福建沿海近10年赤潮事件的时空特征

福建沿海近10年赤潮事件的时空特征

赤潮是中国沿海地区最重要的海上生态灾害之一，也是世界海上的一场重大灾难。这种发生对水生生态环境、水产养殖和沿海旅游业构成了危害。例如，赤潮生物所产生的毒素通过食物链进入人体，从而危害人类的健康和安全。近十年来，随着世界沿海地区经济的快速发展和城市化进程的加快，大量工农业废水和生活污水被排放到海上，导致沿海环境恶化。红潮灾害的发生频率增加，发生规模扩大，危害加剧。受海洋生态系统、水产养殖和人类健康的危害日益严重，引起了全世界各国政府和水产养殖的普遍关注。受影响的赤潮岛屿透明度较低，生活在水体深层的生物大量死亡，破坏了海洋生态系统。其次，赤潮生物排出的粘液附着在海洋动物的头部和表皮上，阻碍其呼吸，窒息并死亡。第三，一些赤潮生物会产生毒素，导致其他生物中毒或死亡。第四，生活在赤潮中的生物和从赤潮中继承生命的生物的腐败分解，继续消耗水中的溶解氧，导致水体缺氧，从而恶化生态环境。赤潮毒素具有毒性高、反应快、难以控制等特点。目前已知的人类疾病主要包括麻痹性苦盐（psp）、腹泻性苦盐（sd）、神经性苦盐（nip）、记忆性苦盐（asp）和西加鱼毒素（cfp）。福建省是我国的海洋大省,海域面积13.6万km2,海岸线曲折漫长,海湾众多,沿海岛屿星罗密布,包括岛屿在内的海岸线长达3752km.由于其特殊的海湾环境、气候条件及沿海海洋环境污染的加剧,福建省已成为全国赤潮灾害多发省份之一,严重威胁着福建省的渔业生产、滨海旅游甚至公众健康.面对福建沿海日益突出的这一海洋生态问题,国内学者进行了大量的分析研究[6~10],包括赤潮发生的特征及其原因等,如杜琦和许珠华等分别利用2000~2002年和2000~2004年的赤潮数据对福建沿岸海域赤潮发生特点和防治措施进行了分析,龙华等研究了福建沿海米氏凯伦藻赤潮发生和发展的必要条件,许翠娅等研究了福建沿岸海域主要赤潮生物的生态学特征.然而,大多数研究主要集中在对赤潮生物生态学特征的分析上,所涉及的赤潮数据时间跨度亦较小,存在局限性.基于此,本研究通过收集福建省沿海2001~2010年所记录的赤潮资料,对近10a赤潮发生的时空分布特征及规律进行分析研究,具体包括赤潮发生的年际和季节变化、引发赤潮的主要优势藻种及其季节变化、赤潮发生的持续时间、赤潮发生的地域变化以及有毒赤潮发生特征等,以期为福建沿海的赤潮监测、预警和管理提供科学依据.1福建沿海赤潮基本情况赤潮资料数据来源于福建省海洋与渔业厅,包括2001~2010年近10a福建沿海赤潮发生的起始和消亡时间、发生海域、赤潮最大面积、赤潮优势生物、持续时间、造成损失、是否有毒等相关的基础数据.2结果与讨论2.1福建沿海赤潮的时间特征2.1.1赤潮发生频率的变化近10a福建沿海共发生赤潮161起,平均每年发生16.1起,其历年的赤潮发生起数如图1(a)所示,其中2003年发生最多为29起,2001、2004、2005、2008、2009年发生起数均低于平均值.赤潮在各年份发生起数分布不均匀有多方面的原因,一是气候差异所引起:根据研究,赤潮多发生在比常年气候偏暖的月份,特别是冬春季比常年暖和的年份更可能发生较多的赤潮事件;二是年际气候具有一定的周期变化,从而引起赤潮发生频率的变化.近10a赤潮发生总面积为10598.5km2,其历年赤潮发生的面积如图1(b)所示,2002、2003、2006、2010年赤潮发生面积均超过1500km2,最大的发生面积为2010年的2691.5km2,而其它年份发生面积均在500km2以下.近10a赤潮总的持续时间为839d,平均每年83.9d,其历年的赤潮持续时间如图1(c)所示,2003年赤潮持续时间最长,达到175d,同时2008、2010年赤潮持续时间也超过了100d,而从2004~2010年来看,赤潮的年累计持续天数呈递增的趋势.近10a赤潮造成的总损失为12962万元,其历年的损失如图1(d)所示,主要发生在2002、2003、2009年间,分别为1380万元、4248万元和6500万元.