廣東沿海典型海洋致災(zāi)生物監(jiān)測(cè)與預(yù)警體系研究

申鍵 曹深西 吳于琪 唐芳 楊志浩

摘要：本文主要總結(jié)概括了棕囊藻、毛蝦、尖筆帽螺、大型水母以及中華假鱗蝦等五種廣東沿岸典型海洋冷源致災(zāi)生物的生物學(xué)特性，對(duì)于致災(zāi)生物常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法的實(shí)踐運(yùn)用進(jìn)行了梳理總結(jié)，同時(shí)對(duì)基于致災(zāi)生物監(jiān)測(cè)的模型預(yù)警體系進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)構(gòu)想。

關(guān)鍵詞：海洋，致災(zāi)生物，監(jiān)測(cè)，預(yù)警

冷源致災(zāi)生物，是指能夠引起管道、水渠、鼓網(wǎng)等設(shè)施堵塞的一類致災(zāi)性海洋生物。這類生物爆發(fā)時(shí)其個(gè)體或群體一般具有較大的體型、接近或小于海水的密度，懸浮、固著或自由游動(dòng)于水體之中，大量聚集時(shí)能引起管道和設(shè)施堵塞并影響水體正常流動(dòng)。海洋生物暴發(fā)性增殖或因某種原因聚集于沿海大型工程冷卻海洋生物暴發(fā)性增殖或因某種原因聚集于沿海大型工程冷卻水取水口附近時(shí)，能夠堵塞進(jìn)水?dāng)r污網(wǎng)、格柵和鼓網(wǎng)等，使沿海大型工程安全用水流量低于限值而引發(fā)一系列安全問(wèn)題。

1.典型海洋冷源致災(zāi)生物簡(jiǎn)介

針對(duì)國(guó)內(nèi)外的海洋生物致災(zāi)案例分析，冷源致災(zāi)物主要包括浮游植物，如棕囊藻、束毛藻;浮游動(dòng)物，如水母、毛蝦等;污損生物，如藤壺、牡蠣等，其中廣東沿岸典型海洋冷源致災(zāi)生物主要有棕囊藻、毛蝦、尖筆帽螺、大型水母以及中華假鱗蝦等五種生物。

1.1棕囊藻

棕囊藻指金藻門定鞭藻綱的一個(gè)屬的統(tǒng)稱，是一類具游泳單細(xì)胞和群體膠質(zhì)囊兩種生活形態(tài)的浮游藻類。群體膠質(zhì)囊為球形或卵圓形，大小為110μm-2.6cm。游泳的單細(xì)胞形態(tài)，細(xì)胞常呈球形或近球形，前端略凹入，直徑2.5-7.0μm。細(xì)胞具2-3個(gè)色素體，圓盤狀和片狀，周生，黃褐色。棕囊藻形成赤潮的一個(gè)突出的特點(diǎn)是膠狀、黏稠度比較大，藻細(xì)胞一團(tuán)一團(tuán)地漂浮在海面上或懸浮在海水里，易造成沿海大型工程的冷源取水口的堵塞。

1.2毛蝦

毛蝦是甲殼動(dòng)物門十足目櫻蝦科毛蝦屬的統(tǒng)稱。毛蝦體長(zhǎng)1～4厘米，雌蝦略大于雄蝦。中國(guó)毛蝦體極側(cè)扁，甲殼極薄，無(wú)色透明，僅口器部分和第2觸鞭呈紅色。毛蝦是一種生長(zhǎng)迅速、生命周期短、繁殖力強(qiáng)、世代更新快、游泳能力弱的小型蝦類，在生態(tài)習(xí)性上屬于浮游動(dòng)物類群。適溫范圍為11～25℃，適鹽范圍為30～32‰。具有晝夜垂直與季節(jié)水平移動(dòng)的特性。毛蝦個(gè)體較大，生長(zhǎng)迅速，曾對(duì)廣東沿海大型工程冷源取水口造成堵塞，造成影響安全事件，是廣東沿海重要的主要致災(zāi)生物。

