桑沟湾春季海–气界面CO2交换通量及其与养殖活动的关系分析

为研究不同养殖活动对海–气界面CO2交换通量(F)的影响,于2014年5月采用走航式CO2分压仪对中国北方典型的多营养层次混合养殖海域—桑沟湾养殖区的表层水CO2分压(pCO2)进行了大面调查,并通过数据计算桑沟湾海区的F值。在调查过程中,选择在网箱养殖区、贝类养殖区、藻类养殖区等区域内进行24 h定点连续观测。探讨了春季桑沟湾海–气界面CO2的交换通量及其主要影响因素。大面调查结果显示,桑沟湾内海水中pCO2总体变化趋势是由湾内向湾外递减,网箱养殖区海水中pCO2远远高于其他区域。在大面调查中,贝类、藻类、贝藻混养、网箱养殖区的F值分别为(–1.02±0.83)、(–15.40±1.28)、(–4.32±1.41)、8.14 mmol/(m2·d)。定点连续监测显示,藻类、贝类、网箱养殖区的pCO2 24 h平均值分别为(320±14)、(330±10)、(413±37) μatm。研究表明,光合作用是海–气界面CO2交换通量的主要影响因素之一,不同养殖区之间的海–气界面CO2交换通量差异显著。影响各养殖区海–气界面CO2交换通量日变化规律的影响因子与走航调查结果一致。养殖活动是影响海–气界面CO2交换通量的主导因素。     

桑沟湾养殖区春季pCO2分布特征及影响机制

2012年5月27～29日对桑沟湾贝类养殖、贝藻混养、藻类养殖等区域水-气界面区pCO2等参数的连续走航和贝类养殖区的日变化观测,讨论了桑沟湾不同养殖区域水-气界面区pCO2的分布特性及机制。结果显示,在该航次水质及气候条件下,桑沟湾养殖区域叶绿素偏高,溶解氧始终处于过饱和状态,最高达140%,强烈的浮游藻类光合作用消耗大量无机碳,水-气界面始终是大气CO2的汇。其中贝类养殖区pCO2低于贝藻混养区,低于藻类养殖及湾外近海区域。当然,这还不足以说明这一海区水-气界面可能是大气CO2的汇区,需要精细的航次计划做全面观测,例如养殖区域沉积的大量颗粒有机物在某些特定条件下的再悬浮、降解对水气界面CO2的贡献以及实际意义上的埋藏通量究竟有多大等。     

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。     

桑沟湾水域叶绿素a在海带收获前后的变化及其影响因素

依据2014年5月和8月2个航次走航和定点连续调查资料,分析了桑沟湾水域叶绿素a的空间分布及海带养殖区叶绿素a(Chl.a)的昼夜变化特征,同时结合所调查的温度、盐度 、pH和营养盐等分布特征,分析了桑沟湾水域Chl.a浓度与理化因子的关系,探讨了海带收获前后Chl.a的变化及其影响因素。(1)走航调查的结果显示,桑沟湾夏季Chl.a浓度显著高于春季。桑沟湾春季表、底层总Chl.a浓度均值分别为(0.67±0.39)和(0.50±0.31)μg/L,表层Chl.a浓度高于底层,春季表层整体表现出自湾内向湾外逐渐降低的趋势;夏季表、底层总Chl.a浓度均值分别为(3.39±1.53)和(3.12±1.43)μg/L,表层Chl.a浓度高于底层。桑沟湾夏季表层Chl.a高值区出现在海带养殖区,低值区出现在贝类养殖区,夏季底层Chl.a高值区出现在贝类和海带养殖区,低值区出现在外海区。(2)定点连续监测结果显示,春季海带养殖区Chl.a浓度变化范围在0.24~0.95 μg/L,均值为(0.70±0.19)μg/L,昼夜波动较小。而夏季海带养殖区Chl.a浓度变化范围在2.01~4.66 μg/L,均值为(3.04±0.82)μg/L,昼夜波动较大。桑沟湾海带养殖区夏季Chl.a浓度显著高于春季。春季海带养殖区营养盐平均浓度及硅磷比、氮磷、硅氮比均显著低于夏季。(3)桑沟湾春季表层Chl.a浓度主要与温度、硅酸盐呈显著正相关,而夏季底层Chl.a浓度与盐度呈显著正相关。桑沟湾海带收获前后Chl.a的变化及分布受温度、硅酸盐、盐度、养殖环境状况和水文环境的共同影响,多元的贝藻养殖模式是影响Chl.a变化及分布的重要因素。     

