全 文 :第 32卷 第 6期 生 态 科 学 32(6): 692-702
2013年 11月 Ecological Science Nov. 2013
收稿日期:2013-10-10收稿,2013-11-20接受
基金项目:中石油项目“原油远洋运输优化与遥感监测技术研究”(313099);中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室自主创新项目
(LTOZZ-1201);科技部国际合作项目(中国-罗马尼亚)“大亚湾(中国)和黑海近海(罗马尼亚)浮游植物分布特征及其对人类活动的响
应的比较研究”(41-26)。
作者简介:周利(1987—),女,硕士研究生,目前从事遥感海洋环境生态学方面的研究。
*通讯作者,唐丹玲,博士,教授,主要从事遥感海洋环境生态学方面的研究。E-mail:lingzistdl@126.com http://lingzis.51.net/
周利,唐丹玲,孙景. 海洋溢油后浮游植物藻华观测分析和机制探讨[J]. 生态科学, 2013, 32(6): 692-702.
ZHOU Li, TANG Dan-ling, SUN Jing. Investigation of marine phytoplankton blooms after the oil spills in the seas[J]. Ecological
Science, 2013, 32(6): 692-702.
海洋溢油后浮游植物藻华观测分析和机制探讨
周利
1,2
,唐丹玲
1,2*
,孙景
1,2
1. 中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境国家重点实验室,海洋生态环境遥感中心,广州 510301
2. 中国科学院大学,北京 100049
【摘要】海洋溢油事件频率增加,严重影响了生态环境。该研究收集MODIS叶绿素 a数据和现场资料,对全球 20次重大海洋
溢油事件后浮游植物进行了研究分析。结果显示,溢油可能引发大面积藻华,且一般发生在溢油 20 d 以后,多数发生在 3-10
个月间。深入分析发现,溢油后的藻华多数发生在春季、秋季和/或温度在 20℃-30℃条件下。若溢油发生在夏季,短期内发生
藻华的几率较高,且可能发生多次藻华;若溢油发生时温度较低,溢油后藻华发生几率也较低。需要关注的是,2013年晚秋我
国青岛市黄岛输油管线破裂引起的溢油事件,可能提高 2014年春季胶州湾发生藻华的几率。
关键词:藻华;溢油;卫星遥感
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2013.06.004 中图分类号:X55 文献标识码:A 文章编号:1008-8873(2013)06-692-11
Investigation of marine phytoplankton blooms after the oil spills in the seas
ZHOU Li 1,2, TANG Dan-ling 1,2*, SUN Jing 1,2
1. State Key Laboratory of Tropical Oceanography, Research Center for Remote Sensing and Marine Ecology & Environment, South
China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: The oil spills with increasing frequency in the seas have heavily threatened the ocean environments. This paper investigates
the phytoplankton blooms after 20 oil spills events in the world, using the MODIS Chlorophyll-a data and in situ information. The
results show that large areas of phytoplankton blooms occur after the oil spills. In general, the algal blooms occur twenty days after the
oil spill and most blooms appear from March to October. The maximum time interval is found to be 14 months. Further analysis shows
that the phytoplankton blooms after the oil spills usually occur in spring or autumn, or/and at 20℃-30℃. If the oil spills happen in
summer, the phytoplankton blooms may occur in the short term and more than one times. And the high temperature when the oil spills
happen is conducive to algae blooms. According to the above results, this study suggests to pay more attention to the increasing potential
phytoplankton blooms in Jiaozhou Bay in the spring of 2014, owing to the oil spill caused by the pipeline explosion in Huangdao in
November 22, 2013.
Key words: phytoplankton blooms, oil spills, remote sensing
6期 周利,等. 海洋溢油后浮游植物藻华观测分析和机制探讨 693
1 引言 (Introduction)
近海石油勘探、航船运输以及人类活动的增加,
致使海洋中溢油事故发生频率大幅度提高,更大程
度地影响了周边环境以及海洋生态系统。据统计,
1974-2007年,仅 33年间,全球共发生船舶溢油事
故达到 9 351次,总的溢油量约 5×106 t,单次溢油
量超过 700 t的事故达 346次[1];在我国沿海,1973
-2006年,33年间发生船舶溢油事故共 2 635起,
总的溢油量约 4×106 t,而溢油量超过 50 t的事故
共发生了 69起[2]。而如今中国沿海地区,仅平均每
4 d就会发生一起溢油事故[3]。一般所谓的溢油,主
要来至于船舶的日常操作(卸载、加油、清洗船舱
等)、航船运输、航船碰撞、石油储存、钻井操作、
输油管泄漏等[4-8]。溢油事故已成为重大环境问题之
一,严重威胁到我们的生存环境。
溢油严重污染环境,对周围的生物及人类的日
常生活造成巨大影响;对水产养殖业更是致命伤害,
严重影响社会经济发展;对生态系统的影响更是无
