張 芳 李超倫① 孫 松 魏 皓 王彥濤
(1. 中國(guó)科學(xué)院海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)科學(xué)院海洋研究所) 青島 266071; 2. 海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266071; 3. 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所 山東膠州灣海洋生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站 青島 266071;4. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049; 5. 天津大學(xué)海洋科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 天津 300072)
在過去的 30年間, 人們發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)類生物特別是水母類在全球生產(chǎn)力較高的海域出現(xiàn)了數(shù)量增多或者暴發(fā)的現(xiàn)象(Arai, 2001; Lynamet al, 2005; Purcellet al, 2005, 2007; 張芳等, 2009)。水母的持續(xù)暴發(fā)會(huì)破壞近海生態(tài)系統(tǒng)的正常結(jié)構(gòu)和功能, 從而對(duì)近海生態(tài)系統(tǒng)的退化和演變產(chǎn)生重要影響, 因此水母增多或暴發(fā)被認(rèn)為是一種由于海洋動(dòng)物暴發(fā)而形成的非常嚴(yán)重的全球性生態(tài)災(zāi)害(孫松等, 2012)。與其他海域類似, 我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài), 已經(jīng)導(dǎo)致一系列的生態(tài)災(zāi)害, 水母暴發(fā)所導(dǎo)致的災(zāi)害是除赤潮之外的最嚴(yán)重的海洋生態(tài)災(zāi)害, 已經(jīng)對(duì)我國(guó)的海洋生態(tài)環(huán)境安全造成嚴(yán)重威脅。水母數(shù)量增加是由于全球氣候變化和人類活動(dòng)共同作用下海洋生態(tài)系統(tǒng)演變的一個(gè)綜合反應(yīng), 是全球生態(tài)系統(tǒng)演變的指示(孫松, 2012; Condonet al, 2013; 孫松等, 2014)。因此中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)項(xiàng)目“熱帶西太平洋海洋系統(tǒng)物質(zhì)能量交換及其影響”中的一個(gè)重點(diǎn)任務(wù)就是對(duì)外海影響下的黃東海的生態(tài)災(zāi)害進(jìn)行研究。項(xiàng)目的目標(biāo)之一就是要探明黑潮輸入與黃、東海生態(tài)災(zāi)害發(fā)生的關(guān)系, 預(yù)測(cè)和分析黑潮輸入影響下的黃、東海生態(tài)災(zāi)害的演變趨勢(shì), 其中水母災(zāi)害的形成機(jī)理及其預(yù)測(cè)和防控是重要的研究?jī)?nèi)容之一。研究水母生態(tài)災(zāi)害的機(jī)理和趨勢(shì)與研究我國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)的演變趨勢(shì)和機(jī)理的過程是相輔相成的, 是對(duì)我國(guó)海洋生態(tài)災(zāi)害和生態(tài)系統(tǒng)演變研究的重要組成部分, 從水母災(zāi)害發(fā)生機(jī)理的角度更能深入分析黑潮及其變異對(duì)中國(guó)近海生態(tài)系統(tǒng)的影響。
