海南新村湾浮游植物不同粒径叶绿素a的分布特征及其与环境因子的关系
谢海群, 庞巧珠, 孙婆援, 符俊优, 陈晓慧, 李筱鑫     
海南省海洋与渔业科学院,海南海口 571126
摘要: 为探究海南新村湾浮游植物不同粒径叶绿素a(Chl a)的季节变化特征及其对环境因子的影响,本研究分别于2022年4月(春季)和11月(秋季)进行调查采样,对浮游植物的组成和不同粒径Chl a的分布特征及其与环境因子的相关性进行分析。结果显示:(1)春季共鉴定出浮游植物3门28属51种,秋季共鉴定出浮游植物4门35属63种,浮游植物均以硅藻门占优势地位。春季小型浮游植物Chl a(Micro-Chl a)是Chl a总量的主要贡献者,平均贡献率为60.6%。秋季Micro-Chl a和微型浮游植物Chl a(Nano-Chl a)是Chl a总量的主要贡献者,两者平均贡献率之和为93.3%。(2)春季和秋季研究海域水温较高,pH值差异不明显,盐度秋季高于春季,部分站位溶解氧(DO)含量符合第二类海水水质标准。(3)营养盐结构分析结果表明,春季新村湾浮游植物生长未受营养盐限制,秋季部分站位浮游植物生长受到磷限制。(4)不同粒径Chl a与环境因子的相关性分析表明,温度、盐度、pH值和无机磷(DIP)是影响新村湾浮游植物粒径结构的重要因素,春季Nano-Chl a与DIP呈显著正相关,秋季Nano-Chl a与DIP呈显著负相关。为及时掌握新村湾海域的生态环境状况,有效实施生态保护措施,应建立对该区域环境监测与研究的常态化工作机制。
关键词: 新村湾    浮游植物    叶绿素a    环境影响因子    
Distribution Characteristics of Chlorophyll a of Different Particle Sizes and Their Relationships with Environmental Factors of Phytoplankton in Xincun Bay, Hainan
XIE Haiqun, PANG Qiaozhu, SUN Poyuan, FU Junyou, CHEN Xiaohui, LI Xiaoxin     
Hainan Academy of Ocean and Fisheries Sciences, Haikou, Hainan, 571126, China
Abstract: This study aims to explore the seasonal variation characteristics of chlorophyll a (Chl a) of different particle sizes of phytoplankton in Xincun Bay, Hainan, and their relationships with environmental factors.Sampling surveys were conducted in April (spring) and November (autumn) in 2022, and the composition of phytoplankton and the distribution characteristics of Chl a of different particle sizes were analyzed.Furthermore, the correlation analysis was conducted between Chl a of different particle sizes and environmental factors.The results are summarized as follows: (1)A total of 51 species belonging to 28 genera of 3 phyla of phytoplankton were identified in spring, and a total of 63 species belonging to 35 genera of 4 phyla were identified in autumn.Bacillariophyta dominated in both seasons.Microphytoplankton Chl a (Micro-Chl a) was the main contributor to the total Chl a in spring, with an average contribution rate of 60.6%.Micro-Chl a and Nanophytoplankton Chl a (Nano-Chl a) were the main contributors to the total Chl a in autumn, with the combined average contribution rate of 93.3%.(2) In spring and autumn, the water temperature in the study area was high, and the pH value did not vary much.The salinity in autumn was higher than that in spring.At some stations, the Dissolved Oxygen (DO) content met the second-class marine water quality standard.(3) The analysis of nutrient structure indicated that the growth of phytoplankton in Xincun Bay was not limited by nutrients in spring, while the growth of phytoplankton at some stations was limited by phosphorus in autumn.(4) The correlation analysis between environmental factors and Chl a of different particle sizes showed that temperature, salinity, pH value, and Dissolved Inorganic Phosphorus (DIP) were key factors affecting the particle size structure of phytoplankton in Xincun Bay.Nano-Chl a had a significantly positive correlation with DIP in spring and a significantly negative correlation with DIP in autumn.To timely grasp the eco-environment status of Xincun Bay and take effective measures for protection, continuous environmental monitoring and research in this area should be carried out.
Key words: Xincun Bay    phytoplankton    chlorophyll a    environmental impact factor    

