【生物科技公司】赤潮是发生于近海的一种生物性自然灾害是某些浮游生物尤其是单

（生物科技行业）赤潮是发生于近海的一种生物性自然灾害是某些浮游生物尤其是

单

课题组成员：郑钰、吴芳芳

孙映青、黄勤伟

指导老师：林宗进

引

赤潮——生物性自然灾害

赤潮是发生于近海的一种生物性自然灾害，是某些浮游生物尤其是单细胞浮游植物在适宜的环境条件下急剧增殖或聚集引起的生态异常现象。

浮游植物是海洋中最主要的初级生产者，也是海洋生物的饵料基础。因此，浮游植物的数量及其变化在很大程度上影响着海洋生物资源的盛衰。在适宜的光、温、营养盐的条件下将促进浮游植物的生长。然而，当某些条件，如营养盐特别丰富，只适于某些浮游植物生长时，则将可能导致该种植物迅猛发展并抑制其他种类的生长，形成所谓“赤潮”。”

赤潮发生时每毫升海水中会有成百上千个赤潮藻类细

胞。这些微小的有色藻类大量生长以至使海水变成红色、棕色、

甚至绿色、黄色。但是，还有许多有毒的水华并不使海水变色，

它也称为赤潮。反过来，改变海水颜色的并不一定是赤潮，无毒无害的藻类积累也可能改变海水的颜色。此外，还有一些浮游植物既不改变海水的颜色也不产生毒素，但却以其它的方式杀害海洋动物。因此，许多不同的现象都被归为赤潮。

影响概述

赤潮，在我国80年代后期，呈逐年增多的趋势，不少地区都受过赤潮灾害之苦。尤其是有毒赤潮发生时常伴有鱼贝等海洋生物的大量死亡。同时这些大面积的赤潮也使对虾养殖遭受了灭顶之灾。赤潮灾害使虾农尝到了赤潮灾害的切肤之痛，赤潮造成直接经济损失高达几亿元，是海湾或近海人工养殖的巨大威胁。此外造成的损失还有：零售业、餐饮旅馆及旅游业的经济损失，中毒生病的医疗费及工资损失，水质与海鲜品质检测的费用，公共告示、宣传费用，由恐惧担忧造成的后果等等。可见赤潮带来的灾害几乎对人们生活的方方面面都有影响。

成因概述

产生赤潮的原因很多，除了赤潮生物本身快速的繁殖能力以及结构性质外，还需要适当的外部条件:

（1）水体中有丰富的营养因子，包括溶解氮化合物，溶解磷化合物，

溶解硅酸盐，溶解铁盐、锰盐及其它几种微量金属盐，溶解维生素类及其它增殖促进有机物；

（2）海区的水文气象条件，如阳光强烈、水温升高、海水停滞、海面上空气流稳定都有利于赤潮生物集结，是出现赤潮的自然条件；（3）由于微生物分解有机物而消耗溶解氧，使水底层出现低氧或无氧水团，也会引起赤潮;

所有因素以复杂的方式相互影响，并影响藻类生长，从而影响赤潮的发生。值得一提的是，细菌或细菌的基团还可能对浮游植物毒素的产生起作用，科学家们的研究表明毒素也许是生活在浮游植物体内或体表的某种细菌产生的。

污染现状

在我国，随着工业的发展，特别是沿海工业和养殖业的不断增多，大量工业废水、生活污水和养殖业废水进入海洋，导致了赤潮污染不断加重。近年来，赤潮在我国沿岸海域的发生频率不断增加，范围也逐渐地扩大，危害日趋严重，已成为我国海洋经济进一步发展的制约因素之一。下面就我国邻海及厦门港海域的赤潮污染进行具体说明。

一、渤海

资料表明，1989年8月下旬，渤海第一次发生大面积赤潮，面积达200平方公里；1998年9月下旬，渤海再次发生大面积赤潮，面积达3000平方公里；1999年7月2日渤海又一次发生大面积赤潮。下面以1999年的渤海赤潮为例来看看我国东部沿海的情况：

