【基金标书】2010CB428700-我国近海藻华灾害演变机制与生态安全

项目名称： 我国近海藻华灾害演变机制与生态安全 首席科学家： 周名江 中国科学院海洋研究所 起止年限： 2010 年 1 月 8 月 依托部门： 中国科学院 一、研究内容 （一） 拟解决的关键科学问题 : 针对我国近海富营养化不断加剧、藻华灾害日趋严重的严峻态势及海洋生态安全的需求，选择长江口南北海区作为 重点 研究海域，围绕 藻华灾害问题 ，以富营养化驱动下藻华灾害 形成和 演变 的 过程 、 机制及其生态安全效应为研究核心，开展生态系统比较和多学科交叉综合研究，阐释如下 三 个关键科学问题： 1、 不同类型藻 华灾害形成与分布态势的关键控制因素 近年来，我国近海出现了多种类型的藻华灾害，既有甲藻形成的大规模赤潮，也有浒苔形成的大规模绿潮。在长江口以南海区， 大规模 甲藻赤潮占据优势；在长江口以北海区， 大规模 浒苔绿潮占据优势； 在长江口附近 ， 出现赤潮与绿潮交互发生 的现象 ， 呈现出 明显的空间 分布 格局。 海域营养盐的组成、浓度和分布对藻华灾害的形成和分布态势有何作用？水文和水动力因素如何影响藻华灾害的形成和分布？致灾藻类通过哪些方式适应不同海域独特的生态和环境条件而成为优势种？人类活动对致灾藻种的种源分布有什么作用？不同 因素之间是否存在影响藻华灾害形成和分布态势的耦合作用？对这一科学问题的阐明 是揭示藻华灾害形成与演变机制的基础。 2、 富营养化进程对藻华灾害演变的驱动机制 我国 近海藻华灾害的演变 与海域 富营养化 进程有密切关系。伴随着 近海 富营养化程度的加剧，藻华灾害呈现出 频率和类型增加、分布区域和规模扩大、危害日趋严重的演变趋势 。重要界面过程和营养盐循环特征等如何调控近海富营养化进程？ 近海营养盐种类、结构和 水平 的变化 如何 驱动藻华灾害 的 演变 ？这一过程还受到哪些因子的调控？氮磷比升高、硅氮比降低等营养盐结构的改变是不是甲藻赤潮演变的 关键控制因素？ 尿素 和 氨氮等营养盐向近海输入 的增加对浒苔绿潮 的 爆发有什么作用？ 富营养化的变化趋势将如何调控我国藻华灾害的发展趋势？ 对 这 一科学 问题 的解答 是揭示藻华灾害演 变 机制的核心。 3、 藻华灾害引发近海生态系统退化的途径和机理 近海生态系统的健康对于生物资源的可持续利用至关重要。藻华灾害会通过多种途径在生物个体、种群、群落等不同层次上影响近海生态系统结构的稳定性，破坏其正常的服务功能，引起生态系统的退化 。 致 灾藻 类 会给海洋经济生物和生态系统关键种带来哪些危害效应 ？ 有毒藻类产生的藻毒素会通过哪些途径影响海产品的安 全？ 藻华灾害 如何 改变近海食物网的结构并进而影响其功能 ？ 藻华灾害 会引起哪些次生灾害效应？对 这 一科学 问题 的阐释 对于防范藻华灾害、保障近海生态安全至关重要。 （二） 主要 研究内容： 针对 我国近海藻华灾害高发海 域 的环境和富营养化特征， 通过 多学科 交叉，开展 我国近海 典型海域 富营养化特征 、演化及对藻华灾害的影响、 藻华灾害形成和演变的生物学 特征 和生态过程 、 关键物理过程对藻华灾害形成和演变的调控 、 藻华灾害对近海生态安全的影响及防控对策 等研究 ，阐明我国近海富营养化驱动下藻华灾害 形成和 演变 的 过程 、 机制及其生态安全效应。 1、典型 海域富营养化特征、演化及对藻华灾害的影响 营养盐是 影响 致灾藻 类 生长 和 繁殖的重要因素 ， 研究其 区域分布特征与藻华分布态势的关系、营养盐 组成 和浓度的变化对藻华生消和演替的影响 ，有助于揭示富营养化过程与 藻华灾害形成和演变之间 的内在联系。需要研究的内容包括：我国典型富营养化海域重要营养盐的组成、分布和变化规律；重要营养盐的循环特征和关键界面过程；藻华灾害生消过程中重要营养盐的迁移、转化特征及其反馈和指示作用；主要化学海洋学过程对海区富营养化过程的调控作用 等 。 