水母數(shù)量增多或暴發(fā)不但會(huì)破壞所在的海洋生態(tài)系統(tǒng), 還會(huì)對(duì)暴發(fā)區(qū)域的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)造成巨大威脅, 例如世界上的很多核電站、火力發(fā)電站、海水淡化廠和濱海化工廠都受到過水母暴發(fā)的影響。水母的暴發(fā)也迫使很多海水浴場(chǎng)和濱海游樂設(shè)施關(guān)閉, 給旅游業(yè)造成嚴(yán)重影響。因此我們不僅亟需在科學(xué)上闡明水母災(zāi)害發(fā)生的重要過程和機(jī)制, 而且在技術(shù)上亟需研發(fā)水母災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)體系, 以提升我國(guó)海洋水母災(zāi)害應(yīng)對(duì)能力和海洋環(huán)境安全保障能力。本文綜述了水母災(zāi)害的形成機(jī)理、監(jiān)測(cè)及防控技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展, 為豐富我國(guó)在海洋生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)變化和海洋生態(tài)災(zāi)害研究方面的理論和技術(shù)提供支撐, 對(duì)提高我國(guó)在海洋生態(tài)環(huán)境研究基礎(chǔ)和應(yīng)用領(lǐng)域的整體研究水平和國(guó)際地位具有重要意義。
追溯全球水母暴發(fā)問題的研究歷程, 自 20世紀(jì)60年代特別是20世紀(jì)90年代末到現(xiàn)在, 全球海洋生態(tài)學(xué)家一直致力于不同水母旺發(fā)海域水母暴發(fā)問題的研究, 水母暴發(fā)問題涉及暴發(fā)的原因與暴發(fā)后的生態(tài)學(xué)效應(yīng), 研究?jī)?nèi)容和理論發(fā)展由淺入深, 取得了飛躍式發(fā)展。在開展暴發(fā)原因與機(jī)理的研究方面,從一開始研究暴發(fā)水母?jìng)€(gè)體和種群水平上的基本的顯現(xiàn)規(guī)律、生物量描述到研究水母種群對(duì)氣候變化、魚類資源變動(dòng)及人類活動(dòng)的響應(yīng); 在生活史角度研究暴發(fā)機(jī)理的研究方面, 從一開始的重點(diǎn)研究看得見的浮游水母體階段轉(zhuǎn)變?yōu)橹攸c(diǎn)研究看不見的底棲水螅體階段; 從個(gè)體生長(zhǎng)、種群變動(dòng)研究到生態(tài)系統(tǒng)演變水平上研究和解析水母暴發(fā)原因, 即從暴發(fā)海域的富營(yíng)養(yǎng)化程度、浮游植物、浮游動(dòng)物生物量的變動(dòng)來分析水母暴發(fā)的原因(孫松, 2012)。近來,水母生態(tài)學(xué)家開始重新評(píng)估和理解水母暴發(fā)的事件(Grahamet al, 2014), 以往的觀點(diǎn)認(rèn)為水母暴發(fā)會(huì)對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)等造成不利影響, 在對(duì)水母暴發(fā)進(jìn)行重新評(píng)估后認(rèn)為水母的數(shù)量增加將與人類的福祉聯(lián)系起來。
我國(guó)水母暴發(fā)機(jī)理的研究緊跟國(guó)際前沿, 甚至處于領(lǐng)跑地位。在剛剛完成以基礎(chǔ)研究為主的國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)“中國(guó)近海水母暴發(fā)的關(guān)鍵過程、機(jī)理及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)”項(xiàng)目(水母973項(xiàng)目), 取得了前瞻性研究進(jìn)展。該項(xiàng)目緊緊抓住影響災(zāi)害水母暴發(fā)的無性世代(底棲階段)的關(guān)鍵過程及機(jī)理,對(duì)災(zāi)害水母的暴發(fā)原因進(jìn)行了深入研究, 例如 2012年《海洋與湖沼》第43卷刊出了中國(guó)水母計(jì)劃取得的進(jìn)展, 以及在Hydrobiologia雜志2015年第754卷刊出的中國(guó)水母計(jì)劃的文章集刊(Sunet al, 2015a)。事實(shí)上, 在對(duì)其無性世代的生活史策略研究結(jié)果中,發(fā)現(xiàn)了環(huán)境條件(溫度、鹽度、餌料等)的變化對(duì)無性生活史策略的改變起著至關(guān)重要的作用。