新村湾位于海南陵水东南部,其东面与黎安港腹背相依,港内南北长4 km,东西宽6 km,面积22.3 km2,是一个完全为潮汐所控制的近封闭的天然潟湖湾。潟湖内拥有海草床与红树林两大典型的海洋生态系统,是众多海洋生物理想的栖息地和繁殖地,具有极高的生态价值和经济价值。20世纪80年代以来,潟湖内渔排数量迅速增加,使其水域面积受到影响,导致其生态环境被破坏、水体交换周期增加,原有的水动力条件发生了改变。

浮游植物是水生生态系统中重要的初级生产者,对维持水生生态系统的正常运转起着关键作用[1],在很大程度上控制了沿海生态系统的生产力。叶绿素a(Chl a)浓度是估算浮游植物生物量的重要指标[2],其浓度高低直接反映了浮游植物生长、繁育和代谢状况,同时也显著影响着生源要素生物地球化学过程,因此Chl a是海洋化学和海洋生物调查的基础[3]。海水中的Chl a含量常用于表征浮游植物生长状况和水体富营养化程度[4]。

目前,国内学者对新村湾及附近海域的生态学研究已取得系统性进展,研究焦点主要集中于生物群落结构特征、水体富营养化过程以及重金属分布规律等方面。王晓敏等[5]对海南新村湾浮游植物群落结构的时空分布特征进行研究,结果发现新村湾以硅藻小型浮游植物为主;韩涛生等[6]对新村港浮游植物群落特征进行分析,结果发现新村港浮游植物种类丰富,且海水温度对浮游植物的细胞密度影响显著;李洋等[7]对海南陵水新村湾海草场大型底栖生物多样性进行分析,结果发现新村湾海草场大型底栖生物构成种类以双壳类为主;涂志刚等[8]对海南陵水新村港大型底栖动物群落结构与多样性进行研究,结果发现2004—2013年大型底栖动物以软体类为主,且其平均丰度和生物量显著下降;李巧香等[9]对新村港水体富营养化与赤潮发生进行研究,结果发现赤潮发生前后氮磷比值存在明显差异。现有研究虽然已初步构建新村湾生态系统的基础数据库,但是目前尚未见对Chl a粒径分级这一重要生态参数的研究,尤其是对小型浮游植物Chl a(Micro-Chl a)、微型浮游植物Chl a(Nano-Chl a)、微微型浮游植物Chl a(Pico-Chl a)的差异化贡献缺乏系统性研究,这限制了学者对海域初级生产力形成机制的全面了解。

鉴于此,本研究选取海南陵水新村湾为调查区域,对浮游植物的种类组成及不同粒径结构的Chl a分布展开调查,旨在探究新村湾海洋生态系统的结构与功能,为海洋生态环境状况的评估及可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法 1.1 调查区域

浮游植物样品采集于海南陵水新村湾(18°23′00″-18°27′00″N,109°57′30″-110°01′30″E),调查海域共布设12个站位(S1—S12),其中,在海草生长区布设5个站位(S1-S5)、鱼排养殖区布设2个站位(S6、S7)、虾塘养殖区布设2个站位(S8、S9)、渔港码头区布设2个站位(S10、S11),以及在湾口外海区布设1个站位(S12)作为对照,调查站位详见图 1。

图 1 新村湾调查站位 Fig. 1 Location of sampling stations in Xincun Bay

1.2 样品采集

本研究分别于2022年4月(春季)和11月(秋季)对新村湾不同性质水域的浮游植物及水质样品进行采集,共获取到12个站位的样品数据。其中,水质样品的采集与分析参照《海洋调查规范第4部分:海水化学要素调查》(GB/T 12763.4-2007)[10]中规定的方法进行;浮游植物样品的采集与分析参照《海洋调查规范第6部分:海洋生物调查》(GB/T 12763.6-2007)[11]中规定的方法进行。本研究各站位的水深均小于10 m,故均采集表层样品,即采集水深0.5 m处水样。采用HQM-1有机玻璃采水器采集2.5 L水样,装于聚乙烯瓶中,加入鲁哥试剂固定保存,待测浮游植物;另采集2 L水样,经200 μm筛绢过滤后分别装入2个1 L洁净的棕色玻璃瓶,加入3 mL氯化镁保存,待测Chl a。

