我国马尾藻金潮生态动力学研究进展 [复制链接]

相关介绍

马尾藻属（Sargassum）海藻为热带及温带沿海常见的大型褐藻，主要生长在潮间带和潮下带的岩石或石沼上，全世界的马尾藻属海藻主要分布在印度—西太平洋和澳大利亚、加勒比海等热带及亚热带海区。我国海域报道了种马尾藻，约占世界马尾藻种类的1/3，其物种数及其水平分布呈现出北少南多的趋势，且其种类丰富程度堪称世界之最。马尾藻是近海藻场及海底森林的主要组成部分，可为多种海洋无脊椎动物和鱼类提供栖息、摄食、产卵和避敌的场所，同时也是构建海洋牧场、发掘大型渔场的先决条件之一，马尾藻场可作为海岸缓冲带，减轻灾害性天气对海岸的冲击，保护植被生长及水土流失，还能起到净化海水的作用。固着于礁体和岩基上的天然马尾藻藻床（场），在近岸海洋生态系统中扮演重要角色，同时，也具有非常重要的生态意义和经济价值。

伴随生长，不断增加的气囊浮力可能会超过马尾藻固着器的固着力，借助风、浪和流共同作用以及气囊的浮力，马尾藻可脱离基质后保持漂浮状态，漂浮的马尾藻生物量聚集在海表面构建起“移动的生态系统”，继续为鸟类、鱼类、潮间带动物等提供栖息、产卵与育幼的场所。然而，受全球气候变化和人类活动加剧的双重影响，全球的近海马尾藻床（场）有趋于退化萎缩态势，脱落和漂浮的马尾藻在世界多个海域蔓延并于多国海岸带成功定居。早在20世纪就有研究报道马尾藻会从春季到初夏以营养繁殖方式漂浮分布于日本海域。在大西洋的欧洲沿岸，第一例马尾藻入侵事件发生在年的英格兰，是由亚洲沿岸常见的海黍子（Sargassummuticum）入侵造成，如今，该藻从北边斯堪的纳维亚半岛延伸到南边葡萄牙沿岸均有分布。在北美海域，早期漂浮的马尾藻主要分布于北大西洋墨西哥湾和百慕大群岛附近，被称作“充满生命的金色漂浮雨林”。陆续也有报道亚洲海域的海黍子和线形马尾藻（Sargassumfilicinum）伴随船舶压舱水和进口海产品入侵北美西海岸。—年，北美墨西哥湾内漂浮的马尾藻发生大规模聚集，对当地的旅游经济、渔业资源、海洋环境造成了破坏性影响，美国德克萨斯州每年清理海滩上的马尾藻都要花费至少万美元。漂浮状态的马尾藻属褐藻由于快速生长或者生物量高度聚集引发海水变色的生态现象被称作“金潮”。

从年开始，金潮的活动范围在显著扩大，南大西洋巴西沿岸、加勒比沿岸、非洲西部沿岸、南太平洋热带岛国海域、北太平洋沿岸相继出现大规模的金潮入侵事件。我国于年在长江口外海首次监测到大面积漂浮状马尾藻；年，在山东日照以东外海出现大规模马尾藻聚集现象；年，大量马尾藻入侵大连沿海，不仅破坏了海洋环境，还对行船和近岸旅游业造成了影响；年底，金潮袭击了江苏的紫菜养殖区，养殖筏架大面积垮塌，南通和盐城直接经济损失高达5亿多元；年春季和夏季，*东海发生大规模马尾藻金潮，且*海出现金潮、绿潮和赤潮“三潮共发”的罕见现象，金潮分布面积甚至超过同期浒苔绿潮面积，这均预示金潮继绿潮之后，成为我国近海第二种大型海藻灾害。

研究进展

由于海洋观测和监测的时空局限性和零散性，缺乏长期连续调查资料，较难实现对灾害发生发展的定量化解释和预测，很难找出其暴发的根本机制，而统计模型和数值模型在反映多影响因子综合作用以及灾害动态过程发展趋势方面具备独特优势，将模型工具引入马尾藻金潮的生消动态过程及其趋势预测的定量化是近些年有害藻华研究的热点与焦点之一。Webster等建立了马尾藻早期咨询系统（SargassumEarlyAdvisorySystem，SEAS），使用Landsat观测结合TABS、气象浮标、海滩高空摄像机和混合坐标海洋模型（HYbridCoordinateOceanModel，HYCOM）对潜在的马尾藻搁浅事件进行短期预测与实时监测。Wang等利用MODIS的AFAI算法首次建立起—年长时间序列的大西洋中西部马尾藻的时空分布模式；随后，基于卫星遥感和统计学方法，又为加勒比海开发了一套马尾藻藻华预测系统，每年2月底之前为加勒比海区预测5~8月的马尾藻藻华发展趋势、生物丰度以及登陆时间。同年，Maréchal等采用MODIS和洋流潮汐数值模型，初步建立起马尾藻监测预警系统，用于近实时跟踪大西洋中部马尾藻斑块，为小安德烈斯群岛附近马尾藻登陆搁浅提供有效预测工具。西班牙学者发现零膨胀泊松统计模型对入侵马尾藻丰度有更好的拟合效果，可量化海洋保护区内马尾藻出现的概率及丰度，有效反映马尾藻入侵扩散程度。基于欧洲多光谱卫星传感器Pleiades遥感监测及水下植被群落的实地调查，Andréfou?t等成功为南太平洋岛国图瓦卢的富纳富提岛绘制了海洋水生植被群落分布图，评价了入侵种匍枝马尾藻（Sargassumpolycystu）的分布特征、生物量以及入侵扩散程度。中美联合团队基于空间分辨率为1/12°的HYCOM模型、MODIS和VIIRS卫星遥感以及粒子示踪技术，为年中国*东海大规模马尾藻金潮追源、实时定位、预测漂移路径以及估算藻类生物。目前，国内仅开展了关于马尾藻初级生产力估算模型研究与海藻场生态系统健康评价的综合指数模型研究，在统计模拟与数值模拟研究方面仅处于起步摸索阶段，在建模方面仅能参考临近海域其他大型海藻的模型研究结果。

统计模型能够综合分析引发藻华的多个环境因子，便于筛选出主控因子，形成一定的判别模式或数学关系对藻华的发生进行预测，主要有主成分分析法、判别分析法、逐步回归分析法、多元回归分析、聚类分析法、演绎结构分析法、时间序列分析法和神经网络算法等，在数据分析处理、深度挖掘以及早期快速预警等方面存在技术优势；海洋生态动力学数值模型可有效实现物理过程、生物过程、化学过程及其相互作用的动态定量描述，根据我国的实际情况，结合大型藻类生活习性特点，水层—底栖生态系统耦合的动力学箱式模式开启海洋大型藻类的生态动力学模拟研究，三维波浪—潮汐—循环耦合模型被用于年和年*海绿潮灾害研究，基于ROMS（RegionalOceanModelingSystem）、POM（PrincetonOceanModel）和FVCOM（FiniteVolumeCoastalOceanModel）等三维动力海流模式的拉格朗日粒子追踪方法被相继应用于我国绿潮浒苔漂移轨迹业务化预报，然而，过往研究多偏重物理动力过程的模拟，而要把藻类种群自身生长繁殖过程与三维物理环流模型相耦合，真正实现生物过程模拟、机制分析以及趋势预测，才是未来全球大型海藻生态动力学研究需共同面对的技术难点。