桑沟湾多元养殖生态模型研究：Ⅲ海带养殖容量的数值研究

基于已建立的桑沟湾多元养殖生态模型,模拟得到桑沟湾海带的生长情况和最终的产量分布。并且运用数值实验的方法,通过改变海带养殖密度,探寻桑沟湾海带的养殖容量。结果表明,养殖密度越大,对海水流动的阻碍作用越强,海带生长期间由外海补充到湾内的无机氮营养盐就越少。因此,提高养殖密度,最终海带产量并非相应增加。由模型实验得到,0.9倍于现有养殖密度为最适养养殖密度,对应的最大海带养殖产出为7.21万t淡干重。     

桑沟湾多元养殖生态模型研究：Ⅰ养殖生态模型的建立和参数敏感性分析

建立了一个与考虑养殖阻力的水动力模型耦合的、以浮游植物生物量、无机氮浓度、悬浮有机颗粒物浓度、海带生物量为变量的桑沟湾三维多元养殖生态模型。模型考虑了养殖生物海带对海水流动的阻碍作用随其生长的动态变化,以及养殖生物和浮游植物之间对无机氮营养盐的竞争。最后,分别以浮游植物生物量和海带产量为目标变量,对参数的敏感性进行了分析。     

桑沟湾多元养殖生态模型研究：Ⅱ生态环境模拟与生源要素循环

运用桑沟湾多元养殖生态模型,模拟得到了桑沟湾浮游植物和无机氮营养盐的年变化规律、水平分布的季节变化。结果表明,浮游植物生物量和无机氮营养盐浓度存在明显的季节变化,养殖活动的季节性增大了二者的季节变化幅度;桑沟湾浮游植物和无机氮营养盐的分布受大面积海带和贝类养殖的影响;外海营养盐补充是桑沟湾内无机氮营养盐的主要来源。     

桑沟湾养殖海带生长的模型预测

海带(Saccharinajaponica)是一种常见的大型经济褐藻,是海洋生态系统重要的初级生产者,也是我国北方沿海主要的养殖藻类。本研究旨在建立海带个体生长数值模型,并以此预测中国北方近海大规模筏式养殖条件下海带的生长情况。本研究以桑沟湾养殖海带为例,利用可视化模型软件STELLA描述海带生长的关键过程及其与环境参数的关系,以净生长量(N_(growth))=总生长量(G_(growth))–呼吸作用(resp)–枯烂(E_(kelp))为基本框架,模拟和预测海带的生物量和叶片长度变化。海带的总生长用光照、温度、盐度、海带体内营养盐(包括N和P)等强制函数定义,其中,光照参数来自桑沟湾气象记录,盐度、温度和营养盐为现场调查实测值。模型模拟桑沟湾养殖海带的长度与干重结果与实测值的拟合度R~2值分别为0.936、0.963,说明该模型能够很好反映海带的真实生长情况。可靠的个体生长模型是评估海带养殖容量的基础,并可为水产养殖区的空间规划提供决策依据。     

桑沟湾海带养殖容量的研究

首次对桑沟湾的海带养殖容量进行了调查研究。采用了无机氮作为估算桑沟湾海带养殖容量的关键因子，通过无机氮的供需平衡估算海带养殖容量。结果显示，海底沉积物中释放的无机氮为该湾无机氮的主要来源，而由海水交换所带入的无机氮次之。海带生长期间海水交换周期为３９ｄ，比８０年代中期延长了近１倍。桑沟湾在海带生长期间由海水交换、陆地径流、动物排泄和海底沉积物中释放所进入该湾的无机氮总供应量为１２２８ｔ；而浮游植物     

桑沟湾养殖海域营养状况及其影响因素分析

桑沟湾营养现状调查结果表明，桑沟湾营养状况不仅受沿岸排放水的影响，而且大面积的海带和扇贝养殖对于营养盐的补充与消耗也有较大的影响，特别是在扇贝养殖区水域，富营养化水平较高。由Ｎ／Ｐ比值计算结果表明，从整个海湾看，冬季无机氮显得相对紧缺，而其他季节无机磷则显得相对紧缺。但从局部海域看，各季节扇贝养殖区无机磷显得相对紧缺。而在扇贝和海带混养区的１月，以及在海带单养区养殖海带期间的１月和４月无机氮显得相     

桑沟湾海带标准化养殖模式的优势探析

针对桑沟湾养殖海区海带(Laminaria japonica)的超容量养殖现象，研究了该海区中标准化养殖模式和传统养殖模式的海带生长差异。结果显示，在标准化养殖模式下，海带长、宽、平均厚度、湿重、投影面积和特定生长率均高于传统养殖模式，单棵海带重量显著提高，且海带的碳、氮和蛋白质含量明显高于传统养殖模式，海带品质大大提升。养殖后期，标准化养殖海区养殖海带垂直投影面积之和与对应养殖海区面积之比为6.33，而传统养殖模式的比值为9.15；标准化养殖海区海带所处水层下方的光照强度显著高于传统养殖区，海带所处水层的海流流速也高于传统养殖区。研究表明，桑沟湾海带标准化养殖模式使海带养殖密度降低，海带生长速度和品质均得以提高；在标准化养殖模式下，海带重叠较小，接受的光照比传统养殖模式充足；较快的海流使标准化养殖海区营养盐更新速度更快，这两方面可能是导致2种养殖模式下海带生长和品质产生差异的原因。     