2、藻华灾害形成和演变的生物学特征和生态过程 致灾藻类的特 殊适应策略和群落优势种演替是藻华灾害形成和演变的内因 ，探明致灾藻类 的 生活史、生物学特征、在生态竞争中的适应能力及 群落 优势种的更替规律，有助于阐明藻华灾害形成和演变的生态学机制。需要研究的内容包括：典型富营养化海域致灾藻类的种类组成、丰度与分布格局；主要致灾藻类的生活史关键特征 及 营养、生长 和 繁殖策略 ； 主要致灾藻类种间竞争与种群动力学；不同类型藻华灾害的种源追溯、种群动态变化过程及对富营养化的响应及其比较研究；藻华灾害形成与演替过程中生物多样性的变动规律；典型海域藻华灾害的演变趋势 等 。 3、关键物理过程对藻华灾 害形成和演变的调控 藻华灾害的发生是一个复杂的海洋学过程，是水文、气象等诸多因素综合作用的结果， 揭示水动力和气候变化对藻华灾害的调控作用，有助于阐明藻华灾害形成和演变的海洋学机制。需要研究的内容包括：冲淡水、沿岸流和外海环流等重要物理过程对我国典型富营养化海域营养盐分布和藻华灾害分布格局的控制作用；锋面、层化、上升流等重要物理过程对藻华灾害发生、发展和消亡的影响；重要天气和气候过程在藻华灾害生消和演变中的作用；藻华灾害形成与演变的数值模拟与预测研究 等 。 4、藻华灾害对近海生态安全的影响及防控对策 不同类型的 藻华灾害具有不同的危害方式和生态效应，阐明藻华 灾害 对 重要海洋 生物 和近海 生态 系统 的影响，有助于藻华灾害的防控和近海生态安全的保障。需要研究的内容包括： 主要 致灾藻 类 对近海重要养殖生物和生态系统关键种的危害效应和机理；藻华灾害对近海食物网功能的影响； 藻毒素类型、分布及其对海产品安全的影响；藻华灾害的次生环境安全效应及沿海社会经济影响的评价； 典型海域藻华灾害减灾策略与富营养化调控原理 等 。 二、预期目标 （一）总体目标： 通过生物学、化学和物理海洋学多学科交叉综合研究，揭示我国近海不同 致灾 藻 类 的生物学特征和适 应策略， 阐明 富营养化进程和关键物理过程对藻华灾害形成和演变的驱动和调控机制，阐 释 大规模藻华灾害对生态安全的影响机理，提高对近海藻华灾害形成和演变的模拟和预测能力，提出近海富营养化和藻华 灾害的防控原理和减灾对策，为我国 近海生态环境的预测和改善提供科学依据 ，进一步提高我国藻华 灾害 和富营养化研究的国际地位。 （二）五年预期目标： 了解 重点研究 海 域的 富营养化水平 及其演 化特点， 查明 关键海洋学过程对 海域 富营养化的调控作用 ，揭示营养盐组成和浓度的变化对藻华灾害生消过程的影响以及藻华 的反馈作用 ， 阐明 重点研究海域关键 化学海 洋学过程 和 物理海洋学过程对藻华 灾害 形成 和 演变的影响 和 机理。 探明 重点研究 海域藻华灾害的分布格局、种源、藻华过程中生物多样性的变化、关键种的生态适应和竞争策略、 群落 优势种演替的生物学机理 和生态过程 ，从富营养化和生态系统层面阐释不同藻华灾害之间的内在联系和演变规律，为阐明近海藻华灾害 形成和分布态势 的 关键 控制因素及其对近海生态安全的影响奠定基础。 揭示藻华 灾害 对重要海洋生物及 近海 食物网结构和功能的影响，掌握重要生物毒素对海产品安全的影响途径，查明藻华 灾害的 次生 环境效应 ，科学评估 藻华灾害 对生态安全及社会经济的影响。 建立我国近海典型海域 藻华灾害 演变机制的耦合模型，在提高富营养化和藻华灾害调控和防治能力上有所突破，提出可供决策部门参考的应对典型海域富营养化和藻华 灾害 的防控原理和减灾对策，为近海生态环境的预测和改善提供科学依据。 在人才培养方面，拟定培养博士研究生 30 名，硕士研究生 60 名，希望通过本项目 5 年的研究工作和运行实施，培养学科带头人 5，争取有 1申请国家杰出青年基金， 2申请国家相关的重点和重大研究项目。在基地建设方面，以依托单位现有的实验条件和人员队伍为基础，通过项目中各学科的交叉和合作研究， 使承担单位的实验室建设和学科建设更上一层楼。