黄海绿潮浒苔漂浮生态型的发现与启示

黄海绿潮已经成为常态化发生的海洋生态灾害。遗传分析结果表明,黄海绿潮藻主体由浒苔(Ulva prolifera)的单一群体构成。基于其特殊的基因型、表型,及其占据的独特生态位与生活方式,将其命名为"漂浮生态型"(floating ecotype)。浒苔漂浮生态型的发现,为黄海绿潮关键生态学过程的量化表征提供了重要抓手。基于SCAR特异分子标记的示踪研究表明,在绿潮早期浒苔入海阶段,苏北浅滩紫菜筏架发挥了重要作用;在海上暴发漂移阶段,漂浮生态型在漂浮藻中具有极高的优势度。上述发现提示,黄海绿潮存在重要的生物学成因,应加强针对漂浮生态型适应性特征及其遗传基础的比较研究。鉴于漂浮生态型在山东半岛南岸已零星定殖,提出应关注由于种源北侵和紫菜栽培产业北移带来的潜在风险。上述科学认识对于深刻理解黄海绿潮的成因与发生机制、建立可行的灾害防控措施、科学预测黄海绿潮的演变趋势具有重要意义。     

2017年春、夏季黄海35°N共发的绿潮、金潮和赤潮

于2017年4月至6月,沿南黄海35°N断面出现了罕见的绿潮、金潮和赤潮等有害藻华共发现象。本研究通过现场定时定速拖网等方法,对黄海35°N断面不同站位的大型漂浮藻类进行了定量观测,并对赤潮区浮游植物进行了显微镜观察。结果表明：沿35°N断面的漂浮绿藻和马尾藻生物量具有明显的时空变化特征,4月下旬漂浮绿藻和马尾藻开始零星出现,5月下旬生物量和分布范围明显增加,在6月上旬达到最大,随后在6月下旬降低。漂浮绿藻和马尾藻的分布区域存在差异,120°30''—122°30''E为两者共同分布海域,向西以漂浮绿藻为主,向东则以马尾藻为主。分别于5月下旬和6月下旬在黄海35°N断面发现了1次米氏凯伦藻（Karenia mikimotoi）赤潮和1次赤潮异弯藻（Heterosigma akashiwo）赤潮。基于现场获取的水文数据,本文对南黄海海域的环境条件及其对有害藻华分布的影响进行了讨论。沿35°N断面共发的绿潮、金潮和赤潮现象表明黄海海域正面临严峻的海洋生态问题,通过对该海域赤潮、金潮和绿潮的长期观测,可望揭示这些藻华灾害形成机制和演变规律,为针对性地开展有害藻华预报、预警和防控提供科学依据。     

黄海浒苔漂移输运和生长消亡过程的数值模拟与预测应用

本文在构建黄海浒苔漂移输运模型的基础上耦合了生长消亡过程的生态模块,利用CFSR(Climate Forecast System Reanalysis)再分析数据、国家海洋环境预报中心全球业务化海洋学预报系统(Chinese Global operational Oceanography Forecasting Sys...     

浒苔和马尾藻遥感区分方法在业务监测中的应用研究

基于历年现场船舶、飞机、定点监测和陆岸监测的优势,获取了浒苔和马尾藻在水中的形态特征及光谱信息,绘制了光谱曲线;基于业务工作中常用的MODIS数据,采用真彩色法和马尾藻比值法开展业务化应用,并与现场监测结果进行对比分析;分析结果表明:采用真彩色法和马尾藻比值法结合,能够快速、有效区分浒苔和马尾藻,满足业务监测工作的需求。     

浒苔水体光谱特征参量时间序列数据拟合研究

开展时间序列浒苔水体光谱特征参量的拟合研究可为寻求最佳拟合方法,从而对进一步开展大尺度的高光谱高空间高时间分辨率遥感动态实时监测具有重要的参考价值。在实验室培养3种不同浓度的浒苔水体,用ASD光谱仪测定并获取浒苔水体的时间序列反射光谱,基于反射光谱定量提取光谱特征参量,构建时间序列数据;应用曲线拟合和时间序列ARMA模型开展浒苔水体光谱特征参量的时间序列拟合研究。结果表明:应用二阶或三阶多项式和ARMA模型可较高精度地拟合浒苔水体的光谱特征参量;但时间序列ARMA模型比多项式拟合模型更能反映浒苔水体光谱特征参量的时间序列数据的分布和变动特性。该研究可为浒苔灾害动态监测业务化运行部门提供浒苔光谱数据,同时也为光谱数据的处理和分析提供一种新的方法。     

