（水产养殖专业论文）大型海藻栽培对富营养化海区的生态修复功能研究.pdf

上海海洋大学博士学位论文 【1 5 4 】 v a nd o n ke ，v a nd eb u n dw j 1 m p a c to fs u b m e r g e dm a c r o p h ”e si n c l u d i n gc h a r o p h y t e s o np h ”o a n dz o o p l a l l l 【t o nc o m m u n i t i e s ：a l l e l o p a t h yv e r s u so t h e rm e c h a n i s m s a q u a tb o t ， 2 0 0 2 7 2 ：2 6 1 2 7 4 f 1 5 5 】s c h a g e r lm ，u n t e r r i e d e rj ，a m g e l e rdq a u e j o p a l h ya m o n gc y a n o p r o k a f ) ，0 l aa n do t h e f a l g a eo r i g i n a t 吨f r o ml a k en e u s i e d l e r s e e ( a u s t r i a ) i n t e rr e vh y d r o b i o l ，2 0 0 2 ，8 7 ( 4 ) ： 3 6 5 旬7 4 【1 5 6 】王金辉，秦玉涛，刘材材等长江口赤潮多发区潜在有毒藻类和赤潮毒素的初步调查 海洋环境科学，2 0 0 6 ，2 5 ( s u p ) ：1 5 1 9 【1 5 7 lc a l l a w a yrm p o s i t i v ei n t e r a c t i o n sa m o n gp l a n t s b o t a n i c a lr e v i e w ；1 9 9 5 ，6 1 ：3 0 6 3 4 9 【1 5 8 】s h a 叩jh ，u n d e r h i l lpa ，h u g h e sd i n t e r a c t i o n ( a l l e l o p a t h y ) b e t w e e nm a r i n ed i a t o m s ： 刀缸肠5 s 泐f r 口p s p h d 伽口疗口a n dj 确口p d c 细c 砂m ，l 护纪d 聊“m 胁jp h y c o l ，1 9 7 9 ，1 5 ：3 5 3 3 6 2 【1 5 9 】 n a k a is ，i n o u ey ，h o s o m im ，酣口，g r o w t hi n h i b i l j o no fb l u e - g 陀e na l g a eb ya l l e l o p a t h i c e 舭c t so fm a c r o a l g a l s w a t e rs c i e n c et e c h n o l o g y 19 9 9 ，3 9 ：4 7 5 3 【1 6 0 】于悠，俞志明，宋秀贤等共培养体系中石莼和江蓠对赤潮异弯藻生长的影响环境 科学，2 0 0 6 ，2 7 ( 2 ) ：2 4 6 2 5 2 【1 6 1 】王悠，俞志明，宋秀贤等大型海藻与赤潮微藻以及赤潮微藻之间的相互作用研究 环境科学，2 0 0 6 ，2 7 ( 2 ) ：2 7 4 2 8 0 【1 6 2 】南春容，张海智，董双林孔石纯水溶性抽提液抑制3 种海洋赤潮藻的生长环境科 学学报，2 0 0 4 ，2 4 ( 4 ) ：7 0 2 7 0 6 【1 6 3 】许妍，董双林，于晓明缘管浒苔对赤潮异弯藻的克生效应生态学报，2 0 0 5 ，2 5 ( 1 0 ) ： 2 6 8 1 2 6 8 5 【1 6 4 】 n e l s o nm c s e p a r a t i o no fa l l e l o p a t h ya n d 化s o u - c ec o m p e t i t i o nb yt h eb o r e a ld w a l l fs h m b 西印e f r h 肌 p ，m 哆础，d 扰m 肌o e c o l o g i a ，1 9 9 4 ，9 8 ：1 7 【1 6 5 】 r i d e n o u rw m ，c a l l