福建红树林冬季浮游植物群落组成及多样性研究

Ⅰ

福建红树林冬季浮游植物群落组成及多样性研究【摘要】红树林作为独特的滨海湿地生态系统，其浮游植物群落是评估水域生态健康的重要指标。本研究以福建省福清湾红树林为研究对象，以福建长乐滨海新城湿地公园为对比研究区，通过在冬季对浮游植物采样分析，探讨群落结构组成、多样性水平及其与环境因子的关系，揭示红树林生态系统复杂性，结果显示，福清红树林冬季浮游植物群落以绿藻门和硅藻门为主，福建长乐滨海湿地公园以硅藻门为主，通过相关性分析，福清红树林冬季浮游植物以NH3-N和PO4³ˉ为关键环境因子，在同样是冬季的条件下，红树林的多样性指数2.65显著高于福建长乐滨海新城湿地公园的非红树林区域的多样性指数1.33。本研究为红树林生长区域的生态环境评估提供科学依据，对探索红树林生态修复具有重要意义。【关键词】浮游植物红树林群落结构环境因子CompositionandDiversityofPhytoplanktonCommunitiesinFujianMangroveForestsduringWinter

Abstract：

Mangroveforests,asuniquecoastalwetlandecosystems,relyonphytoplanktoncommunitiesaskeyindicatorsforassessingaquaticecologicalhealth.ThisstudyfocusedonthemangroveareainFuqingBay,FujianProvince,withthecoastalwetlandparkofChangleBinhaiNewTown,Fujian,asacomparativesite.Throughwinterphytoplanktonsamplingandanalysis,weinvestigatedthecommunitycomposition,diversitylevels,andtheirrelationshipswithenvironmentalfactorstorevealthecomplexityofmangroveecosystems.TheresultsshowedthatthewinterphytoplanktoncommunityinFuqingmangroveswasdominatedbyChlorophytaandBacillariophyta,whiletheChangleBinhaiwetlandwasprimarilydominatedbyBacillariophyta.CorrelationanalysisindicatedthatNH₃-NandPO₄³⁻werethekeyenvironmentalfactorsinfluencingphytoplanktoninFuqingmangrovesduringwinter.Underthesamewinterconditions,themangroveareaexhibitedasignificantlyhigherdiversityindex(2.65)comparedtothenon-mangroveregionofChangleBinhaiNewTown(1.33).Thisstudyprovidesascientificbasisforecologicalenvironmentassessmentinmangrovehabitatsandholdssignificantimportanceforexploringmangroveecologicalrestoration.Keywords：

