廣西北部灣近岸海域近20年赤潮災害特征分析*

粟啟仲，雷學鐵**，劉國強，孫 燕，勞齊斌，孫田力

(1.國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站，廣西北海 536000;2.自然資源部海洋環(huán)境探測技術(shù)與應用重點實驗室，廣東廣州 510000;3.自然資源部海洋減災中心，北京 100194)

赤潮是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的一種異常現(xiàn)象，是在特定的環(huán)境條件下，海水中某些赤潮生物暴發(fā)增殖或高密度聚集而引起水體變色的一種生態(tài)異常現(xiàn)象[1]。赤潮不僅嚴重破壞海洋生態(tài)平衡、影響漁業(yè)和濱海旅游業(yè)，造成直接經(jīng)濟損失，還通過直接接觸或食物鏈富集危害人類健康[2]。近年來，隨著沿海經(jīng)濟的快速發(fā)展，陸源污染物輸入的增加，導致近岸海域有害藻類暴發(fā)(赤潮)的頻率增加[3]。廣西北部灣近岸海域位于北部灣東北部，西起中越邊境的北侖河口，東與廣東省英羅港接壤，東南與海南省相望，海岸線長1 628.59 km。廣西近岸海域具有豐富的港口、灘涂、海洋生物和濱海旅游資源，是北部灣的重要漁區(qū)，為社會經(jīng)濟發(fā)展提供了有利條件。然而，近年來隨著廣西沿海經(jīng)濟的快速增長，在高強度人類活動和氣候變化等多重壓力下，北部灣近海生境退化問題日益嚴重，海域水體富營養(yǎng)化程度呈增長趨勢[4-7]。此外，近年來北部灣河流的營養(yǎng)鹽入海通量顯著升高，這可能是導致北部灣近岸水體富營養(yǎng)化及赤潮發(fā)生的重要因素[8]。這也導致了近40年來，北部灣藻類異常增殖次數(shù)明顯上升，尤其是近10年，藻類暴發(fā)比例明顯比之前高[3]。因此，開展赤潮災害特征分析對赤潮監(jiān)測預警和防災減災具有重要意義。

目前關于廣西北部灣近岸海域長時間系列關系赤潮研究的系統(tǒng)報道較少。鑒于此，本研究收集整理了廣西近岸2002-2021年所記錄的赤潮資料，對近20年赤潮發(fā)生的時空分布特征、生物種特征和毒性特征進行分析研究，以期為廣西近岸海域的赤潮監(jiān)測、預警和治理提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

赤潮資料數(shù)據(jù)來源于國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站及文獻報道[5,9,10]，包括2002-2021年這20年的廣西近岸海域赤潮發(fā)生海域、發(fā)生時間、持續(xù)天數(shù)、發(fā)生面積、赤潮藻類、赤潮生物種密度和是否有毒等相關基礎數(shù)據(jù)(表1)。

表1 2002-2021年廣西近岸海域赤潮發(fā)生情況Table 1 Occurrence of red tides in the coastal waters of Guangxi from 2002 to 2021

1.2 分析方法

采用ArcGIS、Excel等軟件，繪制空間分布圖、柱狀圖、折線圖、餅圖等，結(jié)合求平均值等定量分析方法，對赤潮發(fā)生的時空特征、生物特征和赤潮等級特征進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 赤潮發(fā)生時間特征分析

從發(fā)生次數(shù)來看，近20年廣西近岸海域共發(fā)生赤潮20次，平均每年發(fā)生1次，歷年赤潮發(fā)生的次數(shù)詳見圖1。其中，2004年、2011年和2021年發(fā)生的次數(shù)最多，均為3次，2006年、2007年、2009年、2010年、2014年、2015年、2018年和2020年8年均未發(fā)生赤潮。前10年(2002-2011年)共發(fā)生赤潮12次，后10年(2012-2021年)共發(fā)生赤潮8次。前10年和后10年赤潮發(fā)生次數(shù)分別占近20年赤潮發(fā)生總數(shù)的60%和40%。與我國其他海域如福建近岸海域(2000-2018年平均每年發(fā)生12次)[11]和廣東珠海[12,13]等海域相比，廣西近岸海域赤潮發(fā)生的次數(shù)相對較少，頻次較低。主要由于廣東和福建沿海經(jīng)濟較為發(fā)達，經(jīng)濟的快速發(fā)展導致近岸海域陸源污染物輸入增加，引起較多的赤潮發(fā)生[14,15]。

