Effect of temperature,salinity and irradiance on growth and photosynthesis of Ulva prolifera

Intensive Pyropia aquaculture in the coast of southwestern Yellow Sea and its subsequent waste, including disposed Ulva prolifera, was speculated to be one of the major sources for the large-scale green tide proceeding in the Yellow Sea since 2007. It was, however, unclear how the detached U. prolifera responded and resumed growing after they detached from its original habitat. In this study, we investigated the growth and photosynthetic response of the detached U. prolifera to various temperature, salinity and irradiance in the laboratory. The photosynthetic rate of the detached U. prolifera was significantly higher at moderate temperature levels（14–27℃）and high salinity（26–32）, with optimum at 23℃ and 32. Both low（14℃） and highest temperature（40℃）, as well as low salinity（8） had adverse effects on the photosynthesis. Compared with the other Ulva species, U. prolifera showed higher saturated irradiance and no significant photoinhibition at high irradiance, indicating the great tolerance of U. prolifera to the high irradiance. The dense branch and complex structure of floating mats could help protect the thalli and reduce photoinhibition in field. Furthermore, temperature exerted a stronger influence on the growth rate of the detached U. prolifera compared to salinity. Overall, the high growth rate of this detached U. prolifera（10.6%–16.7% d^–1） at a wide range of temperature（5–32℃） and salinity（14–32） implied its blooming tendency with fluctuated salinity and temperature during floating. The environmental parameters in the southwestern Yellow Sea at the beginning of green tide were coincident with the optimal conditions for the detached U. prolifera.

Research on Growth Characteristics of Green-Tide-Forming Green Algae under Stress Conditions

The cytological characteristics of major green-tide-forming green algae Ulva prolifera collected from Yellow Sea were studied through cutting segments, long time low temperature or dark treatments. After being dried in the shade and preserved at -20°C for 30 days, the U. prolifera was cultured at 4°C in sterilized seawater under 40 μmol photons m-2·s-1 light intensity for 120 days, results indicated that the plastid of U. prolifera continuously shrank with the extension of treatment, and most cells turned white and died, only a small amount of cells still contained a few of visible inclusions at the 120d of treatment. Then those samples were transferred to 20°C and 40 μmol photons m-2·s-1 condition for recovery cultivation, after about 10 days, some recovery cells were observed in the thallus, and those cells developed to young thallus gradually and released germ cells almost in the same time. After about 60 days of recovery cultivation, the newly-grown green thallus broke through the original dead thallus, and the germ cells also grew to new individual thallus. Before dark treatment, the U. prolifera cells were filled with plastid, contained visible starch grain and discernible cell outlines, while after 120 days of dark treatment, the plastid shrank and degraded together with the disappearance of cell inclusions, and the cell outlines also blurred, then those samples were transferred to optimal culture conditions at 20°C in 40 μmol photons m-2·s-1 light intensity, and 15 days later, newly-grown cells appeared on the almost dead thallus, these cells divided continuously and grew to young thallus, and those newly-grown thallus also generated active germ cells, which developed to new thallus that cytologically identical to the original thallus. Observation of chopped tissue of U. prolifera cultivated at 20°C, 40 μmol m-2·s-1 showed that the morphological upper part cells turned to germ cells first, those germ cells including gametophyte and sporophyte, which released later and grew to new individual thallus. These findings provided cytological evidences for how U. prolifera live through stress conditions such as low temperature, darkness, and also useful for understanding the mechanism of the occurrence of green tide.

