劉金林 楊曉倩 李繼業(yè) 文欽琳 劉 煒 宋文鵬 何培民,3 張建恒,3#

(1.上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海 201306；2.國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心，山東 青島 266033；3.江蘇省海洋生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 連云港 222005)

近年來，我國海域生態(tài)災(zāi)害頻發(fā)，對海洋生態(tài)系統(tǒng)的健康及穩(wěn)定造成一定沖擊。長江口附近海域暴發(fā)的赤潮在危害漁業(yè)資源的同時，釋放的藻毒素也對海域生態(tài)造成劇烈破壞[1-2]。大規(guī)模暴發(fā)的金潮、綠潮等[3-4]引起的生態(tài)災(zāi)害及次生災(zāi)害更為嚴重，我國渤海、黃海、東海等海域已持續(xù)多年出現(xiàn)綠潮規(guī)模性暴發(fā)，對海域的生態(tài)系統(tǒng)及沿岸地區(qū)的生態(tài)景觀等造成較大破壞[5-6]。其中，滸苔(Ulvaprolifera)是引發(fā)我國渤海、黃海等暴發(fā)綠潮災(zāi)害的主要物種[7-9]。滸苔是歸屬于綠藻門(Chlorophyta)、綠藻綱(Chlorophyceae)、石莼目(Ulvales)、石莼科(Ulvaceae)、石莼屬(Ulva)的一種大型藻類，世界范圍內(nèi)已知的石莼屬物種共有70余種，是引發(fā)綠潮暴發(fā)的主要優(yōu)勢種類[10-12]。全球范圍內(nèi)由石莼屬藻類引發(fā)的綠潮暴發(fā)頻率以及地理分布范圍均呈顯著增長趨勢[13]，滸苔在全球范圍內(nèi)約有20余亞種，分布較為廣泛。

我國黃海綠潮已持續(xù)10余年大規(guī)模暴發(fā)[14-16]，滸苔是引發(fā)黃海綠潮暴發(fā)的主要優(yōu)勢物種。黃海綠潮暴發(fā)不僅規(guī)模巨大且持續(xù)時間長[17]825，給江蘇及山東沿岸地區(qū)造成巨大的經(jīng)濟損失，對生態(tài)系統(tǒng)、景觀以及養(yǎng)殖業(yè)等產(chǎn)生了嚴重影響[18-20]。黃海綠潮暴發(fā)期間，大量藻體最終以沉降形式進入海區(qū)，目前有關(guān)沉降綠潮藻對海域生態(tài)影響的研究相對較少且不全面，因而迫切需要對此開展深入的研究及總結(jié)。本研究依托現(xiàn)有文獻，以優(yōu)勢綠潮藻物種滸苔為代表，總結(jié)了黃海綠潮藻主要去向及影響，并著重關(guān)注滸苔沉降的影響因素，為將來黃海綠潮災(zāi)害防控工作提供建設(shè)性意見。

1 黃海綠潮藻的主要去向

1.1 進入岸灘堆積

黃海綠潮暴發(fā)規(guī)模龐大，2007—2019年綠潮最大覆蓋面積統(tǒng)計見圖1。風(fēng)場驅(qū)動下的海洋表層流場是滸苔漂移路徑變化的主要原因[21],[22]1472。綠潮藻于每年6月進入山東半島近岸海域，受海風(fēng)、海流等因素的影響大規(guī)模登陸青島附近海岸[23]409。山東的岸灘滸苔清理工作主要集中在重點旅游區(qū)域，而絕大多數(shù)非旅游區(qū)域的岸灘滸苔則由群眾自發(fā)組織清理并用于資源化利用，或者不進行清理自然堆積在岸灘。岸灘堆積滸苔在分解過程中會生成二甲基硫醚和硫化氫等惡臭氣體，同時也對海水養(yǎng)殖、海陸交通等帶來損失及影響[24-25]。胡煒等[26]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近岸區(qū)域堆積的綠潮藻會導(dǎo)致刺參出現(xiàn)過度應(yīng)激與死亡現(xiàn)象，給刺參養(yǎng)殖業(yè)造成了巨大損失。