phytoplankton;mangrove;communitystructure;environmentalfactors引言浮游植物营自养生活，是一类没有根茎叶的分化的低等植物，通过光合作用吸收二氧化碳成为重要的碳汇参与者[1]。浮游植物具有个体微小、数量庞大、种类繁多、繁殖快速的特点，是水域中主要的初级生产者之一，是水生生态系统的“隐形引擎”，维系着从微生物到大型生物的生存，对保护水域环境、减少污染和维持水体生态功能至关重要，同时也深刻影响着全球气候[2]。红树林是连接陆地与海洋的关键过渡带，具有消浪护岸、固碳释氧、维持生物多样性等重要功能[3]，被誉为“海底森林”，并且依托国家“双碳”战略的政策导向与制度设计，红树林碳汇功能被正式纳入中国核证自愿减排量（CCER）交易框架，在此机制驱动下，红树林生态系统服务价值可通过碳配额交易实现市场化定价，形成生态保护与低碳经济协同增效的双重红利[4]。而浮游植物是红树林湿地的基础生产力来源，并为鱼类及底栖动物群落提供关键饵料支持。据此，解析红树林区的浮游植物对生态保护和低碳经济具有基础性作用。在中国红树林主要分布于海南、广西、广东、福建等省的热带及南亚热带沿岸，其中福建作为自然分布北缘（北纬23°33'~7°10'）,红树林集中分布于闽江口以南的河口海湾地带[5]，然而福建红树林冬季因水温降低、光照减弱等季节性变化，红树林中的浮游植物群落可能呈现独特的响应模式，另外，通过研究可为红树林区水体环境的评估、治理提供科学依据，相关研究亟待深入开展。本研究以在福建省福清湾红树林区域冬季的浮游植物为对象，以福建长乐滨海新城湿地公园浮游植物为对比研究区，通过用镜检法鉴定种类并计数，计算其多样性指数，同时对水体中的关键环境因子进行监测，探讨红树林冬季微型浮游植物群落组成、多样性水平及其与环境因子的关系，旨在揭示红树林生态系统的复杂性，为红树林生态修复，蓝碳生态系统服务价值优化、生物多样性保护以及全球气候变化背景下的湿地管理提供理论支持。2材料与方法2.1研究区域本研究采用对比实验设计，系统选取红树林冠层覆盖区（福建省福清湾红树林）和非植被裸露滩涂（福建长乐滨海新城湿地公园）两种典型异质性生境，开展浮游植物群落结构的对比分析。旨在验证红树林生态系统具有更优化的生态位条件这一科学假说。研究区位于福建省福清市斗垣村红树林海域，地处闽江口南岸与兴化湾北部的滨海湿地带，地貌以滩涂和浅海为主，属典型的南亚热带海洋性季风气候区[6]。该区域气候温暖湿润，霜期极短，年均气温约19.8℃，多年平均降水量达1386.5mm（1961—2010年）；潮汐运动呈规则半日潮特征，平均潮差约5.2m，最大潮差可达6.5m，为红树林群落的发育提供了动态水文环境。对比研究区位于福建省长乐市滨海新城湿地公园十七孔海域，地处闽江口南岸与东海交汇处的滨海湿地核心区，地貌以潮间带泥滩和沙质浅滩为主，属南亚热带海洋性季风气候区。该区域终年温暖湿润，霜期罕见，年平均气温约19.5℃，多年平均降水量达1320.4mm（1980—2020年）；潮汐类型为规则半日潮，平均潮差4.5m，最大潮差可达6.2m，潮汐动力与淡水径流共同塑造了独特的盐沼-红树林复合生态系统。2.2采样与分析2.2.1采样点在福建省福清湾红树林区域（S1）和福建省长乐市滨海湿地公园十七孔（S2）各设一个采样点。采水点位于红树林冠层覆盖区潮沟水道和无植被遮蔽的近岸开阔海域。2.2.2采样方法水样采集在白天涨潮时进行，使用浅水III型浮游生物网，采样方式为由底至表拖网采集，每个样点采集表层海水1L。采集的水样当场用鲁哥氏溶液固定，使细胞核着色从而更易观察，以保存浮游植物样本[7]。保存的植物样本于实验室内静置48h，沉降后浓缩至50.0mL。取每个水样0.1ml的浓缩液置于浮游植物计数框中，用镜检法鉴定种类并计数[8]，以获取浮游植物现存量水平，同步对红树林-对照海域两组样区开展水体温度参数（温度）及关键生源要素（活性磷酸盐、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮）的标准化测定（参照《海洋调查规范》GB/T12763-2007，分光光度法）[9]。解析多维环境因子互作下的浮游植物响应机制，进而验证红树林生态系统具备显著提升生境异质性、优化生态位分化格局的假说体系。2.2.3采样时间冬季12月21日2.2.4环境因子测定取1L水样测定水体的化学指标，氨氮（NH4+_N）采用次溴酸钠氧化法，硝酸盐氮采用锌—镉还原法，活性磷酸盐采用磷钼蓝法，亚硝酸盐氮采用磺胺和萘乙二胺试剂法测定[10]。2.2.5浮游植物鉴定显微镜检结合分子生物学方法，通过计算多样性指数（H'），均匀度指数（J），丰富度指数（R），优势度指数（D）等，HＪ=H’H’ₘₐₓ（D=PiR=S−1式中，Pi2.2.6相关性热图分析采用SPSSStatistics软件生成环境因子和浮游植物之间的相关性热图。