海河入海口表層水體浮游生物群落特征及與環境因子的相關性研究

竇勇，霍達，姜智飛，周文禮，喬之怡

天津農學院水產學院//天津市水產生態及養殖重點實驗室，天津 300384

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海河入海口表層水體浮游生物群落特征及與環境因子的相關性研究

竇勇，霍達，姜智飛，周文禮，喬之怡*

天津農學院水產學院//天津市水產生態及養殖重點實驗室，天津 300384

摘要：浮游植物是水域生境的初級生產者之一，浮游動物是水生食物網中承上啟下的關鍵環節，它們都在水生生態系統的物質循環和能量流動過程中發揮著舉足輕重的作用。研究浮游生物群落結構變化及其與環境因子的關系，對了解水生生態系統的變化、生態過程等有著重要意義。為了研究海河入海口浮游生物的群落特征以及與水環境因子的關系，于2014年6月（夏季）和2015年1月（冬季）進行了兩次調查采樣，分析了海河入海口區域表層水體的浮游動、植物豐度以及環境因子。結果表明，調查期間共發現浮游植物55種，浮游動物19種。夏季浮游植物平均豐度為2.98×107 cells·L-1，冬季為6.0×106 cells·L-1；夏季浮游動物平均豐度為53.56 inds·L-1，冬季為36.76 inds·L-1。環境因子方面，夏季平均溶解氧質量濃度為4.10 mg·L-1，高于冬季的3.72 mg·L-1。冬季平均鹽度為18.98‰，略高于夏季的17.09‰，兩個航次鹽度的空間分布近乎一致。夏季平均pH 為8.25，冬季為8.17，夏季略高于冬季。銨態氮（NH4+-N）、硝態氮（NO3--N）、亞硝態氮（NO2--N）和總氮（TN）平均水平均為夏季高于冬季，但在構成上卻表現出較大的時空差異，夏季NH4+-N和NO2--N占優勢，冬季NH4+-N居于主導。夏季總磷（TP）平均水平為14.03 mg·L-1，遠高于冬季的0.03 mg·L-1。相關性分析表明，溫度對浮游動、植物群落發展均具有顯著的促進作用。高鹽度不利于浮游植物生長繁殖，但對浮游動物有一定的積極影響。冬季浮游動物對浮游植物的攝食壓力增大，下行控制效應突出。

關鍵詞：海河入海口；浮游植物；浮游動物；環境因子；相關分析

引用格式：竇勇，霍達，姜智飛，周文禮，喬之怡.海河入海口表層水體浮游生物群落特征及與環境因子的相關性研究［J］.生態環境學報，2016，25（4）:647-655.

DOU Yong，HUO Da，JIANG Zhifei，ZHOU Wenli，QIAO Zhiyi.Study of the Community Characteristics of Plankton and Their Correlation with the Environmental Factors in Surface Water in Haihe Estuary ［J］.Ecology and Environmental Sciences，2016，25（4）:647-655.

入海口是河流入海的區域，區內咸淡水相交匯，河川徑流與海洋潮流相互作用，造成水體鹽度、溶氧、濁度、流速等環境因子呈現劇烈的變化。因此，河口往往分布著廣鹽性、耐低氧、耐低光照的生物類群。另外，河流入海口承載了大部分隨河川徑流下泄的污染物，而且人類活動往往相對集中，因此入海口是自然環境-人類活動共同影響下的一類十分脆弱的生態系統（白楊等，2011；李俊龍等，2015）。浮游生物是水生生態系統的重要類群，其中浮游植物是水域生境的初級生產者之一，浮游動物是水生食物網中承上啟下的關鍵環節，它們都在水生生態系統的物質循環和能量流動過程中發揮舉足輕重的作用。受到復雜多變的環境因子的制約，入海口區域浮游生物的種類分布、生物量以及群落結構表現出不同于其它水生生境的特有變化，而這些指標也可以在一定程度上指示河流入海口生態健康的水平（沈國英，2010）。

