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对浒苔生物入侵及其成灾的探究
发表日期:2013-12-02   浏览次数:2546

 

 

 

 

 

对浒苔生物入侵及其成灾的探究

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             学生姓名:  管兆康

 

            指导老师:  林慧

 

               选送学校:育才中学

 

                   时    间:2009.11

 

 

 

对浒苔生物入侵及其成灾的探究

 

摘要:我家住在海边,经常跟随爸爸到海边散步,从2007年起我们就注意到了浒苔对青岛的影响,2008年开始浒苔入侵青岛海域的生物量突然增大,对即将举办的奥帆赛造成很大影响,在抗击浒苔灾害过程中动用了大量人力物力,浒苔大量聚集形成灾害成为目前全球关注的热点问题。在抗击浒苔灾害期间,我多次来到中国海洋大学和中科院海洋所实验室学习,跟随专家和老师到海边实地考察,利用生物课学到的“人类活动对生物圈的影响”等知识,对浒苔生物入侵现象展开调查,就浒苔生物学特征、繁殖方式以及对黄海生态系统的栖息地侵占问题进行了研究和分析,初步认为:人类活动增加和气候变化,导致浒苔多样繁殖和种群扩张,造成浒苔在黄海近岸、近海潮间带和养殖系统广泛侵占。

关键词:浒苔;栖息地;生物入侵;生态灾害

 

海洋外来生物入侵连同海洋污染、渔业资源过度捕捞和生境破坏,已成为世界海洋生态环境面临的问题之一。随着沿海经济发展以及全球气候变暖的因素的影响,海洋生态系统发生了巨大的变化,海洋污染加剧、海洋荒漠化、海洋生物栖息地丧失已造成了海洋生物多样性的降低,同时,部分海洋生物快速扩张,导致了生态系统脆弱,生物种群结构单一等生物入侵问题已成为我国海洋生态保护的热点问题。入侵种与土著生物争夺生活空间、对土著生物造成遗传污染、导致海洋生态灾害加剧等问题已成为我国海洋生态保护的重要工作。

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图1. 2008年青岛浒苔绿潮自然灾害

大型海洋绿藻大量增殖的现象,象绿色的潮水,所以也被称为“绿潮”。从二十世纪八十年代开始,美洲的美国、加拿大,欧洲的丹麦、荷兰、法国、意大利,亚洲日本和菲律宾等国家,均持续爆发了石莼科海藻引起的“绿潮”。近年来,其频率和发生地理范围呈增长趋势。2007年以来,我国黄海南部连续发生了浒苔大规模聚集增殖的绿潮自然灾害,对山东省近海、尤其是青岛海洋社会经济发展产生的重大的负面影响(图1)。2008年,青岛打捞的浒苔就达到79万吨,造成13.22亿元的直接经济损失。如何提高对浒苔引发的海洋生态学问题的科学认识,是保护海洋、开发海洋的重要途径。

 

一、浒苔成灾生物学机制

浒苔藻体呈鲜绿色或淡绿色,由单层细胞组成之中空管状体,藻体长可达1-2m,直径可达2-3mm(图2)。浒苔主要生长在沿海高中潮带岩礁上,在我国南、北方各海区均有分布。

浒苔的繁殖方式多样,具有有性繁殖、无性繁殖两种类型,包括了孢子生殖(图3)、配子生殖(图4)和营养生殖(图5)3种方式。在营养生殖中,藻体细胞不产生生殖细胞,通过有丝分裂直接产生新的藻体。专家认为青岛近海漂流聚集的浒苔是以营养生殖的方式不断进行藻体增殖。

在自然情况下,浒苔绿潮发生的原因主要是受海洋气候环境影响,藻体大量增殖后随潮汐、大风过程藻体断裂后聚集到近岸。浒苔在长时间漂浮状态下连续增殖,在风场、流场作用下大规模聚集并在大范围内漂移的现象较为罕见。这种现象首先是在环境条件适宜的情况下形成的,浒苔藻体是单层细胞构成的中空管状,在进行光合作用中,藻体释放氧气形成气泡,增大了藻体的浮力,使其漂浮于表层海面上;表层较强的光照进一步促进了藻体光合作用,使其大量生长,不断分生出新枝。