近10a历年首次发生赤潮的时间如表1所示,从中可以看出,福建沿海赤潮的初发期基本以4、5月居多,占总数的60%,但近几年赤潮的初发期有所提前,甚至在深冬季节1月和初春季节2月就有赤潮发生,并且首次发生的赤潮持续时间较长,如2007年第一次赤潮发生在1月12日的厦门同安湾海域,赤潮优势藻种为中肋骨条藻(Skeletonemacostatum),持续时间为11d;2009年第一次赤潮发生在2月5日的厦门同安湾海域,赤潮优势藻种为血红哈卡藻(Akashiwosanguinea),持续时间长达22d之久.2.1.2赤潮发生的季节和月数特征2.近10a福建沿海赤潮在各月份的发生起数如图2所示,除了12月没有发生赤潮外,其余月份均有发生,赤潮的主要发生时间在4~9月,共153起,占总数的95.0%,其中4月发生14起,占总数的8.7%;5月发生63起,占总数的39.1%;6月发生49起,占总数的30.4%;7月发生14起,占总数的8.7%;8月发生8起,占总数的5.0%;9月发生5起,占总数的3.1%,可见,福建沿海的赤潮高发期在5、6月,占全年的69.6%.赤潮在各月份发生起数分布不均匀的原因也是多方面的:首先是不同的赤潮生物对环境条件的适应能力不同,有的适温范围广,有的适温范围窄,从而形成各月都有可能发生赤潮,但发生频率又各有不同的状况;其次福建沿海是受季风控制的亚热带海区,冬季盛行东北季风,夏季盛行西南季风,5~6月正是东北季风衰退,西南季风逐渐强盛的转换时期,此时福建沿海风浪较小,水温快速上升,不断的有内陆气旋入海的影响,沿海湿度大,同时雨季开始来临,这些因素都为5~6月发生赤潮提供了有利的条件.近10a福建沿海赤潮发生的持续时间基本在7d之内,共有131起,占总数的81.4%.最长的赤潮持续时间为35d,为2003年5月20日发生在连江黄岐海域的裸甲藻(Gymnodiniumsp.)赤潮.赤潮持续天数分别在1~7d累计的赤潮起数如图3(a)所示,其中持续天数在2~4d的赤潮发生起数最多,分别为33起、26起和28起,共占总数的54.0%.赤潮发生面积分别在≤20、20~50、50~100以及>100km2区间内的累积发生起数如图3(b)所示,近10a福建沿海赤潮发生面积主要集中在50km2以下,共122起,占总数的75.8%,100km2以上面积的赤潮共25起,占总数的15.5%,最大的赤潮发生面积为925km2,为2010年5月4日发生在宁德三沙湾海域的东海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense)赤潮.2.2福建沿海赤潮优势藻种及持续时间近10a在福建沿海由硅藻门(Bacillariophyta)藻种引发的赤潮共66起,由甲藻门(Dinophyta)引发的赤潮共98起,由原生动物门(Protozoa)引发的赤潮共1起,由于在同一起赤潮事件中可能有多种藻种的生物密度同时达到或超过发生赤潮的基准密度,本研究在统计时分开计算,因此以上赤潮的累计起数大于实际赤潮发生的总起数.引发赤潮的生物共有20种,其具体的生物名称及其引发的赤潮起数如表2所示,其中硅藻门引发赤潮的藻种有10种,分别为布氏双尾藻(Ditylumbrightwellii)、地中海指管藻(Dactyliosolenmediterraneus)、尖刺菱形藻(Nitzschiapungens)、日本星杆藻(Asterionellajaponica)、新月菱形藻(Nitzschiaclosterium)、柔弱菱形藻(Nitzschiadelicatissima)、诺氏海链藻(Thalassiosiranordenskioeldii)、旋链角毛藻(Chaetoceroscurvisetus)、角毛藻(Chaetocerossp.)