河口水域与内陆水体相比，具有较多独特的特征，包括盐度变化大、底质泥泞、浊度较高、水深较浅、栖息地类型多元化及食物供应丰富等，这些特点为浮游生物的繁殖提供了必要的生存空间和适宜的生存条件^[1]。然而，河口往往承载着城市生活用水入海和近海作业船只停靠等功能，大量富含氮磷元素的城市生活用水经河口排入大海给河口生态系统造成了很大的压力，浮游生物在此时又成为利用、分解营养物质的重要途径。

独流减河口位于渤海湾西部，属于淤泥质平原型短引河建闸河口，入海径流受大气降雨支配及人类活动影响较大。独流减河是天津市一条重要的行洪河道和南部防洪的重要防线，属大清河系，引泄大清河和子牙河洪水直接入海，全长67 km，流经静海县、西青区和滨海新区南部，是亚洲东部候鸟南北迁徙重要一站-北大港湿地的主要补给水源。2014年独流减河就因上游排污变成一条“酱油河”，严重的影响了沿岸居民的生活。目前有许多学者围绕独流减河周边环境及水生物在鱼类多样性、沉积物重金属、河口需水量等方面进行了研究^[2-5]。周笑白等^[6]在渤海湾天津岸段的研究中指出2009~2013年天津海洋重金属污染的生态安全状态处于一般状态并预警了污染会进一步加剧的可能。刘瑜等^[7]基于PSR模型构建了独流减河口的生态系统健康评价指标体系得出了独流减河口处于亚健康状态的结论。本课题组在2015年夏季和冬季对于天津市另一重要河口海河口的研究中发现，水环境因子对海河口浮游动植物群落发展均具有显著的作用^[8]。独流减河的污染已经得到了越来越多人的注意，本研究调查了独流减河口浮游生物类群及环境因子的分布变化，分析了浮游生物丰度与环境因子的相关性，以期为独流减河生态环境健康评价提供基础研究材料。

1   材料与方法

1.1   采样站点设置和采样时间

采样范围以独流减河口防潮闸为中心，向闸上及闸下延伸，间隔约1 km共布设8个站位。坐标范围为38.7628 °N~38.7685 °N，117.5200 °N~117.6352 °N(图 1)，采样点S1~S5为防潮闸下，S6~S8为防潮闸上，采样于2015年5月和8月分两次进行，时间均为上午9时~11时，并且防潮闸均为闭合状态。

图  1  采样点示意

Fig.  1  Schematic diagram of sampling sites

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1.2   样品采集与处理

在各站点使用5 L有机玻璃采水器采集深度为0.5 m的表层水样，浮游植物定量采集方法为取1 L水样置于塑料采样瓶中，采集现场使用1%鲁戈氏液固定。浮游动物定量样品使用采水器采集4次获得，并使用25^#(200目，孔径为64 μm)浮游生物网过滤富集，最后将富集样品置于50 mL样品瓶中，使用5%福尔马林固定。将样品带回实验室后静置沉降、浓缩后计数。浮游动植物的定性样品采集分别使用25^#、13^#(125目，孔径为112 μm)浮游生物网在水面表层呈“∞”字形缓慢收集5 min，并分别将网内浓缩液置于100 mL塑料水样瓶中，分别用1%体积的鲁哥氏液、5%的福尔马林溶液固定，带回实验室镜检分类。各站点使用YSI多功能水质分析仪原位测定溶解氧浓度、盐度、水温、pH等指标。，根据海洋调查规范(GB/T12763.4-2007)的要求测定氨态氮，硝酸态氮，亚硝酸态氮。浮游动植物鉴定参考相关文献进行^[9-12]。

1.3   数据处理

浮游植物的多样性指数计算方法参照刘懂等^[13]的方法进行，数值计算采用Matlab R2016b进行，使用Canoco 4.5软件对水质指标和浮游动植物生物量和多样性指数进行CCA典范对应分析，图表采用Oringin Pro 8.0绘制。

2   结果与讨论

2.1   浮游植物的分布变化

调查期间共发现浮游植物38种，隶属于6门28属，从调查结果可见，调查水域浮游植物种类以硅藻门、甲藻门为主。5月浮游植物的优势种为格氏圆筛藻(Coscinodiscus granii)、梅尼小环藻(Cyclotella meneghiniana)、亚心形扁藻(Platymonas subcordiformis)、蹄形藻(Kirehneriella sp.)、夜光虫(Noctiluca)、海洋原甲藻(Prorocentrum micans)、单鞭金藻(Chromulina sp.)。8月浮游植物优势种为丹麦细柱藻(Leptocylindrus danicus)、海洋舟形藻(navicula marina)、深环沟角毛藻(Chaetoceros constrictus)、新月菱形藻(Nitzschia closterium f.minutissima)、窄面角毛藻(Chaetoceros paradoxus)、腔星藻(Coelastrum)、小席藻(Phormidium tenu)、色球藻(Chroococcus sp、颤藻(Oscillatoria sp.)、三角角藻(Ceratium tripos)、光甲藻(Glenodinium gymnodinium)、光甲藻(Glenodinium gymnodinium)。

