鏈狀裸甲藻赤潮消亡過程及其與休眠包囊關系的初步研究

李光毅 ，劉保清 ，邱勇，黃龍展 ，陳競武

( 1.泉州師范學院 海洋與食品學院 福建省海洋藻類活性物質制備與功能開發重點實驗室/近海資源生物技術福建省高校重點實驗室，福建 泉州 362131；2.國家海洋局廈門海洋環境監測中心站，福建 廈門 361008；3.泉州海洋環境監測預報中心，福建 泉州 362131)

1 引言

赤潮是由海水中某些浮游植物、原生動物或細菌在一定環境條件下，短時間內暴發性增殖或聚集而引起的一種水體變色的有害生態異?，F象[1]。近年來，由于近岸海域污染不斷加劇，水體富營養化程度日趨嚴重，赤潮發生的頻率和危害程度明顯上升，尤其是有毒甲藻赤潮有增多的趨勢[2-3]。赤潮的發生是氣象、水文、化學、物理和生物等因素耦合作用的結果，具體的發生機制仍未研究清楚[4-5]。

鏈狀裸甲藻（Gymnodinium catenatum）隸屬于甲藻門裸甲藻屬，屬于廣溫廣鹽種，主要分布在西班牙、日本、澳大利亞和美國等，同時也是我國常見的赤潮種之一，其包囊在我國沿海分布廣泛[6-7]。鏈狀裸甲藻可產生麻痹性貝毒（Paralytic Shelfish Poisoning, PSP），嚴重危害水產養殖業和人類健康。迄今為止，我國已多次發生鏈狀裸甲藻赤潮，如2017年在福建漳州和泉州暴發了大規模鏈狀裸甲藻赤潮，造成嚴重的PSP中毒事件和經濟損失[8]。

泉州灣位于福建省東南部沿海，北起惠安縣的崇武半島，南至石獅市的祥芝角，灣口向東敞開，灣口中部有大、小墜島橫亙其間，屬于開敞式海灣。泉州灣是晉江和洛陽江的入?？?，兩江帶來大量有機物和營養鹽，加上沿岸工業廢水、生活污水和養殖廢水的污染，致使泉州灣水體富營養化嚴重[9]。2018年6月中旬，泉州灣海域發生了一次小規模鏈狀裸甲藻赤潮，本文根據此次鏈狀裸甲藻赤潮消亡期間的浮游植物與環境資料，重點探討了赤潮消亡期間監測海域的生態環境特征，同時對該海域的甲藻包囊進行調查，以期了解赤潮與休眠包囊的關系，也為赤潮的生態環境研究和海洋環境管理部門開展赤潮監測和預測提供科學依據。

2 材料與方法

2.1 調查時間與地點

本文在泉州灣赤潮發生海域設置4個調查站位，調查站位詳見圖1。在赤潮發生期間（2018年6月10?14日）進行連續監測（每日上午 9?10點采樣1次），赤潮完全消失后（2018年7月4日）監測1次，合計進行6次海水水質和浮游植物調查。甲藻包囊的調查時間為2018年6月14日、2018年7月4日、2019年2月23日和2019年5月8日，調查站位同上。

圖1 監測站位Fig.1 Monitoring stations

2.2 調查方法

浮游植物調查：用有機玻璃采水器采集表層水樣1 L，用Lugol’s溶液固定，帶回實驗室，靜置沉淀48 h后，用虹吸管吸去上清液，濃縮至10～100 mL（濃縮的最終體積視浮游植物細胞密度而定）。使用Olympus BX41顯微鏡進行種類鑒定和細胞計數，每個樣品計數3遍，取其平均值。

海水水質調查：采用Cond3210型電導率儀和pH3210型酸度計現場測定各站位表層海水的水溫、鹽度和pH。采集表層海水，經處理后帶回實驗室進行溶解氧（Dissolved Oxygen, DO）濃度、化學需氧量（Chemical Oxygen Demand, COD）和營養鹽濃度分析測定，水樣的采集、現場處理和分析測定均按《海洋調查規范》（GB/T 12763-2007）[10]和《海洋監測規范》（GB 17378-2007）[11]中規定的方法進行。

