中国近海有害藻华研究现状与展望

海洋或淡水环境中的一些藻类生物量暴发性增长会形成有害藻华(harmfulalgalblooms,HAB),对人类健康、生态安全和社会经济发展构成威胁。近50年来,近海有害藻华问题不断加剧,已经成为一类全球性的海洋生态环境问题。在"全球有害藻华生态学与海洋学研究计划(GEOHAB)"和"全球变化下有害藻华研究计划(GlobalHAB)"支持下,有害藻华研究不断深入,在"有害藻华原因种多样性、生物地理分布特征与适应策略"、"典型有害藻华的生态学与海洋学研究"、"富营养化和气候变化对有害藻华的影响"、"藻毒素与人类健康"、"有害藻华的监测、预警和防控"等方面取得了重要进展。有害藻华是我国近海最突出的生态灾害之一,自2000年以来,我国近海大规模有害藻华不断出现,藻华原因种表现出多样化、小型化和有害化的演变趋势,对沿海地区社会经济发展和生态系统健康构成严重威胁。针对我国近海的有害藻华,本文从有害藻华原因种基础生物学研究、有害藻华生态学与海洋学研究、近海有毒藻和藻毒素研究、有害藻华监测与治理研究等四个方面对主要研究进展进行了总结和分析。综合国内外有害藻华现状和相关研究进展,建议进一步深化对我国近海有害藻华形成及演变机理的研究,高度关注全球变化和人类活动对我国近海有害藻华的影响,推动有害藻华监测预警体系建设,持续提高对藻华灾害的防控能力,积极参与有害藻华领域国际合作,更好地应对有害藻华问题。     

我国近海有毒藻和藻毒素问题的研究现状与展望

海洋中的一部分微藻能够产生藻毒素,导致鱼、贝类等养殖动物染毒或死亡,甚至危及人类健康和海洋生态安全。近20年来,随着对有害藻华(Harmful algal bloom, HAB)问题关注程度的不断提高和研究手段的快速发展,对我国近海有毒藻和藻毒素的认识也在不断深入。本文针对常见的几类藻毒素,从贝类中藻毒素污染状况、毒素来源、有毒藻藻华状况等角度,对我国当前相关研究工作进展进行了综述。大量研究表明,麻痹性贝毒毒素(paralytic shellfish toxins, PSTs)和腹泻性贝毒毒素(diarrhetic shellfish toxins, DSTs)在我国近海最为常见,其中,麻痹性贝毒主要由有毒亚历山大藻(Alexandrium spp.)产生,产毒藻种常见于南海海湾、福建沿海、长江口邻近海域、海州湾、北黄海和秦皇岛近海等,中毒事件也时有发生。常见的大田软海绵酸、扇贝毒素等腹泻性贝毒毒素多由鳍藻(Dinophysis spp.)产生,我国近海贝类沾染藻毒素的现象也非常常见。近年来,随着高效液相色谱和质谱技术的发展,在我国近海发现了越来越多的有毒藻和藻毒素。在对文献进行综合分析的基础上,简单探讨了有毒藻与藻毒素对海产品食品安全的影响及风险,以及未来研究发展方向。     

Toxic and harmful algae in the coastal waters of Russia

Toxic algal species of marine and brackish-water plankton, as well as nontoxic microalgae, which are capable of initiating harmful blooms, cause a detriment to human health (seafood poisoning) and often lead to a total crisis of coastal water ecosystems. The Russian coastal waters are inhabited by dozens of toxic and bloom-causing algal species, their toxins are accumulated in the tissues of edible mollusks, and there have been incidents of human poisonings and marine fauna mortality due to these blooms. An analysis of the current situation concerning the problem of toxic algae and harmful blooms of nontoxic species in the seas of Russia provides evidence that it is necessary to create a system of compulsory governmental monitoring of the exploited marine areas to serve as the basis of ecological safety control in the exploitation of the biological resources of the Russian Federation, as well to introduce compulsory sanitary control of diarrheic, paralytic, and amnesic phycotoxins. The compiled summary of algal toxic and potentially toxic species met in the European and Far Eastern seas of Russia is given with notes on their toxicity type and its manifestations.     