a w a yrm t l l er e l a t i v ei m p o r t a n c eo fa l l e l o p a t h yi ni i l t e 疵佗n c c ：恤1 e f f b c t so fa ni n v a s i v ew e e do nan a t i v eb u n c h 星，a s s o e c o l o 百a ，2 0 0 1 ，1 2 6 ：4 4 4 4 5 0 【1 6 6 】干立新，吴国荣，千建安等黑藻( 毋办f 如陀埘c 讹细) 对铜绿微囊藻( 慨门d o 塔出 口p 朋砌o s 口) 抑制作用湖泊科学，2 0 0 4 ，1 6 ( 4 ) ：3 3 7 3 4 2 【1 6 7 】 庄源益，赵凡，戴树桂等高等水生植物对藻类生长的克制效应环境科学进展， 1 9 9 5 ，3 ( 6 ) ：4 4 4 9 【1 6 8 】 杨善元，俞子文，孙文浩等风眼莲根系中抑藻物质分离与鉴定植物生理学报， 上海海洋大学博士学位论文 m 0 1 m s 、p h 在7 5 9 范围内真江蓠氮磷吸收速率最大：真江蓠对无机氮中n 0 3 一n 的吸收速率最大，n h 4 n 次之，对n 0 2 n 的吸收速率最小；环境中氮浓度、氮磷比 及其交互作用对真江蓠吸收无机磷的影响极显著( p 0 0 1 ) 。 2 研究了实验室条件下大型海藻真江蓠和条浒苔对有毒赤潮微藻米氏凯伦藻 的抑制效应。 ( 1 ) 共培养系统中，大型海藻真江蓠与米氏凯伦藻间存在着对营养盐的互相 竞争。分批培养过程中，真江蓠能够显著抑制米氏凯伦藻的增殖( p o 0 5 ) 。3 种形态无机氮变化 都与真江蓠单独培养时的n 变化显著相关，而无机磷浓度变化则与大藻和微藻单独 培养时的p 变化同时显著相关；真江蓠对n h 4 n 、n 0 3 n 和n 0 2 n 的平均吸收速率 均显著大于米氏凯伦藻( p 0 0 5 ) 。 3 开展了大型海藻大规模栽培对3 种类型富营养化海区生态修复作用的研究 与评估。 ( 1 ) 定量研究了真江蓠网箱养殖海域生态修复模式。在浙江象山港花鲈养殖 网箱中吊养真江蓠，对网箱养殖区富营养化海水具有较好的修复效果。真江蓠生 态修复区及其相邻网箱中水体p 0 4 一p 、n 0 2 n 、n h 4 n 和n 0 3 n 含量显著低于非修 复区( p o 0 1 ) ，修复区海水p 0 4 p 、n 0 2 n 、n h 4 n 和n 0 3 n 浓度比非修复区分别 l l 上海海洋大学博士学位论文 降低2 2 5 8 、2 4 4 8 、2 2 6 1 和2 4 4 7 。养殖真江蓠4 5 d 后，修复区水体d o 浓 度和透明度显著高于非修复区( p o 0 5 ) ，d o 平均提高2 8 ，透明度平均提高3 0 ； 而修复区水体c h l 口浓度显著低于非修复区( 尸 o 0 5 ) ，平均降低4 9 。建立了基于 n 平衡的鱼藻生态养殖模式：每收获1 k g 花鲈至少需要匹配江蓠4 7k g w e tw t 才可 实现对鱼类排放n 的完全吸收。 ( 2 ) 开展了大型海藻紫菜大规模养殖对开放型海域环境生态修复作用的评 估。3 0 0h a 半浮动筏式条斑紫菜栽培使沿岸海水无机氮磷含量显著下降。非栽培季 期间( 5 8 月) ，大洋、海丰、茅家和塘芦4 港水体n h 4 n 、n 0 2 n 、n 0 3 n 和p 0 4 p 浓度分别为4 3 0 6 1 4 m o l l - 1 、1 1 2 8 m o l l 1 、3 3 3 4 3 8 m o l l 1 和1 2 2 8 m o l l - 1 。而在紫菜养殖期间，栽培区内水体n h 4 n 、n 0 2 n 、n 0 3 n 和p 0 4 p 平均 浓度分别为2 0 5 m o l l - 1 、1 1 m o l l - 1 、2 7 9 m o l l - 1 和o 9 6 m o l l - 1 ，显著低于非 栽培季的平均浓度( p o 0 5 ) 。与未栽培紫菜的对照区( 塘芦港) 相比，紫菜栽培 对水体n h 4 n 、n 0 2 n 、n 0 3 n 和p 0 4 p 的降低率分别为5 0 9 4 、4 2 9 1 、2 1 3 8 和4 2 6 7 。吕泗海区收获的条斑紫菜平均组织氮含量为6 3 ，组织磷含量为1 o 。 