而在已有的有性世代的研究中, 主要圍繞致災(zāi)水母種類的自然生活史, 研究了其水母體種群在黃東海的發(fā)源地、種群增長(zhǎng)過程中的時(shí)空分布格局(Zhanget al, 2012; Sunet al, 2015b)。雖然對(duì)沙海蜇有性世代研究中水母體的生物量、時(shí)空分布機(jī)制的研究較為深刻, 但在詮釋近年來沙海蜇?cái)?shù)量年際變化的原因時(shí), 除了已有的從無性世代的水螅體的存活、繁殖、被捕食及碟狀體的產(chǎn)出量、死亡率等方面對(duì)環(huán)境條件的響應(yīng)探討數(shù)量變動(dòng)的機(jī)制外(Fenget al, 2015; Sunet al, 2015b), 需要加強(qiáng)其他無性生活史階段的關(guān)鍵過程, 例如控制浮浪幼蟲通過變態(tài)附著后發(fā)育為新螅狀體的過程及變態(tài)率等, 也要加強(qiáng)其有性世代的水母體的生長(zhǎng)與繁殖策略的研究。
在全球研究水母暴發(fā)原因的同時(shí), 也開展了對(duì)致災(zāi)水母種群數(shù)量監(jiān)測(cè)與預(yù)警技術(shù)的探索與研究。世界上對(duì)大型水母采集、定量與行為研究的技術(shù)多種多樣。從傳統(tǒng)的網(wǎng)具、簡(jiǎn)單的聲學(xué)的方法、光學(xué)或者成像系統(tǒng)的方法開始(表 1), 到近年來的利用彈出式存儲(chǔ)傳輸標(biāo)簽、超聲波脈沖發(fā)射器、可視化成像系統(tǒng)、粒子追蹤測(cè)速的聲學(xué)方法以及其他電子標(biāo)簽等技術(shù)對(duì)水母進(jìn)行實(shí)時(shí)的垂直分布、游泳速度等生活習(xí)性進(jìn)行研究。例如, Honda等(2009)利用彈出式存儲(chǔ)傳輸標(biāo)簽和超聲波脈沖發(fā)射器對(duì)沙海蜇的研究發(fā)現(xiàn), 水母游泳的深度主要和海區(qū)的水文結(jié)構(gòu)有關(guān), 并且夜間所處深度顯著大于白天。光周期、餌料生物的生活習(xí)性、生物自身的晝夜節(jié)律、海區(qū)的水文條件哪個(gè)因素起決定性作用尚不明確。Fossette等(2016)探討了幾種電子標(biāo)簽技術(shù)在水母類生活習(xí)性及生態(tài)學(xué)研究的可行性, 認(rèn)為電子標(biāo)簽技術(shù)是水母實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的有效技術(shù)。Bi等(2013)利用浮游生物可視化成像系統(tǒng)在切薩皮克灣對(duì)櫛水母的研究發(fā)現(xiàn), 櫛水母在高溫低鹽水團(tuán)中出現(xiàn)的頻次更高, 這套系統(tǒng)亦可以用于缽水母幼體的長(zhǎng)時(shí)間序列的連續(xù)觀測(cè)。Lee等(2010)利用粒子追蹤測(cè)速的聲學(xué)方法對(duì)沙海蜇垂直分布和游泳速度進(jìn)行了研究, 為構(gòu)建沙海蜇在東亞海域的遷移模型提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
目前對(duì)大型水母的豐度/生物量估計(jì)的方法并沒有統(tǒng)一, 人們普遍認(rèn)為對(duì)大型水母的定量是一件困難的事情, 普遍存在的問題是大型水母的含水量大,體積大, 以及斑塊分布, 這些問題都會(huì)導(dǎo)致生物量的估計(jì)不準(zhǔn)(Hamneret al, 1975, Omoriet al, 1982;Grahamet al, 2003)。在使用傳統(tǒng)的網(wǎng)具, 聲學(xué)的方法,以及光學(xué)或成像系統(tǒng)的方法中, 成像系統(tǒng)的方法應(yīng)用相對(duì)較多。傳統(tǒng)的通常用于浮游生物定量的拖網(wǎng)方法, 以及通常用于評(píng)估漁業(yè)資源底拖網(wǎng)的調(diào)查方法,在用于評(píng)估水母種群的生物量和豐度時(shí), 雖然在某種程度上是半定量的方法, 但是由于水母豐度歷史數(shù)據(jù)多采用該方法, 因此把這種方法作為定量生物量的相對(duì)指標(biāo)進(jìn)行年際變化的比較是具有實(shí)踐意義的。采用網(wǎng)具比如底拖網(wǎng)調(diào)查的方法有可能導(dǎo)致生物量或豐度低估。