2001—2020年天津近岸海域赤潮特征分析

文章通过对2001—2020年天津近岸海域发生的赤潮进行统计分析发现,近年来天津近岸海域赤潮发生呈现高频次小规模的特征。2012—2020年赤潮年度累计持续天数大体呈增加趋势,这主要是受DIP控制。夏季是赤潮高发期,尤其是6月和8月,单次赤潮过程持续时间较长。天津近岸海域赤潮肇事种主要是夜光藻、中肋骨条藻和尖刺伪菱形藻,这3种藻类在时间上有交替成为肇事种的特征,这主要与它们对水文环境的适应性相关。有毒赤潮主要集中在6—9月暴发,9月暴发的赤潮多为有毒赤潮,天津近岸海域有毒赤潮种多为多环旋沟藻和米氏凯伦藻。

红色赤潮藻对球形棕囊藻的化感作用研究

红色赤潮藻(Akashiwo sanguinea)和球形棕囊藻(Phaeocystis globosa)都是近年来在我国近岸海域频繁引发赤潮的藻类。为了探索红色赤潮藻和球形棕囊藻之间是否存在化感作用及作用方式,本研究采用不同起始密度培养红色赤潮藻与球形棕囊藻,并将前者的完整细胞培养液、无细胞滤液、藻液超声破碎液分别与球形棕囊藻进行混合培养,分析红色赤潮藻对球形棕囊藻细胞生长的影响。结果显示,在红色赤潮藻细胞起始密度保持5×10^(5)cells/L的混合培养条件下,起始密度分别为5×10^(5)、1×10^(6)、2×10^(6)、1×10^(7)cells/L的球形棕囊藻生长均受到明显的抑制;无论是含有红色赤潮藻完整细胞的培养液,还是其无细胞滤液或藻液超声破碎液,均对球形棕囊藻的生长具有显著抑制作用(P<0.01),抑制强度由强至弱依次为完整细胞培养液、无细胞滤液和藻液超声破碎液;相反,球形棕囊藻的存在对红色赤潮藻细胞的生长无显著影响(P>0.05)。因此,红色赤潮藻具有抑制球形棕囊藻生长的化感作用,其化感物质主要分泌于细胞外。

具毒素浮游生物模型中生长问题——以赤潮异弯藻为例

为了研究一类具毒素浮游生物模型中浮游植物的生长问题,首先,浮游植物是以赤潮异弯藻为例,获取相关数据,建立赤潮异弯藻的生长率与影响其生长的3个因素(温度、盐度和光照强度)的多元回归模型,并确定模型中参数。其次,利用常微分方程定性理论,证明了模型解的正性和有界性,并以生长率为参数,分析模型的稳定性。最后,结合已得到对模型的稳定性分析结论,数值模拟定量、具体地描述它的生长情况。总之,考虑环境因素对生长率和毒素释放率的影响,进而影响到生物系统中浮游动植物的数量变化,这对预测浮游生物间的动态变化,以达到预测赤潮爆发的目的,具有指导意义。

黏土组合芽孢杆菌Ba3控制赤潮甲藻研究

基于细菌溶藻和黏土吸附的特性,探索了溶藻菌Ba3与黏土组合控藻技术。正交实验确定了投加量为1.0%Ba3无菌滤液和100 mg·L^(-1)黏土为最佳组合,该组合技术在24 h内对米氏凯伦藻的溶藻率达到94.0%。分别对比了单独投加无菌滤液、黏土、黏土+Ba3无菌滤液、黏土+PAC、黏土+H_(2)O_(2)的控藻效果。结果显示,黏土+PAC、黏土+H_(2)O_(2)组合在12 h后出现了藻密度“回弹”现象,黏土+Ba3无菌滤液在48 h后的溶藻效果达到95%以上显著高于其他组合,检测试验前后叶绿素a浓度的变化,进一步验证了Ba3无菌滤液组合黏土的高效控藻效果,有望在赤潮甲藻控制中应用推广。