桑沟湾养殖海域的水环境特征

本文研究了桑沟湾养殖海域的水环境特征，并与１０年前的历史资料作了比较。该湾各种化学指标的垂直分布均匀；受大面积高密度养殖影响，该湾水动力状况与１０年前相比发生了明显变化，营养物质输送和海水自净能力降低；各种化学指标、初级生产力、营养状况及类型等平面分布和季节性变化都有更加显著的差异。在海带养殖期间，ＩＮ和ＩＮ／ＩＰ始终处于低水平，其季节变化明显受该湾初级生产力制约，故ＩＮ必然成为桑沟湾初级生产的限制因素。另外，海带养殖也加速了其养殖期间湾内水体中ＩＮ的物质循环速率。     

桑沟湾沉积物有机质的碳氮稳定同位素分析及其来源解析

本研究分析了桑沟湾表层沉积物的粒度、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、碳和氮稳定同位素(δ13C和δ15N)的时空分布特征,估算了贝藻生物沉积对近海沉积物有机质的贡献。结果显示,桑沟湾沉积物成分组成以粉砂为主,且粒径分布与海水养殖和水动力学条件密切相关;TOC、TN的季节变化和平面分布均呈相似性,数值上总体表现为春季最高,秋季最低,季节差异不大,在贝藻、鱼贝和贝类养殖区域出现较高值;而δ13C和δ15N的季节变化和平面分布有较大差异。从相关性分析可以看出,TOC和TN呈极显著正相关(r=0.955, P<0.001),表明桑沟湾表层沉积物的TOC和TN具有同源性。根据对δ13C和C/N的综合分析表明,贝类生物沉积、海带(Saccharina japonica)和土壤有机质是桑沟湾沉积物有机质的主要来源。采用三元混合模型估算得到贝类生物沉积贡献率为67.52%,土壤有机质贡献率为26.47%,海带贡献率为5.97%。研究表明,海洋贝藻生物沉积对近海碳埋藏具有显著影响。     

桑沟湾增养殖水文环境研究

对桑沟湾大规模开展增养殖前后的水文环境作了研究。由于大面积高密度养殖，桑沟湾的水动力状况和１０年前相比发生了明显变化，潮流速度减缓了５０％，水交换率降低了１．７％，海湾海水半交换周期延长了１１个潮周期。营养物质输送和海水自净能力受到严重影响。部分养殖品种产量下降，表明养殖容纳量已达饱和状态。和其他海湾相比，桑沟湾的水交换条件还是比较好的，只要科学合理地设置养殖品种和养殖密度，仍不失为一个重要的增养     

桑沟湾养殖水域微微型浮游生物的时空分布特征及环境影响因素

为了解规模化贝类养殖水域微微型浮游生物的时空分布特征,于2017年4、7、11月和2018年1月在北方典型规模化养殖海湾——桑沟湾开展了4个航次的大面积调查,利用流式细胞仪测定了聚球藻、微微型真核浮游生物和异养细菌3种微微型浮游生物的丰度,并分析了其与环境因子的关系。结果显示,聚球藻、微微型真核浮游生物和异养细菌的丰度均值分别为(2.93±2.29)×10~3、(13.84±12.81)×10~3和(1.03±0.28)×10~6个/mL,存在极显著的季节差异和空间分布的不均匀性。聚球藻春季主要分布于桑沟湾的西北、西南和湾外;夏季和冬季主要分布于湾外的大片海域;秋季则主要集中于西北近岸。微微型真核浮游生物四季均集中于湾内近岸海域,呈现从湾内向湾外递减的趋势。异养细菌夏季在湾外和西部近岸有一大一小两个高值区;春季、秋季和冬季均集中于西部近岸海域。微微型浮游生物与环境因子的相关性分析表明,3种微微型浮游生物的丰度均与叶绿素a浓度、温度和颗粒有机物呈显著正相关,而与溶解氧存在较为密切的负相关关系;微微型真核浮游生物与硝酸盐、铵盐呈显著正相关;聚球藻与磷酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐无显著关系。     

Study on limiting nutrients and phytoplankton at long‐line‐culture areas in Laizhou Bay and Sanggou Bay,northeastern China