通过 5 年的研究，发表论文 240 篇，专著 2 部，组织国际会议 2 次、国内相关学术会议 2 次。 三、研究方案 （一）学术思路 ： 针对我国近海藻华灾害发生和分布的特点，选择受人类活动影响显著、富营养化问题突出、多种藻华灾害频发且演变特征明显的东海长江口南北海区（浙、沪、苏沿海，北纬 29岸 100 海里）作为重点研究海域。 围绕硅藻与甲藻间的竞争，大型藻与微藻的竞争展开研究。 在富营养化对藻华灾害驱动作用的研究中，侧重营养盐浓度 和 组成的时空变化、关键物理海洋学和 化学海洋学过程的耦合对藻华形成和演变的作用机制研究 ；在藻华灾害的生物学特征研究中，拟从不同 致灾藻类生活史 特征和适应策略入手，重点关注它们在藻华形成、演替中所起的作用 ； 在关键物理过程对藻华 形成 的调控研究中，既要重视大尺度的物理过程在藻华空间分布中的作用，也要重视界面过程在藻华生消中的作用；在生态安全影响方面， 侧重于 藻华灾害对生态系统结构和功能的影响；在藻华灾害的防控对策方面， 同时关注 藻华灾害 减灾对策及富营养化调控策略的研究 。 项目研究过程中，利用数值分析和耦合模型的方法，模拟各种营养盐 动态变化对不同藻华形成和 演变的影响，建立富营养化 进程 和藻华灾害等生态异常响应的生态耦合模型，提出富营养化和藻华灾害防控的原理和措施，使整个项目的研究紧贴国家重大需求，为保障我国沿海环境健康和经济可持续发展提供科学依据。 项目实施中，拟在充分利用申请者承担的前期 973 项目 “我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治 ”获取的大量现场和实验室数据的基础上安排现场航次，根据目前 了解 的藻华灾害 分布格局 与演变 态势 的特点，将调查海域确定为东海长江口南北海区。另外，拟与其他海洋生态环境的 973 项目 等 在数据共享和多学科交叉研究方面展开合作。 （二）技术途径 ： 为了实现项目的总体目标，拟采用资料分析 海上调查研究 现场和室内实验 数值模拟与耦合模型相结合的系统研究方法，主要技术路线如下： 1、 资料分析与 假设的形成 利用我国近海营养盐污染调查、海洋环境参数监测和生态系统研究所积累的资料，以及前期 973 所获得的大量现场和实验数据，对大规模 赤潮 和浒苔绿潮的形成、爆发、 消亡、优势藻种更替 以及 其他 重要生态异常变化进行综合分析，认知富营养化 与 藻华灾害 形成和演变之间的联系 ，提炼科学问题，提出富营养化和关键物理过程驱动 和调控 藻华灾害演变机理 的 假设，并通过海上 调查与实验研究来加以验证。 2、 海上调查研究 项目将统一组织安排航次调查， 计划在东海长江口南北海区进行 8航次的海上调查研究，对营养盐的变化、补充与循环、重要水文物理参数、大规模藻华（包括赤潮、 绿潮 ）形成过程 及其演替 、藻华与低氧区扩展等环境问题的关系 、 以及相关气象因子展开调查，调查中兼顾其它相关要素，并尽可能做到同步或准同步观测。 3、 现场和室内实验 应用现场围隔和实验室模拟手段，开展致灾藻类关键种生活史、生理生态学、分子生物学与种群生物学特征及对富营养化的响应机制、群落优势种竞争演替的生物学机理与环 境 条件的影响 、有毒藻华对重要海洋生物和 海产品安全 的影响及危害机理等实验，实验中尽量模拟现场条件，使结果更接近海上实际情况。 4、 数值模拟和耦合模型 通过对海上调查资料、现场与实验室研究结果的整理、计算、统计和综合分析，确定适合我国近海海域富营养化和藻华灾害形成与演变的模式参数，建立研究海域物理学过程与重要生态学过程耦合的数值模型，进行大量实测数据同化，进一步改进模式 。利用资料分析和模型计算， 针对研究海域 富营养化与藻华灾害提出防控原理和减灾策略。 （三） 创新点与特色 1、 我国是世界上藻华灾害 最严重 的国家之 一，近年来更是呈现出发生频率和类型增加、发生规模和区域扩大、硅藻赤潮占优势向甲藻赤潮占优势 发展 、有毒赤潮比例不断上升、绿潮与赤潮交互发生、危害日益严重的演变趋势。