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海上杀手:有害藻类繁殖及其对水产养殖的影响

尼基·霍尔玛德(Nicki Holmyard)

工业界,政府对HAB的回应采用了太空时代的技术和老式的警惕

有害藻华
该前哨卫星图像显示了北海中有害的藻华。照片由欧洲航天局提供。

挪威的鲑鱼产业在5月以错误的理由登上头条新闻,当时普通藻类大量繁殖 嗜铬绿球藻 在海洋网箱中杀死了大约800万条鱼。尽管藻类耗尽了可用的养分并死亡,但死亡率却逐渐下降,但这一数字仍在继续上升。

1991年和2008年,挪威同一类藻类与鲑鱼死亡有关。

藻华是由浮游植物引起的,浮游植物是在海洋和淡水生态系统中都发现的自由漂浮的微观藻类。它们构成了水生食物链的基础,并且是滤食双壳贝类以及商业上重要的甲壳类和有鳍鱼类的幼体的必需营养素。

苏格兰海洋科学协会(SAMS)副主任基思·戴维森(Keith Davidson)教授认为,浮游植物占地球上光合作用活动的一半以上。

“浮游植物有数千种,但其中只有一小部分可能对人类健康有害。我们将这些称为有害藻类,并使用术语有害藻华(HAB)来描述其发生和影响。” 主张.

圣经中首次出现了导致鱼类大量死亡的HAB书面说明,而最早记录的致命案例之一是食用食用被有毒浮游植物污染的贝类而导致人中毒的致命案例,发生在1793年,当时乔治·温哥华温哥华上尉及其船员降落在英国哥伦比亚,现在被称为毒湾。

尽管人们对HAB的认识已有一千年的历史,但在过去的几十年中才对它们的原因和影响进行了广泛的研究,因为它们开始给发展中的全球水产养殖业带来麻烦:鱼类和贝类养殖者遭受了严重的经济损失以及对环境和人类健康的重大影响。

发出警报

花朵可能以多种方式杀死鱼类。例如,由于藻类的高呼吸速率或藻类腐烂过程中的细菌呼吸作用,致密浓缩的藻华会耗尽水中的氧气。实际上,鱼会窒息。某些藻类会对鱼the造成破坏,其结果类似,即它们无法吸收足够的氧气。野生鱼类也可能受到HAB的影响,但它们通常能够游得更深一些,例如在峡湾或湖泊中游动或游走。

藻类威胁着摄食牡蛎和贻贝等过滤饲料的贝类的人。生物毒素集中在贝类肉中,引起疾病,如麻痹性贝类中毒(PSP),腹泻性贝类中毒(DSP)和遗忘性贝类中毒(ASP)。以贝类为食的螃蟹也会变得有毒。

普遍认为,所有HAB都与养分浓度升高有因果关系,例如来自养鱼场或土地径流的养分。但是,戴维森教授解释说,大多数HAB是时空变化的自然事件。

挪威海洋研究所的海洋科学家和藻类专家Lars-Johan Naustvoll对此观点表示赞同,并补充说,天气条件,洋流,养分,藻类的组成以及与其他物种的竞争都对能力产生了影响。有害藻类在任何时间点开花。然而,养鱼场排放的无机养分可能会延长花开的危害能力。

“不同的藻类对无机营养素的增加反应不同,有时环境条件恰好有利于其中一种有毒藻类的繁殖,导致像我们最近所经历的那样有害繁殖,” Naustvoll说。

研究人员提出的主要问题之一是HAB事件是否变得越来越频繁或更严重。就在三年前 假单胞菌 智利的布鲁姆杀死了3900万养殖鲑鱼,价值8亿美元。

这次活动之后,全球水产养殖联盟发布了一份报告,确定了为 更好地管理HAB,包括使用新技术进行的早期检测,预测和跟踪,例如可以识别和计数藻类细胞并通过Internet传输实时结果的浮标,以及可以用于告知物理生物学数值的基于卫星的遥感系统楷模。

在挪威,渔业局负责危机管理HAB,对水柱进行采样以找出所涉藻类的类型,使用模型预测其藻类可能扩散到何处,并请海洋研究所提供专家意见。

尤为重要的是与可能受影响的养鱼场进行紧急联系,以确保管理层有时间制定应急计划以预防或控制这种情况。应急计划可能包括及早收获鱼,将鱼移到另一个地点,或在农场周围部署物理或泡沫帷幕。在最近的危机中,在诺德兰,养鱼者成功地安全转移了超过250万条鱼。养殖者还可以在花开期间停止喂鱼,这会阻止他们在藻类繁华的地表附近游泳。

技术胜任

挪威的许多鲑鱼养殖者都发现Manolin的在线平台可用于跟踪花期。最初由 哈奇大学的最近毕业生 Tony Chen和John Costantino帮助牡蛎养殖者监测水质并预测美国切萨皮克湾的HAB,Manolin平台已发展成为一个以健康为中心的综合分析软件包。