通过箱式模型估算，建立了近岸海域大型海藻生态修复匹配模式：每净化1 k m 2 海 域面积至均值i 类水质，需要养殖条斑紫菜2 2 2 2h a ；每净化1 k m 2 海域面积至i l 类均 值水质，需要养殖条斑紫菜2 0 2 4h a ，表明大规模紫菜栽培可有效吸收富营养化水 体的过剩营养盐，有利于减轻近岸海域富营养化。 ( 3 ) 应用大型海藻真江蓠对富营养化封闭海域进行生态治理。在杭州湾北岸 金山区城市沙滩围隔海区栽培真江蓠，对富营养化的封闭海区具有显著的生态修 复效果。金山围隔海区海水水质从2 0 0 6 年8 1 0 月的超i v 类转变为2 0 0 6 年1 2 月2 0 0 7 年7 月的i i i i i 类，营养状态指抛也显著降低至2 8 4 1 2 1 。而以未进行真江蓠栽培 的奉贤碧海金沙围隔海区作为对照，该处围隔海区海水水质始终处于超i v 类水平， 刮直为1 9 0 2 4 5 4 5 ，全年均呈现严重富营养化状态。通过真江蓠栽培对金山围隔内 修复区的水质改善效果更为明显：修复区n h 4 n 水平比对照区降低3 0 8 9 2 8 ， n 0 3 n 降低3 4 7 7 8 7 ，n 0 2 n 降低4 6 5 8 8 3 ，无机磷降低4 9 8 1 0 0 ，c o d m 。 降低1 9 4 2 8 9 ，b o d 5 降低1 8 0 3 9 4 ，c h l 口含量降低2 2 6 7 0 3 ，同时，d o 含量比对照区增加6 8 1 9 4 ，水体透明度增加2 7 1 2 6 。金山围隔海区内修复区 海水水质自2 0 0 6 年1 1 月起均转变为i i l 类，其中2 0 0 6 年1 2 月2 0 0 7 年2 月间均为i 类海 水，2 0 0 6 年1 0 月2 0 0 7 年5 月间营养状态指数e 均小于1 ，即未富营养化。栽培真江 蓠后，金山围隔海区浮游藻类密度为o 2 9 2 8 0 1 0 4i n d m 一，比奉贤碧海金沙水域 显著降低( p 0 0 5 ) a f t e rt h ec u l t u r em e d i u m f i l t r a t ea u t o c l a v e df o r2 0m i na t1 2 1o c 3 t h eb i o r e m e d i a t i o no fi n n i c t e ds e aa r e a s ( 1 ) t h eb i o r e m e d i a t i o no f ac a g e df i s ha q u a c u l t u r eb yg ：口s 五口玎c 口i na ni n t e g r a t e d m u l t i - t r o p h i ca q u a c u l t u r ew a si n v e s t i g a t e d g 口s 缸疵口w a sc u l t u r e do nr o p e si nc l o s e p r o x i m i t yt ot h ec a g e df i s ha q u a c u l t u r eo fl 口f p d 肠6 ，皈x _ ，哆p d ，l 记蹦si nx i a n g s h a nh a r b o r ， z h e j i a n g ，c h i n a ，d u r i n gt h es u m m e r o f2 0 0 6 a f t e r4 5d a y so f g ：口5 纪距c 口c u l t i v a t i o n ，i n t h eb i o r e m e d i a t i o na r e at h er e d u c t i o ni nt h ea v e r a g en u t r i e n tc o n c e n t r a t j o nw a s o b s e r v e d 俨 o 0 1 ) i n ：p 0 4 一p ，2 2 5 8 ；n 0 2 一n ，2 4 4 8 ；n h 4 一n ，2 2 6 1 ；n 0 3 n ， v t l 上海海洋大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我 对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：翎物 日期：力帅乎年6 月j f 日 上海海洋大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海海洋大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口 在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密盯 学位论文作者签名：彳余辋p 勿 日期：伽譬年月心日 指导教师签名： 上海海洋大学博士学位论文 引言 赤潮的发生是海洋生态系统受损与退化的表征与警示，其灾害性影响在全球 急剧扩展，己成为三大世界性近海污染问题之一。