夏季桑沟湾养殖水域有机碳的平面分布特征及其来源分析

根据2012年8月对桑沟湾养殖海域18个站位取得的溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)和叶绿素a(Chl-a)数据,基于不同区域的养殖特点,分析了DOC和POC的平面分布特征,并对POC的来源进行了初步探讨。结果表明,整个调查海域表层DOC的浓度范围为1.70～2.82mg/L,平均值为2.03mg/L,大致呈自西向东递减的趋势。表层POC的浓度范围为0.04～1.33mg/L,平均值为0.55mg/L,大致呈自南向北逐渐递增的趋势。网箱养殖区表层DOC和POC含量最高,其次为桑沟湾近岸海域,而海带养殖区最低,这表明有机碳的含量与养殖品种和模式有直接的关系。根据POC/Chl-a比值对POC来源进行初步分析,表明贝类养殖区、海带养殖区、贝藻混养区、桑沟湾近岸海域以及外海对照点的POC主要来自活的浮游植物,而网箱养殖区存在降解的有机物质。     

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。     

桑沟湾不同养殖区大型底栖动物的群落结构特征

于2016年9月和11月对我国北方典型筏式养殖海湾—桑沟湾的筏式贝藻养殖区和网箱养殖区的大型底栖动物进行调查,研究了桑沟湾不同养殖区大型底栖动物的种类组成、数量分布、群落结构及生物多样性等群落特征,分析了底栖动物与海洋环境因子的关系,以了解养殖活动对大型底栖动物的影响。结果显示,调查共鉴定出大型底栖动物67种,其中,环节动物多毛类36种,软体动物12种,节肢动物门甲壳类和全足类16种,棘皮动物3种。桑沟湾大型底栖动物的优势种主要为多毛类,贝藻区的绝对优势种为刚鳃虫和长叶索沙蚕,网箱区的绝对优势种为异足索沙蚕和多丝独毛虫。生物量和丰度的特性为9月网箱区11月网箱区9月贝藻区,多样性指数的趋势相反。研究表明,底栖动物群落特征与底质有机碳、总磷、硫化物和氧化还原电位等因素有关,桑沟湾大规模养殖活动对底栖动物群落组成和分布产生了一定的影响。     

桑沟湾养殖海域柱状沉积物中磷的赋存形态和生物有效性

以桑沟湾扇贝和海带两个养殖海区的柱状沉积物为研究对象,采用连续提取法将沉积物中磷的赋存形态分为交换态磷（Ex-P）、铁结合态磷（Fe-P）、自生磷（Au-P）、碎屑磷（De-P）和有机磷（Or-P）,并分析了各形态磷的垂直分布特征;利用沉积物年代序列测定的结果,结合桑沟湾水产养殖历史,探讨了近200年来桑沟湾养殖海域沉积物中磷形态的含量变化情况,并进一步分析了该区域的生物有效磷。结果表明,柱状沉积物中上层各形态磷的含量高于底层,表明养殖活动使桑沟湾表层沉积物中的磷含量增大。各形态磷的含量在贝壳沉积区内变化幅度均较大,Or-P是沉积物中磷的主要形态;扇贝养殖区沉积物中的总磷（TP）、Or-P和海带养殖区沉积物中的TP、Or-P在沉积时间序列上分布基本一致,其含量变化与各时期工业生产和海水养殖活动密切相关;两个区域柱状沉积物中潜在生物有效性磷占总磷的百分比为61.2%和71.0%。沉积物中Ex-P的含量对该海域的初级生产力的影响较大。     

