渤海湾天津近岸海域首次棕囊藻赤潮初探

屠建波，张秋丰，徐玉山，胡延忠，石海明

（1.国家海洋局 天津海洋环境监测中心站，天津 300450；2.天津市海洋环境监测预报中心，天津 300450）

渤海湾天津近岸海域首次棕囊藻赤潮初探

屠建波1,2，张秋丰1,2，徐玉山1,2，胡延忠1,2，石海明1,2

（1.国家海洋局 天津海洋环境监测中心站，天津 300450；2.天津市海洋环境监测预报中心，天津 300450）

利用2006年渤海湾天津近岸海域首次棕囊藻赤潮各发生区域动态应急监测资料，对其水体理化参数进行了分析。主要得出如下结论：（1）渤海湾天津近岸海域首次爆发的相对低温条件下棕囊藻赤潮虽然来势凶猛，但对区域生物并没有造成明显毒害影响，一定程度上佐证了低温条件下棕囊藻细胞数量积累迅速但合成毒素的数量却相对较少的实验室研究结论。（2）棕囊藻赤潮的发生消耗了水体中大量的营养盐，一定程度上缓解了区域水体富营养化状况，水体中硝酸盐和活性磷酸盐是赤潮的限制营养因子，其浓度变化较好地反映了本次棕囊藻赤潮发生、发展及消亡的迁移路线图。（3）水体中高含量无机氮所造成的区域营养盐比例的失衡和水体严重富营养化是本次棕囊藻赤潮发生的主要原因。因此加强对陆源污染物排放的监控从而减轻日趋严重的海水富营养化，对于降低棕囊藻赤潮的发生可能性和提供一个健康的生态环境至关重要。

渤海湾；天津近岸海域；棕囊藻；赤潮；分析

具有溶血性毒素的棕囊藻赤潮在我国沿海较少见，1997年10月－1998年2月在我国东海海域及南海粤东海域首次大面积爆发以来，陈菊芳等[1]、沈萍萍等[2]、齐雨藻等[3]、徐宁等[4]、王艳等[5,6]等专家学者相继撰文对棕囊藻赤潮进行了相关的研究报道，同时得出结论：高而稳定的水温、水体富营养化、低降雨量及风向异常与赤潮发生紧密相关，所以棕囊藻赤潮一般只是集中在南方水温较高、富营养化程度较高的区域发生，然而2006年9月渤海湾天津近岸海域首次发生该赤潮，使我们需要对该赤潮藻种进行重新定位。

棕囊藻（Phaeocystis Lagerheim）隶属于定鞭藻纲定鞭藻目，赤潮死亡分解后产生灰白色泡沫，给渔业和海洋环境造成极大危害；同时棕囊藻具有特殊的生理机制，能产生二甲基丙磺酸（DMSP）和二甲基硫醚（DMS），强烈影响海洋生态系统的结构与功能。DMS释放进入大气中，是全球大气硫通量的主要组成部分，也是形成酸雨的重要影响因素，随全球的硫循环、云核的形成及气候调节有重大影响[1,2,5,7]。

有鉴于棕囊藻赤潮属于有毒赤潮，天津近岸海域又位于国家重大开发战略滨海新区的核心区域，为了给经济发展提供一个良好的海洋环境，促进海洋的可持续开发利用，本文拟对2006年该赤潮在天津近岸海域发生区域的海洋环境状况进行初步探讨以找出对棕囊藻赤潮的有效预测方法。

1 资料来源与评价方法

1.1 资料来源

按照北海分局根据海监飞机对棕囊藻赤潮发生区域进行的动态应急监测图像指示，国家海洋局天津海洋环境监测中心站于2006年10月－11月对棕囊藻赤潮进行了5个航次应急追踪监测，拟通过对天津近岸海域棕囊藻赤潮发生区域迁移变化路径及进行的各发生区域动态监测数据进行分析探讨以找出对棕囊藻赤潮的有效预测方法，具体监测站位见图1。水质各监测参数的样品采集、预处理和分析分别依据海洋调查规范[8]和中国国家标准汇编[9]， 监测项目：水温，盐度，化学耗氧量，无机氮（亚硝酸盐、硝酸盐、氨盐）、活性硅酸盐、活性磷酸盐等等。

