秦皇島海區浮游植物群落特征研究

崔鐵峰 崔彤彤 魯玉蝶 張蒙 慕建東 趙春龍

摘 要：通過2015年至2017年6個航次的調查，對秦皇島海域浮游植物進行分析，進而對目標海域浮游植物的種類組成、細胞密度、多樣性、均勻度、豐富度等群落特征及其變化進行了研究。調查共發現3門9目79種浮游植物，其中絕大部分為硅藻（6目73種）。進一步的計算發現，在2016年8月的樣品中，浮游植物的多樣性顯著小于同年5月份，同時也顯著小于臨近兩年8月份浮游植物的多樣性和豐富度數據;而在浮游植物均勻度的調查中，結果顯示，這三年的浮游植物均勻度呈逐年上升的趨勢。

關鍵詞：秦皇島海域;浮游植物;多樣性;豐富度;均勻度

中圖分類號：Q9

浮游植物作為水生態系統重要的組成部分，其群落組成和變化與水環境條件密切相關，因此可以揭示取樣水域水環境的變化。浮游植物物種豐富度與群落生物量的關系隨季節變化，春季和冬季為正相關;夏季為負相關[1]。在對大亞灣的浮游植物研究中，發現了水體中的N、P、N/P、環流是影響浮游植物的主要因素[2]。在對白洋淀的浮游植物研究中，研究人員應用RDA研究浮游植物與環境因子的關系時，發現水體的水溫、透明度和高錳酸鉀指數是影響白洋淀水域浮游植物的主要因素[3]。為了解秦皇島海區水環境變化情況，2015-2017年，對該海域浮游植物進行調查分析。

1 材料與方法

1.1 站位布設

見圖1。

1.2 調查時間

采集樣品的時間為2015、2016和2017年的春季（5月）和秋季（8月）。

1.3 采樣分析方法

采樣方法按照《海洋調查規范》[4]進行，使用小型浮游植物網在每個調查站位自底至表垂直拖網1次。采集的樣品使用5%甲醛固定和保存。結合《浮游植物手冊》[5]等圖書資料，進行浮游植物的種類鑒定和計數。

1.4 浮游植物生物多樣性評價方法

1.4.1 浮游植物的多樣性指數（H'）? 多樣性指數用來反映群落中種類多樣性的情況。本研究采用香農—韋弗（Shannon-Weaver，1963）多樣性指數：

式中：H'為多樣性指數; S為樣品中種類總數;Pi為第i種的個數（ni）與總個體（N）之間的比值。

多樣性指數（H'）是可以反映樣品信息含量的一個指數，Shannon-Weave生物多樣性指數是種類數和種類中個體分配上的均勻性指標。一般來說，正常的水環境下，該指數較高;當環境受到污染破壞時，指數下降。

1.4.2 浮游植物的豐富度（D） 豐富度可以反應群落中物種數目的多少，計算公式如下：

式中：D為豐富度;S為樣品中種類總數;ρ為站點的總密度。

一般來說，環境的惡化會導致群落的豐富度下降，即D值會下降。

1.4.3 浮游植物的均勻度（J）? 采用的是Pielou均勻度評價法，計算公式如下：

式中：H'為生物多樣性指數;S為代表種類。

J值范圍在0～1之間，J值越大，說明種間個體數分布越均勻;J值越小，反應種間個體數分布欠均勻。一般來說，環境遭受污染往往導致中間個體分布差異變大，即J值會變小。

2 結果

2.1 浮游植物密度的比較

2.1.1 同一年5月份和8月份的密度比較 根據計算并結合圖2可知，2015年8月相比于5月，在本次所調查的18個站點中，浮游植物的密度數據并無顯著性差異（P=0.49），即8月份和5月份相比各個站點的浮游植物密度變化不大;同樣的在2016年和2017年的計算中，結果顯示這兩年8月份和5月份相比的浮游植物密度水平也不存在顯著性差異（P=0.11，P=0.84），即這三年8月份和5月份的浮游植物密度均無明顯變化。

2.1.2 相鄰兩年同一月份密度比較 根據計算并結合圖3 、圖4可知，2016年5月相比2015年5月，調查的18個站點的浮游植物的密度無明顯差異（P=0.34），2016年8月相比2015年8月，調查站點的浮游植物密度也無明顯差異（P=029），即2016年的5月份和8月份和上一年相比浮游植物密度的變化并不大。同樣，在2016—2017年兩個月份的比較中，結果顯示這兩組數據也不存在明顯的差異，即浮游植物密度的變化并不大。

