东海海域典型赤潮水体反射光谱模拟研究

东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense Lu)是我国东海海域的典型赤潮藻种,其在水体中通常呈垂直非均匀分布,并存在季节性和日内的垂直迁移现象。本文通过量化垂直迁移过程中东海原甲藻的分布状态,利用Hydrolight软件数值模拟各状态下的水体反射光谱,研究其光谱特征和变化规律。利用叶绿素浓度高斯垂向模型表征东海原甲藻在水体中的垂直分布,结合东海近岸海域二类水体的生物光学模型,模拟得到垂直迁移过程中东海原甲藻赤潮水体的反射光谱。对比分析叶绿素浓度垂向分布参数(背景叶绿素浓度、甲藻主体水层厚度、水体总生物量和叶绿素浓度峰值深度)对水体反射光谱的影响。研究结果表明,在东海原甲藻从次表层向表层垂直向上迁移过程中,水体反射光谱数值在蓝绿波段(400—570nm)减小,在黄红波段(570—720nm)增大,特别是在叶绿素荧光效应波段(680nm)处的变化尤为明显。     

半连续培养下东海原甲藻和中肋骨条藻种群生长过程与种间竞争研究

采用半连续培养方法研究了温度和营养盐(N和P)限制对中国东海2种重要赤潮生物东海原甲藻和中肋骨条藻生长及种间竞争的影响。结果表明,东海原甲藻在20℃和25℃时生长状态良好,具有明显的指数增长期,15℃时细胞生长明显受到影响;中肋骨条藻具有较广的温度适应性,15~25℃时均具有明显的指数增长期。东海原甲藻可以忍受低营养盐环境并种群增长,而中肋骨条藻细胞增长需要较丰富的营养盐。在营养盐充足的环境里中肋骨条藻具有竞争优势,相反,在营养盐限制的环境中,东海原甲藻是竞争的优胜者。实验结果与东海原甲藻赤潮爆发现场的环境调查结果基本一致,可以作为解释东海原甲藻赤潮形成原因的依据。     

磷酸盐对两种东海典型赤潮藻影响的围隔实验

采用了围隔生态实验方法,研究了围隔中营养盐含量及结构变化和磷酸盐对东海典型赤潮藻种(东海原甲藻和中肋骨条藻)生长的影响。结果表明,在高磷条件下,中肋骨条藻快速增殖,稳定期缩短,细胞数很快下降,而东海原甲藻由于氮源的限制生长期明显缩短。在磷限制条件下,中肋骨条藻细胞增殖受到明显抑制,生物量偏低,而东海原甲藻受到的影响较小。磷可能是东海原甲藻及中肋骨条藻生长的限制因子。氮磷比会影响浮游生物的生长,较高的氮磷比可能对东海原甲藻的生长有利,较低氮磷比则可能有利于中肋骨条藻生长。东海原甲藻能在营养盐浓度较低的生长环境中占有优势,相反,营养盐浓度较高的环境更适合中肋骨条藻的生长,中肋骨条藻具有更强的竞争能力。     

营养盐浓度和初始细胞密度对东海原甲藻与塔玛亚历山大藻种间竞争的影响

以我国东海2种重要赤潮原因种--东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)和塔玛亚历山大藻(Alexandrium tamarense)为研究对象,研究了高、低磷酸盐浓度以及初始细胞密度对这2物种种群增长与种间竞争的影响.结果表明,不同实验条件下2物种有不同的竞争结果,营养盐限制环境中主要表现为资源利用性竞争,东海原甲藻为竞争优势种;丰富营养盐环境中,种间竞争具有明显的密度依赖性,根据初始细胞密度的不同,2竞争物种既可以相互排斥,也可能共存.该结果与东海赤潮特征即2物种既可以分别形成单相型赤潮,又可以共同形成双相型赤潮相一致.     

