遼東灣夏秋季節浮游動物群落結構特征及其與環境因子的關系

卞少偉，韓 龍，梅鵬蔚，王建國，袁宇翔，張 震

（1.天津市生態環境監測中心，天津300191；2.珠江水利委員會珠江水利科學研究院，廣州510610；3.中國科學院 東北地理與農業生態研究所，長春130102）

浮游動物作為水生態系統中初級生產者和消費者的重要紐帶，在海洋生態系統食物網中起著承上啟下的作用[1].浮游動物對環境變化敏感，是研究水生態環境質量的指示生物，其群落結構特征可在一定程度上反映水生態環境狀況[2]，同時也可以根據其生物多樣性指數和數量分布來綜合評價水生態環境質量[3-5].因此，浮游動物也是海洋生態環境狀況評價與研究的重點之一.如張冬融等[6]2015—2016年在福建北部近海水域夏、秋、冬、春4個季節對海洋生態進行調查，探討了該水域浮游動物的數量分布、季節變化及其與水質變化的關系；吳思成等[7]2016年分析了東海北部浮游動物粒級結構的分布特征與多樣性，初步研究了不同粒徑組浮游動物空間分布與水文環境要素之間的關系；陳學超等[8]2015年夏季和2016年冬季在南黃海海域調查研究了該海域夏冬兩季浮游動物的時空分布，并對其結果進行了相似性聚類分析.

遼東灣是位于渤海東北部的半封閉性沿岸內灣，是渤海污染嚴重的海區之一，主要污染物為無機氮、活性磷酸鹽和石油類等[9].有關遼東灣浮游動物群落結構的研究報道較少.宋倫等[10]2005年夏季對遼東灣浮游動物的多樣性進行了研究；王彬等[11]2005—2007年夏季對遼東灣海蜇放流區大型水母和主要浮游動物開展了調查.這些研究均在夏季進行，缺乏對該地區浮游動物季節動態的調查追蹤.之后未見該地區浮游動物的相關研究報道.本研究以2013年8月（夏季）和11月（秋季）遼東灣浮游動物的調查數據為主，開展遼東灣浮游動物群落結構、數量變化及其與海洋環境因子關系的分析，探討該海域水生態環境質量的變化對浮游動物群落造成的影響.

1 材料與方法

1.1 樣品采集與分析

2013年8月24—26日（夏季）和11月11—14日（秋季），分別對遼東灣海域（40°14′00″～40°51′00″N，121°5′59.99″～122°9′59.99″E）進行近岸海域生態環境綜合狀況調查，結合遼東灣的地理形狀，綜合考慮水流等因素，按照《海洋調查規范》[12]，一共設置了8個調查站位進行海水水質和浮游動物的綜合調查，如圖1所示.1#—8#站位夏季水深分別為1.5、1.5、0.5、3.8、2.0、1.6、1.3和0.5 m，秋季水深分別為5.7、8.0、5.0、3.5、5.0、5.0、6.0和15.5 m.浮游動物樣品使用淺水Ⅰ和Ⅱ型浮游生物網（網目孔徑0.505 mm，網口內徑50 cm，網長145 cm）由底至表垂直拖取，現場甲醛溶液固定保存，帶回實驗室進行分類鑒定、計數及浮游動物濕重生物量的稱量.用塞奇氏盤測定明度（SD），用多功能水質分析儀WTW350i測定海水溫度（T）、pH值、溶解氧（DO）、鹽度（S）等.氮磷等（N、P）營養鹽樣品帶回實驗室測定.

圖1 浮游動物調查站位的分布示意圖Fig.1 Sampling stations of phytoplanktons

1.2 數據統計與分析

香農-威納多樣性指數（H′）、Pielou均勻度指數（J′）、Margalef豐富度指數（d）、優勢度（y）的計算公式如下[13-15]：

式（1）～式（4）中：ni為第i種的數量；N為采集樣品中所有種類的總個體數；S為采集樣品中的種類總數；fi為該種在各樣品中出現的頻率；y為物種優勢度，y＞0.02為優勢種.

用Excel 2007進行平面作圖.

