富营养化评估程序手册

西北太平洋行动计划》区域的潜在富营养化区

导言

陆上人类活动对沿岸系统产生影响，世界海洋的很大一部分（41%）受到多种驱动因素的强烈影响[1]。西北太平洋地区、中国、日本、韩国和俄罗斯快东沿海地区是世界上人口密度最高的地区之一，庞大的人口给环境带来了巨大的压力和需求[2]。人类活动在海洋中的一个反应是，农场和城市增加的营养负荷导致富营养化加速[3]。富营养化确实被认为是西北太平洋地区的主要海洋环境问题之一[4]，它导致了大量赤潮事件的发生[5]和大规模缺氧状态的形成[6]。巨型水母鱼[7]和大规模绿潮[8]的大量出现也会使富营养化成为一个跨界关注的环境问题。因此，为了解决这些问题，有必要让邻国参与到保护共同环境的全面而具体的行动中来。

西北太平洋行动计划（NOWPAP）是联合国环境规划署（UNEP）区域海洋计划的一部分，于 1994 年由中国、日本、韩国和俄罗斯等成员国通过。西北太平洋行动计划》的地理范围包括东经约 121 度至 143 度、北纬约 33 度至 52 度的海洋环境和沿海地区[2]。在 NOWPAP 内，每个 NOWPAP 成员国都设立了四个区域活动中心，负责开展 NOWPAP 政府间会议批准的各项 NOWPAP 活动和项目。特别监测和沿海环境评估地区活动中心（CEARAC）由位于日本富山的西北太平洋地区环境合作中心（NPEC）主办，其任务是利用遥感技术开发环境监测工具。

根据这项任务，中欧和东欧区域气候中心一直致力于通过结合现有的水质实地数据和海洋颜色遥感数据，对富营养化进行监测和评估[9, 10, 11, 12]。在与富营养化有关的水质参数中，叶绿素-a 浓度（Chl-a）是浮游植物生物量的代表，是[13] 富营养化的有用指标。在 NOWPAP 内，CEARAC 制定了 “NOWPAP 区域富营养化状况评估程序（NOWPAP 共同程序）”，并建议使用卫星 Chl-a 检测富营养化症状，以确定潜在的富营养化区域[10, 12]。卫星 Chl-a 也被提议作为联合国环境可持续发展目标 14.1.1 中沿海富营养化指数的子指标；不过，使用 Chl-a 的方法仍在讨论之中。由于海洋颜色卫星传感器可以观测到 Chl-a，许多研究肯定了遥感在监测和评估沿岸带水质方面的时空优势[14，15]。很少有研究利用遥感 Chl-a 浓度（卫星 Chl-a）的水平和趋势来评估富营养化[16] （Terauchi 等人，2014 年）。 Terauchi 等人，[16] ，证明了应用卫星 Chl-a 水平和趋势评估日本富山湾富营养化状况的实用性，并提出了将海水分为六种富营养化状态的方法：低减、低无趋势、低增、高减、高无趋势和高增。

西北太平洋行动计划》区域潜在富营养化区地图

NOWPAP 地区潜在富营养化区地图可从https://map.nowpap3.go.jp/maps/view 上查看。用于绘制潜在富营养化区地图的方法和材料可在本页找到。

确定西北太平洋行动计划潜在富营养化区的标准

潜在的富营养化区可通过改进后的 NOWPAP 共同程序中的筛选程序进行检测。使用三个参数的组合：(1) 化学需氧量 (COD) 或总有机碳 (TOC) 的变化趋势；(2) 赤潮和缺氧的发生情况；(3) 遥感叶绿素-a 浓度，以确定 NOWPAP 海区潜在的富营养化区。