2004年春季东海赤潮高发区COD分布及其与赤潮关系的初步研究

2004年4～5月初在东海赤潮高发区暴发的特大规模原甲藻赤潮前期和暴发初期对该海域进行的现场调查，并对该海域COD的分布特征进行了探讨。结果表明，赤潮暴发前COD为0．295-1.836mg／L，主要受陆源输入影响。根据其在局部海区底层出现的异常升高结合其他参数分析可对特定海区潜在赤潮暴发的可能性进行评估。赤潮暴发时COD为0．36～3．14mg／L，表层和中层与叶绿素存在显著正相关关系，表明其主要受生物影响。富营养化指数表明赤潮暴发前近一半海域已经处于富营养化状态，但COD对富营养化的贡献不如营养盐重要。     

东海原甲藻与塔玛亚历山大藻种群增长过程与种间竞争研究

针对我国东海2种重要赤潮肇事生物东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)和塔玛亚历山大藻(Alexan-drium tamarense)进行了种群增长过程和种间竞争的实验研究。结果表明,单种培养时,不同氮磷比对东海原甲藻和亚历山大藻种群增长过程没有明显的影响,但是会影响其最终的细胞密度;在混合培养时,营养盐组成比例不同对东海原甲藻和塔玛亚历山大藻的种间竞争过程有影响,但不会影响其最后竞争结果。竞争物种的细胞起始密度对种间竞争结果有明显的影响,P.donghaiense和A.tamarense的接种细胞密度比为2 000∶100和2 000∶200时,东海原甲藻占优势;当接种细胞密度比为4 000∶400时,塔玛亚历山大藻占优势。     

基于现场调查和MODIS卫星遥感下东海原甲藻主导的混合甲藻赤潮生消规律研究

浙江省南部沿海地区是赤潮灾害事件频发的海区之一。本研究通过现场调查以及利用搭载在极地轨道环境遥感卫星Aqua上的中等分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectro Radiometer,MODIS)传感器数据,研究了2016年5月浙江南部洞头和南麂列岛附近海域东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)主导、夜光藻(Noctiluca scintillans)伴生的混合甲藻赤潮生消特征。结果表明:现场水采浮游植物第一优势种东海原甲藻和网采浮游植物第一优势种夜光藻细胞密度在绝大部分站位超过1.0×10~7个/m~3和1.0×10~5个/m~3、优势度达到0.82和0.34、出现频率则分别为82.46%和98.25%。本次东海原甲藻赤潮具有较为完整的生消周期(生长、维持和消亡阶段),而夜光藻每天细胞密度的变化幅度相对较小,因此难以划分明显的生消阶段。另外,基于MODIS影像,根据赤潮指数(RI 2.8)和硅甲藻赤潮水体分类(干净水体、高浑浊水体、混合水体、东海原甲藻赤潮水体、硅藻赤潮水体),在更宏观的角度显示了本次东海原甲藻为主混合赤潮的生消特征。本次赤潮从洞头海域的东北部开始,其中在5月13日结合现场调查数据,发现东海原甲藻赤潮高峰出现在洞头列岛与南麂列岛附近海域,而后逐步向西南海域近岸发展。因此,在现场调查确定赤潮优势种的基础上结合遥感影像可以为赤潮监测提供更加科学合理的结果。     

东海赤潮高发区营养盐时空分布特征及其控制要素

东海长江口、舟山渔场附近海域是我国近海赤潮爆发严重的区域之一。在影响该海域营养盐分布的水团中 ,长江冲淡水向表层输入了大量的氮、磷、硅营养盐 ,台湾暖流主要对底层和长江口外上升流区有贡献 ,苏北沿岸水、闽浙沿岸水主要影响近岸区域。同时 ,营养盐在海水 -沉积物界面的交换作用 ,大气湿沉降作用等也影响着该海域营养盐的时空分布。结合2002年4月～2003年3月对29°00′～32°00′N、122°00′～124°00′E海域四季航次调查的营养盐分布规律 ,该海域可分为三片区域 ,由岸边向外海分别为高营养盐、低浮游植物区 ,较高营养盐、高浮游植物区和较低营养盐、低浮游植物区。随着近年来营养盐输入通量的增加 ,富营养化程度加大 ,受化学、物理、生物等因素综合作用 ,高浮游植物区赤潮爆发频率和规模逐年增加 ,已为中国近海典型的赤潮高发区     