1.3 方法 1.3.1 环境因子测定

现场采用SM-5超声波测深仪(广州慧洋信息科技有限公司)测定水深,采用SWM1-1表层水温计(河北省武强县温度计厂)测定温度,采用LS10T便携式盐度计(广州市铭睿电子科技有限公司)测定盐度,采用FE28-Standard台式酸度计pH测量仪[梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司]测定pH值。

参照《海洋监测规范第4部分:海水分析》(GB 17378.4-2007)[12]中规定的方法测定营养盐含量。采用靛酚蓝分光光度法测定氨氮(NH3-N)含量,检出限为0.000 7 mg/L;采用磷钼蓝分光光度法测定无机磷(DIP)含量,检出限为0.000 62 mg/L;采用锌-镉还原法测定硝酸盐氮(NO3-N)含量,检出限为0.000 7 mg/L;采用萘乙二胺分光光度法测定亚硝酸盐氮(NO2-N)含量,检出限为0.000 3 mg/L;采用硅钼黄法测定硅酸盐(SiO3-Si)含量,检出限为0.012 6 mg/L。无机氮(DIN)为NO3-N、NO2-N、NH3-N三者之和。溶解氧(DO)采用碘量法进行测定,样品采集后立即加入1 mL氯化锰和碱性碘化钾溶液,并用硫代硫酸钠溶液滴定。

1.3.2 浮游植物不同粒径Chl a测定

浮游植物样品在Axiostar plus光学显微镜(德国ZEISS公司)下进行种类鉴定[11]。取一瓶水样,通过0.7 μm滤膜过滤,测得所有浮游植物的Chl a总量。另取一瓶水样首先用20 μm筛绢预过滤;然后通过2.0 μm滤膜过滤,测得Nano-Chl a;最后用0.7 μm滤膜过滤,测得Pico-Chl a。Micro-Chl a=Chl a总量-(Nano-Chl a+Pico-Chl a)。通过不同孔径(直径)的滤膜分级截留浮游植物,浮游植物Chl a的粒径分类标准为Pico-Chl a(0.7 μm≤粒径<2 μm)、Nano-Chl a(2 μm≤粒径<20 μm)、Micro-Chl a(20 μm≤粒径<200 μm)[13]。

将抽滤后的滤膜剪碎,置于25 mL离心管中,加入10 mL 90%丙酮溶液,4 ℃冷藏萃取24 h。使用TG20KR-D台式冷冻离心机(长沙东旺实验仪器有限公司)离心,取上清液,使用T6紫外分光光度计(北京吉天仪器有限公司)于750、664、647、630 nm波段处进行测定。

1.3.3 数据处理与分析

(1) 浮游植物群落特征采用优势度(Y)进行分析,Y≥0.02的种类为优势种。计算公式如下:

$ Y=\frac{n_i}{N} \cdot f_i, $

式中,N表示所有种类的总个体数,ni表示第i种浮游植物的个体数,fi表示第i种浮游植物在各站位的出现频率[11]。

(2) 采用采水器采集2.5 L水样作为浮游植物样品,计算每1 L水样中含有的细胞个数,即浮游植物细胞丰度。

(3) 水质评价标准参照《海水水质标准》(GB 3097-1997)[14],具体见表 1。

表 1 水质评价标准 Table 1 Water quality evaluation standard
分类
Classification
pH值
pH value
溶解氧/(mg/L)
DO/(mg/L)
无机磷/(mg/L)
DIP/(mg/L)
无机氮/(mg/L)
DIN/(mg/L)
Class Ⅰ 7.8-8.5 >6 ≤0.015 ≤0.20
Class Ⅱ 7.8-8.5 >5 ≤0.030 ≤0.30
Class Ⅲ 6.8-8.8 >4 ≤0.030 ≤0.40
Class Ⅳ 6.8-8.8 >3 ≤0.045 ≤0.50

实验数据采用WPS 12.1.0软件进行统计学分析,使用SPSS 17.0软件进行相关性分析,检验不同粒径Chl a与环境因子回归关系的显著性。采用ArcGIS 10.2软件绘图。

