近几十年来,我国近海生态环境在气候变化和高强度人类活动等多重压力下发生重大变化,以赤潮和绿潮为代表的有害藻华发生次数和规模呈快速增长态势,同时海水低氧和酸化等环境问题也日渐突出,迫切需要探明海洋生态环境灾害的发生机制和防治措施.本文首次阐明"海洋生态环境灾害"概念的内涵,并从营养物质外源输入、海洋有机质矿化分解与营养盐再生、近海水体营养盐结构异常等方面系统阐释了我国近海生态环境灾害发生的生源要素驱动机制,指出 日益增强的人类活动引发的陆源营养物质输入剧增以及生源要素入海后的复杂生物地球化学循环过程共同导致近海生态环境灾害的频发.在此基础上,结合本领域最新研究进展,提出了基于海水生源要素管理的近海生态环境健康调控思路.即基于陆海一体化战略,通过技术手段,从陆源减排、海岸带缓冲和近海治理链条式降低陆源污染物特别是无机氮的排放强度,并通过人为调控技术促进近海海水营养盐结构的正常化,从而达到降低和控制近海生态环境灾害发生的目的,改善和提升近海生态环境质量.

目的 选取3种海洋赤潮甲藻为研究对象,从广西涠洲岛海域来源细菌中筛选出高效溶藻的菌株,研究菌株的溶藻效果和初步作用机制,为开展赤潮的防治工作奠定基础.方法 采用细菌发酵液与甲藻共培养来测定菌株的溶藻活性,检测藻细胞中丙二醛和抗氧化相关酶系统的响应规律,分析甲藻胞外溶解性有机物组成,并通过KEGG和CAZy数据库预测目标菌株合成溶藻物质的能力.结果 从24株细菌中筛选到15株对至少一种甲藻表现出溶藻活性的菌株,总阳性率为62.5％,菌株M026对3种甲藻均表现出显著的溶藻效果.添加10％的M026发酵无菌滤液,共培养3d后,3种甲藻细胞死亡率均高达95.0％.生理生化响应表明,在M026发酵无菌滤液胁迫下,甲藻细胞膜脂过氧化损伤严重,3种抗氧化相关酶(SOD、CAT和APX)活性先增加后下降,且三维荧光光谱检测到藻细胞内溶产物为类富里酸和类蛋白类物质.通过全基因组分析,菌株M026含有溶藻活性的次级代谢产物生物合成基因,及多种降解植物细胞壁的酶.结论 菌株M026可作为微生物溶藻菌剂的候选菌株.

近二十年来,东海原甲藻(Prorocentrum donghaiense)在我国东海频繁引发赤潮,并已成为该海域的主要赤潮原因种之一.为研究该赤潮藻种对环境因子变化的响应,基于 2019 年 5 月浙江沿海赤潮发生区生态浮标和海洋台站的环境要素连续观测数据,结合主成分分析方法,对三次东海原甲藻赤潮生消过程及其成因进行了分析和讨论.结果表明,(1)持续的升温、降压、较高的湿度、较强的向岸风、充沛的营养盐以及海水盐度下降均是浙江沿海这几次东海原甲藻赤潮的重要诱发因素;(2)赤潮暴发期间偏弱的风速,缓慢升高的水温和气温均利于赤潮的维持;(3)溶解氧、pH与赤潮生物量呈显著正相关,亚硝氮与赤潮生物量呈显著负相关,三者的变化推测主要是赤潮生物光合作用产物和有机体分解产物的增加所引起;(4)赤潮后期偏高的pH、较强风速、盐度回升、气压升高以及水体营养盐含量的骤降均可加速赤潮的消亡.研究结果对认识东海原甲藻赤潮成因和生消机理有一定的指导意义,可为今后该种赤潮预警防控提供借鉴.

