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。     

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....     

Population differentiation in the dominant species (Ulva prolifera) of green tide in coastal waters of China

Since 2015, green tides with Ulva prolifera as the dominant species in the Qinhuangdao coastal waters have continued to occur. In this study, the relationship between green tides in Qinhuangdao and the Yellow Sea (setting sites in Rudong and Qingdao) was evaluated by genetic analyses of U. prolifera. Single nucleotide polymorphism (SNP) markers were used to analyze genetic diversity and genetic relationships among groups. Genetic differentiation was lower among floating U. prolifera populations in Rudong and Qingdao than in Qinhuangdao. The floating U. prolifera population had higher genetic diversity and polymorphism levels in Qingdao and Rudong than in Qinhuangdao. Physiological experiments showed that the growth rate and net buoyancy of floating U. prolifera were highest in Qinhuangdao and Qingdao, respectively, under the same environmental conditions (temperature and light). Overall, these findings showed that U. prolifera populations in the Qinhuangdao and Yellow Sea green tides (Rudong and Qingdao) differ significantly at the molecular and physiological levels. Therefore, the Qinhuangdao green tide is not correlated with the Yellow Sea green tide and has a different origin and development mode. This study provides insight into the mechanism underlying green tide blooms in coastal waters of China.     

基于哨兵2号卫星遥感影像的2018年苏北浅滩漂浮绿藻时空分布特征研究

黄海浒苔绿潮自2007年以来连年暴发,但对漂浮绿藻在其源地—苏北浅滩的分布、发生和发展过程仍缺乏精细刻画。本文主要采用哨兵2号卫星遥感影像,对2018年苏北浅滩的漂浮绿藻信息进行提取,结合地形、微波+红外融合海表温度和CCMP海面风场数据,分析了影响漂浮绿藻时空分布的重要环境因子。结果表明：漂浮绿藻于5月23日在苏北浅滩南部首次通过遥感影像被探测到,在6月逐渐向北发展扩大,在7月中旬消失。漂浮绿藻最早可追溯至浅滩中心紫菜养殖筏架区边缘,而后沿潮沟形成宽度为10～200 m、断续绵延数十千米的条带。在黄海绿潮发展过程中,浅滩持续向北及外海输送漂浮绿藻。在浅滩以北,漂浮绿藻的分布和漂移与海面风向一致。本研究结果可为黄海绿潮的早期预警和防控提供依据。     

浒苔微观繁殖体与亚历山大藻相互作用的研究

连年暴发的浒苔绿潮灾害对我国近海生态安全造成了严重的危害, 因此本实验选取了中国 沿海常见赤潮藻种亚历山大藻以及浒苔微观繁殖体中的配子为研究对象, 在室内控制条件下模拟了浒 苔配子在发育早期两个重要阶段(固着和萌发阶段)与四株亚历山大藻之间的相互影响效应。研究发现: 浒苔配子在固着阶段对四株亚历山大藻的生长无明显影响, 但在随后的萌发阶段却显著抑制了塔玛亚 历山大藻的生长, 第7 天的生长抑制率达到27%.而四株亚历山大藻均可强烈抑制浒苔配子的固着, 24h ID50 均小于50 cells/mL, 但对随后浒苔配子的萌发并无影响。因此在两者的相互作用关系中, 微藻 的竞争优势主要体现在浒苔配子固着阶段, 浒苔的竞争优势则体现在配子萌发阶段。进一步的研究发现, 亚历山大藻对浒苔配子固着的抑制效应是通过分泌某些物质(非PSP 毒素)产生的, 该类物质可能由蛋白 类和非蛋白类成分共同组成。而浒苔配子分泌的化感物质造成了其对塔玛亚历山大藻的抑制效应。     

