2000—2018 年福建近岸海域赤潮分布特征

黃春秀，陳火榮，李 聰

(福建省漁業(yè)資源監(jiān)測中心，福建 福州 350003)

福建是我國的海洋大省，海域面積遼闊，陸地海岸線長度居全國第二位[1]。海洋資源豐富，分布有閩東、閩中、閩南和閩外四大漁場。福建近岸海域赤潮高發(fā)，赤潮不僅嚴重破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)平衡、影響漁業(yè)造成直接經(jīng)濟損失，還通過直接接觸或食物鏈富集危害人類健康[2-4]。開展赤潮特征分析對赤潮監(jiān)測預警和防災減災具有重要意義。許珠華等(2006)[5]、李雪丁(2012)[6]分別對福建沿海2000—2004 、2001—2010 年赤潮基本特征進行分析。許翠婭等(2010)[7]對福建沿岸海域主要赤潮生物的生態(tài)學特征和赤潮的發(fā)生環(huán)境因子進行分析。李正華(2016)[8]對福建定海灣一次東海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)與夜光藻(Noctilucascintillans)雙相赤潮進行分析。這些研究赤潮數(shù)據(jù)時間較早，或僅針對單次赤潮或赤潮的特定特征，存在局限性。本研究擬分析2000—2018 年福建赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量、面積與全國占比情況，研究2000—2018 年赤潮發(fā)現(xiàn)時空特征和生物特征，劃分赤潮災害等級，并提出赤潮災害立體化監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)時空布局的建議。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

2000—2018 年福建近岸海域赤潮事件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料和業(yè)務(wù)監(jiān)測情況來源于福建省海洋與漁業(yè)局，包括赤潮起始和消亡時間、發(fā)生位置、最大影響面積、優(yōu)勢生物、造成的經(jīng)濟損失、是否有毒、赤潮監(jiān)測類別、監(jiān)測內(nèi)容等信息。2000—2009、2010—2016、2017、2018年我國近岸海域赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量和累積發(fā)現(xiàn)面積(累積發(fā)現(xiàn)面積是指統(tǒng)計時段內(nèi)各單次赤潮最大影響面積之和)數(shù)據(jù)分別來源于中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報、中國海洋環(huán)境狀況公報、中國海洋生態(tài)環(huán)境狀況公報、國家海洋環(huán)境監(jiān)測中心。[9]采用ArcGIS 10.6、EXCEL等軟件，繪制空間分布圖、柱狀圖、折線圖、餅圖等，結(jié)合求平均值等定量分析方法對赤潮發(fā)現(xiàn)的時空特征、生物特征和赤潮等級特征進行分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 福建近岸海域赤潮發(fā)現(xiàn)時間特征

2000—2018 年福建近岸海域共發(fā)現(xiàn)赤潮224 次，累積發(fā)現(xiàn)面積約為12 591.2 km2，直接經(jīng)濟損失約為20.8 億元。2000—2018 年我國近岸海域發(fā)現(xiàn)赤潮1 298次，累計發(fā)現(xiàn)面積約為206 326.5 km2。2000—2018 年福建近岸海域赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量占全國的17.3%，累計發(fā)現(xiàn)面積占全國的6.1%。

2000—2018 年福建近岸海域赤潮年均發(fā)現(xiàn)12 次，其中2003 年發(fā)現(xiàn)29 次，達到最高水平。2002—2012 年赤潮年發(fā)現(xiàn)數(shù)量較高，除了2011 年，其余年份每年均發(fā)現(xiàn)12 次以上。2013 年以后有所下降，平均每年為6.5次(圖1)。平均每次赤潮面積為56.2 km2，平均每年累計發(fā)現(xiàn)面積為662.7 km2。2002、2003、2006、2010年累計發(fā)現(xiàn)面積較大，年度累計發(fā)現(xiàn)面積超過1 700.0 km2，這4 個年份發(fā)現(xiàn)的赤潮面積占總面積的66.6%。

將2000—2018 年劃分為2000—2004 、2005—2009 、2010—2014 、2015—2018 年共4 個時段，各時段福建近岸海域年均發(fā)現(xiàn)赤潮數(shù)量分別為13.2、16.0、11.0、5.8 次，年均發(fā)現(xiàn)赤潮面積分別為898.3、679.0、836.7、130.2 km2(圖2)?？梢钥闯?005—2009、2010—2014、2015—2018年3個時間段的年均赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量呈下降趨勢，2015—2018 年相對于前3 個時間段的年均赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量和面積均有明顯下降。