3结果与分析3.1浮游植物群落组成福建省福清湾红树林S1采样点共鉴定浮游植物4门16种，表1，分别为硅藻门（Bacillariophyta）、甲藻门（Dinoflagellata）、绿藻门（Dinoflagellata）和裸藻门（Euglenophyta），其中硅藻门中以双壁藻(Diploneissp.）为主，甲藻门中以裸甲藻(Kareniabrevis)为主，绿藻门中以鼓藻（Cosmariumsp.）为主，裸藻门中以裸藻（Euglenasp.）为主。硅藻门和裸藻门的占比分别达64.4%和15.6%。相对优势种为双壁藻（密度2.9万个/L）和裸藻（密度1.2万个/L），双壁藻是硅藻门的典型物种，耐低温且适应富营养环境。可能与红树林区沉积物再悬浮有关。裸藻是裸藻门的典型物种，可指示水体有机质含量较高。对比试验点福建省长乐滨海湿地公园S2采样点共鉴定浮游植物1门4种，表2，以硅藻门为主，分别为骨条藻(Skeletonemasp.)、脆杆藻（Fragilariasp.）、菱形藻（Nitzschiasp.）、四棘藻（Arthrodesmasconvergenssp.）。其中相对优势种为骨条藻。两个研究区域中，硅藻门在浮游植物群落组成中均呈现显著优势特征，图1，该生态现象可能与冬季季节性环境因子存在显著耦合关系。具体而言，低温条件下硅藻细胞壁的生物硅化代谢优势，叠加冬季混合层加深引发的营养盐补充机制，可能共同构成了该物种类群在冷水环境中的竞争优势.表1福清湾红树林浮游植物数据统计门类物种数量（0.1ml）密度（万个/L）硅藻门（Bacillariophyta）双壁藻(Diploneissp.)292.9根管藻(Rhizosoleniasp.)90.9直链藻(Melosirasp.)80.8骨条藻(Skeletonemasp.)30.3菱形藻(Nitzschiasp.)20.2小环藻(Cyclotellasp.)10.1窗纹藻(Epithemiasp.)10.1甲藻门（Dinoflagellata）裸甲藻(Kareniabrevissp.)80.8多甲藻(Peridiniumsp.)30.3弯隐藻(Cryptomonascurvatasp.）20.2绿藻门（Dinoflagellata）鼓藻（Cosmariumsp.）50.5小球藻（Chlorellavulgarissp.）20.2栅藻（Scenedesmussp.）20.2球衣藻（ChlamydomonasglobosaSnowsp.）10.1裸藻门（Euglenophyta）裸藻（Euglenasp.）121.2磷孔藻（Lepocinclissp.）20.2总计15种909.0表2福建省长乐滨海湿地公园浮游植物数据统计门类物种数量密度（万个/L）硅藻门（Bacillariophyta)骨条藻(Skeletonemasp.)22.0脆杆藻（Fragilariasp.）11.0菱形藻（Nitzschiasp.）11.0四棘藻（Arthrodesmasconvergenssp.）11.0总计4种55.0图1浮游植物在不同采样点的种类组成3.2多样性特征福建省福清湾红树林S1采样点的多样性指数，多样性指数2.65，均匀度指数为0.98，丰富度指数为3.11，优势度指数为0.17，其中多样性指数和均匀度指数这两个指数数值较高，表明群落结构稳定且物种分布均匀，且高均匀度（0.98）反映红树林为藻类提供了稳定生境。福建省长乐市滨海湿地公园S2采样点的多样性指数为1.33，均匀度指数为0.96，丰富度指数为1.86，优势度指数为0.28，该地群落结构单一，物种丰富度较低，无明显优势种。多样性数值如表3所示，从表3可以直观的看出红树林区域的物种多样性明显高于非红树林区域，此外S1的丰富度指数为3.11，而S2为1.96，进一步支持了红树林区域物种更丰富。均匀度指数方面，S1为0.98，S2为0.96，虽然差距不大，但S1的均匀度稍高，表明红树林区域各物种分布更为均衡。