生态因子在黄海绿潮生消过程中的作用

2008–2017年南黄海海域连续10 a发生绿潮,影响周边沿海城市养殖、旅游和航运安全等。研究绿潮生消过程及其影响因素对于理解黄海绿潮分布特征,开展绿潮灾害的预防与治理有重要意义。本文主要采用MODIS L1B数据,通过归一化植被指数提取绿潮信息。根据逐年绿潮覆盖面积的变化特征,将绿潮生消过程分为3个阶段:触发阶段、快速发展阶段、消衰阶段,分析了海表温度、降水和光照在绿潮生消过程中的作用。结果表明:在触发阶段,温度达到15°C后,有效降水可以刺激绿潮的触发,在降水后的半个月内可以通过MODIS影像发现绿潮。在快速发展阶段,绿潮所在位置海表面温度为16～21°C,适宜绿潮的快速生长;太阳短波辐射集中在250～280 W/m2范围内;降水量是影响绿潮生长规模的一个重要因素,降水量少时绿潮覆盖面积峰值明显较小,而出现绿潮覆盖面积最大值的2016年降水量也极高。在消衰阶段,海表温度上升至22～26°C,绿潮在卫星影像中消失时,平均海表温度超过26°C,最高温度可达27.48°C,较高的海表面温度是导致绿潮消亡的主要原因之一;太阳短波辐射集中在240～260 W/m2,略低于快速发展阶段光照范围;降水量在该阶段相对充足不再影响绿潮的生长。     

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....     

黄海绿潮研究:回顾与展望

自2007年以来,南黄海海域连年发生大规模绿潮(green tides),至2018年已连续12年出现。大规模绿潮对南黄海西部沿海一线的景观、环境和养殖业造成了严重破坏,已经成为黄海海域一类常态化的生态灾害问题。每年夏季,苏、鲁沿海一线地方政府都要投入大量人力物力,对海滩上堆积的绿藻进行收集和处理。针对绿潮问题,我国政府组织相关学者,围绕绿潮起源、成因、危害、监测和防控进行了大量调查和研究工作。经过多年研究,在黄海绿潮原因种及其鉴定方法、黄海绿潮起源地与早期发展过程、影响黄海绿潮的关键因素等方面已经有了比较系统、深入的认识,确认了黄海绿潮的原因种为浒苔(Ulva prolifera),发现黄海绿潮主要起源于南黄海西部的苏北浅滩海域,基本阐明了浅滩区绿潮早期发展的关键过程。浒苔自身的生物学特性、苏北浅滩独特的海域环境特征,以及浅滩区的养殖活动是影响黄海绿潮形成的关键要素。但是,在绿潮原因种浒苔的最初来源、绿潮的生态效应,绿潮演变趋势以及绿潮防控对策等方面仍需进一步开展研究工作。为验证黄海绿潮成因方面的科学认识,对绿潮防控工作提供思路和技术保障,青岛海洋科学与技术国家实验室设立了鳌山科技创新计划项目"近海生态灾害发生机理与防控策略",将黄海绿潮作为一项重要生态灾害问题开展研究,旨在进一步阐明绿潮成因,为绿潮防控提供坚实的科学依据。     

2009-2010年黄海绿潮起源与发生过程调查研究

绿潮是我国近海一种新型的海洋生态灾害,自2007年以来,每年5-7月在黄海海域周期性暴发与消亡,给沿海地区造成不同的环境影响和经济损失。本文基于2009-2010年黄海绿潮潜在起源区和绿潮发生过程的海上连续跟踪观测资料,对黄海浒苔绿潮的起源和发生发展过程进行了分析。结果表明,2009年和2010年黄海漂浮绿潮藻均首先发现于江苏南通小洋口外的太阳岛附近,随后,在小洋口至大丰港的近岸海域逐渐出现漂浮绿藻,并随时间逐渐向北漂移,分布面积和生物量均不断增大。不同年份间,黄海浒苔绿潮具有相似的发生发展过程,主要可以分为绿潮藻漂浮发生阶段、绿潮藻聚集阶段以及规模性绿潮形成阶段;但绿潮的发生时间、发生规模和漂移路径有所差异;2009年绿潮漂移线路为逐渐远离海岸线,而2010年绿潮藻的漂移路径基本为平行于海岸线;温度升高与绿潮暴发具有明显相关性。     

