黄、东海水母暴发机理及其生态环境效应研究进展

在全球变化和人类活动影响下海洋生态系统的结构与功能发生了很大的变化,海洋赤潮、绿潮、白潮(水母暴发)等生态灾害在多重压力下不断出现。对于以水母为代表的胶质类生物的数量增多,国际上有很多的解释和争论:水母的暴发是一种趋势性的还是周期性的现象,关键问题是对导致水母暴发原因的认识。针对这些问题,国家重点基础研究发展计划项目"中国近海水母暴发的关键过程、机理及生态环境效应"开展了综合性的研究,对前期的研究进展和结果进行系统整理发表在本专辑中,涉及水母生活史策略、环境因子对水母不同生活史阶段的生长和发育的影响、水母的暴发对环境的影响、以及对中国近海水母暴发的新认知等。     

水母灾害的形成机理、监测预测及防控技术研究进展

受人类活动和全球变化双重压力的影响,近年来我国近海水母呈现增多的趋势,局部海域水母灾害连年发生,对近海核电站等重大设施安全运行、海洋经济可持续发展和海洋生态环境安全造成严重威胁。我们不仅亟需在科学上阐明我国近海水母灾害发生的重要过程和机制,而且在技术上亟需研发水母灾害监测预警系统和防灾减灾技术体系,以提升我国海洋水母灾害应对能力和海洋环境安全保障能力。本文在查阅文献资料、国际交流与合作、课题组的研究成果的基础上,综述国内外水母灾害的形成机理、水母灾害监测及防控技术的研究进展,分析各种水母监测技术,防控技术的局限性以及在特定海域成功应用的原因,展望今后我国水母灾害的监测技术及防控策略。     

水母暴发的主要影响因素

水母（Jellyfish）是一个泛称,主要包括腔肠动物门（Cnidaria）的水螅虫纲（Hydrozoa）、管水母亚纲（Siphonophorae）和钵水母纲（Scyphomedusae）等具固着水螅型和浮游水母型的水母,以及终生营浮游性生活的栉水母门（Ctenophora）水母     

大型水母沙海蜇暴发的温带贫营养海洋生态系统中细菌和浮游植物的关系

Bacterial abundance, phytoplankton community structure and environmental parameters were investigated to study the relationships between bacteria and phytoplankton during giant jellyfish Nemopilema nomurai blooms in the central Yellow Sea during 2013. N. nomurai appeared in June, increased in August, reached a peak and began to degrade in September 2013. Results showed that phosphate was possible a key nutrient for both phytoplankton and bacteria in June, but it changed to nitrate in August and September. Phytoplankton composition significantly changed that pico-phytoplankton relative biomass significantly increased, whereas other size phytoplankton significantly decreased during jellyfish bloom. In June, a significantly positive correlation was observed between chlorophyll a concentration and bacterial abundance(r=0.67, P0.001, n=34).During jellyfish outbreak in August, there was no significant correlation between phytoplankton and bacteria(r=0.11, P0.05, n=25), but the relationship(r=0.71, P0.001, n=31) was rebuilt with jellyfish degradation in September. In August, small size phytoplankton occupied the mixed layer in offshore stations, while bacteria almost distributed evenly in vertical. Chlorophyll a concentration significantly increased from(0.42±0.056) μg/L in June to(0.74±0.174) μg/L in August, while bacterial abundance just slightly increased. Additionally, the negative net community production indicated that community respiration was not entirely determined by the local primary productivity in August. These results indicated that jellyfish blooms potentially affect coupling of phytoplankton and bacteria in marine ecosystems.     

东海水母类的研究

水母类是海洋浮游生物重要类群之一,不仅种类多、数量大,而且分布广,不少种是世界性分布。有些种可作为一定海流或水团的指标。水母类除钵水母纲的少数种,如海蜇可供人们食用外,多数水母是幼鱼和甲壳类幼体的敌害,水母类触手的刺细胞或粘细胞含有毒素,对人类的健康有一定危害。 东海水母类研究工作先后有 Collingwood(1868)、 Light(1924)、林绍文(1937)、Sproston(1949)、丘书院(1954)、许振祖等(1962、1974)、高哲生等(1962)、洪惠馨(1964)、张金标等(1975)。以上大部分偏重于分类工作,研究材料大多采自沿海局部地区:因而不能概括东海水母类整个面貌。本文就东海水母类种类组成,分布概况及其与水文要素的关系作初步探讨。 本文所用材料是我所调査船于1959年1-12月在北纬28°以北、东经124°以西东海西部水域、1975年10月、1976年6-7月、8-9月三个航次在北纬26°31''-31°30′、东127°以西,水深30米以外的广阔东海大陆架区和1978年5月29日-7月3日在北纬26°31′-32°30′,东至东经129°,水深40米以外包括冲绳海槽在内的广大水域,进行浮游生物拖网采取的样品。 采集用大型浮游生物网(网长270厘米、网口面积0.5㎡、GG36筛绢)从底至表垂直拖网、标本用5%福尔马林海水固定,定量方法采用个体计数法,然后换算为单位体积水体中的个数(个/100m3)。     