近年来随着我国近海海域污染 的加剧，局部海域富营养化问题日益突出，赤潮正沿着高频率、大面积、损失重 的恶性趋势发展。2 0 0 1 2 0 0 7 年全海域共发生赤潮6 2 8 次，累计面积1 2 4 7 1 0 平方 公里。我国沿海赤潮主要发生在东海区，其赤潮发生次数和面积分别占全海域的 6 l 和7 2 ，其中浙江近岸海域赤潮发生次数和面积占全海域的3 8 和6 1 ，大 面积赤潮也主要发生在长江口外和浙江中南部海域。 近岸海域的污染引起水体富营养化是赤潮频发的重要原因。随着沿海地区工 农业发展和城市化进程加快，大量陆源有机物、营养盐类的排入和大规模养殖的 自身污染，为赤潮生物的暴发性增殖提供丰富的物质基础。富营养化一直是长江 口外海域、浙江中南部以及黄渤海等近岸海域严重的生态问题，富营养化较为严 重的区域包括沿海的养殖密集区和重点排污口、水体交换不良的港湾等近岸水域。 据国家海洋局发布的2 0 0 7 年中国海洋环境质量公报显示，东海严重污染海域主要 集中在长江口、杭州湾、舟山群岛、象山港和福建近岸海域；主要污染物是无机 氮、活性磷酸盐和石油类。因此采取生物、工程和技术措施，对受损的近海海域 生态进行修复，重建海域生态平衡是我国加强海洋生态建设，依法保护和合理利 用水生生物资源，实施可持续发展战略的要求和目标，也是国家“十一五”科 学技术发展规划和国家“十一五 海洋科技规划纲要中重点发展领域的优 先主题。 如何有效控制海域富营养化过程，找到一条高效、经济、实用甚至具有产出 效益的技术路线，是摆在研究者和管理者面前的现实课题。在研究高效去除n 、p 等污染物的富营养化防治技术中，一些人工栽培的大型海藻因特殊的生理功能而 受到推崇。规模化的人工栽培海藻易形成规模，且易于收获，快速生长的同时能 从周围环境中大量吸收n 、p 及重金属，放出0 2 ，调节水体p h 值。大型海藻不仅 能够净化水质，还能与赤潮微藻进行营养竞争，防止其爆发性繁殖与增长；它们 还能向环境中分泌相生相克类化合物，抑制赤潮微藻的生长，在水体富营养化治 理同时生物防治赤潮。已有的研究证实，在近海水域栽培大型海藻，是一种对环 境进行原位修复的有效手段，可避免外来物质引发的二次污染问题，是保护近海 环境的优良办法。 近海水域富营养化使海洋生态系统遭到破坏，赤潮事件增加，同时也造成了 上海海洋大学博士学位论文 海洋经济的巨大损失，因此各国都已经加大力度预防和治理富营养化。通过制定 相应的法律法规限制污染物的排放入海，投入大量的人力、物力、财力并加强国 际间的合作，实施各种计划集中治理污染海区。如黑海周围的国家保加利亚、罗 马尼亚、俄罗斯、土耳其和乌克兰已联合拟定了一项计划，在3 年内清除黑海的 严重污染，拟投资3 1 6 0 万美元。2 0 0 2 年芬兰政府启动全民计划保护波罗的海。在 中国，2 0 0 1 年国务院正式批准了由国家环保总局、国家海洋局、交通部等联合制 定的“渤海碧海行动计划”，以期到2 0 1 5 年从根本上扭转渤海污染日益严重，生 态环境不断恶化的状况，达到海域环境质量明显好转，生态系统初步改善的目标。 为此，本课题通过进行大型海藻生长与吸收氮磷营养盐动力学研究、大型海 藻对赤潮藻生长的抑制效应研究，从实验室系统结合现场宏观试验研究海藻栽培 对海区去富营养化和生态修复功能；通过在围隔海区、网箱养殖海区和富营养化 严重的近岸海域现场建立海藻生态修复功能区，评估大型海藻对富营养化海区的 生态修复能力，对于解决大规模近岸海域富营养化和由此引发的赤潮灾害问题具 有重要实践意义和理论价值。 2 上海海洋大学博士学位论文 第一章我国赤潮频发现象分析与海藻栽培生物修复作用 赤潮是海洋中某些浮游生物( 尤指藻类) 、原生动物或细菌等在一定环境条 件下暴发性增殖或聚集达到某一水平，引起水色变化或对其它海洋生物产生危害 作用的一种生态异常现象，也称为有害藻华( h a 咖f u la l g a eb l o o m ，h a b s ) 。