桑沟湾贝藻养殖区附着生物群落季节演替研究

从2007年5月～2008年4月,采用悬挂试网和直接从海区采集栉孔扇贝养殖笼样品两种方法,对桑沟湾贝藻养殖区的附着生物群落结构和季节演替规律进行了研究。结果显示,桑沟湾附着生物群落结构复杂,本实验鉴定的大型附着生物23种,玻璃海鞘、柄海鞘和紫贻贝是群落中的优势种。附着生物的生物量呈现明显的季节变化特征,试网上附着生物湿重与温度变化相关,生物量为0.003～1.21kg/m2,其中2月和8月分别具有最小和最大值。栉孔扇贝养殖笼的附着生物生物量9月为1.94kg/笼,之后随温度下降而减少,10月为0.99kg/笼,之后又有所上升,11月份为1.03kg/笼。生物量变化主要是由于优势种的演替引起的,随温度下降海鞘类逐渐消退,贻贝等成为优势种。     

乳山湾东流区滩涂底栖微藻现存量和初级生产力

2004年6、8和10月对乳山湾东流区进行了底栖微藻现存量和初级生产力的现场测定。结果表明,乳山湾东流区滩涂表层沉积物中叶绿素a浓度和脱镁叶绿素浓度具有明显的时空差异性,非养殖区表层叶绿素a浓度8月最高(57·60mg/m2),6月次之(51·89mg/m2),10月最低(23·04mg/m2),养殖区表层叶绿素a浓度6月最高(54·20mg/m2),10月次之(33·50mg/m2),8月最低(23·35mg/m2)。由于光的限制,养殖区沉积物中的叶绿素a主要分布在表层0~1cm,随深度的增加叶绿素a和脱镁叶绿素浓度呈递减趋势,乳山湾东流区滩面养殖区初级生产力6月(92·98mgC/m2·h)最高,10月次之(76·85mgC/m2·h),8月最低(68·40mgC/m2·h)。滩涂单位面积初级生产力超过单位面积水体的初级生产力。     

基于大型底栖动物的桑沟湾不同养殖区底栖生境健康评价

为了解桑沟湾养殖区大型底栖动物的动态变化以及底栖生境的健康状况,于2019年5-9月采集了中国北方典型养殖海湾桑沟湾不同养殖区（藻类、贝类和网箱养殖区）大型底栖动物样品,分析了不同养殖区大型底栖动物的种类、组成、数量分布、群落结构及生物多样性等群落特征,运用多样性指数、AMBI和M-AMBI指数法评价了不同养殖区底栖生境健康状况的时空变化。调查共鉴定出大型底栖动物56种,其中多毛类31种,甲壳类10种,软体动物9种,棘皮动物4种,其他类2种,大型底栖动物的优势种主要为多毛类,以污染耐受种为主;调查期间,贝类养殖区和网箱养殖区的群落多样性指数H''呈现下降趋势,表明贝类养殖活动和网箱养殖活动已经造成沉积物中有机物颗粒过度积累。ABC曲线显示,7月桑沟湾养殖区开始受到干扰,8月和9月受到中等程度的干扰。AMBI和M-AMBI指数评价显示桑沟湾养殖区域底栖生态系统处于轻度或中度干扰状态,底栖生境健康状况处于高等或者良好的状态。     

