地球科学进展

地球科学进展 ›› 2025, Vol. 40 ›› Issue (11): 1129 -1147. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2025.095

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陆源输入驱动下中国陆架海水环境变化与赤潮风险评估和环境管理研究进展
冉祥滨1,2(), 钟晓松1, 王昊3, 朱卓毅4   
  1. 1.自然资源部第一海洋研究所，海洋生物资源与环境研究中心，山东 青岛 266061
    2.青岛海洋 科技中心，海洋地质过程与环境功能实验室，山东 青岛 266061
    3.Deltares研究院，代尔夫特 2600 MH，荷兰
    4.上海交通大学 海洋学院，上海 200030
  • 收稿日期:2025-09-12 修回日期:2025-10-24 出版日期:2025-11-10
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2024YFF0506903);国家自然科学基金项目(42106048);国家自然科学基金项目(42506031)

Research Progress on Water Environmental Changes, Red Tide Risk Assessment, and Management in the Chinese Continental Shelf Driven by Terrestrial Input

Xiangbin RAN1,2(), Xiaosong ZHONG1, Hao WANG3, Zhuoyi ZHU4   

  1. 1.Marine Bioresource and Environment Research Centre, First Institute of Oceanography, Ministry of Natural Resources, Qingdao 266061, China
    2.Laboratory for Marine Geology, Qingdao Marine Science and Technology Center, Qingdao 266237, China
    3.Deltares, Delft 2600 MH, Netherlands
    4.Shanghai Jiao Tong University, School of Oceanography, Shanghai 200030, China
  • Received:2025-09-12 Revised:2025-10-24 Online:2025-11-10 Published:2025-12-31
  • About author:RAN Xiangbin, research areas include the land-to-sea transport of nutrients and its ecological effects. E-mail: rxb@fio.org.cn
  • Supported by:
    the National Key Research and Development Program of China(2024YFF0506903);The National Natural Science Foundation of China(42106048)
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中国陆架海作为人类活动深度影响的典型海域，生态环境变化显著，对深化海洋学认知与推动海洋环境保护研究及资源开发具有重要的科学意义和实践价值。近年来，随着人类活动的加剧，该海域营养盐水平和结构发生了显著变化，赤潮（有害藻华）发生的特征和优势种群呈现出新的演变态势。系统综述了中国陆架海营养盐水平和结构变化与赤潮发生的研究进展，深入剖析了当前生态环境存在的主要问题，并对未来发展方向进行了展望。研究发现，中国陆架海的海洋生态环境演变呈现以下特征：磷的限制性和有机氮磷的作用日益凸显，出现赤潮优势种由硅藻向甲藻转变，以及在某些海域赤潮与绿潮并发的趋势。这一演变过程既受到陆源输入持续变化的驱动，也受到海洋生态系统自身调节机制的影响，是营养盐水平和结构变化长期累积作用的结果。值得注意的是，陆源营养盐管理与陆架海赤潮发生频率之间存在明显的时滞效应，其增加了治理效果评估的难度，也对生态风险临界点或阈值的科学设定提出了挑战。尽管中国在营养盐水平和结构演变与赤潮风险研究领域已取得了显著进展，但仍面临诸多挑战，特别是长期系统的观测数据积累不足、研究领域的广度和深度有待拓展、陆海相互作用机制尚未完全阐明。未来研究应着重深化陆海耦合过程研究，完善海洋环境监测网络，提升数据处理水平和技术创新能力，特别是明确氮磷管理的阈值和“测—溯—算—治（治理）”的系统策略，从而推动中国陆架海洋环境研究向更高水平发展。