赤潮 的发生是海洋生态系统受损与退化的表征与警示，其灾害性影响在全球急剧扩展， 已成为三大世界性近海污染问题之一1 1 j 。近年来随着我国近海海域污染的加剧，局 部海域富营养化问题日益突出1 2 j ，赤潮正沿着高频率、大面积、损失重的恶性趋势 发展。赤潮危害已引起国际社会的广泛重视，赤潮的发生机理、赤潮的预防和治 理已成为海洋环境科学的研究热点1 3 刮，也是我国急需解决的课题。栽培大型海藻 能有效降低海域n 、p 污染带来的富营养化，修复海洋生态系统，对赤潮具有生态 防治作用，本章就相关研究进行了综述，并根据历年的统计资料，探讨人类活动 引起的营养物质输入对浙江近海赤潮发生频率的影响，为研究大型海藻栽培对富 营养化海区进行生态修复及防治赤潮提供依据。 第一节赤潮与海洋富营养化 1 赤潮的危害与形成机理 根据国家海洋局发布的中国海洋灾害公报【7 】显示：2 0 0 1 2 0 0 7 年全海域共记录 到赤潮6 5 6 次，累计面积1 3 5 3 6 0 平方公里。进入2 1 世纪以来，2 0 0 0 年主要的赤潮灾 害包括，浙江中部台州列岛附近海域的赤潮连续发生事件，规模最大的赤潮超过 5 8 0 0k m z ，持续时间1 周，渔业损失1 5 亿元。辽宁省东港、庄河附近海域发生近8 0 0 l 【1 1 1 2 赤潮，沿海养殖贝类和虾类大量死亡，直接经济损失1 2 亿元。2 0 0 1 年，长江口 外及浙江附近海域连续发生大面积赤潮，直接经济损失超过3 0 0 0 万元；全国赤潮 灾害严重，造成经济损失约1 0 亿元，并对海洋生态环境产生巨大影响。2 0 0 2 年大 面积赤潮集中发生在长江口及浙江、福建近岸和近海海域，赤潮发生时间早、跨 度长、区域集中，有毒赤潮次数增多，造成直接经济损失共2 3 0 0 力元。2 0 0 3 年全 3 上海海洋大学博士学位论文 年均有赤潮发生，且大面积赤潮增加，高发期集中，持续时间延长，有毒有害藻 类增加，直接经济损失共4 2 8 1 万元；大面积赤潮集中在长江口和浙江沿海，累计 面积超过1 0 0 0 0k m 2 。2 0 0 4 年赤潮累计发生面积较上年增加8 3 0 ，其中大面积赤 潮集中在东海；有毒赤潮生物引发的赤潮2 0 余次，面积约7 0 0 0k m 2 。2 0 0 5 年米氏凯 伦藻( 愆，z 缸垅肮砌d 幻f ) 等有毒赤潮生物引发或协同引发的赤潮3 8 次，累计面积 约1 4 9 3 0k m 2 ，较上年均有大幅增加，造成的直接经济损失逾6 9 0 0 万元。2 0 0 6 、2 0 0 7 年米氏凯伦藻、棕囊藻( 黝口p d 仁声如咖6 口) 和多环旋沟藻( c d c j l 概勘f “聊 p d 眵鼢f 勋池s ) 等有毒赤潮生物引发的赤潮灾害仍占据主要地位( 表1 1 ) 。 尽管有害赤潮的发生机理仍未阐明，但国内外的研究表明赤潮发生与富营养 化程度等化学环境，赤潮生物种生长竞争策略等生物要素，水温、盐度、水动力 等水文要素和降雨、辐射、风场等气象条件的变化有关，是生物、物理、化学各 种因素耦合作用的结果。多数研究证实【5 ，6 ，8 啦l ，以下几个方面是赤潮发生的制约 性因素。 海域中存在赤潮生物“种源( s e e db e d ) ”是赤潮发生的重要前提，而藻类孢 囊( c v s t ) 被普遍认为是引发赤潮的种源【8 1 。藻类营养细胞能以休眠孢囊的形式渡 过不良环境条件。在环境条件不适合浮游细胞生长的情况下，浮游细胞形成孢囊 并沉降到海底；通过海底越冬使种群能在同一海域长期存在，并成为翌年赤潮发 生的种涮9 1 。孢囊所具有的抗破损和被捕食仍能生存的特性，且能以细小颗粒状态 随水流扩散到其它地区1 1 ，因而能最大限度地扩大藻种的地理分布并保存其数量； 一旦环境条件适宜，有机质与营养盐的供给充足，孢囊即大量萌发形成浮游细胞， 保证了种群的初始规模使其在极短的时间内增殖，达到形成赤潮的密度，从而诱 发赤潮的形成。 近岸海域的污染引起水体富营养化是赤潮频发的重要原因。随着沿海地区工 农业发展和城市化进程加快，大量陆源有机物、营养盐类的排入和大规模养殖的 自身污染，为赤潮生物的暴发性增殖提供丰富的物质基础。研究表明，可溶性氮 浓度大于0 1m g l - 1 ，可溶性磷大于0 0 2m g l 1 时，发生赤潮的可能性将大为增加 1 1 1j 。