、中肋骨条藻(Skeletonemacostatum),甲藻门引发赤潮的藻种有9种,分别为短裸甲藻(Gymnodiniumbrevis)、多纹膝沟藻(Gonyaulaxpolygramma)、微小原甲藻(Prorocentrumminimun)、锥状斯克里普藻(Scrippsiellatrochoidea)、血红哈卡藻(Akashiwosanguinea)、裸甲藻(Gymnodiniumsp.)、米氏凯伦藻(Kareniamikimotoi)、夜光藻(Noctilucascintillans)、东海原甲藻(Prorocentrumdonghaiense),原生动物门引发赤潮的生物有1种,为红色中缢虫(Mesodiniurubrum).其中角毛藻和裸甲藻均为光镜下未定种,分属于角毛藻属和裸甲藻属.与许翠娅等的研究结果在福建沿海引发赤潮的种类有27种相比,近10a来在福建沿海没有出现以下11种引发赤潮的藻种,分别为硅藻门的聚生角毛藻(Chaetocerossocialis)、柔弱角毛藻(Chaetocerosdebilis),短角弯角藻(Eucampiazodiacus)、威氏海链藻(Thalassiosiraweissflogii),甲藻门的简单裸甲藻(Gymnodiniumsimplex)、旋沟藻(Cochlodiniumsp.)、多甲藻(Peridiniumsp.)、三叉角藻(Ceratiumtrichoceros)、卵甲藻(Exuviaellasp.),蓝藻门的红海束毛藻(Trachodesmiumerythraeum),金藻门的球形棕囊藻(Phaeocystisglobosa),而近10a来在福建沿海出现了7种新的引发赤潮的藻种,分别为硅藻门的布氏双尾藻、日本星杆藻、新月菱形藻、柔弱菱形藻、诺氏海链藻,甲藻门的微小原甲藻、锥状斯克里普藻.表明福建沿海引发赤潮的种类具有演替规律,不断有新的生物种类引发赤潮.由表2可知,福建沿海的赤潮优势藻种主要为硅藻门的中肋骨条藻、角毛藻(包括表2中的旋链角毛藻和角毛藻)和甲藻门的夜光藻、东海原甲藻,共引发赤潮130起,占总数的80.7%,其中中肋骨条藻引发赤潮33起,占总数的20.5%,角毛藻引发赤潮21起,占总数的13.0%,夜光藻引发赤潮35起,占总数的21.7%,东海原甲藻引发赤潮41起,占总数的25.5%,以东海原甲藻引发赤潮的起数占据第一位.以上4种主要的赤潮藻种在福建沿海不同月份引发的赤潮起数如表3所示,中肋骨条藻引发赤潮的发生月份较广,从1~9月基本都有发生,但主要发生在5~7月,角毛藻引发赤潮的月份发生在5~9月,以6~7月居多,而夜光藻和东海原甲藻引发赤潮的发生月份非常集中,仅在4~6月,并且5月占据大多数.以上4种主要的赤潮藻种在福建沿海引发的赤潮持续时间统计如表4所示,中肋骨条藻赤潮持续时间从2~11d都有发生,但以3d和9d为发生起数最多的持续天数;而角毛藻赤潮的持续时间主要为2~4d,以持续4d的起数居多,共11起;夜光藻赤潮的持续时间为5d左右;而东海原甲藻赤潮的持续时间为2~3d,时间较短,很少超过5d.2.3赤潮发生时间近10a福建省6个沿海地市发生的赤潮起数如图4所示,可以看出赤潮主要发生在宁德市、福州市和厦门市三市沿海,其赤潮的发生起数分别为51起、46起和48起,共占福建沿海赤潮发生总数的90.1%,而莆田市、泉州市和漳州市三市沿海赤潮的发生起数较少,分别为4起、8起和4起.福建北部沿海(主要包括平潭以北的福州市和宁德市沿海)赤潮藻种主要为东海原甲藻和夜光藻,分别引发赤潮40起和28起,占福建北部沿海赤潮发生总数的70.1%;福建南部沿海的赤潮藻种主要为中肋骨条藻和角毛藻,分别引发赤潮21起和20起,占福建南部沿海赤潮发生总数的64.1%,表明不同的赤潮藻种存在明显的地域分布特征.