闽三角海域赤潮发生的时空特征

赤潮是海洋生态系统异常的重要指标。本文收集1986～2017年闽三角海域的赤潮事件,基于GIS技术分析赤潮的时空分布特征。结果表明:32年来,闽三角海域赤潮发生98次,赤潮高发区在厦门西海域、同安湾和泉州湄洲湾海域;闽三角海域赤潮年际发生次数呈波动变化,一年中赤潮高发期集中在5～8月;中肋骨条藻、角毛藻及旋链角毛藻是闽三角海域的赤潮优势种,具有一定的区域分布特征;有毒赤潮事件发生频率有增加趋势。本文系统性地总结了闽三角海域赤潮时空特征,为该区域的赤潮风险分析和预防提供依据。     

南麂海域浮游植物的分布特征

通过对南麂海域2003～2005年4个季节8个航次浮游植物样品的观察,对不同季节浮游植物的种类组成和数量分布进行了分析。研究结果表明,从调查样品中鉴定出浮游植物为3门34属128种。南麂海域的浮游植物密度从4月下旬到12月中、上旬(除赤潮消亡期外),基本保持在107个/m3以上。春季浮游植物以甲藻为主,夏季和冬季以硅藻为主;秋季大部分时间浮游植物以硅藻为主,有时以甲藻为主。能形成该区域赤潮的生物有14种,其中已引发赤潮的生物占6种(甲藻3种,硅藻3种)。春季赤潮为有色赤潮,有较大的危害性;其它季节的赤潮为无色赤潮,未出现危害现象。     

入海泥沙的减少对长江口赤潮增加有贡献吗?

过去几十年来全球近海有害藻华（又称赤潮）发生频率持续增加。人类活动造成的河口-近海富营养化程度的加剧,被认为是导致全球有害藻华增加的主要原因。但是,富营养化程度的加剧可能不是全球有害藻华增加的惟一原因。河流入海的非营养盐类的其他物质通量变异（如泥沙）,也可能显著影响河口-近海的生物活动乃至赤潮的发生。过去40年来随着长江入海营养盐通量的增加,长江入海泥沙通量减少了70%。长期观测资料显示,由于泥沙减少使得长江口羽状流区光照条件显著改善,长江口浮游植物生物量最大值区已扩展至更低盐度的区域。此外,过去40年来长江口赤潮发生频率变化与长江入海泥沙通量变化呈现镜像关系,且二者呈显著的负相关关系。因此认为,长江入海泥沙的剧烈减少降低了羽状流区水体浊度,从而对长江口区赤潮频率的增加有一定贡献。     

东海赤潮遥感自动监测系统开发与应用

赤潮是最严重的海洋灾害之一,它不仅破坏海洋渔业生产、恶化海洋环境、影响滨海旅游业,而且还会影响人类健康。卫星遥感技术具有覆盖范围广、重复率高、成本低廉等优势,近年来已成为赤潮监测不可或缺的重要手段。本研究利用C++语言建立了一套赤潮遥感监测系统。该系统能自动接收和处理遥感数据,并利用赤潮水体的光谱和固有光学量特征自动提取赤潮信息。在实际业务化应用中,该系统被国家监测部门采用,在2013年4月至9月东海赤潮高发期间,该系统制作了55期赤潮遥感监测产品,用于指导船舶现场监测工作,取得了良好的应用效果。利用本系统对近年来东海发生的27次大型赤潮事件进行了发生位置和面积的提取,并与现场观测结果进行比较。结果显示,系统对大部分赤潮范围的识别有较好的效果,对赤潮识别准确度大概在80%左右。     

有毒赤潮藻及其毒素的危害与检测

海洋中可引发赤潮的藻类约有300种,其中有毒赤潮藻为80种左右。现已知道的赤潮藻主要毒素有麻痹性贝毒、腹泻性贝毒、记忆缺失性贝毒、神经性贝毒、西加鱼度和溶血性毒素,前5种毒素的结构已经基本得到证实。有毒赤潮藻的毒素可以在海洋生物体内积累,人类误食含有藻毒素的食品时可能中毒,严重者还可能死亡。海洋有毒赤潮藻及其毒素的检测已经成为当今全球赤潮研究和监测的重要内容之一,可以通过形态学分类方法、分子生物学技术(遗传探针)和免疫学检测技术对有毒赤潮藻进行检测;可以通过生物学、物理化学检测方法和神经受体结合、免疫学检测技术对赤潮藻毒素进行检测。     