原因之一是網(wǎng)具的網(wǎng)口寬度在可變的水的壓力下會(huì)發(fā)生變化, 這種變化使?jié)O網(wǎng)很難定量,其二是水母的垂直和水平的斑塊分布。比如 Barz等(2007)報(bào)道北海南部的水母主要分布在 5—25m, 在垂直方向上并非均勻分布。作者所在課題組在我國(guó)黃東海通常的調(diào)查過程中也發(fā)現(xiàn)在許多站位的表層或次表層出現(xiàn)大量的水母, 日本海南部的沙海蜇主要聚集于40m層以上的水層(Hondaet al, 2009)。其三,網(wǎng)具的類型, 中層網(wǎng)或底拖網(wǎng), 不能完全把除網(wǎng)具所設(shè)定的目標(biāo)水層以外的水母全部收入囊中, 這時(shí)候就需要對(duì)捕捉效率或者捕獲率進(jìn)行估計(jì)。
表1 國(guó)際上定量大型水母的方法舉例Tab.1 International methodand technology of quantifying large-sized jellyfish
除了傳統(tǒng)網(wǎng)具的水母監(jiān)測(cè)定量方法外, 在船甲板上目測(cè)計(jì)數(shù)定量大型水母豐度的方法也為很多科學(xué)家所用(Pittet al, 2014)。廣島大學(xué)的Uye教授課題組從2006年開始每年搭載從日本海的周邊城市至黃東海周邊城市的客船, 對(duì)黃東海及日本海的表層大型水母的分布及豐度進(jìn)行目測(cè)計(jì)數(shù), 用此方法來預(yù)測(cè)日本海水母的豐度狀況。目測(cè)計(jì)數(shù)的方法優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易操作, 省錢省力, 缺點(diǎn)是只能觀測(cè)水體表面或上層水體內(nèi)水母的豐度, 而海水表層水母的出現(xiàn)情況受天氣、水文條件、水母的垂直移動(dòng)的行為等條件的影響, 因此用這種方法定量監(jiān)測(cè)有一定的誤差。楊東方等(2014)分析了近年來新技術(shù)(水下攝像、聲吶成像和航空影像)在水母監(jiān)測(cè)方法中的應(yīng)用, 并比較了各種監(jiān)測(cè)方法的優(yōu)缺點(diǎn), 為全面了解水母監(jiān)測(cè)方法做了有益的補(bǔ)充。水下攝像技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法優(yōu)點(diǎn)在于分辨率高、能夠反映水母的運(yùn)動(dòng)行為, 且水母的時(shí)空分布、移動(dòng)過程和行為表現(xiàn)都可以通過水下攝像進(jìn)行記錄, 其缺點(diǎn)是視野有限。近年來水下攝像技術(shù)在發(fā)展過程中也不斷完善, 分辨率及所監(jiān)測(cè)的范圍也不斷擴(kuò)大。聲吶成像的監(jiān)測(cè)方法優(yōu)點(diǎn)在于監(jiān)測(cè)范圍廣、可以同時(shí)監(jiān)測(cè)水母的水平和垂直分布、在渾濁或昏暗水體中也可以監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn), 其缺點(diǎn)是分辨率低, 無法進(jìn)行種屬的判別、無法反映水母的運(yùn)動(dòng)行為等。近年來正在研發(fā)聲學(xué)和光學(xué)影像相結(jié)合的監(jiān)測(cè)方法定量水母。而航空影像的監(jiān)測(cè)技術(shù), 在水體表層或近表層,可以觀察大型水母的分布狀況、運(yùn)動(dòng)過程和行為表現(xiàn)。航空影像監(jiān)測(cè)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不需要接觸水體,驚擾這些水母, 就可以完成這些觀察的過程。
