[科普中國]-中國科學家改良后的粘土，成了治理赤潮的利器

財產(chǎn)保險、人身保險、責任保險……人類社會為了應對風險，發(fā)明了保險這一金融體系，而近日，一款新的保險——“海水養(yǎng)殖赤潮指數(shù)保險”在福建首次出單。促使這款保險涌現(xiàn)的動力，是養(yǎng)殖戶對赤潮與日俱增的恐懼。

每年4-6月份，福建部分海域的顏色便會出現(xiàn)異樣，遠遠望去好似一片火海，吸引眾多游客紛紛駐足。實際上這種變色海水可不是什么美麗的自然景觀，而是由人類活動引發(fā)的“赤潮”。

赤潮 圖源：百度百科

赤潮是什么？

赤潮（red tide），是指**由于海洋中微型浮游生物在一定環(huán)境條件下快速增殖或高度聚集, 導致一定范圍和時間內(nèi)的水體發(fā)生變色的現(xiàn)象。**赤潮一詞其實是歷史沿用名詞，“赤”并不特指紅色。根據(jù)引發(fā)赤潮的生物種類和數(shù)量的不同，赤潮有時也呈現(xiàn)黃、綠、褐色等不同顏色，但其中以赤色最為常見。

赤潮 圖片來源：Veer圖庫

赤潮的爆發(fā)會具有明顯的季節(jié)性，赤潮往往在春夏季節(jié)爆發(fā)。這與赤潮形成的原因有關。

赤潮現(xiàn)象是多種因素綜合作用的結(jié)果，包括能引發(fā)赤潮的藻類等生物因素，微量元素、營養(yǎng)鹽類等化學因素，日照、氣壓、風速等氣象因素，海流、溫度、鹽度等水文因素。

赤潮的相關影響因素（圖片來源：作者提供）

其中海水溫度變化被認為是赤潮爆發(fā)的主要幕后推手之一，**20-30℃是赤潮發(fā)生的適宜溫度范圍。**因為這個溫度范圍是引發(fā)赤潮的藻類喜歡的生長溫度，比如異彎藻。這種藻類曾多次導致大連灣區(qū)域形成赤潮，對當?shù)氐酿B(yǎng)殖業(yè)造成了嚴重威脅。赤潮異彎藻在10～30℃之間均能正常生長，25℃時生長速率則達到峰值。

需要警醒的是，據(jù)《大氣科學研究》一項研究報道，1970年以來，地球變暖過程中的90%的熱能都注入了海洋，海水不斷升溫可能會使赤潮災害日益嚴重。

除了海水升溫，海洋中氮、磷元素的增加也會導致赤潮加重。隨著工業(yè)廢水和養(yǎng)殖業(yè)污水、以及生活污水向海洋中過度排放，**氮磷鐵錳元素及有機物匯于大海之中，最終導致水體的富營養(yǎng)化，從而引發(fā)赤潮。**據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)調(diào)查，在全球范圍內(nèi)，35%左右的湖泊、水庫存在不同程度的富營養(yǎng)化，河口和近海水域也受到嚴重影響。在這個營養(yǎng)過剩的天堂一般的海洋世界里，赤潮生物都會抓緊時機大量繁殖。

藏在美麗背后的危險

早在遠古時期，海洋中就存在類似赤潮的現(xiàn)象。如同人類體內(nèi)的炎癥會引起發(fā)熱一樣，赤潮也是海洋生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)整的一種方法。但進入20世紀后，人類活動對海洋環(huán)境影響的日益加重，直接導致赤潮發(fā)生的原因發(fā)生了根本變化，赤潮也逐漸演變?yōu)轭l繁發(fā)生的生態(tài)災害。

近年來赤潮災害更是**呈現(xiàn)出爆發(fā)規(guī)模大、持續(xù)時間久，出現(xiàn)頻率高的趨勢。**2015年北美洲西海岸爆發(fā)了大規(guī)模擬菱形藻（Pseudo-nitzschia）赤潮，北起美國阿拉斯加，南至墨西哥沿岸，覆蓋面積之大前所未有。

2017 年 10 月美國佛羅里達近海暴發(fā)了近十年來持續(xù)最久、災情最嚴重的短凱倫藻（Karenia brevis）赤潮, 持續(xù)時間達15個月之久。

在中國，進入20世紀70年代后，赤潮發(fā)生次數(shù)也開始呈幾何倍數(shù)增長。

70年代以來我國近海赤潮次數(shù)呈幾何倍數(shù)增長（圖片來源：國家海洋局, 1989—2017）

《舊約·出埃及記》中關于赤潮的描述是：“河里的水，都變作血，河也腥臭了，埃及人就不能喝這里的水了?！笨梢娮怨乓詠沓喑睂ψ匀唤绲纳鷳B(tài)平衡以及人類的生產(chǎn)生活就具有極大的破壞力。

在現(xiàn)代社會，**受到赤潮爆發(fā)影響首當其沖的就是養(yǎng)殖業(yè)。**每年由于赤潮導致缺氧或中毒而死的魚、蝦、貝類不計其數(shù)。而赤潮中所含有的毒素更是會在一些海產(chǎn)體內(nèi)富集，最終危害人類健康。

智利是全球第二大三文魚出口國，2016年由鏈狀亞歷山大藻(Alexandrium catenella)等引起的大規(guī)模赤潮，導致全國12%的養(yǎng)殖三文魚死亡，造成智利近海養(yǎng)殖業(yè)超過10億美元的經(jīng)濟損失。