法估计,如水生生态系统、沿海生态系统、沼泽生
态系统[9],特别是红树林与盐沼地,对溢油极其敏
感[10]。
遥感是一种新发展起来的海洋研究手段,可以
运用于溢油的监测、追踪和溢油的生态影响、藻华
和赤藻等研究[11]。
研究显示海洋溢油后可能发生大面积藻
华 [12-17]。藻华可能发生在在溢油后几周或几个月,
时间间隔不同 [13-15]。藻华发生的时间间隔为什么不
同?受什么因素影响?有什么规律?本研究主要分
析溢油后藻华发生的时间间隔,藻华发生的季节和
海洋环境;并探讨 2013年 11月 22日青岛市黄岛事
件(输油管爆炸)引发溢油事件对当地藻华可能产
生的影响。
2 数据与方法 (Data and methods)
收集分析全世界的溢油事件数据(主要来源于
Cedre[18]、国家海洋局(State Oceanic Administration
People’s Republic Of China)[19]、中国海洋信息网
(China Oceanic Information Network)[20]以及中国
溢油防治网(Oil Spill Prevention and Response)[21],
从中提取发生在全世界的球二十次重大溢油事件。
气温温度数据来源于Weather.org[22]。
用 于 溢 油 监 测 的 卫 星 数 据 来 源 于
RADARSAT2,可用 The Environment for Visualizing
Images (ENVI)处理。叶绿素 a(Chlorophyll a,
Chl-a)卫星数据主要利用搭载在 Terra 以及 Aqua
卫 星 上 的 Moderate Resolution Imaging
Spectroradiomerer (MODIS)传感器数据。二级每
天数据(分辨率为 1 km)以及三级月平均数据(分
辨率为 4 km),主要来源于海洋水色网站[23]。利用
美国航空航天局(National Aeronautics and Space
Administration,NASA)的程序-SeaDAS 6.2进行读
写、编辑。海表面温度数据( Sea Surface
Temperature,SST)主要来至于MODIS二级数据(分
辨率为 1 km),用 SeaDAS 6.2进行读写、编辑。
3 研究结果 (Results)
3.1 全球 20次重大溢油事件
统计全球 20次重大溢油事件,根据溢油时气温
高低(从低到高)进行编号,溢油地点如图 1所示。
这 20次溢油四大洋均有分布,且在大西洋较多。溢
油事件相关信息(名称、发生时间、持续时间等)
如表 1所示。其中 Deepwater Horizon 溢油事件(编
号 15)被认为是美国史上最严重的海上溢油事件,
总计泄漏原油约 780 000 m3 Sweet Louisiana以及甲
烷 205 000 kg,溢油时间持续了约 85 d,油膜面积
在达 5月 24日最大,为 75 000 km2(图 2 A、B和
C)[39]。图 2 D 是溢油三周后发生藻华的 MODIS
图像。此次溢油给当地的海洋生物带来致命性伤害,
对墨西哥湾附近的生态环境造成灾难性的影响。发
生在 2011年渤海的蓬莱溢油(Penglai 19-3 oil field)
事件(编号 14),溢油历时约三个月,污染面积达
到 6 200 km2,造成巨大的经济损失,严重污染渤海
以及近岸的生态环境(图 3 A和 B)。2011年 6月
24 日,MODIS 图像显示渤海发省了一次局部藻华
(图 3 C),并且 7月 15日在离 B平台 3海里,C
平台 2海里爆发了赤潮,该赤潮长约 2海里(图 3 D)
[40]。中国海洋环境状况公报表明,直到 2012 年年
底,渤海生态环境未恢复,底栖生物、浮游生物以
及鱼类依然受到不同程度的影响[19]。
3.2 海洋溢油后藻华发生时间、季节
研究分析 11次溢油事件后叶绿素 a浓度显著增
加,并且发生藻华(表 1)。MODIS 卫星图像清晰
生 态 科 学 Ecological Science 32卷 694
显示其中八次溢油事件后的八次藻华(图 4)。溢油
后藻华的次数不同,有的溢油后发生多次藻华。
Ixtoc I(编号 20)发生在在墨西哥坎佩切湾,溢油
后共发生两次藻华;蓬莱溢油(编号 14)发生在渤
其中红色的圆形图标表示溢油后发生藻华,黑色方形图标代表溢油后未发生藻华或尚未观测到藻华。Red circles mean that there are algal blooms after oil
spills and black rectangles mean there are not phytoplankton blooms after the oil spills or algal blooms have not yet observed.
图 1全球二十次重大溢油事件溢油地点
Fig. 1 The places of twenty times of serious oil spills in the world
A.2010.5.8 溢油卫星图像,紫红色虚线包裹的是局部油膜;B.溢油(至
2010.5.24)的油膜面积;C.2010.4.21拍摄的溢油现场图像;D.2010年 8
月发生的藻华MODIS图像。A. One satellite image of oil spills on May 24,
2010. The purple dashed line are show oil slicks. B. Area of oil slick on May
24, 2010. C. One scene photo of the oil spills on April 21, 2010. D. MODIS
image of Chl-a on August 2010. Purple triangles show the locations of oil
spills. Blue dashed line shows algal blooms.
图 2 2010年 Deepwater Horizon 溢油
Fig. 2 The Deepwater Horizon oil spills in 2010
A.2011.6.18 溢油卫星图像,紫红色虚线包裹的是局部溢油区;
B.2011.6.17拍摄的溢油现场图像;C.2011.6.24发生的藻华MODIS图像;
D.2011.7.15在溢油附近爆发的赤潮。A. Satellite images of oil spills on
June 18, 2011. Purple dashed line shows the oil slicks. B. The scene photo
of the oil spills on June 17, 2011. C. MODIS image of Chl-a on 24 June,
2011. D. The photo of red tide near the location of the oil spills on July 15,
2011. Purple triangles are the locations of oil spills. Blue dashed line shows
algal blooms.