以上方法基本上是對(duì)于水母體的監(jiān)測(cè)方法, 對(duì)于水母早期幼體的監(jiān)測(cè), 特別是對(duì)水母的受精卵、浮浪幼蟲、螅狀體、碟狀體等微小個(gè)體的監(jiān)測(cè)比較困難,傳統(tǒng)方法主要通過網(wǎng)具或采水采集樣品, 然后在顯微鏡下根據(jù)形態(tài)特征進(jìn)行分類鑒定計(jì)數(shù), 但由于水母的早期幼體個(gè)體小, 顯微鏡觀察難以鑒別種類, 近年來正在發(fā)展分子生物學(xué)生物標(biāo)記技術(shù)對(duì)水母早期幼體進(jìn)行識(shí)別。例如, 對(duì)海月水母進(jìn)行早期監(jiān)測(cè)的分子生物學(xué)方法正在逐漸建立和完善。王建艷等(2013)通過選用特殊的分子標(biāo)記, 設(shè)計(jì)特異性引物建立海月水母的分子探針檢測(cè)方法, 可以對(duì)大量網(wǎng)采樣品或附著在基質(zhì)上的樣品直接進(jìn)行檢測(cè), 快捷方便, 但目前這種方法只限于對(duì)海月水母的定性以及半定量研究, 如果結(jié)合實(shí)時(shí)熒光定量 PCR技術(shù)可望建立一種對(duì)海月水母快速定性定量分析的新方法, 從而為研究海月水母早期生長(zhǎng)階段的行為特征提供新的技術(shù)手段。Liu等(2016)也報(bào)道了用特異性強(qiáng), 敏感的環(huán)介導(dǎo)等溫?cái)U(kuò)增的方法對(duì)霞水母的幾個(gè)發(fā)育階段進(jìn)行快速檢測(cè)。筆者課題組正在采用定量 PCR、核糖體/線粒體基因PCR擴(kuò)增子高通量測(cè)序(meta barcoding)、FISH等分子生物學(xué)技術(shù)與潛水原位觀測(cè)、樣方調(diào)查、培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)等基礎(chǔ)生物學(xué)手段相結(jié)合, 研發(fā)和建立完善可靠的適用于水母微小個(gè)體的檢測(cè)方法, 已經(jīng)取得了初步結(jié)果。除此之外, 用 Scuba-diving、水下機(jī)器人等研究手段, 搜尋和監(jiān)測(cè)大型水母的水螅體野外棲息地, 對(duì)已發(fā)現(xiàn)的水螅體棲息地, 監(jiān)測(cè)水螅體種群動(dòng)態(tài)季節(jié)及年際變化也是本課題組正在采用的水母監(jiān)測(cè)手段。
綜上所述, 對(duì)于監(jiān)測(cè)手段的選擇來說, 可以根據(jù)監(jiān)測(cè)目標(biāo)的要求、監(jiān)測(cè)指標(biāo)、監(jiān)測(cè)海域、監(jiān)測(cè)范圍的大小來選擇不同的監(jiān)測(cè)水母的方法。既需要結(jié)合新的科學(xué)技術(shù)方法又同時(shí)采用傳統(tǒng)的方法對(duì)水母進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè), 例如, 日本漁業(yè)信息中心(Japan Fisheries Information Centre, JAFIC)利用海洋調(diào)查、船舶監(jiān)測(cè)、飛機(jī)監(jiān)測(cè)、漁民反饋等多種手段, 即時(shí)獲取監(jiān)測(cè)海域大型水母分布情況, 經(jīng)過匯總和分析, 通過網(wǎng)絡(luò)、傳真、移動(dòng)電話等形式進(jìn)行可視化的水母短期預(yù)報(bào)。
Gershwin等(2014)基于蟄傷記錄和天氣情況, 研究發(fā)現(xiàn)大堡礁箱水母的暴發(fā)和東南信風(fēng)關(guān)系密切,沿岸風(fēng)的次日蟄傷事件增多, 為制定浴場(chǎng)管理策略,發(fā)布預(yù)警信息, 減少蟄傷事件提供了指導(dǎo)。吳玲娟等(2016)圍繞大型水母的遷移規(guī)律、溯源研究、數(shù)值模擬的方法綜述了國(guó)內(nèi)外對(duì)大型水母遷移規(guī)律和災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)研究進(jìn)展, 認(rèn)為在水母的監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)方面, 需加強(qiáng)和完善水母漂移聚集機(jī)理的研究, 為進(jìn)一步監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)的發(fā)展做基礎(chǔ)。
