王素芬，唐丹玲

（中國科學(xué)院南海海洋研究所 熱帶海洋環(huán)境動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510301）

南海赤潮的時空分布特征及其與南海環(huán)境關(guān)系的綜合分析

王素芬，唐丹玲

（中國科學(xué)院南海海洋研究所 熱帶海洋環(huán)境動力學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510301）

利用歷史數(shù)據(jù)和衛(wèi)星觀測，系統(tǒng)分析20多年來（1980年－2003年）在南海海域發(fā)生的赤潮事件與環(huán)境特征，詳細(xì)比較赤潮在南海四大區(qū)域（北部、東部、南部和西部海區(qū)）的區(qū)域分布、多發(fā)藻種和季節(jié)變化等特征。研究結(jié)果表明南海海域赤潮發(fā)生具有以下特點(diǎn)：（1）區(qū)域性：赤潮多發(fā)區(qū)域集中在珠江口附近（中國），馬尼拉灣和馬辛洛克灣（菲律賓）和沙巴州的西海岸（馬來西亞）；（2）季節(jié)性：在北部海區(qū)，赤潮的發(fā)生時間主要集中在3－5月份，東部海區(qū)在5－7月份，西部海區(qū)在7月份，而南部海區(qū)在全年都會發(fā)生；（3）藻種差異性：主要赤潮藻種在北部海區(qū)是夜光藻（Noctiluca scintillans），東部海區(qū)和南部海區(qū)是扁甲藻（Pyrodinium bahamense）；（4）年際變化：不同海域赤潮的多發(fā)年份不同，對于整個南海而言，1991-1998年是赤潮的多發(fā)年。赤潮發(fā)生受到環(huán)境條件的影響，如季風(fēng)、河流的排放、上升流、以及沿岸海域水體富營養(yǎng)化。

南海；赤潮；時空分布；環(huán)境條件

Abstract:Harmful algal blooms (HABs)in South China Sea (SCS)showed regional,seasonal and annual characteristics,as well as the difference of causative algal species.Areas with frequent HABs included the Pearl River Estuary (China),the Manila Bay (the Philippines),the Masinloc Bay (the Philippines),and the western coast of Sabah(Malaysia).HABs occurred frequently during March-May in the northern region of SCS,May-July in the eastern region,July in the western region,and year-round in the southern region.Among the species that cause HABs in SCS,Noctiluca scintillans dominated in the northern region,and Pyrodinium bahamense in the southern and eastern regions.Both P.bahamense and N.scintillans were the dominant species from 1980 to 2003.Some species not previously recorded formed blooms during 1991-2003,including Phaeocystis globosa,Scrippsiella trochoidea,Heterosigma akashiwo and Mesodinium rubrum.Variations in HABs are related to various regional conditions,such as a reversed monsoon wind in the entire SCS,river discharges in the northern area,upwelling in Vietnam coastal waters during southwest winds and near Malaysia coastal waters during northeast winds,and eutrophication from coastal aquaculture in the Pearl River estuary,Manila Bay and Masinloc Bay.

Keywords:South China Sea; Harmful algal bloom (HAB); spatial and temporal variations; environmental condition

赤潮在全球蔓延，嚴(yán)重破壞了海洋生態(tài)系統(tǒng)，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。在美國的佛羅里達(dá)、英國的哥倫比亞、挪威、北大西洋、以及南非的上升流區(qū)都有赤潮的發(fā)生。赤潮已經(jīng)引起世界各國的關(guān)注[1-6]。

南海是一個半封閉的邊緣海域，周邊國家的沿岸生態(tài)環(huán)境具有很大的相似性，也擁有可以共同利用的生物資源，如牡蠣、蝦、海水魚等養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。南海對沿海國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)揮著重要的作用，為沿岸增長的人口提供了大量食物和生存的空間。沿海城市的經(jīng)濟(jì)增長，工業(yè)化程度加強(qiáng)，人口數(shù)量的增加，資源消耗的增長，給南海生態(tài)環(huán)境造成了不可避免的負(fù)面影響，給海洋環(huán)境造成很大的壓力，造成了海洋生態(tài)系統(tǒng)的退化，也增加了赤潮發(fā)生的次數(shù)。赤潮對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成的破壞阻礙了海水養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[7]。