为了开发微生物控藻技术,从藻际环境中分离了具有溶藻活力(algicidal ability)的细菌,并探讨了群体感应信号对溶藻活力的调节作用.通过稀释涂布法从甲藻赤潮样品中分离得到了 10 株溶藻细菌,16S rRNA 基因序列鉴定为 5 个属,包括交替假单胞菌(Pseudoalteromonas sp.)、假单胞菌(Pseudomonas sp.)、弧菌属(Vibrio sp.)、新鞘氨醇杆菌属(Novosphingobium sp.)以及鞘氨醇单胞菌(Sphingomonas sp.).溶藻能力分析显示,这 10 株细菌均具有较强的溶藻能力,对裸甲藻叶绿素的产生具有明显的抑制能力,其中尤以新鞘氨醇杆菌最为突出.薄层色谱法TLC检测到 8 株细菌具有产群体感应信号的能力,信号分子主要为高丝氨酸内酯AHL-C8、AHL-C8-O以及AHL-10.为了验证群体感应信号对溶藻能力的调节作用,以新鞘氨醇杆菌为代表构建了AHL突变株,通过突变株与野生株的比较试验,发现AHL的缺失明显降低了溶藻能力,证实抑藻能力受到AHL信号的正向调节.酶活分析显示主要的抑制机制在于诱发了藻类明显的氧化应激,致使丙二醛(MDA)含量和超氧化物歧化酶(SOD)活力明显上升.考虑到藻类的有效防控是水生生态安全的重要组成部分,本研究结果提示微生物利用群体感应信号介导溶藻作用,可能帮助我们开发针对性的方法提升控制藻类的能力,例如合成生物学技术的引入.

浮游植物群落组成的时空变化能够反映生态系统的稳定性,在维持红树林生态系统功能、保护生物多样性等方面具有重要意义.在厦门海沧湾红树林恢复区设置4个采样点,对不同季节水体浮游植物的群落组成进行调查,评价其生物多样性和水体营养状态.结果表明,研究区共采集到浮游植物5门36属52种.浮游植物的群落结构具有明显的季节变化和空间差异,浮游植物丰度为0.27×104～25.75×104 cells· L-1,年平均丰度为5.06×104 cells·L-1,全年优势种为针杆藻(Synedra sp.).Shannon、Margalef和Pielou指数的变化范围分别为0.44～2.38、0.38～2.01和0.18～0.96.浮游植物的群落结构及多样性指数表明,研究区水体呈中度营养状态,但由于受人类活动影响,存在水体富营养化的潜在风险,应注意监测和防治处理,预防赤潮的发生.

分析1981—2011年东海海域赤潮发生次数、赤潮生物种类数以及与El Ni?o关系,结果表明:东海的赤潮发生以2000年为界可划分为2个阶段,1981—2000年为第一阶段(初级阶段),赤潮年均8次,赤潮生物种数年均4种,总体处于发生频次较低水平;2001—2011年为第二阶段(高发阶段),赤潮发生的频次是第一阶段的6.4倍,年均引起赤潮生物种数是第一阶段的2.8倍;El Ni?o次年东海赤潮生物种类数相对于El Ni?o年平均增加6.6％,赤潮生物种类数平均增加56.6％,对El Ni?o第三年影响小于第二年.El Ni?o年Ni?o 3.4指数与次年赤潮生物的种类数变化率相关系数为0.70,为中等相关水平,均高于El Ni?o当年和第三年,表明El Ni?o将显著影响次年的赤潮生物种类数量.

目的:获得五种典型藻类(甲藻属微小亚历山大藻(Alexandrium minutum)和锥状斯氏藻(Scrippsiella trochoidea),赤潮硅藻中肋骨条藻(Skeletonema costatum)以及绿藻属杜氏藻(Dunaliella salina)和青岛大扁藻(Platymonas helgolandica tsingtaoensis))对C,N,P营养的吸收动力学参数,并利用经典藻类种间竞争模型,构建一个藻类混合共存的生态平衡体系,揭示藻类种间竞争规律,为赤潮爆发机制和预测的研究提供一个新思路.方法:监测批次培养过程中藻体的生长规律以及培养基中C,N,P营养的消耗,计算出藻类营养吸收动力学参数,将参数代入Huisman-Weissing竞争模型,模拟藻类种间竞争.结果:(1)在单独培养条件下,杜氏藻具有最高的比生长率(0.834 d-1)和最大细胞浓度(3.4× 106 cells/mL),锥状斯氏藻和微小亚历山大藻的比生长率μ和最大细胞浓度与其它三种藻相比均明显偏低,p＜0.01;(2)随着环境总碳浓度从5mM提高到20 mM,五种藻的比生长率和最大细胞浓度均显著上升,其中杜氏藻和青岛大扁藻对C浓度改变的响应更加敏感;(3)杜氏藻和中肋骨条藻理论最大比生长率(μmax)明显高于其它三种藻类,锥状斯氏藻和微小亚历山大藻对C,N,P营养盐的需求量相比于其它三种藻明显偏高,p＜0.01;(4)藻类共生平衡系统中,N营养添加有利于杜氏藻和中肋骨条藻发挥更好的种间竞争优势,P营养添加有利于微小亚历山大藻和锥状斯氏藻发挥种间竞争优势;结论:不同环境条件下,五种藻类最大比生长速率μmax和营养吸收半饱和常数Ks直接影响它们的种间竞争能力,基于藻类动力学参数的种间竞争模型为赤潮爆发机制和预测的研究提供一个新思路.

