现代海洋环境监测体系和海洋管理背景下的浮游生物监测

陈海峰

摘 要：浮游生物是淡水生态系统中一类极为重要的生物，一般分为浮游植物和浮游动物两大类。浮游生物能够灵敏地响应环境的变化情况，其生物多样性及群落结构研究对于评估、监测湖泊等水体的承载力水平、生态系统健康状况及其精细化管控意义重大。文章在现代海洋环境监测体系和海洋管理的背景下，从海洋生态系统保护、全球变化研究和现代海洋管理３个方面，系统梳理和分析浮游生物监测的意义和价值，期许能为行业相关人士带来参考。

关键词：海洋环境监测；海洋管理；浮游生物

1. 浮游生物监测与海洋生态系统保护

浮游生物是湖泊生态系统物质能量循环的重要环节，可对污染物的输入输出产生直接的响应。世界上众多湖库中蓝藻水华频繁爆发和黑水团的产生便是直接例证。湖泊浮游生物多样性与其群落结构变化情况能够直接或间接反映湖泊营养水平及其演变规律。因此，开展湖泊富营养化调查及评价水生态环境承载力及水生态健康状况的过程中，进行浮游生物监测是必不可少的环节。湖泊水环境质量对决定了浮游生物群落演替及生物多样性变化的方向，反之，浮游生物群落结构的变化也影响这水环境质量的优劣，并且影响着水生态系统的平衡，二者相互影响，相互统一。所以，系统开展湖泊浮游生物调查对于开展水生态环境承载力评估、水生态健康评价及水体营养状况评价等都具有重要的意义。

2. 浮游生物监测与全球变化研究

浮游生物个体小、寿命短、对外界环境变化敏感，同时作为生态类群在河口、潟湖、深海大洋、极地和赤道等广泛分布。因此，浮游生物的自然分布及其在时空尺度上的变化信息可作为全球变化研究的重要指标。

2.1浮游生物的分类

随着海洋科学研究领域的新技术、新方法和新理论层出不穷，已有100余年历史的、基于经典形态学方法的浮游生物分类学和传统监测技术往往被认为是“有用”但“落后”的学科，这也是生物环境监测工作面临的共同问题。

由于种种原因，传统的经典分类学在目前项目资助和人才培养体系中面临严峻的危机，但其却多次成为全球变化研究取得重大进展的前提条件。如，北大西洋大尺度和长时间序列的浮游动物调查主要是基于对连续式浮游生物采样器（CPR）所采集样品的分析，但长期以来并没有很好地区分最重要的２种大中型哲水蚤，即偏冷水的飞马哲水蚤和偏暖水的赫尔戈兰哲水蚤；直到1958年分类学家首次正确区分这２个优势桡足类后，这些宝贵的长期监测数据才被广泛应用于气候变化研究；在此基础上开展的数十年时间尺度的北大西洋哲水蚤的物候学和分布区变化与该区域气候变化相互关系的研究，也成为浮游动物对全球变化的响应和指示这一热门研究领域中最具代表性的成果。

由此可见，准确可靠的生物分类学信息是研究海洋生态系统对全球变化的响应以及利用生态数据建模和预测海洋生态系统变化趋势的重要基础。

2.2浮游生物的指示作用

1. 气候变化与浮游生物分布区变化对于大多数浮游生物来说，温度是其面临的最基础生态位，其繁殖和发育过程都受到环境温度的限制。在生物地理分布的尺度上，全球变暖最直接和最明显的后果就是低纬度地区物种的分布区向高纬度地区扩张。如，自20世纪50年代以来，北大西洋暖水性桡足类分布的北限已向高纬度地区扩张约10个纬度；对伊比利亚半岛和西欧近海浮游桡足类历史分布的研究也发现，原先分布北限仅达到伊比利亚半岛地区的２种桡足类，其分布区已扩张到比斯开湾沿岸，即向北扩张约６个纬度。

海水温度变化与浮游生物物候学特征变化浮游生物均属于变温动物，海水温度不仅影响其分布的范围，而且影响其繁殖成功的概率和个体发育的速度，从而影响其物候学特征。对北半球高纬度地区Neocalanusplumchus 的物候学研究表明，其种群生物量峰值出现的时间在20世纪90年代比50年代提前约60d，若换算成与海水温度的关系，则海水温度每上升１℃，其种群生物量峰值出现的时间即提前73d。Kahru等对北半球浮游植物在大地理尺度上的物候学研究也表明，10年间春季藻华暴发的时间约提前11%。

然而对于一些对海水温盐度变化有极强适应能力的近海物种，尤其是分布于河口等环境极端多变区域的浮游生物，海水温度变化对其物候学特征的影响则不显著。如，Costello等发现对于河口海岸地区的广布种Acartia tonsa来说，尽管自20世纪50年代以来研究区气候发生明显变化，但该物种的物候学特征却未有明显变化，这可能是该物种对其自然分布区内频繁出现胁迫性环境条件的进化适应。

由此可见，利用浮游生物开展全球变化研究的基本前提是获得高质量且长时间序列的监测数据。国外这类数据绝大多数来自政府机构支持和组织的业务化监测工作，这也为现代海洋学研究和政府决策提供了基础性支持。

3. 浮游生物监测与现代海洋管理

浮游生物一般处于食物链底层，是初级生产者和底层消费者，海洋的物理和化学环境变化直接影响其生物量、生产力和群落结构等重要生态学特征，并且通过上行控制效应影响更高的营养级，从而对整个海洋生态系统产生深远和根本性的影响。因此，作为基础性工作，浮游生物监测已被广泛应用于国内外现代海洋管理中，主要包括海洋生态系统服务评价、海洋环境影响评价和海洋生物资源评价３个方面。