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。     

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。     

基于高分四号卫星的黄海绿潮漂移速度提取研究

静止轨道卫星高分四号（GF-4）具有高时间分辨率（20 s）和高空间分辨率（50 m）的独特优势。为了挖掘GF-4卫星在海洋灾害监测中的应用潜力,本文基于2016年6月25日1天4景的GF-4卫星影像,利用最大相关系数法（MCC）,开展了黄海绿潮漂移速度提取研究,分析了海面风场、潮汐等对绿潮漂移的影响。研究发现:（1）MCC方法可高精度自动追踪GF-4影像中绿潮的分钟级（8~9 min）位置变化,绿潮漂移速率和方向的相对偏差分别为11%和5%;当2景GF-4影像的成像时间间隔增大至小时级（如6 h）时,随着绿潮斑块形状的改变,MCC方法绿潮自动追踪的准确性下降。（2）绿潮在1天之中的漂移速率和方向可发生显著变化,当日上午9时黄海绿潮漂移速率均值为（0.36±0.13）m/s,方向以东南向为主,至15时,绿潮漂移速率显著增加至（0.69±0.12）m/s,方向变为东北偏北。（3）绿潮漂移速度与海面风速的相关系数为0.74,绿潮漂移方向为风向偏右;绿潮的向岸、离岸运动与相应时刻的涨、落潮具有较好的对应关系。GF-4卫星数据可为绿潮快速漂移的高精度监测提供数据支撑。     

基于无人机遥感的黄海绿潮搁浅生物量估算

浒苔在近岸搁浅后会破坏海岸景观,干扰水上运动,给滨海旅游业造成严重影响。本文使用无人机搭载的多光谱和可见光传感器对山东半岛的海阳、乳山和文登的三个海滩搁浅的浒苔进行航拍监测,并结合地物光谱测量数据,分别选择归一化植被指数(NDVI)、差值植被指数(DVI)和虚拟基线高度浮藻指数(VB-FAH)对海滩搁浅浒苔与岸边植被及非植被(海水、沙滩)进行识别评估,并分别估算了三个研究区搁浅浒苔的生物量。研究结果表明:NDVI可以识别植被和非植被,但无法区分潮间带上部和潮间带下部分布的浒苔;DVI和VB-FAH对植被和非植被的区分度不高,但对不同分布的搁浅浒苔具有一定的区分度,其中, DVI对潮间带上部和潮间带下部分布浒苔的识别能力优于VB-FAH。因此,通过对岸边植被进行腌膜,利用DVI构建海滩搁浅浒苔生物量估算模型,实现了海滩搁浅浒苔生物量的估算。海阳、乳山和文登三个海滩搁浅浒苔的生物量分别为1 468 t、745 t和5 034 t,本文提出的方法可以为搁浅浒苔的清理和资源合理分配提供技术支持。     

黄海绿潮发展规模影响因子及预测方法研究

黄海绿潮自2008年起连年暴发, 对沿海地区的海上活动带来严重影响, 不仅造成了巨大的经济损失, 也破坏了近海海洋生态环境。本文基于绿潮多源监测数据和大气海洋再分析资料, 对绿潮规模的年际变化及其影响因子进行分析研究。结果表明, 2008至2019年间黄海绿潮平均分布面积和覆盖面积分别为40 000 km²和620 km²; 影响绿潮规模的关键因子为绿潮生成区的海温和纬向海流, 由此建立的绿潮分布面积回归模型与观测值相关系数达到0.80; 欧亚遥相关波列、太平洋年代际振荡和厄尔尼诺与南方涛动可能是影响绿潮规模年际变化的大尺度环流因子。     

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。     

2009-2018年南黄海苏北浅滩海域漂浮浒苔和马尾藻现场调查研究

利用2009-2018年在南黄海苏北浅滩海域的现场调查数据,分析和研究了该海域漂浮绿藻和马尾藻的长期变化和季节性波动特征。研究显示,漂浮绿藻于每年4月中旬至下旬在浅滩中部筏架周围开始出现。5月－6月,漂浮绿藻生物量迅速增加,并漂移扩散至深水区。漂浮绿藻密度年际变化较大,但这十年间总体呈上升趋势。相比较而言,漂浮马尾藻仅在2013、2017和2018年在浅滩聚集形成春季藻华;且这三年,漂浮马尾藻密度超过同期漂浮绿藻。浅滩漂浮马尾藻的发生与发展过程与漂浮浒苔明显不同。3月,漂浮马尾藻开始出现于浅滩离岸海域,4-5月,漂浮马尾藻大量侵入浅滩,因此浅滩漂浮马尾藻现并非起源于本地。受高强度人类活动以及浅滩以外海域物理化学和生物过程的影响,浅滩环境因素与漂浮绿藻生物量的关系不甚明确。对于漂浮马尾藻的起源以及与漂浮绿藻的相互关系也需要进一步研究。     