（一）始料不及的灾害

这是一次始料不及的突发赤潮灾害，它从开始到消退只有4天—5天时间。7月2日，当海监飞机飞抵河北沧州市歧口附近海域时，发现海面以酱紫色为主，且呈不规则条带状分布，经监测，该海域发生赤潮，面积为400平方公里，当飞机飞抵塘沽大沽锚地附近时，再次发现同样的赤潮，面积约为25公里。7月3日，飞机再次起飞，发现赤潮面积又扩大趋势，经监测面积达500平方公里。7月4日，上午赤潮海域面积明显扩大，已达1500平方公里，范围在大沽锚地至歧口附近海域之间，当飞机向南飞至老黄河口外海域时，发现多年从未发生过赤潮的该海域同时发生赤潮，面积为400平方公里。7月7日中午，监测人员在赤潮发生区河北歧口附近海域取样发现，水体中赤潮生物种类为无毒的闪光原甲藻、佛氏翅甲藻、旋沟藻sp，均低于形成赤潮的密度，赤潮现象已消失。此外，据渤海沿岸有关省市海洋行政管理部门不完全报告，在大连湾、兴城菊花岛附近海域

也发生不同程度的赤潮。

（二）原因何在

渤海连续发生大面积赤潮是什么原因呢？除了赤潮生物的生物学因素外，还有一个被公认的环境因素，它分为自然和人为两部分。一份关于1998年黄骅赤潮研究报告指出：1）诱发黄骅赤潮的因素有：人海河流排污、虾池废水、人海石油等；2）诱发赤潮的条件有：气温偏高、海面无风、干旱少雨，阳光辐射、水动力条件等。

而1999年7月2日，渤海再一次突发赤潮，原因何在？

有关资料表明：当时正值北方高温天气，几条渤海西岸的主要排污河的沿岸，都能看见污浊的河水不停的向渤海流淌。在海河口船闸，船闸内外的海水混浊不清，白沫横生，且水面漂浮着一些垃圾污物。在这样长时间的高温下是极可能诱发赤潮的。

从监测的情况看，此次赤潮发生和发展的速度都很快，但持续时间较短，也与那几天连续刮风、降雨，温度降低有关。

二、厦门港

一、环境因素

（一）.水温

海水温度是海洋环境中最重要的生态因子之一，水温对生物的生活起着重要的作用。在适温范围内，当温度升高时加速生物的新陈代谢，增加繁殖速度。赤潮一般都发生在水温较高的季节。据报道，日本的赤潮一般发生在水温15–25摄氏度间，通常在20–25摄氏度时发生赤潮。厦门西港是一半封闭内湾，依靠潮流与外海进行交换。在不同季节里受到浙闽沿岸水及海峡暖流水等不同水系的影响。此外，由于湾内水浅，因此气温也对本海区水温产生一定的影响。

（二）.盐度

盐度是浮游生物生活的重要因素之一。许多报道认为，降雨引起的海水盐度下降是浮游生物异常繁殖的物理刺激因素，也是发生赤潮的重要因素。

厦门西港周围无大陆径流直接排入，仅九龙江水的间接影响。本海区的盐度，除受外海水影响外，降水也是一个重要因素。调查表明，其年平均盐度为28.30，其变范围在18.98–32.33之间。各月（大、小潮）盐度平均值示于表1、图1。由其可见，厦门西港的盐度以9月份最高（30.83），7–9月的盐度均在29以上，这可能是由于高温高盐的暖水入侵引起的。4月份最低（26.01），4月和6月海水盐度的均值均为26左右，这可能是由于降水引起了盐度下降。