最优插值法在东海赤潮高发区赤潮生消过程数值模拟中的应用

将最优插值法与赤潮数值模型相结合,针对时空分辨率不统一的卫星遥感数据及海洋常规调查数据,进行了东海赤潮高发区海表温度场及海表营养盐浓度场的数据同化研究,并在此基础上进行了该海区春季赤潮过程的数值模拟研究。数据同化结果显示,最优插值数据同化方法不仅在一定程度上修正了海表温度场模拟结果的误差,尤其体现在对赤潮藻的生长影响较大的温度区段18—20℃等值线的南移,而且较为明显地优化了研究海域海表营养盐浓度场,使模拟结果更加接近观测值。对比赤潮过程数值模拟结果发现,在未加同化情况下,海区赤潮藻并未形成大规模赤潮,并且消散较快;而在加入同化后,研究海域交替出现了硅藻及甲藻的大范围赤潮,赤潮生消过程与现场调查数据分析结果较为一致。耦合了最优插值数据同化方法的赤潮数值模型,由于具有改进海洋环境背景场的优势,因此可以在赤潮预报预警工作中得到较好应用。     

营养盐在东海春季大规模赤潮形成过程中的作用

为研究营养盐在东海大规模赤潮形成过程中的作用,分别于2004,2005年春季在东海赤潮爆发前进行了2个航次的海上调查。调查结果显示:DIN,PO4-P,SiO3-Si浓度分别高达15,0.55,15μmol.L-1以上,调查海域整体上处于富营养化状态;受陆源输入影响,调查区域营养盐分布呈现出近岸高、外海低,等值线走向与岸线基本平行的特点。同2004年相比,2005年春季调查海域营养盐高值区明显外扩,营养盐水平整体升高:其中DIN浓度升高9%、PO4-P升高18%、SiO3-Si升高60%,硅磷比上升60%,硅氮比上升了47%。研究结果表明,较高的营养盐浓度水平,较高的硅酸盐含量以及较高的硅磷比、硅氮比值是2005年春季优先爆发大规模硅藻赤潮的重要原因之一。     

东海春季赤潮过程中优势种的演替:生物-物理耦合数值模拟

In the East China Sea(ECS), the succession of causative species responsible for blooms is a recurrent phenomenon during the spring, which changes from diatoms to dinoflagellates. Observations from space and in situ cruises captured this pattern of succession during spring of 2005. In this study, we coupled two biological models, which were developed previously for Skeletonema costatum and Prorocentrum donghaiense,into a circulation model tailored for the ECS. The coupled biophysical model was used to hindcast the blooms and to test the hypothesis proposed in earlier studies that phosphate(PO4 3–) is the first-order decider of the succession. The coupled model successfully reproduced the hydrodynamics(as described in a companion paper by Sun et al.(1), the spatiotemporal distribution of the chlorophyll a(Chl a) concentration, and the species succession reasonably well. By analyzing the effects of different factors on the surface Chl a distribution, we confirmed that the offshore boundaries of the blooms were confined by PO4 3–. In addition, we suggest that surface wind fields may modulate the horizontal distribution of blooms. Thus, during the dispersal of blooms, surface winds coupled with PO4 3– may control the succession of blooms in the ECS. The proposed coupled model provides a benchmark to facilitate future improvements by including more size classes for organisms, multiple nutrient schemes, and additional processes.     

Blooms of Prorocentrum donghaiense reduced the species diversity of dinoflagellate community