本项目在前期研究已经基本掌握大规模赤潮爆发机理的基础上，从致灾藻类的适应策略、富营养化驱动机制、藻华灾害的非线性调控因素等不同角度开展系统研究，将藻华灾害发生机理研究提升到藻华灾害演变机制的研究，不仅完全符合我国藻华灾害变化趋势的新特点，也将为国际上藻华灾害研究提供新思路，具有明显的创新性。 2、 东海长江口及其 南北 海区是我国近海富营养化最为突出、 藻华灾害最为严重的海域。在这里，藻华灾害具有独特的时空变化特征，在时间尺度上表现出由早期的以硅藻赤潮为主向以甲藻赤潮为主的演变特征；在空间上长江口以南浙江沿海以微藻形成的赤潮为主，长江口以北江苏沿海以大型藻形成的绿潮为主，并在长江口附近出现赤潮与绿潮交互发生区域，呈现明显的空间变化格局。以长江口及其南北海区为 重点 研究海域，通过系统分析和比较研究，阐释 富营养化与 藻华灾害 时空变化特征 之间的内在联系，揭示富营养化对藻华灾害形成与演变的驱动机制，将为全球藻华灾害研究提供一个具有明显特色的范例。 3、 本项目从分子机 理到生态系统响应的不同层次上研究藻华灾害对近海生态系统的影响和危害机理，着重阐明藻华灾害对近海食物网的结构、功能与海洋生物资源 的 潜在 影响 ， 以及藻毒素对海产品质量安全的威胁， 从生态安全高度阐释藻华灾害的危害效应， 并将针对我国 典型海域藻华灾害现状与演变趋势提出可行的减灾策略与调控原理， 为保障海洋生态安全、改善近海生态环境提供重要科学依据，具有明显的社会经济效益。 （四） 可行性分析 项目承担单位长期从事海洋生态学与环境科学的研究，承担过科技部、国家自然科学基金 委 和相关部门的诸多科研项目，在我国近海针对富 营养化 和赤潮 进行了长期的现场调查研究，取得了一批重要成果，积累了大量的数据资料 ；同时，针对浒苔灾害也开展了一些初步研究，这些都 是开展本项目研究的重要基础。项目和各课题学术带头人积极参与本领域的国际交流，展开了活跃的国际合作，与本研究领域的国际机构与专家保持着广泛的联系，为项目的成功实施提供了可靠的保障。 本项目以中国科学院和国家海洋局为依托部门，联合教育部和农业部所属优势单位组成了多学科交叉的研究团队。具有协调一致、配合默契、互相协作的良好传统，为项目的完成提供了人员的保证。 参加本项目的单 位拥有多艘大中小型调查船，具有多学科测试分析中心、大型计算机、走航式海洋学测试仪、 相色谱仪、电镜、流式细胞仪、营养盐自动分析仪、 特纳荧光计 等大型仪器设备，另外还有水族培育楼 (室 )、藻种培养室、毒理实验室以及固定的野外实验基地及实验设施，为项目的顺利实施提供了物质保障。 （五）课题设置 课题 1、近海富营养化关键过程及其对藻华灾害的驱动作用 预期目标： 查明重点研究海域重要营养盐来源、通量和组成，掌握重要营养盐的时空分布特征和补充机制，了解重点研究海域富营养化现状和水平，揭示营养盐的循环特征及各界面 过程对重要营养盐分布的影响及其迁移、转化、输运过程和控制机制，阐明富营养化进程对藻华灾害演变的影响及藻华灾害的演变对富营养化的指示作用。为了解关键化学海洋学过程对近海富营养化的调控作用、阐明富营养化对我国近海藻华灾害演变的驱动机制提供科学依据。 研究内容： 1典型富营养化海域重要营养盐组成、结构、时空分布和通量 2重要营养盐的循环特征及关键化学海洋学过程的调控作用 3藻华生消过程中重要营养盐的迁移、转化特征及其反馈和指示作用 4致灾藻类对富营养化的生态响应和对营养资源竞争的现场模拟研究 经费比例 ： 11% 承担单位： 中国海洋大学、国家海洋局第一海洋研究所 课题负责人： 石晓勇 学术骨干： 李瑞香、蒲新明、王江涛 课题 2、典型富营养化海域藻华灾害形成与演变的生态过程 预期目标： 查明重点研究海域致灾藻类组成、物种多样性和生物地理分布特征， 探明灾害藻类种源和种群动态变化特征， 掌握藻华灾害的生消动态过程、分布特征和演替过程，揭示藻华灾害对藻类生物多样性的影响，为阐明藻华灾害的形成、演变机制提供生物学和生态学资料和判据，是实现项目总体目标的基础。 