5月和8月的浮游植物平均丰度分别为3.32×10⁵ /L和13.6×10⁵ /L。5月浮游植物丰度有闸上高于闸下、并以防潮闸为中心辐射降低的变化趋势(图 2)，各站位平均丰度为3.32×10⁵ /L，其中站点4的值最高为8.83×10⁵ /L，5号点平均值最低为2.55×10⁴ /L。8月各站位浮游植物差异较大，丰度最高点出现在点位6，总体呈现由6号点向两端减小趋势，平均丰度为1.36×10⁶ /L，最大值3.35×10⁶ /L，出现在6号站点；最小值3.67×10⁵ /L，出现在2号站点。各采样点及采样时间多样性指数见表 3。

图  2  独流减河口浮游植物丰度分布

Fig.  2  Distribution of phytoplankton abundance at Duliujian estuary

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表  1  独流减河口浮游植物组成分布

Tab.  1  Species composition of phytoplankton at Duliujian estuary

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表  2  独流减河口浮游植物多样性指数信息

Tab.  2  Biodiversity index of phytoplankton at Duliujian estuary

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表  3  独流减河口浮游动物种类组成

Tab.  3  Species composition of zooplankton in Duliujian estuary

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2.2   浮游动物的分布变化

调查期间共鉴定出浮游动物、卵及幼体共计10个类群；其中枝角类1种、桡足类5种、其他类4种，桡足足类包括常见近剑水蚤(Tropocyclops frequens)、克氏纺垂水蚤(Acartia clause)、瘦尾胸刺水蚤(Centropages tenuiremis)、绿色近剑水蚤(Tropocyclops prasinus)、近亲拟剑水蚤(Paracyclops affinis)，枝角类仅发现肥胖三角蚤(Evadne tergestina)1种(表 4)。其次，在8个站点中，均发现夏卵、冬卵、桡足幼体等，且存在大量的甲壳动物的无节幼体。在5月份中，克氏纺垂水蚤、瘦尾胸刺水蚤占绝对主导优势，8月份中，枝角类浮游动物肥胖三角蚤成为绝对优势种，克氏纺垂水蚤与瘦尾胸刺水蚤仍为优势度较大的桡足类浮游动物。

表  4  独流减河口主要环境因子

Tab.  4  Fluctuation of the main environmental factors at Duliujian estuary

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5月浮游动物的丰度以5号位点最多，为285 ind/L，4号位点其次，为169 ind/L，其余各点无明显规律。8月浮游动物分布无明显趋势。最高点为1号位点61.2 ind/L，最低点为8号位点，未检出浮游动物(图 3)。

图  3  独流减河口浮游动物的丰度分布

Fig.  3  Distribution of zooplankton abundance at Duliujian estuary

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2.3   环境因子的分布变化

水温在5月和8月有明显差异，8月各采样点的水温均高于5月，且5月和8月水温都呈现出由内陆向海水逐渐升高的趋势(图 4)。溶解氧水平在5月各点均高于8月(图 5)。盐度表现在8月较为平稳，5月波动较大总体呈闸上高于闸下的趋势(图 6)。pH的差异点出现在5月份的6、7采样点，这两点的pH显著的高于其他采样点。5月pH变化不明显(图 7)。不同形式的氮素在5月和8月的存在差异(图 8)。5月的氮元素组分中氨态氮的含量要高于8月的氨态氮含量。与之相反5月的氨态氮的组分含量要高于8月。亚硝态氮组分的含量没有明显差别。5月、8月的硝酸态氮都为氮素的主要组成成分。

图  4  独流减河口水温分布

Fig.  4  Water temperature of 8 sample sites at the estuary of Duliujian river

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图  5  独流减河口DO质量浓度分布

Fig.  5  Dissolved oxygen mass concentration of 8 sample sites at the estuary of Duliujian River

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图  6  独流减河口盐度分布

Fig.  6  Salinity of 8 sample sites at the estuary of Duliujian River

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图  7  独流减河口pH分布

Fig.  7  pH Value of 8 sample sites at the estuary of Duliujian River

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图  8  独流减河口不同形态氮盐的组成分布(a)5月(b)8月

Fig.  8  Propotion of nitrogen salt composition at estuary of Duliujian river(a)May (b)August

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2.4   浮游生物丰度与环境因子的相关性分析

CCA分析结果显示，亚硝酸态氮是影响浮游植物丰度差异的主要影响因子。高溶解氧利于桡足类浮游动物和绿藻门藻类生长，高温不利于桡足类和绿藻的生长，但更适合蓝藻门藻类的生长。同时总氮、盐度、pH和硝酸盐都与蓝藻丰度呈正相关影响，溶解氧和氨氮与蓝藻生长负相关(图 9)。

图  9  基于CCA典范相关分析的浮游动植物与主要环境因子之间的关系

Fig.  9  Correlation between Phyto-zooplankton (upwards pointing triangle) and environmental factors (arrows) at the estuary of Duliujian river based on canonical correspondence analysis (CCA)