2008年黄海绿潮路径的数值模拟

利用FVCOM模式拉格朗日粒子跟踪模块模拟了2008年5月到7月黄海绿潮漂移路径,根据遥感图像选取粒子跟踪的初始位置和初始时刻,模式中加入M2,S2,K1,01四个主要分潮和Quickscat每日风场资料作为驱动,模拟的粒子运动的主要路径和到达青岛近岸的时间与遥感图像对比都比较吻合。该结论进一步验证了前人关于青岛绿潮来...     

黄海绿潮多源卫星遥感业务化监测需求分析与系统设计

在分析黄海绿潮卫星遥感监测需求基础上,设计了绿潮多源卫星遥感业务化监测系统。系统设计包括:卫星数据源选择,多源卫星影像绿潮信息提取方法、多源监测结果融合方法和绿潮信息提取总体流程,系统功能模块设计,系统研发语言和平台选择,以及监测报告、数值模拟初始场等产品的设计。为其后的系统研发中的中低分辨率信息提取、多源监测结果信息融合等关键问题提供了解决思路和方法。系统研发后可为黄海绿潮防灾减灾应急决策提供及时、准确、全面的绿潮监测信息。     

2015年黄海浒苔演变特征的遥感分析

为揭示2015年黄海区域浒苔演变特征, 利用MODIS(moderate-resolution imaging spectrometer)数据, 通过计算漂浮藻类指数(floating algae index, FAI)建立了浒苔信息的数据集, 进而获取了浒苔的时空变化规律特征。研究发现, 5月13日浒苔条带最早出现在苏北近岸, 之后浒苔条带向北和向东漂移, 浒苔覆盖面积逐渐变大; 向北漂移的浒苔逐渐发展成大规模聚集的形态, 而向东的条带仍旧是分散的形态; 向北漂移的浒苔条带6月12日到达半岛顶端后出现大规模登陆的情况, 登陆的依次顺序为乳山—青岛—海阳; 在苏北近岸的浒苔一直持续到8月5日。对2015年浒苔时空演变特征与往年情况进行初步对比分析, 发现其与2013年浒苔漂移路径和登陆过程存在显著差异, 具有很强的年际差异。     

基于VB-FAH指数的黄海绿潮遥感监测及对比研究

目前绿潮遥感监测手段大多基于单一遥感数据,局限性很大,为了弥补监测中空间分辨率和时间分辨率低的问题,基于多源遥感数据,结合虚拟基线高度浮藻指数VB-FAH(virtual-baseline floating macro Algae height)和人工辅助判读方法,对2015—2016年黄海发生的绿潮(大型绿藻——浒苔(Ulva prolifera))进行了动态监测,并利用两景同步影像比较了高分一号卫星WFV(GF-1 WFV)数据和资源一号04星WFI(CBERS-04 WFI)数据的监测结果,同时也对卫星影像监测和船载监测结果进行了比较。结果表明:CBERS-04 WFI数据的监测结果与GF-1 WFV数据相比产生了15.3%~37.32%的相对偏差,主要原因是空间分辨率的差异导致的混合像元效应。对卫星影像监测结果与船测数据进行叠加对比,可以发现在Ⅲ级以上的绿潮数量级中卫星影像的监测精度较高。绿潮暴发的过程持续100 d左右,4月底—5月初绿潮开始在苏北浅滩浊水区出现,随着外界因素逐渐达到适宜生长的条件,绿潮不断生长直至暴发,并随黄海表层流向北漂移,直至山东半岛南部沿岸,7月份和8月份是绿潮的消亡阶段,8月中旬绿潮基本消亡。本研究成果提高了监测精度,可为绿潮的防控提供有效的信息支持。     