甲藻包囊調查：用QNC7-1型抓斗式采泥器采集表層沉積物，每個站位采集3次，取3份沉積物樣品的上表層（0～2 cm）充分混合，用塑封袋密封，放入4℃冰箱中避光保存，直至帶回實驗室進行分析。

包囊樣品處理：取適量沉積物樣品分成兩份，一份（約5 g）置于70℃烘箱中烘24 h以上直至恒重，測定沉積物含水率；另一份（約5 g）用滅菌過濾海水稀釋后超聲波處理2 min，依次通過孔徑為125 μm和20 μm尼龍篩網，此步驟重復多次，直至獲得較為清澈的過濾液，收集20 μm尼龍篩網的沉積物樣品，定容至10 mL，然后加入5%中性福爾馬林固定。每份包囊樣品重復觀察3次，取其平均值。包囊密度以每克干重沉積物中的包囊數表示（cysts/g）。包囊鑒定主要參照文獻[12-16]。

2.3 水質評價方法

使用富營養化指數（E）法評價海域的富營養化程度，計算公式為

式中，CCOD為化學需氧量（單位：mg/L）；CIN為無機氮濃度（單位：mg/L）；CPO4-P為活性磷酸鹽濃度（單位：mg/L）。當E＜1時，水體為貧營養水平；當E≥1時，水體呈富營養化。E值越大，水體的富營養化程度越高。

2.4 數據處理與分析

采用Excel 2020軟件，對原始數據進行處理；采用SPSS 19.0軟件，分析各要素間的差異性和相關性；采用Origin 8.5軟件進行繪圖。

3 結果

3.1 赤潮演化過程

2018年6月10 ?12日在泉州灣海域發生了小規模鏈狀裸甲藻赤潮，水體呈褐色，面積約為2 km2。6月13日赤潮開始消退，水色開始恢復正常，6月14日赤潮完全消失。

鏈狀裸甲藻有游泳單細胞和鏈狀群體兩種，該種一般為鏈狀群體，大多數細胞鏈由2～16個細胞組成，最多可達到64個。單細胞和鏈狀群體末端的細胞（細胞長為 34～41 μm，寬為 27～33 μm）傾向于錐形尖端，而鏈中的細胞（長為 23～33 μm，寬為 27～36 μm）向后扁平。細胞橫溝較深，在細胞長度的1/5～1/3處呈左向位移，縱溝窄而深，延伸至上錐體和下錐體[17]。本次赤潮水樣中，4～16個細胞鏈的鏈狀裸甲藻占主導地位（圖2b）。

圖2 鏈狀裸甲藻單細胞（a）及鏈狀群體（b）Fig.2 Gymnodinium catenatum monoplast (a) and catenoid colony (b)

3.2 赤潮發生期間海水環境因子狀況

3.2.1 海水水化因子

根據國家海洋局崇武海洋環境監測站在泉州灣海域的歷史監測資料表明，以往6月份監測海域水溫變化范圍為25.2～27.9℃，鹽度變化范圍為28.6～29.8。由圖3可知，2018年6月赤潮發生期間，水溫變化范圍為 27.1～28.2℃，平均水溫為（27.6±0.4）℃，鹽度介于29.7～31.4之間，平均為30.8±0.8。在整個赤潮的消亡過程中，水溫和鹽度均發生了顯著變化（p＜0.05）。

圖3 赤潮期間水溫和鹽度的變化Fig.3 Variations of temperature and salinity during red tide

由圖4可知，赤潮發生期間，pH和DO濃度均發生顯著變化（p＜0.05）。pH 變化范圍為 8.11～8.49，平均為8.30±0.13；DO濃度變化范圍為6.66～14.17 mg/L，平均為（10.12±3.04）mg/L，在赤潮消亡前期，DO 的飽和度均在150%以上，最高值達到220%。pH和DO濃度的最高值均出現在6月12日，到6月14日達到最低值，赤潮消亡后期，pH和DO濃度急劇下降，并在7月4日恢復至正常水平。

圖4 赤潮期間pH和DO濃度的變化Fig.4 Variations of pH and DO concentration during red tide

3.2.2 海水營養鹽變化

監測期間，研究海域無機氮和活性磷酸鹽濃度隨著赤潮消亡的過程發生顯著變化（p＜0.05）?；钚粤姿猁}濃度在監測期間變化范圍是未檢出至0.045 4 mg/L，其中6月11日未檢出，而6月12日出現最高值，高達0.045 4 mg/L，劣于第四類海水水質標準，但是富營養化指數E＜1，表明監測海域未達到富營養化水平（圖5）。