浒苔藻体时间序列光谱特征的曲线估计

选用相同自然光照和固定水环境条件下的3种密度梯度(0.5,2.5和5.0g/L)的浒苔藻体反射光谱为研究对象,通过单变量参数定义提取了高光谱特征参量,并选用能较好体现浒苔藻体光谱特征差异的特征变量如黄边位置、蓝边位置、归一化植被指数NDVI,比值植被指数RVI[719,680]和VI[555,680],应用曲线模拟法对这些具有时间序列特点的高光谱特征变量进行曲线估计,并分析其演变规律。结果表明:黄边位置无法模拟。应用二次函数或三次函数能高精度地模拟各个特征变量,蓝边位置曲线估计模型的判定系数最高达0.498;归一化植被指数NDVI为0.926,比值植被指数RVI[719,680]为0.729,比值植被指数VI[555,680]为0.765。这些特征变量随着时间的推移而呈现先上升后下降或先下降后上升再下降的起伏规律,演变趋势与浒苔藻体密度存在非线性关系;除了蓝边位置和黄边位置外,其他特征参量均可较好地描述浒苔藻体反射光谱特征的演变趋势。该研究为深入进行浒苔藻体的定量遥感研究提供数据支持和技术支撑。     

渤海和北黄海水色光谱的特征分析

我国的主要海域包括渤海、黄海、东海的大部分和南海的近岸部分都属于二类水体,这些海域的光学特征极为复杂。针对不同海域的海洋光学特征进行研究,对于反演二类水体叶绿素、悬浮泥沙和黄色物质的浓度具有非常重要的意义。本文利用渤海和北黄海海域2002年11月至2003年8月的水色调查数据,对调查海区的水色光谱的特征进行了研究和分析。结果显示调查海区的水色光谱类型主要分为4个类型：类型的主要特点是光谱峰值位于570nm,谱峰比较窄,随波长远离谱峰波段,遥感反射率迅速减小,主要分布海域为渤海湾、莱州湾及辽东湾。类型2的光谱峰值位于550nm左右,谱峰比较宽,随波长增大,遥感反射率迅速减小,主要分布在渤海中部海区。类型3光谱峰值位于500—550nm范围内,440nm存在极小值,主要分布在渤海海峡和渤海中北部的一块海域。类型4类似于大洋一类水体的水色光谱,其特点是在可见光波段内,随波长增大,遥感反射率逐渐减小,主要分布在渤海海峡以外、远离海岸的北黄海海域。     

黄海夏季近岸海区环流的初步分析及其与风速的关系

2008年夏季,青岛近海海域浒苔大规模暴发,引起人们对黄海夏季近海环流的特别关注。该文通过分析江苏外海一个观测站点上的近26 d的夏季海流观测资料,发现这里存在一支流向比较稳定的北向流,垂向平均流速约3.4 cm/s,最大流速8 cm/s。研究表明,该北向流的变化主要受局地风场控制,南北向的流动与南北向风速的大小关系密切。     

2008年黄海浒苔绿潮爆发区营养盐浓度化及分布特征

根据2008年7月22-26日和8月5-14日2个航次对黄海浒苔绿潮爆发区的调查数据,研究了调查海域营养盐的浓度变化和分布特征.结果表明,第2航次NH4-N的平均浓度为0.34 μmol/L,低于第J航次,第2航次NO3-N、PO4-P和SiO3-Si的平均浓度分别为4.63 μmol/L、0.39 μmol/L和6....     

铜藻的分类地位、生物地理分布以及2016年底黄海漂浮铜藻源头的初步分析

通过对我国沿海多次野外实地考察以及文献报道,对铜藻进行了分类地位及生物地理分布特征介绍。结合分子数据,目前由过去单一的狭义铜藻Sargassum horneri和线形马尾藻Sargassum filicinum结合而成广义铜藻。其生物地理分布区系由西北太平洋扩大到东北太平洋的有限区域。根据我国沿海铜藻底栖和漂浮种群的发生季节变化,初步判断我国可能存在2个以上的底栖铜藻种群：春季成熟型、夏季成熟型和/或秋季成熟型。结合铜藻的自然生境、底栖分布区系以及海流等水文资料,本文对2016年底黄海漂浮铜藻种群的源头进行了初步分析,其最可能地域源头为渤海海峡区及其邻近水域,最可能的种群来源为夏季成熟型。     

