海星暴发是近岸海洋生态系统中备受关注的生态灾害之一，可对底栖群落结构、贝类养殖及渔业生产造成显著影响。近年来，胶州湾多棘海盘车（Asterias amurensis）暴发呈现加剧趋势，但其成体种群分布格局、浮游幼虫补充过程及暴发形成机制尚缺乏系统研究；同时，传统调查方法在海星定量监测中存在效率低、扰动大和连续观测能力不足等局限。针对上述问题，本研究围绕胶州湾多棘海盘车种群监测、动态变化及暴发预测，结合原位图像观测、ZooScan 图像分析等手段，系统开展了新型原位观测方法、成体和幼虫种群分析和预测方程的探索构建等研究，取得如下发现：

（1）建立了基于原位图像技术的多棘海盘车成体的定量观测方法。构建了基于腕长的个体湿重和干重生物量估算方程，建立了基于小型ROV的水下图像采集、处理与分析流程，并开发了配套的一键分析软件，实现了多棘海盘车成体种群密度和生物量的高效定量监测。

（2）揭示了胶州湾多棘海盘车成体种群的时空分布特征及动态变化规律。连续4年的野外调查表明，多棘海盘车主要分布于胶州湾西北部，密度和湿重、干重生物量分别为0.49±1.26 ind./m²、18.26±49.02 g/ m²、5.36±14.32 g/ m²，显著高于其它海域；夏季到秋季，丰度和生物量明显升高，最大值分别出现在2022年10月、2023年8月、2024年9月和2025年6月，密度分别达到0.40 ind./ m²、0.47±1.44 ind./ m²、0.66±1.06 ind./ m²和0.13±0.26 ind./ m²。与环境因子的相关分析表明，海水温度与多棘海盘车密度呈显著正相关，海水盐度与其生物量呈显著负相关，叶绿素 a 与其生物量呈显著正相关，说明环境变化可能通过影响初级生产和饵料供给影响多棘海盘车种群变化。

（3）阐明了多棘海盘车浮游幼虫的动态变化特征及其与成体种群之间的关系。多棘海盘车浮游幼虫丰度具有显著的季节变化、空间差异和年际波动，丰度高峰期为12月至次年2月，1月份最高；近年来浮游幼虫的年均丰度与出现概率不断升高，2024年年平均丰度达到历史极值1.89 ind./m³，高于多年平均值的六倍，出现概率达到4.58，是多年平均值的两倍，是2019年之前多年平均值的三倍；丰度高峰年份的间隔从4-5年缩短为2-3年。在丰度高峰值的年份，湾外的平均丰度总体高于湾内。进一步分析幼虫和成体关系发现，多棘海盘车密度、生物量与浮游幼虫丰度存在显著正相关关系，时序相关时间为8个月。采用多元线性回归方法探索构建了基于浮游幼虫丰度、温度等变量的多棘海盘车成体密度、生物量预测方程，探索了基于幼虫和环境因子预测预警成体暴发的可行性。

（4）阐明了胶州湾主要环境因子的长期变化特征，基于环境因子探索构建了浮游幼虫丰度概率预测方程。2006–2025年间，胶州湾水温总体呈上升趋势，盐度总体呈下降趋势，年变率分别为0.092℃/年和-0.027/年，表层叶绿素a呈现波动增强趋势，无机氮和磷酸盐浓度显著下降，而硅酸盐浓度在近年明显回升。基于环境因子探索构建的浮游幼虫丰度概率二级分类方程能够高效估算出浮游幼虫的高丰度概率和丰度分区。

综上所述，本研究构建了适用于多棘海盘车原位定量监测的技术方法，系统揭示了胶州湾多棘海盘车成体种群与浮游幼虫的时空动态特征及其耦合关系，阐明了环境因子对多棘海盘车种群变化和浮游幼虫补充过程的重要影响，深化了对胶州湾多棘海盘车局部暴发形成过程的认识。研究结果可为胶州湾海星生态灾害监测、风险预警及养殖区防控管理提供科学依据。