圖5 赤潮期間活性磷酸鹽（PO4-P）濃度的變化Fig.5 Variations of active phosphate (PO4-P) concentration during red tide

無機氮濃度在監測期間變化范圍為0.050～0.281 mg/L（p＜0.05），平均為（0.186±0.09）mg/L，均符合第二類海水水質標準，其中最高值出現在6月11日，最低值則出現在6月12日。通過對海水中無機氮組成進行分析，結果表明隨著赤潮的消亡過程，海水中無機氮組成結構發生顯著變化（p＜0.05），、和的濃度變化范圍分別為0.011～0.168 mg/L、0.025～0.054 mg/L和 0.002～0.226 mg/L，和分別在6月12日和6月11日占主要優勢，其他時間均以為主（圖6）。

圖6 赤潮期間無機氮濃度的變化Fig.6 Variations of inorganic nitrogen concentration during red tide

3.3 浮游植物和甲藻包囊種類組成

監測期間采集的海水樣品經鑒定，共有浮游植物3門48屬100種，其中硅藻門種類最為豐富，共35屬80種，占總種類數的80%，甲藻門12屬19種，占19%，藍藻門1屬1種，占1%。硅藻門中角毛藻屬種類數最多，共有13種，其次是根管藻屬、圓篩藻屬和斜紋藻屬，分別有8種、7種和6種；甲藻門中原甲藻屬、原多甲藻屬和角藻屬種類數較多；6月11日和12日在個別站位中檢出了藍藻門的漢氏束毛藻（Trichodesmium hildebrandtii）。本次調查共鑒定赤潮藻類58種，占總種類數的58%，其中硅藻門38種，鑒定出的19種甲藻和1種藍藻均為赤潮藻類。

4個航次中共鑒定出甲藻包囊5大類37種和1種未定種，其中原多甲藻類包囊種類數最多，共有19種，占總種類數的50.0%；膝溝藻類包囊7種，占18.4%；裸甲藻類包囊5種，占13.2%；翼甲藻類和鈣質類包囊分別為4種和2種，各占10.5%和5.3%。從甲藻的營養類型來看，以異養型甲藻包囊為主，共25種，自養型甲藻包囊則為12種，詳見圖7。

圖7 泉州灣海域甲藻包囊種類組成Fig.7 Species composition of dinoflagellate cysts in the Quanzhou Bay

3.4 種類數

由圖8可知，監測海域赤潮發生期間浮游植物種類數介于27～69種之間，其中6月12日最高，6月11日最低。在赤潮消亡前期（6月10?11日），甲藻門和硅藻門種類數較低，赤潮消亡中后期（6月12?14日），甲藻和硅藻種類數明顯升高，6月12日甲藻和硅藻種類數均達到最高（17種和51種）；7月4日則在監測海域鑒定出3種甲藻和35種硅藻。

圖8 赤潮期間浮游植物種類數的變化Fig.8 Variations of phytoplankton species during red tide

3.5 細胞密度

監測結果顯示（圖9），6月10?12日鏈狀裸甲藻在浮游植物群落中占絕對優勢，細胞密度均在106cells/L以上，占到浮游植物細胞總數的80.4%～98.4%，6月10日細胞密度最高，達到（7.02±0.11）×106cells/L。由于鏈狀裸甲藻在赤潮消亡前期數量極高，因此甲藻在赤潮消亡前期占絕對優勢，其他甲藻僅錐狀斯克里普藻（Scrippsiella trochoidea）細胞密度較高，介于8.67×103～1.69×104cells/L 之間，而夜光藻（Noctiluca scintillans）、海洋原甲藻（Prorocentrum micans）和塔瑪亞歷山大藻（Alexandrium tamarense）等甲藻密度較低，均在103cells/L以下。6月13?14日鏈狀裸甲藻細胞密度急劇下降，僅占細胞總數的41.7%和11.9%，細胞密度最低僅為（5.10±0.42）×104cells/L，優勢類群已經變為硅藻（比率為87.8%）。在赤潮完全消退20 d后，7月4日監測海域未發現鏈狀裸甲藻。