1.3大型水母

大型水母是對(duì)刺絲胞動(dòng)物門缽水母綱的統(tǒng)稱。水母型身體呈鈴形或倒置的碗形，或傘形。傘緣直徑一般在2-40cm之間，個(gè)別大的種直徑可達(dá)1-2m。水母通常是單體、營(yíng)漂浮或游泳生活，極少數(shù)種是群體，有的群體可營(yíng)固著生活。水母主要借助風(fēng)、浪和水流來(lái)移動(dòng)。大量水母涌入會(huì)對(duì)大型工程取水口造成堵塞影響，對(duì)沿岸大型工程存在安全隱患。

1.4尖筆帽螺

尖筆帽螺屬于軟體動(dòng)物門腹足綱龜螺科的一種，其貝殼細(xì)長(zhǎng)，略呈針形，橫截面圓形。殼長(zhǎng)27.0mm，殼口寬2.50mm。本種在本屬中個(gè)體最大，大者殼長(zhǎng)達(dá)27mm，殼口寬2.5mm。2020年研究人員在廣東沿岸海域首次發(fā)現(xiàn)尖筆帽螺爆發(fā)，成群聚集現(xiàn)象顯著，密度非常高，在風(fēng)浪的推動(dòng)下，大量漂積于岸邊，對(duì)沿岸沿岸大型工程造成潛在安全隱患。

1.5中華假鱗蝦

中華假鱗蝦屬于節(jié)肢動(dòng)物門甲殼綱磷蝦科，其體型形似于蝦，體上具發(fā)光器。在我國(guó)沿海分布廣泛，其中黃海甚多，向南可分布至臺(tái)灣海峽，在廣東沿岸也有分布。中華假鱗蝦屬于近岸低鹽溫水種，溫度和葉綠素a濃度是影響中華假鱗蝦豐度和分布的主要環(huán)境因子。中華假磷蝦個(gè)體較大，生長(zhǎng)繁殖迅速，曾對(duì)廣東沿海大型工程冷源取水口造成堵塞，造成影響安全事件，是廣東沿海重要的主要致災(zāi)生物。

2.典型海洋冷源致災(zāi)生物的監(jiān)測(cè)方法

根據(jù)致災(zāi)生物特點(diǎn)和實(shí)際情況開(kāi)展致災(zāi)生物生態(tài)監(jiān)測(cè)，針對(duì)棕囊藻、毛蝦、尖筆帽螺、大型水母以及中華假鱗蝦等五種致災(zāi)生物主要采用聲吶法、拖網(wǎng)法、水樣法以及海面目測(cè)法等多種海洋生物調(diào)查方法。具體監(jiān)測(cè)分析方法如表1所示。

2.1毛蝦與中華假磷蝦監(jiān)測(cè)方法

采用蝦類專用拖網(wǎng)網(wǎng)具（網(wǎng)目：0.2cm～0.4cm，網(wǎng)口：寬約5m、高約5m）從海面中下層水體進(jìn)行斜拖作業(yè)，計(jì)算拖網(wǎng)的時(shí)間，每站拖曳時(shí)間10～15min，拖網(wǎng)時(shí)船速控制在1kn～3kn。網(wǎng)采集的標(biāo)本移至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行形態(tài)學(xué)分析。

利用聲納以走航式的方法采集浮游動(dòng)物的聲學(xué)信號(hào)，獲取浮游動(dòng)物的垂直遷移信息。在每個(gè)監(jiān)測(cè)站位使用聲吶探頭，以聲納儀器的方式收集有關(guān)浮游動(dòng)物-自由漂移的微觀海洋動(dòng)物的聲學(xué)數(shù)據(jù)。與光學(xué)方法或者傳統(tǒng)拖網(wǎng)方式相比，聲學(xué)方法具有快速高效，探測(cè)尺度大，原位可持續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)勢(shì)。對(duì)于浮游動(dòng)物來(lái)說(shuō)，典型值聲學(xué)反射值是-60dB，意味著入射到目標(biāo)上的10的能量將被反射回來(lái)。在監(jiān)測(cè)原理方面，一般的方法是把散射函數(shù)β看作是與入射和反射聲波有關(guān)的目標(biāo)的方向函數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