表3浮游植物的多样性指数样品指数数值S1多样性指数2.65均匀度指数0.98丰富度指数3.11优势度指数0.17S2多样性指数1.33均匀度指数0.96丰富度指数1.86优势度指数0.28注：S1为福建省福清红树林采样点，S2为福建省长乐滨海湿地公园十七孔采样点3.3环境因子影响采样点S1福建省福清湾红树林的水质指标，氨氮（NH₃-N）为0.4082mg/L，活性磷酸盐（PO₄³⁻）为0.0474mg/L,水中亚硝酸盐氮（NO2-）为0.178mg/L。根据相关性热图中的数值假设（1.0为强正相关，0.0为无相关，负值为负相关）可知冬季红树林浮游植物群落的组成与分布格局受NH₃-N与PO₄³⁻的显著驱动，其生态效应通过营养盐代谢效率及环境筛选机制共同体现。具体而言，绿藻门（Chlorophyta）类群与NH₃-N呈现强正相关性（r≥0.8），表明其通过氨氮同化途径的生理适应性，可在低温条件下维持生长活性；而硅藻门（Bacillariophyta）则与PO₄³⁻高度正相关（r≥0.7），并表现出对中等NH₃-N水平的协同利用能力，此类物种凭借磷酸盐亲和力优势及低温耐受性，成为冬季群落结构中的主导功能群。环境因子的交互作用分析显示，NH₃-N与PO₄³⁻的协同驱动效应（Synergisticeffect）显著促进了硅藻与绿藻的资源竞争，其中硅藻通过高磷吸收效率占据生态位优势。此类竞争格局的生态意义在于，硅藻的高初级生产力为红树林水域的底栖碎屑食物链及滤食性鱼类提供了关键碳源，从而维系了冬季生态系统的功能稳定性。然而，持续的氮磷营养盐输入可能导致营养盐阈值突破，诱发绿藻门的种群爆发，进而引发群落演替失衡及潜在富营养化风险。温度因子的调控作用亦不可忽视，通过分析该相关性热图可，低温环境通过选择性压力抑制了广温性物种（如甲藻）的增殖，进一步强化了耐寒硅藻的竞争优势。图2相关性热图4讨论4.1冬季红树林浮游植物生态适应红树林作为独特的滨海湿地生态系统，其冬季浮游植物群落在维持水域生态健康中发挥着重要作用。本研究显示，福建省福清湾红树林区域（S1）的浮游植物群落以硅藻门和绿藻门为主，共鉴定出4门16种，总密度达9.0万个/L，多样性指数为2.65显著高于非植被区域的多样性指数1.33。这表明红树林通过提供稳定的生境异质性，促进了浮游植物群落的多样性和均匀分布。例如，红树林冠层覆盖区的沉积物再悬浮和根系分泌物为硅藻等耐低温物种创造了适宜的生长条件[11]，而绿藻的存在则反映了水体中适度的营养盐循环。此外，红树林在冬季的生态效应还体现在其对生物多样性的支撑上。高均匀度指数（J=0.98）表明红树林为浮游植物提供了稳定的微生境，而裸藻等耐污物种的存在则间接反映了红树林对有机污染的耐受与修复潜力[12]。这种生态韧性不仅保障了浮游植物群落的季节适应性，还为更高营养级的生物（如鱼类、底栖动物）提供了食物来源，维系了红树林生态系统的物质循环与能量流动[13]。4.2环境因子与红树林浮游植物的动态耦合在冬季低温条件下，红树林对水体污染的调控能力尤为关键。研究数据显示，S1区域的环境因子，氨氮（0.4082mg/L）和亚硝酸盐氮（0.178mg/L）浓度较高，高于《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水限值（氨氮≤1.0mg/L，亚硝酸盐氮≤0.15mg/L），接近富营养化阈值，表明水体存在氮污染风险，可能来源于农业或生活污水。经过调查，该水体周围有存在鱼塘对该水体进行排放污染。但是该地红树林生长茂密，可以通过植物吸收，沉积物吸附以及微生物的反硝化作用降低氨氮浓度，抑制一部分陆源的污染。经过分析计算，该地的活性磷酸盐浓度（0.0474mg/）接近富营养化阈值，少量甲藻和裸藻的存在，表明局部区域可能存在轻度污染或有机物富集，但未达到严重富营养化水平。该地红树林生长茂密，对其通过多重途径抑制了水体营养盐的进一步积累，例如通过红树林根系和沉积物对营养盐的吸附固定，硅藻等藻类群落生长繁殖消耗部分营养盐，以及红树林为底栖微生物提供附着基质，促进反硝化作用减少氮元素的累积[14]。相较之下，非植被区域（S2）氨氮远低于Ⅲ类水质标准（≤1.0mg/L），虽然水体受有机污染影响极小，但在同样冬季的条件下，生物量及多样性显著低于红树区域。