基于色相角算法的珠江口赤潮遥感识别

为实现珠江口高分辨率赤潮遥感识别,科学支撑赤潮灾害防灾减灾工作,利用海洋一号C/D卫星搭载的海岸带成像仪高空间分辨率数据,在分析珠江口近岸浑浊水体、干净水体和赤潮水体遥感影像光谱特征基础上,通过计算水体色相角并结合目视解译识别珠江口赤潮。利用该方法成功识别2020年10月26日—11月6日在珠江口海域发生的双胞旋沟藻赤潮。利用色相角能够很好地识别出珠江口海域的赤潮;赤潮水体的色相角在58°~61°变化;该方法对形成初期的小范围赤潮、低密度赤潮和条带状赤潮具有很好的识别效果。

上海近岸海域赤潮特征分析及其对海表温度变化的响应

本文对1980—2019年上海近岸海域发生的164次赤潮灾害事件进行统计和分析,并采用Spearman秩相关系数法对40年间上海近岸海域赤潮与海表温度变化之间的关联性进行研究。结果表明,上海近岸海域赤潮的发生具有明显的时间和区域特征:20世纪80年代—21世纪10年代,上海近岸海域赤潮发生次数呈现先增加后减少的趋势,年均赤潮面积呈波动式减小-增大-减小趋势;赤潮发生时间主要集中在4—8月,且高发区域主要位于嵊泗列岛附近海域。引发赤潮的生物种类具有年代际演变规律,夜光藻(Noctiluca scintillans)逐渐被中肋骨条藻(Skeletonema costatum)和东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)所取代,同时还不断有新的赤潮藻种出现。相关性分析结果表明,上海近岸海域赤潮发生次数与海温异常和海温暖异常天数均呈显著的正相关关系,即区域平均海表温度越高赤潮发生次数越多。本研究通过对上海近岸海域赤潮灾害的多年统计分析,结合赤潮发生与海温增暖的相关性,清晰地描述了该海域赤潮的时空变化特征,为上海赤潮预警预报和防灾减灾工作提供了一定的参考。

基于MODIS影像的2016—2017年东海赤潮高发期水体时空分布及其气象控制因子分析

近年来,东海区域赤潮灾害频发,对沿海地区的经济发展和海洋生态环境造成了极大的破坏。本研究基于赤潮暴发年2016—2017年夏季MODIS影像数据,采用半经验多光谱识别算法对东海夏季赤潮暴发期的水体类型分布特征进行反演。结果表明,赤潮高发期东海水体类型从近岸向开阔海域呈现浑浊水体-赤潮水体-混合水体-干净水体的时空分布特征。其中,硅藻和甲藻赤潮水体在空间分布上具有相互演替变化的特征。此外,通过对浙江省近岸的大陈站、石浦站和嵊泗站3个站点的气象因子进行主成分分析发现,气温、风速和天空云量对赤潮的生消演替起着积极的促进作用。

一类新的赤潮藻源——微塑料附生赤潮藻

全球海洋中持续增长的微塑料(microplastics,MPs)为微藻提供了新的栖息生境和传播载体,附生在MPs表面的微藻被称为微塑料附生微藻(epimicroplastic microalgae,EMP-MA)。有关EMP-MA的研究可以追溯到1971年,但直到2022年才正式提出EMP-MA的概念,并且由于MPs污染加剧,EMP-MA也逐渐受到了关注。硅藻、甲藻、蓝藻、绿藻等藻类均会在MPs表面附生,其中硅藻是最丰富和最多样的类群,常见的附生硅藻有曲壳藻属(Achnantes)、双眉藻属(Amphora)、卵形藻属(Cocconeis)、舟形藻属(Navicula)和菱形藻属(Nitzschia)等。值得注意的是,在EMP-MA群落中还发现了多种赤潮藻类,如卵形蛎甲藻(近似种)(Ostreopsis cf.ovata)、太平洋亚历山大藻(Alexandrium pacificum)、具刺膝沟藻(Gonyaulax spinifera)、东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)和尖刺伪菱形藻(Pseudo-nitzschia pungens)等。这些赤潮藻类可能随着MPs一起在风、海流等外力的驱动下向四处扩散,从而为赤潮的发生提供种源,增加赤潮的暴发和扩散风险,并且随着MPs污染加剧和全球气候变化,这种风险可能会随之增加。然而,目前尚未有直接证据证明MPs表面附生的赤潮藻类确实引发了赤潮或造成了赤潮扩散。为此,我们应当持续关注MPs附生赤潮藻类的时空动态并积极建立MPs附生赤潮藻类扩散风险评估体系,对其引发赤潮的可能性或诱发赤潮的关键环境因子开展深入研究,以期完善赤潮暴发和扩散机制,为海洋防灾减灾工作提供理论依据。