海洋有害藻华研究进展

浮游植物不仅是食物链的基础环节,也在生物地球化学循环中起着重要作用。然而,某些种类在一定条件下会过度增殖富集形成有害藻华(因造成水色变为红、绿、褐、金等颜色,所以俗称为赤潮、绿潮、褐潮、金潮等),结果严重影响当地经济、海洋生态系统、全球生物地球化学循环甚至人类健康。近年来,随着水体富营养化、全球气候变化等现象加剧,有害藻华(Harmful Algal Bloom,HAB)的暴发规模和频次呈逐年增加趋势,且相关研究已成为环境生态学领域的热点。本文主要以典型海洋HAB生物为线索,从物种分布、生物监测、主要影响因素、分子机制及防治等方面概述了近十年HAB的主要研究进展,总结了现有研究的优点和不足,并对未来HAB研究做了相关展望。近十年的研究进展主要体现在:(1)不断有新的HAB物种被发现或鉴定,HAB藻类系统分类也不断被更新;(2)鉴定、检测方法包括DNA分析、生物传感器研发应用等有较大改进;(3)藻类毒素生物合成通路的研究有一定进展;(4)在HAB生态学与海洋学研究持续发展的基础上,分子机制及现代组学发展较迅速。然而, HAB发生的关键环境诱因和生物学(特别是生化与分子)机制仍然不是很清楚,缺乏一个可用来预测HAB暴发的关键因子。笔者认为,一方面是因为HAB的复杂性、种类及生态系统的特异性,另一方面是研究缺乏系统性与完整性。因此未来有必要加强对每一个重要的HAB原因种开展系统、持续的研究,类似于生物科学领域里的模式种研究,并且有必要开展综合性的研究,如实验室单种培养、中尺度模拟及现场生态研究相结合,整合现代组学、传统生理生态学和现场实时连续观测等技术。     

有害藻华数据分析与可视化平台的设计

有害藻华是海洋中最为常见的一类生态灾害问题,对养殖业、旅游业和公众健康等造成了严重威胁,也给海洋管理带来了巨大的挑战。近年来,与有害藻华相关的生物、化学、水文、气象等观测数据以及有害藻华发生记录等统计数据不断积累,统计学方法、地理信息系统(Geographic Information System, GIS)等数据分析方法也在快速发展,为深入挖掘有害藻华时空演变特征、提高有害藻华监测预警水平奠定了重要基础。该研究综合应用数据库、地理信息系统及可视化技术,设计了一套集有害藻华多源异构数据管理、分析与可视化为一体的综合平台,能够实现对有害藻华相关数据的存储和动态关联,并集成了空间分析方法,实现了数据和分析产品的可视化。该研究以渤海有害藻华长期时空演变特征探究为案例,展示了该平台在有害藻华数据分析与可视化方面应用效果。该平台可望为公众科普、科学分析和政府决策等提供支撑。     

有害赤潮藻赤潮异弯藻Heterosigma akashiwo研究进展

浮游植物不仅在食物链中充当贡献者,也在生物地球化学循环过程中扮演着重要角色,然而一些种类在某些条件下暴发性增殖或聚集,形成有害藻华,对人类健康和生态系统构成威胁。赤潮异弯藻是形成有害藻华的典型物种,其藻华发生时会造成养殖鱼类大面积死亡,给水产养殖业造成巨大损失。近年来,随着全球气候变暖、水体富营养化程度日趋严重,有害藻华发生的规模和频次总体呈增加趋势,且相关研究表明气候变暖和二氧化碳水平升高均能刺激赤潮异弯藻的生长。本文主要从赤潮异弯藻物种鉴定、基础生物学研究、生态学研究等几个方面综述了该物种的研究进展,并对其未来研究方向进行了相关展望,以期为赤潮异弯藻的藻华形成机制研究、藻华防治等工作提供参考。     

海洋浮游植物薄层的研究进展

浮游植物薄层是指位于水体次表层、厚度从几厘米到几米的高丰度浮游植物分布层。与大洋相比，在河口、海湾和近海的浮游植物薄层往往分布浅、强度大，具有明显的时空变化。浮游植物薄层的形成和维持不仅受到层化、楔入、剪切等物理过程的调控，也与浮游植物的生长、聚集及浮游动物的差异化捕食等生物生态学过程有关，目前围绕浮游植物薄层的形成机制已提出了趋旋俘获等假说。浮游植物薄层对其生长、繁殖、防御等具有重要意义，有的浮游植物薄层聚集了大量的有毒有害藻，与有害藻华的发生关系密切。深入研究浮游植物薄层的成因，将为阐明有害藻华的发生机制和有效监测提供重要依据。     