1.2 船舶打撈后資源化利用

自2008年起,山東政府已連續(xù)13年開展黃海綠潮藻打撈工作，主要打撈區(qū)域集中在青島附近海域。起初，打撈的綠潮藻主要采用集中填埋的方式處理，隨著新型打撈設(shè)備及去鹽等技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用[27]，目前已形成由打撈、脫水、打包、轉(zhuǎn)運和資源化利用等環(huán)節(jié)構(gòu)成的產(chǎn)業(yè)鏈[28]。以2019年為例，截至8月4日，滸苔無害化處置基地已累計商業(yè)化處置滸苔約23.8萬t，其中以生產(chǎn)滸苔粉、滸苔有機肥等粗加工產(chǎn)品為主。

此外，滸苔在其他領(lǐng)域也具有較廣泛的應(yīng)用。王淑賢等[29]從腐爛滸苔中篩選出一株可高效降解滸苔纖維素的微生物菌株，用于提升滸苔發(fā)酵產(chǎn)乙醇的產(chǎn)量；張明等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在250～350 ℃下對滸苔進行炭化處理，生成的生物炭對水中萘等有機污染物的吸附作用明顯增強；高翔等[31]的研究表明，滸苔干粉能夠發(fā)揮顯著的助凝作用從而提升有機高分子絮凝劑的絮凝效果。趙衛(wèi)等[32]利用滸苔制備納米纖絲化的海藻纖維素和高比表面積氣凝膠材料，在新材料制備方面應(yīng)用前景廣闊。大型藻能夠有效抑制赤潮的暴發(fā)[33-34]，韓秀榮等[35]發(fā)現(xiàn)滸苔提取物中含有可以影響赤潮藻類生長的克生物質(zhì)，且克生作用具有明顯的濃度效應(yīng)。滸苔潛在開發(fā)價值巨大，有關(guān)技術(shù)的開發(fā)將進一步推進滸苔的資源化利用進程，繼而減小因綠潮大規(guī)模暴發(fā)造成的經(jīng)濟損失。

1.3 沉降入海

打撈上岸及岸灘自然堆積的滸苔僅占暴發(fā)總量的小部分，多數(shù)滸苔沉降在海面水體表層以下。滸苔因管狀中空，藻體內(nèi)包含由光合作用形成的氣泡，繼而產(chǎn)生足夠浮力[36]。當(dāng)藻體自身浮力不再足以支撐其漂浮時，處于消亡期的滸苔藻體將于水體中懸浮或沉降進入海底[37]601，在海流沖擊及微生物等作用下逐漸碎片化并不斷分解，在此過程中將會大量消耗溶解氧并釋放出營養(yǎng)鹽[17]832，極有可能誘發(fā)次生災(zāi)害，對海域生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定產(chǎn)生影響。

總體看來，滸苔的岸灘堆積和沉降入海均易引起大規(guī)模次生災(zāi)害的暴發(fā)，只有大力開發(fā)環(huán)境節(jié)約型、資源友好的滸苔資源化利用技術(shù)并投入實際生產(chǎn)應(yīng)用，才能將綠潮大規(guī)模暴發(fā)造成的經(jīng)濟損失降至較低水平。

2 滸苔的主要沉降區(qū)域

黃海綠潮藻的漂浮時間及輸送機制與紫菜養(yǎng)殖模式聯(lián)系密切，此外其漂浮路徑也受風(fēng)、海流等因素影響[22]1475,[38-40]，在不借助特種設(shè)備的情況下難以開展水下觀測，因此其沉降區(qū)域分布較為復(fù)雜，較難開展研究。2008年是黃海綠潮大規(guī)模暴發(fā)的元年，初期未有成體系的聯(lián)防聯(lián)控措施應(yīng)用于綠潮災(zāi)害控制，因此2008年的綠潮暴發(fā)及影響情況較為接近自然狀態(tài)。

圖1 2007—2019年中國黃海綠潮暴發(fā)最大覆蓋面積

2.1 沉降區(qū)域范圍及持續(xù)時間

2008年7月，易俊陶等[41]對江蘇省鹽城市南黃海海域的綠潮藻開展研究，在滸苔沉降的海區(qū)打撈到褐色的藻團，驗證發(fā)現(xiàn)該沉降藻體仍有光合作用，說明藻體依舊存在一定生理活性，從而具備恢復(fù)增殖的潛力。同期喬方利等[23]410在北黃海青島近海表層無滸苔海域處共開展了11次拖網(wǎng)觀測，水平拖網(wǎng)深度為20 m，平均拖網(wǎng)滸苔生物量為0.154 kg/m，表明在暴發(fā)初期無明顯的人為干擾下，青島近岸等處也是黃海綠潮藻的沉降區(qū)域。上述研究也進一步說明，從南黃海至北黃海的綠潮藻漂浮流經(jīng)區(qū)域均是其沉降范圍。