广东省海域赤潮灾害的基本特征分析

文章通过收集《广东省海洋灾害公报》中2013—2022年的赤潮灾害数据,运用统计学方法对近10年广东省海域的赤潮灾害时空分布等基本特征进行综合分析,以期为赤潮灾害的预警、防治等工作提供参考依据。分析结果表明:时间分布上,近10年间广东省海域共发生赤潮95次,年平均9.5次,共发生面积3624.76km2,主要发生时间集中在1-4月,平均每次赤潮持续时间为8.8d;空间分布上,赤潮发生次数最多的主要位于珠三角海域,赤潮面积发生最大的则位于粤西海域。引发赤潮的生物共有26种,其中硅藻门13种、甲藻门10种、定鞭藻门、黄藻门和原生动物门各1种,引发赤潮次数最多的是夜光藻和红色赤潮藻,引发赤潮面积最大的是球形棕囊藻,近年来引发赤潮的生物种类呈现多样化的趋势。

基于nFLH的2017—2021年间福建海域赤潮的时空分布特征分析

赤潮发生时不仅会对海洋水体、海洋生物、渔业等造成严重的危害,还会通过食物链威胁人类的健康。通过MODIS遥感影像进行分析,在SeaDas中利用OCCSW组件计算nFLH进行赤潮监测验证,并对福建省沿海区域2017—2021年间发生的33起赤潮灾害进行综合分析,系统分析了福建沿海赤潮生物种类、时空分布特征和演变规律。结果表明,2017—2021年间赤潮持续时间为173天,影响总面积为307.74平方千米。福建省近五年的时空分布特征总结,可为赤潮监测预警、防灾减灾提供参考。

浙江温州:海域米氏凯伦藻赤潮预警预报技术的初步研究

米氏凯伦藻赤潮是温州沿海主要的海洋生物灾害,不仅对水体生态环境造成危害,也给渔业资源和生产造成重大经济损失。鉴于米氏凯伦藻赤潮形成原因的复杂性,函需建立和完善赤潮预警预报体系,提升监测预警预报技术,开展高频率、高密度、定期的监测工作,通过对与米氏凯伦藻赤潮相关因素进行长期实时监测,以提升我国赤潮防灾减灾和海洋灾害保护的智能化、科技化水平。

2021~2022年荣成海域多相赤潮的分子鉴定

山东半岛濒临渤海和黄海,海岸带复杂,海岸线长,近岸海域赤潮事件频发。然而,由于部分赤潮物种的形态难以识别,或易降解不稳定,加上形态鉴定专业要求高,导致致灾赤潮物种未得到准确鉴定。2021年11月至2022年4月间山东荣成海域海带养殖区暴发严重赤潮事件,面积达1440 km2,导致海带白化、溃烂,造成严重经济损失。对该海域水样固定样本的观察鉴定到两种致灾赤潮物种,红色赤潮藻(Akashiwo sanguinea)和多纹膝沟藻(Gonyaulax polygramma),二者均为山东近海常见的致灾赤潮物种。该研究通过对赤潮样本中活体单细胞的显微观察和单细胞测序分析,根据藻细胞形态特征与分子标记序列相似性鉴定到三种优势致灾赤潮物种,包括红色赤潮藻、多纹膝沟藻和灰白下沟藻(Katodinium glaucum)。其中灰白下沟藻由于在固定过程中不稳定而较少得到鉴定。对该赤潮海域水样开展宏条形码分析,除了发现上述三种致灾赤潮物种外,还发现了另外一个致灾赤潮物种纺锤环沟藻(Gyrodinium fusiforme)。纺锤环沟藻也由于在固定过程中不稳定而较少得到鉴定。由此可见,宏条形码分析方法更加准确系统地鉴定了该赤潮事件的致灾赤潮物种。由于宏条形码分析流程比较便于规范化,并且该方法可以获得比仅利用细胞形态特征进行鉴定,或兼用基于形态特征和分子标记方法进行鉴定更加全面的结果,研究表明宏条形码分析可以准确系统地鉴定组成较为复杂的多相赤潮事件的致灾赤潮物种。

