张燕 ,徐惠民 ,关春江

(1.广西北部湾海洋生物多样性养护重点实验室 钦州 535011;2.广西北部湾海洋环境变化与灾害研究重点实验室 钦州 535011;3.国家海洋环境监测中心 大连 116023)

0 引言

绿潮自20世纪70年代成为世界性的海洋生态环境问题[1-3]。自2007年开始,石莼属(Ulva)绿潮于每年的5-7月在我国黄海海域周期性大规模暴发,已成为我国沿海严重的生态灾害[4-6]。绿潮严重影响旅游业、海水养殖业和海水利用业等经济产业[7-9],尤其大量聚集时可能堵塞核电冷却水系统,造成安全隐患[10-11]。

绿潮主要由石莼属藻类形成。石莼属藻类为绿藻门绿藻纲石莼目石莼科,对盐度、温度和水质变化有很高的耐受力,是世界性的广温种类,分布范围从赤道附近延伸到极地,自然生长于俄罗斯远东海岸、日本群岛、马来群岛、美洲太平洋和大西洋沿岸以及欧洲沿岸的中、低潮区砂砾、岩石、滩涂和石沼中[12-14]。

近年来,钦州湾沿岸的快速城镇化和工业化使得其近岸海域出现富营养化态势[15]。理论上,水体富营养化就有机会导致石莼属藻类暴发而形成绿潮[16],影响滨海核电站冷却系统取水安全。目前有关钦州湾的绿潮状况尚未见报道,关于钦州湾石莼属藻类生长的相关文献多为定性分析[10,17]。本研究调查分析钦州湾西侧潮间带石莼属藻类的生长与空间分布状况,并初步分析石莼属藻类的生长特征。

1 材料与方法

钦州湾位于我国南海北部湾顶部,属于不正规全日潮型海湾,潮流形式为往复流[18]。钦州湾受亚热带季风气候控制,年平均气温为23.2℃[19],海水温度冬季为15.9℃、春季为26.0℃[20]。

经现场踏勘,本研究在钦州湾西侧潮间带设置8个调查站位,其中红星村潮间带6个、飞斗潭村潮间带2个(表1)。

表1 调查站位Table 1 Survey Station

分别于2020年12月至2022年2月在退潮后调查14次。样品采集参照《海洋调查规范第6 部分:海洋生物调查》(GB/T 12763.6-2007)中的潮间带生物调查要求,取25 cm×25 cm 样方内的石莼属藻类,编号后装入自封袋并带回实验室;样品带回实验室后用水清洗,去除砂砾、其他植物叶子等杂物,使用感量为0.01 g的电子天平称重,得到石莼属藻类生物量(湿重,WWT)。

2 结果与分析

2.1 石莼属藻类的种类组成

在调查区域的样品中,石莼属藻类包括长石莼(缘管浒苔)(Ulvalinza)、条浒苔(Ulvaclathrate)和肠浒苔(Ulvaintestinalis),为南海习见种。这种组成方式与绿潮海域包括多种石莼属藻类的一般规律相符[8,21-22]。

2.2 石莼属藻类的生物量

2020年12月至2022年2月钦州湾调查站位石莼属藻类的生物量为0.07～11.52 kg/m2。其中,红星村潮间带石莼属藻类的生物量为0.11～11.52 kg/m2,最大值出现在2021年1月;飞斗潭村潮间带石莼属藻类的生物量为0.07～4.37 kg/m2,最大值出现在2021年1月(表2)。

表2 钦州湾石莼属藻类生物量Table 2 Wet weight biomass of green algae of Ulva spp.in Qinzhou Bay kg/m2

2.3 石莼属藻类的生物量分布

钦州湾石莼属藻类生长在人类活动较少的潮间带滩涂靠岸一侧,固着在岩石、砂砾或贝壳上。

2.3.1 时间分布

钦州湾石莼属藻类生长主要集中于冬、春季,持续时间约3个月,生物量的时间分布呈典型的山峰型(图1)。

图1 石莼属藻类生物量的月平均分布Fig.1 Monthly average distribution of wet weight of Ulva spp.

