我國長江口及鄰近海域銅藻生長和金潮分布變化特征

丁曉瑋，張建恒，3，莊旻敏，康新宇，趙曉惠，何培民，3，劉書榮，劉建芬，文 源，沈 輝，鐘佳明

（1.上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，上海 201306；2.上海海洋大學(xué)海洋科學(xué)研究院，上海 201306；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；4.江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇南通 226007）

銅藻（Sargassum horneri）隸屬于褐藻門（Phaeophyta）墨角藻目 （Fucales）馬尾藻科（Sargassaceae）馬尾藻屬［1］，是中國暖溫帶海域淺海區(qū)海藻場的主要連片大型褐藻物種。藻體營固著生長，具氣囊結(jié)構(gòu)，主要以有性生殖方式進(jìn)行種群繁衍，輔以殘枝營養(yǎng)繁殖方式［2］。銅藻是海藻工業(yè)的優(yōu)質(zhì)原料，還廣泛地應(yīng)用到醫(yī)藥、食品、飼料和有機(jī)肥料方面，具有較高的商業(yè)價值。銅藻植株高大、分枝繁茂、生長在大干潮線以下的淺海巖礁上，可成片漂浮在水面，被稱為“海中森林”。銅藻形成的海藻場中棲息生活著多種門類的海洋生物，為其提供了避敵、索餌、產(chǎn)卵的場所。因此，銅藻是構(gòu)建海洋牧場和生態(tài)修復(fù)的重要物種之一。

然而，近年來，由銅藻引起的金潮現(xiàn)象正在興起。尤其是2017年，根據(jù)國家海洋環(huán)境中心數(shù)據(jù)，超過25 000km2范圍的漂浮銅藻聚集在一起，在海流和風(fēng)的驅(qū)動下，漂移到了江蘇輻射沙洲區(qū)域，對當(dāng)?shù)刈喜损B(yǎng)殖造成嚴(yán)重影響［3］，這引起國內(nèi)外科學(xué)家的高度關(guān)注，被稱為繼綠潮之后，我國近海海域第二種大型海藻藻華災(zāi)害。目前，國內(nèi)外學(xué)者對銅藻的研究主要集中在繁殖學(xué)和生態(tài)學(xué)方面，對金潮源頭的報道為數(shù)不多，最新研究是通過對2017年“金潮”漂移路徑和源頭分析，推測金潮起源于浙江沿岸附近海域［4］。

枸杞島（30°41′～30°44′N、122°44′～122°48′E）位于浙江省嵊泗列島東部，是列島中僅次于泗礁的第二大島。枸杞島周邊海域又是舟山漁場的中心，漁業(yè)資源十分豐富，枸杞鄉(xiāng)的貽貝海上養(yǎng)殖業(yè)在浙江省乃至全國都占有一定的地位，目前枸杞鄉(xiāng)貽貝養(yǎng)殖面積達(dá)1 566 hm2。在枸杞島的貽貝養(yǎng)殖設(shè)施上附著生長大量的褐藻，在貽貝采收過后，當(dāng)?shù)貪O民往往將附生的褐藻直接丟棄至海中，形成漂浮褐藻場。我國馬尾藻屬物種130余種，占世界的38.24%，中國特有種類有64種［5］。枸杞島褐藻種類占大型海藻種類的16.9%，潮下帶海藻中的銅藻生物量占總生物量的93.9%，處于絕對優(yōu)勢［6］。為鑒別枸杞島漂浮褐藻與長江口附近海域漂浮的金潮藻是否為同一物種，本文通過對漂浮金潮進(jìn)行船舶監(jiān)測，并對漂浮金潮藻和枸杞島固著褐藻進(jìn)行分子鑒定和形態(tài)學(xué)分析，以期初步了解漂浮金潮的源頭。

1 材料與方法

1.1 船舶監(jiān)測

2018年1—4月期間，每月一次按固定航線進(jìn)行金潮監(jiān)測。在浙江舟山群島近海海域，沿東海大橋-洋山鎮(zhèn)-嵊泗-嵊山鎮(zhèn)航線進(jìn)行連續(xù)走航監(jiān)測，如圖1-A所示。在各監(jiān)測海域的每一次調(diào)查航次中，記錄漂浮金潮藻發(fā)生的時間、位置、在航線上的分布情況。