圖9 赤潮期間浮游植物細胞密度及其所占比率的變化Fig.9 Variations of phytoplankton cell density and its proportion during red tide

在赤潮消亡后期（6 月 13?14 日），硅藻取代鏈狀裸甲藻的優勢地位，密度為（4.75±0.90）×105cells/L 和（3.77±0.24）×105cells/L，分 別 占 浮 游 植 物 總 數 的58.2%和87.8%。其中中肋骨條藻（Skeletonema costatum）和旋鏈角毛藻（Chaetoceros curvisetus）占主要優勢，分別占硅藻細胞總數的43.6%～46.2% 和41.6%～44.4%。在赤潮消退之后（7月4日），硅藻為監測海域的絕對優勢類群，密度為2.39×104cell/L，占浮游植物總密度的比率高達97.4%。

3.6 甲藻包囊種類數和豐度

監測海域4個航次甲藻包囊的種類數介于22～33種之間，平均為27種，其中2018年7月4日最高，2018年6月14日最低，且均以異養型甲藻包囊為主，其中又以原多甲藻類包囊占優勢，每個航次均在14種以上；豐度上，2018年7月4日亦是最高，為（758±426） cysts/g，最低為 2019 年 2月 23日，為（460±192） cysts/g，全年平均為575 cysts/g。4個航次異養型包囊和自養型包囊豐度比（H∶A值）在1.98～7.69之間，平均為4.01。同樣原多甲藻類包囊豐度在4個航次中均占主要優勢，每個航次均占總豐度的50%以上，詳見圖10。

圖10 泉州灣海域甲藻包囊種類數和豐度的變化Fig.10 Variations of species number and abundance of dinoflagellate cysts in the Quanzhou Bay

鏈狀裸甲藻包囊在每個航次每個站位中均有發現（圖11），豐度介于 19～（65±8）cysts/g 之間，平均為41 cysts/g，其中2018年6月14日最高，2019年5月8日最低，詳見圖12。在監測海域還發現其他有毒有害的甲藻包囊，如同樣產麻痹性貝毒（PSP）的微小/相似亞歷山大藻包囊復合體（Alexandrium minutum/affinecyst complex）和塔瑪/鏈狀亞歷山大藻包囊復合體（Alexandrium tamarense/catenellacyst complex），產蝦夷扇貝毒素（YTXs）的多邊舌甲藻（Lingulodinium polyedra）、網狀原角藻（Protoceratium reticulatum）和具刺膝溝藻（Gonyaulax spinifera）包囊，但豐度均不高，最高為多邊舌甲藻包囊的17 cysts/g，最低為塔瑪/鏈狀亞歷山大藻包囊復合體的6 cysts/g，且這些有毒有害甲藻包囊僅在個別航次有檢出。

圖11 鏈狀裸甲藻空包囊（a）和活體包囊（b）Fig.11 Gymnodinium catenatum empty cysts（a）and live cysts（b）

圖12 泉州灣海域鏈狀裸甲藻包囊豐度Fig.12 Variations of abundance of Gymnodinium catenatum cysts in the Quanzhou Bay

4 討論

4.1 鏈狀裸甲藻赤潮消亡期間浮游植物群落變化

由于本次監測的時候，赤潮已經發生，因此未能獲取赤潮發生前的浮游植物群落結構數據，但根據以往的調查資料[18-19]可知，泉州灣海域浮游植物的主要類群是硅藻，7月4日的浮游植物監測數據也證明了這一點。泉州灣的浮游植物類群主要為廣布種和暖水種，如中肋骨條藻、旋鏈角毛藻、派格棍形藻（Nitzschia paradoxa）、尖刺擬菱形藻（Pseudo-nitzchia pungens）和洛氏角毛藻（Chaetoceros lorenzianus）等，也存在著少量的如長耳盒形藻（Biddulphia aurita）和彎菱形藻（Nitzschia sigma）等溫帶種。鏈狀裸甲藻以前在泉州灣未有報道；中肋骨條藻在泉州灣則一直是優勢種，在2006年的6?8月還發生過多次赤潮[19]；旋鏈角毛藻在泉州灣的數量也較多，個別月份優勢度較高。此次赤潮期間，浮游植物種類亦是以廣布種和暖水種為主，其中鏈狀裸甲藻、中肋骨條藻和旋鏈角毛藻優勢度明顯。