关键词: 中国陆架海, 海洋环境变化, 富营养化, 陆海相互作用, 赤潮风险评估

The Chinese continental shelf, a region heavily influenced by human activities, has experienced significant ecological and environmental changes. Studying this area is of great scientific and practical importance for advancing oceanographic knowledge and promoting research on marine environmental protection and resource utilization. In recent years, intensified human activities have caused notable changes in the water environment, with Harmful Algal Blooms (HABs) showing new characteristics and shifts in dominant species. This paper provides a systematic review of research on water environmental changes and HABs occurrences in the Chinese continental shelf, offering a comprehensive analysis of major ecological and environmental challenges and outlining prospects for future research. The findings indicate that the marine ecological environment in this region is increasingly influenced by phosphorus limitation and the roles of organic nitrogen and phosphorus, accompanied by a shift in dominant HABs species from diatoms to dinoflagellates, and, in some areas, the simultaneous occurrence of HABs and green tides. These changes are driven by both ongoing alterations in terrestrial inputs and intrinsic self-regulatory mechanisms within the marine ecosystem, reflecting the cumulative effects of long-term environmental changes. Notably, there is a significant time lag between reductions in terrestrial pollution and decreases in HABs frequency, complicating the evaluation of management effectiveness and challenging the scientific determination of ecological risk thresholds or tipping points. Despite considerable progress in understanding the evolution of water environments and risks of HABs in China, significant challenges remain, including insufficient long-term and systematic observational data, the requirement to expand the research scope, and incomplete knowledge of land-sea interaction mechanisms. Future research should focus on elucidating land-sea coupling processes, enhancing marine environmental monitoring networks, improving data processing and technological innovation, and clarifying the thresholds for nitrogen and phosphorus management while developing integrated strategies that encompass monitoring, tracing, calculation, and management. These efforts are crucial for advancing marine environmental research in the Chinese continental shelf.

Key words: Chinese continental shelf, Marine environmental changes, Eutrophication, Land-sea interaction, Harmful algal bloom risk assessment

中图分类号: 

表1 中国陆架海水体中营养盐再生循环和沉积物—水界面营养盐通量的比较
Table 1 Comparison of nutrient regeneration in the water column and release in the water-sediment interface in the Chinese continental shelf
海域水柱中DIN再循环占比/%DIP再循环占比/%DIN沉积物—水界面通量/［μmol/（m2⋅d）］DIP沉积物—水界面通量/［μmol/（m2⋅d）］参考文献
渤海30~5040~6050~1005~15［57-59］
黄海20~4030~5030~803~10［59-60］
东海10~30①20~4020~602~8［21，29，60-62］
南海5~20②10~3010~401~5［63-66］
图1 渤海、黄海、东海和南海赤潮发生频率变化（2000—2020年）［85］
Fig. 1 Variation in the frequency of harmful algal blooms occurrences in the Bohai Sea， Yellow Sea， East China Sea， and South China Sea （2000-2020）［85］
表2 中国陆架海主要环境参数
Table 2 Comparison of major environmental factors between the Chinese continental shelf
区域