研究内容： 1典型富营养化海域 致灾藻类组成及分布格局 2致灾藻类种源追溯及其种群动态变化过程 3藻华生消过程中藻类生物多样性的变化规律 4典型富营养化海域致灾藻类长期演变趋势 经费比例： 11% 承担单位： 暨南大学、国家海洋局第二海洋研究所 课题负责人： 吕颂辉 学术骨干： 李宏业、陆斗定、吴月红 课题 3、致灾藻类在藻华灾害形成与演变中的适应策略与竞争机制 预期目标： 查明我国近海典型富营养化海域主要致灾藻类的关键生物学特征及其生长和繁殖的调控机理，量化主要致灾藻类爆发性生长和增殖的环境因子阈值，阐明致灾藻类的生长特征和营养盐利用策略在其种间竞争中的作用，揭 示我国近海典型富营养化海域藻华灾害形成与演变的生物学机理与环境调节机制。 研究内容： 1典型富营养化海域主要致灾藻类的生活史关键特征 2典型富营养化海域主要致灾藻类的生长繁殖特征与营养盐利用策略 3典型富营养化海域主要致灾藻类爆发性增殖的分子机理 4 主要致灾藻类种间竞争策略及在藻华灾害演变中的作用 经费比例： 承担单位： 国家海洋局第一海洋研究所、厦门大学 课题负责人： 王宗灵 学术骨干： 李艳、王大志、王明华 课题 4、典型富营养化海域关键物理过程与藻华数值模拟 预期目标： 查明重点研究海域 决定营养盐分布特征和藻华灾害分布格局的重要物理过程及其作用，阐述锋面、层化和上升流等现象在藻华灾害发生、发展和消亡各阶段中所起的作用，了解异常气象条件和气候变化在藻华灾害形成和演变中的作用，揭示藻类群落演变过程与物理、化学过程的耦合机制，建立适合重点研究海域的数值模型，为近海生态环境的预测和改善提供科学依据。 研究内容： 1冲淡水、沿岸流和外海环流对营养盐分布和藻华灾害分布格局的控制作用 2锋面、层化和上升流在藻华灾害生消过程中的作用 3异常气象条件和气候变化对藻华灾害生消和演变的影响 4我国典型富营养化海域藻华的数值模拟 经费比例： 承担单位： 国家海洋局第二海洋研究所、厦门大学 课题负责人： 管卫兵 学术骨干： 陈长平、高亚辉、朱德弟 课题 5、典型富营养化海域藻华灾害对生态安全的影响 预期目标： 揭示藻华灾害对生态系统结构和功能的影响及其作用机制，查明藻毒素对海产品安全的影响和途径，阐释藻华灾害对海域生态系统演变及其重要服务功能的影响，对藻华灾害的社会经济影响作出科学评价，为阐明富营养化海域藻华灾害对生态安全的危害机制、保护人类健康、维护近海生物资源的可持续利用提供科学依据。 研究内容： 1 主要致灾藻类对重要海水养殖生物和生态系统关键种的危害机制 2藻华灾害对食物网物质和能量传递的影响 3藻毒素产生和分布规律及对海产品安全的影响 4藻华灾害的次生环境安全效应及沿海社会经济影响的评价 经费比例： 11% 承担单位： 中国科学院海洋研究所、中国水产科学研究院东海水产研究所 课题负责人： 颜天 学术骨干： 王云峰、徐兆礼、于仁成、张清春 课题 6、我国近海藻华灾害减灾对策与富营养化调控机理 预期目标： 针对我国近海海域富营养化程度日趋严重的态势，应用历史资料分析和现场调查、现场实验 和实验室模拟相结合的方法，通过研究我国典型海域营养盐的区域特征与长期变化特点，阐明不同海域富营养化区域特征与藻华灾害之间的关系以及 藻华灾害演变机制 ，提出典型海域富营养化的调控对策和藻华灾害的减灾策略，为我国近海生态环境的可持续发展和利用提供科学依据。 研究内容： 1我国近海富营养化的区域特征与藻华灾害类型的关系 2 我国近海富营养化进程对藻华灾害演变态势的影响 3 不同藻华灾害演变机制与耦合模型研究 4 典型海域藻华灾害减灾策略与富营养化调控原理 经费比例： 承担单位： 中国科学院海洋研究所、 国家海洋环境监测中心 课题负责人： 周名江 学术骨干： 梁玉波、刘仁沿、宋秀贤、赵卫红 各课题间相互关系 本项目围绕我国沿海 日趋严重的 藻华灾害问题，针对 不同类型藻华灾害形成与分布态势的关键控制因素、富营养化进程对藻华灾害演变的驱动机制、 藻华灾害引发近海生态系统退化的途径和机理 等关键科学问题，设置了六个既相对独立又紧密相关、相辅相成的课题，从 典型海域富营养化特征、演化及对藻华灾害的影响（驱动）、藻华灾害形成和演变的生物学特征和生态过程（响应）、关键物理过程对藻华灾害形成和演变的调控（调控）、藻华灾害对近海生态 安全的影响及防控对策（对策）等 四个方面开展研究。