圖2 2000—2018 年福建近岸海域各時間段赤潮年均發(fā)現(xiàn)數(shù)量和面積Fig.2 Numbers and accumulative area of red tide occurrence in various periods in Fujian coastal waters in 2000-2018

福建近岸海域發(fā)現(xiàn)的赤潮季節(jié)特征明顯，全年赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量、發(fā)現(xiàn)面積和直接經(jīng)濟損失趨勢相似，均呈單峰型。4—9 月是赤潮的多發(fā)期，其中又以5、6 月為高發(fā)期。4—9 月發(fā)現(xiàn)的頻次均在6 次以上，4—9月累計發(fā)現(xiàn)數(shù)量占全年總數(shù)量的96.4 %。其中5、6月累計發(fā)現(xiàn)數(shù)量分別達到100 次和62 次，分別占全年赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量的44.6%和27.7%(圖3)。4—9月每月赤潮累計發(fā)現(xiàn)面積均大于190.0 km2，4—9 月累計發(fā)現(xiàn)赤潮面積占全年總面積的98.0 %。其中5、6月累計發(fā)現(xiàn)面積分別達到7 218.2、3 447.0 km2，分別占全年赤潮發(fā)現(xiàn)面積的57.4 %、27.4 %(圖3)。赤潮造成的直接經(jīng)濟損失主要發(fā)生在5、6、4月，5 月發(fā)現(xiàn)的赤潮造成的直接經(jīng)濟損失占總損失的99.1%。

圖3 2000—2018 年福建近岸海域赤潮逐月發(fā)現(xiàn)數(shù)量和累計發(fā)現(xiàn)面積Fig.3 Frequency and accumulative area of red tide occurence by month in Fujian coastal waters in 2000-2018

2.2 福建近岸海域赤潮發(fā)現(xiàn)空間特征

2000—2018 年福建近岸海域赤潮主要發(fā)現(xiàn)在寧德、福州、平潭、廈門、泉州海域(圖4)。其中，寧德至福州連江海域發(fā)現(xiàn)赤潮數(shù)量最多，為63次，占28.1%；其次為廈門海域，發(fā)現(xiàn)54 次，占24.1%(圖5)。福州近岸海域赤潮主要發(fā)現(xiàn)在羅源至連江海域，寧德、福州近岸海域赤潮分布均呈現(xiàn)灣口至近岸海域比內(nèi)灣海域高發(fā)的特征；平潭東側(cè)近岸海域比西側(cè)近岸海域高發(fā)；泉州海域赤潮主要分布在近岸海域，海灣內(nèi)較少發(fā)生；廈門海域赤潮主要分布在西海域和同安灣。

圖4 2000—2018 年福建近岸海域赤潮分布及門類特征Fig.4 Spatial distribution and main classes of red tides in Fujian coastal waters in 2000-2018

圖5 2000—2018 年福建各市所轄海域赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量占總數(shù)量的比例Fig.5 Proportion of red tide occurrences in waters of Fujian coastal cities in 2000-2018

將2000—2018 年劃分為4 個時段(2000—2004、2005—2009、2010—2014、2015—2018 年)進行比較發(fā)現(xiàn)：從年均發(fā)現(xiàn)赤潮數(shù)量情況來看，寧德和廈門下降明顯，平潭略微下降，泉州增加(表1)；2000—2014 年寧德和福州近岸海域是赤潮高發(fā)區(qū)，近4年來，福州近岸海域赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量有所減少，寧德海域赤潮發(fā)現(xiàn)范圍也有所縮小，主要集中在崳山島至高羅海域之間(圖6)；2000—2009 年平潭近岸海域赤潮主要集中在東側(cè)海域，2010 年以來東側(cè)海域仍是赤潮高發(fā)區(qū)，但在西側(cè)和北側(cè)也發(fā)現(xiàn)較多赤潮；泉州近岸海域赤潮發(fā)生頻率有所增加，且2009 年之前主要發(fā)現(xiàn)在泉州灣和深滬灣海域，2010 年以來擴大到惠安近岸海域。

表1 福建近岸各市所轄海域各時間段赤潮發(fā)現(xiàn)頻率比較Tab.1 Comparison of frequency of red tides occurrence in waters of Fujian coastal cities in different periods

圖6 福建近岸海域各時期赤潮發(fā)現(xiàn)位置Fig.6 Locality of the red tide occurrence in Fujian coastal waters in different periods in 2000-2018

