核电站温带邻近水域高风险浮游植物筛查与藻华暴发机制研究

本研究针对核电站(NPP)冷却系统面临的生物堵塞问题，在温带水域开展季节性调查，筛查出15种潜在堵塞风险浮游植物物种，构建风险等级日曆，揭示热排放对浮游植物丰度的季节性调控机制，并明确夜光藻(Noctiluca scintillans)为冬春季中高风险关键物种，为核电站生物堵塞预警和防控提供科学依据。

　　

在全球核能加速发展的背景下，沿海核电站普遍采用海水循环冷却系统，但这一过程存在显著生物安全风险。近年来，随着海水富营养化和全球变暖加剧，赤潮、绿潮、水母暴发等大型海洋生物聚集事件频发，导致核电站取水口堵塞，引发发电量下降甚至停堆事故。例如南非Koeberg、瑞典Oskarshamn和以色列Hadera等核电站均曾因水母入侵导致紧急停机，韩国Uljin核电站也遭遇过鱿鱼和磷虾引发的堵塞事件。世界核运营者协会报告显示，2008-2015年间60起堵塞事件中38%由海洋生物引起。因此，建立本地有害物种清单、开发监测预警技术已成为核电站安全运行的迫切需求。

在此背景下，研究人员选择田湾核电站(TNPP)邻近水域为研究对象，通过2024年冬春夏秋四季的调查，结合水质参数和营养盐浓度监测，系统解析了浮游植物群落结构特征，建立了堵塞风险物种筛查标准，探讨了浮游植物丰度与环境因子的关系，并重点分析了中高风险浮游植物聚集的环境驱动机制。研究成果发表于《Marine Pollution Bulletin》，为温带核电站区域浮游植物堵塞风险物种的环境调控机制提供了重要理论依据。

研究团队主要采用了现场观测与实验室分析相结合的技术方法。在田湾核电站15公里半径范围内布设17个采样站，进行浮游植物样品采集（表层和近底层各500mL）并固定处理。物种鉴定与计数使用倒置光学显微镜，按国家标准《海洋调查规范》执行。同时使用YSI EXO2多参数探头现场测定海水温度、盐度，HI 98703浊度计测量浊度，实验室采用分光光度法测定铵氮(NH₄⁺-N)、硝酸氮(NO₃^--N)、亚硝酸氮(NO₂^--N)、磷酸盐(PO₄^3-)和硅酸盐(SiO₃^2-)浓度。数据分析采用Canoco 4.5软件进行冗余分析(RDA)，并基于历史赤潮记录和优势种特征建立风险等级评估体系。

3.1 环境特征

研究表明，热排放显著影响核电站邻近水域环境。水温在全年呈现近岸向离岸递减趋势，春季变幅最大(11.2-17.7°C)，秋季最小(18.37-21.59°C)。盐度分布季节差异显著，夏季受河流输入影响波动最大(22.67-27.20)。浊度同样呈现近岸高、离岸低特征，冬季变幅最大(4.36-94.70 NTU)。营养盐浓度秋季最高，冬季最低，其中溶解无机氮(DIN)在秋季平均达0.391mg/L，磷酸盐(PO₄^3-)在秋季为0.021mg/L，硅酸盐(SiO₃^2-)在秋季为0.611mg/L。热排放不仅升高水温，还促进悬浮颗粒物中营养盐的溶出，尤其当温度超过15°C时磷释放速率显著增加。

3.2 浮游植物群落结构

四季调查共记录6门68属195种浮游植物，其中硅藻门39属131种占比最高，甲藻门15属39种次之。浮游植物丰度冬季最高(3619.65×10² cells/dm³)，春季最低(115.76×10² cells/dm³)。热影响区与非热影响区丰度差异在冬夏季尤为显著：冬季热影响区丰度(5029.71×10² cells/dm³)显著高于非热影响区，而夏季则相反。硅藻在全年来占绝对优势，主要优势种包括新月筒柱藻(Nitzschia closterium)、角毛藻(Chaetoceros curvisetus)、中肋骨条藻(Skeletonema costatum)等链状群体种类，这些形态特征使其成为潜在堵塞风险群落的关键组分。

3.3 潜在冷却系统堵塞浮游植物物种

基于历史赤潮记录、优势种特征和定量风险评估，研究筛选出15种潜在堵塞风险物种，并建立月度风险日历。夜光藻(Noctiluca scintillans)被确定为潜在中高风险物种，需在冬春季重点关注。其单个细胞尺寸达0.1-2.0mm且表面具胶质，在藻华期间对冷却系统构成显著堵塞风险。其他中风险物种包括日本星杆藻(Asterionella japonica)、聚生角毛藻(Chaetoceros socialis)、细弱海链藻(Guinardia delicatula)等链状群体种类。风险等级评估综合考虑生物生态特性(个体/群体大小、聚集能力)和定量特征(丰度、历史藻华记录)。

夜光藻的丰度分布呈现明显季节特征：冬季最高，主要聚集在排水口附近；春季向外迁移至非热影响区；夏季通过潮汐输送至取水口附近；秋季未检出。冗余分析表明，冬季其丰度与温度、PO₄^3-和DIN呈正相关，适宜温度、充足食物供应和高水体透明度是其生长分布的主要影响因素。

3.4 潜在风险物种与环境关系

冗余分析揭示不同季节影响风险物种的主要环境因子各异。夜光藻在冬季与温度、营养盐正相关，春季相关性减弱，夏季与盐度正相关但与温度、浊度负相关。日本星杆藻在冷季受温度和营养盐驱动，热季则受盐度和硅酸盐影响。聚生角毛藻仅在秋季出现，主要受PO₄^3-驱动而与温度无关。细弱海链藻对盐度和温度波动耐受性低，冬季其生长主要受浊度抑制。丹形莱氏藻(Leptocylindrus danicus)在冬季与浊度、温度正相关，夏秋季则主要受盐度促进。尖刺伪菱形藻(Pseudo-nitzschia pungens)作为广温种，冬季受盐度和温度驱动，夏季与盐度、DIN正相关。

4.3 潜在高风险浮游植物物种的环境调控机制

研究表明，田湾核电站邻近水域的高风险浮游植物种类以硅藻为主，这与其硅质外壳对机械损伤抗性较强、对水温变化耐受范围广以及周边水域硅酸盐浓度较高有关。值得特别关注的是中高风险物种夜光藻：冷季核电站热排放与充足食物共同促进其生长，使其主要聚集在排水口附近温度较高、浮游植物丰度较高的区域；春季热影响区温度升高成为主要抑制因子，使其向温度较低的非热影响区迁移；夏季出现的个体可能来自外海潮汐输入；秋季高浊度则是抑制其生长的主要因素。对其他多数中风险物种而言，核电站邻近温水在寒冷贫营养的冬季促进其生长，但在其他季节，高温和盐度波动可能抑制其发展。

研究结论强调，核电站温带邻近水域的浮游植物群落结构和分布受到热排放的显著影响，且这种影响呈现季节性变化特征。通过建立基于生物生态特性和定量特征的风险评估体系，筛选出的15种潜在堵塞风险物种中，夜光藻在冬春季具有最高风险等级。环境因子分析表明，适宜温度、充足食物供应、高水体透明度和潮汐运动是影响其生长分布的主要因素。该研究不仅为田湾核电站冷却系统堵塞防控提供了基础数据集和科学依据，也为全球类似气候带的核电站生物风险管控提供了可借鉴的评估框架和方法体系。研究成果对保障核电站安全运行、维护沿海生态环境健康具有重要实践意义。