黄海浒苔绿潮防灾减灾现状与早期防控展望

截至2019年,浒苔绿潮连续12年大规模暴发,对近海生态系统、沿岸环境与社会经济造成严重影响,已经成为黄海最严重的生态环境问题。本文总结了黄海浒苔绿潮防灾减灾现状与成效,分析了存在的问题,然后基于对该绿潮起源与成因的认识,将其早期分为3个关键过程,即浒苔微观繁殖体在养殖设施上的着生与生长过程,定生浒苔脱离附着基形成漂浮浒苔过程,浅滩漂浮浒苔进入深水区形成大面积绿潮过程。最后分别从加强新材料与技术研发防控绿藻着生、强化养殖设施回收管理严控定生绿藻落滩、浅滩汇聚通道拦截打捞等3种途径提出了早期防控措施建议,以期为黄海浒苔绿潮的源头防控提供科学依据。     

黄海浒苔绿潮研究进展

绿潮是世界性的海洋生态环境问题。自2007年以来,浒苔绿潮已肆虐黄海近岸海域达10年之久,造成了巨大经济损失和严重社会影响,成为近年来我国海洋生态学研究的焦点之一。目前,国内外学者围绕黄海绿潮起源与发生原因已经开展了一系列的研究,取得了一定的科学认知。本文综述了关于黄海绿潮起源与发生过程、浒苔的关键生物学特征以及绿潮暴发的环境驱动机制等方面的主要研究进展,分析了目前绿潮发生机制研究中未解决的科学问题和绿潮减灾防灾技术上的不足,并提出了研究展望。同时,对近期启动的国家重点研发计划重点专项"浒苔绿潮形成机理与综合防控技术研究及应用"的研究内容与预期目标进行了简要介绍。     

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。     

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。     

2008年黄海浒苔绿潮ISSR标记溯源分析

利用简单序列重复区间扩增多态性标记(ISSR),对2008年绿潮暴发期间我国黄海近海漂浮浒苔样品,以及青岛、大丰和温州等地对虾养殖池塘的浒苔样品进行种群间亲缘关系分析.结果表明青岛海域的漂浮绿潮浒苔与南黄海海域的漂浮绿潮浒苔遗传相似度达到0.95,应属于同一个种;此外沿海养殖池塘间尽管存在地理间隔,ISSR标记分析表明...     

浒苔“绿潮”规模预测取得进展

近年来，大规模浒苔“绿潮”频频侵袭山东沿海。目前，研究人员已经能在浒苔暴发前估量海水中的浒苔数量，为预防浒苔灾害和减轻灾害损失奠定基础。     

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....     

浒苔灾害卫星遥感应急监视监测系统及其应用

2008年夏季黄海、东海突发的罕见的浒苔自然灾害直接危及青岛近海环境和2008北京奥运会青岛帆船比赛的举办,国家卫星海洋应用中心按应急与业务运行兼容需求,在"HY-1"卫星地面应用系统、国家MODIS数据共享平台、海上溢油卫星遥感系统等基础上及时构建了浒苔灾害卫星遥感应急监视监测系统,利用国内外有限的17颗遥感卫星数据,实现了对此次浒苔灾害的大范围、全天候、全天时、多频次、多角度动态监测,及时得到了全面、准确、客观的信息,为国家海洋局应对浒苔自然灾害前线指挥部应急响应、决策指挥提供了有力、有序、有效的技术支持。主要描述应急监视监测系统的构建、运行和应用,为今后海洋灾害突发事件的应急提供参考和经验积累。     