课题 1 主要从近海富营养化入手，研究重点研究 海 域 富营养化特征、关键过程 、 演化进程 及其对藻华灾害的驱动作用 ；课题 2 主要针对 研究海域现场 藻华 灾害形成与演变过程 ， 开展种源追溯、种群动力学及生物多样性等生态过程研究 ；课题 3 主要 针对 藻华灾害 形成 和演变的生物学机 理，开展 致灾藻 类的 生活史 、 生长、繁殖 等生物学特征和 竞争策略 研究 ；课题 4 通过对 重点研究 海域物理 环境的调查和 研究，分析水动力过程、气象条件和气候变化 等因素 对藻华灾害分布、 生消过程 及演变的调控 作用，开展 藻华的 数值模拟 研究。 课题 5 主要 从 重要海洋 生物、 海产品安全 、环境 效应、食物网结构等不同角度 入手， 研究藻华灾害对近海生态 安全 的影响；课题 6 负责项目航次调查的设计和实施，并在集成前 5 个课题研究成果的基础上，结合 对 重点研究 海域富营养化特征和进程的研究，阐明我国近海藻华灾害的形成和演变机制， 提出 富营养化防控原理和藻华灾害 减灾对策 。 项目的 关键科学问题、研究内容 与 课题设置的关系如图 1 所示，课题间的有机联系及与项目预期目标的关系如图 2 所示。 图 1. 项目 关键科学问题、研究内容 与 课题设 置的关系 1. 典型海域富营养化特征、演化及对藻华灾害的影响 2藻华灾害形成和演变的生物学 特征和生态过程 3关键物理过程对藻华灾害形成和演变的调控 4藻华灾害对近海生态安全的影响及防控对策 课题 1 课题 2 课题 3 课题 4 课题 5 课题 6 研究内容 课题 1. 不同类型藻华灾害形成与分布态势的关键控制因素 2富营养化进程对藻华灾害演变的驱动机制 3. 藻华灾害引发近海生态系统退化的途径和机理 关键科学问题 图 2. 项目各 课题间的有机联系及与项目预期目标的关系 其中，课题 1 和课题 4 的耦合将为藻华灾害的形成和演变研究提供化学海洋学和物理海洋学的关键资料，以揭示富营养化和关键物理过程的驱动和调控作用；课题 2 和课题 3 结合，研究藻华灾害形成和演变的生物学特征和生态过程；课题 6 将在以上课题研究的基础上，结合课题 5 对藻华生态安全效应的研究，阐明藻华灾害的演变机制，提出富营养化防控原理和藻华灾害减灾对策。围绕上述项目研究的主线，各个课题之间还存在有机的联系， 课题 1 和课题 2 的化学海洋学和生态学调查资料将为课题 3 和课题 5 开展生物学机理和危害效应的模满足国家需求 为防范藻华灾害，预测和改善近海 生态环境提供科学依据 立足科学前沿 揭示富营养化驱动藻华灾害演变机制 ,为国际上藻华灾害研究提供典型范例 响 应 调 控 驱 动 数据资料收集 /海上现场调查 /室内模拟实验 揭示富营养化驱动下藻华灾害形成和演变的 过程、机制及其生态安全效应 课题 2 典型富营养化海域藻华灾害形成与演变的 生态过 程 课题 1 近海富营养化关键过程及其对藻华灾害的驱动作用 对 策 课题 3 致灾藻类在藻华 灾害形成与演变中的适应策略与竞争机制 课题 5 典型富营养化海域藻华灾害对生态安全的影响 课题 6 我国近海藻华灾害减灾对策与富营养化调控机理 课题 4 典型富营养化海域关键物理过程与藻华 数值 模拟 拟实验提供现场实测数据，使模拟实验更具针对性和环境真实性；课题 4 将为课题 1 和课题 2 中营养盐和藻华灾害的分布提供物理背景场资料；课题 2 也将为课题 1 提供藻华动态变化情况，以便分析藻华动态对营养盐组成和浓度变化的反馈等。