该地的活性磷酸盐和亚硝酸盐氮的浓度也都较低，表明该区域底质单一，生态系统结构简单，缺乏植被调控，营养盐主要依赖物理沉降，净化能力较弱。进一步对比分析表明，红树林通过植物吸收，沉积物吸附和反硝化作用，净化能力强，给生物的多样性提供支持。4.3红树林修复建议基于对福建福清湾红树林（S1）与福建长乐滨海湿地公园（S2）的对比研究，结合红树林生态功能退化现状及冬季浮游植物群落响应机制，提出以下修复建议：4.3.1.污染源控制与水质管理减少陆源污染输入：严格管控红树林周边农业面源污染（如鱼塘排水）及生活污水排放，推广生态农业技术（如有机肥料替代化肥），降低氮、磷等营养盐输入。S1区域氨氮（0.4082mg/L）和亚硝酸盐氮（0.178mg/L）浓度较高，需优先治理周边污染源。构建生态缓冲区：在红树林与陆域交界处种植芦苇、碱蓬等湿地植物，形成自然过滤带，通过植物吸收和沉积物吸附拦截污染物，减少直接入海负荷[15]。4.3.2.植被恢复与生境重建人工红树林种植：在退化区域（如S2的非植被滩涂）选择耐寒、耐盐的本地红树物种（如秋茄、白骨壤），重建植被覆盖。参考福建漳江口的修复实践，采用“潮沟疏导+幼苗定植”技术，提高成活率。优化生境异质性：通过人工堆砌礁石、开挖潮沟等方式模拟红树林自然生境，增加底质复杂性，为浮游植物和底栖生物提供多样化微生境。4.3.3.生态功能强化与监测增强微生物协同净化：在红树林沉积物中引入反硝化细菌或功能微生物菌剂，强化氮循环效率，解冬季低温对反硝化作用的抑制（S1区域反硝化作用已部分缓解氮污染）。建立跨季节监测网络：结合长期监测数据，重点关注冬季（12月-2月）与春季（3月-5月）的营养盐动态及浮游植物群落演替，评估红树林的生态韧性。建议采用遥感技术与原位传感器结合，实现水质参数实时监测。5结论本研究通过对福建省福清湾红树林（S1）与长乐滨海湿地公园（S2）的冬季浮游植物群落对比分析，揭示了红树林生态系统在维持水域生态健康中的关键作用。主要结论如下：红树林显著提升浮游植物组成：S1区域共鉴定浮游植物4门16种，主要是硅藻门、裸藻门，绿藻门，甲藻门。其中，以硅藻门（64.4%）和裸藻门（15.6%）为优势类群，双壁藻（密度2.9万个/L）和裸藻（密度1.2万个/L）的共存表明红树林通过沉积物再悬浮和根系分泌物优化了生态位分化，支持了多物种的稳定共存。冬季红树林浮游植物多样性高，多样性指数2.65、丰富度指数3.11及均匀度指数0.98均显著高于非红树林区域的多样性指数1.33，均匀度指数1.86。高均匀度指数可能反映了红树林为浮游植物提供了稳定的微生境，耐低温物种（如硅藻）与耐污物种（如裸藻）的共存进一步凸显其对季节变化的适应性。红树林的污染调控能力较强：尽管S1区域氨氮（0.4082mg/L）和亚硝酸盐氮（0.178mg/L）浓度接近富营养化阈值，但红树林通过植物吸收、沉积物吸附及微生物反硝化作用等良好控制了污染物的累积。活性磷酸盐浓度（0.0474mg/L）虽接近临界值，但未引发藻类异常增殖，表明红树林通过生态缓冲机制维持了水体微平衡。相较之下，S2区域因缺乏植被调控，浮游植物种类单一（仅4种），生态功能显著受限。综上在冬季条件下，红树林可以维持浮游植物的群落组成，具有良好的生态韧性和污染调控能力。参考文献张富荣,金亮,叶勇.厦门海沧湾红树林恢复区水体浮游植物群落组成与物种多样性的时空分布[J].生态学杂志,2023,42(07):1604-1609.DOI:10.13292/j.1000-4890.202306.029.蔡真珍,郑盛华,曾健,林娇芬,石丽荣.海马齿生态浮床对金刚虾养殖环境的净化[J].浙江海洋大学学报(自然科学版),2023,42(03):220-227.粟丽,陈作志,黄梓荣,许友伟.2015年春季南海北部陆架海域网采浮游植物群落结构及其与环境因子关系[J].海洋学研究,2019,37(03):86-96.韦惺,吴超羽,任杰,莫文渊,包芸.6ka以来广州溺谷湾形成演变的数值模拟和地貌动力学分析[J].中国科学(D辑:地球科学),2008(11):1384-1395.张俊芳,陈威,宋以兴,周连凤,杨英,杨涵,马沛明.雅砻江下游浮游植物群落结构时空变化特征及环境驱动因子[J].长江流域资源与环境,2023,v.32