水产养殖业属环境依赖型产业，水环境状况与养殖品种的生长繁育息息相关。养殖活动也会影响周边水域环境和生态系统，从而引发新的生态效应。养殖活动与环境之间的相互作用具有多样性和复杂性，不同的养殖模式和养殖种类的环境效应也存在较大差异。高密度养殖设施会影响海水流动，造成水文情况的改变。同时，养殖过程中，投药、施肥等养殖管理活动也会造成一定的环境压力。在鱼类网箱养殖投饲过程中产生的大量残饵和粪便会给环境带来大量的营养物质，过高的养殖密度易造成水体的富营养化和污染，进而改变周围环境的生物多样性，甚至造成养殖鱼类的死亡(Grigorakis et al, 2011; Edwards, 2015)。滤食性贝类以有机碎屑和浮游生物为食，规模化养殖可引起养殖区悬浮颗粒物的衰减，影响浮游生物动力学，并加速颗粒有机物的沉积(张继红等, 2009)。相对于鱼类网箱养殖，贝类养殖对浮游生物具有调控作用，一定程度上可以修复或延缓水域的富营养化(张继红等, 2013; 唐启升等, 2016; 蒋增杰等, 2012)。

流沙湾(22.36°~20.50°N, 109.80°~110.02°E)位于广东省湛江市雷州半岛西南部，为西北向呈葫芦形的半封闭海湾，面积约为69 km²，是中国最大的海水珍珠育苗与养殖基地，海水珍珠产量占全国的60%以上。自2005年以来，流沙湾周边养殖户们先后引入了墨西哥湾扇贝(Argopecten irradians concentricus)、卵形鲳鲹(Trachinotus ovatus)、华贵栉孔扇贝(Chlamys nobilis)等养殖品种，至此，流沙湾形成了多品种与模式共存的养殖格局。随着扇贝等新兴品种养殖生产的扩大，流沙湾的养殖区域和养殖布局也随之发生改变。2015年流沙湾的养殖面积已达到16 km²，占其总面积的近1/4。与2012年相比，扇贝养殖面积由1132 hm²增加到1400 hm²，珍珠贝养殖面积由272 hm²下降至约100 hm²，网箱养殖面积约为95 hm²，其中，新增深水网箱约27 hm²。

流沙湾是粤西典型的养殖海湾，自2010年，湾内养殖品种和布局一直在不断调整中，养殖格局的变化必然引起水域环境的响应。多元的养殖品种和养殖方式共同作用，及其与环境因素相互作用，可能对流沙湾的浮游植物的群落结构特征产生潜在影响。本研究针对流沙湾水域开展浮游植物的调查，并对珍珠贝、扇贝和鱼类网箱等不同养殖类型海域的浮游植物群落结构和环境因子进行对比分析，探讨养殖活动对流沙湾浮游植物群落的影响，进而为流沙湾养殖结构优化和生态环境评价提供一定的参考。

1 材料与方法

流沙湾海域养殖品种呈多元化，不同品种的养殖方式与养殖周期差异较大，主要养殖品种及养殖周期见表 1。

1.1 采样站位点的设定

分别于2015年8月(夏季)、11月(秋季)和2016年2月(冬季)、5月(春季)在流沙湾内港、外港布设12个站位，进行4个航次的采样调查。采样站位如图 1所示。其中，扇贝养殖区有1、2、3和6号站位，珠母贝养殖区有7号站。8号站位位于湾口鱼类网箱养殖区，4和9号站位分别位于内、外港主航道，5号站位为外海边界，10和11号站位为内湾采样点，12号站位为外湾近岸采样点。

1.2 浮游植物的采集与分析

浮游植物样品的采集与定量参照《海洋调查规范》(GB17378.7-2007)。定性样品采用浅水Ⅲ型浮游生物网，自距底2 m深度向海面垂直拖曳，定量样品采用有机玻璃采水器收集表层及底层的水样(各1 L)进行混合，现场用鲁戈氏液固定后带回实验室，用浮游生物计数框镜检、计数。