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。     

象山港南沙岛不同养殖模式沉积物微生物群落结构分析

通过构建16S rDNA克隆文库对象山港南沙岛不同养殖模式(贝类养殖、藻类养殖及网箱养殖)表层沉积物微生物多样性和群落结构特征进行了比较和分析,共获取136个OUT。其中,贝类养殖区、藻类养殖区和网箱养殖区OTU分别为58、48和57个。各站位OTU分布差异明显,表现出高度的多样性。基于16S rDNA序列的生物多样性和丰富度分析表明,网箱养殖区丰富度指数ACE为739,香浓指数H?为3.8,均为最高值,丰富度指数Chao为245,略低于于贝类养殖区。贝类养殖区丰富度指数Chao为303,在各养殖区中最高。藻类养殖区丰富度指数ACE为174、Chao为89,香浓指数H?为3.6,均为最低值。系统发育分析表明,南沙岛各养殖区的优势种群均为变形菌门(Proteobacteria),但是藻类养殖区微生物群落结构与其他养殖区域相比,16S rDNA克隆文库差异显著,其中根瘤菌属(Rhizobium)及其他光合细菌在藻类养殖区分布较多。网箱养殖区沉积物表层微生物群落中出现了与环境污染密切相关的菌群,如志贺氏菌属(Shigella)、埃希氏菌属(Escherichia)和ε-变形菌纲的微生物种群,揭示网箱养殖对底质沉积物环境的影响较大。     

桑沟湾营养盐时空分布及营养盐限制分析

根据2006年4、7、11月和2007年1月共4个航次的调查数据,分析了桑沟湾水域的溶解无机氮(DIN)、活性磷酸盐(PO43-)和活性硅酸盐(Si)含量的时空分布特征,采用营养盐浓度阈值法和化学计量法对桑沟湾营养盐潜在的限制性进行了分析。结果显示,桑沟湾DIN、PO43-、Si含量及分布呈现出明显的季节变化:DIN在秋季最高,春季最低;PO43-在秋季最高,夏季最低;Si在夏季最高,秋季最低。春季DIN和PO43-的含量低于理论上浮游植物生长的营养盐阈值的站位分别占44%和39%;夏季PO43-的潜在限制性较强,浓度低于营养盐阈值的站位占68%,受PO43-潜在限制的几率达79%,DIN和Si分别为5%和0;秋、冬季Si可能是浮游植物生长的主要限制因子。讨论了海水养殖、陆源输入及外海交换对营养盐时空分布的影响。目前,桑沟湾营养盐浓度基本属于国家一类、二类水质。但是,长期变化趋势显示DIN有上升的趋势。     

桑沟湾浮游植物群落结构时空变化特征及影响因素

为了解北方典型养殖海湾——桑沟湾水域浮游植物群落结构的时空变化特征及其影响因素,于2017年4月(春季)、7月(夏季)、11月(秋季)和2018年1月(冬季)对桑沟湾水域21个站点进行4个航次的大面调查。结果显示,调查期间,该湾共采集到浮游植物31属51种,其中,硅藻(Diatom)24属43种,甲藻(Dinoflagellate) 3属4种,绿藻(Chlorophyta) 2属2种,金藻(Chrysophyta) 2种,蓝藻(Cyanophyta)1种。按照季节划分,春季22种,夏季20种,秋季23种,冬季20种。优势度指数分析结果表明,硅藻是绝对优势种,其中,具槽帕拉藻(Paralia sulcate)为全年优势种,数量百分比在18.6%~84.9%之间。浮游植物细胞丰度在0.16×10³~12.20×10³个/L之间,表现为冬季>春季>秋季>夏季。物种多样性指数(Shannon)范围为0.69~1.35,物种均匀度指数J (Pielou)范围为0.42~0.70。磷酸盐是桑沟湾浮游植物生长的主要限制营养盐。研究结果揭示了桑沟湾养殖水域浮游植物的时空变化特征,为深入认识养殖生态系统的结构和功能提供了基础数据。     

桑沟湾养殖水域的初级生产力及其影响因素的研究

桑沟湾是我国黄海沿岸的重要水产养殖水。近年来，由于该养殖水域的养殖密度大幅度增长，引发了养殖生物低增长率、高死亡率和养殖生产上高投入、低产出等问题的产生。通过本次调查，作者初步了解了该海域初级生产力分布状况及其季节变化以及水产养殖状况和其他环境因素对初级生产力的影响，并与１０年前的历史调查资料相比较。     

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。