事實(shí)上, 對(duì)于東亞水域暴發(fā)的沙海蜇來說, 對(duì)水母漂移聚集的機(jī)理已經(jīng)展開了研究, 例如Moon等基于 ROMS (Regional Ocean Modeling System)模型, 未考慮潮汐運(yùn)動(dòng), 利用拉格朗日粒子跟蹤實(shí)驗(yàn)追溯日本海沙海蜇來源, 認(rèn)為日本海暴發(fā)的水母可能的源地之一為長(zhǎng)江口, 而且水母的分布受中國(guó)東海到日本海之間的風(fēng)應(yīng)力及沿岸流的影響較大(Moonet al,2010)。羅曉凡等基于含潮汐過程的POM模式氣候態(tài)模擬, 并考慮質(zhì)點(diǎn)垂直運(yùn)動(dòng)得出的結(jié)果與Moon不同的結(jié)果: 濟(jì)州島沿岸質(zhì)點(diǎn)幾乎全部穿過朝鮮/對(duì)馬海峽進(jìn)入日本海, 其他釋放區(qū)質(zhì)點(diǎn)主要在黃海潮汐鋒區(qū)和長(zhǎng)江口以南沿岸鋒聚集(羅曉凡等, 2012)。張海彥等未考慮水母自身運(yùn)動(dòng), 采用拉格朗日粒子方法追溯其運(yùn)動(dòng)路徑及可能源地, 并結(jié)合水母運(yùn)動(dòng)路徑和種類分布特征綜合分析了夏季青島外海大型水母的潛在源頭(張海彥等, 2012)。在其他海域, Berline等(2013)考慮0—300m垂直遷移, 利用拉格朗日粒子跟蹤模型建立了法國(guó)利古里亞海夜光游水母高分辨率的模式, 模擬水母的運(yùn)動(dòng), 指出北向流和海面風(fēng)場(chǎng)是是影響水母向近岸漂移的主要因素。
自水母數(shù)量增長(zhǎng)甚至暴發(fā)對(duì)全球暴發(fā)海域的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及生態(tài)造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失以來, 國(guó)內(nèi)外對(duì)水母的防控技術(shù)和措施相繼發(fā)展, 從最初的網(wǎng)具攔截、船舶打撈到近年來的工程設(shè)施攔截疏導(dǎo)、高壓水槍清除、氣泡和超聲波驅(qū)趕等新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用, 各自有不同的優(yōu)勢(shì)。這些防控技術(shù)的應(yīng)用有一定的海域適應(yīng)性、服務(wù)功能適應(yīng)性以及水母種類適應(yīng)性。例如,韓國(guó)近年來利用高壓水槍在韓國(guó)大量暴發(fā)海月水母的施華湖等海域?qū)T滤傅乃sw進(jìn)行清除, 成為成功防控水母暴發(fā)的典范(圖 1)。這種處置方法為水母災(zāi)害從源頭控制提供了新的思路。雖然這種使用高壓水槍的技術(shù)清除水螅體的方法去除率高, 可以使用于任何海域, 但是使用這種防控技術(shù)的基本前提是必須找到致災(zāi)水母水螅體的集中附著地, 這樣才能高效去除水母的早期幼體階段, 將其在暴發(fā)之前扼殺在搖籃里, 而不能繼續(xù)生長(zhǎng)繁殖。然而尋找自然水域中的水螅體并不是簡(jiǎn)單的事情, 需要利用足夠的潛水員在特定時(shí)期的周密調(diào)查才能實(shí)現(xiàn), 具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。另外該方法潛在的缺點(diǎn)是使用高壓水槍的噴射, 可能會(huì)相應(yīng)地破壞水螅體所在的底棲生態(tài)環(huán)境, 因此使用此方法防控水母暴發(fā)需要有效權(quán)衡利弊, 以求防控成效的利益最大化。在日本漁民進(jìn)行漁業(yè)生產(chǎn)時(shí), 為排除水母暴發(fā)時(shí)期定置漁網(wǎng)中的大型水母造成的漁網(wǎng)堵塞, 作業(yè)困難, 他們將定置網(wǎng)具進(jìn)行了排除水母的改進(jìn), 例如增加導(dǎo)流網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸, 安裝分流網(wǎng)以及分離網(wǎng)來有效排除水母, 從而保證了定置網(wǎng)中漁獲物的正常獲取, 這種網(wǎng)具的缺點(diǎn)是造價(jià)昂貴, 極大增加了漁民的捕魚成本(圖2)。