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2.5   环境因子对浮游植物的影响

浮游植物的分布在不同环境条件下往往表现出不同的特征。河口-海岸带生态环境相比于内陆淡水水体和海洋又有自身独特的环境特征。在相对较短的流域区间里就可能会产生诸如盐度、pH、温度等因素的很大程度的变化。这为研究浮游生物群落对不同环境因子的响应提供了天然的研究条件。在本研究中，影响优势藻类分布的主要环境条件是亚硝酸盐。这与周然等^[14]的研究结果相同，但与马永存等^[15]在长江口低氧区的研究结果不同，本研究中水体大多处于高溶解氧水平，低溶解氧状态下亚硝酸盐容易造成积累对浮游植物造成毒害作用，而高溶解氧下，亚硝酸盐会被迅速氧化成硝酸盐被浮游植物利用，这可能是造成与马永存调查结果不同的主要原因。根据CCA分析结果，影响独流减河口浮游生物优势种群落的最主要环境因子为水温和溶解氧。采样中8月水温显著高于5月，溶解氧则与水温相反5月溶解氧水平明显高于8月，这可能是造成浮游植物在两次采样中差异的主要原因。有学者^[16]指出高盐度会使藻类的生长受到抑制且细胞表面出现塌陷，本课题组在海河入海口^[8]也发现了盐度抑制了浮游植物的生长，然而在本次研究中盐度并没有对优势种浮游植物的生长产生显著的影响。仅对绿藻门藻类产生了抑制作用，这可能是由于独流减河水体的盐度在两次调查期间的波动较大，因此并没有观察到明显的影响效果。

2.6   环境因子对浮游动物的影响

浮游动物是具有有限的活动能力的异养生物，往往在由多种微生物构成的水生态系统中起到承上启下的作用。姜会超^[17]通过CCA分析对莱州湾金城海域的浮游动物群落结构对环境因子的响应进行了研究，发现水温和盐度是影响浮游动物群落的主要因子，且不同种类对于水温和盐度的适应有差异。在本研究中，水温和盐度均与桡足类的生长有显著负相关关系，同时水温和盐度在本研究中对枝角类的分布没有显著影响。氮盐对浮游生物既存在营养作用也具有毒害作用，Malerba等^[18]建立了浮游植物吸收亚硝酸盐的模型，动态的展现了浮游植物对亚硝酸盐的利用过程，在本研究中亚硝酸盐与浮游生物的分布存在正相关关系，这可能是由于本研究中亚硝酸盐在氮盐中所占比例较小，低剂量的亚硝酸盐对浮游植物起到营养作用。同时在研究区域的氨态氮并没有达到对浮游生物产生反馈抑制效应的最小值。从浮游动物的分布情况中可以看出，8月份浮游动物存在防潮闸聚集效应。由定性定量的结果分析，8月生物量的急剧增加的主要构成物种为肥胖三角蚤(Evadne tergestina)和绿色近剑水蚤(Tropocyclops prasinus)，其中采样点4和采样点5都存在大量的肥胖三角蚤。有许多学者针对肥胖三角蚤的分布原因进行了探讨，最主要的观点集中在肥胖三角蚤偏好存在于温暖的水体中^[19]，在本次调查中，防潮闸附近的水温在8月高达36.1℃，，与之前报道的肥胖三角蚤大量聚集温度相近^[20-22]。Marazzo等^[23]在对Guanabara湾的研究中将采样点根据不同地形和受海洋影响程度分为3个区域，其中A区域与本研究中的河口状态类似，为狭小的咸水区域。在该研究中观测到了两次肥胖三角蚤且都存在于A类型区域，因此推测，闸口附近较窄的地形和较高的盐度及温度是造成8月肥胖三角蚤大量聚集的主要原因。本研究对独流减河口浮游动植物的空间分布及其对环境因子的响应进行了探讨，但由于采样次数有限，对于浮游生物在时间尺度上的分布研究并不深入，需要在后期研究中补充在不同季节的采样来完成对独流减河口水生态环境更为完善的研究。

3   结论

(1) 调查期间共发现浮游植物38种，浮游动物10种。5月浮游植物的平均丰度为3.32×10⁵ /L，8月浮游植物的平均丰度为1.36×10⁶ /L，5月浮游动物的平均丰度为64.4 ind/L，8月浮游动物的平均丰度为18.65 ind/L。

(2) 环境因子方面，5月的平均溶解氧为12.3 mg/L，8月的平均溶解氧为6.69 mg/L。5月的平均盐度为32.70，8月的平均盐度为33.29。硝酸态氮、亚硝酸态氮和总氮平均水平为8月高于5月，总的来说，在调查期间氮元素主要以硝酸态存在，8月更多的氨氮向硝酸态转化。

(3) 亚硝酸态氮是影响独流减河口浮游生物丰度及多样性差异的主要影响因子。高溶解氧利于桡足类浮游动物和绿藻门藻类生长，高盐度、水温、pH不利于桡足类浮游动物和绿藻门藻类的生长但有利于蓝藻门藻类的生长。闸口附近狭窄且水温较高的区域适宜肥胖三角蚤的生长是造成8月浮游动物大量生长的原因。