我国长江口及邻近海域铜藻生长和金潮分布变化特征

丁晓玮，张建恒，3，庄旻敏，康新宇，赵晓惠，何培民，3，刘书荣，刘建芬，文 源，沈 辉，钟佳明

（1.上海海洋大学海洋生态与环境学院，上海 201306；2.上海海洋大学海洋科学研究院，上海 201306；3.江苏省海洋生物产业技术协同创新中心，江苏连云港 222005；4.江苏省海洋水产研究所，江苏南通 226007）

铜藻（Sargassum horneri）隶属于褐藻门（Phaeophyta）墨角藻目 （Fucales）马尾藻科（Sargassaceae）马尾藻属［1］，是中国暖温带海域浅海区海藻场的主要连片大型褐藻物种。藻体营固着生长，具气囊结构，主要以有性生殖方式进行种群繁衍，辅以残枝营养繁殖方式［2］。铜藻是海藻工业的优质原料，还广泛地应用到医药、食品、饲料和有机肥料方面，具有较高的商业价值。铜藻植株高大、分枝繁茂、生长在大干潮线以下的浅海岩礁上，可成片漂浮在水面，被称为“海中森林”。铜藻形成的海藻场中栖息生活着多种门类的海洋生物，为其提供了避敌、索饵、产卵的场所。因此，铜藻是构建海洋牧场和生态修复的重要物种之一。

然而，近年来，由铜藻引起的金潮现象正在兴起。尤其是2017年，根据国家海洋环境中心数据，超过25 000km2范围的漂浮铜藻聚集在一起，在海流和风的驱动下，漂移到了江苏辐射沙洲区域，对当地紫菜养殖造成严重影响［3］，这引起国内外科学家的高度关注，被称为继绿潮之后，我国近海海域第二种大型海藻藻华灾害。目前，国内外学者对铜藻的研究主要集中在繁殖学和生态学方面，对金潮源头的报道为数不多，最新研究是通过对2017年“金潮”漂移路径和源头分析，推测金潮起源于浙江沿岸附近海域［4］。

枸杞岛（30°41′～30°44′N、122°44′～122°48′E）位于浙江省嵊泗列岛东部，是列岛中仅次于泗礁的第二大岛。枸杞岛周边海域又是舟山渔场的中心，渔业资源十分丰富，枸杞乡的贻贝海上养殖业在浙江省乃至全国都占有一定的地位，目前枸杞乡贻贝养殖面积达1 566 hm2。在枸杞岛的贻贝养殖设施上附着生长大量的褐藻，在贻贝采收过后，当地渔民往往将附生的褐藻直接丢弃至海中，形成漂浮褐藻场。我国马尾藻属物种130余种，占世界的38.24%，中国特有种类有64种［5］。枸杞岛褐藻种类占大型海藻种类的16.9%，潮下带海藻中的铜藻生物量占总生物量的93.9%，处于绝对优势［6］。为鉴别枸杞岛漂浮褐藻与长江口附近海域漂浮的金潮藻是否为同一物种，本文通过对漂浮金潮进行船舶监测，并对漂浮金潮藻和枸杞岛固着褐藻进行分子鉴定和形态学分析，以期初步了解漂浮金潮的源头。

1 材料与方法

1.1 船舶监测

2018年1—4月期间，每月一次按固定航线进行金潮监测。在浙江舟山群岛近海海域，沿东海大桥-洋山镇-嵊泗-嵊山镇航线进行连续走航监测，如图1-A所示。在各监测海域的每一次调查航次中，记录漂浮金潮藻发生的时间、位置、在航线上的分布情况。

2018年4月29日—5月8日，利用“淞航号”进行金潮大面监测，监测海域为水深200 m以内的长江口邻近海域，历时10 d，航行1 000 km左右。航行过程中，对漂浮金潮藻分布特征进行监视，记录漂浮金潮藻发生的时间、位置、分布面积，并在发现金潮后，进行边界观测。分布面积由大面监测过程中，依次记录下“金潮”边界的经纬度，在地图中标画出“金潮”的大致范围而估算得出。航线如图1-B所示。