1.2 富营养化评价方法

采用较为通用的富营养化指数法进行水体富营养化状况[10-12]：

当EI≥1时，即为水域富营养化。

图 1 2006年天津近岸海域棕囊藻赤潮应急监测站位平面分布示意图Fig.1 Sketch map of sampling stations to the emergency monitoring of Phaeocystis globosa Scherffel red tide in Tianjin coastal sea areas

2 结果与讨论

2.1 表层水温和盐度的变化

2006年天津近岸海域各棕囊藻赤潮发生区域随时间的推移水温呈现逐渐下降的趋势，盐度除了11月3日监测时区域水体可能受到近岸陆源淡水输入影响降低较大外（赤潮发生期间没有降雨过程），其他几次监测结果显示盐度变化幅度不大（图2），表层水温则随着区域气候的变化呈现逐步降低趋势，考虑到棕囊藻赤潮发生时段水温不高，最高仅为20.8℃，根据郭瑾等[13]实验室条件下培养研究结果显示，温度是影响球形棕囊藻生长和产毒的显著因子，高温时虽然不利于球形棕囊藻细胞数量的积累却有利于毒素的合成，天津近岸海域本时段低温条件下发生的棕囊藻赤潮未对区域生物造成明显毒害影响很好地印证了这一结论，即低温条件下棕囊藻细胞数量迅速积累达到赤潮但合成毒素的数量却相对较少。

图 2 2006年天津近岸海域棕囊藻赤潮发生区域表层水温与盐度变化趋势图Fig.2 Variations of surface temperature and salinity during the emergency monitoring of Phaeocystis globosa Scherffel red tide of Tianjin coastal sea areas in 2006

2.2 营养盐浓度变化

2.2.1 无机氮浓度变化 2006年天津近岸海域棕囊藻赤潮发生区域营养盐浓度变化见图3。监测结果表明：10月16日时活性磷酸盐消耗较大，两个站位未检出，大体上水体中主要营养盐组成部分（活性硅酸盐、无机氮和活性磷酸盐）变化趋势基本一致，大致呈现先降低（被消耗）然后逐步升高（恢复）的趋势，根据中华人民共和国海水水质评价标准[14]，水体由原来大部分区域为二类、三类海水水质到劣四类海水水质，主要污染物为无机氮；王艳等[6]的研究结果表明水体中较高浓度的硝酸盐存在时，棕囊藻细胞内源的硝酸还原酶极易被诱导产生，从而提高对外界硝酸盐的利用能力。水体中硝酸盐和活性磷酸盐是本次棕囊藻赤潮的限制营养因子，其浓度变化较好地反映了本次棕囊藻赤潮发生、发展及消亡的迁移路线图。海域硝酸盐和活性磷酸盐浓度变化较好地反映了本次棕囊藻赤潮发生、发展及消亡的迁移路线图。

图3 2006年天津近岸海域棕囊藻赤潮发生区域营养盐变化趋势图Fig.3 Variations of nutrients during the the emergency monitoring of Phaeocystis globosa Scherffel red tide of Tianjin coastal sea areas in 2006

2.3 营养盐结构的变化

这里所讨论的营养盐结构是指营养盐的相对组成，即N/P值和Si/N值；由下图4可知营养盐N、P、Si中由于无机氮含量增加相对较高，Si/N和N/P比值严重失衡，远远偏离Redfield值所规定的N/P适宜比值16和Hutchins等[15]所指出的在铁充分的条件下近岸水体中浮游植物吸收Si/N适宜值为0.8～1.1标准，水体中正在由硅供应相对充足演变为硅供应不足和P相对不足，由于高含量无机氮所造成的区域营养盐比例的失衡一定程度上直接导致了特定藻种棕囊藻在适宜条件下爆发性增值从而导致本次棕囊藻赤潮的发生。

图 4 2006年天津近岸海域棕囊藻赤潮发生区域Si/N和N/P变化趋势图Fig.4 Variations of nutrients during the the emergency monitoring of Phaeocystis globosa Scherffel red tide of Tianjin coastal sea areas in 2006