赤潮消亡期間，浮游植物種類數在前期較少，到了中后期甲藻和硅藻種類數均明顯增加，而總細胞密度因鏈狀裸甲藻數量的減少則是逐漸下降。赤潮消亡前期，監測海域鏈狀裸甲藻數量極高，后期數量急劇下降，到了7月4日，甚至檢測不到；而中肋骨條藻和旋鏈角毛藻則相反，赤潮消亡前期數量較少，均在105cells/L以下，到了中后期，密度急劇升高。鏈狀裸甲藻和中肋骨條藻、旋鏈角毛藻高峰的交替出現，表明了赤潮生物之間存在著營養競爭和互相演替的過程，同時也證明了甲藻赤潮消亡的過程通常由硅藻群落取代甲藻群落的生態特征[20-21]。

4.2 赤潮暴發與環境因子的關系

對于赤潮生物而言，影響其生長的因素很多，其中良好的海況、適宜的溫度和鹽度等是其必不可少的條件[22]。根據國家海洋局崇武海洋環境監測站的觀測資料顯示，監測海域赤潮暴發期間，盛行東風，風力2～3級，海況較好，有利于赤潮生物的生長和繁殖，且赤潮生物因風向影響主要集中在靠近岸邊的Q1和Q2站位。不同的赤潮生物都有其生長繁殖的最適溫度，即使是同一物種，也存在著不同的生態類型[23]。鏈狀裸甲藻是廣溫廣鹽種，本次鏈狀裸甲藻赤潮在水溫27.1～28.2℃之間暴發，2017年6月在深滬灣暴發的鏈狀裸甲藻赤潮水溫則是介于25.9～27.4℃之間[24]，表明泉州沿海兩次暴發赤潮的鏈狀裸甲藻種群均屬于暖水生態型，相反在塔斯馬尼亞河口南部和西班牙發現的鏈狀裸甲藻赤潮，那里的水溫介于12～17℃之間，表明該區域的鏈狀裸甲藻種群是冷水生態型[25-26]，而在海州灣發現的鏈狀裸甲藻赤潮，水溫介于22.8～23.4℃之間，表明該種群可能屬于中度生態型[27]。但來自臺灣海峽的鏈狀裸甲藻藻株生長最適溫度為23℃，與赤潮發生時的溫度并不一致[23]。在鹽度方面，鏈狀裸甲藻在鹽度在23.9～32.8之間均可暴發赤潮[24,27]，但在鹽度為28時生長最好[6]。此次赤潮鹽度介于29.7～31.4，且赤潮生物密度與鹽度呈明顯的負相關關系（p＜0.01），同上述結論相符合。

赤潮在發展時期會吸收大量的CO2并釋放出O2，致使海水pH和DO濃度增高；而當赤潮消亡時，死亡后的大量藻體會被微生物分解，消耗水體中的DO并釋放CO2，致使水體中pH和DO濃度降低。此次赤潮消亡時并未出現低氧狀況，這主要與消亡時監測海域的大風大浪有關。pH和DO濃度在整個赤潮消亡過程中呈明顯的正相關關系，相關系數高達0.914。

水體富營養化是赤潮暴發的原因之一，營養鹽對赤潮的發生起著基礎性作用。監測海域雖然位于泉州灣灣口，水體交換較好，但仍受到晉江、洛陽江等入海河流的影響，還有周邊面源污染排入，使該海域常年處于富營養化水平[9,28]。與2015年監測海域同時期的營養鹽濃度進行對比[28]，發現雖然2018年6月10日水體呈富營養化，但仍遠低于2015年同時期的水平，同時隨著赤潮的發展，無機氮濃度和活性磷酸鹽濃度都有明顯的下降，活性磷酸鹽甚至未檢出，而在赤潮消亡后期營養鹽濃度逐漸恢復，但仍處于貧營養水平。張文[6]研究發現，低氮或低磷均不利于鏈狀裸甲藻的生長；程軍利等[27]指出，活性磷酸鹽是控制海州灣鏈狀裸甲藻消退的決定性因素。但此次鏈狀裸甲藻赤潮并未發現同營養鹽濃度有顯著的相關關系，且活性磷酸鹽濃度在6月12日突增，該原因還有待進一步研究。一般來說，海洋中的無機氮以為主，其他形式的無機氮為輔，7月4日監測海域濃度占無機氮濃度的70%也證明了這一點。赤潮消亡過程中，和濃度變化幅度較大，濃度一直維持在較低水平，變化幅度較小，這可能是因為和是藻類優先利用的氮源，最后才是[29]。

