蓝藻门种类2021年的比2020年的减少,2020年和2021年的甲藻门分别为14种和1种,2020年和2021年的蓝藻门分别为5种和2种。2020年还鉴定出一种隐藻,占总种类数的1%(图1)。
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调查区域内,2020年浮游植物细胞密度明显高于2021年,2020年浮游植物细胞密度介于58.21×104~119.32×104个·m−3,平均值为103.1×104个·m−3,2021年浮游植物的细胞密度介于1.47×104~78.78×104个·m−3,平均值为41.42×104个·m−3,比2020年降低了59.83%。物种组成方面,2020年和2021年浮游植物均以硅藻类占绝大多数,分布最为广泛,2020年硅藻门浮游植物细胞密度平均占比为98.85%,2021年平均占比为99.84%,为2个航次的调查中的优势类群。除此以外,2021年的硅藻门、甲藻门、蓝藻门的种类数均低于2020年(图2)。
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将浮游植物优势度≥0.02的种类作为该海域的优势种类。2020年和2021年浮游植物优势种分别为8种和9种,按优势度大小依次排列,2020年:角毛藻属>海洋角毛藻>劳氏角毛藻>尖刺拟菱形藻>并基角毛藻>柔弱拟菱形藻>扁面角毛藻>窄隙角毛藻,2021年:大角管藻>劳氏角毛藻>角毛藻>拟旋链角毛藻>翼根管藻纤细变型>菱形海线藻>覆瓦根管藻>双凹梯形藻>短角弯角藻。角毛藻属为第一优势种,优势度为0.221,平均密度为15.74×104个·m−3,在SYW1-1号站位密度最大。大角管藻为2021年第一优势种,优势度为0.157,平均细胞密度为6.51×104个·m−3,在SYW3-1号站位密度最大。具体详见表2和图3。
时间 优势种 平均密度/
(104个·m−3)占总密
度比例/%出现
频率/%优势
度2020年4月 角毛藻属 15.74 22.06 100 0.221 海洋角毛藻 14.65 20.53 91.67 0.188 劳氏角毛藻 9.21 12.91 100.00 0.129 尖刺拟菱形藻 8.16 11.44 100.00 0.114 并基角毛藻 4.02 5.64 100.00 0.056 柔弱拟菱形藻 3.40 4.76 100.00 0.048 扁面角毛藻 3.31 4.64 100.00 0.046 窄隙角毛藻 2.58 3.62 91.67 0.033 2021年5月 大角管藻 6.51 15.72 100.00 0.157 劳氏角毛藻 5.31 12.82 100.00 0.128 角毛藻 5.15 12.44 100.00 0.124 拟旋链角毛藻 5.71 13.77 75.00 0.103 翼根管藻
纤细变型3.80 9.17 100.00 0.092 菱形海线藻 2.79 6.72 100.00 0.067 覆瓦根管藻 1.98 4.78 75.00 0.036 双凹梯形藻 1.86 4.49 75.00 0.034 短角弯角藻 1.27 3.08 75.00 0.023 -
当相似尺度为40%时,2020年和2021年的调查站位可分为四类群落,2020年SYW1-1为Ⅰ类,SYW2-1和SYW3-1为Ⅱ类,SYW3-1为Ⅲ类,2021年的4个调查站位为Ⅳ类(图4)。Kruskal-Wallis检验表明Ⅳ类浮游植物群落与Ⅱ和Ⅲ类浮游植物群落存在显著性差异(P<0.05),与Ⅰ类则不存在显著性差异(P>0.05),综合说明2021年浮游植物群落结构与2020年存在明显差异(图5)。
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浮游植物多样性指数是反映其种类的多寡和各个种类数量差异的函数关系,均匀度则反映其种类数量的分布情况,可以作为生态监测的参数。一般多样性指数大于等于3.0时, 表明生态环境优良;丰富度指数大于等于3时,表明水质轻度污染或无污染,大于等于1小于3时,表明水质中度污染,小于1时,表明水质重度污染。三亚湾2020年和2021年浮游植物4个站位的多样性指数和均匀度指数的平均值差异不大,2020年多样性指数均值为3.35,高于2021年的3.27;2020年均匀度指数均值为0.59,低于2021年的0.66;2020年丰富度指数均值为3.72,高于2021年的2.5。2021年SYW1-1站位的多样性指数比2020年明显降低了43.15%,丰富度指数明显降低了73.60%,而2021年SYW2-1站位的均匀度指数比2020年明显升高了29.82%(图6)。
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如表3所示,2020年和2021年三亚湾调查期间平均气温差别不大,而2021年的电导率比2020年明显升高了70.5%(表3)。各站位总氮(TN)、总磷(TP)、氨氮(NH4+-N)含量如图7所示,2021年水质中总氮(TN)含量平均值为5.47 mg·L−1且4个调查站位的TN含量均显著低于2020年(P<0.05);而2021年水质中的总磷(TP)和氨氮(NH4+-N)的平均值分别为0.73 和2.95 mg·L−1,均高于2020年的0.34和2.81 mg·L−1。
站位 气温/℃ 水温/℃ 电导率/
(µs·cm−1)盐度/% 溶解氧/
(mg·L−1)2020 2021 2020 2021 2020 2021 2020 2021 2020 2021 SYW1-1 32.5 32.4 30.1 27.0 22.14 37.6 2.9 3.4 5.7 8.0 SYW2-1 32.2 33.1 30.0 27.1 22.14 38.1 3.0 3.4 6.6 8.1 SYW3-1 32.0 33.2 29.9 27.6 22.27 37.8 3.1 3.3 4.0 8.0 SYW4-1 31.9 32.6 32.0 27.4 22.13 37.8 3.0 3.3 4.6 7.9 平均值 32.2 32.8 30.5 27.3 22.17 37.8 3.0 3.3 5.2 8.0 将三亚湾2020年和2021年的浮游植物与环境因子进行RDA排序(图8)的分析结果表明:0.4665和0.3848分别为2020年前两个排序轴的特征值,累计解释了85.13%的物种变化信息;0.8791和0.1144分别为2021年前两个排序轴的特征值,累计解释了99.35%的物种变化信息。