图 3 2011年蓬莱溢油
Fig. 3 The Penglai oil spills in 2011
6期 周利,等. 海洋溢油后浮游植物藻华观测分析和机制探讨 695
表 1 全球 20次重大溢油事件
Table 1 Twenty times of serious oil spills in the world
事故编号
Number
溢油事件
Name
溢油时间
Start time of oil spills
溢油持续时间( d)
Duration (days)
参考文献
References
1 Tsesis 1) 1977-10-26 8 [24,25]
2 Exxon Valdez 1)* 1989-3-24 [26,27]
3 Hebei Spirit* 2007-12-7 2 3)
4 Argo Merchant 1) 1976-12-15 30 [28,29]
5 Sea Empress 1) 1996-2-15 7 [30]
6 Braer 1) 1993-1-5 7
7 Bravo 1) 1977-4-22 9 [31]
8 Amoco Cadiz 1)* 1978-3-16 15 [17]
9 Prestige* 2002-11-13 148 3)
10 Castillo De Bellver 1) 1983-8-6 7 [32-34]
11 Torrey Canyon 1) 1967-3-18 12 [35]
12 Huangdao Explosion 2013-11-22 1 2),3)
13 M/T Haven 1) 1991-4-11 3 [36]
14 Penglai 19-3 oil field* 2011-6-4 约 89 3)
15 Deepwater Horizon* 2010-4-20 85 [13,37];3)
16 Montara* 2009-8-21 74 [14];3)
17 Jessica* 2001-1-16 13 3)
18 Lebanon* 2006-7-13 3 [15];3)
19 Tasman Spirit* 2003-7-27 42 3)
20 Ixtoc I 1)* 1979-6-3 295 [38]
1) 代表缺少卫星数据,2)本研究预测,3)本文研究工作,*溢油后发生藻华。 1)- Lack of satellite data, 2)-the forecasts in our research, 3)-our rearch,*-algal
blooms after oil spills.
海中部,溢油后共发生 3次藻华。
溢油后藻华发生时间、季节不同(图 5 A和 B)。
20次溢油事件几乎每月(除去 5月和 9月)均有发
生(图 5 A)。在 6月发生溢油,溢油后藻华发生次
数较多,共发生了 5次藻华。其次是发生在 3月和
7月。根据季节划分,春季(3-5月)发生了 6次溢
油,溢油后共发生 3 次藻华;夏季(6-8 月)发生
了 6次溢油,溢油后共发生了 8次藻华;秋季(9-11
月)发生了 3次溢油,溢油后均发生了 1次藻华,
刚刚发生(2013 年 11 月)的溢油(青岛事件,编
号 12)还未观测到藻华;冬季(12-2月)发生了 5
次溢油,观察到 2次藻华。在夏季,溢油事件后发
生更易发生藻华。溢油事件(编号 14 和 20)后发
生多次藻华的记录均在夏季(图 5 A)。
14次藻华发生时间与溢油间隔时间不同,但都在
20 d 以上(图 5 B)。蓬莱溢油后第 1 次藻华以及
Deepwater Horizon溢油发生的藻华(编号 14和 15)
间相隔为 20 d;间隔时间最长的是蓬莱溢油后第 3次
藻华,藻华与溢油间隔 14个月(编号 14,图 5 B)。
时间间隔在 3-10 个月间是藻华多发区,共发生了 10
次藻华。藻华发生的月份没有集中,仅 5月、6月和
9月各发生了 2次藻华,其他月份发生较少发生藻华
(图 5 A和B)。根据季节划分,藻华发生多集中在春、
夏、秋三个季节,春季(3月-5月) 发生四次、夏季
(6月-8月)发生四次、秋季(9月-11月)发生四次
(图 5 B),较少发生在冬季,仅 12月、1月各一次。
生 态 科 学 Ecological Science 32卷 696
其中紫红色三角为溢油点,蓝色虚线标记的是藻华区域。Purple triangles
show the locations of oil spills. Blue dashed line shows algal blooms.
图 4 八次藻华事件的MODIS图像。
Fig. 4 MODIS images of eight algal blooms
根据表图 5 B显示,14次藻华发生时气温不同。
在 3月、4月、10月和 11月(编号 3,9,8,2)发生的
藻华温度较低,其他月份发生的藻华温度较高,在
20 ℃-30 ℃之间。分析发现(图 5 B),72%的藻华
发生时的温度处于 20 ℃-30 ℃范围内,7%处于 10
℃-20 ℃,21%处于 0 ℃-10 ℃。
3.3 溢油时的海洋状况、天气与藻华
分析溢油时气温与溢油后藻华发生时的气温
(图 5 C)发现,20次溢油事件中,有 7次溢油时
温度较高(18 ℃以上),且这 7次均发生了藻华。
其中两次溢油事件(编号 14,20)发生多次藻华;两
次溢油事件(编号 14,15)短时间内(20 d左右)发
生藻华。发生在温度较低的 13次溢油事件,除了刚
刚发生的黄岛溢油事件(编号 12,图 5 C)尚未观
测到藻华外,其余 12次溢油事件只有 4次溢油后发
生藻华,且藻华时温度较低,溢油后藻华发生的概
率不高于 33.3%。
3.4青岛黄岛溢油事件及胶州湾环境
2013年 11月 22日凌晨 3点,位于青岛市经济
开发区秦皇岛路与斋堂岛路交汇处(图 6 A),某输
油储运公司某公司输油管线破裂,并发生爆炸。部
分原油沿着雨水管线进入胶州湾边的港池,海面过
油面积达 3 000 m2[41]。由于报告迟到耽误最佳清污
事件,油花污染约有 10 000 m2[42]。到 23日下午,
近岸海域 100-200 m内还有分散油膜,300-500 m范
围内还有零星油膜。溢油流入胶州湾(图 6 B),严
重污染周边环境。本次(2013)溢油时,当天 SST
