大型藻类是海洋生态系统的重要组成部分,为海洋生物提供了食物与栖息地。然而,某些大型藻类的肆意繁殖会影响海洋生态系统,威胁海洋渔业和旅游业。自2000年以来,绿潮(由大型绿藻如浒苔大量繁殖导致的藻华)在世界各地越来越频繁地暴发,其规模与日俱增,其中黄海绿潮的规模为世界之最,因此吸引了来自世界媒体与研究人员的广泛关注。
尽管研究人员已经对黄海绿潮进行了大量研究,并取得了许多较为重要的成果,但一些绿潮生态学的关键问题依旧不清晰,尤其是绿潮形成的具体机制。为此,我们首先回顾并分析了与绿潮起源及形成有关的文献和假说,接着解析了海洋环境变化的研究和数据,包括绿潮暴发所在海域(黄海)的营养盐变化;随后阐明了各种因素与绿潮暴发之间的关系。前人的早期分析与结论同我们的研究相结合,产生了一个新颖的绿潮形成机制理论,并得到了数据和证据的支持。
此外,我们还系统回顾了之前有关绿潮防控的相关研究,进而提出了基于新颖绿潮形成机制的管理方案,还为今后绿潮防控研究及策略和政策制定提出了两点建议,供管理部门决策参考。
1.浒苔与黄海绿潮
浒苔为石莼属海藻,是一类遍布世界各地的大型绿藻,也是一种最常见的生物污损藻类,能够附着并损害被海水周期性淹没的船体和码头等海洋设施。
浒苔能够脱离附着基并在自由漂浮状态下生长,在合适的条件下会快速生长和大量繁殖,进而产生可观的生物量;在风浪流等自然环境条件的驱使下,这些藻体会很快覆盖广阔海域。这种海洋生态现象被称为绿潮,还会显著恶化海洋生物群落的结构和功能。
在绿潮暴发期间,海面上漂浮的大量藻体会形成厚厚的藻“垫”,阻碍海气交换并阻挡阳光射入海洋。海气交换效率的降低以及由微生物介导的藻体腐烂会导致相对封闭的海域(如港湾)出现缺氧,进而危及海洋生物生存;同样,海洋浮游植物一旦缺乏阳光,也会无法生存,从而对海洋食物网与生物资源造成严重影响。在风浪潮流的共同作用下,绿潮还会侵入海岸线,在海滩与海岸上留下大量藻体;若任其腐烂,则会污染沿海景观,严重影响滨海旅游业的发展。
以浒苔为代表的石莼属海藻异常生长所导致的绿潮,在美国、英国、法国、意大利、丹麦和日本等国家均有暴发。自2007以来,黄海每年都会暴发世界上规模最大的绿潮。
黄海绿潮的最初阶段仅是分布于南黄海的小片藻“垫”,此时的南黄海以南风为主,而由风引起的风漂流方向也由偏北向转变为持续向北,风与流为绿潮在该海域由南到北的“传播”提供了动力。随着藻“垫”的迁移,藻体快速生长繁殖,积累起巨大的生物量,最终发展成为分布面积达20,000-58,000公里、覆盖面积达200-21,000公里规模的罕见绿潮(图略)。
山东、江苏和上海均毗邻南黄海,拥有中国最发达的沿海工业与海洋经济。黄海绿潮的暴发对这些地区的经济发展产生了严重负面影响,造成了巨大经济损失。公开报道表明,在2008-2019年期间,山东省青岛市就累计花费了近14亿人民币处置浒苔,打捞浒苔藻体约356.1万吨。以2009年为例,黄海绿潮给山东省造成的直接经济损失就近7亿元。可见,研究黄海绿潮的起源和形成机制,不仅是一个重要的生态问题,而且有益于国计民生。
2.黄海绿潮起源与紫菜养殖
