2014年春季东海大面积甲藻赤潮的生态特征

黄 备，邵君波，魏 娜，王益鸣

1. 浙江省舟山海洋生态环境监测站，浙江 舟山 316021；2. 海洋生态系统监测与评价联合实验室，浙江 舟山 316021

2014年春季东海大面积甲藻赤潮的生态特征

黄 备1,2，邵君波1,2，魏 娜1，王益鸣1

1. 浙江省舟山海洋生态环境监测站，浙江 舟山 316021；2. 海洋生态系统监测与评价联合实验室，浙江 舟山 316021

为准确掌握东海近岸海域赤潮发生情况，深入了解东海海域赤潮发生时和未发生时的生态环境条件，根据浙江省舟山海洋生态环境监测站对东海近岸海域常年的监测结果，选定从杭州湾外侧向南到温州南麂列岛的东海近岸海域为赤潮高发区，开展生态环境研究。2014年4月和5月利用专业海洋调查船，按《海洋监测规范》对东海赤潮高发海域进行了二次综合海洋生态环境调查，结果发现调查海域氮、磷营养盐含量普遍较高，4月研究海域无机氮均值为0.406 mg·L-1，活性磷酸盐均值0.013 mg·L-1；5月无机氮均值0.244 mg·L-1，活性磷酸盐均值0.004 mg·L-1。大多数样品无机氮超一类海水水质标准，尤其是4月91.7%的样品超一类海水标准，5月也有35.7%样品超一类海水标准。硝酸盐氮是无机氮的主要存在形式。2014年5月调查期间发生了大面积的赤潮，赤潮原因种是东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)，细胞密度平均在107/L以上。分析赤潮发生前后的水环境变化，5月调查海域海水温度有较大上升，各海域水温均超过了20 ℃，海域平均温度从4月的15.9 ℃上升到5月的21.9 ℃。通过本次研究发现在营养盐浓度普遍较高的调查海域，水温上升是引发赤潮的关键因素。使用专业统计软件SPSS17发现赤潮藻类的细胞密度与水温、化学需氧量和溶解氧存在着极显著的正相关（P＜0.01），与活性磷酸盐、硝酸盐氮和无机氮存在着显著负相关（P＜0.05）。另外本次调查还发现，大面积东海原甲藻赤潮暴发后，活性磷酸盐被大量消耗。综合目前有关东海原甲藻赤潮期间对活性磷酸盐的吸收动力学研究，发现今后应进一步加强这方面的调查研究。

东海；赤潮；东海原甲藻；生态环境

赤潮是当今全球海洋的一大公害。伴随沿海地区经济的发展，近海赤潮发生的频率越来越高，出现的范围和危害程度也越来越大，由赤潮引起的生态环境破坏问题日益严重，已经成为当今世界普遍关注的海洋生态环境问题（周名江等，2001）。浙江近海海域富营养化面积已居中国沿海的前列，并成为我国比较典型的赤潮高发区。受注入的几条主要河流，如北部的长江和钱塘江，以及来自南方的台湾暖流及夏季的偏南风等的影响，浙江沿岸海域水动力环境复杂，水体中营养盐和生物量都较高，是我国赤潮灾害最为频发和严重的海域(韩秀荣等，2003)。我国最早赤潮记录就是1933年发生在浙江沿海的夜光藻赤潮。根据浙江省海洋与渔业局公布的《浙江省海洋环境公报》（2000─2010年）和相关文献资料，2000─2010年，浙江海域共记录到赤潮316次，累计面积超过了9.1万km2。其中，有毒有害赤潮累计57次，累计面积超过2.2 km2。11年间赤潮灾害给浙江造成的直接经济损失累计超过了2.43亿元。尤其值得关注的是近年来有毒赤潮的发生呈现出快速增长的态势，对人民生命健康与海洋生态环境造成了长期潜在的不利影响，同时给海洋经济可持续发展战略带来了极大的威胁（王金辉，2002；夏平等，2007；周名江等，2003）。