1.2 枸杞岛贻贝养殖区固着褐藻样品采集与处理

图1 2018年我国近海海域金潮发生早期船舶监测图Fig.1 Ship monitoring of early stage for golden tide in coastal area of China in 2018注：A：月度金潮走航监测路线；B：金潮大面监测路线Note：A：Monthly monitoring route of golden tide；B：Large area monitoring route of golden tide

本研究随机选取枸杞岛西北侧3个站点（图2）定点监测，进行固着褐藻生长特征以及漂浮褐藻分布特征调查。2018年1—5月每月随机采集褐藻样本，样本信息如表1所示。挑选完整藻株，在白色背景板上完全展开，利用相机拍摄藻体形态。马尾藻植株高度（m）由藻体根部至顶端来确定，采用卷尺进行测定，同时记录藻体气囊和固着器的存在情况，并拍照记录。简单沥水5 min后将样本放入自封袋，利用保温箱和冰袋，24h之内带回实验室并放置在-80℃的冰箱里做冷冻处理，以待种类分子鉴定分析。

1.3 漂浮和固着褐藻种类分子鉴定

本研究PCR扩增ITS-2序列，ITS-2序列的扩增参考YOSHIDA等［7］。引物由上海生工生物工程股份有限公司合成。通过种内种间遗传距离分析，构建系统进化树等方法，对枸杞岛贻贝养殖区固着褐藻进行种类鉴定。取样品叶片、气囊或顶端的幼嫩部分，用去离子水洗和刷子去除表面附着物，加液氮进行研磨，转至1.5 mL离心管中，随后采用植物基因组试剂盒（北京天根生化科技有限公司）提取基因组DNA。经凝胶电泳检测后，采用ITS-2序列对其扩增，扩增产物的纯化及测序由上海生工完成。

图2 枸杞岛附近海域贻贝养殖区固着褐藻站位及遥感影像Fig.2 Collecting stations for the attached brown algae in the mussel culture area of Gouqi Island注：A：枸杞岛附近褐藻采样站位；B：枸杞岛附近海域贻贝养殖区卫星遥感监测，来自于google earth软件；a、b、c：采样站点Note：A：Location of sampling sites in coastal area of Gouqi Island；B：Satellite remote sensing monitoring of mussel culture area in Gouqi Island，image is from google earth；a，b，c：Sampling stations

表1 褐藻样品采集信息Tab.1 Samples information of collected brown algae

ITS-2区域的序列与GenBank和其它参考文献中的参考序列进行比对［8］。系统发育树构建采用邻接法，使用软件为Mega 6，每个分支的可靠性通过1000个同步复制测试。

2 结果与分析

2.1 漂浮褐藻的分布特征

图3为2018年1—4月对漂浮褐藻的走航监测结果。1月和2月的走航监测中，没有观测到漂浮褐藻。3月3日，首次监测发现单棵零星漂浮状态的金潮藻（122°43′E、30°43′N；122°51′E、30°42′N）；4月 4日，监测发现零星漂浮褐藻（122°40′E、30°42′N；122°45′E、30°41′N；122°48′E、30°30′N），分布面积约为 112 km2，分布范围主要集中在贻贝养殖区附近海域。

4月29日—5月8日的大面监测结果显示，金潮范围较大，在浙江近岸海域均有分布，分布面积约为27 761 km2。

2.2 枸杞岛贻贝养殖区固着褐藻形态特征

监测调查结果显示，固着褐藻与东海漂浮褐藻形态特征相似，其植株呈褐色，藻体纤细且柔韧度较高，成藻期有明显的主侧枝和次侧枝之分，气囊通常呈圆柱状。固着褐藻植株高大，枝叶繁茂，主枝明显，具有很多侧分支且呈螺旋状缠绕。褐藻基部有固着器，呈裂瓣状，固着生长在贻贝缆绳和浮梗上，藻体由于具有大量气囊结构而漂浮于水面。固着褐藻与东海漂浮褐藻叶片及气囊形态特征也相似，叶片羽裂中肋及顶，柄部细长。气囊圆柱状，两端较细，顶生或生在叶腋内如图4所示。