1.3 环境因子的测定

海水溶解氧(DO)、水温(T)、盐度(S)和pH采用便携式水质分析仪(YSI-556型)现场测定，透明度(SD)采用萨式盘法测定。水样中，亚硝酸盐(NO₂-N)采用萘乙二胺分光光度法，氨氮(NH₄-N)采用靛酚蓝法，硝酸盐(NO₃-N)采用锌(Zn)-镉(Cd)还原法，活性磷酸盐(PO₄-P)采用磷钼蓝分光光度法测定，总氮(TN)和总磷(TP)采用过硫酸钾氧化法测定。叶绿素a(Chl-a)颗粒有机物(POM)的测定方法分别为丙酮萃取法和灼烧称重法。以上方法均按照《海洋监测规范》(GB17378.4-2007)指定方法进行。

1.4 多样性分析方法

浮游植物的多样性、均匀度分别采用Shannon- Weaver多样性指数(H')和Pielou均匀度指数(J)，计算公式如下：

$ H' = - \sum\limits_{i = 1}^s {{P_i}{\rm{lo}}{{\rm{g}}_2}{P_i}} $

(1)

$ J = \frac{{H'}}{{{\rm{lo}}{{\rm{g}}_2}S}} $

(2)

优势度

$ Y = \left({\frac{{{n_i}}}{N}} \right)*{f_i} $

(3)

式中，s为物种数，P_i为第i物种在全部采样中的比例，n_i为第i种的个体数，N为所有种的个体总数，S为样品种类总数，f_i为第i种在各站点的监测频率。Y≥0.02视为优势种。

1.5 数据处理和分析

采用PRIMER 6.0软件对浮游植物丰度进行4次方根转换，建立Bray-Curtis相似性聚类分析，并进行非度量多维尺度排序(nMDS)。用Canoco4.5软件分析环境因子对浮游植物物种分布的影响，相关数据除pH外，经过lg(x+1)转换。本研究将各季出现的优势种作为排序物种，对排序物种数据进行除趋势对应分析(DCA)，发现4个轴中梯度最大值< 3，故选择RDA进行物种‒环境相关性分析。采样站位平面图用ArcMap 10.2软件绘制。

2 结果 2.1 浮游植物种类组成及优势种的时空变化特征

2015~2016年四季流沙湾浮游植物的种类组成见表 2。从表 2可以看出，夏、秋、冬、春4个航次共鉴定出浮游植物5门58属，共171种(含变种)。其中，硅藻42属122种，占总种数的71.35%；甲藻10属44种，占总种数的25.73%；金藻2属2种；蓝藻2属2种；裸藻1属1种。在冬季，硅藻种数最少，而甲藻种数最多。流沙湾浮游植物优势种见表 3。如表 3所示，调查期间发现浮游植物优势种共16种，秋季最多，夏季最少。其中，奇异棍形藻为春、秋、冬季优势种，红海束毛藻为春、夏、秋季优势种。在夏季，中肋骨条藻在各采样站位占据绝对优势，其丰度占夏季浮游植物总丰度的69%。

2.2 浮游植物丰度及群落结构分析

在调查期间，流沙湾海域各采样点的浮游植物丰度相差较大。春季，浮游植物丰度的变化范围为0.05×10⁴~13.15×10⁴/L。夏季各采样点游植物丰度较高，其变化范围为2.02×10⁴~79.04×10⁴个/L。秋季浮游植物丰度变化范围为0.11×10⁴~7.45×10⁴个/L，冬季浮游植物丰度较低，范围为0.15x10⁴~4.53×10⁴个/L。流沙湾四季平均丰度分别为0.10×10⁴、0.12×10⁴、0.16×10⁴、2.52×10⁴个/L，季节变化趋势为夏 > 春 > 秋 > 冬，且夏季内、外湾丰度相差不大。甲藻的丰度在冬季最高，占冬季总丰度的6.3%，在其余季节不超过1%。蓝藻主要为红海束毛藻，其丰度在春季最高，占总丰度的35.8%。硅藻丰度在春、冬、秋和夏各占总丰度的63.6%、81.2%、82.3%和92.7%。