同时,由于表层风浪的冲击以及藻体主枝老化导致藻体碎裂,形成了藻段,进一步丰富了密度、增加了其分生增殖能力和光照、营养环境利用条件,生长速度不断加快,并在表层风场、流场和潮汐作用下,由小块的藻团不断聚集,形成大的连片不断继续增殖。根据测算,海面聚集漂浮的浒苔日生长速率可达到10%-37%,在实验室内条件下,日生长速率也达到了23%。浒苔对环境的适应能力较强,其适宜生长的条件为盐度7.5~50、温度10~30℃、pH值6~10。

2008年浒苔自然灾害发生期间,发生了一些有趣的现象,浒苔发生了由海面漂浮状态向海底下沉状态转变。主要是在2008年7月份持续一周阴雨天气,导致光合作用能力下降以及藻体色素萎缩和细胞死亡,将使漂浮海面浒苔沉降至海洋中下层水体。

 

二、浒苔生长发育实验

1、浒苔生长环境实验

我和爸爸到实验室,挑选生长状态良好的浒苔,用过滤消毒海水清洗2~3 次,去除原生动物和附生生物,之后放入500mL烧杯中培养。实验温度设置15℃、20℃、25℃三个不同温度,盐度设置10‰、35‰、40‰三种浓度,光照强度设置3000lux、5000lux、7000lux三个亮度(lux是光的量度单位)。不同培养条件下的浒苔单株,2天后藻体开始出现放散,最迟出现放散的处理组的时间为4天。藻体放散时能观察到明显的极性,植株首先从一端开始放散,放散后藻体发白,随着放散继续进行,慢慢的整个藻体都变为白色。通过显微镜,我观察了浒苔藻体的放散情况,并且计算了排空率(表1)。利用得到的数值和实验室老师给出的分析计算公式,利用计算机软件对数据进行了简单的统计分析(表2)。


 

表1. 浒苔藻体排空率的计算

温度

盐度

光强

                观察值(藻体排空率)

15℃

10‰

3000lux

0.957

0.955

0.873

0.925

0.887

5000lux

0.954

0.872

0.851

0.897

0.867

7000lux

0.813

0.879

0.993

0.952

0.938

35‰

3000lux

0.663

0.808

0.904

0.673

0.16

5000lux

0.97

0.874

0.771

0

0.902

7000lux

0.861

0.768

0.542

0.761

0.691

40‰

3000lux

0.702

0.149

0.179

0.119

0.833

5000lux

0.667

0.793

0.815

0.696

0.733

7000lux

0.332

0.628

0.367

0.63

0.732

20℃

10‰

3000lux

0.976

0.788

0.922

0.7

0.586

5000lux

0.984

0.977

0.933

0.916

0.386

7000lux

0.905

0.959

0.92

0.945

0.932

35‰

3000lux

0.86

0.786

0.802

0.704

0.605

5000lux

0.935

0.963

0.289

0.379

0.273

7000lux

0.53

0.564

0.644

0.61

0.458

40‰

3000lux

0.359

0.271

0.366

0.256

0.209

5000lux

0.958

0.964

0.76

0.936

0.912

7000lux

0.052

0.059

0.083

0.767

0

25℃

10‰

3000lux

0.98

0.958

0.968

0.938

0.95

5000lux

0.926

0.962

0.902

0.946

0.943

7000lux

0.968

0.914

0.966

0.958

0.956

35‰

3000lux

0.44

0.765

0.703

0.765

0.868

5000lux

0.238

0.397

0.198

0.119

0.952

7000lux

0.984

0.282

0.718

0.735

0.804

40‰

3000lux

0.938

0.937

0.896

0.9

0.872

5000lux

0.896

0.973

0.96

0.907

0

7000lux

0.999

0.999

0.999

0.999

0.999

 

表2.温度、盐度和光强3个因子对浒苔配子和孢子放散影响的方差分析

变异来源            自由度  离差平方和   均方        F值           F0.05         F0.01

温度                   2      0.595      0.298      7.095**        3.09      4.82

盐度                   2      2.140      1.070      25.476**       3.09      4.82

光照强度               2      0.032      0.016      0.381          3.09      4.82

温度×盐度             4      1.004      0.251      5.976**        2.46      3.51

盐度×光强             4      0.778      0.195      4.643**        2.46      3.51

温度×光强             4      0.787      0.198      4.714**        2.46      3.51

温度×盐度×光强       8      0.901      0.113      2.690*         2.03      2.69

误差                  108     4.578      0.042

注:“*”差异显著;“**”差异极显著

 