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area

南海面積約350萬km2，是世界上最大的邊緣海（圖1）。在11月份到次年的3月份期間，東北季風(fēng)盛行；在6月份到9月份期間，西南季風(fēng)盛行；4月份到5月份以及9月份到10月份是季風(fēng)轉(zhuǎn)換的兩個時期[8]。有四條主要河流（珠江，湄公河，韓江和紅河）和一些小的河流流入南海海域。

由于南海面積寬廣，由多個國家環(huán)繞，以前關(guān)于赤潮的研究主要集中在各個國家的臨近海域范圍內(nèi)的赤潮的研究[9-10]，而對整個南海赤潮特點(diǎn)的研究以及南海海洋環(huán)境對赤潮發(fā)生的影響作用，卻很少的報(bào)道。由于南海赤潮受到季風(fēng)、天氣、海洋環(huán)流、上升流和人類活動的影響，本項(xiàng)研究從長時間序列和大范圍水域來分析赤潮的變化特點(diǎn)，并探討不同的因子對赤潮的影響作用，可為以后采取管理措施來減輕沿岸水域惡化提供了理論基礎(chǔ)，同時也為減輕赤潮災(zāi)害對養(yǎng)殖業(yè)的破壞提供預(yù)警預(yù)防作用[11,12]。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域

在研究中，我們將南海海域根據(jù)相似的水文條件分成了四個區(qū)域（圖 2）：A.北部海域（中國南部和越南北部）；B.東部海域（菲律賓西部）；C.南部海域（馬來西亞西部、文萊和巴拉望島）；D.西部海域（越南南部）

圖2 南海區(qū)域的赤潮分布。a: 1980－1990年的赤潮分布；b: 1991－2001年的赤潮分布。四個方框表示四個研究區(qū)域（每個圓圈圈表示一次赤潮；Ma: 菲律賓的馬尼拉灣；Mc: 菲律賓的馬辛洛克灣）Fig.2 (a)HAB distributions in the SCS from 1980 to 1990.(b)HAB distributions in the SCS from 1991 to 2001.Boxes show four study regions.Each circle means one HAB occurrence.Ma: Manila Bay; Mc: Masinloc Bay

1.2 赤潮數(shù)據(jù)收集和分析

赤潮原始數(shù)據(jù)的收集來自不同的途徑，主要有：中國、越南、馬來西亞、文萊、菲律賓各個國家的政府赤潮統(tǒng)計(jì)；已經(jīng)發(fā)表的研究文章；會議和其它報(bào)告，報(bào)紙新聞等。對于北部海域而言，赤潮的統(tǒng)計(jì)沒有包括香港地區(qū)的赤潮統(tǒng)計(jì)。對于西部海域，因?yàn)樵?1990年之前，沒有正式的赤潮官方報(bào)道，我們只統(tǒng)計(jì)了 1990年后赤潮的發(fā)生次數(shù)。該研究對比分析了1980－1990年期間與1991－2001年期間赤潮發(fā)生的區(qū)域性變化，季節(jié)性變化、引發(fā)赤潮的藻種變化。

1.3 衛(wèi)星數(shù)據(jù)

1.3.1 海表層風(fēng) 海表層風(fēng)速和風(fēng)向的數(shù)據(jù)是來自 QuikScat 計(jì)算分析[13].月平均風(fēng)速和風(fēng)向的圖片來自美國 NASA Ocean Vector Winds Science Team (http://www.ssmi.com/qscat/qscat_description.html)。

1.3.2 海表層溫度(SST)海表層溫度的數(shù)據(jù)是AVHRR遙感器的數(shù)據(jù)，來自美國的物理海洋數(shù)據(jù)處理中心（Physical Oceanography Distributed Active Archive Center，PODAAC），the Jet Propulsion Laboratory(JPL)，和 NASA (http://podaac.jpl.nasa.gov/sst)。