关于黄海绿潮的起源,已经开展了大量研究、并取得了重要进展,还提出了许多观点和理论(假说)。其中,最为人熟知的理论(假说)就是,黄海绿潮原因物种-浒苔的初始生长地点,位于黄海海域苏北浅滩沙洲上的紫菜养殖筏架,并认为黄海绿潮的暴发是直接由江苏省沿海紫菜养殖业的大规模发展导致的。支持该理论(假说)的依据有两个:
(1)浒苔能够在紫菜养殖筏架上生长,因为这两种藻类具有相似的生态位。当收获紫菜时,在养殖筏上生长的浒苔会被丢弃到海中,丢弃入海的时间点与绿潮开始形成的时间点相吻合。
(2)江苏省的紫菜养殖区在2006年扩展到了苏北浅滩的南岸,且与绿潮暴发存在时序上的同步性,只因黄海绿潮是从2007年暴发的。
然而,上述理论(假说)也有许多争议点。首先,在20世纪70年代到21世纪初的这段时间里,尽管江苏省的紫菜养殖经历了多个快速发展阶段,但直到2007年才出现绿潮暴发。其次,除了苏北浅滩沙洲区域的紫菜养殖外,其它较大的紫菜养殖区在收获期也会丢弃大量浒苔藻体,但未见形成绿潮。第三,在紫菜养殖早期阶段,养殖渔民会仔细清理养殖筏架、以防止杂藻生长对紫菜产量与品质产生影响;也就是说,紫菜养殖网帘抑或筏架在入海前是没有浒苔附生的。其实,浒苔在紫菜网帘或者筏架的生长发生于养殖的中后期,因此浒苔的生长、扩散不太可能是直接由紫菜养殖所引发。这也是最为重要的争议点。
尽管存在上述争议,但来自苏北浅滩沙洲的自由漂浮浒苔藻体,却一直被认定为黄海绿潮形成的唯一最初来源。据此,我们认为,江苏省沿海经济海藻(紫菜)养殖的发展只是促进绿潮暴发的补充因素,紫菜养殖仅仅是提供了浒苔生长的附着基(养殖筏架);即使没有这些紫菜养殖筏架,浒苔仍然能够生长在天然或者人工的附着基质上,最终还是会在自然因素或者人类活动的影响下脱离附着基、进而漂浮生长。
从2000年起,自由漂浮的小片浒苔藻“垫”,每年都会在黄海与东海被发现,但值得玩味的是,绿潮第一次暴发却发生于2007年。上述时序矛盾的情况表明,自由漂浮的浒苔藻“垫”,这一单独因素并不足以引起绿潮的暴发;也就是说,自2007年以来,在黄海必然还存在其他因素促进了绿潮的形成和暴发。故而,确定这些因素、并了解绿潮形成的机制,应该是研究和控制黄海绿潮的关键。
3.黄海营养盐变化与绿潮
由大型海藻引起的藻华可能涉及多种因素,包括气候变暖、海洋酸化、合适的水文条件和外来物种迁移等,但现有的大量研究表明,导致绿潮形成的首要因素依然是海水富营养化。至于富营养化与绿潮暴发之间的关系,一般的理解是过量营养物质能够促进藻类快速生长。
然而,自20世纪90年代初以来,南黄海的富营养化一直很严重,为何持续20余年后、即在2007年才暴发第一次绿潮?此外,丰富的营养物质能够促进各种各样的藻类生长,为何只有浒苔能够占据优势、并最终发展成规模巨大的绿潮?为此,我们似乎还不能简单地理解富营养化与绿潮暴发之间的关系;换句话说,海洋的富营养化不应该是绿潮暴发的充分和必要条件。浒苔藻体自身可能也存在一些未被发现的独特生态生理特性,从而能够促成浒苔绿潮暴发。
为了弄清楚上述问题,我们对全球范围绿潮暴发的信息进行了收集、整理与分析。结果表明,绿潮大概率出现在正处于快速工业化国家或已经完成工业化国家的周边海域,且首次暴发也一般发生于快速工业化和城市化的时期。可见,绿潮暴发与工业化(城市化)存在正相关关系。
