2018 年南黃海滸苔綠潮遷移發(fā)展規(guī)律與營養(yǎng)鹽相互關(guān)系探究

張海波，劉珂，蘇榮國，石曉勇,*，裴紹峰，王修林，王國善，王爽

( 1. 中國海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100；2. 自然資源部海洋減災(zāi)中心，北京 100194；3. 中國地質(zhì)調(diào)查局濱海濕地生物地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071)

1 引言

綠潮是由于近海富營養(yǎng)化等因素引發(fā)大型綠藻急速增殖聚積的現(xiàn)象，近些年來成為一種世界范圍內(nèi)的海洋生態(tài)災(zāi)害[1-3]。南黃海自2007 年已連續(xù)13 年（至2019）受到漂浮滸苔（Ulva prolifera）綠潮的影響[4]，暴發(fā)因素主要分為生物和環(huán)境因素。首先滸苔具有快速吸收利用營養(yǎng)鹽、繁殖方式多樣性、生長速度快及較強(qiáng)的適應(yīng)性等優(yōu)勢(shì)[5-7]，成為綠潮優(yōu)勢(shì)藻；其次南黃海近海豐富的營養(yǎng)鹽、風(fēng)和流的作用、適宜的溫度光照等環(huán)境因素[8]使得其成為世界最大規(guī)模的綠潮災(zāi)害。綠潮災(zāi)害生消過程中會(huì)占據(jù)生存空間，影響生物多樣性、養(yǎng)殖業(yè)及旅游觀光業(yè)，給生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來損害[9]。

營養(yǎng)鹽作為生物生長必需的生源要素，其含量和結(jié)構(gòu)對(duì)群落結(jié)構(gòu)有重要影響[10]。營養(yǎng)鹽超標(biāo)導(dǎo)致的海水富營養(yǎng)化是赤潮、綠潮等海洋災(zāi)害頻繁暴發(fā)的主要原因[11-13]。滸苔藻能同時(shí)吸收利用多種形態(tài)的N、P 組分，豐富的營養(yǎng)鹽尤其是充足的N 源是其生長的重要基礎(chǔ)[14-16]。南黃海屬于北太平洋西部半封閉陸架淺海，西南近海受人類活動(dòng)以及洋流系統(tǒng)等因素影響營養(yǎng)鹽含量豐富，北部受季節(jié)性冷水團(tuán)及缺少輸入源影響，營養(yǎng)鹽含量低[17]。南黃海綠潮特征為持續(xù)時(shí)間長（4 月底至8 月初）、影響范圍廣（32°～37°N）[18]，從南向北漂移發(fā)展過程中經(jīng)歷了復(fù)雜的環(huán)境，在不同階段內(nèi)受到影響因素不同[19]。

為進(jìn)一步分析南黃海綠潮發(fā)展規(guī)律與營養(yǎng)鹽區(qū)域特征關(guān)系，及不同發(fā)展階段營養(yǎng)鹽來源。本文根據(jù)2018 年綠潮發(fā)展時(shí)空變化及暴發(fā)前后營養(yǎng)鹽現(xiàn)存量變化區(qū)域特征，深入分析南黃海營養(yǎng)鹽與綠潮相互影響，以期對(duì)綠潮發(fā)展規(guī)律及其生態(tài)環(huán)境影響做進(jìn)一步了解。

2 調(diào)查區(qū)域與分析方法

2.1 調(diào)查區(qū)域和站位

分別于2018 年4 月（春季，3 月28 日至4 月4 日，綠潮暴發(fā)前）和7 月（夏季，7 月24-30 日，綠潮發(fā)展后期），搭載國家基金委共享航次—“東方紅2”號(hào)科考船于南黃海海域進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查范圍集中在32°～36.2°N，124°E 以西海域，包含除海州灣近海外綠潮影響海域（圖1）。

圖 1 南黃海研究區(qū)域洋流系統(tǒng)（a）及站位設(shè)置（b， c）Fig. 1 The current system (a) and sampling stations (b, c) in the study area of the southern Yellow Sea