某些污染严重的海域，营养盐的比率( n ：p 和s i ：p ) 是制约赤潮生物生长的 决定性因素，n 、p 、s i 才目对供应量的改变对浮游植物群落演替具有显著影响。随 着n ：p 比率的下降，浮游植物群落中的甲藻等赤潮生物逐渐代替硅藻成为优势种， 且在低n ：p 比率( 6 1 5 ) 时生长良好【1 2 j 。 4 上海海洋大学博士学位论文 表1 1 中国海域近年赤潮发生情况【1 3 1 1 a b 1 1t h er e c e n to c c u r r e n c eo fr e dt i d ei nt h ec h i n as e aa r e a s 5 上海海洋大学博士学位论文 调查发现，经济动物养殖水域的营养水平明显高于非养殖水域，养殖区的赤 潮发生频率要比非养殖区高得多1 1 训。随着我国海水养殖业的发展，尤其是海水鱼 类和对虾的高密度养殖，带来了养殖海域自身污染的严重问题。残饵、粪便和排 泄物等养殖废物以固态或溶解态营养物形式排入环境中，加速了海水富营养化进 程，为赤潮生物提供了适宜的营养环境。海水鱼类网箱养殖产生的固态营养物常 沉积于水底，使网箱底质中c 、n 、p 等含量和耗氧量明显增加，沉积物中有机物 的积累易形成缺氧层，也会引起赤潮【1 5 17 1 。经济动物养殖不仅造成海水营养盐含 量增加，而且导致营养盐结构发生改变和底质环境异常【1 8 1 9 1 ，从而引起浮游植物 群落结构的变化。某些浮游植物的爆发性增殖有可能导致水华，而水华中的有毒 种类严重威胁养殖动物生存，甚至在贝类中积累毒素引起食用者中毒死亡。大面 积的人工水产养殖导致养殖水域食物链趋向简单化，生物多样性降低【2 0 l ，生态系 统进行自我调节和抵御外界扰动的能力减弱，因而更易引发赤潮。 其它因素如某些微量物质往往是诱发和促进赤潮发生的因素，有时甚至起决 定作用。比较重要的微量金属有f e 、m n 、c u 、m g 、m o 、c o ，它们作为辅助因 子参与生物生化反应以促进生物增殖。当赤潮发生时，常伴随着可溶性铁、锰量 异常升高，并与赤潮生物量在数值上存在某种程度相关的情况【2 1 1 。其他有机物质 还包括v b l 、v b l 2 、d n a 、嘌呤、嘧啶、植物激素及其他一些有机物质分解产物【2 2 1 。 通常，溶解有机质可与微量金属螯合，提高金属利用率或使之无毒化，从而与赤 潮发生关系密切固j 。 2 海洋环境富营养化来源 造成水质富营养化的污染源主要来自工业、农业和生活污水等陆地污染源。 值得注意的是，沿海的养殖密集区和重点排污口、水体交换不良的港湾等近岸水 域发生小规模赤潮的概率较大。我国进入海洋环境污染物中陆源入海污染物约占 9 0 ，其余来自近岸养殖、海上航运、海上石油、天然气开发、海上倾废以及大气 沉降等。以长江为例，对长江河口及其邻近海区的有机质与营养盐的调查结果表 明【2 4 j ：长江输送入海的活性磷酸盐平均为每年6 o 1 0 6t a ，平均浓度为o 0 1 5 0 0 1 6 m g l - 1 ，颗粒态有机磷若按5 氧化率估算，则生物可利用磷为每年5 7 1 0 3t a 一； 长江输送入海的平均溶解态无机氮的量为3 1 1 0 5t a ，其中n 0 3 n 占7 0 ，n 0 2 n 占1 5 ，n h 4 n 占2 8 5 。根据国家海洋环境监测中心提供的海洋环境质量年度公 报l l 驯显示，2 0 0 6 和2 0 0 7 年由长江、珠江、黄河等主要河流携带入海的污染物总量 6 上海海洋大学博士学位论文 分别为1 3 8 2 1 0 4t 和1 4 0 7 1 0 4t ，分别比2 0 0 3 年增加1 2 2 9 和1 2 6 9 。2 0 0 7 年实施 监测的主要河流总数已经超过4 0 条，共排放入海c o d c r1 2 0 3 1 0 4t ，约占总量的 8 5 5 ；营养盐1 9 0 1 0 4t ，约占1 3 5 ；重金属3 9 1 0 4t ，砷o 6 1 0 4t ( 表1 2 ) 。 表1 2 我国近年主要河流排污入海情况 1 a b 1 2p o l l u t a n t so fm a i nr i v e r sd j s c h a r g e dt ot h ec h i n as e aa r e a si nr e s e n ty e a r s ( 1 0 4t ) 其次是海水养殖自身污染。