2 结果与分析 2.1 浮游植物丰度与优势种

浮游植物种类组成和优势种组成分别如表 2、表 3所示。春季在新村湾共鉴定出浮游植物3门28属51种,其中,硅藻门(Bacillariophyta) 18属27种,甲藻门(Pyrrophyta) 9属23种,裸藻门(Euglenophyta) 1属1种(表 2)。浮游植物总丰度为126.12×104 cells/L,其中,硅藻门丰度为123.71×104 cells/L,甲藻门丰度为2.40×104 cells/L,裸藻门丰度为0.01×104 cells/L,硅藻门占优势地位。优势种为丹麦细柱藻(Leptocylindrus danicus,0.45)、菱形藻(Nitzschia sp.,0.11)、柔弱根管藻(Rhizosolenia delicatula,0.07)、钝根管藻半刺变型(R. hebetata f. semispina,0.02)、中肋骨条藻(Skeletonema costatum,0.02)。

表 2 浮游植物种类组成 Table 2 Composition of phytoplankton species
季节
Season
硅藻门
Bacillariophyta
甲藻门
Pyrrophyta
裸藻门
Euglenopyta
蓝藻门
Cyanophyta
属
Genera
种
Species
属
Genera
种
Species
属
Genera
种
Species
属
Genera
种
Species
Spring 18 27 9 23 1 1 - -
Autumn 21 46 12 15 1 1 1 1
Total 21 46 12 23 1 1 1 1

表 3 浮游植物优势种组成 Table 3 Composition of phytoplankton dominant species
季节
Season
优势种
Dominant species
细胞丰度/(×104 cells/L)
Cell abundance/ (×104 cells/L)
优势度
Dominance
Spring Leptocylindrus danicus 75.69 0.45
Nitzschia sp. 19.20 0.11
Rhizosolenia delicatula 18.13 0.07
R. hebetata f. semispina 3.26 0.02
Skeletonema costatum 6.38 0.02
Autumn Thalassiosira sp. 0.12 0.80
Nitzschia sp. 1.68 0.09
S.costatum 1.74 0.04
Peridinium quadridentatum 0.40 0.02

秋季在新村湾共鉴定出浮游植物4门35属63种,其中,硅藻门21属46种,甲藻门12属15种,蓝藻门(Cyanophyta) 1属1种,裸藻门1属1种。浮游植物总丰度为1 392.68×104 cells/L,其中,硅藻门丰度为1 348.14×104 cells/L,甲藻门丰度为42.16×104 cells/L,蓝藻门丰度为0.14×104 cells/L,裸藻门丰度为2.24×104 cells/L,硅藻门占优势地位。优势种为海链藻(Thalassiosira sp.,0.80)、菱形藻(0.09)、中肋骨条藻(0.04)、四齿多甲藻(Peridinium quadridentatum,0.02)。

由此可见,新村湾海域浮游植物春季和秋季均以硅藻门为主,秋季浮游植物种类最丰富,且浮游植物数量较多,但春季浮游植物优势种数量多于秋季。

2.2 Chl a总量分布特征

新村湾海域浮游植物Chl a总量的平面分布如图 2所示。春季新村湾海域Chl a总量为3.66-18.78 μg/L,平均值为12.43 μg/L。秋季新村湾海域Chl a总量为8.45-35.20 μg/L,平均值为15.15 μg/L。春季最高值出现在东北部海域虾塘养殖区和南部海域海草生长区;秋季最高值也出现在东北部海域虾塘养殖区;春季和秋季低值区均出现在西部海域及口门区域。

图 2 新村湾Chl a总量平面分布 Fig. 2 Horizontal distribution of total Chl a in Xincun Bay

2.3 不同粒径Chl a分布特征 2.3.1 Micro-Chl a分布特征

新村湾海域表层Micro-Chl a的平面分布如图 3所示。春季新村湾海域表层Micro-Chl a含量为2.54-12.06 μg/L,平均值为7.53 μg/L,最高值站位出现在南部海域海草生长区的S3站位。从5个功能区来看,鱼排养殖区Micro-Chl a含量最高,平均值为9.19 μg/L;其次为海草生长区,平均值为8.90 μg/L;最低值出现在湾口外海区,平均值为2.54 μg/L。秋季新村湾海域表层Micro-Chl a含量为1.83-32.12 μg/L,平均值为7.15 μg/L,最高值站位出现在东北部海域虾塘养殖区的S9站位。从5个功能区来看,虾塘养殖区Micro-Chl a含量最高,平均值为18.98 μg/L;最低值出现在渔港码头区,平均值为2.52 μg/L。