处于 10 ℃-12 ℃范围内(图 6 C为 11月 30日胶州
SST),目前短期尚没有观测到藻华。
胶州湾是赤潮多发海域。2000年 7月 20日胶
州湾中部海域曾经发生赤潮,面积 2 km2(图 6 D),
由于中心随潮汐不断变化,赤潮持续时间超过一周,
给胶州湾海洋自然资源以及水产养殖业带来巨大灾
害[43]。
4 讨论 (Discussion)
4.1溢油后藻华发生间隔时间
本结果显示,20 次溢油事件中有 11 次溢油后
发生藻华。每次藻华发生的时间与溢油的间隔时间
不同(图 5 B),间隔时间都在 20 d以上(编号 2,3,
8,9,14,15,16,17,18,19,20,图 5 B)。
溢油后 20 d内发生造化的几率低,浮游植物浓
度降低,主要是因为浮游植物受溢油毒害作用影响,
大量死亡。溢油进入海水后,在海面上形成形状不
规则、厚度不一的油膜,可阻断海-气界面之间的相
互作用(气体和热交换、能量转移以及全球变暖)[6,8];
降低光线折射率,影响浮游植物的光合作用强度[44]。
如蓬莱溢油(编号 14,图 5 B),溢油后海洋动物大
量死亡,而浮游植物浓度在短时间内也降低。
溢油后 20 d至 3个月,风化过程(扩散、溶解、
蒸发、下沉、乳化、光降解等)[45-47]使得油膜漂移、
分散,浓度变低。石油烃中某些易挥发的成分,浓
度较低时,短期内刺激浮游植物生长[48]。浮游动物
对溢油比浮游植物更敏感[49,50],即使浓度较低,影
响也非常巨大。研究显示,高浓度的石油烃具有毒
6期 周利,等. 海洋溢油后浮游植物藻华观测分析和机制探讨 697
性,可影响水生生物和陆地生物的脑、肝脏、肾脏
以及心血管功能[26,51,52],提高生物的死亡率和致畸
率[49];降低浮游动物幼虫以及卵的存活率,影响生
殖、生长[50]。大分子量的石油烃不能或难蒸发而下
沉,对底栖生物的影响不可忽略[30,53,54]。短期内石
油烃的毒害作用降低浮游动物数量,减少浮游动物
对于浮游植物的摄食,因而浮游植物浓度增加,可
形成藻华(编号 14,15,图 5 B)。发生在溢油后短
期内(20 d至 3个月)的藻华,对海洋生态系统是
溢油影响基础上的叠加,影响最严重,溢油后需要
立刻关注。
溢油后 3至 10个月期间是藻华多发期。海洋
细菌可以降解石油烃,提供浮游植物生长的营养
盐[55-57]。在不同海域,不同细菌拥有不同降解能力
以及开始降解时间[49,58],故间隔时间不一致。由于
石油烃的成分不同,水体中可降解成分被完全降解
的时间也不一致,但一般为几个月,如 Exxon Valdez
溢油(编号 2)[28]。由于下沉-再悬浮-降解作用以
及海冰-包裹-融化-降解作用,可能导致长时间后第
三次藻华(一年后)(编号 14,图 5 A和 B)。如渤
海溢油 14个月后,在溢油位置以及溢油附近区域发
现了第三次藻华。藻华处于渤海较中部区域,发生
在 8月。在一般情况下,夏季渤海中部的表层浮游
植物由于受到营养盐不足以及捕食压的影响,浓度
较低,不易发生藻华。本次渤海溢油可能使得营养
盐补足,形成藻华。
过去对于溢油的影响,主要重视短期效应。 石
油中某些成分可以在环境中存在较长时间,对于环
境、生态系统的影响更是无法估计的,如“Prestige”
溢油,九年后,在加利西亚海岸潮下带等地方发现
石油烃[53]。本研究利用遥感数据发现溢油后发生多
次藻华,追踪到溢油后 14个月仍然发现藻华。因此,
溢油后需要时刻关注,特别是长期连续观测。
4.2 藻华发生季节与溢油发生季节
本研究显示溢油后藻华发生的季节主要是在春
图 5 藻华与溢油时间以及温度的关系
Fig. 5 The connection between the time of oil spills or temperature and algal blooms
A.藻华发生时间以及溢油开始时间。B.藻华发生月份以及与溢油发生时间
间隔。C.溢油是的气温和溢油后发生藻华时的温度。图中数字为个溢油事
件编号,14’、14”、20’分别表示蓬莱溢油后的第二次、第三次藻华以及 Ixtoc
I溢油后的第二次藻华。紫红色虚线连接的是 Ixtoc I溢油后发生的两次藻
华事件,蓝色虚线连接的是蓬莱溢油发生的三次藻华事件。圆饼图是十四
次藻华发生时气象温度所处范围比例。X轴下方的矩形代表没有观察到藻
华的八次溢油事件,以及刚刚发生的黄岛事件溢油发生时的温度。A. The
time (month) of phytoplankton blooms and oil spills. B. The time of
phytoplankton blooms (X-axis), and the interval of phytoplankton blooms and
oil spills (-axis Y-axis). C. The temperature of oil spills (X-axis) and algal
blooms (Y-axis). Figures represent the number of oil spill. 14’,14’’and 20’
represent respectively for the 2nd and 3rd blooms after the Penglai oil spills,
and the 2nd blooms after the Ixtoc I oil spills. Pie stands for the temperature
when the blooms appear. The rectangle below the X-axis mean eight oil spills
that there is no blooms after oil spills and the Huangdao Explosion oil spills.
生 态 科 学 Ecological Science 32卷 698
A黄岛输油管爆炸溢油地点,紫红色三角为溢油点;B 溢油流入胶州湾
的现场图片;C 2013年 11月 30日胶州湾的海表面温度图,黑色部分为
陆地和无数据区域,白色实线为海岸线;D 2000年 7月 20日胶州湾中
部海域发生的赤潮。A. The location of the Huangdao Explosion oil spills.