圖1 廣西近岸海域近20年赤潮發(fā)生次數(shù)Fig.1 Times of red tides occurrence in the coastal waters of Guangxi in recent 20 years

從發(fā)生面積來看，近20年赤潮累計發(fā)生面積達到約7 684 km2，平均每年發(fā)生面積約384 km2。其中2021年發(fā)生面積最大，達到6 424.54 km2；2019年發(fā)生面積最小，僅為0.006 km2。前10年累計發(fā)生面積約396 km2，后10年累計發(fā)生面積約7 288 km2，后10年累計發(fā)生面積約為前10年的18倍，表明后10年單次發(fā)生赤潮面積有所增加。統(tǒng)計結(jié)果表明，20次赤潮中有50%的赤潮發(fā)生面積不大于10 km2，85%的赤潮發(fā)生面積小于50 km2，屬于小規(guī)模赤潮。

從赤潮發(fā)生持續(xù)天數(shù)來看，近20年赤潮發(fā)生累計持續(xù)天數(shù)為73 d，平均每年持續(xù)3.65 d。歷年赤潮發(fā)生持續(xù)天數(shù)詳見圖2。其中2021年持續(xù)天數(shù)最多，為17 d，2012年持續(xù)天數(shù)最少，為1 d。前10年赤潮發(fā)生持續(xù)天數(shù)累計36 d，占赤潮總持續(xù)天數(shù)的49.3%，后10年赤潮持續(xù)天數(shù)累計37 d，占赤潮總持續(xù)天數(shù)的50.7%，表明廣西近岸海域近20年赤潮發(fā)生持續(xù)天數(shù)變化不大。

圖2 廣西近岸海域近20年赤潮發(fā)生持續(xù)天數(shù)Fig.2 Duration of red tide occurrence in the coastal waters of Guangxi in recent 20 years

從發(fā)生的月份來看，近20年廣西近岸海域赤潮最早發(fā)生在1月，最遲在11月，其中3月、5月和6月最多，均為3次(圖3)。從發(fā)生的季節(jié)來看，春季和夏季發(fā)生的次數(shù)較多，秋季和冬季偶有發(fā)生，尤其是廣西北海市在秋冬季節(jié)時，氣溫保持在21-25℃，容易引發(fā)球形棕囊藻赤潮。

圖3 廣西近岸海域近20年各月份赤潮發(fā)生次數(shù)Fig.3 Times of red tides occurrence in each month in the coastal waters of Guangxi in recent 20 years

2.2 引發(fā)赤潮生物種類分析

廣西近岸海域近20年赤潮生物種類共有10種，其中甲藻門(Pyrrophyta)4種，藍藻門(Cyanophyta)3種，硅藻門(Bacillariophyta)2種，金藻門(Chrysophyta)1種，赤潮生物詳細名錄見表1。引發(fā)赤潮次數(shù)最多的是球形棕囊藻(P.globosa)，發(fā)生4次，2011年發(fā)生2次，2017年和2019年各發(fā)生1次，占赤潮發(fā)生總數(shù)的20%。其次是夜光藻(N.scintillans)、水華微囊藻(M.flos-aquae)和紅海束毛藻(T.erythraeum)，各發(fā)生3次，共占赤潮發(fā)生總數(shù)的45%，夜光藻赤潮發(fā)生在2008年、2011年和2021年，水華微囊藻赤潮發(fā)生在2003年和2004年，紅海束毛藻赤潮發(fā)生在2003年、2004年和2005年。漢氏束毛藻(T.hildebrandtii)、丹麥細柱藻(L.danicus)、擬彎角毛藻(C.psedocurvisetus)、紅色裸甲藻(G.sanguineum)、錐狀斯克里普藻(S.trochoidea)和鏈狀裸甲藻(G.catenatum)各發(fā)生1次，其中錐狀斯克里普藻和鏈狀裸甲藻均為2021年在廣西近岸海域首次發(fā)生。統(tǒng)計結(jié)果表明，近10年廣西近岸海域赤潮生物種類主要以球形棕囊藻和夜光藻為主，但也不斷有新的赤潮藻類引發(fā)赤潮。