图 3 新村湾Micro-Chl a的平面分布 Fig. 3 Horizontal distribution of micro-Chl a in Xincun Bay

2.3.2 Nano-Chl a分布特征

新村湾海域表层Nano-Chl a的平面分布如图 4所示。春季新村湾海域表层Nano-Chl a含量为0.31-4.99 μg/L,平均值为1.91 μg/L,最高值站位出现在东北部海域海草生长区的S5站位。从5个功能区来看,最高值出现在虾塘养殖区,平均值为3.54 μg/L;其次为鱼排养殖区,平均值为2.37 μg/L;再次为海草生长区,平均值为1.65 μg/L。秋季表层Nano-Chl a含量为1.46-10.72 μg/L,平均值为6.98 μg/L,最高值站位出现在东南部海域海草生长区的S4站位,最低值站位出现在东北部海域虾塘养殖区的S9站位。从5个功能区来看,最高值出现在海草生长区,平均值为7.67 μg/L;其次是鱼排养殖区,平均值为7.06 μg/L;最低值出现在虾塘养殖区,平均值为5.40 μg/L。

图 4 新村湾Nano-Chl a的平面分布 Fig. 4 Horizontal distribution of nano-Chl a in Xincun Bay

2.3.3 Pico-Chl a分布特征

新村湾海域表层Pico-Chl a的平面分布如图 5所示。春季新村湾海域表层Pico-Chl a含量为0.68-6.82 μg/L,平均值为2.98 μg/L;最高值站位出现在东北部海域虾塘养殖区的S9站位,Pico-Chl a的平均值最高(6.70 μg/L)。秋季新村湾海域表层Pico-Chl a含量为0.37-1.62 μg/L,平均值为1.01 μg/L,最高值站位也是出现在S9站位。

图 5 新村湾Pico-Chl a的平面分布 Fig. 5 Horizontal distribution of pico-Chl a in Xincun Bay

2.4 不同粒径Chl a的贡献率

春季新村湾海域浮游植物不同粒径Chl a的贡献率如图 6所示。Micro-Chl a是Chl a总量的主要贡献者,贡献率为21.9%-75.3%,平均贡献率为60.6%;其次是Pico-Chl a,贡献率为12.5%-49.0%,平均贡献率为24.0%;最低的是Nano-Chl a,贡献率为2.2%-34.2%,平均贡献率仅为15.4%。

图 6 春季新村湾浮游植物不同粒径Chl a贡献率 Fig. 6 Contribution rates of Chl a of different particle sizes in Xincun Bay in spring

秋季新村湾海域浮游植物不同粒径Chl a的贡献率如图 7所示。Micro-Chl a、Nano-Chl a和Pico- Chl a对Chl a总量的平均贡献率分别为47.2%、46.1%和6.7%。Micro-Chl a和Nano-Chl a两者的平均贡献率之和为93.3%,是秋季新村湾海域Chl a总量的主要贡献者。

图 7 秋季新村湾浮游植物不同粒径Chl a的贡献率 Fig. 7 Contribution rates of Chl a of different particle sizes in Xincun Bay in autumn

2.5 环境因子及营养盐结构

环境因子调查数据见表 4。春季和秋季新村湾海域水体呈现高温、高营养盐特征,pH值差异不明显,盐度表现为秋季高于春季,DO含量则反之。春季各站位环境因子的含量整体高于秋季。其中,春季S10站位的DO含量(5.44 mg/L)较低,符合第二类海水水质标准。秋季S1、S5和S12站位的DO含量分别为5.88、5.60、5.95 mg/L,符合第二类海水水质标准;S11站位的DO含量为4.41 mg/L,符合第三类海水水质标准。春季DIN含量和DIP含量整体高于秋季,尤其是DIP含量差距显著。春季除S5、S9、S11站位的DIP含量超出第一类海水水质标准外,其余站位的DIP含量均符合第一类海水水质标准;秋季DIN含量和DIP含量均符合第一类海水水质标准。综合两个季节的DIN、DIP、SiO3-Si、DIN/DIP和SiO3-Si/DIP值,虽然S1、S3、S5、S6、S8、S9、S10和S11站位的DIN/DIP<10,但DIN值未低于1.0 μmol/L。