DIN/

（μmol/L）

DIP/

（μmol/L）

DON/

（μmol/L）

DOP/

（μmol/L）

溶解无机氮磷比浮游植物变化特征硅藻∶甲藻
渤海6~18［89］0~0.8［89］0.85~49.4［91］0.02~0.73［91］中部15∶1~45∶1，3个主要海湾变化范围更大季节性变化显著（如春季硅藻主导，夏季甲藻比例增加）；赤潮发生频率比值（硅藻∶甲藻）≈1∶2.8（42∶118）、面积比值（硅藻∶甲藻）≈1∶9.4（3 830∶36 000）［24，88，93］春季5∶1~20∶1，夏季降至1∶1~5∶1［2，88，93，96］
黄海4.5~15［89-90］0.1~0.6［89-90］0.02~26.4［92］0.01~4.67［92］北部23∶1~77∶1［89-90］，南部20∶1~50∶1硅藻为主，春季赤潮显著；绿潮、金潮和赤潮（甲藻为主）的复合赤潮现象［94］春季10∶1~30∶1，夏季甲藻增加，为2∶1~8∶1［88，93，96-97］
东海50~1000.5~3.05~300.3~1.5长江口>100∶1，外海16∶1~25∶1［62］长江口以硅藻为主（如中肋骨条藻），夏季甲藻（如东海原甲藻）增加1959年至1980年代接近9∶1，2000年后降至6∶4~5∶5［87-88，98-99］
南海1~100.05~0.502~100.05~0.5016∶1~22∶1北部以夜光藻（Noctiluca scintillans）为主、东部和南部以巴哈马梨甲藻（Pyrodinium bahamense）为主［95］北部海域的硅甲藻比值从1990年代的平均16∶5下降至2010年代的3∶2［8，86］
表3 中国四大海域赤潮特征对比分析
Table 3 Comparison of harmful algal blooms characteristics in China’s four major seas
海区年均赤潮次数（2010—2020年）/（次/a）历史最高次数/次（发生时间）最大（平均）面积/km2主要优势种赤潮高发期热点海域
渤海10.820（2001年）6 330（4 800）抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens）、夜光藻（Noctiluca scientillans）和东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）4~8月，时间前移秦皇岛和渤海湾
黄海713（2004—2005年）4 000（129）亚历山大藻（Alexandrium tamarense）、东海原甲藻（Prorocentrumdonghaiense）和中肋骨条藻（Skeletonema costatum）5~7月，升温增强江苏浅滩和日照
东海8086（2003年）10 000（847）东海原甲藻（Prorocentrum donghaiense）、米氏凯伦藻（Karenia mikimotoi）和中肋骨条藻（Skeletonema costatum）5~6月，时间显著前移长江口和浙江福建沿岸
南海318（2004年）3 000（482±801）球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）和米氏凯伦藻（Karenia mikimotoi）5~7月珠江口和北部湾，向北扩展
表4 部分赤潮和绿潮物种首次出现的时间、地点和影响
Table 4 First occurrence， locations， and impacts of selected red tide and green tide events
类型/物种首次记录时间主要爆发区域影响
抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens）（褐潮）2009年渤海和黄海北部首次在中国爆发，覆盖面积4 275 km2
浒苔（Ulva prolifera）（绿潮）2007年黄海最大覆盖面积1 746 km2，2008年干扰奥运会
铜藻（或马尾藻属物种）（Sargassum horneri）（金潮）2017年黄海和东海北部与绿潮混合出现，生态破坏性显著
链状裸甲藻（Gymnodinium catenatum）2017年福建沿海首次大规模麻痹性贝毒（Paralytic Shellfish Poisoning，PSP）事件，80人中毒
球形棕囊藻（Phaeocystis globosa）2015年南海和广西北部湾巨型群体（3 cm）堵塞核电站冷却水系统
米氏凯伦藻（Karenia mikimotoi）2004年福建和浙江沿海2012年造成经济损失20亿元
拟菱形藻属（Pseudo-nitzschia spp.）2000年后多地沿海部分种（如Pseudo-nitzschia simulans）产软骨藻酸（ASP毒素）
图2 赤潮发生过程中氮磷比的变化［108］
Fig. 2 Changes in the nitrogen-to-phosphorus ratio during the occurrence of red tide blooms［108］
表5 营养盐管理阈值制定的方法和案例（据参考文献［110］修改）
Table 5 Methods and case studies for establishing nutrient management thresholds （modified after reference ［110］）
方法基准与阈值判断依据案例
参考条件法（reference condition approach）通过选择人类干扰最小的水域，定义其水质条件作为基准在切萨皮克湾（Chesapeake Bay）和佛罗里达（Florida）海岸水域，使用最小站位设定基准条件
经验分布法（distributional approaches）基于统计学方法，使用参考站点的营养盐分布来设定阈值在马萨诸塞湾（Massachusetts Bays）利用第25百分位值作为氮浓度基准
反应变量法（response variables approach）通过营养盐与生态响应指标（如叶绿素a、溶解氧和透明度）的关系来制定标准在切萨皮克湾利用氮浓度与溶解氧亏缺的关系来设定保护标准
历史条件法（historical conditions）利用历史监测数据或文献记录，推断较少受干扰时期的营养水平佛罗里达州使用20世纪中期数据重建的海湾氮水平作为标准
模型模拟法（modeling approaches）使用水动力—生态模型，模拟营养盐负荷与生态效应的关系，确定临界值在切萨皮克湾建立多维模型，将氮负荷与叶绿素a和缺氧事件关联，用于设定负荷削减目标
表6 不同海域营养盐减少与生态响应滞后时间比较
Table 6 Comparison of the lag time between nutrient reduction and ecological response in different sea areas
海域营养盐减排幅度/%生态响应滞后/a*主要影响因素参考文献
黑海（Black Sea）氮508~12沉积物释放和河流流量变化［139-140］
萨克切克湾（Chesapeake Bay）氮4015~22沉积物释放［130，141］
波罗的海（Baltic Sea）

氮25

磷50

20~30沉积物释放［142］
濑户内海（Seto Inland Sea）磷8010~15水体交换［143-144］
渤海（Bohai Sea）氮305~10沉积物释放和水交换［2，58，145］
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