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。     

黄海海域大规模绿潮成因与应对策略——“鳌山计划”研究进展

在青岛海洋科学与技术国家实验室"鳌山计划"支持下,本项目围绕黄海大规模浒苔绿潮的防控减灾,联合山东和江苏两地多个单位协作攻关,于2016年到2018年展开了多学科交叉研究,通过对绿潮藻浒苔(Ulva prolifera)的附着、入海等行为的加密观测,在大规模浒苔绿潮成因机制和防控策略方面取得了重要进展,确认了苏北浅滩源地,确认本海区大量紫菜(Pyropiayezoensis)栽培筏架提供的大面积合适附着基、典型的富营养化环境特点以及北向风生流是黄海大规模浒苔绿潮形成的重要条件。本项目解决了以下几方面的问题:1.锁定关键时段和海域并开展打捞船与无人机配合打捞;2.发现苏北浅滩存在独特浒苔种源;3.定量化研究了紫菜筏架拆除时人为去除筏架及绠绳上的附生绿藻量,明确这一过程大大促进了浒苔大量集中入海,成为浒苔绿潮形成的重要环节;4.定量化研究了浒苔在向北漂移,生物量和分布不断增加的过程;5.依据对浒苔緑潮的源头及其早期发生、发展几个关键过程的科学认识,提出了设置三道防线进行浒苔绿潮防控的策略以及在苏北浅滩开展浒苔绿潮初始生物量源头控制的具体建议。6.评价了浒苔绿潮对生态环境和养殖业危害的同时,关注了高生物量输入对受灾地可能带来生物北侵的生态风险。7.为保障2018年青岛上合峰会,项目组先期提交了绿潮防控建议,部署和开展的各项研究和现场调查结果为绿潮的预测防控提供了有力支撑。同时本项目还针对浒苔绿潮灾害的年际变化、马尾藻(Sargassumsp.)金潮灾害加剧、南黄海"三潮齐发"的复杂态势等新问题展开了观测与研究,为进一步制订更科学高效的防灾减灾方案,阐明全球变化和人类活动影响下的我国近海藻华灾害的演变奠定了基础。     

2017年春、夏季南黄海西部营养盐的分布特征及其与浒苔暴发的关系

基于2017年4月、5月、6月和8—9月在南黄海西部海域4个航次的现场调查,分析了春至夏季逐月的营养盐分布特征及其影响因素,初步探讨了营养盐与浒苔绿潮暴发的关系。结果表明：春至夏季苏北近岸浅水区总体呈现出高温、低盐、高营养盐的特征,且各理化要素垂向差异不明显;同时该海域表层水体中的营养盐含量自4月至5月有所下降,而后开始上升,至8—9月达到最大浓度。受长江冲淡水的影响,调查海域西南部表层存在向东北方扩展的低盐、高营养盐水体,在夏季与苏北海域向外扩展的营养盐高值区连成一体。在调查海域的中部至东北部深水区,入春后表层海水不断升温,至夏季于底层形成显著的黄海冷水团,并在其周围呈现出锋面特征;受初级生产过程和温跃层的影响,入春后该海域的上层营养盐浓度总体呈现出下降的趋势并在夏季维持了较低的水平,而底层营养盐浓度从春季至夏季有所升高且影响范围不断向西南方向扩展,至8—9月达到最大范围。苏北近岸海域丰富的营养盐为入春后大型藻类的生长和暴发提供了重要的物质基础,而且5月南黄海西部相关海域表层营养盐浓度降低与浒苔、马尾藻等大型漂浮藻类暴发对营养盐的吸收利用有关。     

南黄海浒苔漂移轨迹年际变化规律及驱动因素

综合利用环境卫星(HJ-1A/1B)CCD影像与MODIS影像,对2011-2017年南黄海海域浒苔信息进行了提取,并结合QuickSCAT海风数据以及ESRL海温数据对浒苔生长及漂移路径的影响进行了分析。结果表明:(1)7年中利用遥感手段最初发现浒苔的日期为5月份,初始发现位置多集中在江苏省盐城市附近海域,且近7年浒苔漂移方向整体上向北,进入山东半岛海域。其中,浒苔中心点距离青岛海域最远约115km(2015年6月21日),最近约9.6km(2012年7月11日)。(2)浒苔中心点漂移方位年际差异较大,整体上浒苔漂移路径方向与海面风风向高度一致。(3)SST是浒苔暴发的关键环境因子,南黄海海域5—8月份SST逐月升高为浒苔生消过程提供了环境条件。     