流沙湾全年浮游植物nMDS排序结果如图 2所示，不同季节间浮游植物群落组成差异显著。因此，可将浮游植物群落大致按照季节划分为4个大类群，而各季节不同站位的群落组成相似度有一定差异。分别对春、夏、秋和冬4个航次的浮游群落进行Bray- Curtis聚类分析，结果如图 3所示，在50%的相似度水平上，春季各站位被分为5个类群，分别为处于航道及附近的1、2、8和9号站位，位于内湾的10和11号站位，位于扇贝养殖区的3号站位，位于珠母贝养殖区的7号站位和位于外湾的其他站位。夏季各站位可以分为4个类群：位于鱼类网箱养殖区及其附近的8和9号站位、位于内湾的10号站位、位于内湾近岸的11号站位和位于外湾的其他站位。在秋季，各站位也被分为4个类群：位于鱼类网箱养殖区及其附近的8号站位、位于流沙湾分界点的5号站位、位于内湾的11和10号站位和位于外湾的其他站位。冬季各站位可以分为3个类群：位于内湾的10和11号站位和位于航道以北的2、3和12号站位及其他站位。

2.3 多样性指数与均匀度的时空分布

流沙湾四季多样性指数(H')和均匀度指数(J)冬季最高、夏季最低(图 4)。春季，各站位的浮游植物多样性指数范围为4.21~2.22，其中，2号站位最高，为4.21，3、9、1和7号站位较低，分别为3.10、3.09、2.73和2.22。夏季，各站位的浮游植物多样性指数范围为2.66~0.23，其中，2号站位最高，为2.66，3、6、9、11、8和10号站位H'均不超过1。秋季，各站位的浮游植物多样性指数范围为3.60~2.02，其中，8和9号站位最高，为3.60和3.59，5和3号站位较低，分别为2.12和2.02。冬季各站位H'相差不大，范围为3.15~2.50，其中，9号站位最高、4号站位最低。而J分别为春季0.469~0.879、夏季0.522~0.048、秋季0.440~0.749、冬季0.520~0.706。

2.4 不同季节浮游植物群落结构的影响因素分析

调查期间，流沙湾4个季节环境因子的平均值见表 4。对优势种与环境因子间进行冗余分析(Redundancy analysis, RDA)及Monte Carlo置换检验。如图 5所示，检验结果显示，春季温度(F=4.05, P=0.022)和氨氮(F=3.03, P=0.05)、夏季透明度(F=58.34, P=0.002)、秋季亚硝酸氮(F=4.55, P=0.006)、冬季亚硝酸氮(F=3.91, P=0.022)与流沙湾浮游植物优势种密切相关并影响显著。透明度是影响夏季流沙湾浮游植物优势种的关键因子，对浮游植物物种变化的解释度高达85%；亚硝酸氮对秋、冬季浮游植物物种变化的解释程度分别为34%和28%。春季温度和氨氮对浮游植物物种变化的解释度分别为25%和15%。

2.5 流沙湾不同养殖区浮游植物丰度、多样性指数及可溶性营养盐含量

比较了外湾对照区(4和5号站位)、扇贝主养区(1、3和6号站位)、珍珠贝养殖区(7号站位)、网箱鱼类养殖区(8号站位)和内湾区(9和10号站位)的浮游植物丰度和多样性指数(图 6)。结果显示，在浮游植物丰度方面，鱼类小网箱养殖区浮游植物丰度在秋季和冬季高于其他区域。扇贝养殖区的浮游植物丰度较低，在夏、秋、冬三季低于外湾对照区，除秋季外，低于珍珠贝养殖区。除夏季外，内湾区的浮游植物丰度高于外湾对照区。在多样性方面，春、夏两季贝类养殖区浮游植物多样性小于外海对照区。在夏季，鱼类小网箱养殖区多样性最低。秋季鱼类养殖区与内湾区多样性高于外湾。冬季各区多样性指数均接近。

