平潭近岸海域春、夏季浮游植物特征及其與環境因子相關性分析

鄒雙燕

(平潭綜合實驗區農業農村發展服務中心，福建 福州 350004)

平潭綜合實驗區位于福建省東部沿海，介于119°32′E～120°10′E、25°15′N～25°45′N之間[1]，處于臺灣海峽南北交通要沖，四面臨海，島嶼眾多，海岸線蜿蜒曲折，總長408.73 km，由大小126個島嶼和167個巖礁組成，總面積370.90 km2，海域面積6 064 km2。眾多的島礁群為海洋生物棲息、繁殖、附著提供良好場所，平潭島是全國第五大島、福建省第一大島[2]。近年來，福建海域赤潮的發生對海洋環境、海水養殖業以及人民的身體健康與安全造成了極大的威脅。福建沿岸海域赤潮的多發期主要在春、夏季的4—7月，高發期在5—6月。水溫是引發赤潮最重要的環境因子。春、夏季的水溫是許多赤潮生物生長的最適溫度，尤其在春季，氣候多變，水溫的突然升高和降雨后鹽度的降低容易刺激赤潮生物的生長而引發赤潮[3]，因此對包含赤潮生物在內的浮游植物生態特征及其與環境影響因子相關性分析具有十分重要的意義。利用浮游植物群落結構的變化來評價水質在國內外已得到廣泛的應用[4]，同時環境條件的改變也可直接或間接地影響浮游植物的群落結構[5]。因此，本文根據2021年4—6月平潭近岸海域監測數據，對浮游植物種類組成、細胞密度和多樣性特點及其與環境因子的相關性進行了分析，以期為漁業生態資源的可持續發展、赤潮的早期發現和預警、赤潮應急處置等方面提供數據支撐。

1 材料和方法

1.1 監測時間與站位布設

2021年4—6月，根據平潭海域狀況和養殖情況，在相關海域布設6個監測站位(CCPT01～CCPT06)進行包含赤潮生物在內的浮游植物監測定量、定性分析，每周監測2次，分別于周一、周四進行。站位編號及經緯度如表1所示，站位布設如圖1所示。

表1 站位編號及經緯度

1.2 樣品采集與處理

浮游植物樣品在每個站位采集水樣500 mL，加入碘液進行固定，在實驗室按照《海洋監測規范 第7部分：近海污染生態調查和生物監測》(GB 17378.7—2007)[6]使用光學顯微鏡通過濃縮計數法進行分析，根據相關浮游植物著作文獻[7-10]方法進行鑒定。同步進行葉綠素a的測定和水質項目的采集、分析。葉綠素a的測定按照《海洋監測規范 第7部分：近海污染生態調查和生物監測》(GB 17378.7—2007)[6]分光光度計法進行。水質項目的采集和分析按照《海洋監測規范 第4部分：海水分析》(GB 17378.4—2007)[11]進行，監測指標有水溫(WT)、鹽度(SAL)、pH、溶解氧(DO)等。

1.3 數據處理方法

對浮游植物的種類組成、數量變化、優勢種、生態指數進行分析，相關計算公式如下：

1)浮游植物數量(N)：N=nV′/VV″

式中，N為每升水樣的藻類細胞數(個/L)；n為取樣計數所得的細胞數(個)；V′為水樣濃縮的體積(mL)；V為采水量(L)；V″為取樣計數的體積(mL)。

本次調查以Shannon-Wiener生物多樣性指數來評判平潭綜合實驗區近岸海域海洋生物多樣性狀況，詳見表2。

表2 生物多樣性指標等級[12]

上述2)～5)中，Pi為第i種的個體數量與樣品總數量的比值；S為樣品的總種類數；N為樣品的總個體數；ni為第i種的個體數量；fi為第i種在各個樣品中出現的頻率。當物種優勢度Y≥0.02時，該種為優勢種[6]。

采用SPSS軟件對浮游植物細胞密度與環境因子進行Pearson相關性分析。

2 結果與討論

2.1 浮游植物種類組成

平潭近岸海域2021年4—6月共鑒定出浮游植物4門130種，其中硅藻門(Bacillariophyta)105種，占總種類數的81%；甲藻門(Pyrrophyta)20種，占15%；金藻門(Chrysophyta)4種，占3%；藍藻門(Cyanophyta)1種，占1%。水采樣品中浮游植物種類數6月>5月>4月。4月浮游植物種類數最少，為59種，其中硅藻門42種，占總種類數的71%，甲藻門13種，占22%；金藻門3種，占5%；藍藻門1種，占2%。5月浮游植物75種，其中硅藻門(54種、72%) >甲藻門(18種、24%) >金藻門(3種、4%)。6月浮游植物種類數最多，為92種，其中硅藻門最多，為77種，占84%；其次為甲藻門14種，占15%；藍藻門僅有1種，占1%。結果表明，硅藻在平潭海域浮游植物種類中均占絕對優勢。浮游植物種類數量分布見表3，浮游植物種類組成見圖2。

