痴心解“赤潮”

来源:生物谷   发布时间:2015-05-20 23:46:19 

编者按
赤潮被喻为“红色幽灵,是海洋中某一种或几种浮游生物在一定环境条件下暴发性繁殖或高度聚集,引起海水变色,影响和危害其他海洋生物正常生存的灾害性海洋生态异常现象。赤潮暴发时,因赤潮生物种类和数量的不同,海水可呈现红、黄、绿等不同颜色。
研究表明,赤潮不仅给水体生态环境造成危害,也给渔业资源和生产造成重大经济损失,而且还给旅游业和人类带来了危害,已成为全球性的海洋灾害之一。近20年来,随着我国经济的迅猛发展和城市化进程的加快,沿海地区工农业废水和生活污水排海量不断增加,近岸水体富营养化加剧,为赤潮暴发提供了必要的物质条件。为此,搞清我国海域赤潮形成机理、提出预测和防治方法以减轻赤潮灾害,进而实现海洋生物资源可持续利用和海洋环境健康发展已成为我国海洋科技工作者一项亟待解决的重要科学问题。于是,2001年国家设立了针对赤潮的一项973计划项目……
青岛,中国科学院海洋研究所4楼会议室。
窗外,帆影翩翩,使人不禁憧憬明年将在这片海域上举行的奥帆赛。
屋内,“赤潮”并不是一个让人愉快的话题……
记者:我国面临怎样的赤潮形势?
周名江:有害赤潮肆虐于我国和世界各国沿海,是国际社会共同关注的重大海洋环境问题和生态灾害。自20世纪70年代起,我国有记录的赤潮有几百次,发生次数以每10年增加3倍的速度上升,2000年以来赤潮事件每年都达到了几十次;赤潮发生规模也呈急剧扩大的趋势,1998年至今,每年都发生了面积超过1000平方公里的特大赤潮,其中有几年赤潮面积甚至达到上万平方公里,前后持续时间将近一个月,世界罕见;与此同时,有毒、有害的赤潮原因种也在不断增加,甲藻等有害种类已成为我国赤潮的主要原因种。这些趋势充分表明了我国赤潮问题的严重性和复杂性。
记者:能否给我们举一两个具体的事例?
朱明远:赤潮频发给我国沿海造成了严重的生态、资源、环境问题和重大的经济损失,据不完全统计,我国因赤潮而造成的经济损失有的年份可达10亿元以上,一次大规模的赤潮就可能带来几亿元的直接经济损失,如1998年发生在广东南部和香港沿海的米氏凯伦藻、裸甲藻赤潮给粤港两地的海水养鱼业造成了毁灭性的打击,经济损失5亿多元,未包括间接损失如海产品的滞销、应急措施等。
有些有害赤潮生物能产生毒素,经贝类或鱼类累积后危害食用者的健康和生命,调查表明麻痹性贝毒和腹泻性贝毒这两类主要的藻毒素污染普遍存在于我国沿海,近年有记录的贝毒事件中,有几百人中毒,数十人死亡。欧盟出于食品卫生考虑曾于1997年中止过从中国进口贝类。
记者:我们应该如何思考赤潮频发现象?
周名江:以上这些损失和影响可能只是我国沿海赤潮危害的冰山一角,因为赤潮频发其实是大自然的一个危险信号,它预示着赤潮高发区的海洋生态环境已经受到了严重的干扰,生态系统的正常结构和功能可能已经或正在被改变,生态环境一旦失衡恶化将很难在短期内恢复。近年在渤海、东海某些海域都发现了水母较往年旺发、而鱼虾资源减少的现象,这很可能与基础饵料改变、甲藻类赤潮生物的异常增殖而使食物链演变有关。生态系统的这种异常改变将是非常危险的,我们担心这些海域的生态系统和自然环境是否在向不利于人类持续利用的方向发展。
记者:赤潮是否将对我国国民经济带来巨大影响?