调查海区盐度垂直变化的特点为底层一般比表层高0.5–1.0左右，但是在雨季的4月和6月相差较大，往往超过1。而盐度的平面分布则由湾口向湾内呈逐渐递减的趋势。

（三）.PH

海水的PH值是浮游生物生长繁殖的环境条件，同时浮游生物的生长繁殖也对海水中的PH值产生影响。当浮游植物大量繁殖时，由于光合作用增强，大量吸收二氧化碳将使海水的PH值增加；反之，当浮游生物呼吸或死亡分解产生二氧化碳将使PH值下降。通常海水的PH值在7.5–8.4之间。而厦门西港的PH在7.90–8.46之间，80%以上测站的PH值在8.00–8.30之间。各月PH的平均值变化如图4所示。由图4可见，表层PH 以5月份最高（8.31），10月最低（7.98），2–6月较高，均在8.2以上。8–10月为低值期，46%测站的PH<8.00。底层PH的变化趋势与表层的相似，但是底层的PH值普遍比表层稍低，这可能与底层光合作用较低且在底层有较大量的有机物分解有关。

PH的平面分布，在夏、秋和冬季分布较均匀，变化不大；春季则由湾口向湾内呈逐渐递增的趋势，以宝珠屿附近的水域为高值区（5月份PH在8.35以上），与此同时对照站（10号站）的PH仅8.09。这与此时在宝珠

屿出现赤潮，浮游植物生物量比对照海域的高，大量地吸收二氧化碳引起PH值升高相一致。

（四）.溶解氧及其饱和度、化学耗氧量

海水中的溶解氧含量是重要的生态因素，也是评价水质的重要指标。水中含氧量除与海洋物理、化学因素有关外，浮游植物的光合作用及生物的呼吸也能改变水中氧含量。以下是厦门港赤潮发生区溶解氧的情况：

1、时空变化特征

（1）含量特征

厦门西港每月大潮海水（表底层均值）溶解氧（DO）及氧饱和度的季节均值是春季最高，冬、夏季次之，秋季最低。氧含量及氧饱和度的最大值均出现于春季马銮海堤附近海域（17号测站）的底层。

（2）平面分布

图2显示出厦门西港各季大潮表层海水溶解氧含量均值的平面分布。春季溶解氧含量的分布趋势是马銮海堤附近海域的17号测站最高，逐渐向宝珠屿附近海域的12号站方向递减，且氧质量浓度的平面极差较大，相差达1.8mg/dm3。同样地，夏、秋两季溶解氧含量的分布趋势也是马銮海堤附近海域较高，逐渐向火烧屿和高集海堤涵洞口附近海域方向递减，但

氧质量浓度的平面极差较小，相差仅0.25–0.52mg/dm3。冬季溶解氧含量是宝珠屿以北海域较高，逐渐向邻近海域和火烧屿附近海域方向递减，其氧质量浓度的最大极差为0.92mg/dm3。

（3）周年变化

厦门西港溶解氧含量的周年变化如图3所示。图3表明，该海区溶解氧含量的分布是表层高、底层低。5月份出现了氧含量的最高值，9月份出现了最低值。

（4）周日变化

图4显示出1987年5月14–15日14号测站所观测到的氧含量的周日变化（表底层均值）。从图4可以看出，5月14日20时出现了氧含量的周日最高值，5月15日凌晨2时出现了最低值，其最大日较差值达2.72mg/dm3。显然，这可能是由于浮游植物的光合与动物呼吸协同作用的结果。

2．与浮游植物数量的关系

图3显示出1987年1–12月厦门西港大潮海水溶解氧含量与浮游植物数量的关系。从图3可以看出，春、夏两季调查区（11–18站）溶解氧含量的变化趋势基本上与浮游植物的消长相一致。所以赤潮发生期间，该海

区溶解氧的变化主要是受浮游植物活动所控制。

3．与水温、盐度的关系

图5显示出赤潮发生期间宝珠屿海域（13、14、16站表底层均值）溶解氧含量与水温和盐度的关系。从图6中可以看出，在赤潮发生期间水体中溶解氧含量与盐度部分呈现正相关趋势，而与水温几乎无关。显然，这种关系是由于生物效应对溶解氧的影响掩盖了物理效应。然而，尽管如此，该海区溶解氧含量的季节变化规律与水温和盐度的季节变化规律仍然相反（图6），它们的季节均值存在着良好的负相关关系（冬季的1–2月只观测表层海水）：DO=39.53—1.15S(r=-0.95,n=7)；

DO=12.88—0.26t(r=-0.95,n=7)