Manolin汇总了公共和私有数据源,并使信息可访问且易于在服务器级别进行浏览。例如,挪威强制要求鲑鱼养殖者每周报告一次海虱数量,并且如果邻居养殖场的虱子数量增加到可行水平,使用该平台的养殖者可以选择接收通知。

君士坦丁堡解释说,他们从一开始就关注藻类繁殖的情况,监测渔业局(DoF)每天发布的信息。但是,很难全面了解发生在哪里的情况,因此Manolin的解决方案是协调受影响地区活跃农民的数据,例如养殖场的位置,鱼在生产周期中的位置以及将其与DoF信息结合起来。

“有些人在Facebook上张贴地图以显示花朵所在的位置,但我们希望将所有信息简化为一个打包程序,供鲑鱼养殖者使用。作为这种技术的领导者,我们能够快速向我们的包装中添加新工具,” Constantino说。

SAFI决策支持服务是一项可向用户提供HAB预警功能的服务,该服务利用了欧洲航天局(ESA)的地球观测(EO)前哨卫星,通过互动为用户提供近乎实时的环境监控。在线平台。监测参数包括叶绿素a,海水温度,HABs 三本草 绿叶鳞草,水柱能见度,盐度和浊度。

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意大利公司AquaX还提供了强大的工具来有效管理可能损害养鱼场生产力的环境风险。由于卫星数据与原位水样和数学模型的集成,其全球服务可监测水质并提供HAB预警。根据位置的不同,用户可能会有五到七天的时间来实施应急措施,以免破坏耕地。

在美国,其他低调的监控程序包括由美国国家海洋和大气管理局的西北渔业科学中心,环境保护局和生态部提供的SoundToxins项目。它使用频繁的水采样来检查盐度,温度,养分,叶绿素,浮游植物种类和生物毒素的存在,目的是提供HAB事件的预警。反过来,这使鱼类和贝类养殖者能够有选择地收获海鲜,以最大程度地降低对人类健康的危害,并减少华盛顿州普吉特海湾等生产性种植区的经济损失。

全球合作

戴维森教授解释说,尽管获得HABs的早期预警对水产养殖业具有巨大的价值,但远非如此简单,因为关键物种表现出不同的生命周期和不同的毒性,而且当地的海洋学和水文学影响开花的地点和时间。

他说:“需要专家对多种数据流进行解释,包括浮游植物和相关的环境驱动因素,以评估HAB的风险并预测其发生。”

戴维森(Davidson)是GlobalHAB计划的一部分,该计划是由海洋研究科学委员会(SCOR)和教科文组织政府间海洋学委员会(IOC)共同建立的一项国际科学计划,旨在增进对水生生态系统中HAB的理解和预测,以及管理和减轻其影响。

“随着我们对HAB物种的生态学有了更好的了解,以及对技术的改进,包括对遥感算法,远程水下滑翔机,识别形态上不清楚的物种的分子生物学方法,浮游植物原位计数器和更好的物理条件,对预报的改进正在进行中。数学模型的生物/生物学耦合-将有助于提高预警能力,”他说。

苏格兰的SAMS已在运营基于Web的HAB 预警系统,它提供了可搜索的当前和历史HAB状况地图,并提供了下载关于设得兰群岛水产养殖密集型地区的详细HAB每周评估的选项。

SAMS还参与旨在理解,预测和管理HAB的众多项目,包括预测有害事件对水产养殖部门的风险和影响(PRIMROSE),该项目在欧洲拥有合作伙伴。目的是基于交通信号灯系统开发改进的预测,该系统将包括微生物风险和气候影响,并受益于新一代Sentinel卫星数据产品提供的改进的空间分辨率。

虽然通过提供更准确,详细和常规的海洋颜色测量值进行计算机分析,诸如Sentinel-3 OLCI(海洋和陆地颜色仪器)之类的卫星的使用增强了HAB预警能力,但这些新型传感器的开发却给开发人员带来了挑战。根据普利茅斯海洋实验室(PML)的Andrey Kurekin博士的说法,EO数据处理算法。

她解释说,PML已开发了一种自动HAB检测方法,它使用机器学习技术来识别海洋颜色数据中的HAB签名。此方法的准确性取决于用于训练算法的HAB的示例卫星图像的数量,但是可用于新EO传感器的有害藻华数量有限,这会影响HAB检测的准确性。为了克服这个问题,基于对实验室中生长的有害藻类的光学特性的测量,以及对海洋颜色数据的传感器建模,开发了一种新的训练策略。新系统在HAB中显示出令人鼓舞的结果 三本草,与EO传感器数据无关,可用于尚不存在的EO传感器。

这项工作是ShellEye项目的一部分,该项目开发了可帮助贝类养殖者监测和预测水质的工具,以便为可能对其贝类造成不利影响的事件做准备,并将有助于扩展ShellEye对HAB的监测能力在英国沿海水域。

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