各参数的可视化和潜在富营养化区域的识别标准

(1) COD 或 TOC 的变化趋势

地图上的”△”为 COD 监测站。收集 NOWPAP 海域定期监测采样站的 COD 或 TOC 年平均值的长期趋势。曼-肯德尔检验和森氏斜率检验检测了趋势。这些区域被标注为I（红色）”表示呈上升趋势；”D（蓝色）”表示呈下降趋势；”N（灰色）”表示无明显变化。然后，标有 “I（红色）”的区域被视为富营养化的症状。其显著性以 90 % 的置信水平进行检验。

(2) 出现赤潮和缺氧现象

地图上有渔业损害的赤潮区域用 “图标 A “表示，没有渔业损害的赤潮区域用 “图标 B “表示。地图上疲惫不堪的鱼群图像表示缺氧。赤潮发生的详细信息用不同大小的”○”和数字表示，以便了解其空间分布情况。

(3) 卫星得出的叶绿素-a 浓度（Chl-a）

最近三年的平均 Chl-a 含量是根据 NOWPAP 地区 Chl-a 含量的月平均值（1998-）计算得出的。 5 微克/升被设定为参考值，这是 Bricker 等人（2003 年）提出的 Chl-a 中值标准（5～20 微克/升）的下限。然后，这些地区被分为两类，一类是 “高状态”（超过 5 微克/升），另一类是 “低状态”（低于 5 微克/升）。然后，利用森氏斜率检验法从每个像素自 1998 年以来的年度最大值中得出趋势，并将其分为 “增加”、”减少 “或 “无趋势 “三类。
该分类与 Chl-a 水平和趋势相结合，然后再次分为六种分类之一：低递减 (LD)；低无趋势 (LN)；低递增 (LI)；高递减 (HD)；高无趋势 (HN) 或高递增 (HI)。 HN 或 HI 被视为富营养化的症状。
参考值取自 Bricker 等人（2003 年）的中等 Chl- a 条件（5-20 mg m-3）的低端值。

潜在富营养化区的确定

当这三个参数都出现富营养化症状时，该区域就被归类为富营养化区域。在三个参数中，有两个参数显示富营养化症状，该地区被归类为潜在富营养化区。三个参数中只有一个出现富营养化症状，该地区被归类为非富营养化地区。如果赤潮和缺氧事件的化学需氧量或频率表明富营养化状态有所改善，则该区域被归类为改善区域。

会议

・第一届 CEARAC 西北太平洋行动计划区域富营养化评估专家会议（2017 年）
・第二届 CEARAC 专家会议：NOWPAP 地区富营养化评估（2019 年）

富营养化评估出版物的程序

・修订 NOWPAP 富营养化评估共同程序
在 NOWPAP 地区选定海域应用 NOWPAP 富营养化评估共同程序（2013 年）
中国胶州湾富营养化状况评估案例研究报告（2013 年）
・日本北九州海域富营养化状况评估案例研究报告（2013 年）
・日本富山湾富营养化状况评估案例研究报告（2013 年）
・大韩民国镇海湾富营养化状况评估案例研究报告（2013 年）
・俄罗斯彼得大帝湾富营养化状况评估案例研究报告（2013 年）
等等

论文

参与 CEARAC 富营养化评估活动的专家名单

Dr. Zhiming YU
教授
中国科学院
中国海洋研究所

Dr. Zaixing WU
教授
中国科学院
中国海洋研究所

Dr. Yasuo Fukuyo
埃米利图斯教授
东京大学

Dr. Joji Ishizaka
教授
空间-地球环境研究所、
名古屋大学

Dr. Osamu Matsuda
埃米利图斯教授
广岛大学

Dr. Genki Terauchi
高级研究员
研究与学习部
西北太平洋地区环境
合作中心

Dr. Chang-kyu LEE
高级科学家
渔业和海洋信息处
韩国国立水产研究开发院

Dr. Seung Ho BAEK
首席研究员
风险评估研究中心、
韩国海洋科学技术研究院 , 韩国

Dr. Pavel Tishchenko
水化学实验室首席科学家、
海洋地球化学和生态学系、
V.I. II’ichev 太平洋海洋研究所、
俄罗斯科学院远东分院，俄罗斯