2.2棕囊藻監(jiān)測(cè)方法

棕囊藻單個(gè)體較小，未凝聚成團(tuán)前難以用浮游生物網(wǎng)采集，需要采用水樣法采樣。

水樣法使用采水瓶按預(yù)定水層和規(guī)定量在不同深度采取水樣，采樣間隔設(shè)定為2m～5m，涵蓋整個(gè)深度區(qū)間。如15m以淺采表、底二層水樣，水深大于15m可采表、中（10m）和底層三層水樣，各層采水200mL～500mL。不同深度的樣品最后可以混合在一起作為一個(gè)樣品代表整個(gè)水團(tuán)。

2.3尖筆帽螺監(jiān)測(cè)方法

水平生物拖網(wǎng)樣品采集采用淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)在海水表層進(jìn)行水平拖網(wǎng)。拖網(wǎng)完成后，從外側(cè)沖洗網(wǎng)衣，收集生物樣品，多次沖洗確保樣品完全收集，并加入根據(jù)樣品體積的5%加入甲醛溶液固定。所有網(wǎng)次獲取的樣品均進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分類鑒定，并稱重。若尖筆帽螺數(shù)量較多，則在各網(wǎng)次隨機(jī)抽取約 30 尾尖筆帽螺樣本以測(cè)量其體長(zhǎng)、體重分布范圍，體長(zhǎng)精確至1 mm，體重精確至 0.001 g，若數(shù)量較少，則全部樣本進(jìn)行體長(zhǎng)、體重測(cè)試。

2.4大型水母監(jiān)測(cè)方法

水平生物拖網(wǎng)樣品采集采用淺水Ⅰ型浮游生物網(wǎng)在海水表層進(jìn)行水平拖網(wǎng)。拖網(wǎng)完成后，從外側(cè)沖洗網(wǎng)衣，收集生物樣品，多次沖洗確保樣品完全收集，并加入根據(jù)樣品體積的5%加入甲醛溶液固定。所有網(wǎng)次樣品均進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)分類鑒定，并稱重。對(duì)于捕獲到的小型水母，記錄在其種類鑒定;對(duì)于大型水母，要進(jìn)行種類鑒定、數(shù)量統(tǒng)計(jì)和生物量計(jì)算。

3.基于致災(zāi)生物監(jiān)測(cè)的模型預(yù)警體系

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)海洋冷源致災(zāi)生物的監(jiān)測(cè)獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，當(dāng)監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)致災(zāi)生物大于閾值或水文生態(tài)環(huán)境超出閾值有可能產(chǎn)生生物爆發(fā)（如棕囊藻等），根據(jù)需要模擬的致災(zāi)生物類型選用不同的生物預(yù)測(cè)模型，較大型的致災(zāi)生物（例如毛蝦）短期內(nèi)生物生長(zhǎng)有限，只要受到水文流場(chǎng)的影響，采用拉格朗日粒子追蹤模型對(duì)其入侵路徑進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，較小型致災(zāi)生物，短期內(nèi)會(huì)大量爆發(fā)（如棕囊藻等），選用物理-生態(tài)耦合模型對(duì)其生長(zhǎng)、分布、轉(zhuǎn)移以及消亡過(guò)程進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。具體預(yù)測(cè)流程如圖1所示。

預(yù)警預(yù)測(cè)流程如下：當(dāng)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)出現(xiàn)致災(zāi)生物的密度超出閾值時(shí)，向模型提供范圍以及密度信息，自動(dòng)運(yùn)行致災(zāi)生物預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)模型，進(jìn)行24小時(shí)的海流預(yù)報(bào)以及致災(zāi)生物入侵路徑和分布情況預(yù)報(bào)，并對(duì)模型運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行可視化，如果致災(zāi)生物的路徑入侵到目標(biāo)海域?yàn)橹行陌霃揭欢ǚ秶鷥?nèi)，并具有一定生物密度，則發(fā)布海洋致災(zāi)生物的預(yù)警信息。

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通訊作者：曹深西、1988-03、男、河南商丘，廣東省海洋發(fā)展規(guī)劃研究中心、廣州、510000，漢族、工程師、碩士、研究方向（海洋資源環(huán)境管理與國(guó)土空間規(guī)劃

作者簡(jiǎn)介：申鍵、1979-03、男、漢族、廣東四會(huì)，、工程師、學(xué)士、研究方向（海域海島管理與海洋生態(tài)修復(fù)研究）