朱明远:从海洋中取得的食物为我国提供了超过1/5的动物蛋白,并呈不断增加的趋势。海洋水产已发展成了年产值达数百亿元、从业人员逾几百万的庞大产业,为沿海经济和整个国民经济的发展作出了重要贡献,海洋渔业、海水养殖业、观光旅游业已成为我国沿海国民经济发展的重要增长点。然而,赤潮频发正在成为我国沿海经济可持续发展的一个制约因素。
国务院有关领导连续两次批示“要重视赤潮问题,要科研先行”,我国国民经济“十五”发展纲要中专门提到要“预防、控制和治理赤潮”。为此,搞清我国海域赤潮形成机理、提出预测和防治方法以减轻赤潮灾害,进而实现海洋生物资源可持续利用和海洋环境健康发展已成为我国海洋科技工作者一项亟待解决的重要科学问题。为此,国家设立了针对赤潮的一项973计划项目。
记者:您能否简要介绍一下该973项目的主要研究内容?
周名江:研究内容涉及四个方面。一是有害赤潮种的生物学特征及生态适应策略。有害赤潮生物的存在、其生理生态特点及物种和遗传多样性变化,是引发有害赤潮的内因,研究赤潮生物多样性、地理分布和生理特征,探明重要有害赤潮种群动态变化、生态适应和竞争策略在暴发赤潮过程中的地位和作用,有助于了解和解释赤潮形成的生态学机制。
二是我国近海赤潮高发区有害赤潮与富营养化的关系。沿海经济的快速发展极大地改变了海岸带的生态环境甚至生态系统,导致近海海域严重富营养化。在受人类活动强烈干扰的地区,赤潮发生的频率、强度和赤潮生物的种类都在快速增加。赤潮和富营养化的关系研究可以帮助我们了解人类活动引起的富营养化在赤潮形成中的作用。
三是我国近海赤潮高发区有害赤潮生消关键物理过程、数值模拟与预测。研究赤潮需要描述、刻画并预测赤潮生物的种群动态及其与环境之间的相互作用关系。
四是我国近海有害赤潮的危害机理及防治机理。赤潮可以从多种途径产生危害,不仅危害单个的生物,而且危害生态系统。根据赤潮形成的机制和产生危害的机理采取有效的防治对策,是赤潮研究的最终目的。
记者:项目组主要在哪些方面取得了进展? 朱明远:赤潮由海洋中的微小生物如微藻等大量增殖或聚集而引起,它的暴发机理至今不为人们完全了解。因为,赤潮暴发除与赤潮本身的生物学特征有关以外,还与它所处的生物和非生物海洋环境有很大关系,不从生态学、海洋学角度出发进行多学科的交叉研究,就不可能对赤潮的暴发机理有一个正确认识。目前,按这个思路开展的长江口附近海域特大规模赤潮暴发机理研究,有了新的科学发现,在科学地阐明我国东海海域连年暴发大规模赤潮原因方面前进了一大步。
此外,我们还首次在我国东海发现大规模亚历山大藻、米氏凯伦藻有毒赤潮,探讨了营养盐与东海大规模赤潮发生的关系,证实了关键物理海洋过程在东海赤潮形成中的重要作用,发现环境条件对大规模赤潮优势种的演替有重要作用,以及提出了东海春季大规模甲藻赤潮生消过程的一个初步假设等等。
记者:经过5年科研,最终的成绩体现在何处?
周名江:在项目实施的5年中,共组织了15个航次的现场调查和研究,布设了150余条断面和800多个站位,航程20000余海里,海上调查时间342天,前后共有335人次参加了项目组织的海上调查。
通过多学科交叉研究,在东海大规模原甲藻赤潮形成机制、东海大规模甲藻赤潮的宏观调控设想、大规模赤潮的危害机理以及赤潮的应急治理等研究方面取得了重要的结果,项目的实施对国家提出的“预防、控制和治理赤潮”目标的实现作出了贡献。在研究中,一系列新的赤潮研究技术和方法,如现场围隔实验、多参数水质监测—气象站—GPS综合测定系统、液相色谱—质谱联用分析技术、蛋白质组学研究技术、藻体营养状况单细胞测定方法、二类水体中叶绿素浓度的反演方法、高效有机改性黏土除藻技术等得到了迅速发展和应用。
记者:据说,该项目是全球赤潮研究实施计划中唯一被列入的、与该计划框架相似的国家赤潮研究计划,是这样的吗?