基于OLCI数据的浙江近岸海域赤潮监测研究

赤潮监测对于赤潮的治理、预防和减少灾害具有重要意义。与传统的赤潮监测手段相比,遥感技术具有低成本、高效率、高覆盖度等优势,在赤潮监测方面具有广阔的应用前景。本文首先基于实测光谱数据,验证了C2RCC大气校正算法在浙江近岸海域的有效性;然后,利用2017—2020年3期赤潮爆发时期的OLCI影像数据,分别采用Chl-a浓度阈值法、改进型赤潮指数RI和赤潮水体遥感识别指数RDI 3种典型算法展开浙江近岸海域的赤潮监测研究。结果表明:1)C2RCC算法大气校正效果较好,适用于OLCI影像数据和浙江近岸海域。2)基于OLCI影像的RDI模型的赤潮监测精度最高,不易受高TSS和CDOM等成分的影响,监测结果更稳定;Chl-a浓度阈值法和RI方法易受悬浮物泥沙的影响,导致临岸海域误判赤潮现象。3)赤潮遥感监测技术可以弥补传统手段无法获取赤潮空间分布的缺点,大大提升海洋赤潮监测预警的效能。本文研究对于浙江近岸海域赤潮监测预警、海洋生态保护、海洋资源管控等具有重要现实意义,同时也可以为我国其他海域的赤潮监测提供技术参考。

中国海域赤潮物种多样性

遍布全球的赤潮问题近几十年来在我国海域愈演愈烈,成为我国海域最突出的生态灾害之一,严重威胁人类健康、生态安全和社会经济发展。随着研究的深入,我国海域越来越多的赤潮物种及隐存种得到鉴定,分类地位也经过不断修订,但是这些信息零散,不利于研究者系统认识和跟踪研究我国海洋赤潮物种。为此,文章整理了国内外赤潮物种研究资料,并参照联合国教科文组织全球有害藻华物种分类参考名单(2021年版,仅包括有毒赤潮物种)内容,完成了赤潮物种统计,共收录了341个赤潮物种,既包括有毒赤潮物种,也包括无毒赤潮物种。在这341个赤潮物种中,大部分(215种)在中国海域也得到鉴定,其中76个物种在所有主要海域都得到鉴定。近年来,基于通用分子标记(比如18S rDNA序列)的宏条形码分析被广泛应用于针对赤潮物种的鉴定和研究,成为研究赤潮物种组成及其时空动态变化的重要手段。然而,这341个赤潮物种中近30%的物种其18SrDNA序列尚未得到解析,严重限制了宏条形码方法的充分应用,是推行宏条形码分析中的重要瓶颈。全面构建赤潮物种分子标记可以促进宏条形码分析方法作为新一代海域生态调查分析技术,更好地将其应用于解析我国海域赤潮物种的多样性及时空动态变化特征,把赤潮研究推向一个新台阶。