第1章 绪论... 1

1.1 引言... 1

1.2 海星简介... 2

1.2.1 分类学... 2

1.2.2 生活史... 4

1.2.3 海星的生存策略... 5

1.2.4 海星的主要分布区域及环境影响因素... 6

1.3 海星暴发的基础和机制... 7

1.3.1 海星暴发的生物学基础... 7

1.3.2 海星暴发的种群生态学基础... 8

1.3.3 海星暴发的机制假说... 9

1.4 当前国内海星研究进展及不足... 10

1.4.1 当前海星观测的主要手段和问题... 10

1.4.2 当前海星种群动态及暴发机制方面的研究和不足... 12

1.5 原位图像观测技术在海洋调查中的应用... 13

1.6 胶州湾生态环境状况及海星暴发情况... 14

1.7 本研究拟解决的关键科学问题和意义... 15

第2章 基于原位图像技术的多棘海盘车定量观测方法... 17

2.1 材料与方法... 17

2.1.1 多棘海盘车腕长-生物量回归方程... 18

2.1.2 基于小型ROV的多棘海盘车原位观测与定量分析方法... 19

2.1.2.1 原位视频图像采集... 19

2.1.2.2 图像处理与分析... 20

2.1.3 多棘海盘车图像定量观测方法验证... 25

2.2 结果... 25

2.2.1 多棘海盘车腕长-生物量回归方程... 25

2.2.2 多棘海盘车图像定量观测方法验证结果... 26

2.3 讨论... 28

2.4 小结... 30

第3章 胶州湾多棘海盘车成体分布特征、动态变化与驱动因素... 33

3.1 材料与方法... 34

3.1.1 野外调查... 34

3.1.2 样品分析... 34

3.1.3 数据处理... 35

3.2 结果... 35

3.2.1 胶州湾多棘海盘车成体种群周年变化... 35

3.2.1.1 环境因子周年变化特征... 35

3.2.1.2 多棘海盘车种群周年变化特征... 37

3.2.2 胶州湾多棘海盘车成体种群年际变化... 41

3.2.2.1 环境因子年际变化特征... 41

3.2.2.2 多棘海盘车种群年际变化特征... 43

3.2.2.3 多棘海盘车种群年际变化与环境因子的关系... 45

3.3 讨论... 50

3.3.1 胶州湾多棘海盘车成体种群空间分布特征... 50

3.3.2 胶州湾多棘海盘车成体种群周年变化特征... 51

3.3.3 胶州湾多棘海盘车成体种群年际变化特征... 52

3.3.4 胶州湾多棘海盘车成体种群动态变化影响因素... 53

3.4 小节... 55

第4章 胶州湾多棘海盘车浮游幼虫丰度变化与成体密度的关系... 57

4.1 材料与方法... 58

4.1.1 野外调查... 58

4.1.2 样品分析... 58

4.1.3 数据处理... 58

4.2 结果... 59

4.2.1 胶州湾多棘海盘车浮游幼虫丰度的周年变化... 59

4.2.2 胶州湾多棘海盘车浮游幼虫丰度的年际变化... 59

4.2.2.1 胶州湾多棘海盘车浮游幼虫丰度的年际变化特征... 59

4.2.2.2 胶州湾多棘海盘车浮游幼虫丰度年际变化与环境因子的关系... 60

4.2.3 胶州湾多棘海盘车成体密度与生物量预测方程... 64

4.3 讨论... 68

4.3.1 胶州湾多棘海盘车浮游幼虫丰度的动态变化及主要影响因素... 68

4.3.2 胶州湾多棘海盘车生活史过程和种群补充... 69

4.3.3 胶州湾多棘海盘车成体预测的主要预测因子... 70

4.4 小结... 71

第5章 胶州湾多棘海盘车浮游幼虫丰度的长期变化与趋势预测... 73

5.1 材料与方法... 73

5.1.1 数据来源... 73

5.1.2 数据整理与分析... 74

5.2 结果... 74

5.2.1 胶州湾关键环境要素的长期变化... 74

5.2.2 胶州湾多棘海盘车浮游幼虫丰度的长期变化... 80

5.2.3 多棘海盘车浮游幼虫丰度预测方程... 81

5.2.3.1 建立预测方程方法的选择... 81

5.2.3.2 基于逻辑回归的幼虫丰度二级分类方程... 83

5.3 讨论... 88

5.3.1 胶州湾关键环境要素的长期变化... 88

5.3.2 影响多棘海盘车浮游幼虫动态变化的关键因子... 89

5.3.3 多棘海盘车浮游幼虫丰度预测的可行性... 90

5.4 小结... 91

第6章 结论与展望... 93

6.1 主要结论... 93

6.2 创新点、不足与展望... 94

参考文献... 95

致谢... 107