廣東沿海典型海洋致災生物監測與預警體系研究

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生物的生物學特性，對于致災生物常規的監測方法的實踐運用進行了梳理總結，同時對基于致災生物監測的模型預警體系進行了初步的設計構想。

關鍵詞：海洋，致災生物，監測，預警

冷源致災生物，是指能夠引起管道、水渠、鼓網等設施堵塞的一類致災性海洋生物。這類生物爆發時其個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、固著或自由游動于水體之中，大量聚集時能引起管道和設施堵塞并影響水體正常流動。海洋生物暴發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，能夠堵塞進水攔污網、格柵和鼓網等，使沿海大型工程安全用水流量低于限值而引發一系列安全問題。

1.典型海洋冷源致災生物簡介

針對國內外的海洋生物致災案例分析，冷源致災物主要包括浮游植物，如棕囊藻、束毛藻;浮游動物，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屬的統稱，是一類具游泳單細胞和群體膠質囊兩種生活形態的浮游藻類。群體膠質囊為球形或卵圓形，大小為110μm-2.6cm。游泳的單細胞形態，細胞常呈球形或近球形，前端略凹入，直徑2.5-7.0μm。細胞具2-3個色素體，圓盤狀和片狀，周生，黃褐色。棕囊藻形成赤潮的一個突出的特點是膠狀、黏稠度比較大，藻細胞一團一團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

毛蝦是甲殼動物門十足目櫻蝦科毛蝦屬的統稱。毛蝦體長1～4厘米，雌蝦略大于雄蝦。中國毛蝦體極側扁，甲殼極薄，無色透明，僅口器部分和第2觸鞭呈紅色。毛蝦是一種生長迅速、生命周期短、繁殖力強、世代更新快、游泳能力弱的小型蝦類，在生態習性上屬于浮游動物類群。適溫范圍為11～25℃，適鹽范圍為30～32‰。具有晝夜垂直與季節水平移動的特性。毛蝦個體較大，生長迅速，曾對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生物。

1.3大型水母

大型水母是對刺絲胞動物門缽水母綱的統稱。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，個別大的種直徑可達1-2m。水母通常是單體、營漂浮或游泳生活，極少數種是群體，有的群體可營固著生活。水母主要借助風、浪和水流來移動。大量水母涌入會對大型工程取水口造成堵塞影響，對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物門腹足綱龜螺科的一種，其貝殼細長，略呈針形，橫截面圓形。殼長27.0mm，殼口寬2.50mm。本種在本屬中個體最大，大者殼長達27mm，殼口寬2.5mm。2020年研究人員在廣東沿岸海域首次發現尖筆帽螺爆發，成群聚集現象顯著，密度非常高，在風浪的推動下，大量漂積于岸邊，對沿岸沿岸大型工程造成潛在安全隱患。

1.5中華假鱗蝦

中華假鱗蝦屬于節肢動物門甲殼綱磷蝦科，其體型形似于蝦，體上具發光器。在我國沿海分布廣泛，其中黃海甚多，向南可分布至臺灣海峽，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境因子。中華假磷蝦個體較大，生長繁殖迅速，曾對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生物。

2.典型海洋冷源致災生物的監測方法

根據致災生物特點和實際情況開展致災生物生態監測，針對棕囊藻、毛蝦、尖筆帽螺、大型水母以及中華假鱗蝦等五種致災生物主要采用聲吶法、拖網法、水樣法以及海面目測法等多種海洋生物調查方法。具體監測分析方法如表1所示。

2.1毛蝦與中華假磷蝦監測方法

采用蝦類專用拖網網具（網目：0.2cm～0.4cm，網口：寬約5m、高約5m）從海面中下層水體進行斜拖作業，計算拖網的時間，每站拖曳時間10～15min，拖網時船速控制在1kn～3kn。網采集的標本移至實驗室進行形態學分析。

利用聲納以走航式的方法采集浮游動物的聲學信號，獲取浮游動物的垂直遷移信息。在每個監測站位使用聲吶探頭，以聲納儀器的方式收集有關浮游動物-自由漂移的微觀海洋動物的聲學數據。與光學方法或者傳統拖網方式相比，聲學方法具有快速高效，探測尺度大，原位可持續監測等優勢。對于浮游動物來說，典型值聲學反射值是-60dB，意味著入射到目標上的10的能量將被反射回來。在監測原理方面，一般的方法是把散射函數β看作是與入射和反射聲波有關的目標的方向函數來進行計算。

2.2棕囊藻監測方法

棕囊藻單個體較小，未凝聚成團前難以用浮游生物網采集，需要采用水樣法采樣。

水樣法使用采水瓶按預定水層和規定量在不同深度采取水樣，采樣間隔設定為2m～5m，涵蓋整個深度區間。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樣品代表整個水團。

2.3尖筆帽螺監測方法

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

2.4大型水母監測方法

水平生物拖網樣品采集采用淺水Ⅰ型浮游生物網在海水表層進行水平拖網。拖網完成后，從外側沖洗網衣，收集生物樣品，多次沖洗確保樣品完全收集，并加入根據樣品體積的5%加入甲醛溶液固定。所有網次樣品均進行現場分類鑒定，并稱重。對于捕獲到的小型水母，記錄在其種類鑒定;對于大型水母，要進行種類鑒定、數量統計和生物量計算。

3.基于致災生物監測的模型預警體系

根據現場對海洋冷源致災生物的監測獲得的監測數據分析結果，當監測范圍內出現致災生物大于閾值或水文生態環境超出閾值有可能產生生物爆發（如棕囊藻等），根據需要模擬的致災生物類型選用不同的生物預測模型，較大型的致災生物（例如毛蝦）短期內生物生長有限，只要受到水文流場的影響，采用拉格朗日粒子追蹤模型對其入侵路徑進行模擬預測，較小型致災生物，短期內會大量爆發（如棕囊藻等），選用物理-生態耦合模型對其生長、分布、轉移以及消亡過程進行模擬和預測。具體預測流程如圖1所示。

預警預測流程如下：當動態監測網絡的監測范圍內出現致災生物的密度超出閾值時，向模型提供范圍以及密度信息，自動運行致災生物預測預測模型，進行24小時的海流預報以及致災生物入侵路徑和分布情況預報，并對模型運算結果進行可視化，如果致災生物的路徑入侵到目標海域為中心半徑一定范圍內，并具有一定生物密度，則發布海洋致災生物的預警信息。

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

作者簡介：申鍵、1979-03、男、漢族、廣東四會，、工程師、學士、研究方向（海域海島管理與海洋生態修復研究）