海河是我國七大河流之一。海河水系是華北地區的最大水系，由上游的北運河、永定河、大清河、子牙河、南運河五大支流與海河干流組成，五大支流在天津附近匯合，經由海河干流從大沽口注入渤海灣，構成一個典型的扇狀水系。海河入海口位于渤海與華北平原的交界地帶，海陸相互作用強烈，區域內城市化水平高、人口密度大，河岸帶和海岸線基本被人工構筑物覆蓋，沿岸陸源污染物排放通量很高，再加上干流下游河道經常性的沖淤疏浚作業，使得海河口生態系統表現出社會-自然復合性、海洋-陸地邊緣性和時空-梯度活躍性的特征（Xia et al.，2005；Xia et al.，2011；Yan et al.，2012；Gao et al.，2014；Shao et al.，2014）。目前已有許多學者圍繞海河流域主要河流以及入海口開展了水體與沉積物環境調查（呂書叢等，2013；褚帆等，2015）、浮游植物類群分布（易少奎等，2013）、生態系統健康評價（彭濤等，2009；郝利霞等，2014）、景觀空間梯度格局（何萍等，2009；趙志軒等，2011；孫然好等，2013）方面的研究工作，但是對于海河口浮游生物和環境因子的綜合分析卻基本處于空白狀態。本研究調查了海河入海口表層水體浮游植物和浮游動物類群以及相關環境因子的分布變化，分析了浮游生物豐度與環境因子的相關性，探討了環境因子對浮游生物群落的影響，以期為海河口生態健康評價與水生生物保護提供一定的基礎資料。

1　材料與方法

1.1采樣站位設置與采樣時間

海河入海口區域因防潮閘的存在，閘上和閘下水體環境有很大差異，因此以海河防潮閘為界，綜合考慮表層水體鹽度和營養鹽濃度梯度在入海口區域設置18個調查站位，其中閘上（編號1～9）、閘下（編號10～18）各9個（表1），以便能夠獲取較為全面的海河入海口生態環境數據。調查于2014 年6月份（夏季）和2015年1月份（冬季）分兩次進行。

1.2樣品采集與處理

在各站位使用北原式5 L有機玻璃采水器采集深度為0.5 m的表層水樣，取1 L水樣置于廣口塑料瓶中，現場用體積分數為1%的魯哥氏液固定，樣品帶回實驗室后靜置24 h，沉淀濃縮后計數。枝角類和橈足類定量樣品使用采水器采集4次獲得，再用25#（200目，孔徑為64 μm）浮游生物網過濾濃縮，最后將網頭中的樣品收集于50 mL樣品瓶中，用5%福爾馬林溶液固定，樣品帶回實驗室靜置沉降、濃縮后計數。浮游植物、浮游動物定性樣品分別采用25#、13#（125目，孔徑為112 μm）浮游生物網在水面表層呈“∞”字形緩慢收集5 min，并分別將網內濃縮液置于100 mL塑料水樣瓶中，分別用1%體積的魯哥氏液、5%的福爾馬林溶液固定，帶回實驗室鏡檢分類。

在各調查站位使用YSI多參數水質分析儀原位同步測定表層水體水溫、溶解氧（DO）質量濃度和鹽度。根據海洋調查規范（GB/T 12763.4─2007）的要求，于實驗室內使用次溴酸鈉氧化法測定銨態氮（NH4+-N），Cd-Cu還原法測定硝態氮（NO3--N），重氮-偶氮法測定亞硝態氮（NO2--N），過硫酸鉀氧化法測定總氮（TN）和總磷（TP）。

1.3數據處理

使用SPSS 17.0軟件對浮游生物豐度和環境數據進行相關分析。相關分析中，P＜0.05表明差異達顯著水平，P＜0.01表明達差異極顯著水平。

2　結果與分析

2.1浮游生物的分布變化

2.1.1浮游植物的分布變化

調查期間共發現浮游植物55種，其中藍藻門18種，綠藻門8種，硅藻門23種，甲藻門2種，裸藻門2種，金藻門2種（表2）。夏季浮游植物優勢種為藍藻門的阿氏浮絲藻（Planktothrix agardhii）、微小平裂藻（Merismopedia tenuissima）、小形色球藻（Chroococcus minor），硅藻門的條紋小環藻（Cyclotella stiata）以及綠藻門的橢圓卵囊藻（Oocystis elliptica）。冬季浮游植物優勢種為藍藻門的巨顫藻（Oscillatoria princeps）、小席藻（Phormidium tenue）以及硅藻門的梅尼小環藻（Cyclotella meneghiniana）、具星小環藻（Cyclotella stelligera）和中肋骨條藻（Skeletonema costatum）。

表1　調查站位坐標Table 1 Coordinates of sampling sites

夏季浮游植物豐度呈現閘上高于閘下且以防潮閘為中心向上、下游降低的變化趨勢，各站位平均豐度為2.98×107 cells·L-1，其中以8號站位最高達1.53×108 cells·L-1，15號站位最低僅1.69×106 cells·L-1。冬季各站位浮游植物豐度分布相較于夏季更為均勻，平均豐度為6.0×106 cells·L-1，其中3號站位最高為1.35×107 cells·L-1，而15號站位最低僅2.29×104 cells·L-1（圖1）。