從有毒有害赤潮情況分析來看，近20年廣西近岸海域共發(fā)生有毒有害赤潮11次，占赤潮發(fā)生總數(shù)的55%。其中引發(fā)有毒有害赤潮最多的為球形棕囊藻4次，其次為夜光藻和水華微囊藻各3次，鏈狀裸甲藻1次。

2.3 赤潮發(fā)生空間分布特征

從發(fā)生海區(qū)來看，近20年廣西北部灣海域赤潮主要發(fā)生在欽州灣、潿洲島和廉州灣附近海域(圖4)。分布范圍廣，沿海三市(北海市、欽州市和防城港市)均有赤潮發(fā)生，其中北海市海域發(fā)生12次，占赤潮發(fā)生總數(shù)的60%，欽州市海域發(fā)生6次，占赤潮發(fā)生總數(shù)的30%，防城港市海域發(fā)生2次，占赤潮發(fā)生總數(shù)的10%。赤潮發(fā)生的海區(qū)較為集中，2008年以前主要發(fā)生在北海市潿洲島海域，發(fā)生8次，此后潿洲島海域發(fā)生赤潮的次數(shù)明顯減少，僅發(fā)生2次。2008年以后，欽州三娘灣、三墩島海域、廉州灣和防城港灣也陸續(xù)開始發(fā)生赤潮。

圖4 廣西北部灣海域近20年赤潮發(fā)生的區(qū)域Fig.4 Areas of red tides have occurred in Beibu Gulf waters of Guangxi in recent 20 years

3 討論

3.1 赤潮發(fā)生趨勢分析

雖然廣西近岸海域赤潮發(fā)生的次數(shù)相對其他地方較少，如福建省[11]和廣東省[12,13]，但赤潮特征發(fā)生了一定變化，廣西近岸海域赤潮災害風險在增加，總體上呈現(xiàn)加重的趨勢。主要表現(xiàn)在以下方面：(1)赤潮種類有所增加。2008年以前以單一的藍藻門為主，2008年以后赤潮種類呈多樣化，先后發(fā)生了甲藻門、硅藻門和金藻門赤潮，主要以夜光藻和球形棕囊藻為主。(2)單次赤潮發(fā)生面積有所增加。2005年以前，赤潮發(fā)生面積都是小于50 km2的小規(guī)模赤潮，2005年以后開始出現(xiàn)3次大面積的赤潮，最高達6 400 km2。(3)赤潮發(fā)生海區(qū)不斷擴大。2008年以前主要發(fā)生在北海市潿洲島海域，2008年以后，欽州三娘灣、三墩島海域、廉州灣和防城港灣也陸續(xù)開始發(fā)生赤潮。