因?yàn)樾l(wèi)星數(shù)據(jù)在2001年質(zhì)量較好，選用2001年3、6、9、12月份的風(fēng)速、風(fēng)向、海表溫度來表示南海海域正常狀況下的氣候條件。

2 結(jié) 果

2.1 赤潮的區(qū)域分布

通過對比1980－1990年和1991－2001年兩個時期發(fā)生的赤潮次數(shù)和赤潮發(fā)生區(qū)域發(fā)現(xiàn)，1990年后的赤潮的發(fā)生次數(shù)明顯增加，影響面積擴(kuò)大（圖2）。珠江口水域、沙巴州、馬辛洛克灣和馬尼拉灣是赤潮的高發(fā)區(qū)（圖2）。在東、西、南、北四個區(qū)域中，南部海域赤潮發(fā)生的次數(shù)最多，共有369次赤潮發(fā)生（圖3），西部赤潮發(fā)生次數(shù)最少，也可能是因?yàn)槲鞑亢Ｓ蛟?1990年之前沒有正式官方報(bào)道赤潮的發(fā)生（圖3）。

2.2 赤潮的年際變化

在北部海域，赤潮的多發(fā)年是1990年(19次)、1991年(24次)和1998年(18次)。在東部海域，赤潮幾乎在每年都有發(fā)生，沒有明顯的年際變化。在南部海域，赤潮在1994－1998年期間多次爆發(fā)（圖4）。雖然在西部海域，赤潮發(fā)生次數(shù)很少，但是主要集中在1999年和2002年（圖 4）。

圖3 南海不同的四個海域在1980－2003期間發(fā)生赤潮的次數(shù)Fig.3 Total numbers of HAB in four SCS regions from 1980 to 2003

對于整個南海海域而言，赤潮在 1991年(57次)、1995年(55次)和1998年(67次)年頻繁發(fā)生，在 1994－1998年期間，一直是赤潮頻繁的階段，每年赤潮發(fā)生次數(shù)大于40（圖4）。在1980－1990年期間，赤潮發(fā)生的次數(shù)是206次，而在1991－2003年期間，赤潮的發(fā)生次數(shù)為499次，赤潮的次數(shù)明顯增加。

圖4 1980－2003年南海赤潮發(fā)生次數(shù)的年變化Fig.4 HAB event in the SCS reported from 1980 to 2003

2.3 赤潮的季節(jié)性

南海赤潮的發(fā)生具有明顯的季節(jié)性（圖5）。在北部海域，赤潮主要發(fā)生在3－5月份，其中4月份是赤潮發(fā)生次數(shù)最多的月份；在東部海域，赤潮發(fā)生頻率最多的是6月份；而在西部海域，7月份赤潮的高發(fā)季節(jié)；與其它區(qū)域不同的，南部海域全年均可發(fā)生赤潮，沒有明顯的多發(fā)季節(jié)，而且赤潮在每個月都多次發(fā)生（圖5）。

對整個南海海域而言，在1980－2003年期間，3－5月份是赤潮的多發(fā)季節(jié)，每個月赤潮次數(shù)大于70，而9－12月份是赤潮發(fā)生次數(shù)較少的時間，每個月赤潮次數(shù)小于50（圖5）。

圖5 1980－2003年南海赤潮分布的月變化Fig.5 Monthly distribution of HABs in the SCS from 1980 to 2003

2.4 赤潮藻種差異性

在南海不同的海域，引發(fā)赤潮的藻種有所不同。在北部海域，赤潮多發(fā)種為夜光藻（Noctiluca scintillans）；在北部和西部海域，引發(fā)赤潮的藻種種類多樣化，很多藻種引發(fā)赤潮的發(fā)生；而南部和東部海域，引發(fā)赤潮的藻種單一，主要是扁甲藻（Pyrodinium bahamense）（圖 6）。

圖6 1980－2003年南海四個區(qū)域的六種主要赤潮藻種引發(fā)赤潮的次數(shù)Fig.6 Occurrences of 6 major HAB species in four regions during 1980-2003