各项目之间的交流合作有助于项目总体目标的实现。 四、年度计划 研究内容 预期目标 第 一 年 资料分析和提出假设 广泛收集 国内外有关富营养化 、赤潮 、绿 潮 研究、监视的历史资料 、卫星遥感数据 和已发表的 论文专著 ；长江口及东海富 营养化 海域藻华灾害 的 历史资料 ，分析整理有关致灾藻类（包括微藻和大藻）的种类、数量等长期数据；结合第一年的现场和实验室研究结果，对我国近海藻华灾害演变的可能机制提出假设。 现场研究 进行春季、秋季各一个航次，采集浮游植物、沉积物等样品，分析秋冬两季浮游植物和 致灾藻类的种类组成和遗传多样性； 研究自然环境及藻华灾害形成与演变过程中主要致灾藻类的生长特征、繁殖方式、繁殖体空间分布；开展现场控制实验，研究富营养化条件下主要致灾藻类的生长特征、 繁殖体形成与释放、藻体形态变化； 进行藻类灾害对浮游动 物群落结构的现场调查 ， 研究典型富营养化海域藻类毒素的时空分布特征，不同类型藻华生消与演替过程中水体与沉积物质量变化情况 。 完成历史资料分析；进一步确定各课题的实施计划； 初步掌握研究海区重要营养盐的分布与组成，了解营养盐的循环特征及其与海区致灾藻类爆发的关系 ， 完成航次的样品分析，明确主要目标致灾藻类及其藻种的分离和培养；建立针对目标致灾藻类遗传多样性研究的研究方法； 初步掌握我国典型富营养化海域主要致灾藻类的生长特性、增殖方式、休眠模式，获得同步化培养细胞体系，确定主要致灾目标藻种细胞周期各关键检点；建立甲藻分子机制研究相关方法体系。 初步 确认重点研究海域 决定 营养盐分布特征和藻 华 灾害分布格局的重要物理过程 及其 作用 。 了解藻华灾害对 养殖生物和浮游动物群落 结构的影响及其作用机制， 藻华灾害中藻 毒素 的分布情况 ， 产生低氧和硫化物情况 ；针对不同致灾藻类初步筛选出一些生态安全的防治方法；完成富营养化调控研究的预实验。 研究内容 预期目标 室内实验 研究不同温度环境下主要致灾藻类生长特征、繁殖方式、休眠期细胞形成过程；建 立主要致灾藻类的同步化细胞培养体系，开展细胞周期及其关键检验点的界定等研究；建立甲藻的宏转基因录组学和蛋白质组学研究方法。 完善东中国海三维数值模式，开展大尺度物理海洋研究。 研究藻华灾害对 重要海 水 养殖生物 生长的影响，不同藻华生物的营养成分、物质和能量同化效率特性 。 制定不同致灾藻类防治研究的实验方案，开始预实验 。 组织 1 项目启动会、 2 次航次协调会、 3 次项目进展会、 1 次学术讨论会 和 1 次生物海洋学资料研讨会 。 研究内容 预期目标 第 二 年 现场研究 年内组织春季、秋季各一调查航次，研究海区重要营养盐的分布与组成；营养盐的限制情况及重要有机物对藻华形成与演变的调控作用。继续对浮游植物和致灾藻类的种类组成和遗传多样性进行调查研究；现场控制实验，研究致灾藻类生长 与繁殖对营养盐形态的响应，及不同形态营养盐的吸收速率、初级生产力；藻类灾害对浮游动物群落结构的影响 室内实验 研究不同温度、营养盐结构组成下主要致灾藻类的生产力与繁殖速率；室内实验研究不同温度和营养盐对硅藻与甲藻、无毒甲藻与产毒甲藻种间竞争的影响；运用比较基因组学、转录组学技术，比较研究目标藻种不同细胞周期宏转基因录组学和蛋白质组差异，确认鉴定差异表达基因和蛋白。完善重点研究海域高分辨三维数值模式，开展界面尺度海洋研究。初步确定重点研究海域藻华关键生态过程，概括形成生态模型。研究藻华灾害对浮游动物、贝类的物 质能量摄取和同化的效率影响，研究典型进一步掌握研究海区重要营养盐的分布与组成；了解研究海区营养盐的限制情况及重要有机物对藻华形成与演变 的调控作用。 阶段性 小结现场致灾藻类及其功能群的生物地理分布格局，提出几点关键环境调控因子开展室内控制培养实验。通过室内实验对致灾藻类对环境的适应机制具有初步了解。 弄清我国典型富营养化海域主要致灾藻类的生活史、重要环境因子变化对营养盐吸收、增殖速率及微型藻类种间竞争的影响， 筛选并确认细胞周期调控的差异蛋白和差异表达基因，确认其在细胞繁殖中所起的作用。 