Purple triangle shows the locations of the oil spills. B. The photo of oil in
the Jiaozhou Bay. C. MODIS images of SST on November 20, 2013 in
Jaozhou Bay. Black regions represent land, clouds, or missing data. White
solid line represents coastline. D. One red tide occurred on July 20, 2000 in
the center of Jiaozhou Bay .
图 6 黄岛溢油事件
Fig. 6 The Huangdao Explosion oil spills
季(3-5 月)、夏季(6-8 月)、冬季(9-11 月)(图
5A 和 B)。这个与自然界藻类生长的季节一般在春
季和秋季[59-62]相符。春季,表层温度升高,冬季储
存的丰富无机营养盐以及适宜的光照、温度,适宜
藻类生长;秋季温跃层逐渐消失,表层营养盐得到
补充,出现藻类第二个生长季节。溢油发生后,等
到春季或秋季,海洋细菌降解石油烃,额外无机营
养盐供浮游植物,发生藻华。本文发现,72%的藻
华发生时温度处于 20 ℃-30 ℃(图 5 B),约 30%的
藻华(发生在春季或秋季)发生在 20 ℃以下。温度
是浮游植物生长的关键因素之一,适宜藻类生长温
度一般在 20 ℃以上[63,64]。
蓬莱事件(编号 14)发生在夏季,Deepwater
Horizon (编号 15)发生在春季,一直持续到七月中
旬,这两次事件溢油后均在短期内发生藻华(间隔
20 左右)。夏季温度、光照饱和,由于温跃层、捕
食压的影响,浮游植物并非处于最佳的生长状态。
此时溢油发生,浮游动物受石油烃毒害作用影响而
降低,浮游植物增加,短期内发生藻华。由于海洋
细菌降解作用,溢油长时间后可能发生藻华,如蓬
莱溢油事件(编号 14)。由于海冰以及再悬浮作用
(渤海水深较浅),使蓬莱溢油(编号 14)发生第三
次藻华。Ixtoc I(编号 20)持续溢油时间近 300 d。
连续性溢油延长了风化过程、延迟了细菌降解,可
能延迟藻华发生,故第一次藻华发生在 3个月后。
藻华发生以及发生时的气温与溢油发生时的气
温(图 5 C)有一定联系。当溢油发生时的气温在
18 ℃以上,藻华发生几率较高。温度较高,溢油不
易成块,有利于降解[65,66];高温可促进毒性强的石
油烃成分挥发,降低溢油对浮游植物的毒性[50],同
时有利于细菌降解活性增强[67]。溢油发生时气温在
16 ℃以下,溢油后藻华发生的概率不高于 33.3%,
因为温度较低,溢油粘性增加,成块,不利于降解,
不易发生藻华。溢油发生在 16 ℃以下、溢油后发
生藻华的 4次溢油事件,藻华均发生在浮游植物生
长的季节(春季/秋季),此时藻华发生可能主要受
到浮游植物生长季节或季风[68,69]等因素的影响,溢
油只是起到辅助作用。
4.3黄岛溢油事件与胶州湾藻华预警
胶州湾位于我国山东省山东半岛南部,又名胶
澳。湾口狭窄,内部宽阔,为伸入内陆的半封闭性
海湾;水深较浅,湾内平均水深 7 m;面积 446 km2;
属暖温带季风气候区。今年 11月 22日,黄岛发生
的输油管爆炸事件,溢油流入胶州湾内(图 6 B,
编号 12),油花污染面积约 10 000 m2。气温为 9
℃-13 ℃,SST为 10 ℃-12 ℃。与中国其他海域相
似,胶州湾的藻华发生时间也在变化[70]。发生胶州
湾浮游植物数量一年中有两次峰值,一般在二月和
九月[71,72]。在 2000 以前,胶州湾赤潮多发生在 6
月、7月[73],而自 2000年以后,胶州湾在冬季(12-2
月)经常发生藻华[74,75]。
此次胶州湾溢油发生在秋季末冬季初,温度较
低,根据溢油发生时间、间隔时间、藻华发生温度
与溢油发生温度的关系推断(编号 12,图 5 A、B、
C),此次溢油后 20 d内发生藻华的几率较小;由于
溢油发生时的温度在 16 ℃以下,根据前面(4.2)
6期 周利,等. 海洋溢油后浮游植物藻华观测分析和机制探讨 699
的统计分析(图 5 C),20 d后藻华发生的概率一般
不高于 33.3%,且溢油后藻华易发生在浮游植物生
长季节(春季/秋季)。根据胶州湾浮游植物生长周
期分析,在 2013年冬季,特别是 2014年春季,胶
州湾藻华发生的几率会明显增加,值得关注。
图 7溢油的环境生态影响过程和藻华发生的机理概念图
Fig.7 The ecological environmental process of oil spills and
mechanism of oil spill related algal blooms
5 结论 (Conclusions)
溢油的风化过程、生物过程以及其生态效应,
都会影响溢油后藻华的发生,影响海洋生态系统(图
7)。
1)藻华与溢油时间间隔为 20 d以上。溢油后
20 d内,由于溢油对于浮游植物的毒害,降低浮游
植物生长。溢油后 3-10个月之间藻华发生较多。溢
油一年以后,仍然影响藻华发生。
2)海洋溢油后藻华发生时间受季节、温度影
响。如果溢油发生时温度较高,藻华发生的几率也
高。一般发生在春季、冬季或/较温暖(20 ℃-30 ℃)
的季节。在夏季发生溢油,短期内易发生藻华,并
可能有多次藻华。由于溢油季节不同,藻华发生与
溢油的时间间隔不同。
3)黄岛事件溢油发生在秋季末冬季初,温度
较低(9 ℃-13 ℃),影响的面积较小。研究推测,
在 2014年春季,胶州湾藻华发生的几率增加。
参考文献 (References)
[1] 中国航海学会危险货物运输专业委员会.当前国外溢
油 应 急 反 应 力 量 [EB/OL].
http://www.dangercargo.org.cn/zhuanye/200905171002.h
tm, 2009-05-17.