2018年4月29日—5月8日，利用“淞航號”進(jìn)行金潮大面監(jiān)測，監(jiān)測海域為水深200 m以內(nèi)的長江口鄰近海域，歷時10 d，航行1 000 km左右。航行過程中，對漂浮金潮藻分布特征進(jìn)行監(jiān)視，記錄漂浮金潮藻發(fā)生的時間、位置、分布面積，并在發(fā)現(xiàn)金潮后，進(jìn)行邊界觀測。分布面積由大面監(jiān)測過程中，依次記錄下“金潮”邊界的經(jīng)緯度，在地圖中標(biāo)畫出“金潮”的大致范圍而估算得出。航線如圖1-B所示。

1.2 枸杞島貽貝養(yǎng)殖區(qū)固著褐藻樣品采集與處理

圖1 2018年我國近海海域金潮發(fā)生早期船舶監(jiān)測圖Fig.1 Ship monitoring of early stage for golden tide in coastal area of China in 2018注：A：月度金潮走航監(jiān)測路線；B：金潮大面監(jiān)測路線Note：A：Monthly monitoring route of golden tide；B：Large area monitoring route of golden tide

本研究隨機(jī)選取枸杞島西北側(cè)3個站點（圖2）定點監(jiān)測，進(jìn)行固著褐藻生長特征以及漂浮褐藻分布特征調(diào)查。2018年1—5月每月隨機(jī)采集褐藻樣本，樣本信息如表1所示。挑選完整藻株，在白色背景板上完全展開，利用相機(jī)拍攝藻體形態(tài)。馬尾藻植株高度（m）由藻體根部至頂端來確定，采用卷尺進(jìn)行測定，同時記錄藻體氣囊和固著器的存在情況，并拍照記錄。簡單瀝水5 min后將樣本放入自封袋，利用保溫箱和冰袋，24h之內(nèi)帶回實驗室并放置在-80℃的冰箱里做冷凍處理，以待種類分子鑒定分析。

1.3 漂浮和固著褐藻種類分子鑒定

本研究PCR擴(kuò)增ITS-2序列，ITS-2序列的擴(kuò)增參考YOSHIDA等［7］。引物由上海生工生物工程股份有限公司合成。通過種內(nèi)種間遺傳距離分析，構(gòu)建系統(tǒng)進(jìn)化樹等方法，對枸杞島貽貝養(yǎng)殖區(qū)固著褐藻進(jìn)行種類鑒定。取樣品葉片、氣囊或頂端的幼嫩部分，用去離子水洗和刷子去除表面附著物，加液氮進(jìn)行研磨，轉(zhuǎn)至1.5 mL離心管中，隨后采用植物基因組試劑盒（北京天根生化科技有限公司）提取基因組DNA。經(jīng)凝膠電泳檢測后，采用ITS-2序列對其擴(kuò)增，擴(kuò)增產(chǎn)物的純化及測序由上海生工完成。

圖2 枸杞島附近海域貽貝養(yǎng)殖區(qū)固著褐藻站位及遙感影像Fig.2 Collecting stations for the attached brown algae in the mussel culture area of Gouqi Island注：A：枸杞島附近褐藻采樣站位；B：枸杞島附近海域貽貝養(yǎng)殖區(qū)衛(wèi)星遙感監(jiān)測，來自于google earth軟件；a、b、c：采樣站點Note：A：Location of sampling sites in coastal area of Gouqi Island；B：Satellite remote sensing monitoring of mussel culture area in Gouqi Island，image is from google earth；a，b，c：Sampling stations

表1 褐藻樣品采集信息Tab.1 Samples information of collected brown algae

ITS-2區(qū)域的序列與GenBank和其它參考文獻(xiàn)中的參考序列進(jìn)行比對［8］。系統(tǒng)發(fā)育樹構(gòu)建采用鄰接法，使用軟件為Mega 6，每個分支的可靠性通過1000個同步復(fù)制測試。