由此可见，在赤潮发生期间，该海区溶解

氧的变化主要是受浮游植物活动所控制，大致

与浮游植物兴衰相对应。3、5月份由于浮游植

物的迅速繁殖生长，光合作用增强，使得春季

溶解氧含量高于冬季、夏季和秋季。但该海区

溶解氧的季节变化仍然是受水体的温度、盐度

所控制。

4．与三氮、无机磷、PH值和化学耗氧量

（COD）的关系

营养盐是浮游植物赖以生存的物质基础，

浮游植物繁殖生长消耗了水体中的营养盐，但浮游植物的消亡，有机质的分解可以使之获得再生。在这个生化循环的过程中，海水中的溶解氧也发生了变化，它与营养元素有着非常密切的关系。从图7可以看出，该海区溶解氧含量与氮（呈现出明显的负相关。这表明浮游植物的大量繁殖生长，摄取了水体中大量的氮，在强烈的光合作用下放出相当量的氧，因而使得水体中氮的含量迅速下降，氧含量急速上升。浮游植物消亡、有机质分解，消耗了氧，释放出氮，使水体中氮含量上升、氧含量下降。然而，该海区溶解氧含量与磷的关系却比较复杂，有时呈现正相关，有时呈现负相关。显然，这种关系可能同该海区的N/P（原子比）值有关。海洋浮游生物体和大洋中的N/P比值一般恒定在16：1，偏离过高或过低都可能引起浮游植物的生长受到某一相对低含量元素的限制。

厦门港赤潮发生区每月大潮表层海水N/P的年均值为61：1，在赤潮发生期间所进行的13个航次的跟踪观测中，宝珠屿海域（13、14、16站表底层均值）N/P的均值为57：1。显然，这个比值对浮游植物供求关系来看，

N显得过剩，而P似乎显得非常紧缺。因而P成为该海区浮游植物生长的限制因子，一旦水体中得到适量P的补充，浮游植物就大幅度的增殖。在水体中P得不到补充或补充不足的情况下，浮游植物的繁殖生长既消耗了水体中的P又放出氧；浮游植物的消亡、有机体的分解既消耗了氧又释放出P，因而使水体中的氧同P呈现负相关。

在赤潮发生期间，水体中的溶解氧含量与COD、PH值呈现明显的正相关（图8、9）。

（五）.营养盐

浮游植物的生长繁殖除了需要二氧化碳和水进行光合作用外，也需要吸收一定的N、P、Si等营养盐。适量的营养盐将促进植物的生长繁殖；然而，过量的营养盐将促使某些种类的浮游植物迅猛地生长繁殖并形成赤潮。因此，富营养盐是发生赤潮的物质基础。

1．硝酸氮

调查海区硝酸氮的平均含量为9.00mol/dm3，

其范围在1.42–32.30umol/dm3之间。硝酸氮的月

平均含量及范围如表3和图10所示。由其可见，表、

底层的硝酸氮均以4月份最高（表层19.76umol/dm3），

2月份最低（3umol/dm3）。这可能是4月份为雨季，

中旬雨量总计约达100mm,把陆地的许多有机物带入

海中，加之此时浮游植物数量较少，所消耗的营养

盐少，因此海水中的硝酸氮高。由图还可看出，10

月至翌年1月也是硝酸氮的高峰期，这与该阶段的低浮游植物数量有关。在浮游植物最高峰的5月份，仍保有5umol/dm3以上的硝酸氮，这说明本海区的氮比较丰富。硝酸氮的平面分布，在高硝酸氮的秋、冬（10至1月），湾口和湾内的含量相差不大，且与对照站也大致相同，这说明在此段时间内高营养的沿岸流在本海区起主导作用。在浮游植物大量繁殖的3至6月，一般湾口稍高于湾内；7至9月，硝酸氮含量较低（3—5umol/dm3）,分布较均匀。

2．亚硝酸氮

调查海区亚硝酸氮的平均含量 1.63umg/dm3，范围在0.18—5.55umg/dm3间，以10月最高，平均值达4.49umol/dm３，4月和10—12月的亚硝酸氮都在1.5umol/dm３以上，其他月份都在1umg/dm3以下。