朱明远:是,2003年出版的全球赤潮研究实施计划中我们中国的赤潮研究计划是唯一列入的国家/地区研究计划,据说,今年会有新的地区或国家计划列入。从目前情况看,我们提出的针对我国赤潮的研究计划重视赤潮发生的生物学、化学和物理海洋学关键过程的定量研究,特别注意从赤潮生物内因和环境条件外因两方面对赤潮形成的作用机制作出解释,并对赤潮的危害和防治机理进行探讨,是符合科学认识规律的,项目几年来的进展也说明我们的设计思路基本正确,使得我国的赤潮研究在全球赤潮研究中占有了一席之地。
记者:我们能否彻底防治赤潮发生?
周名江:我国是一个海洋大国,也是一个遭受赤潮严重危害的国家。随着我国经济的迅速发展和对海洋开发与利用强度的增加,赤潮暴发的频度和强度都有可能进一步增加,其对海洋生态系统和公众健康产生的危害也可能会变得更加严重。
赤潮不会因为我们开展了对它的研究就会消失,就如同沙尘暴、火灾、地震等不会因为我们对它的研究而消失一样,但我们会不断加深对其形成机制的认识,从而找到预测、预报它的科学原理与方法,以及减轻其危害的有效措施。
颜天:从科研中找到幸福
对面的颜天沉静如海。
她轻点键盘,幻灯片一张张切换,上面记载着她这些年来所取得的成绩:2002年获青岛市“巾帼科技创新”成果一等奖,且名列第一;同年,其主持的研究课题“中国近海典型养殖区有害赤潮的发生动力学及防治对策研究”获国家教育部自然科学一等奖;2004年,作为973项目“我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治”(简称“赤潮973”)第9子项目“我国赤潮高发区有害赤潮的危害形式与作用机理”的第一负责人,获国家科技部973先进个人称号;2005年获海洋创新成果二等奖……她曾任北太平洋海洋科学组织第十五工作组中国代表,现在是海洋与湖沼学会水环境分会理事,海洋学会海洋环境分会理事,国际有害藻协会成员,美国科学促进会成员……
她轻声地向记者介绍着自己,并没有因为这种“展示”而稍显激动,眉宇间一派从容淡定,就像这些荣誉和她没有太大关系。
“我以前自己的感觉和给人的感觉都比较内向。”颜天告诉记者,5年来,在“赤潮973”项目中,她不仅在自己的研究方向收获颇多,而且更为重要的是,由于同时兼任项目助理,很多具体事情都由她来负责操作,因此个人能力得到了很大的拓展,个性也随之外向了许多。
颜天认为,后者对于一个科研工作者来说,更有裨益。“在此之前,自己的科研视野仅仅局限在一小块上,很少关心此外的东西,而由于‘赤潮973’,我们的科研视野一下子打开了,对很多问题,可以站到一个更高的角度来考虑。”
在项目进行期间,颜天在主导创建的我国首个有害赤潮的网站———“中国有害赤潮信息网”上,为国内的赤潮研究又搭建起一个项目管理和数据库共享的基础平台。
也正是在项目执行期间,另外一件至关重要的事情也发生了———她的女儿呱呱坠地。初为人母,颜天原本应在家安心度产假,然而由于赤潮973项目人手紧张,她提前回到科研岗位。“最放心不下的就是孩子。”回想起来,颜天这样感慨。如今,小家伙已经3岁了,会说自己长大了也要当一位“科学家”,尽管她不大理解这个词到底是什么意思。
成为一名科学家,是颜天从小就怀抱的理想,如今理想变为现实,她很知足。颜天曾在德国学习和工作,知道在国外薪水高,她有不少同学就留在国外。不过,颜天认为:“能开展自己喜欢的科研才最幸福。”