有害赤潮发生是物理、化学、生物和气候等各方面因素综合作用的结果（暨卫东等，1996；李红山和黎松强，2002），而不是由单一因素决定的。在众多影响要素中，由于人类活动引起的富营养化是赤潮发生的首要物质基础(周名江和朱明远，2006)。例如赤潮高发区往往是无机氮和磷酸盐浓度严重超标海域。但是目前我们尚不能确定有害赤潮发生与富营养化程度及营养盐分布的关系，这在很大程度上制约了赤潮发生生态学和海洋学机制的深入探讨（韩秀荣等，2003）。本文通过对2014年东海赤潮发生海域(浙江沿海)在赤潮发生前、后二次综合性生态环境要素的现场调查，研究了同一海域赤潮发生时和未发生时的浮游植物数量、优势种类以及水环境各因子的变化特征，并应用统计软件对水质参数与浮游植物的相关性进行了分析，探讨了在赤潮高发海域营养盐分布与赤潮发生的关系，以期为我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治的研究提供科学初步依据。

1 材料与方法

1.1 采样概况

有害赤潮(HAB)是严重影响我国东海海洋环境和水产事业的灾害之一。浙江近岸海域受长江冲淡水及境内径流所挟带的污染物影响，海域富营养化明显，且富营养程度呈明显的上升趋势，为赤潮生物大量繁殖和赤潮的发生带来了良好的条件(刘录三等，2011；黄备等，2013)。徐姗楠等研究发现海水养殖是赤潮发生的首要影响因素，入海污染物的排放对赤潮发生具有一定的影响。事实上浙江是我国海洋养殖大省，自20世纪80年代以来，其发展势头更是迅猛，养殖产量和养殖面积不断扩大。到2004年底，全省水产品总量达到493.52万t，渔业总产值达到872.6亿元，位列全国第2位。浙江省位于经济发达的长江三角洲地区，由于多年来粗放型经济的高速增长，形成了常年严重的环境污染（徐姗楠等，2007)。另有研究表明，台湾暖流在浙江沿海出现的上升流也给赤潮生物提供了适宜的温度（石晓勇等，2013）。根据浙江省舟山海洋生态环境监测站对东海近岸海域常年的监测结果：每年的春、夏之交为浙江海域赤潮灾害的高发期，高发频发海域主要集中在舟山、象山港、渔山列岛、台州列岛以及南麂列岛附近海域。2014年4月和5月二次使用专业海洋环境调查船“浙海环监”号对上述海域进行综合性生态环境调查。根据历年来赤潮现场发生情况，将整个浙江沿海分成6个区域作为研究对象，分别为嵊泗海域（ZJ0901、ZJ0902）、东极海域（ZJ0907、ZJ0911）、朱家尖海域（ZJ0918、 ZJ0921）、渔山列岛海域（ZJ0205、ZJ0209）、台州海域（ZJ1002、ZJ1008），南麂列岛海域（ZJ0306、ZJ0308）共12个站位点，调查站位的具体位置见图1所示。

图1 2014年东海赤潮高发海域点位示意图Fig. 1 Sampling sites of high frequency area of red tide in East China Sea, 2014

1.2 采样及分析方法

生态环境调查：调查海域生态环境各参数采样分析及浮游植物分析方法如表1所示。

2 结果与讨论

2.1 赤潮发生情况

2014年4月调查海域监测过程中，没有发现赤潮发生。2014年5月在上述6个海域均发生了赤潮。现场水体呈深褐色，以块状分布，伴有腥臭味。

2.2 海域生态环境调查结果

2.2.1 赤潮未发生期

2014年4月对上述6个海域进行了生态环境综合调查，主要监测结果见表2。

表1 海洋生态环境调查分析方法及仪器设备Table 1 Analyzing methods and equipment of marine ecological environmental investigations

表2 2014年4月各海域主要指标监测统计结果Table 2 Statistical results of major monitoring indicators in April, 2014

参照国家《海水水质标准》(GB3097─1997)，所测参数中无机氮和活性磷酸盐是海水水质超标因子，其中无机氮浓度普遍较高，均值为0.406 mg·L-1，91.7%的样品超一类海水标准。嵊泗海域无机氮含量明显高于5个区域，南麂列岛海域为最低。活性磷酸盐均值0.013 mg·L-1，其中41.7%样品超过一类海水标准。同样也是嵊泗海域最高，南麂列岛海域最低。其余各水质参数均没有超过一类海水标准（国家环境保护局，1997）。