2.5 南海海域環(huán)境條件

熱帶海洋逆轉(zhuǎn)季風(fēng)對南海的水文特征和海洋環(huán)流有重要的影響作用[14]。在3月份，東北季風(fēng)盛行；6月份盛行西南季風(fēng)；在9月份，風(fēng)向由西南方向轉(zhuǎn)為東北方向；在 12月份，東北季風(fēng)盛行，并且風(fēng)速很強(qiáng)（圖7A）。

圖7 2001年3、6、9、12月份的海水表層風(fēng)和水溫的月平均值（A.風(fēng)速；B.水溫）Fig.7 Satellite images of SCS in March,June,September and December,2001.A.Monthly average wind; B.Monthly average sea surface temperature

在3月份和12月份，南海海水表層溫度相對較低，在18－29oC之間 ；而在6月份和9月份，溫度較高，在27到31oC（圖7B）。

在南海，有四條主要河流流入海域（圖1），河流的注入給海域帶來豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，為藻華的發(fā)生提供了很好的物質(zhì)基礎(chǔ)。在西南季風(fēng)時期，臺灣海峽和越南沿岸的上升流，以及東北季風(fēng)時期菲律賓和沙巴沿岸的上升流可將水體底層的營養(yǎng)物質(zhì)帶到表層，為藻類的生長提供了很好的營養(yǎng)物質(zhì)基

礎(chǔ)[15-17]。

厄爾尼諾－南方濤動事件會影響到全球海洋氣候的變化[18]，同樣也會影響到南海的氣候變化。在呃爾尼諾事件發(fā)生年，西南季風(fēng)較弱，從而會導(dǎo)致越南沿岸的上升流減弱，不利于該水域赤潮的形成[19]。

3 討 論

3.1 水體富營養(yǎng)化

由于河流排放帶來豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致河流入?？谒蛩w營養(yǎng)物質(zhì)豐富。在沿岸的灣口處，由于養(yǎng)殖業(yè)集中，也會導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化[20]。這些都給赤潮的發(fā)生提供了很好的物質(zhì)基礎(chǔ)。從赤潮發(fā)生的區(qū)域來看，在河口和灣口處是赤潮多發(fā)區(qū)域[21-24]。

在北部海域，赤潮集中出現(xiàn)在珠江口水域（圖2)，珠江口水域受到河流、生活廢水、養(yǎng)殖業(yè)的影響，使該地帶水域出現(xiàn)嚴(yán)重的富營養(yǎng)化狀態(tài)[25]。在2000-2002年對珠江口水域的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，水域中溶解態(tài)無機(jī)磷（DIP）和溶解態(tài)無機(jī)氮（DIN）的含量很高，DIP平均值為0.032 2 mg/L，DIN的平均值為0.797 6 mg/L。對馬尼拉灣和馬辛洛克灣也是受赤潮災(zāi)害嚴(yán)重的水域，而這里也是菲律賓重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖基地，在這些灣內(nèi)存在大量的水產(chǎn)養(yǎng)殖集中區(qū)。而在沙巴州西海岸附近，養(yǎng)殖業(yè)也是快速發(fā)展，從1994年到1998年期間，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)年產(chǎn)量由1.6×105t增加到2×106t。這些區(qū)域赤潮的發(fā)生與水體的營養(yǎng)化有著密切聯(lián)系，是影響赤潮發(fā)生的主要因素[10]。對于西部海域，赤潮多發(fā)生在 7－9月份，主要在平順省的沿岸。在那里雖然沒有河流排放和養(yǎng)殖業(yè)的集中區(qū)，但是該區(qū)域的季節(jié)性上升流帶來的營養(yǎng)鹽物質(zhì)為赤潮的發(fā)生提供了很好的條件[26]。