快速工业化与城市化会给海洋环境带来重要影响,其中最显著的就是海水富营养化。这种现象在经济体各个发展阶段均具有不同的表现特征,富营养化不仅仅是一个状态,更是一个动态过程。而这个过程却却反映在各种营养物质浓度的显著变化上;也就是说,各种营养物质的相对结构状态也在发生变化,而工业生产等人类活动会显著影响到这些变化过程。为此,我们有必要对黄海海域水体富营养化的变化过程及其原因,做一番全面分析。
南黄海海域的海水富营养化主要受到三股水团的影响,分别为长江冲淡水、苏北沿岸水和鲁北沿岸水。
众所周知,长江中下游流域经济发展迅猛,沿岸工农业生产过程中产生的各种污染物,通过直接排放或者径流方式汇入长江、最终流入海洋。而长江所携带的污染物,特别是可溶性无机氮(DIN),呈逐年增加的趋势;且从长期发展趋势来看,组成DIN的氨氮、硝酸盐与亚硝酸盐的比例,在21世纪初发生了显著变化。硝酸盐与亚硝酸盐(主要是硝态氮)比例不断升高,而氨氮比例不断下降。
由于长江入海通量巨大,长江冲淡水对南黄海水质与营养物质结构具有显著影响,其携带进入苏北浅滩海域的DIN接近长江携带入海DIN总量的十分之一;同时,由于受到长江冲淡水的影响,长江口附近海域DIN中硝酸盐比例占优。鲁北沿岸水和苏北沿岸水又将沿途排放的陆域污染物一并向南输运,对南黄海水体富营养化也有着重要影响。
青岛是南黄海沿岸典型的工业化与城市化快速发展的地区,市区面积从2002年的166.83平方公里增加到2017年的638.44平方公里,青岛的工业化与城市化快速发展加剧了胶州湾的富营养化。
胶州湾的营养物质成分,特别是氨氮、硝酸盐与亚硝酸盐的比例,也发生了显著的变化,氨氮浓度在2001年达到顶峰后呈下降趋势,而硝酸盐和亚硝酸盐浓度在2000年后显著增加;到2005年,硝酸盐(和亚硝酸盐)成分含量不断增加,成为DIN的主要组成形态。
类似的变化,也出现在南黄海的其他海湾(如海州湾)。南黄海沿岸地区和长江流域的污染物排放趋势是相似的,受长江和黄海南部沿海地区相似富营养化变化的影响,南黄海海域硝酸盐浓度自2006年开始大幅上升,氨氮浓度则显著下降。
上述区域污染物排放之所以出现氨氮下降、硝酸盐(与亚硝酸盐)上升的变化过程,其实与这些地区经济和环境保护的同步发展密切相关。在工业化早期阶段,由于经济活动所产生的效益无法承受环境保护需要花费的相对较高的成本,因此绝大部分含有过量氨氮的污水被直接排入自然水体中。在2000年前,这种没有经过环保处理的氨氮污水所导致的近海富营养化现象,在沿岸海域十分普遍。
然而,自2000年代中期开始,中国的工业化开始加速;与此同时,环保概念深入人心,相关措施不断加强,污水处理量逐渐增加。含氮污水处理的首要目标就是消除氨氮,因为氨氮对水生动物存在直接毒害作用;同时,还会造成水体黑臭。而消除氨氮最普遍的方法,就是将氨氮通过硝化作用转化为氧化态氮,即硝酸盐或亚硝酸盐;然后,再通过反硝化将这些含氮物质转化为氮气。
尽管如此,受处理条件和时间的限制,反硝化往往不能有效进行,大多数氨氮污染物只是被转化成了硝酸盐,仅仅消除了水体的黑臭,就被排入自然环境。所以,长江中硝酸盐的主要来源是硝化(包括“改良化肥”)和城市污水排放。
就世界范围内的大多数研究海域而言,经环保处理过的废水中所含的硝酸盐,都是导致海水DIN增加的主要因素。目前,包括中国在内的许多新兴工业国家和工业化国家的沿岸海域,海洋硝酸盐污染问题都已十分普遍,而且已经变得非常严重。那么,高硝态氮、低氨氮的海洋富营养化,究竟对绿潮暴发有何影响?人们似乎依然知之甚少。