共鉴定浮游植物6门20科38属56种，其中硅藻30种，占53.6%；甲藻21种，占37.5%；金藻、裸藻、隐藻、针孢藻和鞭毛藻类各1种，各占1.8%。主要种类有Hillea sp.、东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)、中肋骨条藻(Skeletonema costatum)等。细胞丰度均值为1.03×105/L。其中南麂列岛海域浮游植物细胞丰度最高，为1.97×105/L；嵊泗海域最低，为2.34×104个/L。叶绿素a含量均值为3.16 mg·m-3，东极海域叶绿素a含量最高，为5.01 mg·m-3；嵊泗海域最低，为1.10 mg·m-3。

2.2.2 赤潮发生期

2014年5月对上述6个海域进行了第二次生态环境综合调查，巡视监测过程中，各监测海域均有赤潮发生，赤潮发生情况见图2，图中红色圆圈代表赤潮发生的地点，圆圈大小反应赤潮藻密度的高低。各区域主要监测指标统计结果详见表3。

5月调查所测参数中除无机氮和活性磷酸盐外，化学需氧量和pH也成为海水水质超标因子。无机氮均值0.244 mg·L-1。35.7%样品超一类海水标准。嵊泗海域无机氮含量最高，为0.670 mg·L-1；渔山列岛海域最低，为0.008 mg·L-1。活性磷酸盐均值0.004 mg·L-1，7.1%样品超一类海水标准。嵊泗海域相对较高，南麂列岛海域较低，均值略高于检出限。化学需氧量均值5.06 mg·L-1，57.1%样品超一类海水标准。南麂列岛海域最高，为9.90 mg·L-1；东极海域最低，为2.12 mg·L-1。pH35.7%样品超一类海水标准。

共鉴定浮游植物种类6门19科28属40种，其中甲藻23种，占57.5%；硅藻13种，占32.5%；金藻、裸藻、隐藻和针孢藻各1种，各占2.5%。细胞丰度均值为2.44×107/L，其中南麂列岛海域浮游植物细胞丰度最高，嵊泗海域最低。表层优势种为东海原甲藻，其丰度所占比例为97.3%。叶绿素a含量均值为61.64 mg·m-3，其中朱家尖海域叶绿素a含量最高，嵊泗海域最低。

图2 2014年5月东海赤潮发生情况示意Fig. 2 Red tide occurrences in the East China Sea in May, 2014

从监测数据来看，5月份各海域叶绿素a和浮游植物细胞丰度与4月相比有了极大的提高。各海域东海原甲藻密度平均在107/L以上，且叶绿素a含量均大于20 mg·m-3，可以认为2014年5月各调查海域均发生了赤潮，赤潮原因藻为东海原甲藻。

2.3 水质参数与赤潮藻类生长的相关性分析

为考察浙江沿海赤潮高发海域，各水质参数对赤潮藻类生长的相关性和显著性程度，使用SPSS17.0统计软件对2014年4月和5月二次调查结果进行Pearson相关性分析，分析各水质参数与叶绿素a和浮游植物细胞丰度的相关性，结果见表4。

从表4可以看出，各水质参数对叶绿素a和藻类细胞丰度的相关性和显著性影响是一致的。叶绿素a和细胞丰度与水温、化学需氧量、溶解氧、活性磷酸盐、硝酸盐氮和无机氮存在着相关性，其中与水温、化学需氧量和溶解氧存在着极显著的正相关（P＜0.01），与活性磷酸盐、硝酸盐氮和无机氮存在着显著负相关（P＜0.05）。

2.4 赤潮发生前后生态环境变化分析

比较二次调查的生态环境调查结果，赤潮发生期（5月）调查海域浮游植物种类数低于4月，多样性指数有明显的下降，水质各参数中活性磷酸盐明显低于4月，化学需氧量有大幅度上升，水温和溶解氧有一定程度的上升，而无机氮与4月相比有一定程度的下降。调查海域主要因子平均值的变化趋势详见图3所示。由于5月调查海域发生了大面积东海原甲藻赤潮，藻密度和叶绿素a含量有大幅度的上升，东海原甲藻作为本次赤潮的原因种其丰度占浮游植物总丰度的97.3%，这样势必造成海域浮游植物生物多样性的下降和种类数的减少。

表3 2014年5月各区域主要指标监测统计结果Table 3 Statistical results of major monitoring indicators in May, 2014

图3 赤潮发生前后主要监测指标比较Fig. 3 Comparison of major monitoring indicators before and after the red tide