表2　海河入海口浮游植物種類組成Table 2 Species composition of phytoplankton in Haihe estuary

2.1.2浮游動物的分布變化

調查期間共發現浮游動物19種，其中枝角類2種，橈足類7種，輪蟲10種（表3）。橈足類和輪蟲分別在夏、冬兩個季節占據優勢地位，夏季優勢種為綠色近劍水蚤（Tropocyclops prasinus）、近親擬劍水蚤（Paracydops affinis）、火腿許水蚤（Schmackeria poplesia），而冬季優勢種為緣板龜甲輪蟲（Keratella quadrala）、曲腿龜甲輪蟲（Keratella valga）。另外在夏季和冬季均發現水體中存在大量甲殼動物的無節幼體。

圖1　浮游植物豐度分布Fig.1 Distribution of phytoplankton abundance

表3　海河入海口浮游動物種類組成Table 3 Species composition of zooplankton in Haihe estuary

圖2　浮游動物豐度分布Fig.2 Distribution of zooplankton abundance

夏季浮游動物豐度無顯著的變化規律（圖2），各站位平均豐度為53.56 inds·L-1，其中1號站位最高為308.10 inds·L-1，11號站位最低僅3.90 inds·L-1。冬季各站位浮游動物豐度波動較小，平均豐度為36.76 inds·L-1，其中10號站位最高為61.78 inds·L-1，8號站位最低為23.48 inds·L-1。

2.2環境因子的分布變化

表4　海河入海口主要環境因子變化Table 4 Fluctuation of the main environmental factors in Haihe estuary

圖3　海河入海口水溫分布Fig.3 Distribution of water temperature in Haihe estuary

圖4　海河入海口溶解氧質量濃度分布Fig.4 Distribution of dissolved oxygen mass concentration in Haihe estuary

調查期間海河口主要環境因子的變化情況如表4所示。由于多次沖淤作業的影響，夏季調查于6月開展但是時間跨度較大，因此測得的各站位表層水溫差異較大（圖3）。溶解氧水平夏季高于冬季（圖4），但差異并不明顯；在空間分布上，夏季各站位溶解氧質量濃度波動較大，無明顯規律，而冬季溶解氧水平表現為海河防潮閘下站位高于閘上的變化趨勢。冬季平均鹽度略高于夏季，閘下各站位鹽度明顯高于閘上；空間分布上夏冬絕大多數站位對應的鹽度變化幅度較小，鹽度分布曲線近乎重合（圖5）。夏季平均pH略低于冬季，夏季閘上各站位pH水平高于閘下，而冬季各調查站位pH分布較為平均（圖6）。氮是浮游植物生長所必需的生源要素，但歷史資料同時指出氮是海河口水體環境的主要污染物（熊代群等，2005），因此重點研究了各采樣站位表層水體的TN和3種類型氮素組分（NH4+-N、NO3--N、NO2--N）的含量及比例變化。TN和3種類型氮素平均水平都存在著夏季高于冬季的現象，但在組分構成上卻體現了較大的時空差異：夏季閘上各站位氮素構成比例為NH4+-N＞NO3--N＞NO2--N，而在閘下NO2--N占有優勢；冬季各調查站位基本呈現 NH4+-N＞NO2--N＞NO3--N的趨勢，其中NH4+-N占據絕對優勢（圖7）。夏季水體TP水平遠高于冬季。

圖5　海河入海口鹽度分布Fig.5 Distribution of salinity in Haihe estuary

圖6　海河入海口pH分布Fig.6 Distribution of pH in Haihe estuary

2.3浮游生物豐度與環境因子的相關性分析

為了研究環境因子對浮游生物群落的影響，對浮游動、植物豐度與環境因子進行Spearman相關性分析，結果見表5和表6。

夏季，與浮游植物豐度呈正相關的環境變量有水溫、pH，呈負相關的為溶解氧、鹽度、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TN、TP和浮游動物豐度，而冬季與浮游植物豐度呈正相關的環境因子是pH、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TN和TP，呈負相關的有水溫、溶解氧、鹽度。

表5　夏季生物因子與環境因子間的相關性分析Table 5 Correlation analysis between biological factors and environmental factors in summer

表6　冬季生物因子與環境因子間的相關性分析Table 6 Correlation analysis between biological factors and environmental factors in winter

圖7　海河入海口不同形態氮鹽構成比例分布Fig.7 Distribution of proportion of nitrogen salt composition in Haihe estuary