Most of reported harmful algal blooms(HABs)of microalgae(75%)have been caused by dinoflagellates.Studies on the negative effects of HABs have generally focused on animals,valuable organisms in particular,and environmental factors such as dissolved oxygen and nutrients,but relatively fewer on community level,particularly that using metagenomic approach.In this study,we reported an investigation on the effects of a HAB caused by the dinoflagellate Prorocentrum donghaiense on the species diversity and community structure of the dinoflagellate sub-community via a pyrosequencing approach for the samples taken before,during,and after the bloom season of P.donghaiense in the East China Sea.We sequenced partial 28S rRNA gene of dinoflagellates for the field samples and evaluated the species richness and diversity indices of the dinoflagellate community,as a sub-community of the total phytoplankton.We obtained 800185 valid sequences(categorized into 560 operational taxonomic units,OTUs)of dinoflagellates from 50 samples and found that the biodiversity of dinoflagellate community was significantly reduced during the blooming period in comparison to that in pre-and after-blooming periods,as reflected in the four diversity indices:the species richness expressed as the number of OTUs,Chao1 index,Shannon index(evenness),and Gini-Simpson index.These four indices were all found to be negatively correlated to the cell density of the bloom species P.donghaiense.Correlation analyses also revealed that the P.donghaiense cell abundance was correlated negatively with NO3--N,and NO2--N,but positively with total nitrogen(TN)and total phosphorus(TP).Principal coordinates analysis(PCoA)showed that the community structure of dinoflagellates was markedly different among the different sampling periods,while the redundancy analysis(RDA)revealed P.donghaiense abundance,salinity,NO3--N,and SiO32-were the most four significant factors shaping the dinoflagellate community structure.Our results together demonstrated that HABs caused by the dinoflagellate P.donghaiense could strongly impact the aquatic ecosystem on the sub-community level which the blooming species belongs to.     

混合培养条件下几种赤潮藻对无机磷源的竞争生长研究

采用批次培养方式,研究混合培养的几种赤潮藻东海原甲藻(PrDrocentrum donghaiense)与中肋骨条藻(Skeletonema costatum)及东海原甲藻与链状亚历山大藻(Alexandrium catenella)对溶解无机磷源的竞争生长响应.结果表明,在富磷及贫磷的培养条件下,中肋骨条藻的比生长率远超过东海原甲藻,而成为培养体系中的绝对优势种.在东海原甲藻与链状亚历山大藻的混合培养体系中,原甲藻大量死亡,可能存在亚历山大藻对原甲藻的他感作用.培养体系中,碱性磷酸酶活性随藻类磷胁迫而显著升高,可能在后期种群利用代谢有机磷源时发挥重要作用,且在不同培养体系中表现出酶活性大小及状态的差异性,该结果可能影响浮游植物对有机磷源的利用效率.     

流式影像仪在东海海域甲藻藻华研究中的应用

有害藻华对海水养殖、人类健康和生态安全构成威胁,已成为全球性的生态灾害.近20年来,米氏凯伦藻(Karenia mikimotoi)、东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)等甲藻形成的有害藻华在东海海域连年暴发,其频率高、危害大,形成及演变机理复杂,对藻华原因种进行监测是开展有害藻华预警和防控的...     

微生物复合改性粘土去除东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)初探

近年来,随着对抑藻微生物认识的深入,利用藻-菌相互作用控制有害藻华展现出极大的应用前景。在前期改性粘土治理有害藻华方法的基础上,首次将不同种类的微生物与传统的改性粘土复合,研究了不同的复合比例、制备方式等对典型有害藻华生物——东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)去除效率的影响,初步探讨了其作用机制。结果表明:菌密度1.5×1010 cells/L的EM菌(effectivemicroorganisms,有效性微生物)及其滤液可以有效去除东海原甲藻;利用EM菌对粘土进行复合改性处理可以进一步提高改性粘土的除藻能力,呈现出1+12的效果。在适宜范围内,增加熟化时间与温度有利于复合改性粘土除藻效率的提升。文章进一步分析探讨了EM菌复合改性粘土的除藻机制,认为改性粘土通过富集EM菌和分泌的抑藻物质,增加了其对微藻的直接和间接除藻作用;适宜的熟化温度和熟化时间可促进EM菌的繁殖及其在改性粘土上的吸附,有利于复合改性粘土去除效率的提升。上述研究结果为改性粘土治理有害藻华技术的进一步提升和完善提供了新的探索。     

