2020年春天，南加州海域发生了历史性的赤潮事件。在甲藻 Lingulodinium polyedra 的绽放的推动下，这次活动为从下加利福尼亚州到圣巴巴拉的沿海海滩带来了夜间生物发光的展示。 虽然水华因其令人惊叹的视觉展示而受到国际关注，但它也产生了重大的负面影响，包括鱼类和其他海洋生物的大量死亡。
来自加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所、美国国家海洋和大气管理局 （NOAA） 和其他组织的海洋科学家抓住机会研究了这一前所未有的事件及其对野外和水族馆海洋生物的影响。在最近的一项研究中，这个由34名研究人员组成的多机构团队将水质恶化（尤其是长时间的低氧条件）确定为大规模死亡事件的重要因素。他们的研究结果发表在《Elementa》杂志上，并在一期以2020年赤潮为重点的特刊上发表。
“众所周知，赤潮很难预测和研究，因此2020年的事件为海洋科学界提供了一个独特的机会，可以合作并利用现有的基础设施来找出导致这些死亡的原因，” 主要作者Zachary Skelton说，他是NOAA西南渔业科学中心（SWFSC）的海洋生物学家，最近毕业于斯克里普斯海洋学。“我们的论文提供了关于低氧或无氧条件如何伤害某些海洋物种的宝贵见解，特别是那些栖息在河口和浅海地区的海洋物种。
该研究以现有长期观察计划的数据为依据，以及社区成员的报告、实地调查以及使用当地海水维持其系统的当地水族馆的案例研究。 研究人员发现，水条件的极端变化，特别是溶解氧和pH值，与赤潮爆发的动态之间存在相关性。
沿海岸线的传感器数据显示极端缺氧（低氧）和高氧（过量氧）条件，特别是在河口和近岸沿海环境中。这些条件影响了 许多海洋物种的健康，导致数千种鱼类和无脊椎动物以及几种海鸟死亡。来自四个当地水族馆的案例研究 – 包括斯克里普斯的桦木水族馆，以及斯克里普斯海洋学的两个实验水族馆和NOAA SWFSC的一个实验水族馆 – 表明氧气和pH值的大幅变化之外的因素可能有助于观察到的死亡率。
由于赤潮恰逢 COVID-19 大流行的早期阶段，该团队必须获得加州大学圣地亚哥分校和其他当地机构和当局的特别许可才能进行实地考察。一旦获得这些许可，斯凯尔顿和斯克里普斯海洋学海洋脊椎动物收藏经理本·弗雷布尔（Ben Frable）一起访问了圣地亚哥周围的多个海滩和河口，以计算、拍摄和测量死鱼和无脊椎动物。
他们通过社交媒体、电子邮件和公民科学平台 iNaturalist 分享的观察和社区报告显示，随着氧气含量的急剧下降，2020 年 4 月下旬至 5 月中旬，鱼类和无脊椎动物大量死亡。据报道，拉霍亚地区（包括拉霍亚湾、拉霍亚海岸海滩和斯克里普斯海滩）、恩西尼塔斯地区和卡尔斯巴德的阿瓜赫迪翁达泻湖的鱼类死亡不成比例。这些地点中有许多是封闭的或地理上的遮蔽区域，这限制了混合并使花朵更容易集中。
赤潮伤害了许多不同的物种，但近岸和底栖物种的情况最差。“许多生活在海底或附近的物种往往流动性较差，”Skelton说。“这些生物经常坚持自己喜欢的栖息地，即使在经历压力的情况下也是如此。
例如，斑点沙鲈鱼通常生活在浅沙环境中，在鱼类中死亡率最高，在恩西尼塔斯海滩和Agua Hedionda Lagoon有数百条被冲走。同样，数百只加州泡泡蜗牛是受影响最严重的无脊椎动物之一。潜水员还报告了鲢鱼、圆黄貂鱼、刺鼻流苏鱼、沙鲷、岩鱼和棘背吉他鱼等物种的死亡，这些物种在水下被观察到但没有被冲上岸。 作者指出，这次 赤潮事件似乎没有伤害海洋哺乳动物，也没有造成比平时更多的搁浅报告。