进一步确认重点研究海域决定 营养盐分布特征和藻 华 灾害分布格局的重要物理过程 及其 作用 。初步 阐 明 锋面、层化和上升流等在藻 华 灾害发生、发展和消亡各阶段中所起的作用 。 初步了解 藻华灾害对生态系 统结构 和功能 的影响及其机制， 查明藻 毒素 产生和影响机制， 对海产品 安全的影响 和 途径， 对 水体低氧及硫化物产生的影响机制 。 初步比较分析不同海域的富营养化特征，及其与藻华灾害类型的关系；初步完成不同海域富营养化长期变化特点的研究；完成 1 致灾藻类防治方法 研究内容 预期目标 海域富营养化特征对藻类毒素产生的影响及机制，研究不同类型藻华灾害及其演变对水体低氧及硫化物产生的影响机制。总结第一年的现场调查结果，比较不同海域的富营养化特征 ；开展有关营养盐调控的生物和化学模拟实验；开展不同类型致灾藻类的生物学和化学防控机理研究。 召开 2 次航次协调会、 2 次项目进展会、 1 次学术讨论会 1 次学科专业研讨会、 1 次项目进展会、协办 1次国际学术会议。 和原理的研究；初步探索有效地富营养化明调控途径和机理。 验证、补充、修 订 原定假设与实验方案，总结阶段性研究成果。完成 60篇学术论文。为完成五年目标打好基础。 第 三 年 继续现场研究和室内实验 年内组织 春季、秋季各一调查航次； 现场研究 研究 沉积化学过程对 海区营养盐循环的影响；进一步了解研究海区重要有机物对藻华的调控作用。对上层海洋的初级生产变化进行反演。 继续对浮游植物和 致灾藻类的种类组成和遗传多样性进行研究；实验室内开展条件控制培养实验，研究 致灾藻类的抗逆机制，致灾藻类萌发的及其扩散机制以及致灾藻类功能群对特掌握研究海区沉积化学过程对海区营养盐循环的影响；了解研究海区有机物对藻华的调控作用。 查明主要致灾藻类的营养盐吸收动力学、营养盐结构组成对主要致灾藻类种间竞争过程与结果的调控机理、 初步阐明主要致灾藻在特定环境条件下的细胞周期表达特征、调控基因。 基本阐明 典型富营养化海域 致灾藻类的群落结构、生物多样性及其地理分布特点，分析适应富营养污染的藻类功能生物群及其适应机制。 进一步 阐 述 锋面、层化和上升流等现象在藻 华 灾害发生、发展和消亡各阶 研究内容 预期目标 定生境的适应机制。 继续现场控制实验，研究富营养化环境下藻华演变的种间竞争过程； 室内实验 继续开展室内模拟实验，研究主要致灾藻类不同生长阶段营养盐的吸收速率、初级生产力；室内模拟室内实验研究微藻与大藻之间的种间竞争机理；研究不同环境条件下，主要致灾藻的 细胞周期蛋白的表达、调控和作用。 研究藻华灾害对浮游动物关键种的现场毒性效应， 藻华演变引发营养失衡对浮游动物、贝类繁殖等生命活动的影响， 研究主要藻类毒素在海洋生物中的累积与传递 , 毒性效应与致毒机理，藻华引发低氧等次生环境效 继续进行各研究内容的分析和实验工作，重点分析研究富营养化长期变化对藻华灾害发生频率、分布区域、规模和类型等的影响；主要针对不同致灾藻类的防治机理和富营养化调控原理方面做更深入的探讨；并对前两年的工作进行初步总结和提炼，发现待补充或待深入问题，做相应的计划和实验调整 组织 2 次航次协调会、 3 次项目进展会、 1 次学术讨论会 。 段中所起的作用 。 初步 了解异常气象条件和气候变化在藻 华灾害形成和演变中的作 用。初步 揭示藻类群落演变过程与物理、化学过程的耦合机制 ，完善相应的数值模型，开始同化现场数据，对典型海域藻华过程进行模拟。 揭示藻华灾害对生态系统结构和功能的影响及其作用机制， 查明藻毒素对海产品安全的影响 和 途径， 藻华 灾害 次生环境效应对海洋生物的危害 。 完成部分成果的总结和提炼；初步阐述不同海域富营养化长期变化对藻华灾害的影响；完成不同致灾藻类防治机理等方面的研究和探讨，初步提出藻华灾害的减灾方法和策略。 研究内容 预期目标 第 四 年 补充必要现