2.2 樣品采集與分析

現(xiàn)場(chǎng)使用Seabird 911-Niskin 聯(lián)用采水和測(cè)定溫度（T）和鹽度（S）參數(shù)，春季采集表層、中層和底層水體，夏季采集表層、真光層、中層和底層水體。水樣經(jīng)GF/F（Whatman，450℃灼燒4 h）過濾后冷凍保存，使用SEAL-AA3 流動(dòng)分析儀測(cè)定，各營養(yǎng)鹽均按照海洋調(diào)查規(guī)范方法（GB/T 12763.6—2007）測(cè)定，其中和采 用 重 氮?偶 氮 法（銅?鎘 還原），使 用 靛 酚 藍(lán) 法，使 用 磷 鉬 藍(lán) 法，以硅 鉬 藍(lán) 法 測(cè) 定。檢出限分別為0.02 μmol/L、0.02 μmol/L、0.04 μmol/L、0.02 μmol/L、0.03 μmol/L。溶解無機(jī)氮（DIN）為加和。海水總懸浮顆粒物（Total Suspended Particulate，TSP）使用重量法[20]采集測(cè)定。各營養(yǎng)鹽平面分布圖使用Surfer 12 繪制。

2.3 滸苔綠潮規(guī)模日變化數(shù)據(jù)來源

2018 年綠潮漂移路徑、分布面積變化數(shù)據(jù)收集自自然資源部北海預(yù)報(bào)中心每日大型藻類預(yù)警公報(bào)，其結(jié)果解譯自MODIS-TERRA 和RADARSAT 衛(wèi)星數(shù)據(jù)[21-22]。

3 結(jié)果與討論

3.1 2018 年南黃海滸苔綠潮的發(fā)展特征

2018 年4 月25 日在江蘇南通近海首先發(fā)現(xiàn)零星漂浮滸苔，隨后在適宜光照、溫度等[23]因素影響及風(fēng)和洋流[6]控制下，向北漂移并不斷增殖擴(kuò)大。5 月30 日漂移至35°N 線附近（圖2）。6 月29 日，綠潮分布面積和覆蓋面積達(dá)到最大（38 046 km2和193 km2）。7 月23 日后，綠潮完全漂浮至35°N 以北海域，隨后分布面積不斷減小進(jìn)入消亡期。8 月中旬完全消失，持續(xù)時(shí)間約110 余天[24]。

根據(jù)滸苔聚積狀態(tài)分析，江蘇近海綠潮初期以零星狀態(tài)（＜100 cm2）和小的條狀（＜3 m2）滸苔斑塊為主[25]，且藻體呈墨綠色，藻體內(nèi)葉綠素（1.1～1.4 mg/g）及N、P 元素（N＞40 mg/g，P＞0.6 mg/g，干重）含量較高。當(dāng)綠潮進(jìn)入35°N 以北山東半島南部外海，綠潮以長條狀（＞100 m）和高聚積狀態(tài)（＞1 km2）為主，聚積的滸苔斑塊最厚達(dá)0.5 m，藻體呈淺綠色，藻體內(nèi)葉綠素（＜0.4 mg/g）和N、P 元素（N＜20 mg/g，P＜0.2 mg/g，干重）含量較江蘇近海明顯降低[26-27]。對(duì)綠潮暴發(fā)海域、規(guī)模變化和漂移路徑對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，其發(fā)展集中在122°E 以西近海，在南部江蘇近海綠潮處于快速增長階段；當(dāng)綠潮完全進(jìn)入北部（35°N 以北），其規(guī)模迅速減小，綠潮處于快速消亡階段。

圖 2 2018 年南黃海漂浮滸苔綠潮規(guī)模（多邊形為綠潮邊界范圍）和位置發(fā)展變化特征Fig. 2 The development of floating Ulva prolifera green tide in the southern Yellow Sea in 2018

3.2 春、夏季綠潮期間南黃海營養(yǎng)鹽分布特征

春季南黃海營養(yǎng)鹽主要受徑流輸入[28]和沿岸流混合（表1，TSP 較高）及北部青島冷水團(tuán)和外海暖流影響[29-31]，各營養(yǎng)鹽均呈現(xiàn)明顯的西南江蘇近海高、北部區(qū)域 （約35°N 以北）低的分布特征（圖3）。其中DIN 范圍在0.62～55.23 μmol/L 之間，平均含量為（8.86±8.71） μmol/L，其主要組分為，約占DIN 的85.9%；其中表層受徑流輸入影響含量為（11.56±11.88） μmol/L，高于中層 （（6.06±3.57） μmol/L）和底層 （7.21±3.79） μmol/L）。含 量 在0.01～0.79 μmol/L 之 間， 平 均 為（0.30±0.18） μmol/L；東部深層水受暖流[30]影響呈現(xiàn)高值，垂向分布從表層向底層逐漸升高。含量在0.26～28.07 μmol/L 之 間， 平 均 含 量 為（ 8.47±5.6） μmol/L，同DIN 和分布趨勢(shì)相同，垂向分布為表層受近岸混合影響含量 （（9.49±6.8） μmol/L）最高，其次為受再懸浮影響的底層 （（8.07±4.39） μmol/L），中層 （（7.24±4.23） μmol/L）最低。