2.2 浮游植物多樣性的比較

2.2.1 同一年5月份和8月份的浮游植物多樣性比較 2015年的8月相比5月，綜合對18個站點浮游植物多樣性的計算和圖5，這兩個月份的多樣性數據存在極顯著性差異（P= 0.01），結合進一步分析我們可以發現，8月份浮游植物的多樣性數據明顯大于5月份;2016年8月相比5月，兩個月的多樣性數據也存在極顯著性差異（P= 0.01），進一步分析表明，5月份的植物多樣性明顯大于8月;2017年8月相比5月，多樣性存在極顯著差異（P=0.01），即8月份多樣性要明顯大于5月份的多樣性。

2.2.2 相鄰兩年同一月份多樣性比較 對比相鄰兩年5月份浮游植物多樣性情況：2016年相比2015年，兩組數據顯示并無顯著差異（P=0.99），2017年相比2016年，兩組數據顯示無顯著差異（P= 0.24），如圖6;對比相鄰兩年8月份浮游植物多樣性情況：2016年相比2015年，兩組數據存在極顯著差異（P=0.01），結合對于圖7的分析可知，2015年各站點浮游植物的多樣性要明顯大于2016年。2017年相比2016年，兩組數據存在顯著差異（P=0.03），結合對于數據的分析，可以發現2017年8月各站點浮游植物的多樣性要明顯大于2016年8月的浮游植物多樣性水平。

2.3 浮游植物豐富度的比較

2.3.1 同一年5月份和8月份浮游植物的豐富度對比 由計算并結合圖8可知，在2015和2016年這兩年的調查中，同年8月份相比5月份這兩組數據無顯著性差異（P=0.66，P=0.06）;而在對2017年調查結果的計算中，8月相比5月兩組數據顯示出了極顯著差異（P=0.01），8月份的豐富度要明顯大于5月份的豐富度數據。

2.3.2 相鄰兩年同一月份浮游植物豐富度的比較 對相鄰兩年5月份浮游植物豐富度的比較：計算結果顯示，2015和2016這兩年各個站點浮游植物的豐富度不存在顯著差異（P=0.83），而2017年5月和2016年5月這兩組數據存在顯著差異（P=0.03），并由圖9可見2016年的豐富度要明顯大于2017同時期的豐富度水平;對比相鄰兩年8月份浮游植物的豐富度：結果顯示2016年8月與2015、2017年8月均存在顯著差異（P=002，P=0.01），結合對圖10的分析，2015和2017年8月各站點的浮游植物豐富度都顯著大于2016年8月各站點計算出浮游植物的豐富度水平。

2.4 浮游植物的均勻度對比

2.4.1 同一年5月份和8月份浮游植物均勻度的對比 由計算可知在2015、2016和2017這三年的兩次調查中，每一年的8月份浮游植物均勻度的數據和5月份浮游植物均勻度的數據間均不存在顯著差異（P=0.06，P=0.14，P=0.77），即這三年每一年的5月份和8月份浮游植物的均勻度數據相差不大（如圖11所示）。

2.4.2 相鄰兩年同一月份浮游植物均勻度的對比 對相鄰兩年5月份浮游植物均勻度的比較：在2016年和2015年、2017年和2016年兩兩比較中，計算結果和圖12表示這三組數據相鄰之間不存在顯著性差異（P= 0.45，P= 0.69）;而在對相鄰兩年8月份浮游植物均勻度的比較中，計算并結合圖13可知，2016年和2015年相比，兩組數據間存在極顯著差異（P= 0.01），即2015年浮游植物的均勻度要明顯大于2016年的調查數據，同時結果顯示2017年和2016年相比存在顯著性差異（P= 0.04），即2017年浮游植物的均勻度要大于2016年的調查數據。

2.5 總結

從浮游植物密度上看，本次調查的海區，在2015—2017年的這三年中浮游植物密度水平整體保持穩定，無論是每一年的春季和秋季相比還是相鄰兩年同一月份之間相比，結果均表明不存在顯著性差異。

從浮游植物多樣性來看，這三年每一年的5月和8月之間，浮游植物多樣性均存在極顯著差異，2015年和2017年8月的多樣性要顯著大于5月的多樣性，2016年則是5月大于8月，而在不同年份之間的比較中又發現2016年8月的多樣性又明顯小于2015年和2017年。由此可以推斷，2016年8月的浮游植物多樣性顯著低于預期的正常值。