2.3 福建近岸海域赤潮特征

2000—2018 年福建近岸海域發(fā)現(xiàn)的赤潮主要由4 門16 屬28種生物引發(fā)。由甲藻門生物引發(fā)的赤潮數(shù)量和面積均最高(圖4)，共引發(fā)137次，占總數(shù)量的61.2 %，引發(fā)面積8 701.4 km2，占總面積的69.1%，且福建近岸造成直接經(jīng)濟損失的赤潮生物門類都是甲藻。其次為硅藻，共引發(fā)80次，占總數(shù)量的35.7 %；引發(fā)面積3 252.8 km2，占總面積的25.8%。無論從引發(fā)赤潮的數(shù)量或是面積來看，占比排序前5 名的赤潮生物都是東海原甲藻、夜光藻、中肋骨條藻(Skeletonemacostatum)、米氏凱倫藻(Kareniamikimotoi)和旋鏈角毛藻(Chaetoceroscurvisetus)。其中東海原甲藻引發(fā)赤潮數(shù)量占總數(shù)比例和引發(fā)面積占總面積比例均最高，分別是26.3%和48.3%。

誘發(fā)赤潮的生物類群存在南北差異。在泉州以北主要為甲藻引發(fā)赤潮，泉州以南主要為硅藻引發(fā)赤潮(圖7)。寧德至泉州近岸海域甲藻和硅藻引發(fā)赤潮數(shù)量的比值分布在2.0～30.0之間，平均為9.8；廈門和漳州近岸海域甲藻和硅藻引發(fā)赤潮數(shù)量比值分別為0.1和0.5，平均為0.3。

圖7 2000—2018 年福建各市所轄近岸海域誘發(fā)赤潮生物類群Fig.7 Red tide causative species in waters of Fujian coastal cities in 2000-2018

2000—2018 年福建近岸海域發(fā)生的赤潮中無毒赤潮188 次，占比83.9%；有毒赤潮32 次，占比14.3%；種類不詳4 次，占比1.8%。28種赤潮主要肇事種中有毒的種類包括米氏凱倫藻、球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa)、鏈狀裸甲藻(Gymnodiniumcatenatum)、微小原甲藻(Prorocentrumminimum)、短凱倫藻(Kareniabrevis)等，其中米氏凱倫藻引發(fā)的有毒赤潮數(shù)量最多，為18 次，占有毒赤潮總數(shù)的56.2%。從時間段來看，2010—2014 、2015—2018 年有毒赤潮年均發(fā)現(xiàn)數(shù)量均為2 次，略高于2000—2004 年的年均1.8 次、2005—2009 年的年均1.0 次。福州、泉州和寧德近岸海域有毒種赤潮相對較多，分別為11.0 、7.0 、6.0 次，分別占有毒赤潮數(shù)量的34.4%、21.9%和18.8%。

2.4 福建近岸海域赤潮等級

赤潮造成的損害主要集中在對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響、對海洋經(jīng)濟的影響以及對人體健康的危害等方面[2]。根據(jù)福建近岸海域近20 年赤潮發(fā)生的特征，結(jié)合管理需求、國家赤潮災害應(yīng)急預案[10]及相關(guān)研究成果[11-13]，本研究提出赤潮等級劃分的標準(表2)。標準中根據(jù)無毒赤潮面積、有毒赤潮面積、人身健康影響和漁業(yè)直接經(jīng)濟損失等4 個評價因子，將赤潮劃分為特大赤潮、重大赤潮、大型赤潮、中型赤潮和小型赤潮等5 個等級，各等級赤潮至少應(yīng)滿足一個該等級評價因子特征值。

表2 赤潮分級標準Tab.2 Scaling standards for red tide occurrence

根據(jù)該標準，2000—2018 年福建近岸海域以小型赤潮為主，共163次，占赤潮總數(shù)的75.8%；其次是中型赤潮，共25 次，占赤潮總數(shù)的11.6%；大型赤潮11次，占赤潮總數(shù)的5.1%；重大赤潮10 次，占4.7%；影響較大的特大赤潮1次，占總數(shù)的0.5%；赤潮生物種類或最大影響面積等信息不詳?shù)某喑?，無法判定其災害等級，即赤潮災害等級為“不詳”的赤潮5次，占總赤潮次數(shù)的2.3%(圖8)。2012 年5—6 月福建省沿海發(fā)現(xiàn)10 次米氏凱倫藻赤潮，造成20 余億元經(jīng)濟損失，由于各起事件具體經(jīng)濟損失無記錄，所以將10 次事件合并為1 個事件，劃分為特大赤潮。特大赤潮、重大赤潮或大型赤潮2000—2004 年年均發(fā)生1.6 次，2005—2009 、2010—2014 、2015—2018 年均為1.0 次。

圖8 2000—2018 年福建近岸海域赤潮災害等級Fig.8 Scaling results of red tides in Fujian coastal waters in 2000-2018