夏季各營養(yǎng)鹽組分較春季下降明顯，分布同春季類似，整體呈現(xiàn)西南近海高、北部低的特征。受大范圍的溫躍層影響，北部真光層以上營養(yǎng)鹽被消耗利用而得不到及時(shí)補(bǔ)充，含量較低，而中層以下受冷水團(tuán)以及底層再懸浮釋放[32]等因素影響，營養(yǎng)鹽含量高。其中DIN 平均含量為（6.09±5.92） μmol/L，較春季降低30.9%，高值區(qū)集中在江蘇和長江口外海域，低值區(qū)在北部冷水團(tuán)上層海域，DIN 含量在1 μmol/L 以下，不利于漂浮滸苔的生長[33]，表層受沿岸水影響含量較高，垂向從真光層向底層逐漸上升（圖4，表1）。

平均含量為（0.19±0.21） μmol/L，較春季下降36.7%。受滸苔及浮游微藻等對(duì)P 吸收儲(chǔ)存[34]及溫躍層限制影響，表層和真光層含量（（0.13±0.17） μmol/L 和（0.10±0.13） μmol/L）明顯低于中層和底層（（0.21±0.19） μmol/L和（0.36±0.23） μmol/L），同DIN 類似北部表層含量低于0.03 μmol/L，較低的磷不利于生物光合生長。平均含量為（7.33±6.36） μmol/L，較春季下降13.4%，降幅低于DIN 和，其分布特征同DIN 和類似，高值區(qū)集中在受長江、江蘇近岸徑流影響海域，低值區(qū)在北部冷水團(tuán)上層。

對(duì)比春、夏季調(diào)查海域內(nèi)營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征發(fā)現(xiàn)（表1），春季各營養(yǎng)鹽比值均偏離Redfield 比值[35]，其中受徑流輸入影響的沿岸水（低鹽高營養(yǎng)鹽）和北部青島冷水團(tuán)（低溫低營養(yǎng)鹽），呈現(xiàn)較高的N/P 比值和低Si/N，而在黃海暖流影響水團(tuán)（高）各營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)較符合Redfield 比值。夏季受徑流輸入影響較春季明顯（表1，鹽度降低），但受生物活動(dòng)等因素影響各營養(yǎng)鹽含量較春季降低明顯，而營養(yǎng)鹽比值較春季明顯升高偏離Redfield 比值。表層和真光層內(nèi)受生物吸收利用和溫躍層影響，各營養(yǎng)鹽含量較低，原子比值較高。沿岸水受徑流輸入影響，N/P 比值達(dá)（87.40±54.90），較高的N/P 比值有利于滸苔偏向N 吸收的特性[33,36-37]。

表 1 南黃海調(diào)查海域春、夏季不同水團(tuán)中溫度（T）、鹽度（S）、營養(yǎng)鹽濃度Table 1 Salinity, temperature, nutrient concentrations in different water-masses of the study area in the southern Yellow Sea during spring and summer

圖 3 春季（2018 年4 月）南黃海各水層營養(yǎng)鹽分布Fig. 3 Horizontal distributions of nutrients in the southern Yellow Sea in spring （April 2018）

3.3 南黃海綠潮暴發(fā)遷移與營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)等環(huán)境參數(shù)之間相互關(guān)系

南黃海綠潮優(yōu)勢(shì)藻種滸苔是一種廣溫、廣鹽、耐干露的大型綠藻，營養(yǎng)鹽吸收速率較快[38]。當(dāng)營養(yǎng)鹽豐富時(shí)有“過度消費(fèi)”吸收儲(chǔ)存的作用，是重要的營養(yǎng)鹽儲(chǔ)庫[34,39]。

對(duì)比綠潮發(fā)展過程中（春、夏季）表層營養(yǎng)鹽分布特征和綠潮的漂移發(fā)展區(qū)域（圖2 至圖4），呈現(xiàn)3 個(gè)明顯的綠潮?營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)特征海區(qū)。（1）35°N 以南122°E 以西江蘇近海，呈現(xiàn)高營養(yǎng)鹽?綠潮快速發(fā)展特征；（2）122°E 以西35°N 以北山東半島外海域，呈現(xiàn)明顯的低營養(yǎng)鹽?綠潮聚積衰退的特征；（3）122°E 以東外海非綠潮影響區(qū)域。