4.浒苔孢子形成与海洋营养物质变化
绿潮暴发期间,浒苔藻体的生物量快速增加,形成规模巨大的藻“垫”。浒苔生物量的积累主要取决于浒苔的两方面特性:首先是浒苔具有多样化的繁殖策略和强大的繁殖能力;其次则是在合适条件下浒苔具有极快的生长速度。
在黄海绿潮的形成过程中,浒苔最重要的繁殖策略之一就是通过营养细胞分化产生出诸如孢子等繁殖细胞,这些孢子能够在原有的漂浮藻体上附着并萌发。浒苔形成孢子可以迅速增加种群内的个体数量,从而使种群快速占据生态位,这样在与其他藻类竞争中就能成为优势物种,最终发展成了绿潮。
浒苔的孢子形成实际是细胞分裂与分化的过程,这一过程受到了自身与环境的双重调控。我们应用一氧化氮特异性的荧光染料(DAF-FM DA)进行实验,发现在浒苔孢子形成过程中,其细胞中会存在大量一氧化氮;而没有孢子形成的浒苔细胞,则几乎不存在一氧化氮。但当使用一氧化氮清除剂(PTIO)将正在进行孢子形成过程的浒苔细胞内的一氧化氮全部清除,孢子形成过程随即停止,这些细胞也就无法再分化形成孢子囊;而一旦将PTIO从培养体系移除,这些细胞则又能够恢复并继续分化、形成孢子囊。这些实验结果说明,一氧化氮在孢子形成过程与快速繁殖中起到了不可或缺的作用。
藻类细胞中的一氧化氮主要有两种来源:一是藻体细胞内各种生物酶的催化作用,特别是硝酸还原酶能够催化硝酸盐及亚硝酸盐生成一氧化氮;另一个则是外界环境,特别是阳光下紫外线光解海水中的亚硝酸盐生成一氧化氮。我们的实验证明了生物酶,特别是硝酸还原酶的催化作用,在浒苔孢子形成过程中起到了重要作用;而使用硝酸还原酶抑制剂-钨酸钠,处理那些正在进行孢子形成过程的浒苔细胞,不但可以抑制细胞内一氧化氮的生成,而且还显著抑制了浒苔细胞分化形成孢子囊的过程。
有趣的是,一氧化氮合酶可能极少参与孢子形成过程所需的一氧化氮的生成作用,原因是一氧化氮合酶抑制剂(L-NMMA)并不能影响孢子形成过程。该实验结果说明了,一氧化氮的生成能够调控浒苔的孢子形成过程与繁殖(图略)。
海水营养盐变化与阳光辐照等环境因素都会影响一氧化氮的生成,这些环境因素也都可能会影响浒苔的繁殖与绿潮的形成。作为藻类硝酸盐吸收利用与一氧化氮生成等氮代谢的中心酶,硝酸还原酶活性受环境因子调控。有研究报道,浒苔硝酸还原酶能够被海水中的硝酸盐激活,且在绿潮暴发期间其含量也会显著增加。
与其他属藻类相比,世界各地浒苔属藻类更倾向于吸收利用污水中的硝酸盐,而且对硝酸盐的吸收速率也明显高于铵盐。有研究发现,在绿潮暴发早期,浒苔藻体对可利用氮源的需求量极其巨大。这种对氮源的大量需求,必然导致浒苔对硝酸盐的吸收与利用的大幅增加。通过硝酸还原酶催化的硝酸盐利用,不仅提供了浒苔快速生长所需的氮源,而且也增加了一氧化氮的生成。可见,硝酸盐的吸收利用对浒苔的生长繁殖及绿潮形成,存在着重要作用。
值得注意的是,硝酸还原酶的活性与硝酸盐的吸收速率都会被海水中铵盐严重抑制。我们的研究发现,黄海绿潮暴发与营养盐输入有着密切关系。通过长江径流携带入海的营养盐变化,可以较好的反映出输入南黄海营养盐的多寡。如果当年通过长江径流携带入海的铵盐含量比前一年出现大幅下降,那么该年度绿潮暴发的规模会随之大幅增加。