[2] 王传远, 王敏, 段毅. 海洋溢油源鉴别研究现状及进
展[J]. 海洋开发与管, 2008, 3: 84-87.
[3] 中国溢油应急网. 全球专家 6 月末齐聚溢油应急国际
研讨会热议处置技术突破和应急管理创新[EB/OL].
http://www.oilspillchina.com/info/news/internal/View.asp
x?nid=659, 2013-06-08.
[4] Chuvilin E M, Miklyaeva E S. An experimental
investigation of the influence of salinity and cryogenic
structure on the dispersion of oil and oil products in
frozen soils[J]. Cold regions science and technology.
2003, 37: 89-95.
[5] Poland J S, Riddle M J, Zeeb M A. Contaminants in the
Arctic and the Antarctic: a comparison of sources,
impacts, and remediation options[J]. Polar Record, 2003,
39: 369-383.
[6] Mei H, Yin Y J. Studies on marine oil spills and their
ecological damage[J]. Journal of Ocean University of
China, 2009, 8: 312-316.
[7] Rogowska J, Namieśnik J. Environmental implications of
oil spills from shipping accidents[M]. Reviews of
Environmental Contamination and Toxicology Volume
206. New York: Springer, 2010. 95-114.
[8] Ivanov A Y. Remote sensing of oil films in the context of
global changes[M]. Remote Sensing of the Changing
Oceans. New York: Springer, 2011. 169-191.
[9] White I C, Baker J M. The Sea Empress oil spill in
context[C]. The International Conference on the Sea
Empress Oil Spill, Careiff, Wales, 1998. 1-33.
[10] Gundlach E R, Hayes M O. Vulnerability of Coastal
Environments to Oil-Spill Impacts[J]. Marine technology
society Journal, 1978, 12: 18-27.
[11] Tang D L. Remote sensing of the changing oceans, Book
of Introduction[M]. Remote sensing of the changing
oceans. New York: Springer, 2011, 1-3.
[12] Lee C I, Kim M C, Kim H C. Temporal variation of
生 态 科 学 Ecological Science 32卷 700
chlorophyll a concentration in the coastal waters affected
by the Hebei Spirit oil spill in the West Sea of Korea[J].
Marine Pollution Bulletin, 2009, 58: 496-502.
[13] Hu C M, Weisberg R H, Liu Y G, Zheng L Y, Daly K L,
English D C, Zhao J, Vargo G A. Did the northeastern
Gulf of Mexico become greener after the Deepwater
Horizon oil spill[J]. Geophysical Research Letters, 2011,
38: 1-5.
[14] Sheng Y L, Tang D L, Pan G. Phytoplankton bloom over
the Northwest Shelf of Australia after the Montara oil
spill in 2009[J]. Geomatics Natural Hazards & Risk.
2011, 2: 329-347.
[15] Pan G, Tang D L, Zhang Y Z. Satellite monitoring of
phytoplankton in the East Mediterranean Sea after the
2006 Lebanon oil spill[J]. International Journal of
Remote Sensing, 2012, 33: 7482-7490.
[16] Banks S. SeaWiFS satellite monitoring of oil spill impact
on primary production in the Galapagos Marine
Reserve[J]. Marine Pollution Bulletin, 2003, 47:
325-330.
[17] Riaux-Gobin C. Long-term changes in
microphytobenthos in a Brittany estuary after the Amoco
Cadiz oil spill[J]. Marine Ecology Progress Series, 1985,
24: 51-56.
[18] Cedre-Spills[EB/OL].http://www.cedre.fr/en/spill/alphab
etical-classification.php, 1977-2010.
[19] 国 家 海 洋 局 - 海 洋 公 报 [EB/OL].
http://www.soa.gov.cn/zwgk/hygb/, 2000-2012.
[20] 中 国 海 洋 信 息 网 - 海 洋 公 报 [EB/OL].
http://www.coi.gov.cn/gongbao/, 2000-2012.
[21] 中 国 溢 油 防 治 网 [EB/OL].
http://www.sdmsa.gov.cn/yiyou/index/index.shtml,
2000-2012.
[22] Weather History[EB/OL]. http://weather.
org/weatherorg_records_and_averages. htm, 1977-2012.
[23] Ocean Color WEB[EB/OL].
http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/, 2000-2013.
[24] Johansson S, Larsson U, Boehm P. The Tsesis Oil-Spill -
Impact on the Pelagic Ecosystem[J]. Marine Pollution
Bulletin, 1980, 11: 284-293.
[25] Linden O, Elmgren R, Boehm P. The Tsesis oil spill: its
impact on the coastal ecosystem of the Baltic Sea [water
pollution][J]. Ambio, 1979, 8.
[26] Peterson C H, Rice S D, Short J W, Esler D, Bodkin J L,
Ballachey B E, Irons D B. Long-term ecosystem
response to the Exxon Valdez oil spill[J]. Science, 2003,
302: 2082-2086.
[27] Peterson C H. The “Exxon Valdez” oil spill in Alaska:
acute, indirect and chronic effects on the ecosystem[J].