3.2 赤潮發(fā)生原因淺析

赤潮發(fā)生的原因較為復雜，包括社會因素導致的海區(qū)富營養(yǎng)化和自然因素(水文氣象、理化條件)等。近年來廣西近岸海域赤潮發(fā)生特征變化的主要原因與赤潮高發(fā)區(qū)環(huán)境變化有關，主要表現(xiàn)在以下方面：(1)部分海域營養(yǎng)化趨勢明顯，為赤潮的形成提供了物質(zhì)基礎[6,7]。如欽州灣海域，近40年水體富營養(yǎng)化呈現(xiàn)增長趨勢[7]。近年來，通過入海河流攜帶進入廣西近岸海域的總磷、總氮呈顯著增加趨勢，由2008年的5 249 t到2017年的37 712 t，近岸海域海水主要污染物為無機氮、活性磷酸鹽，污染區(qū)域主要分布在廉州灣、茅尾海、大風江口海域[16]。此外，北部灣河流營養(yǎng)鹽入海通量在近些年也呈顯著增長趨勢，尤其在夏季，部分河流營養(yǎng)鹽濃度及入海通量明顯高于冬季，這可能是加重北部灣水體富營養(yǎng)化及誘發(fā)赤潮的重要因素[8]。(2)圍填海改變了海灣原有環(huán)境，釋放底部營養(yǎng)物質(zhì)，加速海區(qū)富營養(yǎng)化[17]。(3)廣西近岸海域?qū)儆谔烊话敕忾]海灣，海灣內(nèi)水流動性和交換性較差，營養(yǎng)物質(zhì)和污染物不易擴散，同時海灣內(nèi)自西向東的氣旋式環(huán)流，帶來大量粵西海域的營養(yǎng)物質(zhì)，為赤潮生物提供養(yǎng)分[18-20]。

3.3 赤潮防范對策

加強廣西北部灣入海流域及沿海地區(qū)污染防治和近岸海域環(huán)境保護，減少污染物排放是防治海灣污染的根本措施，引導海洋產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整是關鍵，建立有效的流域海灣管理制度是保障。嚴格執(zhí)行入海污染物總量控制制度，在南流江、大風江、欽江、茅嶺江、防城河等主要入海河流實施總氮、總磷控制指標，減少污染物入海，確保河口近岸海域水質(zhì)不下降，減少赤潮高發(fā)海區(qū)富營養(yǎng)化的趨勢。

加強赤潮預警監(jiān)控體系建設，在常規(guī)監(jiān)測的基礎上，充分利用自動在線浮標監(jiān)測，積極構(gòu)建北部灣赤潮監(jiān)控預警系統(tǒng)，實現(xiàn)赤潮的早期發(fā)現(xiàn)、早期預警和早期防范，減少赤潮的危害。

加大科研資金投入，鼓勵國內(nèi)外赤潮研究團隊以北部灣為研究對象開展研究，重點加強北部灣赤潮發(fā)生規(guī)律、預警預報技術(shù)及治理管理技術(shù)的研究，加快開展廣西北部灣海域災害風險評估與區(qū)劃工作，為赤潮的監(jiān)控預警及防范提供技術(shù)支持。

4 結(jié)論

近20年廣西近岸海域赤潮發(fā)生時間特征：共發(fā)生赤潮20次，赤潮發(fā)生的次數(shù)相對較少，平均每年發(fā)生1次，發(fā)生面積約384 km2，持續(xù)天數(shù)3.65 d，后10年(2012-2021年)較前10年(2002-2011年)赤潮發(fā)生面積有所增加，持續(xù)天數(shù)相對穩(wěn)定，赤潮發(fā)生時間季節(jié)性不明顯，各季節(jié)均有赤潮發(fā)生，相對集中在春夏兩季。

近20年廣西近岸海域引發(fā)赤潮的生物特征：引發(fā)赤潮的生物有10種，其中甲藻門4種，藍藻門3種，硅藻門2種，金藻門1種。引發(fā)赤潮次數(shù)最多的是球形棕囊藻、夜光藻、水華微囊藻和紅海束毛藻。廣西近岸海域赤潮生物種類現(xiàn)階段主要以球形棕囊藻和夜光藻為主，但也不斷有新的赤潮藻類引發(fā)赤潮。共發(fā)生有毒有害赤潮11次，其中球形棕囊藻4次，夜光藻和水華微囊藻各3次，鏈狀裸甲藻1次。

近20年廣西近岸海域赤潮的空間分布特征：分布范圍廣，主要發(fā)生在欽州灣、潿洲島和廉州灣附近海域。2008年以前主要發(fā)生在北海市潿洲島海域，2008年以后，欽州三娘灣、三墩島海域、廉州灣和防城港灣也陸續(xù)開始發(fā)生赤潮。

致謝：

感謝國家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測中心站環(huán)境監(jiān)測與工程研究室提供基礎數(shù)據(jù)。