4.3 休眠包囊在赤潮生消過程中的作用

休眠包囊在赤潮生消過程中扮演著重要的角色。一方面，在赤潮消亡時期，大量休眠包囊的形成導致營養細胞數量的銳減，是赤潮消亡的原因之一；另一方面，這些休眠包囊沉積在海底，使赤潮生物度過惡劣環境，在環境好轉時，這些包囊又可以萌發，從而向水體中提供營養細胞，促進赤潮的再次發生，被認為是赤潮的“種源”[13]。泉州灣海域鏈狀裸甲藻赤潮消亡時，形成休眠包囊，沉積在當地海域的底泥中，這些包囊在赤潮消亡時采集的水樣中也有發現。包囊數量隨著時間呈逐漸下降趨勢，在赤潮剛消亡時（6月 14日）豐度最高，達到（65±8）cysts/g，1年之后，豐度最低，為19 cysts/g，僅占最高豐度的30%。王朝暉[7]曾于2003年9月采集泉州灣3個站位的表層沉積物樣品，發現泉州灣鏈狀裸甲藻包囊豐度平均為7 cysts/g，遠低于本次監測結果。而Bravo等[30]報道西班牙鏈狀裸甲藻赤潮后，當地海域鏈狀裸甲藻包囊的豐度迅速增加；在塔斯馬尼亞南部也報告了高豐度的包囊，在那里鏈狀裸甲藻赤潮很常見[31]。這些都證明了赤潮消亡時會形成大量的休眠包囊。但潘俊等[32]在調查南黃海包囊分布時，發現暴發鏈狀裸甲藻赤潮的區域，1年之后檢測到鏈狀裸甲藻包囊數量較少；李光毅等[33]在研究湄洲灣甲藻包囊分布時也得出同樣的結論，可見休眠包囊可能受到海流、潮汐和萌發等影響，經過一段時間后，數量會呈下降趨勢。

甲藻包囊具有孢粉質壁，能長期保存在沉積物中，但需度過一段時間的強制性休眠期才能萌發。塔斯馬尼亞南部和西班牙的鏈狀裸甲藻包囊在黑暗的冰箱中可以存活1年，休眠期持續6 d到兩周，且在4℃條件下仍然能萌發[17,26]；Figueroa等[34]指出在缺氮或缺磷的環境下，鏈狀裸甲藻包囊最終萌發率仍在57%以上；而Liu等[23]采集廈門灣的鏈狀裸甲藻包囊進行萌發實驗，發現該包囊在23℃環境下1 d內即可萌發，且在4℃條件下貯藏兩年后萌發率仍有73%。泉州灣海域的鏈狀裸甲藻包囊同廈門灣一樣，均屬于暖水生態型，且較多為沒有萌發的活體包囊，萌發能力較強，在適宜的條件下，具有暴發赤潮的潛在性。

5 結論

2018年6 月中旬在泉州灣海域發生小規模鏈狀裸甲藻赤潮，赤潮持續時間短，發生過程中共鑒定浮游植物3門48屬100種，硅藻門種類最多；赤潮消亡期間群落結構發生變化，赤潮消亡前期鏈狀裸甲藻占據絕對優勢，后期硅藻（主要為中肋骨條藻和旋鏈角毛藻）代替鏈狀裸甲藻成為優勢種，且浮游植物種類數明顯增加；此次赤潮在高溫、高鹽、富營養化的環境中暴發，但與營養鹽沒有呈現顯著的相關關系，大風大浪是導致赤潮消亡的重要原因；在泉州灣海域共鑒定甲藻包囊5大類37種和1種未定種，全年平均豐度為574 cysts/g，異養型甲藻包囊種類數和豐度均占主要優勢；休眠包囊在赤潮生消過程中起著重要作用，赤潮消亡時形成休眠包囊，包囊數量隨著時間呈下降趨勢，但仍有萌發的可能，具有重新暴發赤潮的潛在性，需要引起重視。