图3 漂浮金潮藻分布特征Fig.3 Distribution characteristics of floating brown algae注：A：△：3月份在枸杞岛海域监测到的褐藻位置；▲：4月份在枸杞岛海域监测到的褐藻位置。B：▲：金潮大航次中监测到的褐藻位置；箭头所示为船舶监测路线，不规则框为金潮分布范围Note：A：△：Location of brown algae in the coastal area of Gouqi Island in March；▲：The location of brown algae in the coastal area of Gouqi Island in April.B：▲：Location of brown algae during the golden tide monitoring；the arrowhead shows the ship’s monitoring route，and the irregular frame is the distribution range of gold tide

图4 浙江海域漂浮褐藻与枸杞岛固着褐藻形态学特征Fig.4 Morphological characters of floating and attached brown algae注：A：枸杞岛固着褐藻形态；B：浙江海域漂浮褐藻形态Note：A：Morphological characters of attached brown algae in Gouqi Island；B：Morphological characters of floating brown algae in Zhejiang coast

2.3 枸杞岛固着马尾藻和东海漂浮马尾藻分子生物学特征

分析了36株枸杞岛固着褐藻样品、3株枸杞岛漂浮褐藻以及3株大面监测采集的褐藻ITS-2序列，并结合蔡永超等［9］基于ITS-2序列对2013年5月在绿潮暴发期间采自我国江苏近海的漂浮铜藻进行分子鉴定。通过与作为外类群的羊栖菜S.fusiforme为另一谱系支比对分析，推断出的系统进化树如图5所示。结果显示枸杞岛海域固着及漂浮的褐藻与邻近海域漂浮金潮藻是单一种，均为马尾藻属的铜藻。

2.4 枸杞岛贻贝养殖区固着铜藻的生长特征及漂浮铜藻的分布特征

现场调查结果（图6）表明，1—4月份，枸杞岛贻贝养殖区基础设施上有固着铜藻分布，株高逐月增加，4月达到最长，可达4.57 m，平均体长3.45 m；漂浮褐藻从3月份开始出现，漂浮褐藻株高亦逐月增加，5月达到最长，最长可达3.71 m，平均体长1.88 m。藻体固着器于4月衰亡，固着马尾藻从贻贝养殖缆绳上脱落，气囊没有消失，脱落下来的褐藻便可漂浮在贻贝养殖区附近海域。1—4月份海水表面温度变化幅度较小，基本维持在12.1～13.1℃，5月份海水表面温度骤升至18.6℃，此时贻贝养殖区固着褐藻全部脱落。

图5 基于NJ法构建的ITS2序列的系统进化树Fig.5 Phylogenetic tree of ITS2 sequences constructed by NJ method

图6 固着褐藻与漂浮褐藻关键形态学指标月度变化Fig.6 Monthly changes of key morphological indicators of attached brown algae注：*表示该月份存在气囊Note：*means there are air sacs

3 讨论

3.1 金潮的多源头分析

近几年，由铜藻引起的金潮现象在我国东海和黄海频繁发生，已成为一种受到普遍关注的藻华现象（图7）。铜藻在我国沿岸从广东海丰以北至辽东半岛一线地区均有分布［1］，传统上，铜藻是构建藻场和海洋牧场的重要藻种之一［10］，也是浙江沿海重要养殖的海藻品种之一。QI等［4］通过卫星水色遥感技术结合数值模型对2017年“金潮”漂移路径和源头进行分析，推测金潮起源于浙江沿岸附近海域。本研究调查结果显示，浙江沿海贻贝养殖区附生大量固着铜藻，笔者推算养殖区固着铜藻生物量约为 2.1 t·hm-2［5］，此外，浙江沿岸附近海域贻贝养殖区面积高达1 594 hm2①数据来自浙江统计年鉴，因此为黄东海海域金潮的快速形成提供了重要生物量基础。