2012年在我國福建近海域，爆發(fā)了米氏凱倫藻(Karenia mikimotoi)赤潮，這次赤潮覆蓋面積達300km2，鮑魚養(yǎng)殖業(yè)受到嚴重沖擊，經(jīng)濟損失達到20億人民幣，創(chuàng)造了歷史新高。

米氏凱倫藻的光鏡和電鏡圖片（圖片來源：(呂頌輝, 岑競儀 et al. 2019) ）

對于人類來言，海產(chǎn)品中毒而死造成的經(jīng)濟損失并不是最可怕的，最可怕的是那些中毒但沒有死亡的海洋生物。

魚、蝦、貝類吞食有毒的赤潮藻后，雖然可能不會立刻斃命，**但毒素仍會在體內(nèi)不斷地累積。**食用了這些積累了毒素的海洋生物，將會對人體產(chǎn)生巨大的危害。

1970 年到 2005 年麻痹性貝類毒素(PSP)分布在全球不斷擴展 (圖片來源：Anderson, 2009)

赤潮毒素到底能有多毒？

研究表明，**最厲害的赤潮毒素比眼鏡蛇的毒性還要高80倍！**人一旦中毒，輕者頭暈、腹瀉，重者會出現(xiàn)呼吸困難、肌肉麻痹等癥狀，甚至可能死亡。

2017年6月，福建部分海域爆發(fā)赤潮，泉州、漳州相繼出現(xiàn)因食用貝類水產(chǎn)品而中毒的事件。其中在漳州的一則突發(fā)事件中，就有36人中毒，患者出現(xiàn)了頭暈、惡心、肌肉麻木的癥狀，原因就是食用了含有毒素的青蛤（淡菜、貽貝）。

粘土滅火器大顯神通

赤潮像野火一般燒遍了世界各國的海岸線，而人類長期以來卻缺乏一種像“滅火器”一樣的應急處置裝置。令人振奮的是，近年來由中國科學家自主研發(fā)的粘土“滅火器”在赤潮治理中屢建奇功。

**粘土“滅火器”里的土可不是一般的土，而是一種可以與赤潮生物結(jié)合后產(chǎn)生絮凝沉降效應的粘土。**這種粘土可以將赤潮生物沉降到不見天日的海底，由于無法再進行光合作用，這些生物就會“餓死”在海底。

在上個世紀70年代，日本就開始用一種特殊的粘土——蒙脫土治理赤潮。但這種天然粘土效率較低，在實際應用中每平方公里就要用400噸，無法大規(guī)模地推廣。

之后，科學家改良了這種粘土，增加了粘土和赤潮生物間的橋聯(lián)和網(wǎng)捕作用，使得粘土絮凝赤潮生物的效率提高了幾十到幾百倍。

另一方面，改性粘土會對赤潮生物產(chǎn)生強大的脅迫作用，即使沒有被沉降，赤潮生物的生長和繁殖也會受到抑制。例如，赤潮生物在抵抗粘土時會產(chǎn)生過多的過氧化物，這種物質(zhì)的積累能夠?qū)е缕渫Ｖ股L甚至死亡。另外改性粘土還可以吸附水體中的磷、氮等營養(yǎng)鹽類，從而進一步改善水質(zhì)。

改性粘土高效治理赤潮原理（圖片來源：俞志明，陳楠生et al. 2019）

這么多的粘土倒進海里，難道不會對水質(zhì)產(chǎn)生不良影響嗎？

實際上，研究人員在改性粘土施用的過程中，會密切觀測粘土對水質(zhì)、養(yǎng)殖生物和底棲環(huán)境的影響。結(jié)果證實，改性粘土法對魚、蝦、貝等養(yǎng)殖生物和海洋環(huán)境并沒有負面影響，是一種安全綠色環(huán)保的治理手段。

改性后的粘土在表面形態(tài)、土層間距和絮凝狀態(tài)上均發(fā)生變化（圖片來源：Yu, Song et al. 2017)

2005年，改性粘土小試牛刀，首次現(xiàn)場應用, 便成功治理了南京玄武湖藍藻水華。自此改性粘土法在沿海20多個水域大顯身手，成為我國近海赤潮應急處置的標準方法。2016以來，改性粘土又走出國門，成為一名國際消防員，繼續(xù)在美國佛羅里達近海、智利養(yǎng)殖海域等水域的赤潮治理中發(fā)揮著重要作用，被譽為**“中國制造的赤潮滅火器”。**

雖然人類在與赤潮的斗爭中取得了一定的勝利，但從長遠來看，赤潮治理形勢依舊十分嚴峻。因此若想徹底降服這頭海洋魔獸，我們需要的不僅是全方位的科研攻關，**更重要的是從源頭上遏制住污染，**控制污水入海量。同時合理開發(fā)利用海洋，選擇對水質(zhì)凈化有作用的養(yǎng)殖品種，加強養(yǎng)殖業(yè)的科學管理以及海洋環(huán)境監(jiān)測工作。保護海洋，防治赤潮，從我們身邊做起！

參考資料：

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呂頌輝, 岑競儀, 王建艷 and 歐林堅 (2019). "我國近海米氏凱倫藻(Karenia mikimotoi)藻華發(fā)生概況、危害及其生態(tài)學機制." 海洋與湖沼 50(03): 487-494.

國家海洋局, 1989—2017. 中國海洋災害公報. 北京: 國家海洋局

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俞志明、陳楠生，2019，國內(nèi)外赤潮的發(fā)展趨勢與研究熱點，海洋與湖沼，50（3）：474-48