举例来说,2008年,由径流携带入海的铵盐总量为51.9万吨,2009年则下降至32.2万吨。与之相对应的是,黄海绿潮的覆盖面积从2008年的650平方公里增加到了2009年的2100平方公里;2012年,径流携带入海的铵盐总量为30.48万吨,2013年为13.24万吨。与之相对应的是,黄海绿潮的覆盖面积则从2012年的267平方公里增加到了790平方公里(图略)。
由此可见,铵盐的输入可能对黄海绿潮有着抑制效应。这与早年发现的美国旧金山湾铵盐含量变化,会抑制春季藻华现象的研究结果,极为相似。
紫菜与浒苔的生长繁殖都会消耗大量营养盐,导致相应养殖区域的海水营养盐浓度下降。在苏北浅滩南部(紫菜养殖区,即疑似导致黄海绿潮暴发的浒苔种群最初生长繁殖的区域),在适合浒苔快速生长繁殖的4、5、6月,海水的硝酸盐浓度要显著低于适合紫菜生长繁殖的11、12月,以及次年1、2月;而铵盐浓度变化则恰恰相反,在4、5、6月期间要比11、12月及次年1、2月期间下降得更少。上述现象表明,紫菜与浒苔相比,会吸收更多的铵盐以及更少的硝酸盐。
紫菜更偏好吸收铵盐而非硝酸盐,这种特性可能加剧了紫菜养殖区域(即疑似导致黄海绿潮暴发的浒苔种群最初生长繁殖的区域)内的高硝酸盐、低铵盐的营养盐不平衡状态。由于浒苔是在紫菜养殖中后期才开始生长,这种营养盐不平衡状态的加剧更有利于浒苔种群发展壮大。此外,由于长江冲淡水的汇入导致南黄海,特别是苏北浅滩的海水盐度低于正常水平,这种低盐度环境也会使硝酸还原酶的活性增强,同时还有利于藻体生长。
南黄海海域海水营养盐的结构与变化,以及海水的低盐度特性等,从绿潮形成的起始阶段就为浒苔硝酸还原酶活性的激活提供了合适条件。当细胞内硝酸还原酶的含量升高,活性被激活上调,将产生更多的一氧化氮。此外,全球水平的阳光紫外辐照逐渐增强,而绿潮暴发时期恰好是全年阳光照射最强的春夏两季,这都会促进海水亚硝酸盐光解产生一氧化氮。由于一氧化氮是浒苔孢子形成过程中不可或缺的信号分子,其供应量的增加可以确保浒苔快速繁殖,从而促成了绿潮的最终暴发。
5.黄海浒苔绿潮形成过程
导致绿潮形成的浒苔可以分成两种形态类型,分别为微观形态与大型可见形态。微观形态主要由浒苔的孢子、配子以及合子构成;大型可见形态主要是成熟藻体的碎片,这些碎片不仅可以通过再生、产生新个体,而且还可以在合适条件下形成孢子囊、并产生大量孢子,即大型可见形态个体通过产生孢子来增加微观形态的个体数量。
一些文章会使用“微观繁殖体”这一术语来描述上述微观形态的浒苔,实际上,在特定时期孢子构成了绝大多数的“微观繁殖体”。一些可形成孢子的藻段能够在海底沉积物中保持休眠,等待来年的合适环境条件到来后再萌发。微观形态与大型可见形态的浒苔充当生态学意义上的种子库,作为大量“绿潮前体”来支持反复发生的绿潮现象。
除了需要大量“绿潮前体”,黄海绿潮形成还需要经过两个必要阶段。在早期阶段,包括大量孢子在内的“绿潮前体”,在风和流的共同作用下,聚集于苏北浅滩区域,恰好紫菜养殖筏架意外地成了这些“绿潮前体”的完美附着基质与生长位置;同时,该区域中海水富含的硝酸盐又能促进它们的生长与孢子囊的形成,从而导致浒苔可以在一个较短的时间内侵入到全部养殖筏架上。所以,早期黄海绿潮形成所需的关键步骤,就是来自“种子库”的孢子可以成功地在附着基质上萌发、并形成大量成熟藻体。