利用向前引入法逐步筛选环境因子,在7个环境因子中,总氮(TN)(F=7.4,P=0.002),氨氮(NH4+-N)(F=15,P=0.002)和总磷(TP)(F=7.2,P=0.03)及电导率(Cond)(F=5.3, P=0.034)的检验结果在2020年的调查结果中达到显著水平;氨氮(NH4+-N)(F=12.5,P=0.018)、电导率(Cond)(F=17.3, P=0.006)、总磷(TP)(F=11.4,P=0.002)和盐度(S)(F=60.3,P=0.002)的检验结果在2021年的调查结果中达到显著水平。其中氨氮、电导率、总磷在2020年和2021年的检验结果中均达到显著水平,说明这3个环境因子在影响三亚湾浮游植物群落结中占据着更重要的地位。
RDA排序结果表明,2020年的海洋角毛藻与WT、S、NH4+-N呈正相关关系,与Cond、DO、TN、TP呈负相关关系;尖刺拟菱形藻、窄隙角毛躁与S、NH4+-N、Cond呈正相关关系,与WT、DO、TN、TP呈负相关系;劳氏角毛藻、扁面角毛藻、异角毛躁与WT呈负相关关系,与其他环境因子呈正相关关系;角毛藻属和并基角毛藻与WT、S呈负相关关系,与其他环境因子呈正相关关系;柔弱拟菱形藻和短孢角毛藻与WT、S呈负相关关系,与其他环境因子呈正相关关系;2021年浮游植物与环境因子的关系发生明显变化,劳氏角毛躁与TP、WT、Cond呈正相关关系,与其他4种环境因子呈负相关关系;角毛藻除与溶解氧呈正相关关系和与TP呈负相关关系外,与其他环境因子的相关关系与劳氏角毛藻相同;其余8种浮游植物与TP、WT、Cond、DO呈正相关关系,与其他3种环境因子呈负相关关系。
Characteristics of phytoplankton community in the offshore area of Sanya Bay
doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220111
- Received Date: 2022-12-11
- Accepted Date: 2023-05-14
- Rev Recd Date: 2023-03-31
- Available Online: 2023-05-17
- Publish Date: 2024-01-16
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Key words:
- Sanya Bay /
- phytoplankton /
- water quality /
- community characteristics
Abstract: In order to study the characteristics of phytoplankton community and water quality in Sanya Bay, Hainan Province, net sampling surveys were conducted in April 2020 and 2021, respectively. Samples of phytoplankton and seawater were collected in 4 stations, and their community characteristics and water quality and environmental status were analyzed and evaluated by using Shannon-Wiener diversity index, Pielou evenness index, dominance index and richness index. Microscopic examination results showed that 98 species in 4 phyla of phytoplankton were identified in 2020 and 65 species in 3 phyla in 2021. Diatoms were the dominant group in both surveys. The number of dominant phytoplankton species was 8 in 2020 and 9 in 2021. Cluster analysis and Kruskal-Wallis test showed that the phytoplankton community structure in 2020 was significantly different from that in 2021. The diversity index and richness index in 2020 are 3.35 and 3.72, respectively, both of which are higher than those (3.27 and 2.5, respectively) in 2021, while the evenness index is 0.59, which is lower than that (0.66) in 2021. The average phytoplankton cell density in 2021 was 41.95% lower than that in 2020. The redundancy analysis (RDA) showed that ammonia nitrogen, conductivity and total phosphorus were the main environmental factors affecting the phytoplankton community structure in Sanya Bay in 2020 and 2021. All the results showed that the sea water in Sanya Bay is generally excellent ecologically in 2020 and 2021. The phytoplankton community structure is mainly composed of diatoms. The sea water has poor nutrients, indicating no possibility of occurrence of red tides or eutrophication.
Citation: | HONG Peng, ZENG Ru, HE Jinman, LI Zhijie, LI Yajun, ZHANG Xiuxia, YAN Jia, DENG Xiaodong. Characteristics of phytoplankton community in the offshore area of Sanya Bay[J]. Journal of Tropical Biology, 2024, 15(1): 100-108. doi: 10.15886/j.cnki.rdswxb.20220111 |