3．氨氮

氨氮的平均含量为3.94umol/dm3。范围在

0.00—17.10umol/dm3之间。氨氮的月平均含量

示于表4和图11。由图、表可见，氨氮的变化较

大，9月至翌年1月份为氨氮的高峰期，其含量

在6umol/dm3以上，2月份最低仅0.37umol/dm3，

其余的月份在2umol/dm3左右。

由以上三种形式的氮的总和得出“三氮”的

年含量为14.98umol/dm3。各月“三氮”的平均

含量示于表5，由表可见，10—12月为>21umol/dm3

的高峰期，其他月份在7—21umol/dm3之间。按上述评价富营养化的标准，本海区的无机氮的含量达到轻度富营养化(>12umol/dm3)的标准。

4．活性磷酸盐

活性磷酸盐（以下简称磷）是浮游植物生长繁殖的重要元素，尤其在中国南方海区一般都存在着富氮乏磷的现象，磷在这些海区往往成为浮游植物生长繁殖的限制因子。

（六）.底质有机质和硫化物

底质中的有机物和硫化物能较稳定地反映海区的有机污染状况。本调

查对10个测站的底质有机质和硫化物测定结果列于表6。有机质含量在0.84—2.26%(m/m)之间，平均含量为1.75%(m/m)；硫化物均值为239*10-6(m/m)。从有机质和硫化物的平面分布可以看出，从13号站以北至湾顶区域的含量比较高，13—18号站有机质的均值为2.0%(m/m)。13—18站的硫化物含量一般都在0.1*10-3（m/m）以上，17号站竟高达1.01*10-3（m/m）。根据日本海域营养等级的划分,认为底质中硫化物含量在(0.03～0.3)*10-3(m/m)间为富营养水域。因此，宝珠屿海区是值得重视的海区。从表6还可以看出,从1985至1987年,海区的有机质和硫化物的含量也有逐年增加的趋势,尤其是13～18号站的海域较为明显。至于1987年11号站和12号站的有机质和硫化物含量比历年偏低，这可能是由于这段时间附近正在进行港口的建设，大量填土可能影响了测站的底质。(七)浮游植物

本次调查初步鉴定出浮游植物110种，其中硅藻93种、甲澡13种、金澡2种、蓝藻2种。以8月份种类最多，达63种；3——9月都在35种以上；1月最少，仅13种。这些种类大多为广温或暖水近岸种。在这110种浮游植物中，可形成赤潮的种类有41种，其中硅藻29种，甲澡12种。

1、浮游植物的数量变化

调查海区的浮游植物不仅种类繁多，而且由于气候温暖，阳光充足，营养盐丰富，因此浮游植物数量也较大。

2、浮游植物的季节分布

浮游植物数量的平面分布各月不尽相同，现仅用2、5、8和11月作为季度代表月。这4个月的平面分布图示于图12。由图中可以看出，2月和11月份不论湾内湾口浮游植物数量分布比较均匀，而且与对照的10号站差别不大，甚至湾内的数量比对照站更低。在浮游植物异常繁殖的5月份，13号站以北的海域浮游植物的数量均比海口的11、12号站高，其中尤以宝珠屿——马銮湾口一带最高，11—18号站的数量也都比照站高得多。8月份的平面分布比较均匀，但仍可看出海堤附近的15、18号站比较高。

3、浮游植物的周日变化

由于厦门西港的海水主要受潮汐的影响，因此浮游植物的周日变化较为明显。厦门西港浮游植物周日变化的几个特点：1）不论白昼或夜晚，高平潮时恰好是浮游植物数量的最小值，这可能是由于外海水的浮游植物数量少，高潮时外海水起到稀释湾内浮游植物的作用，导致浮游植物浓度降低;2）浮游植物的数量与氧饱和度呈较好的正相关关系，浮游植物的两次低值期正好也是溶解氧的最低值，溶解氧的高值期也基本上与浮游植物的