2 結(jié)果與分析

2.1 漂浮褐藻的分布特征

圖3為2018年1—4月對漂浮褐藻的走航監(jiān)測結(jié)果。1月和2月的走航監(jiān)測中，沒有觀測到漂浮褐藻。3月3日，首次監(jiān)測發(fā)現(xiàn)單棵零星漂浮狀態(tài)的金潮藻（122°43′E、30°43′N；122°51′E、30°42′N）；4月 4日，監(jiān)測發(fā)現(xiàn)零星漂浮褐藻（122°40′E、30°42′N；122°45′E、30°41′N；122°48′E、30°30′N），分布面積約為 112 km2，分布范圍主要集中在貽貝養(yǎng)殖區(qū)附近海域。

4月29日—5月8日的大面監(jiān)測結(jié)果顯示，金潮范圍較大，在浙江近岸海域均有分布，分布面積約為27 761 km2。

2.2 枸杞島貽貝養(yǎng)殖區(qū)固著褐藻形態(tài)特征

監(jiān)測調(diào)查結(jié)果顯示，固著褐藻與東海漂浮褐藻形態(tài)特征相似，其植株呈褐色，藻體纖細(xì)且柔韌度較高，成藻期有明顯的主側(cè)枝和次側(cè)枝之分，氣囊通常呈圓柱狀。固著褐藻植株高大，枝葉繁茂，主枝明顯，具有很多側(cè)分支且呈螺旋狀纏繞。褐藻基部有固著器，呈裂瓣狀，固著生長在貽貝纜繩和浮梗上，藻體由于具有大量氣囊結(jié)構(gòu)而漂浮于水面。固著褐藻與東海漂浮褐藻葉片及氣囊形態(tài)特征也相似，葉片羽裂中肋及頂，柄部細(xì)長。氣囊圓柱狀，兩端較細(xì)，頂生或生在葉腋內(nèi)如圖4所示。

圖3 漂浮金潮藻分布特征Fig.3 Distribution characteristics of floating brown algae注：A：△：3月份在枸杞島海域監(jiān)測到的褐藻位置；▲：4月份在枸杞島海域監(jiān)測到的褐藻位置。B：▲：金潮大航次中監(jiān)測到的褐藻位置；箭頭所示為船舶監(jiān)測路線，不規(guī)則框為金潮分布范圍Note：A：△：Location of brown algae in the coastal area of Gouqi Island in March；▲：The location of brown algae in the coastal area of Gouqi Island in April.B：▲：Location of brown algae during the golden tide monitoring；the arrowhead shows the ship’s monitoring route，and the irregular frame is the distribution range of gold tide

圖4 浙江海域漂浮褐藻與枸杞島固著褐藻形態(tài)學(xué)特征Fig.4 Morphological characters of floating and attached brown algae注：A：枸杞島固著褐藻形態(tài)；B：浙江海域漂浮褐藻形態(tài)Note：A：Morphological characters of attached brown algae in Gouqi Island；B：Morphological characters of floating brown algae in Zhejiang coast

2.3 枸杞島固著馬尾藻和東海漂浮馬尾藻分子生物學(xué)特征

分析了36株枸杞島固著褐藻樣品、3株枸杞島漂浮褐藻以及3株大面監(jiān)測采集的褐藻ITS-2序列，并結(jié)合蔡永超等［9］基于ITS-2序列對2013年5月在綠潮暴發(fā)期間采自我國江蘇近海的漂浮銅藻進(jìn)行分子鑒定。通過與作為外類群的羊棲菜S.fusiforme為另一譜系支比對分析，推斷出的系統(tǒng)進(jìn)化樹如圖5所示。結(jié)果顯示枸杞島海域固著及漂浮的褐藻與鄰近海域漂浮金潮藻是單一種，均為馬尾藻屬的銅藻。