基于GOCI的2017年南黄海浒苔演变遥感分析

本文应用GOCI高时间分辨率遥感影像,提取浒苔敏感波段并构建合适的评价指标,对NDVI、IGAG、KOSC绿潮主流算法探测能力进行比较,结合目视解译和阈值分割法,对2017年南黄海浒苔信息进行提取并进行演变特征分析。结果表明：NDVI算法的探测能力和稳定性显著优于其他两种,GOCI影像7、8近红外波段的选择对浒苔提取结果存在一定影响,最优为7、5波段组合;2017年浒苔总体经历了“出现-发展-暴发-衰退-消亡”五个阶段,持续时间约为68d,影像中浒苔最早出现在5月13日的盐城外海海域,最后出现在7月12日,最大覆盖面积出现在6月4日,为2363.12km²,在风、流场共同作用下,先向北移动,后在6月下旬沿山东半岛南侧转向东北,前锋位置最终停滞于青岛-烟台-威海一线并逐渐消亡。其发展规律与运移路径与往年相似,但持续时间与暴发时期最大覆盖面积显著少于往年,GOCI影像高时间分辨率的优势使浒苔灾害的逐小时动态监测成为可能。     

苏北浅滩沉积物中的大型绿藻微观繁殖体的垂直分布和物种多样性

本研究通过在2017年秋冬季组织实施的2个绿潮种源调查航次,研究苏北浅滩紫菜养殖区沉积物中的大型绿藻微观繁殖体的垂直分布和物种多样性。对沉积物中的微观繁殖体的定量实验结果表明:表层泥样中绿藻微观繁殖体的丰度最高,随着深度的增加迅速降低。在9月份表层沉积物中丰度为9±2ind./g,而在11月份表层丰度达到98±25ind./g;与9月份相比, 11月份浅滩沉积物中绿藻繁殖体数量呈现出显著升高的趋势。通过对51个绿藻样品的分子鉴定发现:沉积物中存在石莼属(Ulva)、尾孢藻属(Urospora)、盘苔属(Blidingia)等大型绿藻的微观繁殖体;数量占优是石莼属繁殖体,主要包括曲浒苔(Ulva flexuosa)、浒苔(Ulva prolifera)、扁浒苔(Ulva compressa)、缘管浒苔(Ulva linza);其中曲浒苔占据的比例最高,在9和11月份分别达到80.94%和73.33%。在2个调查航次中,都从沉积物中发现了绿潮浒苔的微观繁殖体,这些微观繁殖体是绿潮浒苔在苏北浅滩种源维持的重要方式和关键阶段,也构成了黄海浒苔绿潮连年暴发的"种子库"。     

盐度对浒苔(Ulva prolifera)微观繁殖体萌发生长及藻体繁殖的影响

黄海绿潮起源于苏北浅滩,每年夏天漂移到青岛沿岸泛滥成灾,对生态环境造成严重破坏。苏北浅滩受沿岸径流输入影响,盐度变化范围大,青岛海域盐度较稳定,稍高于苏北浅滩。盐度对浒苔微观繁殖体萌发、藻体生长及繁殖过程具有重要作用,通过室内连续受控实验,系统研究了固定盐度(5、10、15、20、25、30、33、35)和变化盐度(盐度逐渐降低)对浒苔微观繁殖体固着、萌发、藻体生长和繁殖不同阶段的影响,主要结论如下:固着阶段,盐度5不利于浒苔微观繁殖体的固着,盐度10～35对微观繁殖体固着的影响不显著,相同盐度下,孢子的固着量显著高于配子。萌发阶段,不同盐度(5～35)及不同盐度变化形式对微观繁殖体(孢子和配子)的萌发没有显著影响,孢子的萌发速度快于配子,最终均能完全萌发。生长阶段,低盐(5～15)不利于浒苔幼苗的生长。繁殖阶段,当盐度≤10时,浒苔不进行生殖活动;盐度15～35范围内,浒苔可以产生微观繁殖体,完成一个完整的生活史;在绿潮形成过程中,孢子的生殖策略为K对策,配子的生殖策略为R对策。上述结论表明,在苏北浅滩和青岛海域,盐度不是限制浒苔发生发展及繁殖过程的关键环境因子,明确了盐度在绿潮发生...