2008 年与2009 年黄海绿潮漂移路径分析

利用卫星资料分析了2008年和2009年黄海绿潮的漂移路径的差异,基于QSCAT(Quick Scatterometer)卫星风场及海洋模式表层环流模拟结果,分析了绿潮漂移路径差异的动力机制。结果表明:2008(2009)年绿潮发生期间黄海海域以南东(偏南)风为主,江苏至山东半岛南岸海域表层平均流为偏北(东北)向,青岛附近海域低频余流为偏西(东)向流,致使绿潮的漂移方向为西北(东北)向,在青岛(烟台-威海)近岸海域发生聚集。2008年和2009年绿潮漂移路径差异,主要由海面风与表层环流的共同作用引起。通过对黄海海域海面风场和表层流场的早期预报,可以提前预判绿潮的影响区域和程度,为政府相关部门防灾减灾工作提供决策支持。     

南黄海绿潮暴发与紫菜养殖的关系

采用现场调查、社会调查和卫星遥感多种手段相结合,调查了南黄海绿潮早期零星漂浮到大面积暴发的时空变化过程,分析了紫菜养殖工艺对绿潮暴发的影响,估算了南黄海不同紫菜养殖区输入海洋的绿潮藻初始生物量,并探讨了主要海域紫菜养殖面积的增长与绿潮暴发的关系。结果表明,受紫菜养殖生产工艺的影响,数以千吨的绿潮藻在短期内被刮落集中输入至海洋,为绿潮的暴发提供了最为直接和充足的绿潮藻初始生物量,其主要来源为竹根沙、蒋家沙和东沙紫菜养殖区。2005年以来,上述3个养殖区的紫菜养殖面积持续扩大,是2007年以来南黄海绿潮持续暴发的主要原因。水温是影响绿潮形成的关键环境因素,4~6月份大量被刮落入海的绿潮藻在适宜环境条件下漂浮和快速生长,并最终形成绿潮。     

黄海浒苔绿潮及其溯源研究进展

2007-2012年,黄海连续6a暴发了大规模绿潮。分析了过去5a国内外对黄海绿潮以及绿潮形成种浒苔的研究进展,并总结了对黄海绿潮浒苔溯源的主要观点。结合国内外对绿潮浒苔生物学研究结果,深入分析了大规模黄海绿潮暴发的关键要素(绿潮形成种、近海海水富营养化和其它海洋环境因子)以及生物生态学机制,根据已知的结果推演黄海绿潮全年发生发展过程。据此,认为黄海绿潮大暴发与江苏省近岸海域海水富营养化密切相关,辐射沙洲的浒苔微观繁殖体(孢子、配子及其不同发育程度的显微个体)在绿潮暴发过程中扮演重要角色。     

2022年南黄海绿潮分布与浮游生物群落关系初探

本文以2022年南黄海(119 °E~122.5 °E, 34.5°N~37°N)表层海水浮游生物为对象, 利用高通量测序技术分析绿潮期间浮游生物群落结构特征,同时对环境要素进行调查,综合分析环境与浮游生物分布之间的潜在关联, 为掌握南黄海绿潮的生态效应提供依据。结果表明, 2022年7月上旬调查期间南黄海绿潮浒苔生物量湿重估计值为7.24×10⁴吨, 分布特征为以山东近岸以及海州湾附近为主要堆积处, 浒苔生物量、浮游植物以及浮游动物与溶解性无机磷酸盐均有着显著的正相关性。浒苔覆盖区域中, 浮游植物和浮游动物都有着较高的丰富度, 甲藻和桡足类为主要优势种, 属水平下包括: 新角藻、未分类到属的共甲藻、薮枝螅水母、尖头溞等。与无浒苔覆盖的区域相比, 该区域优势种相对单一, 导致次生灾害发生的可能性大。浮游细菌群落调查中发现脱硫单胞菌纲和优势种γ-变形菌纲都与浒苔生物量有着紧密的联系, 其中脱硫单胞菌与浒苔生物量呈显著性正相关, γ-变形菌纲与浒苔生物量呈显著性负相关。相关性分析表明, 浮游细菌多样性与环境中总溶解性氮、磷以及溶解性有机氮呈显著性相关, 结合浒苔与环境因子相关性分析, 浒苔绿潮的发生可以为某些浮游细菌提供生长所需的营养物质。共线性网络分析表明, 在绿潮发生的浒苔覆盖区域, 浮游生物丰富度高且关系紧密复杂, 因此浒苔绿潮对浮游生物的群落结构以及丰富度有潜在的影响。     