观察和分析表明,温度、盐度和光照强度对浒苔的生长都有极显著影响。从平均值来看,不同温度造成的组间差异最大,这说明浒苔生长对温度的变化最敏感;其次是盐度,对浒苔的生长影响也较明显;相对而言,光照强度对其生长的影响没有前两者强烈。这种对环境条件简单的适应能力,是浒苔种群在青岛快速扩张的原因。

2、浒苔生殖发育观察

暑假的期间,我再次来到实验室,在实验室老师的指导下进行了浒苔生殖发育方面的观察,并做了详细的数据记录(表3)。通过对来自34个采样点的浒苔进行显微观察发现,浒苔放散的生殖细胞包括2根鞭毛配子(n)、4根鞭毛游孢子(n)和4根鞭毛合子(2n)的三种类型。生殖细胞的种类与“藻体单株培养和多株培养”没有显著关联性,这说明上述采样获得的浒苔中即包括了单一生活史类型也就是全部为配子体或全部孢子体,也包括了配子体和孢子体混合的类型。其中,第二种类型是一种生活史类型藻体附着生长在另一世代的个体上形成的。多种生殖方式并存的现象,是浒苔快速增殖的主要因素。

表3. 浒苔放散生殖细胞鞭毛数统计

采集地

编号

藻体情况

放散细胞鞭毛数

连云港青口盐场

200903016

多株

2根,有融合现象

连云港青口盐场

200903023

多株

4根

连云港青口盐场

200903039

多株

2根,有融合现象

连云港台北盐场

200903050

单株无分枝

4根

连云港台北盐场

200903051

单株有分枝

2根,有融合现象

连云港台北盐场

200903061

单株有分枝

2根,有融合现象

连云港台北盐场

200903064

单株无分枝

2根

连云港台北盐场

200903065

多株培养

2根,有融合现象

连云港台北盐场

200903074

单株分枝多

4根

连云港台北盐场

200903076

多株

4根

连云港台南盐场

200903079

多株

4根

连云港台南盐场

200903087

单株无分枝

4根

连云港徐圩盐场

200903105

单株有分枝

4根

连云港张跳

200903109

多株

2根,有融合现象

连云港灌西盐场

200903117

单株无分枝

4根

连云港灌西盐场

200903119

单株有分枝

4根

连云港灌东盐场

200903142

单株有分枝

2根,有融合现象

盐城灌东盐场

200903156

单株无分枝

2根

盐城海通-双洋河口

200903180

单株有分枝

4根

盐城射阳盐场

200903195

单株有分枝

2根,有融合现象

盐城港龙闸

200903232

单株有分枝

2根,有融合现象

盐城长沙港镇

200903253

单株有分枝

4根

南通五七农场

200903264

单株有分枝

2根,有融合现象

南通启东盐场

200903300

单株无分枝

2根

盐城东沙养殖区

200903303

多株

4根

江苏盐城近海

200905033

多株

4根

盐城大丰

200907016

单株有分枝

2根+4根(30.4%+69.6%)

盐城大丰

200907018

单株有分枝

2根+4根(20%+80%)

盐城大丰

200907035

单株有分枝

2根+4根(80%+20%)

盐城大丰

200907058

单株有分枝

2根+4根(60%+40%)

青岛石老人

200907178

单株有分枝

2根+4根(65%+35%)

青岛小麦岛

200907180

单株有分枝

2根+4根(45%+55%)

江苏

200907507

单株有分枝

2根+4根(30%+70%)

青岛小麦岛

200907722

单株有分枝

2根+4根(71.4%+28.6%)

 

 

三、浒苔群体繁衍及对栖息地的生物入侵

浒苔多样的生殖方式对其种群的扩张起到极其重要的作用。在温度、光照等条件适宜情况下,其可在24~48小时内迅速由生长状态转化为生殖状态,在72~96小时以内,,每个细胞可转化出16~32个生殖细胞,实现了其种群数量的快速繁殖。

