赤潮(Harmful Algal Blooms, HABs)是一些海洋微藻、原生动物或细菌在一定环境条件下在水体中暴发性增殖或聚集, 并使海水变色的一种生态异常现象^[1]。赤潮的发生会引起海洋生态过程的异常变化, 对海洋生态环境、渔业、水产养殖业, 甚至人体健康造成危害^[2-3]。因此, 赤潮成为世界沿海国家重视的海洋环境灾害之一, 国内外学者对其进行了大量研究^[4-7]。

我国赤潮研究相比国外较滞后, 近代的赤潮记录从1933年开始, 1970年之前的赤潮记录不连续, 存在数据遗漏问题。随着赤潮事件的发生频率和影响面积增加, 以及国家对赤潮监测工作逐渐系统化, 赤潮记录明显增多, 赤潮发生特征和规律逐渐显现。与20世纪我国赤潮发生频次从北到南递增的趋势不同^[8], 进入21世纪后, 赤潮灾区中心有北移的趋势^[9]。许多学者虽已针对我国各海区和不同海域赤潮发生的时空分布特征做了研究^[10-13], 但缺少可视化效果。应用GIS技术分析可以更直观地了解赤潮发生特征和风险。Wu等^[14]用核密度估计、最近邻距离分析揭示渤海湾北部近岸和黄河口是渤海湾赤潮频发区, 赤潮在空间分布上呈聚类分布格局; 宋南奇等^[15]分析渤海海域65年的赤潮事件, 结果表明赤潮分布范围有由近岸海域向渤海中部扩散的趋势; 刘录三等^[16]发现长江口及其邻近海域的赤潮发生频率有明显上升趋势, 赤潮发生集中在长江口外佘山、花鸟山-嵊山-枸杞、舟山等附近及朱家尖东部海域。

福建省是我国的海洋大省, 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^[17], 其中闽三角海域是福建省赤潮高发区。为减少赤潮对闽三角海域生态的损害, 加强对赤潮的监测与管理, 本文收集闽三角海域自1986年有赤潮发生记录以来的赤潮事件, 利用GIS技术对其进行时空分析, 以可视化的方法展现和认识闽三角海域赤潮发生的时空分布及其特征, 为该区域的赤潮风险分析和预防提供依据。

1 数据和方法 1.1 研究区概况

闽三角城市群是福建乃至中国东部地区最具活力的经济区域之一。随着工农业的迅速发展和人口的城市化, 加之这个地区独特的自然地理环境条件, 尤其厦门是海湾型城市的典型代表, 导致城市近岸海域频繁发生赤潮, 严重危害了生态平衡、渔业生产、滨海旅游甚至人体健康。本研究选取闽三角近岸海域为研究区。其中, 厦门海域包括西海域、同安湾、九龙江口海域、东部海域等, 总面积约1 288 km², 海岸线全长234 km。漳州海域面积1.86万平方公里, 包括佛昙湾、浮头湾、东山湾、诏安湾、东碇海域, 海岸线蜿蜒曲折, 长达715 km, 居全省第三位。泉州海域面积1.136万平方公里, 拥有海岸线541 km, 有泉州湾、湄洲湾、深沪湾、围头湾四个港湾。

1.2 数据来源及研究方法

数据来源于两部分, 一是来源于福建省海洋与渔业厅每年发布的《海洋环境状况公报》^[18], 收集了2000~2017年闽三角海域发生的赤潮事件; 二是来源于有关闽三角海域赤潮研究的著作与论文^[19-20], 整理了1986~1999年的赤潮事件(表 1)。本研究通过对闽三角海域赤潮发生的时空分布进行总结分析, 并利用ArcGIS10.2及Excel软件对相关数据进行处理。

2 结果与分析 2.1 赤潮发生时间特征分析 2.1.1 赤潮发生年际特征

据统计, 1986~2017年闽三角海域有记录赤潮共98次, 平均每年发生约3次, 累计影响面积约3 125.5 km², 平均每年影响面积约104 km²。从图 1可以看出, 整体上赤潮规模呈现出缩小的趋势, 赤潮每年发生次数处于波动中, 且在三市发生的次数不均匀。厦门市赤潮发生次数在2003年、2005年、2006年分别为7次、8次、6次, 而近几年来赤潮发生次数减少。泉州市自2012年连续6年共发生13次赤潮, 其中有毒赤潮4起; 漳州市赤潮发生次数波动性相对平缓。