2.4 枸杞島貽貝養(yǎng)殖區(qū)固著銅藻的生長特征及漂浮銅藻的分布特征

現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果（圖6）表明，1—4月份，枸杞島貽貝養(yǎng)殖區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施上有固著銅藻分布，株高逐月增加，4月達(dá)到最長，可達(dá)4.57 m，平均體長3.45 m；漂浮褐藻從3月份開始出現(xiàn)，漂浮褐藻株高亦逐月增加，5月達(dá)到最長，最長可達(dá)3.71 m，平均體長1.88 m。藻體固著器于4月衰亡，固著馬尾藻從貽貝養(yǎng)殖纜繩上脫落，氣囊沒有消失，脫落下來的褐藻便可漂浮在貽貝養(yǎng)殖區(qū)附近海域。1—4月份海水表面溫度變化幅度較小，基本維持在12.1～13.1℃，5月份海水表面溫度驟升至18.6℃，此時貽貝養(yǎng)殖區(qū)固著褐藻全部脫落。

圖5 基于NJ法構(gòu)建的ITS2序列的系統(tǒng)進(jìn)化樹Fig.5 Phylogenetic tree of ITS2 sequences constructed by NJ method

圖6 固著褐藻與漂浮褐藻關(guān)鍵形態(tài)學(xué)指標(biāo)月度變化Fig.6 Monthly changes of key morphological indicators of attached brown algae注：*表示該月份存在氣囊Note：*means there are air sacs

3 討論

3.1 金潮的多源頭分析

近幾年，由銅藻引起的金潮現(xiàn)象在我國東海和黃海頻繁發(fā)生，已成為一種受到普遍關(guān)注的藻華現(xiàn)象（圖7）。銅藻在我國沿岸從廣東海豐以北至遼東半島一線地區(qū)均有分布［1］，傳統(tǒng)上，銅藻是構(gòu)建藻場和海洋牧場的重要藻種之一［10］，也是浙江沿海重要養(yǎng)殖的海藻品種之一。QI等［4］通過衛(wèi)星水色遙感技術(shù)結(jié)合數(shù)值模型對2017年“金潮”漂移路徑和源頭進(jìn)行分析，推測金潮起源于浙江沿岸附近海域。本研究調(diào)查結(jié)果顯示，浙江沿海貽貝養(yǎng)殖區(qū)附生大量固著銅藻，筆者推算養(yǎng)殖區(qū)固著銅藻生物量約為 2.1 t·hm-2［5］，此外，浙江沿岸附近海域貽貝養(yǎng)殖區(qū)面積高達(dá)1 594 hm2①數(shù)據(jù)來自浙江統(tǒng)計年鑒，因此為黃東海海域金潮的快速形成提供了重要生物量基礎(chǔ)。

有研究顯示黃海綠潮來自于固著在江蘇輻射沙洲區(qū)域的紫菜養(yǎng)殖設(shè)施上的滸苔（Ulva prolifera）［11］，每年滸苔大量生長在紫菜養(yǎng)殖纜繩和竹筏上，漁民在采收紫菜時，滸苔作為危害藻類之一，通過人工清理的方式直接扔到海區(qū)［12］，滸苔與銅藻一樣，具有氣囊結(jié)構(gòu)，脫落下來的滸苔便可以漂浮在海表面形成綠潮。相比較于綠潮，本文對枸杞島附近海域貽貝養(yǎng)殖區(qū)上的固著銅藻進(jìn)行調(diào)查（圖8）。在枸杞島臺風(fēng)影響最強(qiáng)的7、8、9月，是銅藻幼苗期，植株矮小，受風(fēng)浪影響較弱。枸杞島西北側(cè)近岸海區(qū)有上萬畝的貽貝養(yǎng)殖筏，這對風(fēng)浪襲岸起到一定緩解作用，保護(hù)了貽貝養(yǎng)殖筏上銅藻的分布和生長。銅藻藻體從1月至3月份，藻體長度快速生長至3～4m，此時，受到波浪和水流作用形成的拖拽力增強(qiáng)，植株脫離附著基，藻體可脫落下來［13-14］；此外，在貽貝養(yǎng)殖區(qū)，銅藻從經(jīng)濟(jì)海藻轉(zhuǎn)變?yōu)榱擞泻Ｔ?，漁民也會將固著的銅藻清理下來扔到海里。我國東部沿岸不斷攀升的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)導(dǎo)致海水出現(xiàn)一定程度的富營養(yǎng)化，也可能是造成此次馬尾藻大規(guī)模爆發(fā)的重要因素。因此，浙江沿岸貽貝養(yǎng)殖區(qū)固著銅藻可能是金潮的源頭之一。