基于遥感资料的2008年黄海绿潮浒苔水文气象条件分析

利用EOS卫星的多通道资料,采用通道合成的方法,给出了2008年5～7月间黄海海面浒苔的分布情况。利用卫星遥感的海上风场、降水、云中液态水含量、海表面温度(SST)等资料,分析了绿潮浒苔期间的水文气象条件、以及浒苔聚集和定向移动的原因。结果表明:2008年4～5月中旬苏北～山东半岛、黄海西部降水异常偏多导致近海营养盐偏多,5月下旬黄海上空日照比较充足,光和作用加强,有利于海上浒苔迅速繁殖。5～6月黄海大风日数异常偏少,可导致悬浮泥沙少,有利于可见光在水中的透射,利于浒苔的生长。浒苔的密集区位置与风场辐合区位置比较一致,浒苔密集区的移动与盛行风向基本一致,向下风方向漂移。6月偏东风异常是浒苔在青岛附近沿岸大量聚集的主要原因。     

Detecting massive green algae (Ulva prolifera) blooms in the Yellow Sea and East China Sea using Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) data

The historically massive bloom of the green macroalgae Ulva prolifera reported in June?CAugust 2008 around the Qingdao, Yellow Sea, East China Sea and Japan coasts has recurred in a similar season and region. On June 13, 2011, around Qingdao, China, the world??s first Geostationary Ocean Color Imager (GOCI) detected an enormous bloom of floating green algae, which originated from the nearshore Subei Bank, China. The large floating green algae patches were observed along and across the Yellow Sea and in the East China Sea during 2011 summer by various oceanic cruises. To detect the massive macroalgae blooms from space, we analyzed their spectral characteristics from in situ optical measurements and satellite-derived green algae spectra. An ??Index of floating Green Algae for GOCI?? (IGAG) was developed from the multiple spectral band ratios using three wavelengths (555, 660, 745 nm), which the spectral response of green algae reflected at 555, 745, and 865 nm and absorbed at 660 and 680 nm. The results were compared with those obtained by the normalized difference vegetation index (NDVI), enhanced vegetation index (EVI), and Korea Ocean Satellite Center (KOSC) approaches. An advantage of the IGAG method was that muted or subtle signals of floating green algae were enhanced and separated from surrounding complex water signals. Although maps of floating green algae derived by the other approaches delineated dense green algae, they were less sensitive to subtle (less dense) features and in cases of nearby cloudy or complex water conditions. The floating green algae maps from IGAG provided a more robust estimate of wide floating green algae blooms than those derived using NDVI, EVI, or KOSC approaches. The IGAG approach should be useful for tracing and monitoring changes in green algae blooms on regional and global scales.     

漂浮浒苔藻体健康评价及其在青岛近岸海域绿潮监测中的应用

我国黄海绿潮是目前世界上发生规模最大的绿潮灾害。浒苔(Ulva prolifera)由于其独特的生物学特性,在与其他海藻竞争中占据明显优势,导致暴发性生长从而形成浒苔绿潮。目前迫切需要验证并完善有效可行的漂浮浒苔藻体健康评价体系,来判断其生长状态、健康状况及增殖潜力。文章研究了黄海青岛海域漂浮绿潮藻浒苔光合作用的基本特性,并评价了其健康状况的等级。根据藻体状态对应其颜色和最大光量子产量(Fv/Fm)的差异,对2016年6—7月青岛近岸海域的漂浮浒苔藻体健康状态等级进行了测定和评价,发现各采样站位的浒苔藻体处于以下3个不同等级:Ⅱ级亚健康藻体,其Fv/Fm最高出现在站位L24,仅为0.66;Ⅲ级半健康藻体,其Fv/Fm最高出现在L2,为0.59;Ⅳ级衰老藻体,其Fv/Fm最高出现在L1,仅为0.40。其中,6月各采样站位主要以Ⅲ级和Ⅳ级藻体为主;而7月各站位主要以Ⅳ级藻体为主。结果表明,漂浮至青岛海域的绿潮藻浒苔大多状态较差,趋于衰亡,不能健康存活。研究处于不同时期漂浮浒苔藻体的光合生理参数,筛选合适的评价指标,并试用于绿潮监测和评价业务化工作中,对于今后确立黄海漂浮浒苔藻体健康评价方法以及预测绿潮发展趋势具有重要意义。     