典型东海原甲藻赤潮过程的环境影响因子分析

近二十年来,东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)在我国东海频繁引发赤潮,并已成为该海域的主要赤潮原因种之一。为研究该赤潮藻种对环境因子变化的响应,基于2019年5月浙江沿海赤潮发生区生态浮标和海洋台站的环境要素连续观测数据,结合主成分分析方法,对三次东海原甲藻赤潮生消过程及其成因进行了分析和讨论。结果表明,(1)持续的升温、降压、较高的湿度、较强的向岸风、充沛的营养盐以及海水盐度下降均是浙江沿海这几次东海原甲藻赤潮的重要诱发因素;(2)赤潮暴发期间偏弱的风速,缓慢升高的水温和气温均利于赤潮的维持;(3)溶解氧、pH与赤潮生物量呈显著正相关,亚硝氮与赤潮生物量呈显著负相关,三者的变化推测主要是赤潮生物光合作用产物和有机体分解产物的增加所引起;(4)赤潮后期偏高的pH、较强风速、盐度回升、气压升高以及水体营养盐含量的骤降均可加速赤潮的消亡。研究结果对认识东海原甲藻赤潮成因和生消机理有一定的指导意义,可为今后该种赤潮预警防控提供借鉴。

山东近海赤潮物种多样性研究进展

山东近海浮游植物多样性很高,其中包括很多能够引发赤潮的赤潮物种。在气候变化和人类活动的双重影响下,山东近海赤潮事件的规模越来越大,赤潮暴发频率也越来越高,给生态环境及人类健康带来负面影响,从而引起越来越大的关注。为系统了解山东近海的赤潮物种多样性,评估潜在的赤潮暴发事件,对过去84年间(1936~2019年)完成的以山东近海浮游植物为研究对象的生态研究项目进行了全面的文献检索,并对文献报道的结果进行了整理和分析。这些生态研究项目基本都采用了基于形态特征的方法对浮游植物进行了物种鉴定。对检索到的119个生态研究项目的鉴定结果汇总得到659种浮游植物,其中包括155种赤潮物种,以硅藻(78种)和甲藻(67种)为主,还包括棕鞭藻(5种)、定鞭藻(2种)、隐藻(1种)、未定类的三深碎裂藻(Ebria tripartite)和红色中缢虫(Mesodinium rubrum)。鉴定频率最高的赤潮物种包括中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、旋链角毛藻(Chaetoceros curvisetus)、尖刺伪菱形藻(Pseudo-nitzschia pungens)、夜光藻(Noctiluca scintillans)和短角弯角藻(Eucampia zodiacus)。由于这些调查研究采用的基于形态特征的物种鉴定方法,对细胞尺寸较小、形态特征不显著以及固定过程中不稳定的物种往往做不到准确鉴定,且形态学鉴定还受到研究者经验的影响,因此,这些鉴定结果不能全部代表甚至可能严重低估了山东近海的赤潮物种多样性。在该文统计的155个赤潮物种中,只有118个物种的18S rDNA V4区序列得到解析,从而可以在宏条形码分析中可以得到鉴定。未来的研究应该将形态学方法与分子学方法结合起来,并且解析所有赤潮物种的分子标记(包括18S rDNA V4)序列,从而更好地跟踪山东近海的赤潮物种多样性及其时空动态分布,为赤潮预警预报提供依据。

风云三号卫星监测海洋浒苔、赤潮和溢油

风云卫星对海洋环境灾害(浒苔、赤潮和溢油)的定量遥感监测业务能力需要提升。利用风云三号D星中分辨率光谱成像仪MERSI-II资料以及部分高分卫星数据,探索解决大气校正和云检测两个技术难点问题的方法,分别依据浒苔、赤潮和溢油的光谱特征,建立相关的遥感监测算法,实现对海洋浒苔、赤潮和溢油的判识,并在相应个例中取得较好的监测效果。

舟山近岸海域赤潮生物与赤潮特征研究

研究赤潮生物与赤潮特性是了解赤潮成因、判断赤潮趋势和科学预防应对赤潮的有效手段和途径。对2002-2021年舟山近岸海域发生的190次赤潮进行分析,主要高发区为嵊泗、朱家尖东部和东极海域,高发期在5-7月,主要赤潮生物30种。2020-2021年对舟山近岸海域40个点位浮游植物进行调查发现,赤潮生物有58种,主要优势种有中肋骨条藻(Skeletonema costatum)、尖刺拟菱形藻(Pseudo-nitzschiapungens)、洛氏角毛藻(Chaetoceros lorenziunus)、旋链角毛藻(Chaetoceros curvisetus)、刚毛根管藻(Rhizosolenia setigera)、东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)等。嵊泗、朱家尖东部和东极海域夏季赤潮生物种类和丰度最高,秋季次之。近5年来,近岸海域水质总体提升,富营养指数相对稳定,为2.33~4.28,一到三类海水比例与赤潮年度累计面积呈负相关,赤潮发生频次受水文气象因素影响,夏季高发区赤潮优势种丰度较高,发生赤潮的内外因素依然存在。