2 結果與分析

2.1 種類組成及季節變化

遼東灣2個季節共發現6類28種浮游動物，其中，橈足類種類數最多，有11種，占總種數的39.29%；其次是浮游幼蟲10種，占總種數的35.71%；水母類4種，占總種數的14.29%；毛顎類、磷蝦類、糠蝦類各1種，各占總種數的3.57%.浮游動物群落種類組成存在季節變化：夏季種類最豐富，為22種，占全年出現浮游動物種類數的78.57%；秋季為10種，占全年出現浮游動物種類數的35.71%.

夏季出現的22個物種中，橈足綱種類最多，有8種，分別為中華哲水蚤（Calanus sinicus）、雙毛紡錘水蚤（Acartia bifilosa）、太平洋紡錘水蚤（Acartia pacifica）、小擬哲水蚤（Paracalanidae parvus）、強額擬哲水蚤（Paracalanus crassirostris）、擬長腹劍水蚤（Oithona similis）、真刺唇角水蚤（Labidocera euchaeta）、墨氏胸刺水蚤（Centropages mcmurrichi）；其次是幼體類，包含6種，分別為無節幼體（Nauplius larva）、瓣鰓類幼體（lamellibranchia larva）、磁蟹幼體（Porcellana larva）、長尾類幼體（Maeruran larva）、短尾類幼體（Brachyura larva）、海蝦蛄幼體（Alima larva）；再次是腔腸動物，包含4種，分別為五角水母（Muggiaea atlantica）、錫蘭和平水母（Eirene ceylonensis）、八斑芮氏水母（Rathkea octopunctata）、嵊山杯水母（Phialidium chengshanenses）；節肢動物3種，分別為糠蝦（Mysidacea shimp）、仔蝦（Postlarvae shimp）、磷蝦（Euphausia）；毛顎動物（Chaetognatha）1種，為強壯箭蟲（Sagitta crassa）.秋季出現的10個物種中，橈足綱種類最多，有6種，分別為雙毛紡錘水蚤、太平洋紡錘水蚤、小擬哲水蚤、海洋偽鏢水蚤（Pseudodiaptomus marinus）、指狀偽鏢水蚤（Pseudodiaptomus inopinus）、長肢秀體溞（Diaphanosoma leuchtenbergianum Fischer）；其次是幼體類，有3種，分別為蝦幼體（Squilla larvae）、橈足幼體（Larva）、雙殼類幼體（Bivalvia larva）；毛顎動物1種，為強壯箭蟲.

2個季節浮游動物的種類數分布由灣內向灣外呈遞減趨勢，分布不規則.調查期間，夏、秋季共出現9個優勢種，2個季節優勢種的種類和數量均不相同.其中，夏季有8個優勢種，秋季有1個優勢種，如表1所示.2個季節的主要優勢種均為橈足類，優勢度在0.021～0.380之間，密度在400.36～6 208.60 ind/m3之間.

表1 遼東灣浮游動物優勢種統計情況Tab.1 Dominant species of zooplankton in Liaodong Bay

2.2 浮游動物的密度、生物量及季節變化

夏、秋季節浮游動物的密度和生物量變化均較大，如圖2所示.

圖2 夏、秋季浮游動物密度和生物量Fig.2 Abundance and biomass distributions of zooplankton in the survey area in summer and autumn

夏季浮游動物密度范圍為451～4 991ind/m3，平均值為2 045.38 ind/m3；浮游動物生物量范圍為85.63～433.18 mg/m3，平均值為236.24 mg/m3.其中，6#站位的密度和生物量均最大，2#站位的密度最小，7#站位的生物量最小.秋季浮游動物密度范圍為0～1 110 ind/m3，平均值為159.23 ind/m3；浮游動物生物量范圍為0～55.5 mg/m3，平均值為8.11 mg/m3.其中，3#站位的密度和生物量均最大，2#站位的密度和生物量均最小.這些結果表明，遼東灣2個季節浮游動物密度與生物量的變化趨勢一致，且夏季各站位浮游動物的密度和生物量均高于秋季的數值.

2.3 生物多樣性指數及季節變化

遼東灣夏、秋季浮游動物的多樣性指數如圖3所示.夏季各站位浮游動物H′的變化范圍為1.69～2.92，平均值為2.39；J′的范圍為0.46～0.77，平均值為0.66；d的范圍為0.73～1.42，平均值為1.10.秋季各采樣點浮游動物H′的變化范圍為0～1.97，平均值為1.02；J′的范圍為0～0.92，平均值為0.55；d的范圍為0～0.83，平均值為0.42.夏季H′、J′、d最大值分別出現在5#、7#、8#站位；秋季H′和d最大值均出現在4#站位，J′最大值出現在6#站位.夏、秋季3個指數的變化趨勢基本一致，秋季最為明顯.