近10年珠江口海域赤潮发生特征及原因初探

对2000-2009年珠江口海域发生的各种赤潮灾害资料进行统计分析,研究珠江口海域赤潮发生的时空分布规律、赤潮种类的变化规律、海水营养限制的变化状况.结果表明,珠江口赤潮多发区为深圳湾海区,近年珠江口西部珠海沿岸海域频发大面积赤潮;赤潮灾害发生的持续时间呈上升趋势;赤潮多发种为中肋骨条藻,多发于深圳湾;定鞭藻类原球形棕囊藻引发的有毒赤潮明显增多且影响范围较大.研究发现,珠海沿岸海域频发大面积赤潮和深圳湾春季频发赤潮可能与出现潜在硅酸盐营养限制有关,冬季频发球形棕囊藻与季节骤然升温有关.     

中国海域赤潮物种多样性

遍布全球的赤潮问题近几十年来在我国海域愈演愈烈,成为我国海域最突出的生态灾害之一,严重威胁人类健康、生态安全和社会经济发展。随着研究的深入,我国海域越来越多的赤潮物种及隐存种得到鉴定,分类地位也经过不断修订,但是这些信息零散,不利于研究者系统认识和跟踪研究我国海洋赤潮物种。为此,文章整理了国内外赤潮物种研究资料,并参照联合国教科文组织全球有害藻华物种分类参考名单(2021年版,仅包括有毒赤潮物种)内容,完成了赤潮物种统计,共收录了341个赤潮物种,既包括有毒赤潮物种,也包括无毒赤潮物种。在这341个赤潮物种中,大部分(215种)在中国海域也得到鉴定,其中76个物种在所有主要海域都得到鉴定。近年来,基于通用分子标记(比如18S rDNA序列)的宏条形码分析被广泛应用于针对赤潮物种的鉴定和研究,成为研究赤潮物种组成及其时空动态变化的重要手段。然而,这341个赤潮物种中近30%的物种其18SrDNA序列尚未得到解析,严重限制了宏条形码方法的充分应用,是推行宏条形码分析中的重要瓶颈。全面构建赤潮物种分子标记可以促进宏条形码分析方法作为新一代海域生态调查分析技术,更好地将其应用于解析我国海域赤潮...     

应用实时定量PCR技术检测秦皇岛近岸海域褐潮原因种——抑食金球藻(Aureococcus anophagefferens)

Aureococcus anophagefferens, a small pelagophyte algae, has caused brown tide blooms in coastal waters of Qinhuangdao in recent years, presenting significant negative impacts on the shellfish mariculture industry. Under standard light microscopy, it is visually indistinguishable from other small algae in field samples due to its extremely small size. In this study, quantitative polymerase chain reaction(q PCR) based on 18 S r DNA sequences was developed and used to detect and enumerate A. anophagefferens. A linear regression(R2 = 0.91) was generated based on cycle thresholds value(Ct) versus known concentrations of A. anophagefferens. Twenty-two field samples collected in coastal waters of Qinhuangdao were subjected to DNA extraction and then analyzed using q PCR. Results showed that A. anophagefferens had a wide distribution in coastal waters along Qinhuangdao. Elevated A. anophagefferens abundance, category 3 brown tide blooms(200 000 cells/m L) occurred at Dongshan Beach and Tiger-stone Beach in August in 2013. In shellfish mariculture areas along coastal waters of Qinhuangdao, 4 stations had category 3 blooms, and 6 stations had category 2 blooms(35 000–200 000 cells/m L) in August and all stations had category 1 blooms(0 to ≤35 000 cells/m L) in October. Quantitative PCR allows for detection of A. anophagefferens cells at low levels in filed samples, which is essential to effective management and prediction of brown tide blooms.     

我国近海赤潮灾害发生特征、机理及防治对策研究

近海赤潮灾害的频繁暴发严重破坏海洋生态平衡和海洋环境.根据2000～2009年的统计数据,从赤潮灾害发生时间、地域分布、赤潮生物优势种和规模变化4个方面分析了我国近海赤潮灾害的发生特征,同时探究了赤潮生物、营养物质(氮、磷、铁、锰、维生素、特殊有机物等)和外部环境(气象条件、水动力条件、海水理化因子等)引发赤潮灾害的机...     