表3 平潭海域浮游植物種類數量

利用浮游植物種類對水質進行評價時，一般認為金藻門種類的大量出現表示水體處于貧營養狀態，隱藻門種類代表貧、中營養水體，甲藻門種類代表中營養水體，硅藻門種類代表中、富營養水體，硅藻門和綠藻門代表富營養水體，綠藻門和藍藻門代表重富營養水體[13]。平潭海域硅藻門占比達81%，從藻類組成來看，平潭島近岸海域可能出現水體富營養化，而水體富營養化可能是誘發浮游植物赤潮的基礎原因，應引起重視。

2.2 浮游植物細胞密度分布

平潭近岸海域浮游植物細胞密度CCPT01站位介于2.40×104～2.10×105個/L之間，平均值為9.60×104個/L；CCPT02站位介于2.17×104～1.96×105個/L之間，平均值為9.26×104個/L；CCPT03站位介于2.45×104～1.22×105個/L之間，平均值為6.04×104個/L；CCPT04站位介于2.86×104～2.11×105個/L之間，平均值為9.85×104個/L；CCPT05站位介于2.99×104～1.46×105個/L之間，平均值為7.21×104個/L；CCPT06站位介于3.16×104～1.43×105個/L之間，平均值為7.30×104個/L(圖3)。4月浮游植物細胞密度為3.06×104個/L；5月為4.43×104個/L；6月為1.71×105個/L(圖4)。結果表明平潭近岸海域浮游植物細胞密度有增加趨勢，峰值出現在6月。4—6月最高細胞密度為2.11×105個/L，位于流水海域CCPT04站位。有研究表明[14]，藻類細胞數量和溫度在一定溫度范圍內呈現的是正相關關系，即隨著溫度的升高，藻類細胞數量有增加趨勢[15]。平潭海域浮游植物的變化情況與此相同。6月水溫較高，光照充足，適合浮游植物的生長，可促進浮游植物快速繁殖；流水海域漁業養殖面積大，水體營養豐富，為浮游植物的生長提供了足夠的營養，這可能是該海域浮游植物細胞密度相對較高的原因。

2.3 浮游植物多樣性分析

對平潭近岸海域浮游植物Shannon-Wiener多樣性指數(H′)、Pielou均勻度指數(J)、Margalef豐富度指數(D)進行分析，結果如表4所示。

Shannon-Wiener多樣性指數(H′)用來反映浮游植物種類多樣性。平潭采樣站位多樣性指數介于1.42～2.90之間，平均值為2.12，參考生物多樣性指數評判標準，結果表明平潭島近岸海域浮游植物多樣性總體處于中等水平，不同站位情況不同。最低值出現在蘇澳海域CCPT02站位，最高值出現在流水海域CCPT04站位。多樣性指數越大表明該群落結構越復雜、穩定性越高，一般認為大于1時海域穩定，小于1時可能受到了其他環境因素的擾動[16]。流水海域養殖面積大，浮游植物種類數量多，水體營養豐富，且地理位置位于外海，海水交換能力強，這可能是其多樣性指數相對較高的原因。

表4 平潭海域浮游植物生態指數

Margalef豐富度指數(D)用來反映浮游植物的豐富程度。平潭采樣站位豐富度指數介于0.27～0.82之間，平均值為0.49，最低值出現在蘇澳海域CCPT02站位，峰值出現在流水海域CCPT04站位。蘇澳海域CCPT02站位周邊有大量的牡蠣養殖區，5—6月為牡蠣的快速生長期，對浮游植物攝取量大。牡蠣強大的濾食能力，對浮游植物群落有重要的下行控制作用[17]，這可能是該海域浮游植物豐富度相對較低的原因，因此可通過規劃水產養殖數量，合理安排漁業養殖密度，進而調控浮游植物群落結構及豐度。

Pielou均勻度指數(J)表示種間個體數分布均勻的情況，平潭采樣站位均勻度指數介于0.57～0.79之間，平均值為0.72，最低值出現在蘇澳海域CCPT02站位，最高值為澳前海域CCPT06站位。當均勻度大于0.3時，意味著海區內浮游植物的多樣性較高[16]。在均勻度低的站位由于物種分布不均勻，可能存在某種優勢種大量生長[18]。

生物的多樣性是表征群落穩定性的重要參數，可在一定程度上反映海域生態環境狀況。一旦水域環境條件適宜，就可能會引起相應的赤潮[14]。總體來看，2021年平潭近岸海域浮游植物種類多樣性分布情況基本相同，多樣性指數、均勻度指數和豐富度指數均在正常范圍內波動。浮游植物多樣性較高，物種豐富，生態穩定性好，適宜漁業養殖。

2.4 浮游植物優勢種

平潭監測站位2021年4—6月共鑒定出浮游植物4門130種。從整體來看，4—6月浮游植物共有優勢種13種，主要有中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)、柔弱擬菱形藻(Pseudo-nitzschiadelicatissima)、旋鏈角毛藻(Chaetoceroscurvisetus)、丹麥細柱藻(Leptocylindrusdanicus)、具槽直鏈藻(Melosirasulcata)、東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)等。中肋骨條藻是世界性的赤潮生物，同時是福建沿岸海域近年來分布最廣泛、細胞密度最大的赤潮生物，幾乎一年四季都是福建沿岸海域的優勢種。2001—2008年福建沿岸海域共發生36起中肋骨條藻赤潮，其中30起其為第一優勢種[19]。