浒苔绿潮与南黄海近岸海域水质的关系

浒苔绿潮在黄海海域连续暴发，为研究浒苔绿潮与该海域水质的关系，根据2010年3--6月5个航次对南黄海苏北近岸浒苔绿潮暴发区海域生态环境要素的调查数据，重点研究了该海域温度、盐度、溶解氧、pH值的分布特征及其与浒苔绿潮的关系．结果表明，受陆地径流及苏北沿岸流的影响，调查海区为低盐高营养盐区，为绿潮的暴发提供了一定物质基础．第1航次到第5航次温度由8．8℃升高到21．6℃。第3航次调查海区开始出现漂浮浒苔藻体，此航次温度平均值为14．6℃；盐度平均值为31．6，第3航次到第5航次温度和盐度值均处于浒苔藻体适宜的生长范围之内．调查海区整体上均处于富氧状态，且从第1航次到第5航次溶解氧值逐渐减低．受陆地径流的影响整个调查区域pH值基本都小于8．0．海区适宜的温度、盐度、溶解氧及pH值，为近些年黄海海域浒苔绿潮持续的大规模暴发，提供了一定的环境条件．

温度对沉积物中绿藻微观繁殖体萌发的影响

对黄海浒苔绿潮的研究表明,苏北浅滩及其附近海域是每次绿潮早期发展的重要区域,石莼目绿藻微观繁殖体在该水域大量存在。为研究海水温度对其萌发和生长的影响,我们利用2012-10在江苏近岸如东紫菜养殖区采集的沉积物样品,在实验室进行不同温度梯度条件（5,10,15,20,25和30℃）绿藻微观繁殖体的培养实验,并通过PCR-RFLP方法鉴定繁殖体幼苗的种类,分析温度对不同种绿藻微观繁殖体萌发的影响。结果表明：5℃的低温条件下,繁殖体均不能萌发。10-30℃,随温度的升高繁殖体萌发数量呈先增加后降低的趋势。15和20℃时,萌发数量出现高值,分别平均为17.0和15.8株/g。在研究区域沉积物中绿藻微观繁殖体萌发种类有浒苔、缘管浒苔、盘苔和Ulvasp.1,其萌发数量的平均值分别为13.7,6.0,2.0和15.4株/g。其中,浒苔萌发数量随温度的升高先升高后降低,在15℃时达到最高值为31.2株/g。缘管浒苔在10-20℃萌发数量相对较高,25℃时极低（仅为1.6株/g）,而5和30℃时都未能萌发;Ulva sp.1在10-30℃数量变化不明显,一直保持较高值在15.0株/g左右;盘苔萌发数量一直较低,在各温度下均小于3.0株/g。据估算,在苏北浅滩紫菜养殖区（约200km2）表层沉积物中约有9.8×10^13株微观繁殖体,形成一个巨大的＂种子库＂,这将为黄海浒苔绿潮溯源提供数据支撑。

基于MODIS的2019年中国南黄海绿潮生消过程分析

基于MODIS影像数据,通过归一化植被指数法提取2019年绿潮信息,分析了水温和降水对浒苔生消过程的影响。结果表明:2019年浒苔灾害最早出现时间为4月下旬,最晚时间为9月中旬,绿潮生消过程总体分成5个阶段,分别为初期发育期(4月下旬—5月中旬)、中期生长期(5月中旬—6月上旬)、快速生长期(6月上旬—7月上旬)、成熟白化期(7月上旬—中旬)和快速消亡期(7月中旬—9月中旬)。6月23日,绿潮覆盖面积和分布面积均达到当年峰值,分别为780 km^(2)和59420 km^(2),水温为22℃。绿潮的覆盖面积变化随水温季节性的升高呈现先上升后下降的走势,降雨对绿潮覆盖面积的增长有一定的刺激作用。

基于遥感的黄海绿潮覆盖面积受表层温盐的影响分析

【目的】研究黄海绿潮生长发展环境影响因素。【方法】利用2014—2017年卫星遥感影像提取黄海绿潮覆盖面积,并与同期浮标温度数据对比分析。【结果】绿潮的生命周期有"发生-发展-暴发-衰落-消亡"5个阶段。绿潮的覆盖面积变化随所发生海域的表层水温的升高呈现先上升后下降的走势,在约22℃时绿潮覆盖面积达到最大,其后随着温度上升绿潮逐渐衰亡;与同期浮标盐度数据比较发现,前半期盐度基本稳定在31.5‰,绿潮该段时期内逐渐发展达到最大,之后随着盐度降低绿潮逐渐衰亡。【结论】研究结果与已有实验室研究获得结论基本吻合,可为绿潮灾害防灾预警提供一定参考。