表 4 新村湾海域春季和秋季环境因子及营养盐结构 Table 4 Environmental factors and nutrient structure in spring and autumn in Xincun Bay sea area
季节
Season
水深/m
Water depth/m
温度/℃
Temper-ature/℃
盐度
Salinity
pH值
pH value
溶解氧/ (mg/L)
DO/ (mg/L)
无机氮/ (μmol/L)
DIN/ (μmol/L)
无机磷/ (μmol/L)
DIP/ (μmol/L)
硅酸盐/ (μmol/L)
SiO3-Si/ (μmol/L)
DIN/DIP SiO3-Si/DIP
Spring Average 5.10±2.80 28.30±0.20 30.10±0.50 8.20±0.06 7.45±1.09 4.19±2.01 0.44±0.15 5.33±2.71 10.22±5.68 1.42±0.50
Range 1.10-9.70 28.00-28.50 30.00-32.00 8.11-8.28 5.44-9.62 1.58-7.44 0.27-0.76 2.57-13.04 3.82-20.46 0.77-2.27
Autumn Average 3.60±2.60 28.60±0.40 32.80±0.90 8.20±0.10 6.32±0.98 2.10±1.03 0.07±0.05 11.00±6.00 69.05±98.95 5.96±3.34
Range 0.70-8.20 27.90-29.20 31.80-34.10 8.07-8.39 4.41-8.62 1.00-4.28 0.01-0.16 1.56-21.70 7.53-364.29 0.62-10.13

2.6 浮游植物不同粒径Chl a与环境因子的相关性

浮游植物不同粒径Chl a与环境因子的相关性分析结果如表 5所示。春季浮游植物Chl a总量与温度呈显著正相关,与盐度呈极显著负相关,与pH值呈极显著正相关;Pico-Chl a与盐度呈极显著负相关,与pH值呈极显著正相关;Nano-Chl a与DIP呈显著正相关;Micro-Chl a与盐度呈显著负相关,与pH值呈极显著正相关。除秋季Nano-Chl a与DIP呈显著负相关外,不同粒径Chl a与其他环境因子无显著相关性。

表 5 新村湾浮游植物不同粒径Chl a与环境因子的相关性 Table 5 Correlations between Chl a of different particle sizes and environmental factors in Xincun Bay
季节
Season
不同粒径Chl a
Chl a of different particle sizes
水深
Water depth
温度
Temperature
盐度
Salinity
pH值
pH value
溶解氧
DO
无机氮
DIN
无机磷
DIP
硅酸盐
SiO3-Si
Spring Total Chl a 0.21 0.64* -0.73** 0.74** 0.11 -0.04 0.16 0.16
Pico-Chl a -0.16 -0.20 -0.90** 0.72** 0.27 -0.07 0.06 0.31
Nano-Chl a 0.13 -0.57 -0.28 0.12 -0.31 0.02 0.59* 0.31
Micro-Chl a 0.26 -0.43 -0.67* 0.72** 0.15 -0.28 -0.03 -0.28
Autumn Total Chl a -0.28 0.46 -0.02 -0.02 0.05 0.34 0.27 0.54
Pico-Chl a -0.27 0.41 0.07 -0.27 -0.05 0.57 -0.05 -0.46
Nano-Chl a 0.24 -0.08 0.19 0.07 0.10 0.43 -0.64* -0.05
Micro-Chl a -0.30 0.39 -0.08 0.02 0.08 0.12 0.44 0.45
Note: * represents significant correlation (P<0.05), ** represents extremely significant correlation (P<0.01).

3 讨论 3.1 浮游植物群落结构特征

本研究通过分析海南新村湾春季和秋季的浮游植物群落,揭示了该海域浮游植物群落分布的季节性差异。结果表明,新村湾浮游植物主要由硅藻、甲藻、裸藻组成,其中硅藻占据主导地位,其次是甲藻,这与前人的研究结果一致[6, 15]。春季新村湾浮游植物种类为51种,而秋季则增至63种,这一结果与韦昌用等[15]对新村湾珍珠贝养殖区浮游植物的调查结果吻合。本研究中秋季新村湾浮游植物的种类和细胞丰度显著高于春季, 表明春季和秋季浮游植物群落结构差异显著。其中,硅藻从春季的27种增加到秋季的46种,蓝藻从0种增至1种,甲藻从23种减少至15种,而裸藻种类保持不变(均为1种),这表明新村湾从春季以甲藻主导的微型浮游植物群落,逐步演替为秋季以蓝藻占优势的微微型浮游植物群落,其原因可能与海水中氮磷浓度的降低有关。研究表明,浮游植物的半饱和吸收常数越小,在低营养盐环境中的适应能力越强[16]。蓝藻这类微微型浮游植物表面积与体积的比值较大,这一形态特征显著提升了其在低营养盐环境中的生存竞争力,这使得其在氮磷浓度相对较低的秋季水体中往往占据优势生态位。