4月第一優勢種為東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)，優勢度為0.190，出現頻率高達100%；5月第一優勢種為柔弱擬菱形藻(Pseudo-nitzschiadelicatissima)，優勢度為0.141，出現頻率達88.9%；6月第一優勢種為旋鏈角毛藻，優勢度為0.106，出現頻率為75.0%(表5)。優勢種為赤潮種、種類單一且優勢度過大可能會出現赤潮現象，分析優勢種組成可以預警赤潮的發生。浮游植物的繁殖速度與細胞分度除受營養鹽的限制外，主要與水溫有關[20-21]，而水溫隨季節的變化而波動，優勢種也隨之改變。監測結果表明，平潭近岸海域表層浮游植物優勢種主要有東海原甲藻、中肋骨條藻、柔弱擬菱形藻、旋鏈角毛藻等。4—6月優勢種出現從甲藻到硅藻的轉變。東海原甲藻赤潮通常在5月暴發，中肋骨條藻赤潮高發期是5—7月[22]。有調查表明福建近岸造成直接經濟損失的赤潮生物都是甲藻，其次是硅藻。從引發赤潮的數量和面積來看，占比排序前五名的赤潮生物是東海原甲藻、夜光藻(Noctilucascintillans)、中肋骨條藻、米氏凱倫藻(Kareniamikimotoi)和旋鏈角毛藻[23]。平潭海域浮游植物優勢種情況與該調查基本一致。夜光藻分布較廣，其中以平潭海域出現該種赤潮的次數最多。2002—2019年平潭海域共發生16起夜光藻赤潮。夜光藻赤潮與水溫密切相關，平潭海域夜光藻赤潮發生的最適宜水溫為20.7～22.8℃；悶熱無雨的天氣，加上風浪小、水體穩定的海況更容易引發夜光藻赤潮[24]。有毒的米氏凱倫藻在平潭海域也有檢出，它產生溶血毒素和魚毒素能溶解魚鰓組織，還會通過抑制皺紋盤鮑鰓和肝胰組織的某些酶活性，損傷其免疫系統，影響貝類幼體的早期發育，從而導致大量魚貝死亡，造成嚴重的漁業經濟損失。2000—2018年福建近岸海域發生的赤潮中，米氏凱倫藻引發的有毒赤潮數量最多，為18次，占有毒赤潮總數的56.2%[22-23]。因此應組織開展相關海域監視監測工作，以便及時發現水色、水質、浮游生物等異常現象，盡可能降低赤潮災害帶來的漁業損失。

表5 平潭海域浮游植物優勢種

續表5

2.5 浮游植物與環境因子的相關性分析

2021年4—6月主要環境因子狀況如表6所示。水溫、pH、葉綠素a的變化規律表現為6月>5月>4月。對平潭海域浮游植物細胞密度與水溫、鹽度、pH、溶解氧、葉綠素a等因子進行Pearson相關性分析，結果如表7所示。可以看出浮游植物細胞密度與水溫、pH值和葉綠素a有著良好的正相關關系，與鹽度呈負相關關系，與溶解氧相關性不顯著。隨著水溫升高，光照充足，浮游植物快速繁殖，細胞數量增加，葉綠素a濃度升高，藻類利用光合作用吸收CO2，釋放大量O2，水體中H+含量減少，pH值增大。鹽度作為浮游植物細胞滲透壓的關鍵影響因素之一，能夠制約浮游植物的時空分布，是控制浮游植物生長的重要環境因子之一[25]，調查海域鹽度隨著浮游植物數量的增加而降低。平潭海域風浪較大，海水交換能力強，這可能是浮游植物與溶解氧相關性不顯著的原因。

表6 平潭海域環境因子狀況

3 結論

1)平潭近岸海域2021年4—6月共鑒定出浮游植物4門130種，硅藻在浮游植物種類中均占絕對優勢。根據生物多樣性指數評判標準，平潭近岸海域總體處于中等水平，各項指標均在正常范圍內波動，物種豐富，生態結構穩定，適宜漁業養殖。

2)浮游植物細胞密度峰值出現在6月，最高位于流水海域CCPT04站位，最低位于蘇澳海域CCPT02站位。優勢種主要有東海原甲藻、中肋骨條藻、柔弱擬菱形藻、旋鏈角毛藻等13種。季節不同，水溫出現波動，藻類數量有增加趨勢，優勢種也隨之改變。

3)Pearson相關性分析顯示，浮游植物細胞密度與葉綠素a、水溫、pH呈良好正相關關系，與鹽度呈負相關關系，與溶解氧相關性不顯著。赤潮生物群落與環境因子關系緊密，在赤潮易發期間應加強赤潮災害防范[26]。

表7 浮游植物密度與環境因子Pearson相關性分析