圖1 韓國(guó)應(yīng)用高壓水槍對(duì)海月水母進(jìn)行防控Fig.1 Eliminating polyps of moon jellyfish by high-pressurewater gun in Korea
圖2 經(jīng)改裝后(1. 增加導(dǎo)流網(wǎng)的網(wǎng)孔, 2. 安裝分流網(wǎng),3. 安裝分離網(wǎng))可排除水母的日本傳統(tǒng)定置網(wǎng)(圖引自Pitt et al, 2014, 部分重新畫圖)Fig.2 Schematic representation of a traditional set net modified to exclude large-sized jellyfish medusa by (1) enlargement of mesh size of the leading nets, (2) installation of bypass nets, and (3) installation of a partition net (Pitt et al, 2014)
另外, 如果水母暴發(fā)事件發(fā)生在熱電廠或核電廠等有冷卻水需求的工業(yè)設(shè)施海域, 可能會(huì)造成取水口的過濾網(wǎng)堵塞。在這些廠的取水口海域, 人們根據(jù)海域的地形, 水文特征情況采用了不同的疏導(dǎo)、攔截、驅(qū)趕等方式預(yù)防水母聚集, 也正在研發(fā)水母聚集后的應(yīng)急處置措施。例如瑞典某電廠在取水區(qū)海底設(shè)置空氣配管, 利用海底氣泡技術(shù)將水母體從海底吹起, 從配管中噴出發(fā)泡空氣, 抑制水母流入(圖3)。在日本某發(fā)電廠取水口海域, 有采用在船上加載一種渦旋產(chǎn)生裝置, 使得船在水母聚集海域航行時(shí)產(chǎn)生水流渦旋以達(dá)到對(duì)水母體有效驅(qū)逐的效果。另外, 在日本的一些發(fā)電廠的取水口海域采取了增加防范水母的工程設(shè)施(圖 4), 例如設(shè)置了“防水母流入網(wǎng)”來防止水母流入取水槽, 同時(shí)安裝了攝像設(shè)備, 超聲波傳感器等水母監(jiān)視系統(tǒng), 通過觀測(cè), 早期發(fā)現(xiàn)水母來襲狀況, 以便及時(shí)做應(yīng)急處置。另外, 也可定置分散網(wǎng)使水母集群分散開來, 抑制流入速度。如果水母最終被清理到陸地上, 那么將獲取的水母打碎, 使其凝集沉淀及離心脫水, 利用把固體成分從水中分離出來的減容法和用水母分解酵素進(jìn)行水化處理的方法將其處理, 盡量降低處理成本(片岡一成, 2014)。在水母應(yīng)急處置設(shè)備方面, 除了傳統(tǒng)的船舶捕撈的方法,我國(guó)學(xué)者游奎正在研發(fā)一種專門針對(duì)水母類暴發(fā)的高效自動(dòng)化吸捕裝置(游奎等, 2013), 這種裝置設(shè)計(jì)的理念是在水下快速高效地將聚集在一起的高密度的水母切絲, 然后抽吸到船上進(jìn)行處理的方法, 這種裝置目前已經(jīng)在岸基平臺(tái)實(shí)驗(yàn)成功, 如果在海上實(shí)驗(yàn)成功將是應(yīng)急處置技術(shù)的一大貢獻(xiàn)。另外, Kim等研發(fā)了智能機(jī)器人對(duì)表層水母進(jìn)行自動(dòng)清除(Kimet al, 2016)。
圖3 用氣泡法將水母浮起來(引自加拿大廣播電視臺(tái))Fig.3 Floating jellyfish by making bubbles (from Canada broadcast)
圖4 日本某發(fā)電廠水母海上處理系統(tǒng)示意圖(引自片岡一成, 2014, 重新畫圖)Fig.4 Schematic of on-the-sea jellyfish removal facilities at the intake of a power plant in Japan