外湾对照区、扇贝主养区、珍珠贝养殖区、网箱鱼类养殖区和内湾区的可溶性无机氮(DIN)和磷酸盐(PO₄-P)含量见图 7。从图 7可以看出，流沙湾内湾区和鱼类网箱养殖区的DIN含量在春季低于其他区域，而在夏、秋季则高于其他区域。秋季各区的DIN含量相差不大。冬季鱼类网箱区的DIN为各区域之间最低。同时，流沙湾外海对照区全年的氨氮浓度普遍低于其他海区。在PO₄-P方面，除冬季外，鱼类网箱养殖区和内湾区的磷含量高于其他三区。与此同时，外海对照区的PO₄-P浓度则普遍低于其他海区。

3 讨论 3.1 流沙湾浮游植物群落结构的季节变化特征及其影响因素分析

浮游植物在地球生态系统中起着重要的功能和作用。浮游植物作为海洋食物网的基础，提供约占全球总产出一半的初级生产量，在O₂的制造、CO₂的固定和储存、海洋营养物质循环等生态过程中有着不可或缺的贡献(Not et al, 2012)。浮游植物群落结构对生态系统中环境因子的改变有直接的响应，其时空变化特征与水文、温度、营养元素等环境因子关系密切(王符菁等, 2015)。Bode等(2017)对拉科努尼亚沿海地区的浮游植物多样性进行调查，发现河水径流和海湾上升流共同影响浮游植物的群落结构组成，同时，浮游植物的群落结构也受到季节的影响。Wu等(2014)对大亚湾海区浮游植物群落与环境因子的关系进行了分析，结果显示，环境温度和营养等因素对浮游植物的季节演替率有很大的影响。

在本次调查中，流沙湾海域浮游植物群落的细胞丰度夏季最高，平均丰度为2.52×10⁴个/L，远高于其他3个季节。春季、秋季和冬季从高到低依次为0.16×10⁴、0.12×10⁴、0.1×10⁴个/L。各季节浮游植物群落的主要优势种出现了明显的更替，夏季主要优势种为中肋骨条藻，占总丰度的69.5%，秋季优势种较多，但占总丰度的比例不高，其中，主要优势种拟弯角毛藻、奇异棍形藻、洛氏角毛藻的丰度之和仅占总丰度的43%。冬季主要优势种为威氏圆筛藻、柔弱根管藻、岛脆杆藻，三者占总丰度的60%。春季以须状角毛藻、红海束毛藻和明壁圆筛藻为主要优势种，3种微藻的丰度之和共占流沙湾浮游植物总丰度的67%。多维尺度排序的胁强值为0.15，表明本次排序结果可以较好地解释物种的群落结构分组情况(Manly, 2005)。结果显示，调查站位在相同季节浮游植物群落组成的相似度较高，即浮游植物群落结构存在明显的季节差异。

在流沙湾海域，奇异棍形藻为秋、冬、春季优势种，红海束毛藻为夏、秋、春季优势种。其中，奇异棍形藻为广温沿岸种(王符菁等, 2015)，其在夏季之后在流沙湾海域广泛存在。而红海束毛藻对温度的要求较高(丁昌玲等, 2016)，在水温较低的冬季只存在于内湾近岸的11号站位，未成为冬季优势种。流沙湾冬季平均水温为18.2℃，期间出现的主要优势种如威氏圆筛藻、柔弱根管藻等也属于不耐高温的温带近岸或广布种。在春、秋两季，出现较多的主要优势种如须状角毛藻、拟弯角毛藻等则属于偏暖性近岸种。在水温最高的夏季，耐高温的中肋骨条藻和喜高温的红海束毛藻成为流沙湾海区的主要优势种。表明环境温度对流沙湾浮游植物的季节演替率有很大的影响。乔倩等(2016)发现，中肋骨条藻可以有效利用多种有机氮源，对无机氮具有较低的亲和能力。夏季流沙湾养殖活动频繁，为海区带来较多的有机氮源，同时，DIN含量在4个季节中最低，也为中肋骨条藻的大量繁殖提供了有利条件。