2.4 富营养化指数的变化

2006年天津近岸海域棕囊藻赤潮发生区域富营养化状况变化 (图5)表明：棕囊藻赤潮发生的各个区域均为富营养化严重的区域，赤潮发生区域大量棕囊藻的爆发性增值消耗掉水体中大量的营养盐，尤其是对无机氮的最主要组成部分硝酸盐氮的直接大量吸收利用，一定程度上缓解了区域富营养化的严重状况。11月3日随着棕囊藻赤潮的消亡，水体中无机氮含量的迅速恢复，区域富营养化状况重新恶化，富营养化指数（EI）最高达21.7，潜在的严重富营养化状况直接有力地支援了区域各种赤潮的频繁发生，尤其是像棕囊藻那样能形成大型胶质囊群体的赤潮[16-18]。

图 5 2006年天津近岸海域棕囊藻赤潮发生区域富营养化指数变化趋势图Fig.5 Variations of eutrophication index during the emergency monitoring of Phaeocystis globosa Scherffel red tide of Tianjin coastal sea areas in 2006

3 结 论

分析2006年渤海湾首次棕囊藻赤潮发生期间各发生区域的动态应急跟踪监测资料，可以得出如下结论：

（1）渤海湾天津近岸海域本次相对低温条件下爆发的棕囊藻赤潮虽然来势凶猛，细胞数量迅速积累达到赤潮，但对区域生物并没有造成明显毒害影响，一定程度上佐证了低温条件下棕囊藻细胞数量积累迅速但合成毒素的数量却相对较少的实验室研究结论。

（2）棕囊藻赤潮各发生区域水体中营养盐含量变化大致呈现先降低（被消耗）然后逐步升高（恢复）的趋势，水质由原来大部分发生区域为二类、三类海水逐步到正常劣四类海水，其中主要污染物为无机氮；由于球形棕囊藻细胞体内较高的硝酸还原酶对硝酸盐具有较强的吸收利用能力，棕囊藻赤潮的发生一定程度上缓解了区域水体严重富营养化态势，水体中硝酸盐和活性磷酸盐是本次棕囊藻赤潮的限制营养因子，其浓度变化较好地反映了本次棕囊藻赤潮发生、发展及消亡的迁移路线图。

（3）N、P、Si比值已经失衡，Si和P的供应相对不足，由于水体中高含量无机氮所造成的区域营养盐比例的失衡和水体严重富营养化是本次棕囊藻赤潮发生的主要原因。

总之，渤海湾天津近岸海域2006年首次棕囊藻赤潮的爆发是近岸海域水体长期严重富营养化下的必然结果，氮、磷作为浮游植物生长限制性营养成分，在棕囊藻赤潮发生过程中起着关键的作用。加强对陆源污染物排放的监控从而减轻日趋严重的海水富营养化，对于降低棕囊藻赤潮的发生可能性和提供一个健康的生态环境是至关重要的。

致谢：国家海洋局天津海洋环境监测中心站污染监测站王彬、江洪友、阚文静、尹翠玲、高文胜、李赫、于丹、薄文杰、刘洋等参加野外调查与取样工作。

[1]陈菊芳, 徐宁, 江天久, 等.中国赤潮新记录种——球形棕囊藻(Phaeocystis globosa) [J].暨南大学学报(自然科学版), 1999, 20(3): 124-129.

[2]沈萍萍, 王艳, 齐雨藻, 等.球形棕囊藻的生长特性及生活史研究 [J].水生生物学报, 2000, 24(6): 635-643.

[3]齐雨藻, 徐宁, 王艳, 等.中国赤潮研究的新进展-球形棕囊藻赤潮及其产硫的研究 [J].中国基础科学, 2002, 4: 23-28.

[4]徐宁, 齐雨藻, 陈菊芳, 等.球形棕囊藻(Phaeocystis globosaScherffel)赤潮成因分析 [J].环境科学学报, 2003, 23(1): 113-118.

[5]王艳, 齐雨藻, 沈萍萍, 等.温度和盐度对球形棕囊藻细胞DMSP产量的影响 [J].水生生物学报, 2003, 27(4): 367-371.