另外, 除了物理方法對(duì)水母進(jìn)行有效防控, 國(guó)際國(guó)內(nèi)尚在研究和探討化學(xué)的方法, 例如生物提取物防污涂層抑制水螅體附著以及探討用微生物菌株的方法防止水螅體附著, 探討用生物學(xué)的方法, 提高天敵生物的數(shù)量來控制水螅體的數(shù)量, 或者探討資源化利用的可能性, 但是目前仍在研究和探索當(dāng)中, 實(shí)際應(yīng)用的實(shí)例并未見報(bào)道。在我國(guó)國(guó)家海洋局立項(xiàng)的海洋公益性項(xiàng)目“典型海域水母災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)業(yè)務(wù)化應(yīng)用與示范研究”(2010—2014)中水母的監(jiān)測(cè)預(yù)警方面有一些進(jìn)展。例如, 柳巖等(2017)提出了幾種簡(jiǎn)單的大型水母災(zāi)害處置方法, 包括用“海鞘清”殺滅水母體, 網(wǎng)具攔截及用攪碎裝置對(duì)水母進(jìn)行攪碎, 但仍處于理論概念設(shè)計(jì)階段, 清除效率及真正的海試并未見報(bào)道。
我國(guó)水母災(zāi)害研究起步于本世紀(jì)初, 隨著水母973項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家公益性項(xiàng)目以及其他企業(yè)部門有關(guān)水母研究項(xiàng)目的實(shí)施, 在主要致災(zāi)水母時(shí)空分布、生活史策略、環(huán)境調(diào)控、數(shù)值模擬、災(zāi)害暴發(fā)機(jī)制及生態(tài)效應(yīng)等研究方面取得顯著進(jìn)展,緊跟國(guó)際前沿, 部分處于領(lǐng)跑地位。雖然國(guó)際上水母災(zāi)害的監(jiān)測(cè)預(yù)測(cè)及防控技術(shù)有一些進(jìn)展, 但是因?yàn)槲覈?guó)在水母預(yù)警、防控和應(yīng)急技術(shù)方面尚處于起步階段, 尚缺少我們適用的有效的監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)手段, 應(yīng)急處置主要依賴于網(wǎng)具物理隔離, 尚無針對(duì)工業(yè)設(shè)施取水區(qū)等重要水域?yàn)?zāi)害應(yīng)對(duì)技術(shù)體系, 目前還不能滿足防災(zāi)減災(zāi)的需求。因此, 在我國(guó)進(jìn)一步系統(tǒng)揭示我國(guó)近海水母災(zāi)害暴發(fā)機(jī)制和演變趨勢(shì), 研發(fā)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警和評(píng)估防控技術(shù), 形成系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化、業(yè)務(wù)化的水母災(zāi)害防控應(yīng)對(duì)技術(shù)體系是提高災(zāi)害防控能力、保障海洋環(huán)境安全的必然需求。
展望未來, 在我國(guó)十三五規(guī)劃貫徹落實(shí)海洋強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略部署的前提下, 隨著新一批國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及企業(yè)部門項(xiàng)目的實(shí)施, 結(jié)合國(guó)家海洋環(huán)境安全保障平臺(tái)的建立, 在多種生態(tài)災(zāi)害包括水母災(zāi)害的監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和防控方面, 有望研發(fā)一些適用于我國(guó)特定海域中新技術(shù)革新的水母監(jiān)測(cè)防控技術(shù), 例如應(yīng)用于水母體的聲光電原理的綜合在線監(jiān)測(cè)技術(shù)、針對(duì)水母早期幼體的環(huán)境 DNA監(jiān)測(cè)技術(shù), 可望結(jié)合適應(yīng)于特殊海域的預(yù)警預(yù)測(cè)模型, 在確立水母災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)估方法的前提下, 建立物理、生物生態(tài)原理的防控方案, 高效自動(dòng)的應(yīng)急處置方法為一體的綜合防控體系, 并將其集成到綜合信息管理平臺(tái)為國(guó)家決策服務(wù), 將是未來對(duì)水母災(zāi)害有效監(jiān)測(cè)和防控的必然趨勢(shì)。
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