夏季，與浮游動物豐度呈正相關的環境變量有水溫、pH、NH4+-N，呈負相關的有溶解氧、鹽度、NO3--N、NO2--N、TN、TP和浮游植物豐度，而冬季與浮游動物豐度呈正相關的環境因子有水溫、溶解氧、鹽度、TN，呈負相關的為pH、NH4+-N、NO3--N、NO2--N、TP和浮游植物豐度。

3　討論

3.1環境因子對浮游植物群落的影響

夏季，浮游植物豐度與溫度呈極顯著正相關（P=0.010），說明溫度對浮游植物生長繁殖具有關鍵的促進作用。海河入海口浮游植物類群的絕大部分微藻屬于廣鹽種，對水體鹽度變化耐受性較強，但有文獻（晏榮軍等，2006）指出高鹽度會使微藻生長受到抑制且細胞表面產生塌陷，本研究中浮游植物群落的豐度與鹽度呈顯著負相關（P=0.027），說明高鹽度造成的滲透壓脅迫不利于浮游植物群落的發展。而浮游植物豐度與pH呈正相關，是因為酸堿度調節著水體中微量金屬元素和營養鹽的賦存形態與生物可給性，偏堿性的水環境有利于浮游微藻吸收水中的金屬元素和營養鹽（邱保勝等，2009；Glibert et al.，2013；Wang et al.，2014）。夏季浮游植物豐度與氮磷含量均呈負相關，表明浮游植物旺發大量消耗水體中的營養鹽，形成微藻群落發展與營養鹽含量之間此消彼長的關系。

冬季，浮游植物豐度與溫度未顯示顯著的正相關，說明溫度不再是調控浮游植物群落的關鍵因子。冬季浮游植物群落結構較夏季更為復雜多樣，浮游微藻光合放氧水平較高，表層水體出現短暫的溶解氧過飽和現象（唐桂明，1994；茍婷等，2015），另外加上浮游動物的耗氧需求，使得浮游植物豐度與溶解氧呈極顯著負相關（P=0.003）。在營養鹽方面，氮成為影響浮游植物群落豐度最重要的生源要素，NH4+-N、NO3--N、NO2--N含量均與浮游植物豐度呈極顯著正相關（P值分別為0.002、0.001、0.002），說明氮鹽有效地支持了浮游植物群落的發展，其中NO3--N含量與豐度的相關系數最大，顯示NO3--N對微藻生長的促進作用最強；雖然NO2--N濃度達到一定水平會對細胞造成損傷，但有學者（劉靜雯等，2001）證實水體中微量的NO2--N仍然可以作為藻類的氮源，這就是NO2--N含量與浮游植物豐度呈現極顯著正相關的原因。

3.2環境因子對浮游動物群落的影響

夏季，環境因子和浮游植物數量指標對浮游動物群落的影響均不顯著，而且相關系數的絕對值差別不大，說明環境因子和浮游植物對浮游動物的作用相對平均。

冬季，浮游動物豐度與溫度呈極顯著正相關（P=0.001），顯示溫度對浮游動物的生長繁殖具有至關重要的作用。浮游動物異養生活需要消耗大量氧氣，因此水體中的溶解氧成為影響浮游動物群落的重要環境因子，而浮游動物豐度與溶解氧之間極顯著的正相關關系（P=0.007）很好地印證了這一點。與浮游植物截然相反，浮游動物豐度與鹽度呈極顯著正相關（P=0.007），這可能與浮游動物能夠更好地調節機體機能以適應高鹽度造成的滲透壓脅迫有關（李共國等，2015）。另外值得注意的是，浮游動物豐度與NH4+-N、NO3--N、NO2--N均呈負相關關系，說明氮鹽對于異養生活的浮游動物來說不僅不具備營養功能而且還可能有一定的毒害，另外NH4+-N也是浮游動物的代謝產物之一，暗示著氮素對浮游動物群落可能存在著反饋抑制作用。浮游動物與浮游植物之間的生態聯系主要是捕食與被捕食的營養關系，冬季浮游動物對浮游植物的攝食壓力增大，浮游動物通過攝食作用積累自身生物量的同時控制了浮游植物群落的豐度（即下行控制效應突出）（Striebel et al.，2012；李靜等，2015），在統計學上表現為浮游動物豐度與浮游植物豐度之間極顯著的負相關關系（P=0.003）。

4　結論

（1）調查期間，共發現浮游植物55種，浮游動物19種。夏季浮游植物平均豐度為2.98×107 cells·L-1，冬季為6.0×106 cells·L-1；夏季浮游動物平均豐度為53.56 inds·L-1，冬季為36.76 inds·L-1。