钦州湾石莼属藻类生长的具体时间为当年12月至翌年2 月,其中最大生物量出现在1 月(表2,图1),通常相邻月份的生物量相差约1倍,最大相差 达58 倍(2021 年1 月 与2 月,F1 站 位)。3月石莼属藻类生物量锐减且部分站位已消失,4-6月未发现石莼属藻类,8月出现零星石莼属藻类,10月石莼属藻类生长较旺盛,12 月石莼属藻类进入全面生长期。其中,D6站位附近藻类按出现时间依次为条浒苔、肠浒苔、长石莼。

D1站位位于红树林边缘,石莼属藻类生物量包括退潮时红树根部刮落缠绕的部分,估算这部分约占50%;该站位的石莼属藻类最大生物量出现在2021年1月,达11.52 kg/m2。排序第二位的石莼属藻类最大生物量出现在2021年1月的D2站位,达5.23 kg/m2。

2022年1月石莼属藻类平均生物量是2021年1月的0.6倍,2022年2月石莼属藻类平均生物量是2021年2月的1.6倍,即2022年1月的生物量小于2021 年1 月,而2022 年2 月的生物量大于2021年2月(图2)。

图2 石莼属藻类生物量的时间分布Fig.2 Time distribution of wet weight of Ulva spp.

2.3.2 空间分布

钦州湾石莼属藻类生物量北部高于南部,生长时间北部长于南部,即藻类出现时间北部早于南部、消失时间北部晚于南部。2020年12月和2021年1月,红星村潮间带(北部)石莼属藻类平均生物量是飞斗潭村潮间带(南部)的2倍以上,2021年2月达到20倍。2021年3月,飞斗潭村潮间带的石莼属藻类先于红星村潮间带消亡;2022年夏季,红星村潮间带的石莼属藻类先于飞斗潭村潮间带出现(图3)。

图3 石莼属藻类生物量的空间分布Fig.3 Space distribution of wet weight of Ulva spp.

红星村潮间带位于钦州湾北部(湾顶方向),以岩石滩为主,细分为3个小湾。①北湾(D1、D2)为岩石滩,其中D1站位位于红树林边缘,D2站位位于岩石滩边缘,石莼属藻类生物量最高;②中湾北部为砾石滩(D3),南部为岩石滩(D4),石莼属藻类生物量居中;③南湾(D5、D6)为泥沙质滩,间有碎石-粗砾,石莼属藻类生物量最低。

受人类活动影响,红星村潮间带的石莼属藻类分布从高潮线向低潮线延伸到养殖区戛然而止。D3站位向岸边约80 m 处(高潮线)自2021年8月初出现条浒苔;D6站位北侧30 m 处有养殖池塘并排放养殖废水,充足的营养盐促进石莼属藻类的生长[16],2021 年8 月末出现条浒苔,10 月出现肠浒苔,11 月出现长石莼。此外,现场调查发现上述2处地点有贝克喜盐草(HalophilabeccariiAscherson)生长。2020年12月,取自红星村潮间带的长石莼碎片最宽,为5.9 cm。

飞斗潭村潮间带位于钦州湾南部(湾口方向)的岸堤和榄埠江之间,滩涂为沙滩。退潮后,榄埠江在滩涂上汩汩流过,呈现1条平行于岸边的河流水道。飞斗潭村潮间带的石莼属藻类2021年自岸向海止步于榄埠江向海一侧;2022年超过榄埠江边界,向向海一侧潮间带延伸至养殖区滩涂,在贝类养殖田埂处生长。

F1站位位于近岸蚝柱区侧方的榄埠江水道之间,F2站位位于榄埠江水道之中。2020年12月和2021年2月,F1站位的石莼属藻类生物量低于F2站位;2021年1月,F1站位的石莼属藻类生物量高于F2站位;2022年,F1站位的石莼属藻类生物量低于F2站位。

2020年12月,取自F2站位附近的长石莼样本最长,达124.6 cm,超出一般情况下长石莼的生长长度即90 cm[23],表明绿潮的发生不但有株数的增加,更有单株生物量的增加[22],即繁殖和生长共同促进绿潮的发生。2022年1月,取自F1站位附近的长石莼碎片宽度达11.5 cm。