2018年南黄海浒苔绿潮迁移发展规律与营养盐相互关系探究

根据2018年4月(春季,绿潮前期)和7月(夏季,绿潮后期) 南黄海营养盐、温度、盐度等水文参数及每日绿潮卫星监测数据,深入分析2018年绿潮的发展规律与营养盐结构特征之间的关系。结果表明：4月25在江苏南通外海首次发现浒苔绿潮,8月中旬在山东半岛近海消亡,其发展区域集中在122°E以西近海,且快速增殖阶段处在35°N以南江苏近海。各组分的营养盐浓度受沿岸径流、冷水团及生物作用等因素影响,均呈现江苏近海高外海以及北部低的特征。对比绿潮发展和营养盐分布呈现3个明显的绿潮−营养盐特征区域：高营养盐−绿潮快速发展区域(35°N以南,122°E 以西,江苏近海);低营养盐−绿潮消亡区域(35°N以北,122°E 以西,山东半岛外海域)及122°E以东外海无绿潮区域。不同特征区营养盐变化表明,江苏近岸较高的营养盐含量(${\rm{NO}}_3^- $-N>6.5 μmol/L, ${\rm{PO}}_4^{3-} $-P>0.27 μmol/L)和丰富来源是浒苔萌发和绿潮快速发展的重要物质基础,为绿潮发展提供了主要的氮、磷生源要素。北部山东半岛南外海较低的营养盐水平(7月,DIN<2 μmol/L, ${\rm{PO}}_4^{3-} $-P<0.03 μmol/L)是限制绿潮继续发展的重要因素。     

苏北浅滩养殖筏架附生绿藻入海过程在黄海绿潮形成中的作用

本研究采用现场定量观测为主的研究方法,在2017年5月期间对苏北浅滩竹根沙收紫菜养殖筏架作业过程进行跟踪调查;对养殖筏架绠绳附生绿藻自然脱落和收筏架作业过程人为刮落附生绿藻,以及收筏架作业前后入海的漂浮绿藻生物量进行定量观测。结果表明:筏架绳附生绿藻自然脱落率低,为3.58%±0.78%;收筏架作业过程中绠绳上刮落绿藻生物量为(12±3)kg湿重/根,由此估算2017年整个苏北浅滩刮落的生物量估算可达到万吨湿重;收筏架作业后海域漂浮绿藻生物量是作业前的7.6倍。研究结果进一步明确了收筏架作业过程中人为刮落绿藻是目前筏架附生绿藻最主要的入海方式。刮落绿藻是海水中漂浮绿藻的主要来源,其生物量对南黄海绿潮的规模大小有重要的影响。研究结果为绿潮防控措施的制定和实施提供科学依据。     

南黄海绿潮暴发与硝酸盐及水文环境因子的关系

为了解浒苔绿潮的发展态势、马尾藻分布区与漂移状况,本文基于2016—2017年浒苔暴发季(春末夏初)在黄海绿潮潜在起源区获取的多航次及参考2015年布放定点潜标的环境因子资料,通过高频的精细化硝酸盐监测,对影响黄海浒苔绿潮的起源和发生发展过程中的重要环境要素进行了分析。结果表明:不同年份,黄海浒苔绿潮具有相似的发生发展过程,两个年度的黄海表层硝酸盐分布趋势有差异;年际变化上, 2017年绿潮规模较上一年度显著偏小,该年度出现的黄海赤潮、金潮对绿潮规模有一定抑制作用。     