沒有完善的程序，檢察機關就可能既要面對對“檢察優勢”的憂慮又要面對對監督效果不彰的質疑。前文的論述主要是對民事訴訟法律監督程序的方向性預測。整合現有制度、以最小社會成本發揮法律監督作用的程序細節尚待思考。可以預見的是，制度的整合與過程的透明，將是程序設計的重心。

（2）夏季平均溶解氧質量濃度為4.10 mg·L-1，高于冬季的3.72 mg·L-1。冬季平均鹽度為18.98‰，略高于夏季的17.09‰，兩個航次鹽度的空間分布近乎一致。夏季平均pH為8.25，冬季為8.17，夏季略高于冬季。NH4+-N、NO3--N、NO2--N和TN平均水平均為夏季高于冬季，但在構成上卻表現出較大的時空差異，夏季NH4+-N和NO2--N占優勢，冬季NH4+-N居于主導。夏季TP平均水平為14.03 mg·L-1，遠高于冬季的0.03 mg·L-1。

（3）在夏季溫度能顯著促進浮游動、植物群落的發展。高鹽度不利于浮游植物的生長，但對浮游動物有一定的積極影響。冬季浮游動物對浮游植物的攝食壓力增大，下行控制效應突出。

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Study of the Community Characteristics of Plankton and Their Correlation with the Environmental Factors in Surface Water in Haihe Estuary

DOU Yong，HUO Da，JIANG Zhifei，ZHOU Wenli，QIAO Zhiyi*
Tianjin Key Laboratory of Aquaculture Ecology and Cultivation//Fisheries College of Tianjin Agriculture University，Tianjin 300384，China

Abstract：Phytoplankton plays an important role as one of the primary producers in the water habitats，and zooplankton serves as the key taxa connecting link beteen lower and upper trophic level.Phytoplankton and zooplankton play an important role in circulation of materials and flow of energe in the aquatic ecosystem.Knowledge of plankton community dynamics and its relationship with environmental factors is crucial in understanding the changes in aquatic ecosystems.In order to explore the characteristics of plankton community structure and their relationships with environmental factors in surface water in haihe estuary，we investigated the species composition，abundance，spatial distribution of plankton and environmental factors in haihe estuary in June 2014 （summer） and January 2015 （winter）.There were 55 phytoplankton and 19 zooplankton species identified.The abundance of phytoplankton in summer was higher than it in winter，and the average abundance of the phytoplankton were 2.98×107 cells·L-1and 6.0×106 cells·L-1respectively.Having the same trend，the abundance of zooplankton in summer was also higher than it in winter，and the average abundance of the zooplankton were 53.56 inds·L-1and 36.76 inds·L-1respectively.The dissolved oxygen mass concentration in summer was higher than it in winter，and the average do mass concentration were 4.10 mg·L-1and 3.72 mg·L-1respectively.The salinity in winter was higher than it in summer appreciably，were 18.98‰ and 17.09‰ respectively，and the spatial distribution of salinity in summer and winter were almost unanimously.The average pH in summer was higher than it in winter appreciably，and the average pH were 8.25 and 8.17 respectively.The average levels of TN，NH3-N，NO2-N and NO3-N were higher in summer than them in winter，but the component ratio of nitrogen changed largely in spatial and temporal distribution.NH3-N，NO3-N dominated in summer，while NH3-N in winter.The TP in summer was much higher than it in winter，and the average level of TP were 14.03 mg·L-1and 0.03 mg·L-1respectively.According to correlation analysis，the communities of phytoplankton and zooplankton were promoted significantly by temperature.The growth and reproduction of phytoplankton were adversely affected by high salinity，while those of zooplankton just the reverse.The grazing pressure exerted on phytoplankton by zooplankton was high in winter，and the top-down effect highlighted significantly.

Key words：haihe estuary； phytoplankton； zooplankton； environmental factors； correlation analysis

DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.04.014

中圖分類號：X826

文獻標志碼：A

文章編號：1674-5906（2016）04-0647-09

基金項目：國家國際科技合作專項（2013DFA71340）；農業部南海漁業資源開發利用重點實驗室開放基金項目（FREU2015-04）

作者簡介：竇勇（1985年生），男，講師，博士，主要研究方向為水域生態學。E-mail:douyonghero@163.com

*通信作者：喬之怡（1977年生），女，副教授，碩士，主要研究方向為水域生態學。E-mail:qiaozhiyi7070@163.com

收稿日期：2016-03-23