近年来赤潮发生次数增加的原因可能与闽三角近岸海域水质变差有关。闽三角地区主要港湾局部海域高密度的网箱养殖、海水养殖废弃物和生活污水排放加重了港湾的污染, 水体富营养化程度越来越高, 如厦门港为严重富营养化, 同安湾为重营养, 无机氮、活性磷酸盐含量均超过《海水水质标准》(GB3097-1997)的第四类标准^[18]。而氮磷等营养物质的陆源输入是赤潮发生的基础^[21]。此外, 水文气象条件的变化是赤潮暴发的诱因, 年际气候的变化引起赤潮发生频率的变化, 尤其是暖冬和春季回暖的年份更可能发生较多的赤潮事件^[22]。还有研究认为, 太阳黑子活动和地震、火山活动所产生的电磁波刺激或促使赤潮生物迅速繁殖可能是引起赤潮多发的原因之一^[23]。2003年是太阳第23活动周的高峰年, 这年中国海域共发生119次赤潮^[24], 出现历史最高纪录。闽三角海域于同年发生9次赤潮, 也是该海域历史最高纪录。

2.1.2 赤潮发生月际特征

闽三角海域赤潮发生存在明显的季节规律(图 2), 赤潮发生次数和面积的月度变化都呈现出一个从起始到高峰最后衰退的过程。闽三角海域的赤潮1、2月份就有可能发生, 从4月份开始逐渐增多, 其中5月到7月是赤潮的高发期, 之后逐渐回落。由于不同藻类具有不同的温度响应机制, 对温度变化的适应能力有差异^[25], 例如血红哈卡藻(Akashiwo sanguinea)、中肋骨条藻(Skeletonema costatum)为广温广盐性藻种, 在温度较低的条件下也可生长, 从而形成各月几乎均有赤潮发生。但不同月份的水文气象要素特征不同, 各月赤潮发生频率又各自不同。闽三角海域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。闽三角海域赤潮高发期在5~6月, 占总数的52%, 而5~6月恰好是季风转换期, 说明赤潮发生的频率与季风转换存在一定关系。赤潮生物和营养物质在季风作用下聚集积累, 风力减弱水体稳定性变强, 同时光照变强, 为藻类生长提供充足的能量, 水温升高、生长加快, 降雨增多陆源营养输入增多等因素促进了赤潮暴发^[26-28]。从历年首次发生赤潮的时间来看, 赤潮的初发期以5、6月居多, 占总数的45.8%。但随着温度的升高和富营养化程度加深, 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, 如2007年1月12日厦门同安湾海域发生中肋骨条藻赤潮, 持续时间为11 d; 2009年2月5日厦门同安湾海域发生血红哈卡藻藻华, 持续时间长达22 d。这可能与冬季暖冬, 海水水温异常增高有关。

2.2 赤潮发生空间分布特征

在空间分布上, 闽三角三个沿海地市发生的赤潮次数及影响的面积不均匀(图 3), 赤潮多发生在湾内, 面积较小, 多不足100 km²。其中, 厦门市管辖海域发生赤潮灾害最多, 达65次, 占闽三角海域赤潮灾害总数的66.3%, 累计影响面积达2 086.5 km², 约占闽三角海域赤潮灾害影响总面积的66.8%;其次是泉州市管辖海域, 共发生21次赤潮灾害, 占闽三角海域赤潮灾害总数的21.4%, 累计影响面积约466 km², 占闽三角海域累计面积的13.3%;漳州市管辖海域发生赤潮灾害最少, 仅12次, 占闽三角海域赤潮灾害总数的12.3%, 影响面积约573 km², 占闽三角海域累计总面积的18.3%。厦门市西海域、同安湾和泉州市的惠安附近海域是赤潮灾害高发区域。