表4 主要水质参数与叶绿素a和细胞丰度的相关分析Table 4 Correlation analyses of major seawater quality parameters, chlorophyll a, and cell density

考察主要水质指标，5月调查期间海水温度有较大上升，各海域水温均超过了20 ℃，海域平均温度从4月的15.9 ℃上升到5月的21.9 ℃。王宗灵等通过半连续培养对东海原甲藻等的生长过程进行了研究，结果表明东海原甲藻在20 ℃和25 ℃下均具有明显的指数增长期，细胞生长良好，而通过现场调查表明，东海原甲藻赤潮发生现场的温度为17～23 ℃(王宗灵等，2006)。同样的海域王金辉等的研究结论为东海原甲藻的最适温度为18～22 ℃(王金辉和黄秀清，2003)。这些研究结论与本次调查相当吻合，4月水温平均仅为15.9 ℃没有达到形成赤潮所需的最低温度，因此尽管调查海域的营养盐含量相当丰富，东海原甲藻本身也是浮游植物主要种类之一，但各海域均没有发生赤潮，藻密度和叶绿素a含量相对较低，到了5月由于水温平均为21.9 ℃，达到了东海原甲藻生长的最适温度，加上良好的营养盐条件，各海域均发生了赤潮。因此，可以看出在营养盐普遍丰富的这个海域，水温上升是诱发赤潮的一个关键因素。

王颢等对春季东海赤潮高发区的化学需氧量与赤潮的关系进行了研究，认为赤潮暴发时的化学需氧量要高于暴发前，并且受生物因素影响化学需氧量与叶绿素a存在着显著的正相关关系（王颢等，2008）。由于本次调查赤潮发生后化学需氧量和叶绿素a含量均有大幅增加，变化趋势与王颢的结论相符。

考察水质营养盐组成：调查海域营养盐普遍较高，即使在未发生赤潮的4月绝大多数的无机氮样品和四成的活性磷酸盐样品超一类海水水质标准。在无机氮的组成中硝酸盐氮占绝大多数，这种组成比例在赤潮发生前后没有变化。赤潮发生后无机氮有一定程度的减少，主要表现为硝酸盐氮浓度的下降。活性磷酸盐赤潮发生后有大幅度的下降，而活性硅酸盐却有所上升。张旭丽等研究认为，东海赤潮监控区处于富营养化状态，而硝酸盐氮是无机氮的主要存在形式，磷是限制性营养盐（张旭丽等，2004）。张传松等对东海夏季赤潮过程中的营养盐作用进行了研究，结果表明硝酸盐是东海甲藻赤潮的重要控制因子，其浓度将决定赤潮持续的时间(张传松等，2008)。Hemdon等研究发现，硝酸盐氮、氨氮和尿素中的任何一种都可以促进赤潮的形成(Hemdon，2007)。从两期的调查结果结合上述的研究来看，调查海域无机氮的主要存在形式是硝酸盐氮，本次东海原甲藻赤潮暴发后造成硝酸盐氮浓度的降低，硝酸盐氮是本次赤潮的主要氮源利用形式。李英等在实验室条件下研究了东海原甲藻对不同磷源的利用特征，认为东海原甲藻能直接利用无机磷迅速进入指数生长期(李英等，2005)。Hodgkiss等对香港海域的赤潮调查发现从20世纪80年代来由于人为排入的磷持续增长，甲藻逐渐取代了硅藻(Hodgkiss和Ho，1997)。本次赤潮暴发后，随着东海原甲藻大幅度繁殖，活性磷酸盐被大量消耗，可以认为活性磷酸盐是本海域东海原甲藻赤潮暴发的关键性因子。许多学者如吕颂辉、张传松等研究认为，甲藻在贫营养条件下具备较强的适应能力，磷酸盐没有对甲藻赤潮起到限制作用(张传松等，2008；吕颂辉和李英，2006)。这与本次调查的结果并不完全相符，这一海域高浓度甲藻赤潮发生期间对磷酸盐的吸收利用情况需要今后进一步的调查研究。张传松等认为东海海域甲藻赤潮发现期间，受甲藻对硅酸盐基本不吸收以及外来营养盐补充的影响，其浓度呈现上扬趋势(张传松等，2008)，这与本次调查完全一致。