2013年1—4月，HUO等[42]在江蘇省定期開展船舶監(jiān)測，1—2月在如東和大豐等斷面發(fā)現(xiàn)一定數(shù)量的沉降藻體，種類包含滸苔、曲滸苔(Ulvaflexuosa)以及緣管滸苔(Ulvalinza)，但3—4月僅采集到極少量的沉降藻體且種類均為滸苔，由此判定綠潮暴發(fā)前的少量沉降藻體不是構(gòu)成大規(guī)模綠潮暴發(fā)的主要原因；5月大量的綠潮藻自周邊紫菜養(yǎng)殖筏架區(qū)脫落后，由于光照、溫度等條件適合[43-44]，滸苔大規(guī)模暴發(fā)并持續(xù)輸入至山東省近岸。而8月綠潮藻自海面消失之后，進入水面以下的滸苔藻體仍將以懸浮或下沉進入海底的狀態(tài)繼續(xù)存在一段時間，對海域生態(tài)微環(huán)境產(chǎn)生持久影響。

2.2 沉降區(qū)域追蹤

自2009年起，成體系的聯(lián)防聯(lián)控措施被應(yīng)用于綠潮災(zāi)害控制全過程，如在海面布置攔截網(wǎng)及開展打撈作業(yè)等。研究人員連續(xù)多年在青島近岸海域多個固定站位開展沉降滸苔監(jiān)測，僅在個別站位采集到少量的沉降滸苔藻體。此外，近幾年在青島附近多個海灣開展的垂直拖網(wǎng)作業(yè)也未能采集到大規(guī)模的沉降滸苔。與2008年的調(diào)查結(jié)果[23]410對比可知，大規(guī)模的人工提前打撈行動等可能促使近海海域的沉降滸苔生物量大大降低，繼而減小了青島近岸海域暴發(fā)次生災(zāi)害的可能性。

2015年8月，GENG等[45]在黃海、渤海海域采集了大量沉積物樣品，利用沉積物中的28-異褐藻甾醇作為生物標志物追蹤黃海綠潮藻類的沉降區(qū)域。結(jié)果表明，2015年綠潮藻主要沉降于榮成市以南的外海處(122.66°E，36.00°N)，該方法從化學(xué)的角度追蹤了沉降滸苔的主要沉降區(qū)域[46]，結(jié)合近幾年開展的拖網(wǎng)等調(diào)查情況可以判斷，該結(jié)論與實際調(diào)查結(jié)果基本吻合。

總體而言，當(dāng)前綠潮藻的主要沉降區(qū)可能位于距離岸邊較遠處的海域，但沉降滸苔對山東近岸居民生產(chǎn)生活等的具體影響程度依舊未能得到有效評估；此外，目前仍需要使用船舶驗證等方式進一步判斷化學(xué)追蹤結(jié)果的準確度，未來應(yīng)進一步開展?jié)G苔沉降區(qū)域的追蹤研究，更為準確的生物標志物也亟需開發(fā)。

3 沉降滸苔代謝產(chǎn)物的釋放與影響

沉降滸苔藻體在分解過程中向水體中釋放大量氨氮和磷酸鹽等無機鹽并消耗溶解氧，繼而導(dǎo)致總無機氮濃度迅速升高[47-48]。水體中氨氮濃度的迅速增加將嚴重損壞海洋動物的呼吸、循環(huán)等系統(tǒng)，進一步導(dǎo)致生物死亡，使生物種群數(shù)量大量減少，影響生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。另外，藻體分解釋放的無機鹽可能被赤潮藻所吸收，當(dāng)生長條件適宜時可能誘導(dǎo)赤潮的形成[49]，進一步引發(fā)次生災(zāi)害。