• 1. Concentrations of major nutrients (NH₄⁺‐N, NO₃^?‐N, NO₂^?‐N, HPO₄^?‐P, Si(OH)₄‐Si) were measured, nutrient enrichment experiments (oxygen‐production bioassay) were conducted and phytoplankton were analysed at typical long‐line‐culture areas in Laizhou Bay and Sanggou Bay, northeastern China, from March 2001 to March 2002.
• 2. Generally, much variation of nutrient indices was detected among the sampling stations, between the two bays and in different seasons: the concentration of dissolved inorganic nitrogen (DIN) fluctuated more violently and ranged much more widely in Sanggou Bay. N‐limitation was usually found in both bays, and the ranking of limiting potentials of major nutrients was N>Fe>P=Si in Laizhou Bay and N>P>Fe>Si in Sanggou Bay. Diatoms dominated the phytoplankton community in Sanggou Bay, but only dominated in eight months (with flagellates dominant in four months) in Laizhou Bay.
• 3. Linear and nonparametric correlation analyses suggested that a large number of the nutrient and phytoplankton variables measured have intrinsic relationships within themselves. Much more complicated correlations between phytoplankton and nutrient indices were found in Laizhou Bay than in Sanggou Bay. This, together with the violent fluctuations of DIN concentrations, indicated a more fragile ecosystem stability in Sanggou Bay.
• 4. The relatively exposed locations and less crowded settings of the rafts in the long‐line‐culture areas in Laizhou Bay allowed for a better water exchange, and the effect of aquaculture activity on the environment was not significant. Because of the intensity of aquaculture activities in Sanggou Bay, the biological, chemical and physical characteristics in the bay are greatly affected; a reduced cultivation density based on more comprehensive studies of carrying capacity of the bay is suggested.

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桑沟湾表层水春夏两季二氧化碳分压变化和影响因素

为研究季节变化和养殖活动对桑沟湾表层海水二氧化碳分压(pCO_2)的影响,尤其是海带(Saccharina japonica)养殖活动对表层水pCO_2的影响,本研究分别在海带收获前(2015年5月)、后(2015年8月)采用走航式二氧化碳分压仪对中国北方典型的贝藻筏式养殖海域——桑沟湾养殖区表层水pCO_2及有关环境参数进行了大面调查,探讨了季节、养殖模式以及海带收获前、后表层水pCO_2的变化规律及影响因素。调查结果显示:(1)春夏两季桑沟湾湾内表层海水中pCO_2的平均值分别为(346.78±13.85)μatm(1 atm=101325 Pa,1 μatm=10~(-6) atm)和(351.50±8.00)μatm;湾外自然海域pCO_2值分别为(353.42±0.71)μatm和(358.05±2.01)μatm,均小于大气中pCO_2。(2)pCO_2的平面分布特性为:由湾底向湾外递减并在外海空白区升高,两个季节最低值都出现在海带养殖区,最高值都出现在贝类养殖区。(3)春季表层海水pCO_2与水温相关性不显著(P0.05),而与叶绿素a(Chl a)、溶解氧(DO)显著相关(P0.05),反映了生命活动对pCO_2影响较大;夏季,养殖海带已收获,表层海水pCO_2与水温、溶解无机碳(DIC)、Chl a、DO显著相关(P0.05)。(4)桑沟湾养殖区以及外海自然海域表层水pCO_2都低于大气中pCO_2,表现为二氧化碳(CO2)的汇区。藻类养殖区表层水pCO_2远低于自然海域,表现为CO2的强汇区;贝类养殖区表层水pCO_2略高于自然海域,表现为CO2的弱汇区,贝藻混养区则介于二者之间。春季海带的光合作用是影响表层水pCO_2的主要因素之一,养殖活动对海区表层水pCO_2的影响使得桑沟湾pCO_2表现出不同于自然海域的特性。夏季养殖活动减少导致物理因素的影响开始显现。     

莱州湾和桑沟湾养殖海区浮游植物的研究Ⅱ.

系统研究了桑沟湾浮游植物的周年变动,并对中国北方两个典型养殖海湾——莱州湾和桑沟湾的养殖模式及其与浮游植物数量变动的相互关系进行了比较。桑沟湾浮游植物数量在3月份达到高峰,此时的主要物种是中肋骨条藻(Skeletonema costatum (Grev．)Cleve)和海链藻(Thalassiosira sp.)等。在桑沟湾,浮游植物的群落演替不明显,硅藻在全年都是主要类群。在实验进行的12个月当中,始终都是硅藻占绝对优势,其中10个月很难见到其他藻类,只有两个月发现水中有极少量的甲藻。通过对莱州湾和桑沟湾具体情况的比较,作者发现：海带对浮游植物的压制作用强于扇贝,扇贝的代谢作用有可能促进浮游植物的繁殖。从浮游植物的年际变化也可以看出,养殖模式对浮游植物的数量和种类组成都有或多或少的影响。     

桑沟湾养殖海域无机氮营养盐的分布与行为

调查结果表明，桑沟湾ＩＮ的垂直分布均匀；该海域受人类频繁活动的影响，其平面分布和量值都有显著的季节性差异；ＮＯ３－Ｎ是该海域ＩＮ的主要存在形式。在海带养殖期间，ＩＮ和ＩＮ／ＩＰ比值始终处于低水平，其季节变异明显受到该湾初级生产水平的制约，故ＩＮ必然成为桑沟湾初级生产的限制因素，另外，海带养殖也加速了其养殖期间湾内水体中ＩＮ的物质循环速率。