2.5 討論

2.5.1 福建近岸海域赤潮發(fā)現(xiàn)時間特征及影響因素分析 赤潮發(fā)生需要具備許多條件，包括適宜的水溫、pH、溶解氧和充足的營養(yǎng)鹽條件等[14]，特別是水溫和營養(yǎng)鹽條件對赤潮的生消有重要的影響[7,15-17]，由于強降雨等因素增加了對浮游植物生長有限制作用的營養(yǎng)鹽的輸入，導致赤潮發(fā)生數(shù)量增加，這種強降雨又受厄爾尼諾現(xiàn)象等影響[15]。

1983—1986 、1998 、2007 、2011 年福建近岸海域所有站位的無機氮算術(shù)平均值分別是0.149、0.364、0.312、0.310 mg/L[18-19]；2011—2015 年無機氮濃度呈現(xiàn)波動下降的趨勢[19]。1983—1986 、1998 、2007 、2013 年福建省近岸海域所有站位的活性磷酸鹽算術(shù)平均值分別是0.012、0.029、0.021、0.025 mg/L[18-19]。1983—1998 年無機氮濃度增加，2007—2015 年呈下降趨勢，活性磷酸鹽變化趨勢不明顯。2005—2009 、2010—2014 、2015—2018 年這三個時間段的年均赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量和2010—2014 、2015—2018 年這兩個時間段的年均赤潮累積發(fā)現(xiàn)面積均呈下降趨勢，這與2007 年以來無機氮濃度變化趨勢較一致，無機氮濃度變化是否是赤潮減少的原因有待于進一步研究。

福建近岸海域赤潮發(fā)現(xiàn)季節(jié)特征與李雪丁[6]2001—2010 年研究結(jié)果一致，5—6 月為赤潮高發(fā)期。4 月底至6月為福建省雨季[20]，明顯增多的降水量導致地表徑流等來源氮負荷增加[21-22]。4—6 月臺灣海峽風向從東北季風轉(zhuǎn)變?yōu)槲髂霞撅L，此時臺灣海峽北上的暖流受風向的影響而急劇加強，使海洋環(huán)境水溫、鹽度升高，近岸上升流加強[7,16]。降水導致的氮負荷增加和上升流帶來海域底層的營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素的增加，促進赤潮生物的生長繁殖，從而促進赤潮的暴發(fā)[7,21-23]。福建近岸海域赤潮生物優(yōu)勢種主要為東海原甲藻、夜光藻、中肋骨條藻、米氏凱倫藻等，水溫是最重要的影響因子，這四種赤潮生物最適生長水溫分別為18～22、19～22、24～28、20～24 ℃[7,24]，與4—6 月福建近岸海域的水溫相一致。此外，這些藻種能成為優(yōu)勢種與其適應(yīng)海水中的營養(yǎng)鹽等環(huán)境特征有一定關(guān)系[17]。

2.5.2 福建近岸海域赤潮發(fā)現(xiàn)空間特征及影響因素分析 寧德、福州、平潭、廈門近岸等海域是福建近岸海域赤潮主要發(fā)現(xiàn)區(qū)域。寧德和福州海域赤潮高發(fā)與赤潮生物孢囊沉積于海底，在合適環(huán)境條件下又會發(fā)生同一種類赤潮，與浙閩沿岸流有一定的關(guān)系[7]，該區(qū)域灣口至近岸海域比內(nèi)灣海域赤潮高發(fā)，這可能與三沙灣、羅源灣等內(nèi)灣海域養(yǎng)殖較多紫菜、海帶等大型藻類，吸收營養(yǎng)物質(zhì)有關(guān)。平潭近岸海域位于福建近岸海域的中部區(qū)域，常年受各種水系的控制，同時存在上升流等，復雜的水文環(huán)境與該區(qū)域赤潮高發(fā)有一定的關(guān)系[7]。廈門西海域和同安灣赤潮高發(fā)，可能是因為西海域和同安灣相對于廈門東部海域和河口水動力條件差，污染物不能及時通過水體交換輸出灣外，更易于赤潮生物的聚集。

誘發(fā)赤潮的生物類群存在南北差異。與福建相鄰的溫州近岸海域2007—2016 年赤潮生物主要是東海原甲藻和米氏凱倫藻[25]。長江口海域和浙江沿岸海域多次發(fā)生大規(guī)模的東海原甲藻赤潮，其發(fā)生的時間與福建沿岸海域發(fā)生的東海原甲藻赤潮相近[7]。福建北部沿海赤潮生物主要為甲藻，與浙江一帶較一致，而與福建南部海域主要為硅藻，可能是受不同水團的影響，福建北部海域受浙閩沿岸流影響，而南部海域受南海暖流、黑潮暖流等影響。兩種水團的營養(yǎng)鹽組成可能存在差異。營養(yǎng)鹽組成與區(qū)域浮游植物群落結(jié)構(gòu)息息相關(guān)，海域硅氮含量比下降，對硅需求量低的藻類得到了更優(yōu)勢的生長環(huán)境，浮游硅藻類的生長優(yōu)勢被甲藻逐步取代[3]。

