海洋所揭示2021-2022年山東特大海帶災(zāi)害事件中的差異化環(huán)境響應(yīng)機制
近日,中國科學(xué)院海洋研究所王珍巖研究團隊在國際學(xué)術(shù)期刊Regional Studies in Marine Science上發(fā)表研究成果,揭示了山東榮成和長島海帶養(yǎng)殖區(qū)對2021年秋季華北極端降雨事件引發(fā)的山東特大海帶災(zāi)害事件中的差異化環(huán)境響應(yīng)機制。
海帶(Saccharina japonica)是世界上海水養(yǎng)殖最廣泛的海藻物種。山東省是我國最重要的海帶主產(chǎn)區(qū)之一,其中榮成和長島養(yǎng)殖區(qū)產(chǎn)量分別占全省海帶產(chǎn)量的80%和10%左右。2021年秋季至2022年春季,山東榮成地區(qū)爆發(fā)了有史以來最嚴重的海帶大規(guī)模死亡災(zāi)害,對當(dāng)?shù)睾юB(yǎng)殖業(yè)造成了毀滅性打擊。在前期研究中,研究團隊綜合分析多學(xué)科遙感和現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù),揭示了2021年秋季在華北內(nèi)陸地區(qū)發(fā)生的極端降雨事件引發(fā)榮成海帶大規(guī)模死亡災(zāi)害的連鎖環(huán)境響應(yīng)過程,闡明了極端降雨事件通過改變黃河徑流引發(fā)山東半島沿岸流異常入侵過程,導(dǎo)致榮成海帶養(yǎng)殖區(qū)出現(xiàn)異常低懸浮體濃度、高葉綠素a濃度和磷營養(yǎng)鹽限制條件的復(fù)雜致災(zāi)機制(Li et al., 2024)。然而,此次災(zāi)害發(fā)生時,同樣位于山東半島北部沿海的長島海帶養(yǎng)殖區(qū)卻沒有發(fā)生類似的海帶死亡災(zāi)害,海帶產(chǎn)量甚至較往年有所增長。為什么在同一次異常沿岸流入侵過程中沿途的榮成和長島兩個海帶養(yǎng)殖區(qū)出現(xiàn)了差異化的響應(yīng)結(jié)果?厘清這一科學(xué)問題對于深入理解此類養(yǎng)殖生態(tài)災(zāi)害的形成機制和制定科學(xué)的防災(zāi)減災(zāi)策略等具有重要意義。
針對以上問題,研究團隊針對性地對榮成和長島養(yǎng)殖區(qū)致災(zāi)環(huán)境因子的時空變化過程進行對比分析,發(fā)現(xiàn)秋、冬季長島海帶主產(chǎn)區(qū)(即北方五島海域,NFIs,圖1和圖2)海域的懸浮體分布主要受季節(jié)性風(fēng)浪作用引起的海底沉積物再懸浮作用主導(dǎo),為該海域海帶生長提供了穩(wěn)定、適宜的光照和營養(yǎng)鹽條件。2021年秋季發(fā)生的山東半島沿岸流異常入侵是由華北極端降雨事件引發(fā)異常的黃河入海徑流疊加季節(jié)性西北風(fēng)作用建立的渤海-北黃海海表面高度差引起的斜壓梯度力共同驅(qū)動,導(dǎo)致在沿岸流途經(jīng)海域形成具有懸浮體濃度顯著降低、葉綠素a濃度顯著升高、磷營養(yǎng)鹽限制等特征的異常水體環(huán)境。正是該異常水體隨沿岸流擴散到榮成海帶養(yǎng)殖區(qū),誘發(fā)該海域養(yǎng)殖海帶幼苗發(fā)生大面積病害,導(dǎo)致發(fā)生大規(guī)模海帶死亡災(zāi)害。而在長島海帶養(yǎng)殖區(qū),因為受到在山東半島沿岸流與黃海暖流之間形成的溫度鋒面的阻隔,該異常水體未能擴散到長島海帶主產(chǎn)區(qū),使其免受此次災(zāi)害性環(huán)境過程的影響,甚至其當(dāng)年海帶產(chǎn)量增加了7.4%。該溫度鋒面在秋、冬季常態(tài)存在,可有效阻隔山東半島沿岸流水體對長島海帶養(yǎng)殖區(qū)產(chǎn)生影響(圖3),標(biāo)示著該海帶養(yǎng)殖區(qū)天然具有免受此類災(zāi)害性環(huán)境過程破壞的有利條件。該成果是研究團隊在揭示引發(fā)2021-2022年山東榮成海帶大規(guī)模死亡災(zāi)害的環(huán)境驅(qū)動機制后取得的又一重要進展,可為未來應(yīng)對氣候變化背景下的近海養(yǎng)殖生態(tài)災(zāi)害、因地制宜地制定防災(zāi)減災(zāi)策略等提供科學(xué)依據(jù)。

圖1 研究區(qū)位置及區(qū)域背景概況,其中:(c)為長島海域,圖中白色虛線區(qū)為長島海帶主產(chǎn)區(qū)所在的北方五島(NFIs)海域;(d)為榮成海帶養(yǎng)殖區(qū)海域。

圖2 長島海帶養(yǎng)殖區(qū)懸浮體(mg L?1; a, b)和葉綠素a濃度(mg m?3;c, d)的氣候態(tài)平均(a, c)和異常(b, d)特征。黑色實線框表示長島海帶主產(chǎn)區(qū),即北方五島 (NFIs) 海域。黑色虛線表示異常沿岸流水體的北部邊界。

圖3 2002年至2022年11月份沿G斷面(見圖1b)分布的海表面溫度梯度(SSTG)變化(彩色實線)和溫度鋒面位置(彩色圓點);紅色虛線表示位于長島海帶主產(chǎn)區(qū)北方五島(NFIs)最南部的砣磯島和大欽島位置。
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點實驗室特別研究助理李文建,通訊作者為王珍巖研究員。研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國博士后科學(xué)基金和山東省海洋生態(tài)環(huán)境與防災(zāi)減災(zāi)重點實驗室開放基金等項目的聯(lián)合資助。
論文信息:
Li, W., Wang, Z.*, Xue, X., & Sun, J. (2025). Differential Response Mechanisms of Kelp Aquaculture in Rongcheng and Changdao, Shandong Province, to Abnormal Coastal Currents in Autumn 2021. Regional Studies in Marine Science, 104235. https://doi.org/10.1016/j.rsma.2025.104235.
Li, W., Wang, Z.*, Cui, Q., Sun, X.,& Huang, H. (2024). Coastal ecological disasters triggered by an extreme rainfall event thousands of kilometers inland. Communications Earth & Environment 5, 238. https://doi.org/10.1038/s43247-024-01418-3.
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