黄海绿潮分布年际变化特征分析

2008-2015年,连续8年在黄海海域暴发大规模绿潮,但因暴发时间、规模及漂移路径的不同,对沿海地区造成的环境影响和经济损失大不相同。本文利用EOS/MODIS卫星的多通道资料,采用NDVI算法获取绿潮信息,给出了2007年以来5-8月所有无云或少云晴朗天气下黄海海面绿潮的分布情况。黄海绿潮覆盖面积变化每年呈现单峰值分布,MODIS卫星在5月中旬至6月初首次发现绿潮,随后30~40 d内达到覆盖面积峰值,7月快速消退,8月上旬完全消失。2007年绿潮出现首年覆盖面积极低,发现绿潮时面积均未超过50 km2;2008年和2009年绿潮覆盖面积峰值分别为3 110 km2和4 075 km2,自此绿潮灾害成为新的海洋环境事件;2010-2012年绿潮暴发规模异常低值,各年覆盖面积峰值均未超过1 800 km2,但从2013年开始绿潮规模逐渐攀升,到2015年绿潮覆盖面积峰值达5 629 km2,持续可达98 d,覆盖面积和持续时间为历年之最。绿潮漂移路径可归纳分为3类:2008年和2011年绿潮主体先北向漂移越过34°30'N后,西北向垂直于岸线漂移,主要对连云港、日照和青岛造成较大影响;2009年和2012年绿潮主体先北向漂移越过35°N后,东北向平行于岸线漂移,故只有少许绿潮上岸;2010年、2013-2015年绿潮主体北向漂移至近岸后东北向沿岸漂移,对日照、青岛和荣成沿海造成大面积影响。所有年份绿潮影响范围均限于南黄海内,东侧边界最远未越过124.2°E。     

中国南黄海浒苔种群世代结构与生殖条件分析

通过生殖细胞观察以及DNA含量检测研究南黄海浒苔(Ulva prolifera)群体的世代结构,发现近岸和近海漂浮浒苔群体均由孢子体世代和配子体世代构成,呈现混合世代群体结构。利用完全随机实验设计研究温度、光照强度和盐度对浒苔孢子体和配子体生殖的影响,发现3个生态因子对浒苔配子体和孢子体生殖的影响存在交互效应,在温度25℃、盐度40和光照7 000lx条件下,在24～48h内可促进配子体和孢子体的生殖发育;较高温度(25℃)和较低盐度(10)处理对配子的放散有极显著影响,而较高温度(25℃)和较高盐度(40)处理对孢子的放散有极显著影响。配子体和孢子体的生殖发育对基本环境因子存在着一定的差异反应,但两者均可在较宽的温度和盐度范围内生殖,这可能是导致绿潮种群暴发式增长的主要原因之一。     

紫菜养殖筏架上定生浒苔对黄海绿潮的贡献

Green tides caused by the unusual accumulation of high floating Ulva prolifera have occurred regularly in the Yellow Sea since 2007. The primary source of the Yellow Sea green tides is the attached algae on the Pyropia aquaculture rafts in the Subei Shoal. Ulva prolifera and Blidingia(Italic) sp. are the main species observed on Pyropia aquaculture rafts in the Subei Shoal. We found that U. prolifera has strong buoyancy and a rapid growth rate, which may explain why it is the dominant species of green tides that occur in the China's sea area of the Yellow Sea. The growth rate of floating U. prolifera was about 20%–31% d–1, which was much higher than Blidingia(Italic) sp. There were about 1.7 × 10~4 t of attached algae on the Pyropia aquaculture rafts in May 2012. We found that 39% of attached algae could float when the tide rose in the Subei Shoal, and U. prolifera accounted for 63% of the floating algae. Our analysis estimated that about 4 000 t of attached U. prolifera floated into the surrounding waters of the Subei Shoal during the recycling period of aquaculture rafts. These results suggest that the initial floating biomass of large-scale green tides in the Yellow Sea is determined by the U. prolifera biomass attached to Pyropia aquaculture rafts, further impacting the scale of the green tide.     