3.2 南海區(qū)域的季節(jié)性變化

在北部海域，在3－5月份期間，水溫約為16－28oC 。在這個季節(jié)，東北季風(fēng)向西南季風(fēng)轉(zhuǎn)變，風(fēng)速相對減弱，氣壓降低。天氣逐漸變暖，同時雨季開始來臨[7]。這些都為赤潮的發(fā)生提供了很好的氣候條件，從而赤潮在此期間頻繁發(fā)生。對于西部海域，越南沿岸赤潮多在7月份發(fā)生。當(dāng)西南季風(fēng)盛行時期，?？寺槲饔靡鹣聦铀仙?，下層水將營養(yǎng)物質(zhì)帶到表層，支持表層藻種迅速生長形成藻華[16]。也有研究表明在西北大西洋海域由于風(fēng)和渦旋作用引起浮游植物藻華[27]。南部海域的赤潮在一年中的任何月份都有赤潮的發(fā)生(圖5)。南部海域水溫常年較高，沒有明顯的季節(jié)性變化。而在南部海域的主要赤潮藻種扁甲藻（P.bahamense）是喜高溫性藻種，在高溫條件下能夠迅速發(fā)展，形成赤潮。

對于東部海域而言，赤潮多發(fā)藻種與南部海域相同，都是扁甲藻（P.bahamense）（圖6）。在6月份和7月份是東部水溫比較高的時期，同時也是降雨量最多的月份，該時期的水溫和氣候條件為赤潮的發(fā)生提供了條件。

3.3 赤潮多發(fā)藻種

對整個南海而言，扁甲藻（P.bahamense）是主要發(fā)生赤潮的藻種（圖6），在1980－2003年期間，有483次赤潮記錄是由該藻種引起的（圖6）。在南部和東部海域，多數(shù)甲藻赤潮的發(fā)生是由于孢囊的萌發(fā)而引起的。在正常的情況下，在馬尼拉灣水體底部有高濃度的甲藻孢囊存在。在東部海域，扁甲藻（P.bahamense）赤潮通常在6月份高溫條件下發(fā)生（水溫約 31oC），正是西南季風(fēng)盛行時期，較強(qiáng)的季風(fēng)引起水體劇烈的垂直混合，從而引起孢囊的再懸浮，由于此時水溫溫度較高，而且水體中營養(yǎng)化程度高，有利的環(huán)境條件，給懸浮孢囊的萌發(fā)提供了很好的條件，從而孢囊萌發(fā)生長形成赤潮。在對扁甲藻（P.bahamense）研究中也發(fā)現(xiàn)，該藻種是熱帶藻種[28]，當(dāng)水溫高于26oC，才有可能大量繁殖形成藻華[29]。對于東部海域，冬季雖然東北季風(fēng)也可能將孢囊再懸浮，但由于溫度低，可能會阻礙了孢囊的萌發(fā)。而在南部海域。由于常年水溫較高，溫度不再是扁甲藻（P.bahamense）大量繁殖的限制因子，而在南部海域中有大量的孢囊存在，一旦環(huán)境條件適合，孢囊就會大量萌發(fā)而形成赤潮[28]。

夜光藻（N.scintillans）最適生長溫度范圍為19.8－22oC，該藻種是北部海域的主要引發(fā)赤潮的藻種。該藻種總是在水溫適宜的條件下，在北部海域出現(xiàn)赤潮。在3－5月份，北部海域的溫度在16－27oC之間，加上水域的富營養(yǎng)化[7]，這些都為赤潮的發(fā)生提供了合適條件。

3.4 赤潮與環(huán)境條件的關(guān)系

1998年在南海北部發(fā)生了大規(guī)模的赤潮，給生態(tài)環(huán)境以及經(jīng)濟(jì)帶來很大影響（圖4)。在南海北部，1998年3月份的平均降雨量為56 mm，但4月份的降雨量增多，達(dá)到了257 mm。連續(xù)多日的大降雨增大了河流的流量，將更多陸源的營養(yǎng)物質(zhì)帶入南海北部的沿岸海域。隨著集約化養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展，養(yǎng)殖業(yè)廢水的大量排放，導(dǎo)致了水體的富營養(yǎng)化程度加重。水體的富營養(yǎng)化，伴隨著適合藻類生長氣候環(huán)境條件，導(dǎo)致該水域赤潮次數(shù)增多。