Advances in Marine Biology, 2001, 39: 1-103.
[28] Atlas R M. Petroleum biodegradation and oil spill
bioremediation[J]. Marine Pollution Bulletin, 1995, 31:
178-182.
[29] Kerr R A. Oil in the ocean-Circumstances control its
impact[J]. Science, 1977, 198: 1134-1136.
[30] Batten S D, Allen R J S, Wotton C O M. The effects of
the Sea Empress oil spill on the plankton of the southern
Irish Sea[J]. Marine Pollution Bulletin, 1998, 36:
764-774.
[31] Lännergren C. Net-and nanoplankton: effects of an oil
spill in the North Sea[J]. Botanica Marina, 1978, 21:
353-356.
[32] Moldan A G S, Jackson L F, Mcgibbon S,
Vanderwesthuizen J. Some Aspects of the Castillo De
Bellver Oilspill[J]. Marine Pollution Bulletin, 1985, 16:
97-102.
[33] Anderson R J, Monteiro P M S, Levitt G J. The effect of
localised eutrophication on competition between Ulva
lactuca (Ulvaceae, Chlorophyta) and a commercial
resource of Gracilaria verrucosa (Gracilariaceae,
Rhodophyta)[M]. Netherlands: Springer, 1996.
[34] Weeks S J, Boyd A J, Monteiro P M S, Brundrit G B. The
currents and circulation in Saldanha Bay after 1975
deduced from historical measurements of drogues[J].
South African Journal of Marine Science, 1991, 11:
525-535.
[35] Smith J E. Torrey Canyonpollution and marine life. A
report by the Plymouth Laboratory of the Marine
Biological Association of the United Kingdom[M].
Cambridge Univ. Press: Marine Biol. Ass. U.K, 1968.
[36] Martinelli M, Luise A, Tromellini E, Sauer T C, Neff J M,
Douglas G S. The M/C Haven oil spill: Environmental
assessment of exposure pathways and resource injury[C].
International Oil Spill Conference: American Petroleum
Institute, 1995. 679-685.
[37] Graham W M, Condon R H, Carmichael R H, D’Ambra I,
6期 周利,等. 海洋溢油后浮游植物藻华观测分析和机制探讨 701
Patterson H K, Linn L J, Hernandez Jr F J. Oil carbon
entered the coastal planktonic food web during the
Deepwater Horizon oil spill[J]. Environmental Research
Letters, 2010, 5: 045301.
[38] Jernelöv A, Lindén O. Ixtoc I: A case study of the worlds
largest oil spill[J]. Ambio, 1981: 299-306.
[39] Cutler J. Cleveland. Deepwater Horizon oil spill[EB/OL].
http://www.eoearth.org/view/article/51cbf0267896bb431f
6a0797/, 2010-12-05/2013-02-22.
[40] 中国江门网. 高清:渤海湾溢油事故现场出现巨大赤
潮 带 [EB/OL]. http://www.jmnews.com.cn/
c/2011/07/16/11/c_1148115.shtml, 2011-07-16.
[41] 21CN新闻. 青岛输油管爆炸44人亡 现场像地震灾区
[EB/OL]. http://news.21cn.com/hot/cn/a/2013/
1123/07/25155107.shtml, 2013-11-23.
[42] 新华网. 输油管道爆燃事故:原油已被清理 油花污染
清 理 难 度 较 大 [EB/OL].
http://news.xinhuanet.com/local/2013-11/23/c_11826545
6.htm, 2013-11-23.
[43] 青岛应急网 . 2000 年胶州湾中部赤潮 EB/OL].
http://www.qdemo.gov.cn/151/721.html, 200208-08.
[44] Gordon Jr D C, Prouse N J. The effects of three oils on
marine phytoplankton photosynthesis[J]. Marine Biology,
1973, 22: 329-333.
[45] Yim U H, Kim M, Ha S Y, Kim S, Shim W J. Oil spill
environmental forensics: the Hebei Spirit oil spill case[J].
Environmental science & technology, 2012, 46:
6431-6437.
[46] Medina-Bellver J I, Marin P, Delgado A,
Rodriguez-Sanchez A, Reyes E, Ramos J L, Marques S.
Evidence for in situ crude oil biodegradation after the
Prestige oil spill[J]. Environmental microbiology, 2005, 7:
773-779.
[47] Joo C, Shim W J, Kim G B, Ha S Y, Kim M, An J G, Kim
E, Kim B, Jung S W, Kim Y O, Yim U H. Mesocosm
study on weathering characteristics of Iranian Heavy
crude oil with and without dispersants[J]. Journal of
hazardous materials, 2013, 248-249: 37-46.
[48] Dunstan W M, Atkinson L P, Natoli J. Stimulation and
Inhibition of Phytoplankton Growth by Low-Molecular
Weight Hydrocarbons[J]. Marine Biology, 1975, 31:
305-310.
[49] Abbriano R M, Carranza M M, Hogle S L, Levin R A,
Netburn A N, Seto K L, Snyder S M, Franks P J S.
Deepwater Horizon Oil Spill: A Review of the Planktonic
Response[J]. Oceanography, 2011, 24: 294-301.
[50] Yang S Z, Jin H J, Wei Z, He R X, Ji Y J, Li X M, Yu S P.
Bioremediation of Oil Spills in Cold Environments: A
Review[J]. Pedosphere, 2009, 19: 371-381.
[51] Mearns A J. Cleaning oiled shores: Putting
bioremediation to the test[J]. Spill Science & Technology
Bulletin, 1997, 4: 209-217.