Dr. Vladimir Shulkin
负责人
地球化学实验室、
太平洋地理研究所、
俄罗斯科学院远东分院，俄罗斯

参考资料

[1] Halpern，B.、Walbridge，S.、Selkoe，K.、Kappel，C.、Micheli，F.、D’Agrosa，C.、Bruno，J.、Casey，K.、Ebert，C.、Fox，H.、Fujita，R.、Heinemann，D.、Lenihan，H、Madin, E., Perry, M., Selig, E., Spalding, M., Steneck, R. and Watson, R., “A Global Map of Human Impact on Marine Ecosystems,” Science 319(5865), 948-952 (2008).

[2] UNEP, “Action Plan for the protection, management and development of the marine and coastal environment of the Northwest Pacific region” NOWPAP Publication No. 1 (1997).

[3] Carpenter, SR, Caraco, NF, Correll, DL, Howarth, RW, Sharpley, AN and Smith, VH., “NONPOINT POLLUTION OF SURFACE WATERS WITH PHOSPHORUS AND NITROGEN,” Ecological Applications 8(3), 559 – 568 (1998).

[4] Shulkin, V.M. and Kachur, A.N. (eds), “State of the Marine Environment Reportfor the NOWPAP region,” POMRAC. 141 p, (2014).

[5] NOWPAP CEARAC, “Integrated Report on Harmful Algal Blooms for the NOWPAP Region,”(2011).

[6] Wei, H., He, Y., Li, Q., Liu, Z. and Wang, H., “Summer hypoxia adjacent to the Changjiang Estuary,” Journal of Marine Systems 67(3-4), 292-303 (2007).

[7] Xu, Y., Ishizaka, J., Yamaguchi, H., Siswanto, E. and Wang, S., “Relationships of interannual variability in SST and phytoplankton blooms with giant jellyfish (Nemopilema nomurai) outbreaks in the Yellow Sea and East China Sea,” J Oceanogr 69(5), 511-526 (2013)。

[8] Liu, D., Keesing, J. K., Dong, Z., Zhen, Y., Di, B., Shi, Y., Fearns, P. and Shi, P., “Recurrence of the world’s largest green-tide in 2009 in Yellow Sea, China：Porphyra yezoensis aquaculture rafts confirmed as nursery for macroalgal blooms,” Marine Pollution Bulletin 60(9), 1423 – 1432 (2010).

[9] NOWPAP CEARAC, “Eutrophication Monitoring Guidelines by Remote Sensing for the NOWPAP Region,”(2007).

[10] NOWPAP CEARAC, “Procedures for assessment of eutrophication status including evaluation of land-based sources of nutrients for the NOWPAP region,”(2009).

[11] NOWPAP CEARAC, “Integrated Report on Eutrophication Assessment in Selected Sea Areas in the NOWPAP Region: Evaluation of the NOWPAP Common Procedure,”(2011).

[12] NOWPAP CEARAC, “Application of the NOWPAP Common Procedure for Eutrophication Assessment in Selected Sea Areas in the NOWPAP Region,”(2014).

[13] Harding, LW. Jr.Jr. and Perry, ES., “Long-term increase of phytoplankton biomass in Chesapeake Bay,” Mar Ecol Prog Ser 157, 39-52(1997).

[14] Kitsiou, D. and Karydis, M., “Coastal marine eutrophication assessment. A review on data analysis,” Environment International 37(4), 778 – 801 (2011)：A review on data analysis,” Environment International 37(4), 778 – 801 (2011).

[15] Klemas, V., “Remote Sensing Techniques for Studying Coastal Ecosystems: An Overview,” Journal of Coastal Research, 2 – 17 (2011).

[16] Terauchi, G., Tsujimoto, R., Ishizaka, J., and Nakata, H. “R Preliminary assessment of eutrophication by remotely sensed chlorophyll-a in Toyama Bay, the Sea Japan,” J Oceanogr, 70, 175 – 184 (2014)。