从调查情况来看,浒苔广泛分布于山东日照至江苏南通近海的各类池塘、河口与水渠、紫菜养殖区内,显示出生物入侵对海洋生态系统的显著影响。2009年夏季对江苏连云港、盐城、南通近海进行了9个站位调查,发现上述区域浒苔形成了连续增殖的现象,并对近海、池塘、养殖区栖息地形成规模化的入侵(图6,图7,图8,图9)。

这种入侵现象,往往是发生在人类生活和生产较为活跃的地区,如海边的晒盐池、养殖池塘、紫菜养殖区。在我们开发海洋环境与生物资源的过程中,并没有充分地考虑到保持生态系统的平衡,无意中为一些生物的入侵创造了条件,而这些生物非常适应这些人类创造的环境条件,而且没有天敌的制约,就可以很快的繁殖起来,形成非常大的数量,最后形成了人类无法控制的灾害。

图6. 浒苔对河口区的入侵(2009年4月)      图7. 浒苔对近海养殖系统的侵占(2009年4月)

图8. 浒苔对近海生态系统的入侵(2009年9月) 图9. 浒苔对近海养殖系统的入侵(2009年9月)

2009年7月在青岛小麦岛近岸对水样以及潮间带礁石进行观察分析,在礁石上观察到有浒苔附生(图10,图11);在水体中未观察到有浒苔生殖细胞的存在,但在漂浮浒苔藻体附近观察到有浒苔生殖细胞存在(图12)。这有可能会导致浒苔绿潮在青岛地区扎下根来,形成连续的灾害。而在最近的几年里,春夏季气温偏高等气候变化问题特别明显,这为浒苔快速繁殖和生长提供了非常有利的条件,另外,富营养化也成为浒苔大量生长的主要养分。这些人类活动增加和气候变化造成的浒苔对近海生物入侵问题,应该引起我们的关注和重视。

图10.青岛近岸礁石定生浒苔(2009年7月)

 

 

 

 


图13. 浒苔对青岛近岸生态系统的入侵(2009年7月)

 

 

 

 

图11. 浒苔对青岛近岸生态系统的入侵(2009年7月)

图12. 青岛近岸浒苔生殖排放(2009年7月)

 

四、结语与建议

随着人类社会生活活跃、全球气候变化等的影响,生物种类异常增殖及其快速扩增,形成了很多生物入侵的情况,严重影响到了人类的社会生活。例如大米草对我国福建、广东近岸的生物入侵导致生态系统破坏,水葫芦在长江、珠江流域及湖泊大量繁殖对航道运输产生了重要的阻碍,蓝藻在太湖、滇池发生的水华对当地居民饮用水造成的危害,东海大面积赤潮对养殖业产生了重要的损害等等。如何保护自然,实现人类与自然的和谐发展,这是21世纪全世界人民共同的主题。海洋资源并非取之不尽,用之不竭。如何衡量开发与保护、发展与环境的利弊得失关系,是保护海洋与生物多样性持续利用的关键。由于人类社会生活及生产活动的增加,水质污染引起海洋环境的变化,使生物之间及生物和非生物之间相互关系被打破,某些物种因失去制约机制而会大量繁殖,会造成很大危害。在我们青岛,2007、2008和2009年度发生异地发源的浒苔绿潮,这种异源生物种类对近岸池塘、潮间带、近海养殖系统的不断扩张,已成为持续性的海洋生态灾害,尤其是对青岛人民社会生活、旅游业等海洋社会经济事业造成严重的威胁。

浒苔本来是一类富含蛋白质的可食用的大型海藻,但在青岛却形成了灾害。怎样才能形成海洋与人类的友好共处、共存和共同发展?我们需要更好的学习海洋知识,提高全社会热爱海洋、保护海洋的意识。只要我们携起手来,以主人公姿态迎接21 世纪这一海洋世纪,人人为建设“海上中国”出一把力,提高海洋环保和海洋科技意识,使人类成为海洋、海洋生物的真正朋友,丰富的海洋生物资源便会为人类持续利用下去。浒苔会再成为我们的好食物,明天也会更好。

 

参考文献

[1]梁玉波,王斌。中国外来海洋生物及其影响。生物多样性

[2] 曾呈奎,张德瑞,张峻甫等。《中国经济海藻志》。北京,科学出版社,1962。

[3] 梁宗英,林祥志,马牧,张静,闫晓波,刘涛。浒苔漂流聚集绿潮现象的初步研究。中国海洋大学学报,2008,38(4):601-604。