海南清澜港水母暴发期间浮游生物生态特征研究

自2010年12月-2011年5月,调查研究了海南清澜港海域的浮游生物群落特征,重点跟踪监测了2011年5月黄斑海蜇(Rhopilema hispidum)暴发期间海水营养盐水平及浮游生物群落结构变化。通过样品分析,共鉴定出浮游植物111种(变种和变型),细胞密度范围为(2.25×104)-(8.19×108)cells/L,浮游动物36种,丰度范围为19.39-25798.74ind/L,其中浮游动物以桡足类为优势种群,浮游植物以硅藻为主要优势种。在水母暴发期间浮游植物以热带骨条藻(Skeletonema tropicum)为主,浮游动物以桡足类为主。清澜港养殖区为水母水螅体提供生长发育的环境和水母暴发前期浮游植物大量增殖,为浮游动物提供充足的食物,在一定程度上促进了水母的暴发。     

2019年5月黄海及东海北部大型水母分布特征

2019年5月,利用渔业底拖网,对我国黄海以及东海北部海域进行了全面系统的大型水母调查,分析了大型水母的种类组成、伞径大小和生物量以及与温度、盐度的关系。结果表明,本次调查主要捕获到沙海蛰、霞水母、洋须水母、多管水母四种大型水母,沙海蛰生物量最高,多管水母分布范围最广、数量最大。沙海蛰集中分布在调查海域南部,各海域伞径差异显著,在黄东海交界海域采集到幼水母体(10cm),生物量高值区出现在东海北部离岸海域,可达6422.16kg/km2;白色霞水母集中分布在东海北部,在近岸海域采集到幼水母体(6—7cm),生物量高值区位于离岸海域,可达7417.49kg/km2;洋须水母集中分布在黄海水深较深海域,北部海域个体较大,在黄海中部、南部交界处采集到幼水母体(10cm),生物量较低,高值区出现在黄海中部与南部,可达449.94kg/km2;多管水母分布范围较广,东海北部海域个体伞径较大,在山东半岛东部发现幼水母体(5cm),生物量高值区出现在黄海中部近岸海域,可达4901.42kg/km2。对比文献资料,发现整个调查海域,大型水母总体生物量比2015年同期有所增加。本文为研究该海域大型水母的年际变化规律提供数据基础。     

2019年南海北部近海水母暴发原因种的分子鉴定

我国水母暴发主要发生在黄渤海和东海海域, 在南海海域较为少见。文章对2019年5月海南海口、文昌和广东茂名等南海北部多处海域的水母暴发原因种进行了形态学观察和分子鉴定。形态学观察结果显示, 海口与文昌附近海域的暴发水母为同一种水母, 其伞部为半球形, 生殖下穴呈梨形突起, 口腕布满丝状物并在末端有1条鞭状附属物, 与鞭腕水母(Acromitus flagellatus)形态相似; 而茂名附近海域暴发水母区别于海口和文昌, 该水母伞部呈较平的半球形, 生殖下穴乳状突起, 口腕无丝状物, 与端棍水母(Catostylus townsendi)形态相似。基于线粒体核糖体大亚基基因(16S rRNA)序列比对, 海口和文昌附近海域暴发水母与东太平洋鞭腕水母相似性为97.5%和97.7%, 茂名附近海域暴发水母与马六甲海峡端棍水母相似性为93.5%。基于线粒体COI基因和16S rRNA基因构建的系统发育树结果表明, 海口和文昌附近海域水母为同一种水母, 与鞭腕水母聚在一支, 而茂名附近海域水母与端棍水母亲缘关系近。结合形态学观察和分子系统数据认为, 海口和文昌附近海域暴发水母为鞭腕水母(Acromitus flagellatus), 茂名附近海域暴发水母为端棍水母(Catostylus sp.)。     

2011年春季黄、东海墨绿多管水母(Aequorea coerulescens)分布特征

2011年4月在黄、东海的大面调查中观测到一种多管水母大量发生,在现场通过表层目测计数了其分布特征,采集现场样品测量了伞径、湿重和干重,并结合水文数据分析了其分布与水团的关系。经鉴定,该种为水螅水母纲、软水母亚纲、锥螅水母目、多管水母科、多管水母属、墨绿多管水母(Aequorea coerulescens)。在69个站位中,有11个站位出现,出现率16%,主要在东海南部近岸海域。个体伞径在17.40—142.00mm之间,湿、干重分别在3.07—75.47g和0.12—3.06g之间,湿、干重与伞径呈现显著的指数关系。碳含量占干重的3.15%±0.56%,氮含量占干重的14.44%±2.65%,碳氮比为4.58±0.30。伞径和温度、盐度显著相关。作者认为,墨绿多管水母来源于舟山群岛附近海域,受海流的作用,输送到观测海域;离源地越远的站位,由于生长时间长,水母伞径增大。     