2.3 赤潮灾害类型分析

根据赤潮发生的海洋地理单元空间位置、营养物质来源以及水动力条件, 将赤潮灾害划分为以下类型:河口型、海湾型、养殖型、上升流型、沿岸流型和外海型六类^[29-30]。闽三角海域海湾大多口小腹大, 湾口或湾外有岛屿庇护, 如厦门西海域、同安湾、泉州湾、深沪湾、东山湾等。半封闭性质的海湾水流和波浪动力弱, 与外海的水体交换周期长, 海水交换不畅, 海水自净能力差^[31]。这类赤潮属于海湾型赤潮, 赤潮发生海域多属于半封闭型海湾。除天然的自然地理环境因素外, 海岸工程的建造也是赤潮频发的原因之一。近30年来, 厦门西海域发生赤潮次数高达49次, 占闽三角海域赤潮事件总次数的50%。厦门岛高崎至集美的高集海堤的建成使厦门西港成为半封闭性内湾, 海堤两侧原有的生境和水交换能力改变, 污染物不能充分扩散, 两侧淤积加剧^[32]。

淡水径流在河口型赤潮的发生过程中起着重要的作用。九龙江是福建省第二大河流, 受上游工农业和下游人类活动影响, 河流中大量的营养盐和腐殖质、微量元素注入海水中, 氮磷营养盐的输入为赤潮暴发提供了物质基础^{[21, 33]}。且淡水径流导致河口区水体分层程度增加, 使水体更具有潜在的稳定性, 利于赤潮的持续发展^[34]。福建省是水产养殖大省, 海水养殖业在带来巨大经济效益的同时, 也给近岸海湾带来污染。泉州惠安、深沪湾是福建省最主要的牡蛎采苗和养殖区之一, 东山湾、诏安湾以鲍鱼和南美白对虾等养殖为主。沿海养殖开发利用过度, 造成大量生物性堆积^[35]。泉州湾和围头湾重点发展深水抗风浪网箱, 大量的网箱养鱼阻碍了海水运动, 使水流速度减弱, 残饵和排泄物沉积于海底, 造成底质恶化^[36]。养殖型赤潮发生的海域食物链趋向简单化, 生态系统进行自我调节和抵御外界扰动的能力减弱, 易暴发赤潮。

2.4 赤潮生物分布特征

从闽三角海域在1986~2017年期间的主要赤潮生物(表 2)可以看出, 在该海域引起赤潮暴发的原因种中, 最具优势的是中肋骨条藻, 共记录33次, 已成为该区域最为显著的赤潮原因种, 几乎每年该类赤潮均有发生; 其次为角毛藻引发赤潮18次, 旋链角毛藻11次, 裸甲藻7次, 夜光藻6次, 其他赤潮生物引发的赤潮灾害次数在5次及以下。闽三角海域赤潮优势种处于不断演变当中, 且不断发现有新的生物种类引发赤潮。

从主要赤潮藻的发生区域分布图看(图 4), 中肋骨条藻和角毛藻分布于厦门西海域和同安湾, 在其他海域则是零星分布; 厦门海域2007年前没有记录到血红哈卡藻赤潮, 自2008年第一次在同安湾海域发生血红哈卡藻赤潮以来, 连续四年都有该种类赤潮的暴发。赤潮生物分布表现出的特征与其所处的海洋环境以及生物本身的生活习性密切相关。此外, 有毒害作用、甚至可能会产生毒素的赤潮生物也纷纷出现, 例如米氏凯伦藻产生溶血性毒素(hemolytic toxin); 链状裸甲藻和链状亚历山大藻产生麻痹性贝毒(Paralytic Shellfish Poisoning, PSP); 尖刺拟菱形藻能产生记忆缺失性贝毒(Amnesic Shellfish Poisoning, ASP), 但闽三角海域发生的尖刺拟菱形藻赤潮中未检测到毒素。

3 结论

通过对闽三角海域1986~2017年赤潮事件的收集总结与处理分析, 发现该海域发生的98次赤潮事件中, 时空分布变化及主要赤潮生物分布都有一定的规律特征。厦门西海域、同安湾、泉州市惠安、石狮附近海域是赤潮多发区, 陆源污染物质、半封闭的环境和养殖业的发展是这些区域赤潮频发的主要原因。赤潮年际发生次数呈波动变化, 5~7月为赤潮的高发期。闽三角海域引发赤潮的原因种中, 具有明显优势的是中肋骨条藻、角毛藻、旋链角毛藻等, 且在空间分布上呈现一定的规律; 有毒赤潮发生的次数有增加的趋势。

本文从已发生的赤潮事件中总结出一些特征, 但如何有效地进行赤潮防治是更为迫切需要解决的重大问题。评估赤潮灾害风险是下一步需要重点探讨的问题, 以期为赤潮灾害减灾防灾提供依据。