3.1 海洋生态系统服务评价

人类社会的正常运转离不开地球的自然环境条件，其不仅为人类提供食品和药物等生产生活原料，更重要的是创造并维持地球生命支持系统，即生态系统的服务功能。浮游生物不仅为海洋生态系统的各种动物和微生物提供氧气和食物，而且通过其自身代谢活动在很大程度上维持水体中二氧化碳浓度的稳定。

传统观点和模型认为，浮游生物整体参与海洋生态系统服务，即只要物质和能量的输入和输出条件不变，浮游生物的群落结构和物种组成不会影响总体的海洋生态系统服务功能。但近年来的研究表明，在气候变化和人类活动的共同影响下，浮游生物群落结构和物种组成的变化也会显著影响海洋生态系统服务功能。如，气候变暖导致东北大西洋浮游生物的物种增加，同时随着优势种由偏冷水性物种转变为偏暖水性物种，浮游生物群落的平均粒径也在变小，显著降低了浮游生态系统的有机碳输出；海洋酸化也直接影响浮游植物群落的生物量、生产力和群落结构，并通过上行控制将这种影响间接传递至整个食物链。因此，浮游生物对于海洋生态系统服务功能的贡献随着其群落结构和物种组成的变化而显著变化，而生物多样性的严重丧失往往会显著影响海洋生态系统服务功能。浮游生物监测可为海洋生态系统服务评价提供特定海区内浮游生物群落结构和物种组成的长期本底资料，从而有助于建立更客观和更准确的评价模型。

3.2 海洋环境影响评价

海洋环境影响评价主要针对可能对海洋环境造成较大影响的建设项目，评价环境容量的许可能力和经济损益。浮游生物监测对海洋环境影响评价的意义主要包括4个方面。

（1）国内外的海洋环境影响评价指南都要求调查目标海区的底栖生物、浮游植物和浮游动物等海洋生物类群，因此对目标海区的浮游生物监测本身就是海洋环境影响评价的重要组成部分。

（2）如果业务化的浮游生物监测在空间上直接覆盖或在生态类型上有效代表目标海区，那么这些监测数据就可为海洋环境影响评价提供更大尺度的本底资料，有助于提高评价的可靠性。

（3）鲸类和海豚等大型海洋动物虽对人类活动具有高敏感度，但人类活动对其的影响通常是间接效应的积累过程 ，持续时间较短的海洋环境调查往往不能很好地对其进行评价。目前有证据表明，处于食物链底层的浮游生物与大型海洋动物在近海港湾内的活动存在密切的相关性 ，因此浮游生物监测数据可作为评价大型海洋生物受环境影响状况的重要替代性指标。

（4）各类海洋遥感监测数据，尤其是反演叶绿素浓度和优势浮游植物类群变化的遥感监测数据已被广泛应用于海洋环境影响评价工作 ，而此类数据的可靠性离不开现场采样和监测数据的校正。

3.3海洋生物资源评价

近年来，我国近海渔业资源因过度捕捞和环境污染等因素而显著衰退，对海洋生物资源的存量、可持续产量和捕捞潜力的科学评价日益成为现代海洋管理的重要组成部分。由于浮游生物处于海洋食物链底层，基于上行控制理论，其生物量、生产力和群落结构的变化往往能够指示食物链较高营养级生物的种群变化规律。浮游生物监测对海洋生物资源评价的意义主要包括２个方面。

（1）指导开展渔业资源等具有经济价值的海洋生物资源的有效开发和可持续利用。如，早在20世纪20年代，徐兆礼等就发现黄、东海浮游动物优势种的聚集强度可很好地指示我国近海鲐鲹渔场的渔业资源状况；宁修仁等利用浮游植物的初级生产力，评估渤、黄、东海的潜在渔业产量以及浙江省近海养殖型港湾的生态容量；在台湾海峡、北太平洋和东南太平洋等海区，浮游生物对渔业资源的预测和指示作用也得到广泛证实。这些研究成果对于我国渔业资源开发利用活动由近海向深远海发展具有重要价值。

（2）监测和评估受保护的海洋生物资源。如，欧洲近海和北大西洋的浮游生物监测数据已被应用于指示和评估海龟、海鸟和海洋哺乳动物等受保护的海洋生物的种群动态。

四、结束语

我国浮游生物监测工作从无到有，队伍从弱到强，监测范围不断扩展，已积累大量宝贵的原始数据。与此同时，在监测数据的科学利用、公开和共享，能力考核和计量认证以及新技术手段的运用等方面仍与发达国家存在较大差距。在现代海洋环境监测体系和海洋管理的背景下，我国浮游生物监测工作面临机遇和挑战，快速适应和满足新形势和新要求是当前和未来一段时间相关领域的重要课题。

参考文献

1. 大数据时代的生物多样性科学与宏生态学[J]. 张健.  生物多样性. 2017(04)

2. 基于大数据的环境监测与治理对策探究[J]. 龙文麟.  中国资源综合利用. 2019(10)

3. 刍议环境监测工作在环境影响评价中的应用[J]. 林汉青.  科技创新与应用. 2020(11)

4. 淮河流域春季浮游植物群落结构特征及其水质评价[J]. 朱为菊,庞婉婷,尤庆敏,王全喜.  湖泊科学. 2017(03)