3.2 浮游植物Chl a分布特征

本研究结果显示,春季新村湾浮游植物Micro-Chl a、Nano-Chl a和Pico-Chl a对Chl a总量的平均贡献率分别为60.6%、15.4%和24.0%;秋季对Chl a总量的平均贡献率分别为47.2%、46.1%和6.7%。尽管不同采样点的浮游植物Chl a粒径分布在季节上存在差异,但总体来看,两个季节均以Micro-Chl a为主,这一结果与郑运等[3]对湛江湾的研究结果一致。本研究中新村湾以硅藻类小型浮游植物为主,然而我国南黄海、厦门海域、北部湾、珠江口、黄海海区等海域以微型浮游植物为主,原因主要是新村湾作为一个半封闭的海湾,其唯一的开放口位于西部,与陵水湾相连,整体呈现出边缘浅、中部深的地形特征,这种地理形态使新村湾海域的水团相对稳定。研究表明,强烈的垂直混合作用有利于微微型浮游植物占据优势,而稳定的水团则有助于小型浮游植物形成竞争优势[17]。此外,浮游动物作为浮游植物的重要捕食者,通过选择性摄食调控特定浮游植物种群的数量,从而显著影响整个浮游生物群落的组成与结构。小型浮游动物相较于中型浮游动物通常具有更短的生命周期,这导致其对小型浮游植物种群的调控较弱,而小型浮游动物对微微型浮游植物的种群数量调控作用较强[18]。谢福武等[19]的研究表明,海南新村潟湖的浮游动物物种数量在春季达到峰值,夏季和冬季次之,而秋季最低;春季浮游动物以桡足类幼体和无节幼体为主,优势种粒径偏小型化;秋季以夜光虫(Noctiluca scientillans)占绝对优势,优势种粒径也是偏小型化。这一结果与本研究中春季浮游植物种数低于秋季的情况形成鲜明对比。因此,本研究认为新村湾浮游植物Chl a粒径结构与其他海域存在显著差异的原因与湾内水团的稳定以及浮游动物粒径结构偏小型化密切相关,为新村湾小型浮游植物的生长繁殖提供了良好的环境条件。

3.3 营养盐限制对Chl a的影响

海水中营养盐浓度通常是浮游植物生长的重要限制因子,营养盐浓度的高低在很大程度上调控着浮游植物生物量的粒径结构及分布[20]。研究表明,温度、盐度和营养盐是影响浮游植物粒径结构组成的关键环境因子[21-22]。海洋中浮游植物是按照恒定比例从海水中吸收营养盐,这一恒定比例称为Redfield系数,若海水中营养盐比值偏离Redfield系数,则会导致浮游植物的生长受到某一相对低含量元素的限制,并显著影响水体中浮游植物的种类组成[23-24]。依据相对限制法则,若DIN/DIP<10且SiO3-Si/DIN>1时,表明浮游植物生长受DIN限制;若DIN/DIP>22且SiO3-Si/DIP>22时,表明浮游植物生长受DIP限制;若SiO3-Si/DIN<1且SiO3-Si/DIP<10时,则表明浮游植物生长受SiO3-Si限制[25]。依据绝对限制法则,当海水中营养盐含量低于某阈值时,即DIP、DIN、SiO3-Si含量分别低于0.1、1.0、2.0 μmol/L[26]时,表明该种营养盐将成为浮游植物生长的限制因子。满足绝对限制法则或相对限制法则仅能说明营养盐可能限制浮游植物的生长,而要确定具体限制浮游植物生长的营养元素,必须同时满足这两种法则[27]。