各特征海區(qū)在綠潮發(fā)展期間表層環(huán)境要素以及營養(yǎng)鹽變化表明（表2）。南黃海122°E 以西綠潮漂移發(fā)展區(qū)域內(nèi)（圖5），受徑流輸入[28]、養(yǎng)殖廢水排放[40]、大氣沉降[41]以及混合等因素影響，較122°E 以東外海，水體懸浮顆粒物較高，具有較高的DIN，尤其是組分含量和N/P 比值，有利于漂浮態(tài)滸苔的生長[42]，其中DIN 在綠潮前后含量降低5.45 μmol/L，且以為主，降幅37%，降低0.05 μmol/L，幅度為23%，減少量的ΔDIN/P 比值為109。而122°E 以東外海非滸苔綠潮區(qū)域，主要受黃海暖流和冷水團(tuán)等洋流體系影響，水體透明度高，春夏間DIN，含量減少1.16 μmol/L，幅度為18%，降低0.21 μmol/L，幅度為72%，其減少量的ΔDIN/P 比值為5.5，遠(yuǎn)小于西部近岸滸苔綠潮影響海域。

圖 4 夏季（2018 年7 月）南黃海各水層營養(yǎng)鹽分布Fig. 4 Horizontal distributions of nutrients in the southern Yellow Sea in summer （July 2018）

對(duì)比35°N 南北兩個(gè)綠潮特征區(qū)域發(fā)現(xiàn)（圖5），在35°N 以南江蘇近海受陸源輸入影響，絕大部分海域超過Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，甚至超過Ⅴ類水質(zhì)；同時(shí)受徑流輸入、大氣沉降及上升流[41,43]等輸入影響，營養(yǎng)鹽含量保持較高水平，尤其是春季綠潮前期含量明顯高于滸苔藻生長的限制濃度6.5 μmol/L 和0.27 μmol/L[33]，有利于漂浮滸苔的快速生長。綠潮前后N 組分明顯減少，約7.73 μmol/L，降低0.05 μmol/L，幅度為18%。7 月下旬大規(guī)模的高聚集態(tài)綠潮漂移至35°N 以北低營養(yǎng)鹽區(qū)域，DIN 和明 顯（4 月 綠 潮 前 期 的（1.83±1.15） μmol/L 和（0.05±0.01） μmol/L，7 月 綠 潮 在 此 區(qū) 域 的（1.83±1.24） μmol/L 和（0.02±0.01） μmol/L） 低于滸苔藻持續(xù)生長的最低濃度，限制綠潮的發(fā)展。較江蘇近海綠潮快速增殖階段，N、P 組分降低值和幅度較低（DIN 值和幅度分別降低6.73 μmol/L 和33%，值和幅度分別降低0.05 μmol/L 和18%），說明綠潮發(fā)展中營養(yǎng)鹽來源主要來自江蘇近海，北部較低的營養(yǎng)鹽可能是限制綠潮繼續(xù)發(fā)展的重要因素，滸苔體內(nèi)氮磷元素以及葉綠素含量較江蘇近海明顯降低也證明了此假設(shè)[26-27]。在滸苔暴發(fā)前后營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)變化特征說明，大面積暴發(fā)的滸苔綠潮具有快速和大量吸收DIN 和的特征[15,44]，且吸收的DIN/P 比值較高，對(duì)減輕江蘇近海氮超標(biāo)的富營養(yǎng)化狀況[45]具有十分重要的意義。

表 2 調(diào)查海域綠潮暴發(fā)前后滸苔漂移區(qū)域與非滸苔區(qū)域表層營養(yǎng)鹽對(duì)比Table 2 The variations of nutrients and hydrological parameters of surface layer in different development phases area of green tides

4 結(jié)論

2018 年綠潮發(fā)現(xiàn)時(shí)間早，規(guī)模在6 月29 日達(dá)到最大，持續(xù)時(shí)間約110 d。其漂移路徑集中在122°E以西海域，快速增殖階段在江蘇南部近海，聚積沉降階段在35°N 以北山東半島外海域。

南黃海海域受徑流輸入、水團(tuán)、外海暖流以及生物吸收利用等因素影響，春季混合均勻，夏季受冷水團(tuán)溫躍層影響垂向差異明顯。各營養(yǎng)鹽除組分整體呈現(xiàn)江蘇近岸高北部（約35°N 南北）及遠(yuǎn)海低的特征。

江蘇近海豐富的營養(yǎng)鹽含量和來源是滸苔綠潮形成和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和營養(yǎng)鹽來源。山東半島外海域較低的營養(yǎng)鹽水平是限制綠潮繼續(xù)發(fā)展的重要因素。

圖 5 2003?2018 年江蘇近岸海水主要觀測(cè)站點(diǎn)（a）和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)分布（b）Fig. 5 The sampling stations (a) and the water quality in coastal area of the Jiangsu Province during 2003?2018 (b)