1998年發(fā)生在西部海域的赤潮次數(shù)很少（圖4)，這可能與 1998年的特殊海洋環(huán)境條件有關(guān)。1998年是20世紀(jì)呃爾尼諾事件最強(qiáng)的一年，導(dǎo)致南海海域出現(xiàn)高水溫，風(fēng)力弱和環(huán)流較弱等一系列的現(xiàn)象[16,19,30]。在呃爾尼諾事件的影響下，西南季風(fēng)風(fēng)力減弱，直接導(dǎo)致了南海西部海域上升流的減弱。因?yàn)樯仙鲙淼臓I養(yǎng)物質(zhì)以及低溫條件是西部海域赤潮發(fā)生的主要誘因[16]，當(dāng)上升流減弱時侯，赤潮發(fā)生次數(shù)也會減少。

對于南部海域而言，1998年也是赤潮多發(fā)年，特別是在沙巴地區(qū)的西海岸[31]。呃爾尼諾事件對海表層風(fēng)向的改變，會在南海的東南海域產(chǎn)生一個強(qiáng)的漩渦[17]，從而引起上升流，為藻華的發(fā)生提供了很好的條件。本研究發(fā)現(xiàn)，在南海的赤潮發(fā)生的高峰年是1991、1995和1998，這也是受呃爾尼諾事件影響的年份[32]。在大西洋東北部海域的研究也表明，氣候變化對赤潮的發(fā)生有很大影響作用，特別是水溫的變化[4]。呃爾尼諾事件對南海赤潮發(fā)生的影響作用需要進(jìn)一步深入研究。

4 小 結(jié)

本研究表明，南海海域赤潮的發(fā)生具有區(qū)域性、季節(jié)性、年際性以及藻種差異性等特點(diǎn)。對于南海不同的海域，影響赤潮發(fā)生主要因素也有所不同（表1）。海洋環(huán)流、海表層的風(fēng)向速度以及海表溫度的變化都會對赤潮的發(fā)生產(chǎn)生影響作用。對于沿岸海域，水體的超營養(yǎng)化作用是赤潮形成的關(guān)鍵因素。如珠江口海域、馬尼拉灣、馬辛洛克灣和沙巴的海岸水域。

表1 南海4個區(qū)域的赤潮特點(diǎn)Tab.1 HAB characters in SCS

在上升流區(qū)，上升流從海水下層帶來的富營養(yǎng)化水體也對赤潮的發(fā)生產(chǎn)生影響，而季風(fēng)則是上升流產(chǎn)生的主要誘導(dǎo)作用。如在西南季風(fēng)時期越南沿岸的上升流；東北季風(fēng)時期，沙巴沿岸的上升流。強(qiáng)季風(fēng)還可以使水體底部的孢囊再次懸浮，引發(fā)赤潮的發(fā)生。在馬尼拉灣和沙巴的西海岸，由于季風(fēng)造成的孢囊再懸浮是引發(fā)赤潮發(fā)生的主要原因。

赤潮發(fā)生的頻率還與南海特殊的海洋環(huán)境變化有一定的關(guān)系。如 1998年厄爾尼諾事件可能會對赤潮產(chǎn)生影響。

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Analysis of harmful algal blooms associated with ocean environments in the South China Sea

WANG Su-fen,TANG Dan-Ling
(LED,South China Sea Institute of Oceanology,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510301,China)

X55; X171

A

1001-6932(2010)05-0577-07

2009-09-18；

2009-12-28

國家自然科學(xué)基金(40976091)；廣東省自然科學(xué)基金（8451030101001633）；衛(wèi)星海洋環(huán)境動力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金資助（SOED0910）；中科院南海所知識創(chuàng)新領(lǐng)域前沿項(xiàng)目(LYQY200701)；海洋赤潮災(zāi)害立體監(jiān)測技術(shù)與應(yīng)用國家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金(200915）

王素芬（1976－），女，河北邯鄲，助研，博士，主要從事海洋遙感與生態(tài)環(huán)境研究。電子郵箱：sufenwang1976@126.com