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。     

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。     

黄渤海海水中丙烯酸的生成与降解的初步研究

在黄渤海海域对β-二甲基巯基丙酸内盐（DMSP）降解产生丙烯酸和丙烯酸的降解过程做了初步研究。结果表明,海水中有明显的DMSP降解和丙烯酸的生成现象。在DMSP降解初期,DMSP不断降解,丙烯酸则在经过1 h后浓度开始上升,达到最大值后再次下降。起始DMSP浓度越高,降解得越完全,且丙烯酸最大值越大。在观测的5 h内,丙烯酸的表观降解速率总是大于DMSP的表观降解速率,且两者都与初始浓度成正相关。在丙烯酸的降解过程中,黑暗条件下起始浓度越大,丙烯酸变化速率越大,而光照条件下则恰好相反。光化学反应中前2 h表现为丙烯酸的光化学生成,而后2 h表现为光化学降解。     

黄渤海海水中丙烯酸的生成与降解

本文在黄渤海海域对β-二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)降解产生丙烯酸和丙烯酸的降解过程做了初步研究。结果表明,海水中有明显的DMSP降解和丙烯酸的生成现象。在DMSP降解初期,DMSP不断降解,丙烯酸则在经过1h后浓度开始上升,达到最大值后再次下降。起始DMSP浓度越高,降解得越完全,且丙烯酸最大值越大。在观测的5h内,丙烯酸的表观降解速率总是大于DMSP的表观降解速率,且两者都与初始浓度成正相关。在丙烯酸的降解过程中,黑暗条件下起始浓度越大,丙烯酸变化速率越大,而光照条件下则恰好相反。光化学反应中前2h表现为丙烯酸的光化学生成,而后2h表现为光化学降解。     

西南黄海M2分潮的数值模拟

本文采用普林斯顿大学海洋模式(POM)结合中国海军司令部发布的海图地形资料, 对西南黄海M2分潮进行了三维数值模拟。利用近岸4个验潮站水位资料和一组2008年夏季鲁南海槽中30m水深处潜标测流资料, 对模拟的潮汐和潮流结果进行了对比。模式模拟的M2分潮振幅与青岛、石臼所和吕泗这三个验潮站的实测资料符合良好; 但与连云港验潮站的实测振幅相比, 模拟振幅明显偏小, 推断主要原因是连云港港口实际水深值与海图地形中的水深值相差较大, 造成模拟结果的偏差。模拟的潮流结果与潜标测流资料在上层和中层较接近, 模拟的近底层潮流结构与实测资料相比存在较大偏差, 推断是由于模式的垂直混合系数误差造成的。使用该模式研究了西南黄海M2分潮对模式地形的敏感性, 发现采用海图地形数据和ETOPO5地形数据所模拟的西南黄海潮汐和潮流有显著不同。使用较平滑的ETOPO5地形数据所模拟的结果中, 西南黄海近岸海区M2分潮振幅偏小、相位偏大、潮流偏弱。研究表明, 鲁南海槽的存在增大了海州湾的潮汐振幅, 苏北浅滩对向南传播的潮波起到了阻挡作用。以上两个西南黄海近岸海区地形的重要特征在ETOPO5地形数据中没有被体现出来, 因此造成模拟误差。     

黄、东海夏季浮游植物群落特征及其影响因素分析

黄海和东海是西北太平洋重要的边缘海,复杂的海洋环流和丰富的陆源物质输入共同影响着海域环境和生态系统。为了解黄、东海浮游植物群落组成、分布状况及其影响因素,本研究于2015年8—9月期间,通过流式细胞仪和形态学观察等方法,调查了该海域微型真核藻类、微微型真核藻类、聚球藻（Synechococcus）、原绿球藻（Prochlorococcus）以及浮游植物优势种的组成、丰度与分布情况,并基于浮游植物种类和丰度状况进行了聚类分析。结果表明,黄、东海浮游植物群落组成存在明显差别,黄海海域微型浮游植物丰度高于东海,而微微型浮游植物丰度低于东海,原绿球藻主要分布在东海海域。黄、东海海域浮游植物群落组成及分布状况与海域环境特征密切相关。夏季黄海海域相对封闭,受黄海冷水团控制,表层海水中高丰度的微型真核藻类主要出现在冷水团西侧边缘锋面区。东海海域受到长江冲淡水和黑潮水向岸入侵的强烈影响,在长江口邻近海域出现硅藻赤潮,而原绿球藻呈现出自外海向近岸输送的分布态势。相关结果可望为进一步探讨陆源物质输入和邻近大洋对我国近海生态系统的影响及机理提供依据。