3.2 规模化海水养殖对浮游植物的影响

多样性指数和均匀度是反映水生态稳定性的重要指标，也是评价群落是否成熟和稳定的特征之一(陈露等, 2015)。在夏季各采样点中，8号站的多样性指数为0.29，在春、秋、冬季均大于3，分别为3.71、3.59、3.01，显示出良好的多态性，表明鱼类网箱养殖在夏季对浮游植物多态性影响显著。夏季，养殖鱼类生长迅速，因而也是网箱养殖活动的高峰期，传统养殖网箱密集分布通常会造成水体富营养化。周志诚等(2014)发现，流沙湾网箱养殖区水体中氮、磷浓度自5~9月逐渐增加，10月开始下降。认为这是网箱养鱼投饵、养殖生物体集中排泄以及浮游生物活动共同作用的结果。

高密度的滤食性贝类养殖会降低浮游植物的多样性。张玲等(2015)对大鹏澳牡蛎养殖区及其邻近海域进行了采样调查，研究表明，牡蛎养殖对浮游植物群落结构造成了一定影响，能够显著降低浮游植物丰度、种类多样性和均匀度。董婧等(2003)在对小窑湾的牡蛎、扇贝养殖区调查中发现，在高密度贝类筏式养殖区，随着贝类摄食强度的增强，浮游植物数量、种类都大量减少，浮游植物群落多样性指数偏低，丰度指数偏低，均匀度指数因季节不同而有较大差异。本次调查中，贝类养殖区平均多样性指数在春、夏两季低于外湾对照区，在秋季则低于内湾区。表明，流沙湾贝类养殖对浮游植物多态性产生了一定的影响。本次调查还发现，位于扇贝养殖区的3和6号站位在夏、秋季，多样性指数均明显低于其他站位。同时，1和2号站位则表现出很高的多态性，表明在水流通畅的湾口，扇贝养殖活动对浮游植物多样性影响不大。

浮游植物的生长同时受到海水营养盐的上行效应以及浮游动物滤食性双壳类及鱼类下行效应的影响。鱼类网箱养殖产生的残饵和粪便会给海水环境带来大量的有机营养物，而贝类主要以NH₄-N和无机磷酸盐的方式向水中排泄N或P。鱼、贝养殖可以增加海水中营养盐的含量，促进藻类的生长。研究表明，海湾扇贝(Argopecten irradias)和合浦珠母贝的养殖活动会影响海区DO、COD和P、TN的变化(徐东会等, 2017; 王增焕等, 2011)。流沙湾外海对照区无养殖活动，全年的氨氮浓度普遍低于养殖区，同时，磷酸盐含量往往也低于养殖区。仅在贝类代谢水平降低且无鱼类小网箱养殖活动的冬季，外海对照区磷酸盐含量高于其他区域。同时，在鱼类养殖活动旺盛的夏季，小网箱区的DIN和磷酸盐含量明显高于其他海区，而在无养殖活动的冬季则低于其他海区。表明流沙湾海区的多种养殖活动在养殖季节对水质影响较大。

滤食性的扇贝和珍珠贝等贝类能够给浮游植物带来摄食压力。流沙湾扇贝养殖区浮游植物丰度，除春季高于外海对照区外，全年都低于其他海区。而在无贝类摄食压力的鱼类网箱养殖区和内湾区，浮游植物丰度则高于外海对照区。而在珍珠贝区，浮游植物丰度高于扇贝区，可能是因为珍珠贝区养殖规模小，对浮游植物带来的摄食压力较低的缘故。此外，不同贝类对浮游植物的选择性摄食也可能会引起浮游植物群落结构的改变。栉孔扇贝(Chlamys farreri)主动选择摄食甲藻和定鞭金藻(Pavlova gyrans)，对骨条藻的选择性不高。在中肋骨条藻为优势种的夏季，栉孔扇贝胃含物最高的品种为海链藻(Thalassiosira)(乔芮, 2015)。而中肋骨条藻可以很好的作为合浦珠母贝幼贝和珠母贝(Pinctada margaritifera)的饵料(Kuwatani, 1964; Martínez-Fernández et al, 2007)。夏季，流沙湾合浦珠母贝对中肋骨条藻的摄食作用可以在一定程度上抑制中肋骨条藻的优势，导致夏季合浦珠母贝养殖区多样性指数高于扇贝养殖区。