海菖蒲(Enhalus acodoides)是典型热带亚热带沿海常见大型海草, 但关于海菖蒲对赤潮藻的抑制作用研究少见报道.研究选取海菖蒲为实验材料, 利用人工海水和两种有机溶剂提取海菖蒲中抑藻活性物质并对锥状斯氏藻进行抑藻试验研究, 结果表明, 三种提取物对锥状斯氏藻均有显著抑制作用, 在试验设定浓度下, 水浸物在 2.5 g·L-1时具有最高抑藻率95.34%, 乙醇提取物在浓度为12.5 mg·L-1时即达到78.55%, 正己烷提取物在浓度为50 mg·L-1时最高抑制率达到58.28%.研究表明, 海菖蒲水提液抑制效果最好, 具有应用于近海水体富营养化的治理和开发新型抑藻剂的潜力.

目的:构建赤潮所致贝类毒素中毒事件风险评估指标体系和权重.方法:从风险发生的可能性、风险发生后的公共卫生影响、人群脆弱性和应对能力四个方面,利用文献复习法、头脑风暴法和专家咨询法系统梳理风险评估指标体系,用层次分析法计算指标权重,并将权重与TOPSIS法相结合,计算相对风险指数(风险综合指数);制订统一的赋值标准,根据指标实际值重新赋值后,计算绝对风险分值.结果:共确定了赤潮所致贝类毒素中毒事件风险的4个一级指标和17个二级指标,17个二级指标中权重值较大的是赤潮毒素相关信息人群知晓率(0.0876)、就医可及性(0.0840)、可能波及人数(0.0716)、当地实验室检测能力(0.0703)、海产品食用习惯(0.0644),这5个指标约占总权重的38%.专家评分矩阵的一致性检验统计量CR值均小于0.1.以温州市苍南县开展应用性研究,麻痹性、腹泻性、神经性和记忆缺失性四种贝类毒素中毒事件的相对风险指数分别为0.4526、0.7116、0.1657、0.2884,绝对风险分值分别为0.2542、0.2668、0.1907、0.2184,两种计算方法所得的风险顺位一致.结论:建立了赤潮所致贝类毒素中毒事件风险评估指标体系和权重,为防范和降低贝类毒素中毒事件发生的风险提供了科学手段.

东海原甲藻是常见有毒有害赤潮藻.本文从种群生长、光合效率和抗氧化系统等角度研究大型海藻分泌物亚麻酸胁迫下东海原甲藻的生理生化响应.结果表明:低浓度亚麻酸(＜200 μg·L-1)对东海原甲藻的生长具有促进作用,200～1000 μg·L-1浓度下,东海原甲藻的生长受到显著抑制,当亚麻酸浓度为1000 μg·L-1时,抑藻率达90％;200 ～ 1000μg·L-1亚麻酸胁迫下,藻细胞光合色素含量显著降低,最大光能转化效率Fv/Fm降低,当亚麻酸浓度为1000 μg·L-1时,Fv/Fm为对照组的33.87％;随着亚麻酸浓度的增大,抗氧化酶活性(过氧化氢酶CAT、超氧化物歧化酶SOD和谷胱甘肽过氧化物酶GPx)与抗氧化非酶物质(还原型谷胱甘肽GSH、氧化型谷胱甘肽GSSG、抗坏血酸AsA和脱氢抗坏血酸DHA)含量呈现出先升高后降低趋势;亚麻酸胁迫下丙二醛含量显著升高,表明膜脂过氧化程度加剧.以上结果说明,低浓度亚麻酸对东海原甲藻的生长具有促进作用,高浓度亚麻酸主要通过降低光合效率和细胞过氧化损害抑制东海原甲藻的生长.研究结果为生物法防控以东海原甲藻为优势藻种的赤潮提供了理论基础.