结合相对限制法则和绝对限制法则发现,春季新村湾海域浮游植物生长未受到营养盐限制;秋季新村湾海域浮游植物生长主要受DIP限制,受限制区域分布在海草生长区(S2-S5站位)、鱼排养殖区(S6、S7站位)、虾塘养殖区(S8站位)和渔港码头区(S10站位),占总站位的比例高达67%。造成该现象的原因可能是秋季海草在生长过程中从自然海区吸收大量的DIP,加之浮游植物大量繁殖,DIP被大量消耗,且陆源补充较少,造成新村湾海域内DIP含量普遍较低,使营养盐结构转化为DIP限制,导致初级生产力受限,从而对海水养殖业产生负面效应。本研究中春季和秋季新村湾浮游植物生长均未受SiO3-Si限制,这一条件为硅藻的繁殖提供了有利环境,与本研究中春秋两季浮游植物均以硅藻类为主的结果相符合。

3.4 环境因子对浮游植物粒径结构的影响

浮游植物的生长繁殖受多种环境因子的共同影响,水体中Chl a含量可在一定程度上表征浮游植物的生物量。研究表明,海水中Chl a含量与温度、盐度、营养盐、DO等环境因子密切相关[5, 28-32]。本研究相关性分析结果显示,温度、盐度、pH值和DIP是调控Chl a的关键环境因子,且不同粒径Chl a均与这些环境参数呈显著相关性。与秋季相比,春季有更多环境因子对Chl a含量产生显著影响。春季Chl a总量、Pico-Chl a和Micro-Chl a与盐度均呈显著负相关,但Nano-Chl a与盐度未体现出明显的相关性,表明不同粒径结构的浮游植物群落对盐度变化的响应存在明显差异,反映了盐度梯度变化过程中浮游植物群落的生态适应策略。另外,温度、pH值与Chl a总量呈显著正相关,说明这些因素在一定程度上能促进浮游植物的生长。有研究指出,N、P是水体浮游植物生长必不可少的物质基础,其浓度变化会影响浮游植物的数量,而浮游植物的生长情况又会导致营养盐浓度的变化,因此出现了秋季Nano-Chl a与DIP呈显著负相关的现象,说明浮游植物在生长过程中消耗了部分P[33]。

浮游植物的生长繁殖及其粒径分布特征均受环境因子调控。水温、盐度、DO和营养盐等关键环境参数不仅直接影响浮游植物的生理代谢过程,而且通过改变不同粒径浮游植物的竞争优势,驱动群落结构的动态演替。此外,尚未明确的生物或非生物因子可能通过级联效应间接影响浮游植物的丰度与粒径组成,导致环境因子与浮游植物响应的非线性关系难以精确量化。因此,建议后续研究应建立多参数同步监测体系,整合浮游动植物群落、水质指标及沉积物特征数据,重点解析环境梯度下不同粒径Chl a的差异化响应机制。

4 结论

(1) 新村湾浮游植物以硅藻门占优势地位,春季共鉴定出浮游植物3门28属51种,硅藻门18属27种,硅藻门丰度为123.71×104 cells/L;秋季共鉴定出浮游植物4门35属63种,硅藻门21属46种,硅藻门丰度为1 348.14×104 cells/L。

(2) 新村湾海域春季和秋季Chl a总量的平均值分别为12.43 μg/L和15.15 μg/L,高值区均出现在东北部海域虾塘养殖区。春季和秋季浮游植物不同粒径Chl a均以Micro-Chl a占绝对优势,对Chl a总量的平均贡献率分别为60.6%和47.2%。

(3) 春季和秋季个别站位DO含量符合第二类海水水质标准,春季部分站位DIP含量也符合第二类海水水质标准,但秋季DIP含量与DIN含量均符合第一类海水水质标准。春季新村湾海域浮游植物生长均未受到营养盐限制;秋季有4个站位(S1、S9、S11、S12)浮游植物生长未受到营养盐限制,但有8个站位(S2-S8、S10)受DIP限制,受限制站位分布在海草生长区、鱼排养殖区、虾塘养殖区和渔港码头区。

(4) 春季浮游植物Chl a总量、Pico-Chl a与盐度均呈极显著负相关,与pH值均呈极显著正相关。秋季Nano-Chl a与DIP呈显著负相关。

为构建新村湾海域海洋生态环境的长期保护机制,亟须建立多维度环境监测体系。后续研究将重点分析新村湾浮游植物的空间分布特征,深入探讨不同生态功能区之间浮游植物Chl a的分级特征及其环境驱动因素,为海洋生态系统健康评估与保护管理提供理论支撑与决策依据。

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