3.3 养殖布局对浮游植物的影响

随着水产养殖活动规模的扩大，其对近岸环境的影响和污染问题也越来越突出(鲍旭腾等, 2012)。传统网箱养殖广泛投喂人工饲料和天然杂鱼等饵料，大量的残饵是海域的污染物质来源之一，易造成水体营养指数偏高、底部沉积物堆积、养殖水体底层贫氧现象严重等老化待征。而贝类筏式养殖可以阻挡海水流动，降低养殖海区水体的流速、改变水流方向，使得有机物质和营养盐被截留(苗卫卫等, 2007)。同时，即使在营养盐、水温等富营养化条件满足的情况下，流量、流速和水位等水动力条件也可能成为水体富营养化的制约因子(刘洪波等, 2013)。许栋等(2017)对南渡江下游进行二维水动力及水生态数值模拟，结果显示，枯水期水质富营养化风险远高于丰水期。

与往年调查相比，流沙湾的浮游植物种数和硅藻种数有所恢复，与2008年持平(表 5)。然而，丰度和多样性指数(H')在夏季却出现了较大的波动。吴雪等(2017)认为，一般H' < 1时，表明浮游植物群落可能受到其他环境因素的干扰；均匀度J > 0.3，则表明海区内浮游植物多样性较好。即以H' > 1且J > 0.3作为浮游植物多样性较好的评价标准。在本次调查中，夏季内湾8~11号站位、外湾扇贝养殖区3、6号站位的生物多样性指数和丰富度均低于标准，表明该位点浮游植物多样性差、结构不稳定。郭永坚等(2015)在2012年对流沙湾的调查中发现，鱼贝养殖区的多样性指数、均匀度指数较高，且网箱鱼类养殖区的多样性指数一直为各区最高，与本次调查得出的结论完全相反。上述现象可能是因为流沙湾养殖设施增多，对海水流动性的阻碍增大，引起局部水体污染造成的。

张静等(2013)研究表明，流沙湾潮流运动为带有旋转流的往复流运动，落潮流速大于涨潮流速，且余速较强，海水自净能力很强。罗昭林等(2014)的水动力建模表明，流沙湾内、外湾口水体流速差异显著，退潮时，内湾口的水流速度趋于静止状态(图 8)。2015年，外湾扇贝筏式养殖面积进一步扩大，势必对流沙湾的水交换产生更大的影响。朱宜平等(2010)通过围隔装置研究3种流速对浮游动植物生长的影响，发现浮游植物生物量随着流速增长出现先升高后降低的趋势，并在总量上小于静水环境。鱼类网箱养殖活动易造成水体的富营养化，水动力不足易造成内湾透明度降低，营养盐水平升高，其与夏季高温的共同作用导致耐高温和盐度适应能力较强的中肋骨条藻在内湾大面积增殖。此外，本次调查发现，红海束毛藻首次在流沙湾海区发现，并在夏季普遍出现于湾外各采样点，秋季则遍布于内外湾，冬季仅存在于水温最高的11号站位，春季则出现在内湾的10、11号站位和外湾的3、4号站位。红海束毛藻体积小，生存温度在18℃~32℃之间，在北部湾海域大量分布(Boatman et al, 2017; 丁昌玲等, 2016)，几乎不受贝类摄食压力的影响，其在流沙湾全年的时空分布出现了明显的温度相关，也间接地表明，流沙湾水动力受到养殖设施较大的干扰。

与2012年相比，流沙湾无机磷和总颗粒有机物的含量有所上升，其中，颗粒有机物范围由原先的2.64~6.18(郭永坚等, 2015)上升到本次的5.01~10.22，表明随着水动力不足，部分海域可能出现了富营养化趋势。此外，本次调查中，溶解氧水平低于2012年的调查结果，表明流沙湾可能已出现养殖负荷超过系统承载力的状况。水动力不足的情况下，在养殖活动强度大的5~11月，应注意赤潮和水中氧含量过低情况的发生。