基于海温因子的传递函数模型在黄海绿潮规模预测中的应用

为寻求基于海温生态因子的绿潮规模预测方法,采用2010—2019年国家卫星海洋应用中心黄海绿潮卫星遥感资料和日本气象厅融合海表温度数据,利用协整检验和Granger因果检验方法对绿潮覆盖面积和海温之间的长期均衡和因果关系进行分析。结果显示:两者间存在长期协整性,海温是绿潮规模变化的Granger原因。通过建立协整模型和传递函数模型,开展了海温对绿潮规模影响的定量计算实例研究。结果表明:两种模型均可有效地刻画2010—2017年绿潮规模的变化过程,2018—2019年绿潮规模的预测结果与遥感实况较吻合,体现了模型的可靠性和可移植性。传递函数模型预测结果的RMSE为160.94,MAE为109.70,整体略优于协整模型的RMSE(171.40)和MAE(122.48),说明数据经预白化处理后可提高预测精准度,海温与绿潮覆盖面积具有动态相关性。

黄海绿潮生消过程及其主导因素

黄海绿潮已成为中国近海一种新的自然灾害,对经济、环境等方面均有影响,研究黄海绿潮的生消过程及其影响因素,对进一步了解浒苔暴发机制、开展绿潮灾害防治工作有重要意义。基于拉格朗日运输模型(Larval TRANSport Lagrangian model, LTRANS),构建了可以模拟浒苔生长消亡的物理-生态耦合模型(Larval TRANSport Lagrangian model-Green Tide, LTRANS-GT),模拟了黄海浒苔漂移扩散和生长消亡过程,讨论了绿潮生物量季节变化特征及海表面温度、光照及氮磷营养盐在不同生消阶段所起到的作用。结果表明,在生长阶段,绿潮所在海域的海表面温度及光照处于适宜浒苔生长范围内,而氮磷营养盐浓度年际间差别较大。在消衰阶段,绿潮所在海域光照与生长阶段相比无明显差异,温度相较于生长阶段有着很明显的升高,且在浒苔消亡阶段末期平均温度均超过了26℃,温度的升高降低了浒苔的生长率,同时增加了浒苔的死亡率,此时氮磷营养盐均也处于较低水平。由敏感性试验结果发现,在生长阶段,海表面风场及表层流场的差异造成浒苔分布区域不同,带来的浒苔周围海域营养盐浓度差异是绿潮生长阶段年际差异的主导因素;在消衰阶段,温度的大幅上升及营养盐浓度的下降共同影响了绿潮消亡。

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10a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MODISL1B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℃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℃,适宜绿潮的快速生长;太阳短波辐射集中在250~280W/m^2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℃,绿潮在卫星影像中消失时,平均海表温度超过26℃,最高温度可达27.48℃,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240~260W/m^2,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。

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。

叶绿素浓度和海表温度与黄海绿潮海洋初级生产力关系的研究

绿潮发生时叶绿素浓度(Chla)和海水温度(Sea Surface Temperature,SST)会发生变化,此时海洋初级生产力(Ocean Primary Production,OPP)也会出现显著变化。本文利用VGPM模型反演了2009年7月15日绿潮暴发时黄海OPP得到其空间分布情况,并且着重分析了OPP与SST、Chla之间的相关关系。研究发现绿潮区域的OPP高于非绿潮区域,其中绿潮区域的OPP在2600mgC·m^(-2)·d^(-1)至3200mgC·m^(-2)·d^(-1)之间,非绿潮的OOP在1600mgC·m^(-2)·d^(-1)至1900mgC·m^(-2)·d^(-1)范围内。同时绿潮区域的Chla明显高于非绿潮区域的Chla,但SST比非绿潮区域低一些。