FerryBox and MERIS – Assessment of coastal and shelf sea ecosystems by combining in situ and remotely sensed data

An automatic measuring system called “FerryBox” was installed in the North Sea on a ferry travelling between Germany (Cuxhaven) and Great Britain (Harwich), enabling online oceanographic and biological measurements such as salinity, temperature, fluorescence, turbidity, oxygen, pH, and nutrient concentrations. Observations made along the ferry transect reveal characteristic phenomena such as high salinity inflow through the Channel into the Southern Bight, algal bloom dynamics and related oxygen and pH changes. Combination of these online observations with remote sensing enhances the spatial resolution of the transect related measurements. Several examples of the synergy between these two measuring strategies are shown, both for large-scale algal blooms in the North Sea as well as for local intense but short-term blooms in the German Bight. Coherence of the data sets can be gained and improved by using water transport models in order to obtain synoptic overviews of the remotely sensed and FerryBox related parameters. Limitations of the currently used algorithms for deriving chlorophyll-a from remote sensing images for coastal and shelf seas (Case-2 water) are discussed, as well as depth related processes which cannot be properly resolved on the basis of water intake at a fixed point. However, in unstratified coastal waters under normal conditions FerryBox data represent average conditions. The importance of future applications of this combination of methods for monitoring of coastal waters is emphasized.     

我国近海米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)藻华发生概况、危害及其生态学机制

米氏凯伦藻(Kareniamikimotoi)隶属于裸甲藻目(Gymnodiniales)凯伦藻科(Kareniaceae)。该藻广泛分布于全球海域,是海洋中的主要有毒有害赤潮藻,也是我国第二大灾害性赤潮肇事种。米氏凯伦藻可产生半乳糖脂、溶血毒素、鱼毒素和部分细胞毒素,当其大规模暴发时会造成严重的生态灾害和经济损失,并危及海产品安全和人类健康。该藻为广温广盐种,光照耐受阈宽,多以光合作用营自养生长,主要繁殖方式为无性繁殖;另外,米氏凯伦藻能吸收利用不同形态的磷盐,并可进行吞噬营养。这些生态学特性使其具有环境适应优势,在适宜条件下过度繁殖引发藻华。     

东亚气候的年代际变化对中国近海生态的影响

回顾了近几十年来中国近海赤潮的发生,利用长时间序列NCEP、ERA-40、HadISST和SODA等大气海洋高分辨率的再分析资料以及经验正交函数（EOF）方法,分析了近50a来东亚气候的异常变化,包括东亚夏季大气环流的年代际变化,东亚大气环流散度场、中国近海表层海温（SST）和经向海面风应力的时空特征及其与中国近海环境和生态异常的联系.结果表明,20世纪70年代末以来,中国大陆东部和东海近岸从长江口至台湾海峡附近海域上空的低层大气辐合表现为年代际增强,与该海域赤潮的发生在气候态时间尺度上有显著的对应关系,而低层大气辐合的偏强则有利于该海域上升流的形成和加强,易促使沉积于海底的营养盐和蛰伏的赤潮藻孢囊（休眠细胞）运移至海水表层;并且,近30a来中国近海出现了SST持续上升和经向海面风应力不断减弱等有利于赤潮发生以及海洋生物地理分布变化的年代际气候异常现象.这表明东亚海洋大气的年代际异常可能是该海域20世纪70年代末以来赤潮等生态灾害频发和中国近海海洋生物地理分布变化尤其是鱼类物种北移的重要原因之一.     

Influence of the vertical distribution of cyanobacteria in the water column on the remote sensing signal

An increased intensity of cyanobacterial blooms and their potentially harmful effects have attracted the attention of environmental agencies, water authorities and the general public worldwide. Reliable operational monitoring methods of coastal waters, lakes and ponds are needed. Mapping of the surface extent of cyanobacterial blooms with remote sensing is straightforward, but recognizing waters dominated by cyanobacteria throughout the water column and quantitative mapping of cyanobacterial biomass with remote sensing is more complicated. Unlike most algae, cyanobacteria can regulate their buoyancy and move vertically in the water column. We used the Hydrolight 4.2 radiative transfer model and the specific optical properties of three species of cyanobacteria to study the impact of vertical distribution of cyanobacteria on the remote sensing signal. The results show that the vertical distribution of cyanobacteria in the water column has a significant impact on the remote sensing signal. This result indicates that developing remote sensing methods for quantitative mapping of cyanobacterial biomass is much more complex than quantitative mapping of an algal biomass that is uniformly distributed in the top mixed layer of water column.