后期阶段始于紫菜大规模收获期,一些附着生长的浒苔藻体被从养殖筏架上清除并可能被丢弃、进入海中,在南风或者偏南风及风海流的驱动下,这些被丢弃的浒苔藻体有可能会从苏北浅滩迁移至山东半岛南侧的近岸海域。
在迁移过程中,这些漂浮的浒苔藻体能够吸收大气中的二氧化碳并达到惊人的生长速度。有研究发现,那些漂浮浒苔藻体的出没地、往往分布着高密度的所谓“微观繁殖体”。这就意味着,漂浮浒苔在迁移过程中会不断产生大量孢子。这些孢子在原有藻体上的附着并萌发,能够快速增加漂浮浒苔的种群数量;而由孢子发育形成的、新的成熟藻体,又可以产生出更多孢子来支持种群数量的爆发式增长。
这种藻体生长与孢子形成的“递归”特性,可能就是小规模漂浮浒苔聚集、最终能够发展为世界最大规模绿潮的原因。所以,后期黄海绿潮形成所需的关键步骤,就是漂浮浒苔通过大规模的孢子繁殖来扩大自身种群数量(图略)。
此外,在暴发绿潮的欧洲与美洲海域,氮源污染特别是硝酸盐污染,同样十分严重。由于这些海域硝酸盐供应充足,浒苔藻体会大量吸收、利用硝酸盐,也就不可避免地导致细胞内一氧化氮生成增加。尽管在这些海域几乎没有可供浒苔附着生长的养殖筏架,但浒苔藻体仍能在近岸海域生长;当被浪潮流等自然力或人类活动导致的浒苔藻体脱离附着基质,浒苔就会漂浮生长,并成为绿潮的藻体来源。因此,我们认为,上述黄海绿潮形成机制也能够较为合理的解释在世界其他地区形成的绿潮。
6.绿潮形成机制在浒苔养殖及其污水处理中的应用与管理浒苔属藻类快速生长与大量繁殖,并导致绿潮暴发,会给近海生态系统带来灾难。一般情况下,人们会将绿潮暴发所产生的大量藻体填埋或制作成肥料。除此之外,似乎还没有找到其他合适的处置办法。然而,这些由绿潮暴发所产生的巨大生物量,其实是能够作为生物柴油工业的潜在原料,并转化为能源的。
需要指出的是,浒苔在自然海岸养殖条件下的净初级生产力(NPP),要比大部分用作生物柴油原料的陆生作物高得多。如果能够将绿潮的形成条件移植应用到浒苔养殖过程中,那么浒苔NPP将会更高。而水体硝酸盐污染,却是一个在发展中国家与发达国家都亟待解决的棘手问题;在水资源管理与污水处理方面,硝酸盐又被认为是一种无用的污染物。
尽管工业合成氨会消耗大量能源,但目前对含硝酸盐污水的处理目标都是脱氮,即把硝酸盐转化为氮气。其实,这种处理方法都不符合可持续发展与循环经济的理念,不仅仅因为处理成本高企,而且需要消耗大量能源才能合成出的硝酸盐,却又被当做废物丢弃。如果能够把污水中的硝酸盐收集并利用,那么,处理含氮污水就将变成为一项前景广阔、且有利可图的新兴产业,还可以减轻政府的财政负担。
为此,我们提出了一个污水处理联合浒苔养殖应用的方案设想,可以满足多方面的应用需求(图略)。主要适用于滨海污水处理厂:一方面能以较低成本建设浒苔养殖池,另一方面方便抽取海水。经过前级处理的大量含硝酸盐废水,将被引入浒苔养殖池并与海水混合,营造出一个适合浒苔生长与繁殖的环境条件。
由此设想养殖的浒苔,将会拥有更高的NPP、且藻体易于收获;同时,污水中的过量硝酸盐也会被藻体吸收。收获的浒苔除了作为生物柴油工业的潜在原料外,还有多种其他用途。如有研究表明,浒苔藻体能够吸收污水中的重金属离子,因而适合作为污水处理过程中的生物吸附剂,可以作为昂贵的合成吸附剂(如离子交换螯合树脂)的替代品;经过加工处理的浒苔藻体不仅具有类似的高性能吸附效率,而且成本低廉。