圖7 我國近海海域金潮現(xiàn)象Fig.7 Golden tides in coastal areas of China注：A：2017年我國近海海域金潮最大分布范圍；B：2017年長江口外海域漂浮的金潮；C：2017江蘇近岸紫菜養(yǎng)殖區(qū)受到金潮侵襲Note：A：The largest distribution range of golden tide in coastal areas of China in 2017；B：The floating golden tide in the Yangtze River Estuary in 2017；C：Pyropia aquaculture in Jiangsu Province was attacked by golden tide

圖8 枸杞島貽貝養(yǎng)殖區(qū)的附生褐藻Fig.8 Attached brown algae in the mussel culture area注：1：貽貝養(yǎng)殖用浮子；2：浮綆；3：貽貝養(yǎng)殖繩Note：1：Floater；2：Floating rope；3：Mytilus edulis culture rope

有研究表明金潮來自于山東沿岸和遼東半島附近海域［3］，且這兩個區(qū)域每年也均有漂浮銅藻現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)北海預(yù)報中心衛(wèi)星遙感影像資料①未公開發(fā)表資料，金潮每年9—12月，自北黃海海域向南漂移至南黃海海域；每年1—5月，金潮在浙江沿岸漂浮集結(jié)后，由東海向北漂移至南黃海海域，這兩個過程是相對獨立的，且漂移目的地均為南黃海海域。因此，我們推測我國黃海金潮是雙源頭海區(qū)性質(zhì)。銅藻在我國沿岸尤其是浙江沿岸和遼東及山東半島沿岸均有分布，自然種群分布密度不高，多以經(jīng)濟(jì)海藻養(yǎng)殖分布，或作為其它養(yǎng)殖設(shè)施上的附生藻類分布為主，這些藻體均為金潮的形成提供了生物量基礎(chǔ)，成為金潮的源頭。

3.2 金潮治理問題的探索

藻華災(zāi)害的發(fā)生嚴(yán)重影響了沿岸生態(tài)環(huán)境及海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，甚至對海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成影響。近年來，我國近岸海域富營養(yǎng)趨勢嚴(yán)重，尤其是長江口附近海域營養(yǎng)物質(zhì)為綠潮和金潮這兩種大型海藻藻華提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，未來藻華發(fā)生可能將向常態(tài)化趨勢發(fā)展，因此，藻華災(zāi)害防控迫在眉睫。

金潮源頭的確定是金潮災(zāi)害治理的第一步，通過源頭治理和防控才能有效降低災(zāi)害發(fā)生規(guī)模，本文認(rèn)為東海浙江沿岸貽貝養(yǎng)殖區(qū)為金潮源頭之一，漁民可通過優(yōu)化采收方法減少銅藻脫落，從而為未來災(zāi)害防控提供支撐。此外，在金潮治理方面，可以借鑒當(dāng)前綠潮治理的方法和手段，金潮銅藻相比較于綠潮滸苔具有更高的經(jīng)濟(jì)價值，滸苔一般被打撈至岸上后加工成飼料和肥料［15］，目前黃海漂浮綠潮被加工成高附加值的食品只有本項目組進(jìn)行了部分研究，但產(chǎn)量較低；而銅藻本身食用價值很高，同時銅藻也是藻膠產(chǎn)業(yè)的重要原料［16］，也可作為飼料、餌料、飲料、保健品、護(hù)膚品等的重要來源［17］，具有很高的經(jīng)濟(jì)價值。因此，開展金潮銅藻的有效攔截打撈，并進(jìn)行后續(xù)加工將是未來金潮治理的重要手段。