[52] Milinkovitch T, Thomas-Guyon H, Lefrancois C, Imbert
N. Dispersant use as a response to oil spills: toxicological
effects on fish cardiac performance[J]. Fish physiology
and biochemistry, 2013, 39: 257-262.
[53] Bernabeu A M, Fernandez-Fernandez S, Bouchette F,
Rey D, Arcos A, Bayona J M, Albaiges J. Recurrent
arrival of oil to Galician coast: the final step of the
Prestige deep oil spill[J]. Journal of hazardous materials,
2013, 250-251: 82-90.
[54] Varela M, Bode A, Lorenzo J, Alvarez-Ossorio M T,
Miranda A, Patrocinio T, Anadon R, Viesca L, Rodríguez
N, Valdés L. The effect of the “ Prestige” oil spill on the
plankton of the N–NW Spanish coast[J]. Marine
Pollution Bulletin, 2006, 53: 272-286.
[55] Tazaki K, Watanabe H, Chaerun S K, Shiraki K, Asada R.
Hydrocarbon-Degrading Bacteria and Paraffin from
Polluted Seashores 9 Years after the Nakhodka Oil Spill
in the Sea of Japan[J]. Acta Geologica Sinica-English
Edition, 2006, 80: 432-440.
[56] Almeida C M, Reis I, Couto M N, Bordalo A A, Mucha A
P. Potential of the microbial community present in an
unimpacted beach sediment to remediate petroleum
hydrocarbons[J]. Environmental Science and Pollution
Research, 2013, 20: 3176-3184.
[57] Ribeiro H, Mucha A P, Almeida C M, Bordalo A A.
Bacterial community response to petroleum
contamination and nutrient addition in sediments from a
temperate salt marsh[J]. Science of The Total
Environment, 2013, 458-460: 568-576.
[58] Van Hamme J D, Singh A, Ward O P. Recent advances in
petroleum microbiology[J]. Microbiology and Molecular
Biology Reviews: MMBR, 2003, 67: 503-549.
[59] Diaz R J, Rosenberg R. Spreading dead zones and
consequences for marine ecosystems[J]. Science, 2008,
生 态 科 学 Ecological Science 32卷 702
321: 926-929.
[60] 韩君. 黄海物理环境对浮游植物水华影响的数值研究
[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2008. 1-113.
[61] 宋洪军. 缅因湾及邻近海域浮游植物水华年际变化及
其生态效应研究[D]. 青岛: 中国海洋大学, 2010. 1-90.
[62] 卞红霞. 渤海浮游植物季节变化与水动力关系数值研
究[D]. 南京: 南京理工大学, 2012. 1-81.
[63] Robarts R D, Zohary T. Temperature effects on
photosynthetic capacity, respiration, and growth rates of
bloom forming cyanobacteria‐ [J]. New Zealand Journal
of Marine and Freshwater Research, 1987, 21: 391-399.
[64] 蒋汉明, 翟静, 张媛英, 顾洪雁, 高坤山. 温度对海洋
微藻生长及脂肪酸组成的影响[J]. 食品研究与开发.
2005, 26: 9-12.
[65] Zhang Z Z, Wei X F, Zong C, Yu H W, Li C, He R B. A
study of the characteristics of microorganisms for
effective degradation of marine oil spills[J]. 石油科学
(英文版). 2006, 3.
[66] Fefilova E B. The State of a River in Pechora Basin after
an Oil Spill: Assessment of Changes in Zooplankton
Community[J]. Water Resources, 2011, 38: 637-649.
[67] Rawe J M, Krietemeyer S, Meagher-Hartzell E. Guide
for conducting treatability studies under CERCLA:
Biodegradation remedy selection. Interim guidance. Final
report, June 1992-August 1993 [R]. PB-94-117470/XAB.
United States: Science Applications International Corp.,
Cincinnati, OH (United States). 1993.
[68] Tang D L, Kawamura H, Van Dien T, Lee M A. Offshore
phytoplankton biomass increase and its oceanographic
causes in the South China Sea[J]. Marine Ecology
Progress Series, 2004, 268: 31-41.
[69] Tang D L, Kawamura H, Doan-Nhu H, Takahashi W.
Remote sensing oceanography of a harmful algal bloom
off the coast of southeastern Vietnam[J]. Journal of
Geophysical Research-Oceans, 2004, 109.
[70] Tang D L, Di B P, Wei G F, Ni I H, Oh I S, Wang S F.
Spatial, seasonal and species variations of harmful algal
blooms in the South Yellow Sea and East China Sea[J].
Hydrobiologia, 2006, 568: 245-253.
[71] 李艳, 李瑞香, 王宗灵, 朱明远, 孙丕喜, 夏滨. 胶州
湾浮游植物群落结构及其变化的初步研究[J]. 海洋科
学进展, 2005, 23: 328-334.
[72] Tang D L, Ni I H, Müller-Karger F, Liu Z. Analysis of
annual and spatial patterns of CZCS-derived pigment
concentration on the continental shelf of China[J].
Continental Shelf Research, 1998, 18: 1493-1515.
[73] 于宁, 于建生, 吕振波, 魏振华, 徐炳庆. 山东海域赤
潮灾害特征及预警报管理[J]. 生态学杂志, 2012, 31:
1272-1281.
[74] 孙松, 李超伦, 张光涛, 孙晓霞, 杨波. 胶州湾浮游动
物群落长期变化[J]. 海洋与湖沼, 2011, 42: 625-631.
[75] Tang D L, Ni I H, Muller-Karger F E, Oh I S. Monthly
variation of pigment concentrations and seasonal winds
in Chinas marginal seas[J]. Hydrobiologia, 2004, 511:
1-15.