如表5所示,宁德市沿海的赤潮主要发生在福鼎晴川湾、霞浦三沙湾、霞浦福宁湾和四礵列岛海域,这4个海域共发生45起赤潮,占宁德市沿海赤潮发生总数的77.6%;福州市沿海的赤潮主要发生在连江黄岐海域、罗源湾和平潭海域,这3个海域共发生44起赤潮,占福州市沿海赤潮发生总数的95.7%;厦门市沿海的赤潮主要发生在厦门同安湾和厦门西海域,这两个海域共发生45起赤潮,占厦门市沿海赤潮发生总数的93.8%.此外,莆田市沿海的4起赤潮均发生在南日岛海域;泉州市沿海的8起赤潮,有4起发生在泉州湾,4起发生在深沪湾;漳州市沿海的4起赤潮,2起发生在东山湾,1起发生在东山铜陵南部海域,1起发生在台湾海峡的东碇岛海域.需要指出的是,由于同一起赤潮有时会跨越多个海域,本研究在统计时归为不同海域均发生赤潮.从引发赤潮的藻种来看,宁德福鼎晴川湾发生的6起赤潮均由东海原甲藻引发,并且均发生在4月底到6月初;霞浦三沙湾发生的8起赤潮由包括旋链角毛藻、夜光藻、米氏凯伦藻、中肋骨条藻、尖刺菱形藻和东海原甲藻在内的6种藻种引发,并且发生月份在5~9月;霞浦福宁湾发生的15起赤潮中,12起引发赤潮的藻种为东海原甲藻,有2起为夜光藻,1起为中肋骨条藻,发生的月份在5~6月上半月,其中5月共发生11起,6月上半月共发生4起;霞浦四礵列岛海域发生的16起赤潮由东海原甲藻和夜光藻引发,分别发生9起和7起,均发生在4月下半月到6月上旬;福州连江黄岐海域发生的17起赤潮主要由东海原甲藻和中肋骨条藻引发,分别发生6起和4起,3~9月均有发生;福州罗源湾发生的7起赤潮由中肋骨条藻、裸甲藻、东海原甲藻和夜光藻4种藻种引发,分别发生3起、2起、1起和1起,发生月份从4~11月均有发生;福州平潭海域发生的20起赤潮主要由夜光藻和东海原甲藻引发,分别发生13起和4起,均发生在4月上半月~6月中旬;厦门市同安湾发生的17起赤潮主要由角毛藻、中肋骨条藻和血红哈卡藻3种藻种引发,分别发生6起、5起和3起,主要发生在5~8月,但也有发生在1~3月较早的时候;厦门西海域发生的28起赤潮主要由中肋骨条藻和夜光藻引发,分别发生14起、11起,主要发生在5~9月.2.4近10a福建沿海植物毒种植物多样性比较近10a福建沿海引发有毒赤潮的藻种共有4种,分别为米氏凯伦藻、短裸甲藻、裸甲藻和微小原甲藻,共引发赤潮12起,其中米氏凯伦藻共引发赤潮9起,占有毒赤潮总数的75%.如表6所示,有毒赤潮在2003年、2006年、2007年分别发生3起、2起、4起,2005、2009、2010年各发生1起,均发生在5、6月,且基本发生在福建省平潭以北沿海海域.在已发生的其它赤潮中伴随出现有毒藻种的赤潮共7起,该有毒藻种的最大生物密度没有达到发生赤潮的基准密度,其中米氏凯伦藻、塔玛亚历山大藻(Alexandriumtamarense),分别伴随出现6次和1次.可见,近10a福建沿海的有毒赤潮加上伴随出现有毒藻种的赤潮共计19起,占福建沿海赤潮发生总数的11.8%,说明有毒赤潮在福建沿海发生的几率较高.上述几种有毒藻种的主要危害有:(1)米氏凯伦藻能够分泌溶血性毒素,引起鱼类和海洋无脊椎动物的死亡,从而造成渔业经济损失;(2)短裸甲藻可产生神经性贝毒(NSP),刺激呼吸系统,引起海洋动物死亡;(3)裸甲藻可产生麻痹性贝毒(PSP);(4)微小原甲藻能够使软体动物(贝类)细胞出现损伤,并且可分泌出对甲壳类无节幼体产生毒害作用的物质;(5)塔玛亚历山大藻可产生麻痹性贝毒(PSP).近10a来有毒赤潮在福建沿海造成了较大的经济损失,共计3125万元,占总的经济损失的24.1%,其中2003年5月的裸甲藻赤潮造成连江黄岐海域水产养殖2500万元的直接经济损失,2007年6月的米氏凯伦藻赤潮造成平潭海域水产养殖500万元的直接经济损失.龙华等通过研究2003年5~6月由米氏凯伦藻引发的赤潮特征,表明强降雨、充足的光照、稳定的气温和良好的海况是米氏凯伦藻赤潮发生和发展的必要条件,指出米氏凯伦藻的适宜水温范围是20.5~24.0℃,最高的细胞密度出现在23.0℃附近,并且对营养盐的要求比较高,5、6月最适宜米氏凯伦藻生物的生长和繁殖.福建沿海有毒赤潮发生时一般都是复合型赤潮,伴随有