3 结论

1）2014年4月和5月对浙江沿海赤潮高发海域进行了二次综合海洋生态环境调查，结果发现调查海域氮、磷营养盐含量普遍较高，大多数样品无机氮超一类海水水质标准。硝酸盐氮是无机氮的主要存在形式。

2）2014年5月调查期间发生了大面积的赤潮，赤潮原因种是东海原甲藻。分析赤潮发生前后的水环境变化，认为在营养盐浓度普遍较高的调查海域，水温上升是引发赤潮的关键因素。

3）通过统计软件分析，发现赤潮藻类的细胞丰度与水温、化学需氧量和溶解氧存在着极显著的正相关，与活性磷酸盐、硝酸盐氮和无机氮存在着显著负相关。

4）本次调查发现，大面积东海原甲藻赤潮暴发后，活性磷酸盐被大量消耗。这一现象与其它的研究不完全相符，有关东海原甲藻赤潮期间对活性磷酸盐的利用，及在引发甲藻赤潮所起的作用等问题上，值得今后作进一步的调查研究。

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Ecological Studies During Occurrence of Dinoflagellate Blooms in East China Sea Spring 2014

HUANG Bei1,2, SHAO Junbo1,2, WEI Na1, WANG Yiming1
1. Zhoushan Marine Ecological Environment Monitoring Station, Zhoushan 316021, China; 2. Joint Laboratory of Marine Ecosystem Monitoring and Health Assessment, Zhoushan 316021, China

Ecological environmental studies were implemented in the high frequency area of red tide in East China Sea (ECS) to obtain a better understanding of red tide occurrence and ecological environmental conditions when red tide occurred or not. This area extended from southern Hangzhou Bay to Nanji Islands of Wenzhou in the ECS, which was established according to the annual monitoring results in the coastal areas of ECS by Zhejiang Provincial Zhoushan Marine Ecological Environmental Monitoring Station. According to “The specification for marine monitoring”, two comprehensive marine ecological environmental investigations were conducted with marine survey vessel in April and May 2014, respectively. The results showed that nutrient concentrations of N and P were generally high in this area, with concentrations of 0.406 mg·L-1and 0.013 mg·L-1in April, and 0.244 mg·L-1and 0.004 mg·L-1in May for DIN and PO43--P, respectively. DIN concentrations in most areas exceeded the permitted limit of Chinese seawater quality grade I, with 91.7% of the samples in April and 35.7% in May, respectively. And NO3--N was the dominant existing form of DIN in this area. Large-scale harmful algal bloom (HAB) broke out in May and the causative algae was Prorocentrum donghaiense, with mean cell density over 107/L. Analyses of environmental factors variations before and after HABs unveiled a relatively intense rising seawater temperature from 15.9 °C in April to 21.9 °C in May, with all the stations exceeded 20 °C in May in this area. The present study revealed that seawater temperature was one of the critical factors for HABs in the areas with generally high nutrient concentrations. SPSS 17.0 was used for analyzing the relationship between the concentrations of nutrients and the cell density of P. donghaiense. It was shown that the cell density was significantly and positively associated with seawater temperature, COD and DO (P＜0.01), and negatively related to PO43--P, NO3--N and DIN (P＜0.05). Meanwhile, our study revealed the significant depletion of PO43--P after P. donghaiense blooms in the studied areas. In light of the recent research progresses in phosphorous absorption dynamics in the process of P. donghaiense blooms, further studies should be strengthened.

East China Sea; Red tide; Prorocentrum donghaiense; ecological enviorment

X55

A

1674-5906（2014）09-1457-06

黄备，邵君波，魏娜，王益鸣. 2014年春季东海大面积甲藻赤潮的生态特征[J]. 生态环境学报, 2014, 23(9): 1457-1462.

HUANG Bei, SHAO Junbo, WEI Na, WANG Yiming. Ecological Studies During Occurrence of Dinoflagellate Blooms in East China Sea Spring 2014 [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(9): 1457-1462.

国家自然科学基金青年基金（41206186）“基于固有光学特征的东海典型赤潮藻种遥感监测机理研究”；浙江省环保厅科研项目（2012A033；2013A020）

黄备（1969年生），男，高级工程师，大学本科，长期从事海洋生态环境及海洋生物研究。E-mail：bighb@163.com

2014-08-11