[6]王艳, 唐海溶, 蒋磊, 等.硝酸盐对球形棕囊藻生长和硝酸还原酶活性的影响 [J].植物学通报, 2006, 23(2): 138-144.

[7]齐雨藻, 沈萍萍, 王艳.棕囊藻属的分类与生活史 [J].热带亚热带植物学报, 2001, 9(2): 174-184.

[8]国家技术监督局.中华人民共和国国家标准 [S].海洋调查规范(GB/T12763-91), 北京, 1991.

[9]中国标准出版社总编室.中国国家标准汇编252: GB 17365～17385(1998年制定) [G].北京: 中国标准出版社, 1999.

[10]邹景忠, 董丽萍, 秦保平.渤海富营养化和赤潮问题的初步探讨[J].海洋环境科学, 1983, 2(2)41-54.

[11]林荣根.海水富营养化水平评价方法浅析 [J].海洋环境科学, 1996, 15(2): 28-31.

[12]蔡建东, 董燕红, 朱小山, 等.珠江口水域富营养化分析[A].中国赤潮研究与防治(一) [C].北京: 海洋出版社, 2005: 121-127.

[13]郭瑾, 杨维东, 刘洁生, 等.温度、盐度和光照对球形棕囊藻生长和产毒的影响研究 [J].环境科学学报, 2007, 27(8): 1341-1346.

[14]国家环境保护局.中华人民共和国国家标准海水水质标准(GB 3097-1997) [S].北京, 1998.

[15]Hutchins D A, Bruland K W.Iron-Limited diatom growth and Si: N uptake ratios in a coastal upwelling regime [J].Nature, 1998, 393(11): 561-564.

[16]Foster P, Voltolina D, Spencer C P, et al,.A seasonal study of the distribution of surface state variables in Liverpool Bay [J].J Exp Mar Biol Ecol, 1983, 73:151-165.

[17]Lancelot C, Billen G, Soumia A, et al,.Phaeocytis blooms and nutrient enrichment in the continental coastal zones of the North Sea [J].Ambio, 1987, 16:38-46.

[18]Cadée G C.Long-term changes in phytoplankton in marine coastal waters [J].J Phycol, 1991, 27:12.

Preliminary analysis ofPhaeocystis globosaScherffel red tide in Tianjin coastal sea areas of Bohai Bay

TU Jian-bo1,2, ZHANG Qiu-feng1,2, XU Yu-shan1,2, HU Yan-zhong1,2, SHI Hai-ming1,2

(1.Tianjin Marine Environmental Monitoring Central Station, SOA, Tianjin, 300450; 2.Tianjin Marine Environmental Monitoring and Forcasting Center, Tianjin, 300450)

In this paper, the series data of dynamic chasing monitor to the firstPhaeocystis globosaScherffel red tide in Tianjin coastal sea areas of Bohai Bay in 2006.It is found that: (1) A sudden eruption of the firstPhaeocystis globosaScherffel red tide causes less damage to marine life.To a certain extent, a conclusion from the laboratory experiment was validated that thePhaeocystis globosaScherffel cells in lower temperature waters accumulated rapidly to the climax, but it also decreased the yield of the toxin and lightens its toxic action.(2) The occurrence ofPhaeocystis globosaScherffel red tide consumes a large quantity of nutrients and this releases the serious eutrophication to some degree.The concentration’s changes of nitrate and phosphate are the limiting nutritive factor and they preferably reflect the progress of the red tide.(3) The ration’s unbalance of N, P and Si urged by the quick-rising of the inorganic nitrogen and the serious eutrophication status are the main reasons of this red tide.Therefore, further strengthening the supervisory to the discharge of the land-sourced pollutants is rather important to alleviate the serious eutrophication phase and to reduce the probability of the red tide’s occurrence once again.

Bohai Bay; Tianjin coastal sea areas;Phaeocystis globosaScherffel; red tide; analysis

A

1001-6932(2011)03-0334-04

2010-03-24；收修改稿日期：2010-06-30

天津市河口污染状况调查与评估专项（908-TJ-03）；北海分局科技项目（2010B09）。

屠建波（1980 —），男，硕士，工程师，主要从事海洋生态环境评价和生物地球化学循环研究。电子邮箱：tujb1980@163.com。