基于高光谱成像技术的赤潮藻种鉴别和浓度测量方法

赤潮是一种由海洋藻类引发的水质污染,部分赤潮藻有毒性,对海洋渔业发展有严重危害。快速、准确地鉴定赤潮藻种及其细胞浓度对污染的控制和治理具有重要意义。传统的显微镜检测和基因测序等方法时效性低,遥感检测易受到环境干扰导致精度低,荧光光谱检测因设备昂贵无法大范围推广,高光谱成像(HSI)技术为赤潮藻种提供了一种快速、无损的检测方法。搭建了HSI检测系统,针对福建地区常见的甲藻(强壮前沟藻)、硅藻(中肋骨条藻和三角褐指藻)和针胞藻(赤潮异湾藻)构建了大量高光谱样本库,分别采用2种分类方法和3种回归方法建立藻种鉴别和细胞浓度测量模型,并比较了7种光谱预处理(标准化、归一化、多元散射校正、变量标准化、Savitzky-Golay平滑、基于SG的一阶导数、基于SG的二阶导数)和2种波段提取方法(遗传算法和连续投影算法)对建模精度的影响。结果表明:基于SG的二阶导数(SG+2^(nd))预处理方法可以提高波段筛选和建模的准确率,遗传算法(GA)所提取特征波段更具代表性和有效性。SG+2^(nd)-GA组合所提取特征波段(644.7、547.8、562.6、829.4、832 nm)与所选藻类中特定色素的吸收光谱波段相对应,再结合支持向量机(SVM)或反向传播神经网络(BPNN)建模实现了利用高光谱成像技术有效鉴别强壮前沟藻、赤潮异湾藻、中肋骨条藻、三角褐指藻。在细胞浓度测量中,支持向量回归(SVR)建模效果优于多元线性回归(MLR)和偏最小二乘算法(PLS),四种藻SG+2^(nd)-GA-SVR细胞浓度预测模型的决定系数(R 2)均大于0.98。其中强壮前沟藻和中肋骨条藻模型浓度预测范围分别在1.05×10^(3)~1.05×10^(4)和1.13×10^(4)~2.38×10^(5) cells·mL^(-1),最低测量浓度达到该藻种发生赤潮时的基准浓度。三角褐指藻模型浓度预测范围为1.06×10^(5)~4.36×10^(6) cells·mL^(-1),最低测量浓度低于现有光谱技术对其测量的浓度。本研究为快速、准确、无损探测赤潮提供了新方法。

基于氮磷比的赤潮灾害危险度评估方法研究

为了定量表示氮磷比对赤潮灾害危险度的影响,在赤潮藻类最大比生长速率的氮磷比耐受性模型和赤潮暴发基准细胞密度的基础上,建立了氮磷比与赤潮暴发时间的关系模型,并据此划分危险度等级且归一化得到危险度值,并以中肋骨条藻为例进行了应用分析。结果表明基于氮磷比的赤潮暴发时间模型受初始密度、氮磷比的影响,且随初始密度、氮磷比的变化呈倒高斯形态变化。依据赤潮藻类在不同氮磷比下的耐受特性,赤潮灾害危险度可划分为高危险度、中危险度、低危险度三个等级。在高危险度区,最大比生长速率大,赤潮暴发时间最短,赤潮发生的可能性最高;在中危险度区,最大比生长速率小,赤潮暴发时间长,赤潮发生可能性低;在低危险度区,最大比生长速率趋于初始比生长速率,赤潮暴发时间最长,赤潮发生可能性最低。