大规模海水养殖使得大片海面被围栏或密置网箱， 水面超负荷运载，由于网围精养采取高密度放养，并大量投喂外源性饵料，养殖 动物排泄物增加，致使水体中n 、p 、c o d 、b o d 等含量升高，很可能成为刺激近 海富营养化和赤潮发生的一个重要因素。由于投饵难以定量，投喂后不能被充分 利用，未食用的残饵和粪便进入水体，沉积到底层。据报道，以饵料和鱼苗形式 输入海水网箱养鱼系统中的n 只有2 7 2 8 通过鱼的收获而回收，有2 3 积累于沉积 物中【1 引。水产养殖过程中的残饵、粪便中所含的n 、p 等营养物质以及悬浮颗粒物 和有机物会成为水体富营养化的污染源。根据t o v a r 等1 2 5 j 对海水精养营养负载的计 算结果，当养殖1t 的鱼时，排入海洋环境的n 、p 、b o d 负荷量分别为：n 1 4 2 5k g ， p2 5 7 蚝，b o d3 4 6 1k g 。那么，由近年来全国海水鱼类总产量，可估算出中国沿 海鱼类养殖排入海洋中的n 、p 和b o d 总量( 表1 3 ) 。尽管从总体上看，海水养殖 对海洋环境的影响与工农业生产和城市排污的影响相比，海水养殖处于次要地位， 但在某些海水养殖业发达的水域和海湾，海水养殖所造成的局部环境问题和严重 的赤潮灾害仍不容忽视。 7 上海海洋大学博士学位论文 表1 3 近年中国沿海鱼类养殖污染物排放量估算 t a b 1 - 3r o u g hd i s c h a r g ea m o u n to fp o u u t a n t sp r o d u c e db yf i s hc u l t u r ei nt l l ec h i n as e aa 他a so f f e s e n ty e a r s ( 1 0 3t ) 年份 y e a r 海水养殖鱼类总产量 y i e l do f m a r i n ef i s h n p a q u a c u l t u r e t o t a l 4 2 7 0 4 9 4 7 5 6 0 4 5 1 9 2 5 8 2 6 6 5 8 9 3 2 4 3 8 6 0 8 7 0 5 7 9 8 7 4 0 8 3 0 9 3 9 4 6 2 1 1 0 1 2 7 1 4 4 1 3 3 1 5 0 1 6 9 8 3 3 1 4 7 8 1 7 1 2 1 9 4 0 1 7 9 7 2 0 1 6 2 2 8 1 1 1 2 2 0 1 2 3 4 5 卜 咖 咖 董 瞄似 宝耕 抛 抛 抛 姗摊姗制 上海海洋大学博士学位论文 第二节营养物质输入对浙江近海赤潮发生频率的影响分析 浙江省地处中国东部，面临东海，其海区包括2 7 3 2 qn ，1 2 0 1 2 5 0e 之间的广 阔海域，是西太平洋海域的一部分，也是赤潮多发区。赤潮对整个浙江近岸海域 的生态环境造成了严重的危害，严重威胁着浙江省的渔业生产、滨海旅游甚至公 众健康，已成为浙江省近岸海域主要的污染灾害。不少学者或从生物学角度研究 了赤潮生物及生态模式；或从海洋化学角度研究了浙江沿岸乃至长江口赤潮发生 时营养盐的变化【2 酬。本节主要根据1 9 9 7 2 0 0 4 年的统计资料，研究人类活动引起 的营养物质输入对浙江近海赤潮发生频率的影响，试图了解海水养殖、工农业生 产等人类活动在赤潮形成中的作用，定量探讨人类活动及城市化发展对赤潮发生 频率的影响和规律。 1 浙江近岸海域赤潮发生概况 东海海域是我国著名的赤潮的高发区域，其中浙江省近岸海域是东海赤潮的 主要发生地之一。近7 0a 来的监测资料【2 7 】表明，从1 9 3 3 年至2 0 0 5 年，在浙江沿岸共 记录赤潮2 7 0 次，8 0 年代前频次极少，仅为5 次，以后逐渐增加，8 0 年代为2 7 次， 9 0 年代为5 9 次，其中1 9 9 0 1 9 9 2 年为赤潮高发期，这三年共发生赤潮3 3 次，1 9 9 4 至1 9 9 9 年赤潮发生频率下降，6 年共发生赤潮1 5 次。进入2 1 世纪，赤潮发生进入高 峰期，2 0 0 0 年至2 0 0 5 年底高达1 7 9 次( 图1 1 ) 。 