沉降藻體在分解過程中還向水體釋放大量有機物。以2008年滸苔消亡末期為例，受滸苔消亡產(chǎn)生大量碎屑的影響，水體中顆粒有機碳(POC)和顆粒有機氮(PON)都顯現(xiàn)出近岸高、遠岸低，表層高、底層低的分布特征[50-51]。王雪景等[52]于2016年夏季開展的研究也符合上述結(jié)論。此外，綠潮藻對黃海海域葉綠素含量的影響也較為顯著[53]。綠潮的暴發(fā)及消亡除對環(huán)境等造成危害之外，也具備有益的一面。滸苔在漂浮過程中可以有效凈化當(dāng)?shù)睾Ｓ虻乃|(zhì)，如大量吸收雙酚類化合物[54-55]；而在滸苔消亡末期，大量沉降至海底的生物碎屑也可以有效吸附多環(huán)芳烴化合物，從而減少海域中有機污染物的量[56]?？傊?，沉降滸苔代謝釋放的無機、有機產(chǎn)物對環(huán)境的影響有利有弊，使黃海海域生態(tài)系統(tǒng)長期處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，急需通過構(gòu)建黃海海域海底生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)對相關(guān)影響進行數(shù)據(jù)監(jiān)測及有效評估。

4 影響滸苔沉降速率的因素

滸苔的生長及消亡與海表溫度、降水和光照等生態(tài)因素息息相關(guān)。張林慧等[57]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，綠潮藻向北黃海漂移過程中所受的光照強度不斷增強，綠潮藻顏色顯著變淺且葉綠素含量偏低，可以判斷其進入了消亡期并將逐漸下沉。漂浮滸苔藻體獨特的懸掛分枝使得其對高光強逆境脅迫具備生態(tài)適應(yīng)性，懸掛分枝的長期存在極有可能延長滸苔的海面漂浮周期[58-59]。而“厄爾尼諾”或“拉尼娜”等事件的發(fā)生也可能影響黃海綠潮暴發(fā)總體規(guī)模及持續(xù)時長[60]，給綠潮的防控工作帶來諸多不確定性以及挑戰(zhàn)。

ZHANG等[61]通過分析認為，失去了南黃海海域泥沙的“遮光”作用，北黃海海域較高的透明度及較低的營養(yǎng)鹽濃度等使綠潮藻提早進入消亡期，郭麗娜等[62]結(jié)合水文氣象數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)霧天偏多、海表溫度偏低等因素間接延長了綠潮藻的消亡周期。連續(xù)的陰天會造成綠潮藻光合作用效率下降，從而造成藻體浮力發(fā)生改變并下沉至海面以下，當(dāng)光照強度增加、上升流作用以及新的分枝細胞增殖產(chǎn)生氣囊等條件下，低活性沉降藻體將重新恢復(fù)漂浮能力[37]603。根據(jù)2008—2017年遙感影像反演黃海綠潮生消情況，降水不是造成綠潮消亡的最主要生態(tài)因子，夏季較高的海表溫度(大于22 ℃)與光照輻射強度(大于240 W/m2)抑制了滸苔的生長，從而使?jié)G苔藻體不斷死亡下沉[63]。

總而言之，海表溫度、降水和光照等生態(tài)因子均可能影響滸苔的沉降速率，多數(shù)學(xué)者僅針對單一影響因子進行分析，相關(guān)作用機制仍較為復(fù)雜且不夠明晰。未來急需開展更為廣泛的綜合性研究，依托已有數(shù)據(jù)建立沉降模型，對黃海綠潮藻的沉降過程進行動態(tài)模擬，從而進一步完善已有的黃海綠潮聯(lián)防聯(lián)控系統(tǒng)，做好我國黃海綠潮災(zāi)害預(yù)警及防控工作。

5 展 望

黃海綠潮暴發(fā)十余年，針對沉降藻體的后續(xù)研究關(guān)注度較低，且尚未形成具備說服力的綜合性生態(tài)影響評估報告，未來極有必要對沉降藻體的生態(tài)動態(tài)影響進行研究；此外，應(yīng)開發(fā)實用型的沉降藻體監(jiān)測設(shè)備并建立綠潮藻沉降模型，構(gòu)建黃海海域海底生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)；后續(xù)應(yīng)深入研究影響滸苔下沉速率的因素，開發(fā)出微生物干預(yù)等新型手段減小綠潮藻規(guī)模并加速滸苔的下沉，從而減少輸入至山東近岸的綠潮藻生物量；在黃海綠潮暴發(fā)的源頭海區(qū)開展防控措施方能從根源上控制綠潮藻暴發(fā)，減少陸源污染物等的排放方能解決實質(zhì)性問題。