有研究显示黄海绿潮来自于固着在江苏辐射沙洲区域的紫菜养殖设施上的浒苔（Ulva prolifera）［11］，每年浒苔大量生长在紫菜养殖缆绳和竹筏上，渔民在采收紫菜时，浒苔作为危害藻类之一，通过人工清理的方式直接扔到海区［12］，浒苔与铜藻一样，具有气囊结构，脱落下来的浒苔便可以漂浮在海表面形成绿潮。相比较于绿潮，本文对枸杞岛附近海域贻贝养殖区上的固着铜藻进行调查（图8）。在枸杞岛台风影响最强的7、8、9月，是铜藻幼苗期，植株矮小，受风浪影响较弱。枸杞岛西北侧近岸海区有上万亩的贻贝养殖筏，这对风浪袭岸起到一定缓解作用，保护了贻贝养殖筏上铜藻的分布和生长。铜藻藻体从1月至3月份，藻体长度快速生长至3～4m，此时，受到波浪和水流作用形成的拖拽力增强，植株脱离附着基，藻体可脱落下来［13-14］；此外，在贻贝养殖区，铜藻从经济海藻转变为了有害海藻，渔民也会将固着的铜藻清理下来扔到海里。我国东部沿岸不断攀升的水产养殖业导致海水出现一定程度的富营养化，也可能是造成此次马尾藻大规模爆发的重要因素。因此，浙江沿岸贻贝养殖区固着铜藻可能是金潮的源头之一。

图7 我国近海海域金潮现象Fig.7 Golden tides in coastal areas of China注：A：2017年我国近海海域金潮最大分布范围；B：2017年长江口外海域漂浮的金潮；C：2017江苏近岸紫菜养殖区受到金潮侵袭Note：A：The largest distribution range of golden tide in coastal areas of China in 2017；B：The floating golden tide in the Yangtze River Estuary in 2017；C：Pyropia aquaculture in Jiangsu Province was attacked by golden tide

图8 枸杞岛贻贝养殖区的附生褐藻Fig.8 Attached brown algae in the mussel culture area注：1：贻贝养殖用浮子；2：浮绠；3：贻贝养殖绳Note：1：Floater；2：Floating rope；3：Mytilus edulis culture rope

有研究表明金潮来自于山东沿岸和辽东半岛附近海域［3］，且这两个区域每年也均有漂浮铜藻现象发生。根据北海预报中心卫星遥感影像资料①未公开发表资料，金潮每年9—12月，自北黄海海域向南漂移至南黄海海域；每年1—5月，金潮在浙江沿岸漂浮集结后，由东海向北漂移至南黄海海域，这两个过程是相对独立的，且漂移目的地均为南黄海海域。因此，我们推测我国黄海金潮是双源头海区性质。铜藻在我国沿岸尤其是浙江沿岸和辽东及山东半岛沿岸均有分布，自然种群分布密度不高，多以经济海藻养殖分布，或作为其它养殖设施上的附生藻类分布为主，这些藻体均为金潮的形成提供了生物量基础，成为金潮的源头。

3.2 金潮治理问题的探索

藻华灾害的发生严重影响了沿岸生态环境及海洋生态系统服务功能，甚至对海洋经济发展造成影响。近年来，我国近岸海域富营养趋势严重，尤其是长江口附近海域营养物质为绿潮和金潮这两种大型海藻藻华提供了物质基础，未来藻华发生可能将向常态化趋势发展，因此，藻华灾害防控迫在眉睫。

金潮源头的确定是金潮灾害治理的第一步，通过源头治理和防控才能有效降低灾害发生规模，本文认为东海浙江沿岸贻贝养殖区为金潮源头之一，渔民可通过优化采收方法减少铜藻脱落，从而为未来灾害防控提供支撑。此外，在金潮治理方面，可以借鉴当前绿潮治理的方法和手段，金潮铜藻相比较于绿潮浒苔具有更高的经济价值，浒苔一般被打捞至岸上后加工成饲料和肥料［15］，目前黄海漂浮绿潮被加工成高附加值的食品只有本项目组进行了部分研究，但产量较低；而铜藻本身食用价值很高，同时铜藻也是藻胶产业的重要原料［16］，也可作为饲料、饵料、饮料、保健品、护肤品等的重要来源［17］，具有很高的经济价值。因此，开展金潮铜藻的有效拦截打捞，并进行后续加工将是未来金潮治理的重要手段。