“微观繁殖体”溯源

通过查阅"微观繁殖体"相关文献,对其概念进行溯源追踪并据以总结归纳。笔者认为"微观繁殖体"这个概念不应该作为放散的孢子、配子、合子、不同生长阶段的显微个体及有生长能力的大型海藻碎片的统称,而应只是泛指那些肉眼不可见的只进行营养繁殖的二倍体细胞团、脱落下来的组织块和"色素体"(有色藻段)等碎片,即是一个或者多个二倍体的藻类细胞。并以石莼属绿藻浒苔(Ulva prolifera)为例,简述浒苔微观繁殖体在其生活史中的主要作用,为浒苔"微观繁殖体"的理论研究和实际利用奠定基础。     

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。     

浒苔绿潮消亡腐败过程中的营养盐释放及其对近海环境的影响

为探讨浒苔绿潮消亡腐败过程中的营养盐释放规律以及浒苔绿潮聚积腐烂对海水水质的影响,在室外模拟近岸浒苔绿潮聚积腐烂过程,并于2018年6月在浒苔绿潮靠岸前开始对主要浒苔绿潮聚积地(鳌山湾、鳌山湾口的海参池、石老人海域)进行观测,实时记录浒苔腐烂状况及对周边环境的影响。模拟实验结果表明:各形态氮、磷营养盐在浒苔腐烂分解过程中升高明显,且以溶解有机态、颗粒态为主。其中生物量为5 g/L实验组溶解有机氮(Dissolved Organic Nitrogen,DON)、颗粒态氮(Particulate Nitrogen, PN)、溶解有机磷(Dissolved Organic Phosphorus, DOP)、颗粒态磷(Particulate Phosphorus,PP)的浓度在浒苔腐烂分解过程中达本底浓度的5～10倍以上。现场调查结果显示,随着浒苔绿潮在青岛近岸聚积,各调查站点的溶解无机氮(Dissolved Inorganic Nitrogen,DIN)、DON、DOP受浒苔绿潮吸收影响均降至最低值,后随着浒苔绿潮腐烂逐渐上升,水质恶化。其中鳌山湾受浒苔绿潮腐烂影响最为严重,在调查期间水体甚...     

Photosynthetic response of floating Ulva prolifera to diurnal changes of in-situ environments on the sea surface

During yellow sea green tide outbreak, the thalli of Ulva prolifera drifted more than 350 km on the sea surface from off shore of Jiangsu Province to Qingdao city, where they were exposed to complex changes of local environments. The purpose of this study is to investigate the response of the thalli to diurnal changes of environments on the sea surface, and a sea surface environment simulator (SSES) was designed to simulate the natural environment of floating U . prolifera mat. A control experiment is designed in the laboratory, which was processed under suitable conditions (20°C for temperature, 72 μmol photons/(m 2 ·s) for light intensity and 30 for salinity), and an in-situ research was conducted to study the photosynthetic responses of floating U . prolifera to diurnal changes of environments. The results show that the photosynthetic efficiency of the thalli decreased gradually with time, and decreased rapidly after 14:00 local time (LT). After exposed to the environment on the sea surface for 6 h, the photosynthetic activity of the thalli decreased significantly. Furthermore, physiological-level and molecular-level experiments revealed that non-photochemical quenching (NPQ), cyclic electron flow (CEF) and energy redistribution between PSI and PSII all played an important role in the strong photosynthetic plasticity of U . prolifera . NPQ is the most important photoprotective responses to environmental changes before 12:00 LT. The results also confirmed that the CEF and energy redistribution between PSI and PSII are the main synergistic eff ects for the thalli to adapt to the environmental changes when the process NPQ cannot work. And the result can further reveal the reason why U . prolifera can adapt to the living condition of long distance drift on the sea surface. The findings of this research could provide a theoretical basis for explaining outbreaks of the green tide and instructing the management of the problem.