此外,浒苔藻体含有大量亲水性有机大分子物质,是制作保水剂的理想材料。目前广泛应用的丙烯酸和丙烯酰胺基保水剂,由于无法降解会造成严重的环境问题,而采用浒苔藻体制作的保水剂,不仅能够被生物降解,而且还能提高土壤肥力。
7.结论与建议
通过对浒苔生物学的系统研究,结合对公开发表的数据进行系统分析,我们认为绿潮暴发的可能机制是:各种环境因子包括高硝态氮、低氨氮海水营养盐条件,加强了浒苔细胞中一氧化氮的产生,又作为信号分子促使营养细胞分化为孢子囊或配子囊,随之产生大量繁殖细胞(孢子或者配子),并快速成长为新个体,导致浒苔种群数量迅速增长、且足以诱发并维持绿潮暴发。据此,提出2点相关建议,供今后在绿潮防控研究及防治策略和政策制定时参考:
(1)应关注浒苔生长繁殖同各种生态因子之间的相互作用机制的研究,特别是含相同元素的不同营养盐(不同价态)对浒苔种群变化的影响,以及绿潮暴发与环境微生物的相互作用。整合现有研究,建立能够适应不同海域的动态绿潮生态模型。通过海洋动力学与生物学模式计算出引起绿潮暴发所需浒苔藻体生物量的最小阈值,并结合海洋遥感与物理海洋学,最终能够对绿潮暴发时间、规模进行预报与预测。
(2)在绿潮暴发海域实施更严格的措施减少氮源输入,同时加强海域的综合管理。鼓励具有生态修复功能的海水养殖创新应用,同时引入具有生态效益的物种。政府应采取倾斜政策,支持养殖业朝环境友好方向转型。即便绿潮暴发所造成的损失,完全抵消了绿潮发源地区的海洋养殖业利润,但为了控制绿潮暴发而废弃当地海水养殖业,也是毫无裨益,甚至是有害的。
首先,废弃海水养殖业将不利于当地海洋管理事业的改善,因为当地政府与民众不会再从海洋管理中获得任何经济利益,这将极大地打击他们发展海洋经济的积极性。
其次,废弃海水养殖业并不会改变导致绿潮暴发的主要因素,例如海水富营养化与水文状况,还会引起意想不到的绿潮暴发模式的改变。如果绿潮暴发模式在空间以及时间方面发生改变,目前现有应对绿潮的方法可能会失效。
最后,假设真的废弃了海水养殖业,也将所有养殖筏架全部清除了,那么原本应附着于筏架的大量浒苔孢子将会被运送至海岸边(图略)。这些孢子将会在沿岸海洋设施与岸基上附着生长繁殖,同样会造成危害。秦皇岛沿岸(渤海)就发生过此类情况。
因此,在绿潮发源地区废弃养殖业并不会消灭绿潮,而只会转移绿潮灾害所影响的地区而已。
参考文献(略)
注:该文于2020年发表在英国的《应用生态学杂志》(Journal of Applied Ecology)上。平台转发时征得了通讯作者-中国科学院海洋研究所实验海洋生物学重点实验室王广策研究员同意,并提供了文章的中文稿;依据平台的科普性质,对标题略做了些许修改,并对章节、段落进行了适当调整,省略了插图和参考文献。读者可据如下信息查阅原文:Hui Wang, Guangce Wang*, Wenhui Gu, 2020. Macroalgal blooms caused by marine nutrient changes resulting from human activities, Journal of Applied Ecology, 57 (4): 766–776