2.5.3 赤潮災害立體化監(jiān)測的建議 福建赤潮業(yè)務(wù)監(jiān)測部門主要有海洋與漁業(yè)局、生態(tài)環(huán)境廳及其下屬的監(jiān)測機構(gòu)等[5]。例如，2003—2018 年福建省海洋與漁業(yè)局組織監(jiān)測機構(gòu)在三沙灣、閩江口、平潭沿岸、廈門沿岸、福州和莆田重點養(yǎng)殖區(qū)等區(qū)域開展4—10 月赤潮常規(guī)監(jiān)測和4—6 月赤潮加密監(jiān)測(2014 年起廈門沿岸不再監(jiān)測)，此外在福建沿岸海域開展赤潮應(yīng)急跟蹤監(jiān)測。監(jiān)測項目包括水文氣象、水質(zhì)、赤潮生物和赤潮毒素。這些監(jiān)測在赤潮的早期發(fā)現(xiàn)和預警、赤潮應(yīng)急處置等方面發(fā)揮了重要的作用，但這種傳統(tǒng)的依靠人工出海監(jiān)測的方法耗時耗力，在監(jiān)測范圍和頻次方面仍顯不足，一些中小型或靠近外海區(qū)域的赤潮易被遺漏，而且不便于數(shù)據(jù)的整合分析。因此要建設(shè)赤潮立體化監(jiān)測系統(tǒng)，包括生態(tài)監(jiān)測浮標、海床基生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、海面影像監(jiān)測系統(tǒng)等固定監(jiān)測平臺及衛(wèi)星遙感監(jiān)測系統(tǒng)、無人機監(jiān)測系統(tǒng)、船載走航式生化要素監(jiān)測系統(tǒng)、無人艇生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等移動式監(jiān)測平臺；同時，研發(fā)多基平臺多模式數(shù)據(jù)綜合接收系統(tǒng)，整合接引已有監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)，實時獲取由立體化監(jiān)測平臺獲取的區(qū)域海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。根據(jù)本研究結(jié)果，建議在寧德至平潭近岸海域、泉州近岸海域加強立體化監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)，赤潮高發(fā)期5—6 月為監(jiān)測關(guān)鍵時期。

3 結(jié)論

本研究對2000—2018 年福建近岸海域赤潮分布特征進行分析，得到以下結(jié)論：

(1)2000—2018 年福建近岸海域赤潮發(fā)現(xiàn)數(shù)量和面積分別占全國的17.3%和6.1%，年均發(fā)現(xiàn)12 次，2003 年達到最高水平。2015—2018 年相對于2000—2004 、2005—2009 、2010—2014 年等時間段年均發(fā)現(xiàn)數(shù)量和面積有明顯下降。赤潮發(fā)現(xiàn)季節(jié)特征明顯，呈單峰型，4—9 月是多發(fā)期，其中又以5—6 月為高發(fā)期。

(2)福建近岸海域赤潮主要發(fā)現(xiàn)在寧德、福州、平潭、廈門、泉州海域。從2000—2004 、2005—2009 、2010—2014 、2015—2018 年各時段的比較發(fā)現(xiàn)，寧德和廈門年均發(fā)現(xiàn)赤潮數(shù)量下降明顯，平潭略微下降，泉州增加。

(3)由甲藻門生物引發(fā)的赤潮數(shù)量和面積均最高，造成直接經(jīng)濟損失的門類都是甲藻。引發(fā)赤潮的生物類群存在南北差異，在泉州以北主要為甲藻引發(fā)赤潮，泉州以南主要為硅藻引發(fā)赤潮。有毒赤潮占赤潮總數(shù)的14.3%，其中米氏凱倫藻引發(fā)的有毒赤潮數(shù)量最多。

(4)本研究提出赤潮等級劃分的標準，福建近岸海域以小型赤潮為主，寧德和福州近岸海域重大赤潮和大型赤潮發(fā)現(xiàn)頻率高于其他區(qū)域。

(5)建議在寧德至平潭近岸海域、泉州近岸海域加強赤潮立體化監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，赤潮高發(fā)期5—6 月為監(jiān)測關(guān)鍵時期。