改性黏土法消除球形棕囊藻赤潮的现场实验与效果评估

球形棕囊藻是一种具有复杂异型生活史的有毒有害赤潮生物,近年来在我国近海频繁暴发成灾,形成的巨大囊体为国内外罕见。迄今还未见到有效消除囊体型球形棕囊藻赤潮的方法报道。本文通过海上围隔实验和现场赤潮消除工程跟踪监测,考察了喷洒改性黏土消除囊体型球形棕囊藻赤潮的可行性与效率,并分析了改性黏土法治理赤潮时对水体及沉积环境的可能影响。围隔实验结果表明,喷洒改性黏土可以有效消除水体中过量的微藻细胞,其中以少量多次喷洒方法的效果最好,生物量(chl a)去除率90%。在对2016年2月广西防城港附近海域球形棕囊藻赤潮消除时的跟踪监测结果表明,改性黏土法适用于工程化消除赤潮作业,能够快速消除水体中的大量球形棕囊藻囊体,随改性黏土絮凝体沉入海底的赤潮藻可以快速分解而失去活性。喷洒改性黏土对于赤潮水体的主要理化指标影响不显著,所监测的水体COD、pH和不同形态氮、磷、硅等生源要素浓度都在原有水质水平范围内波动。     

黄海浒苔漂移输运模式的建立与应用

本文利用NCEPGFS预报风场和中国近海高分辨率三维MASNUM海浪-潮流-环流耦合海洋数值预报系统的预报数据,建立黄海浒苔漂移输运模式,用于黄海浒苔溯源和漂移输运数值模拟研究。使用2009年5月份黄海表层漂流浮标数据和2012年MODIS卫星遥感浒苔漂移分布资料对所建立的漂移输运模式进行验证,结果表明所建立的模式能够有效的模拟出浒苔暴发区漂流浮标运动状况,并能够有效地模拟出2012年浒苔漂移输运过程。最后运用所建立的模式开展2008年和2010年浒苔漂移输运过程,模拟结果与文献报道的卫星观测结果一致。模拟结果表明,受海洋表层流影响两年浒苔特征显著不同:2010年浒苔影响海域明显小于2008年,且2010年浒苔主体没有大规模在青岛近岸堆积。     

中国沿海球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)的分类、分布及其藻华

球形棕囊藻(Phaeocystis globosa Scherffel)是全球海洋广泛分布的有害藻华种类。1997年10月,中国东南沿海首次暴发了此种藻类的大规模藻华,其后陆续在福建、广东、广西、海南、河北及天津等省市沿海暴发多起同种藻华。中国近海的球形棕囊藻藻华呈现两大独有的特点,即藻类囊体较大(可达3厘米),以及藻华可毒害养殖业。历经20多年,球形棕囊藻在中国沿海已从一个"藻华新记录种"变成了"藻华常见种"。值得注意的是, 2014年以来,广西北部湾海域棕囊藻藻华肆虐,威胁核电冷源安全,受到了社会高度关注,也对球形棕囊藻藻华的研究提出了新的挑战与要求。针对这一生态灾害的最新发展趋势,本文总结了20年来中国球形棕囊藻及其藻华灾害的发生与发展状况,分别就棕囊藻的分类、生活史特征、营养特性、藻华形成的环境驱动因素、生态毒理等诸多方面开展简要综述,冀望为棕囊藻藻华的研究及防治提供基础资料及思路。     

三角褐指藻与东海原甲藻间的他感作用研究

本文主要探究了东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)与三角褐指藻(Phaeodactylum tricornutum)之间的他感作用。在实验室模拟条件下,分别研究了添加比例为10%、40%、60%、90%、100%的三角褐指藻无藻细胞滤液的培养基对东海原甲藻生长的影响,以及相同比例的东海原甲藻无藻细胞滤液培养基对三角褐指藻生长的影响。结果表明,低浓度三角褐指藻滤液对东海原甲藻(P.donghaiense)的生长表现为促进作用,高浓度则抑制其生长,因此,不同浓度的三角褐指藻藻液对东海原甲藻生长表现出两种相反的他感作用效果;而东海原甲藻滤液对三角褐指藻(P.tricornutum)的生长没有显著影响,说明东海原甲藻并未对三角褐指藻表现出他感作用。