浙江近岸赤潮发生的面积从1 0 2 0 0 0k m 2 不等，将赤潮的规模按面积进行分类 【2 8 1 ，1 0 0 0k m 2 为特大型赤潮，5 0 0k m 2 1 0 0 0k m 2 为大型赤潮，1 0 0k m 2 5 0 0l 【i i l 2 为中等赤潮， j 粤 棚 霜 葛饕 曷窝葛器 a a口口口aa _ h hh hh晷 晷容器虽 誊 豢容誊器量 季 毯营荟& &蜜蜜糸 衣 衣&衣客軎 88昌 宕 h hhhhh hh h_n nnn n 年份孤 图1 21 9 8 3 2 0 0 4 年浙江省海水养殖产量和养殖面积 f i g 1 - 2o u t p u ta n da r e ao fm a r i n ea q u a c u l t u r ei l lz h c j i a n gp r o v i n c e ( 1 9 8 3 2 0 0 4 ) 3 3 工业污水和生活污水对赤潮发生频率的影响 灰色关联分析结果表明，工农业生产和生活污水的排放对赤潮发生频率具有 一定影响，工业废水、生活污水、生活c o d 、工业c o d 分别列第3 、4 、5 、7 位。 浙江省位于经济发达的长江三角洲地区，由于多年来粗放型经济的高速增长，形 成了“超常结构”的环境污染，城市化速度加快，第三产业的蓬勃发展，人民生 活水平不断提高，生活用水增加。与1 9 9 7 年相比，2 0 0 4 年的废水和c o d 排放总量 分别增长5 1 2 和7 6 。根据中国环境统计年报【3 5 】，2 0 0 4 年浙江近岸海域水质较差， 浙江无i 类海水，i i 类海水比例为3 1 1 ；i v 类及劣i v 类海水比例6 2 2 。由于多数 陆源排污口的长期超标大量排放，导致河口、海湾和湿地等典型生态系统健康状 况每况愈下，环境恶化的趋势加剧，主要河口、海湾和滨海湿地生态系统均处于 不健康或亚健康状态。排海污水中营养盐的高浓度导致海域水体富营养化及营养 盐失衡，近7 0 的浙江近海海域富营养化严重，无机氮和活性磷酸盐含量均超过 类海水水质标准，造成浙江中南部海域大面积赤潮频发。 3 4 大气污染物对赤潮发生的诱发作用 灰色关联分析结果表明，总悬浮颗粒、降雨量、粉尘和烟尘与赤潮发生的关 联度较低，说明大气湿沉降对赤潮发生的影响较小。大气湿沉降对赤潮的作用主 要通过两种途径。第一是输送营养盐。尘埃颗粒中的营养盐比一般雨水中的含量 高1 0 倍【3 6 】，也有统计【3 7 】显示，输入长江口河口和沿岸海域的n 源中，大约有2 0 4 0 来源于大气。虽然通过湿沉降输入的营养盐只能占长江口海水中营养盐总量的很 小一部分，但是突发性的降水事件仍能引起表层海水的富营养化，使叶绿素浓度 1 4 m 埘 姗 踮 o 上海海洋大学博士学位论文 升高，甚至引发赤潮，因此湿沉降作用不能被完全忽视。第二是补充了对浮游植 物所需f e 、m e 等微量元素f 3 8 】。叶仙森1 3 9 j 等在分析了长江口海域高含量的营养盐之 后指出，该海域平均营养指数为1 5 5 ，介于l i i 类与i v 类海水之间，一旦外界条件成 熟，极易发生赤潮，大气湿沉降有可能成为它的一个诱发因子。由于降水中含有 浮游植物生长所必需的n 、p 、s i 等营养元素和f e 、m n 等微量金属元素，并具有突 发性的特点，因此局部降水可能造成表层海水的暂时富营养化，从而导致赤潮发 生【柏1 。 浙江近岸海域受长江冲淡水及境内径流所挟带的污染物影响，海域富营养化 明显，且富营养程度呈明显的上升趋势，为赤潮生物大量繁殖和赤潮的发生带来 了良好的条件。赤潮种类由硅藻常发逐渐向甲藻常发转变，说明营养物质的增加 改变了水体浮游植物的群落结构及时空分布，使生物多样性与均匀度明显下降， 而少数种类则大量增殖。随着生物多样性的降低，生态系统进行自我调节和抵御 外界扰动的能力减弱，更加容易引发赤潮。造成近十几年来，浙江近岸海域赤潮 的发生频率大大加快，赤潮的规模明显扩大，特大型赤潮数量明显上升。赤潮已 成为制约浙江海洋经济的一个重要因素。 海洋富营养化本是一个缓慢的自然变化过程，人类活动由于输入了营养物质， 使得天然海域的富营养化进程大大加速。从相关性分析可知，浙江省海水养殖业 自身污染和赤潮发生频率的关系最为显著，其次为工业废水和生活污水的排放， 大气沉降则有一定的诱发作用。研究结果提示，控制营养输入、减缓水域富营养 化是减少赤潮发生的有效途径。为了减轻海水养殖对近岸海区的影响，浙江近岸 海域应尽快实施生态工程化养殖，在养殖密集区建立环境友好型的综合生态养殖 模式，切实有效地控制养殖的自身污染及因养殖活动对海域环境造成的影响。同 时实施入海污染物总量控制，从源头上减少富含营养物质的污水排放入海，保护 与修复近海水域生态，防止赤潮发