高值期一致；3）浮游植物的数量和硝酸氮成较好的负相关关系，尽管浮游植物的高值期由于消耗大量的硝酸氮，使硝酸氮的含量变为最小值，但是此时硝酸氮仍保留约6umol/dm3的硝酸氮，此时的叶绿素a的含量高达25.0mg/dm3,浮游植物的细胞数高达4.5*106个/dm3,这说明本海区的氮是富余的；4）浮游植物的数量尽管与活性磷酸盐的关系不如硝酸氮那么明显，但仍可以看出在浮游植物最高峰处正是磷酸盐的最低值，此时的磷酸盐已被植物消耗殆尽，此后由于磷的缺乏致使浮游植物的数量不可能恢复到前面的高峰，这也说明磷酸盐是本海区浮游植物大量繁殖的主要限制因子之一。从磷酸盐的周日变化还可看出，磷酸盐的含量在退潮开始后逐渐上升，至低平潮前2h达到最大值，这可能是由于退潮时海水冲刷潮间引起底质中磷释出，此问题有待于今后进一步研究证实；（5）浮游植物与叶绿素成较好的正相关关系。

4．叶绿素a

叶绿素a存在于一切浮游植物中，是植物进行光合作用最重要的物质。因其测定方法简便，目前国际上常利用海水中叶绿素a的含量来象征浮游植物的生物量。在海洋环境质量评价中也常用叶绿素a的含量作为评价富营养和发生赤潮的指标，一般认为叶绿素a在1—10mg/m3时为富营

养，>10mg/m3为过营养。

从图13中可以看出13、14、16号测站的叶绿素a随时间变化很大，且与浮游植物的变化趋势很相似。虽然某些时候如8月22日叶绿素a的增幅不如浮游植物那么大，但总的趋势很吻合。因此，叶绿素a可作为赤潮调查的有用指标。从图13还可以看出，3月份以后，叶绿素a>10mg/m3的峰一个接着一个，这也说明本海区为富营养化的海区，如果条件具备很容易形成赤潮。

二．赤潮发生过程的观察

根据厦门西港赤潮的发生过程，可以看出形成这次赤潮的几个特征：1．雨后放晴是形成赤潮的主要因素。如果雨后又遇阴天则浮游植物数量变化不大；但是如雨后，特别连续2—3d降雨之后又遇连续的几天晴好天气，引起气温、水温明显回升，利于浮游植物生长繁殖，可能发生赤潮。2．降水引起大量陆地有机物质入海是赤潮发生的重要因素。调查结果表明，厦门西港的营养含量比较高，属轻度富营养，能维持较高的浮游植物生物量，但一般不易发生赤潮，而如果大量降水把陆地的大量有机物排入海中，使营养盐特别是磷的大量增加则可能发生赤潮。

3．降水引起海水盐度下降是浮游植物异常繁殖的重要因素。

4．海水中的微量金属Fe、Mn的增加也是形成这次赤潮的因素之一。Fe、Mn是诱发这次赤潮的重要因素。

5．从这次赤潮我们还可以看到，由于浮游植物的异常增殖引起了海水中的某些物化因素的明显变化，如溶解氧和PH的增高、COD上升等现象出现。在赤潮调查过程中我们也可以从这些因素的变化来判别赤潮发生情况。

措施

海域环境污染和富营养化是赤潮发生的重要条件，而引起水体严重污染的原因主要是城市工业废水、生活污水、农田排水和养殖废水的排放。要减少赤潮发生就要严格控制排入海域的污染物量，污水排放前先经污水处理厂处理，使污染物的含量低于一定标准才能排放，充分利用海洋自净能力。还要加强对船舶压舱水和石油钻井平台的管理，确保海洋环境的良好。

此外，浮游植物的这种非正常增殖还不能加以调节和控制，而目前最有效的防御手段是信息的传播和沟通。如丹麦已通过计算机国际互联网络Internet传递有关信息，如浮游植物生物量、赤潮发生时的范围及程度等。挪威采用先进光导纤维传感器监测环境变化，并通过卫星的MARINET系统传输数据，此外养鱼户每个星期都要观测藻类的浓集程度和水的清晰度。