黄、东海水母质点追踪影响因素分析

基于数值模型采用质点追踪的方法对大型水母的运移规律及其聚集的影响因素进行了研究。本文共设置6个质点释放区,分别从3、4、5月1日释放后追踪至9月30日。主要结论有:(1)采用不含潮汐过程与包含潮汐过程的水动力模式分别对表层质点进行追踪,结果表明含潮汐混合和潮汐非线性效应的POM模式对质点时空分布的模拟较为可靠;(2)基于含潮汐过程的POM模式气候态模拟结果,考虑质点垂直运动进行追踪,质点运移速度较表层追踪大大减慢,进入朝鲜/对马海峡的质点减少;其中济州岛沿岸质点几乎全部穿过朝鲜/对马海峡进入日本海,其它释放区质点最终广泛分布在南黄海以及东海中陆架,主要在黄海潮汐锋区和长江口以南沿岸锋聚集;(3)通过分析不同释放时间对质点在9月末分布的影响发现,质点释放时间偏早,即水母幼体形成较早,将使相对较多的质点向朝鲜/对马海峡聚集。     

2015年5月黄海及东海北部大型水母分布及生物量估算

2015年5月搭载“北斗”渔业调查船、使用渔拖网的采样方式,在整个黄海及东海北部进行系统的走航式大面调查,记录了30°N—39°N海区内的大型水母种类组成、伞径大小及生物量分布,估算和比较了大型水母与其他渔业生物的生物量。结果表明,5月整个调查区,大型水母的总生物量估算值5.9万t,绝大部分由黄海中部的多管水母和洋须水母生物量贡献所致。出现的大型水母种类伞径分布呈单峰型。不同种类的水母分布具有明显地理区域和水文偏好性。其中,洋须水母主要分布于黄海中、北部50m水深以深水域,多管水母主要分布于黄海中部50m水深以浅的西侧以及整个东海北部;沙海蜇多为幼体,分布于黄、东海交汇区31°N—33°N间;霞水母较为集中出现于31°N以南、123°N以西近海。各水母种类的高密区的底层水温按洋须水母、沙海蜇、四叶小舌水母、霞水母呈升高趋势。东海多管水母分布区的底层水温与沙海蜇相近;黄海多管水母分布区的底层水温较洋须水母略高。沙海蜇和四叶小舌水母较其他水母的适温范围宽。霞水母和洋须水母处于相对高盐区域。     

黄海春季水华过程中微微型浮游生物的变化特点

于2007年3—4月在黄海中部海域采用流式细胞术研究了春季水华过程中聚球藻、微微型真核浮游生物和异养细菌的生物量变化。聚球藻和微微真核型浮游生物的生物量与叶绿素a浓度变化基本呈现相反的趋势,在水华前期较高,水华期迅速下降,直至水华后期又有所升高。异养细菌在整个水华过程中变化较小,生物量在水华期最高,与水柱叶绿素a浓度呈极显著正相关(r=0.319,p<0.01)。水华期这三类微微型浮游生物对浮游植物总碳生物量的贡献很低。纤毛虫和鞭毛虫捕食可能是导致聚球藻和微微型真核浮游生物在水华期生物量降低的主要原因。     

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...     

黄、东海海洋黄色物质的卫星反演

在对物理特性分析的基础上, 建立了黄、东海海域卫星离水辐射率黄色物质反演模式, 并利用2003年4月15日SeaWIFS卫星获得的黄、东海海域离水辐射率(Lw)数据反演给出了黄海中部—东海南部(北起33°52′N, 南到22°00′N; 西起122°36′E, 东止125°28′E)海域的黄色物质分布图。结果分析表明, 研究区给出的黄、东海海域黄色物质吸收系数在0.003—0.13m-1范围内, 与大西洋北海测得的黄色物质吸收系数比较接近, 但明显低于波罗的海和地中海, 更低于世界各地沿海海湾。平均而言, 比在太平洋点测黄色物质吸收系数值高约80%, 达0.09m-1左右。在水平分布上, 黄海海域的黄色物质吸收系数明显高于东海海域, 沿岸水域明显高于远海水域。受长江水系和黄海环流以及沿岸排污等要素的影响, 在长江口以外和黄海中、南部水域及其沿岸附近有明显的高吸收系数值聚集区。同时发现, 在黄海西部沿岸, 由于有较高反射率的高泥沙含量的影响, 对该区黄色物质的反演产生了较大的影响, 特别在苏北沿岸和长江口水域尤其如此。而在韩国、日本西海岸、浙江及福建沿岸水域则比较正常的给出了黄色物质的分布。     

秋季与春季东、黄海蓝细菌(Synechococcus spp.)生态分布特点

2000年10-11月和2001年3-4月对东、黄海海区进行了调查,采用表面荧光显微镜计数的方法对蓝细菌(聚球菌属, Synechococcus spp.)的丰度、生物量、生态分布特点以及其在浮游植物总生物量中所占百分比进行了研究.结果表明,秋季蓝细菌的丰度为1.72×104 cell/ml,春季为4.83×104 cell/ml,春季是秋季的2.81倍;秋季蓝细菌的生物量为5.07μgC/L,春季为 7.25μgC/L,春季是秋季的1.43倍;秋季蓝细菌占浮游植物总生物量的百分比为 43.9%,春季为42.4%,两个季节大致相当,但该百分比的水平分布秋季与春季存在明显差别.