圖3 夏、秋季不同采樣點浮游動物的多樣性指數Fig.3 Diversity index of zooplankton in different samplingsites in summer and autumn

2.4 水質狀況分析

參照海水水質標準（GB3097—1997）對遼東灣夏、秋季水質進行單因子評價，結果如表2所示.由表2可以看出，遼東灣夏、秋季水質主要受無機氮的影響，2個季節整體水質均為劣Ⅳ類，夏季無機氮的質量濃度為0.92 mg/L，秋季的質量濃度為1.13 mg/L.除無機氮外，夏季其余項目的濃度均在Ⅰ～Ⅲ類水質范圍內；秋季，活性磷酸鹽的濃度達到Ⅳ類水質，其余項目濃度均在Ⅰ～Ⅲ類水質范圍內.

表2 遼東灣環境因子特征Tab.2 Characteristics of environmental factors in Liaodong Bay

2.5 浮游動物群落結構與環境因子關系

浮游動物群落結構與環境因子的相關性分析結果如表3所示.

表3 浮游動物群落結構與環境因子的相關性Tab.3 Correlation between zooplankton community structure and environmental factors

由表3可以看出，在夏季，遼東灣海域浮游動物的密度、生物量、香農-威納指數、豐富度指數均與水溫呈極顯著正相關（P＜0.01），與溶解氧均呈顯著負相關（P＜0.05）；密度與化學需氧量呈顯著正相關（P＜0.05）；密度、生物量與亞硝酸鹽呈顯著正相關（P＜0.05）.秋季，浮游動物的密度、生物量與鹽度呈極顯著負相關（P＜0.01），與生化需氧量呈極顯著正相關（P＜0.01），與活性硅酸鹽和活性磷酸鹽呈顯著正相關（P＜0.05）.

3 討論

本研究調查了2013年遼東灣海域夏、秋季節的浮游動物種類和多樣性，在近岸海域共設置了8個站位，結果在2個季節共發現浮游動物28種，夏季浮游動物種類數明顯高于秋季.與遼東灣的歷史數據[10-11]相比，2005—2007年夏季浮游動物種類數均高于本次夏季調查結果，可能與站位設置不相同有關，秋季暫無歷史數據對比.雖然本次夏季調查的浮游動物種類數與歷史調查結果存在差異，但該海域浮游動物夏季主要優勢類群仍然是橈足類.夏季遼東灣浮游動物平均密度遠遠低于歷史數據[10-11]，主要是因為與2005—2007年相比[16-18]，該海域整體水質狀況有所下降，直接導致浮游動物群落結構、數量和分布發生明顯變化.根據相關評價標準[19]，夏季調查海區的香農-威納指數顯示該海域的生境質量為一般，秋季該海域的生境質量為差.均勻度指數代表群落內物種分布的均勻程度，反映群落的穩定狀況.本研究結果顯示遼東灣夏、秋季均勻度指數較高，均大于0.5，表明遼東灣夏、秋季浮游動物種間密度空間分布較均勻，群落結構相對穩定.豐富度反映群落中種類數目的多寡，本研究結果顯示遼東灣夏季物種較為豐富，秋季物種相對較少.

水溫是影響浮游動物生長發育和繁殖的重要環境因素[20].化學需氧量、亞硝酸鹽、活性硅酸鹽和活性磷酸鹽可以作為營養鹽影響浮游植物生長狀況，通過食物鏈的作用間接影響浮游動物的數量和結構[21-22].水中浮游動物數量的增加會導致浮游動物群落在水環境中的耗氧量增加，引起水體生化需氧量增加，溶解氧隨之下降[23].本研究中遼東灣夏季浮游動物的密度分別與水溫、化學需氧量、亞硝酸鹽呈顯著或極顯著正相關，與溶解氧呈顯著負相關.鹽度也是影響浮游動物分布的重要環境因子.遼東灣秋季浮游動物的密度與鹽度呈極顯著負相關，這與孫麗梅等[24]在寧波市東海附近的相關研究結果一致.