有好几个同学从国外回来,见面纷纷对颜天表示羡慕:“没想到,短短几年,你都已经成为赤潮研究方面的专家了。”他们在国外,尽管生活条件优厚,但都因为种种原因而无法固守自己的科研兴趣。
“在科研中,我很有成就感。”说到这里,颜天镜片后边的眼睛一亮。
赤潮研究:海陆“双管齐下”
这里面保存和培养着各种赤潮藻藻株。”拉开一个光照培养箱,李瑞香这样对记者说。只见一个个三角烧瓶摆满了培养箱内的上下各层,在实验室内这样的培养箱有8个。
“有些藻类是有毒的,有些是无毒的。”李瑞香说,保存的藻株基本上包括了在我国近海引发赤潮的主要种类。
有学生穿着白色的实验大褂,正在显微镜前埋头进行日常的赤潮藻类观测。记者望去,基本上看不出有什么与别的实验室工作有何不同之处,很难想像,在海上绵延数百公里、面积可达数万平方公里,让人闻之色变的“赤潮”,其研究竟如此平淡。
这里是海洋生态环境科学与工程国家海洋局重点实验室,或许只有像李瑞香这样天天与之为伴的科研工作者才真正明白其“重要”何在。
“实验室是以海洋生态学和环境科学为学科基础,以全球变化和人类活动对海洋生态系统的影响及其反馈作用为主要研究领域。”李瑞香边走边向记者介绍,“我们通过调查、监测、实验和数值模拟等技术手段,研究海洋中的主要生态过程以及胁迫条件下这些过程的改变,探讨典型海洋生态系统的动力学机制,分析近海生态环境污染机理与控制策略,研究海洋生态灾害的发生机制、防治技术与对策,为重要海洋生态环境与生物资源的保护提供科技支撑。”
“这个实验室还承担着奥运帆船赛场及周边海域环境保护与治理技术研究的任务。”李瑞香说,实验室配备了高效液相色谱仪、营养盐自动分析仪、元素分析仪、流式细胞仪等先进的科学仪器和波动式海洋学测试仪、多参数水质仪等现场测量仪器。
同样重要的还有中科院海洋生态与环境科学重点实验室。向导于仁诚副研究员告诉记者,该实验室已经建立50多年,在国内外均有很大影响。
“近些年来,靠近大陆的海洋区域多次出现赤潮,给人们的生活造成极大危害,海水养殖的各种海洋生物毁于一夜之间,使靠海洋吃饭的渔民遭遇严重打击。”于仁诚说,为详细调查赤潮出现的特征,寻找消除赤潮的方法,海洋生态与环境科学重点实验室率先在我国开展有害赤潮的系统研究。现已查明黄海、东海主要赤潮生物种类的组成,建立了赤潮生物种子库,并对多种赤潮藻类的生理生态进行了研究。
于仁诚带着记者一个接一个地参观实验室各研究单元,气相色谱-质谱联用分析仪、高效液相色谱仪、原子吸收光谱仪、元素分析仪、荧光分光光度计等大型仪器一路看去。于仁诚说,还有些主要设备看不到,因为那都用于海上实时的观测研究,是一套完整的海上“流动”实验平台。
实验室备忘录
“海洋生态环境科学与工程国家海洋局重点实验室”是国家海洋局第一海洋研究所的第三个部级重点实验室。该实验室的成立将使海洋生物、海洋化学两个学科及专业方向得到整合、调整,并大大推动该所的科研新配置和结构优化,形成海洋动力、海洋生物技术、海洋生态和海洋工程环境等学科的明显优势。
中国科学院海洋研究所海洋生态与环境科学重点实验室是面向国内外开放的中国科学院院级重点实验室。根据当前的国家需求和海洋科学发展趋势,实验室针对海洋生态系统关键过程与环境、资源效应,重点研究海洋生态系统关键生物生产过程、海洋生态系统关键生物地球化学过程及海洋环境演变及其对海洋生态系统的影响。

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