Spatiotemporal distribution and influencing factors of Ulva prolifera and Sargassum and their coexistence in the South Yellow Sea,China

Marine ecological disasters occurred frequently in recent years and raised widespread concerns about the ecological health of the ocean.We analyzed the spatiotemporal distributions of Ulva prolifera and Sargassum from April to July each year between 2016 and 2020 in the South Yellow Sea using multisource(GF-1 and HJ-1 A/1 B) remote sensing images,combined with the MODIS sea surface temperature(SST)data,photo synthetically active radiation(PAR) data,and Quick SCAT sea surface wind(SSW) data,to ex...     

早期发育浒苔对2株常见赤潮藻的化感效应

在室内控制条件下模拟浒苔早期发育阶段(微观繁殖体萌发阶段)对中国沿海2株常见赤潮藻种的影响效应。研究结果显示:在共培养条件下,浒苔配子在萌发阶段即可抑制塔玛亚历山大藻和东海原甲藻的生长,第10天的生长抑制率分别为28%和39%。浒苔配子培养滤液连续添加组对塔玛亚历山大藻和东海原甲藻的抑藻作用也较强烈,生长抑制率依次为25%和24%,稍低于浒苔配子添加组。随着培养时间的加长,浒苔配子添加组和浒苔配子培养滤液连续添加组对微藻的抑制效果也逐渐加强。在实验进行的第20天,对塔玛亚历山大藻的生长抑制率就分别达到83%和63%。但是浒苔配子培养滤液一次性添加组和高温处理过的配子培养滤液添加组均未对这2株赤潮藻的生长产生明显影响。结果表明浒苔微观繁殖体中确实存在化感物质并且分泌到培养液中产生抑制赤潮藻类生长的作用,但是该物质不稳定,容易随着时间或在高温下降解,因此化感物质的连续分泌及添加是抑制赤潮微藻生长的关键。研究结果证实了浒苔在早期微观繁殖体萌发阶段即可通过化感效应抑制赤潮微藻的生长,并不仅局限于成熟的藻体阶段。因此浒苔绿潮早期发育阶段与赤潮藻类间的影响效应值得深入研究和探讨。     

浒苔漂流聚集绿潮现象的初步分析

由石莼科绿藻大量增殖形成的绿潮已成为全球常态发生的生态现象之一.中国近年来也发生的孔石莼、浒苔等大型海藻异常增殖和聚集的现象,与国外报道的发生生物种类、发生基本过程和方式完全不同,可以作为绿潮一类新的模式进行研究和探讨.文中分析和探讨了漂流聚集浒苔绿潮发生的基本现象,浒苔因管状中空藻体内由光合作用产生的气泡增加了其浮力而进行漂浮生活,通过营养生殖的方式不断进行藻体的增殖,在适宜条件下日生长速率高达10%～37%,并在风场、流场以及潮汐的作用下不断聚集形成大规模的连片;漂浮聚集的浒苔会因藻体衰老死亡、光合作用速率下降、海水盐度降低以及水体泥沙等悬浮物附着使其聚集藻体浮力发生改变,而由海面表层沉降在水体表层以下.     

不同温度与营养盐条件对浒苔（Ulva prolifera） 和肠浒苔（Ulva intestinalis） 的生长影响

2010 年4 月采集了江苏省南通市如东县紫菜养殖筏架上的浒苔（Ulva prolifera） 和肠浒苔（Ulva intestinalis） 样品, 对两种浒苔在不同温度和营养盐环境下的生长情况进行了研究,分析了其不同生长特点及对环境变化的响应。结果表明,浒 苔（U. prolifera）在15 益~25 益范围内,在浓度相对较高的营养盐组相对生长率较高。肠浒苔（U. intestinalis）在温度为10 益~ 20 益范围内,在浓度较低的营养盐组相对生长率较高。在两种浒苔相对生长率达到最大的同时,其对于营养盐的消耗量也达 到最大。据此,推测两种浒苔自身的生理生态特征及其对环境变化的响应是影响其生物量的重要因素。