從浮游植物豐富度來看，2017年8月的豐富度較之5月有明顯的提高，2016年8月的豐富度顯著小于5月，同時2016年8月的浮游植物豐富度相比2015和2017年也有明顯的降低。由此可以推斷，2016年8月的浮游植物豐富度顯著低于預期的正常值。

從浮游植物均勻度上看，2015—2017年每一年的5月和同年8月相比都不存在顯著性差異，同時相鄰兩年的5月份浮游植物均勻度數據之間也不存在顯著性差異。而相鄰兩年8月份的均勻度數據則有顯著的差異性，具體表現為2016年8月的浮游植物均勻度明顯大于2015年8月，而2017年8月的浮游植物均勻度又明顯大于2016年8月的數據，即2015-2017這三年每年8月的均勻度呈上升趨勢。

3 討論

結合《2015年北海區海洋環境公報》[6]和《2016年北海區海洋環境公報》[7]的通報內容和2017年公開的相關信息，我們了解到，在2016年全年共計發生10次赤潮，較之2015年雖然赤潮的面積有所減少，但次數明顯增多。同時發現在赤潮爆發期間，其中引發赤潮的生物種類有明顯增多的趨勢。群落多樣性作為表征群落特征和群落穩定性的重要參數[8]，雖然本次調查中未發現2016年浮游植物密度顯著變大，但浮游植物多樣性和豐富度的顯著差異可以充分表明赤潮對于當地海區浮游植物的影響。較多頻次的赤潮造成2016年8月份浮游植物的多樣性顯著下降，同時因為赤潮集中發生于6、7月份，期間赤潮藻類的大肆增殖，侵占了其他浮游植物的生存資源。這就造成只有2016年8月出現了浮游植物多樣性顯著低于5月的情況，同時也造成了2016年8月的浮游植物豐富度顯著低于2015年和2017同時期的浮游植物豐富度。而我們還可以發現，這三年浮游植物的均勻度呈逐年上升的趨勢，表明浮游植物群落整體的質量在不斷改善。正如《2017年中國海洋生態環境狀況公報》[9]中所描述的，隨著近幾年國家對于海洋環境關注度越來越高，對海洋污染治理投入了更多的人力和物力，整體海洋的生態環境狀況穩中向好，海洋質量總體上在慢慢改善，生物多樣性在恢復，生態系統健康狀況趨于好轉。

參考文獻：

[1]

田旺. 湖泊浮游生物群落對環境和生物多樣性的響應機制[D]. 北京：華北電力大學， 2017.

[2] 孫翠慈， 王友紹， 孫松， 等. 大亞灣浮游植物群落特征[J]. 生態學報， 2006， （12）： 3948-3958.

[3] 劉存歧， 孔祥玲， 張治榮，等. 基于RDA的白洋淀浮游植物群落動態特征分析[J]. 河北大學學報（自然科學版）， 2016， 36（03）： 278-285.

[4] 國家海洋局第三海洋研究所. 海洋調查規范 第6部分：海洋生物調查： GB/T 12763.6-2007 [S]. 北京：中國標準出版社，2007： 172.

[5] HASLE G，SOURNIA A. Phytoplankton Manual，Monographs on Oceanographic Methodology [M]. Paris： United Nations Educational， Scientific and Cultural Organization（UNESCO）， 1978：337.

[6] 國家海洋局北海分局. 2015年北海區海洋環境公報 [EB/OL]. （2016-08-16）[2020-07-15]. http：//ncs.mnr. gov.cn//n1/upload/180202105853714350/180912102211881242.pdf.

[7] 國家海洋局北海分局. 2016年北海區海洋環境公報 [EB/OL].（2017-06-30）[2020-07-15]. http：//ncs.mnr. gov.cn/n1/n128/n298/191213130046117253.html.

[8] 姜珊， 陳燕珍， 劉希剛，等. 2011年遼寧東港赤潮監控區浮游植物群落結構特征 [J]. 海洋通報， 2012， 31（04）： 421-425.

[9] 國家海洋局北海分局. 2017年北海區海洋環境公報 [EB/OL].（2018-09-10）[2020-07-15].http：// ncs. mnr. gov. cn//n1/upload/180910124335342872/180910124352221674.pdf.

（收稿日期：2020-9-18;修回日期：2020-11-26）