2.4 石莼属藻类的来源与移动

石莼属藻类的来源可分为本土生长和漂移而来2个类型。调查发现,钦州湾石莼属藻类为固着生长,退潮后铺在滩涂上;部分石莼属藻类在潮水中摇曳,缠挂在渔业设施上或红树根部,进一步可能会随海水漂移。

3 讨论

3.1 绿潮的定义

绿潮是指藻类种群大量增殖、快速累积,并在河口和沿海瀉湖的底栖群落中形成致密的冠层[1]。通常认为藻类生物量大于0.5 kg/m2或冠层厚度大于0.5 m 即形成绿潮[24]。

参考这一定义,2020年12月至2021年2月以及2022年1-2月,钦州湾红星村潮间带石莼属藻类生物量均大于0.5 kg/m2,形成绿潮;2020 年12月至2021年1月以及2022年1-2月,钦州湾飞斗潭村潮间带石莼属藻类生物量均大于0.5 kg/m2,形成绿潮。2021 年10-11 月,钦州湾红星村潮间带D1站位和D6站位石莼属藻类生物量均大于0.5 kg/m2,已达到绿潮标准;但现场调查发现,这2 个站位的藻类分布面积较小(小于50 m2),仅是孤立的2个斑块,尽管单位面积生物量较高,但难以对区域生态系统和社会经济造成直接或间接的明显影响,因此这2个站位的石莼属藻类难以归为绿潮。

由此,在绿潮的定义中可对藻类分布面积或可能产生的灾害后果加以说明,即藻类种群大量增殖、快速累积,并在河口和沿海瀉湖的一定范围内(如大于1 km2)的底栖群落中形成致密的冠层,当藻类生物量大于0.5 kg/m2或冠层厚度大于0.5 m,可能对区域生态系统或社会经济产生不利影响时,即形成绿潮。

3.2 钦州湾绿潮受温度控制

绿潮出现和持续的时间与温度有关。绿潮藻类的生长受到温度的影响,长石莼生长的适宜水温为15℃～25℃[25]。钦州湾石莼属藻类生长在潮间带,受海水温度和气温的双重影响,2022年2月温度偏低使得当月藻类生物量较2021 年同比偏高。红星村潮间带的绿潮持续时间比飞斗潭村潮间带长1个月,主要原因为:①红星村潮间带位于核电站冷却水取水口附近,而飞斗潭村潮间带位于核电站温排水排水口附近,受温排水影响,海水温度略高;②红星村潮间带附近陆地的地表温度低于飞斗潭村潮间带。

不同石莼属藻类对温度的适应性存在差异[7,26],同时与所处地理位置的纬度有关[1]。钦州湾石莼属藻类的生长时间为12月至翌年2月,与厦门相近[27],也与印度的帕尔克湾(11月)相近[28];但与中高纬度区域有较大区别,如我国的渤海金梦湾为4-9月[9,29]、江苏海岸为2-5 月[26]、南黄海为5-7月[30],又如法国的圣布里厄海岸和海利安海岸为6-9 月[8,31]、美国的纳拉甘塞特湾为5-10月[32]、爱尔兰的托尔卡湾和阿尔吉登湾为4-10月[21]。

3.3 绿潮藻类的生长与移动

绿潮的发生通常与沿海水体的富营养化有关[1,33],钦州湾海水中大量的氮元素刺激石莼属藻类的大量生长[15-16,19,34]。多年来,钦州湾海水营养盐浓度分布稳定,呈从内湾、湾口到外湾递减的趋势[35-38],即红星村海域的营养盐浓度高于飞斗潭村海域,有利于红星村潮间带石莼属藻类的生长。

若石莼属藻类发生脱落,脱落的藻体将随海流漂移,近年来我国南黄海的浒苔绿潮即属于此类。藻体漂移可能对周边核电厂的冷源取水系统带来危害,进一步可能造成停机或停堆事件[11],须引起高度关注。