一旦确定正在发生大规模死亡事件，该团队就想知道赤潮水华的哪个方面对海洋生物的影响最大。当海藻（通常是甲藻或其他浮游植物）种群迅速增加或“大量繁殖”时，就会发生赤潮。在白天，这些生物通过吸收二氧化碳并产生氧气进行光合作用。在夜间，集体水华和群落呼吸在产生二氧化碳的同时吸收周围的氧气，最终导致海水化学在昼夜循环中发生变化。在盛开的高峰期，由于水中氧气含量的增加，条件通常在较长时间内处于高氧状态。随着水华开始下降——无论是由于这些生物的自然生命周期还是附近营养物质的枯竭——氧气水平都会降低，通常会导致长时间的缺氧条件。
该研究的合著者、生物海洋学家莉莲·麦考密克（Lillian McCormick）分析了部署在圣地亚哥海岸附近系泊处的11个海洋传感器包的数据。 这些传感器部署在不同的深度，从1.5米（5英尺）到大约100米（328英尺）不等，在河口、浅近岸环境和更远的海上收集数据。
较浅的水域，特别是河口和泻湖内，首当其冲地受到赤潮的影响，经历了长时间的缺氧。Agua Hedionda Lagoon 和 Los Peñasquitos Lagoon 受灾最严重，忍受着极度缺氧甚至缺氧的发作，那里没有氧气。在盛开的高峰期，Los Peñasquitos泻湖附近的施工导致泻湖完全关闭，这可能加剧了这种情况。
“水华主要集中在这些河口内，并且可能在一个地方因完全关闭数周而恶化，”加州海洋格兰特和斯克里普斯海洋学的博士后研究员麦考密克说。“这些封闭的空间不会像我们通常在更深的开阔海水中看到的那样看到水的冲洗或运动。
作者惊讶地发现，位于 4 米（13 英尺）深处的斯克里普斯码头传感器在 2020 年 4 月 30 日至 5 月 16 日期间记录了间歇性缺氧，共计 82 小时。“你经常看到鱼类死亡发生在河口或佛罗里达州等温暖水域，”斯凯尔顿说。“但是与这些缺氧事件相关的公海死亡率在加利福尼亚非常罕见，因此斯克里普斯传感器为该事件提供了一些独特的见解。
除了实地观察外，作者还分析了四个当地水族馆设施的水质和死亡率，每个设施都有不同程度的过滤和补充氧合。作为这项研究的一部分，斯克里普斯海洋学Tresguerres实验室的成员研究了圈养太平洋沙丁鱼鳃的形态变化，以应对赤潮。在海洋生理学家Garfield Kwan和Martín Tresguerres的带领下，该团队采用显微镜和生物化学技术来检查离子细胞，这是一种负责离子转运的特殊细胞，类似于哺乳动物的肾脏。他们的研究结果显示，沙丁鱼在赤潮暴露期间增加了离子传输以维持标称条件。
“这一发现是值得注意的，因为赤潮事件很难预测，也无法计时，所以像我们这样的实验数据非常罕见，”Kwan说，他现在是加州大学戴维斯分校的博士后研究员。“由于原始实验的长期采样性质，我们很幸运能够对沙丁鱼进行暴露前比较。”
McCormick和Skelton 赞扬了所有作者的合作努力，并强调了每个人在使研究成为可能方面所发挥的重要作用。 McCormick 说：“这是一项庞大的社区努力，每个人都贡献了他们现有的数据，并共同努力加深我们对这个问题的理解，即使我们受到大流行的限制。
该研究的 34 位合著者及其附属资金来源的完整列表可在此链接中找到。
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://today.ucsd.edu/story/impacts-of-2020-red-tide-event-highlighted-in-new-study