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     

厦门大嶝岛海域紫菜、海带养殖容量研究

以海域无机氮(N)和无机磷(P)输入与吸收的平衡原理,通过2000～2001年对厦门大嶝岛海域海水交换、沉积物释放、陆地和江河径流排放、养殖动物和野生海洋动物排泄等项无机氮和无机磷输入量的调查、检测,浮游植物、潮滩微型藻类、野生大型藻类、养殖和野生海洋动物对无机氮和无机磷吸收量的调查和检测,估算可供养殖海带和紫菜的无机氮和无机磷数量,进一步以海带和紫菜有机氮和有机磷的含量,来衡量海带和紫菜的可养殖量。估算结果表明,无机氮平衡法估算大嶝海域紫菜和海带养殖容量(淡干品)分别为5·43×104和32·84×104t,单位面积可养密度分别为7·21和43·61t·hm-2。无机磷平衡法估算大嶝海域紫菜和海带养殖容量分别为1·97×104和12·22×104t,单位面积可养密度分别为2·62和16·23t·hm-2。模型的实用性分析以无机磷供需平衡法为佳。     

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。     

象山港多品种养殖与富营养化状况的数值模拟

建立了基于氮通量物质平衡的象山港海湾养殖生态系统箱式模型。模型模拟的象山港主要生态变量的变化动态与实测数据资料相吻合。模型计算结果表明,生物生产过程的季节变化导致了营养要素(如氮)在可溶性无机状态和有机碎屑状态中的相互转化并呈现周年振荡。象山港总氮输入约2182tonN/a,其中养殖输入和排污输入约各占一半;氮输出途径按比例依次为水交换扩散、养殖业收获和渔业捕捞收获。目前象山港氮输入大于氮输出(约11%),造成海湾无机氮浓度年均升高约42μgN/L。利用模型对不同多品种养殖模式下无机氮浓度的长期变化趋势进行了预测。当前养殖模式下,象山港内无机氮浓度增长幅度较小且逐渐趋于输入输出平衡,而要使象山港海水水质达到国家Ⅲ类标准则需要减少鱼类养殖规模至当前规模的约40%或增加藻类养殖规模至当前养殖规模的20倍。     

海带对富营养化水体的生物修复效果与固碳能力

选择舟山市桃花岛碳汇渔业示范区作为调研对象,于2013年2-8月对网箱养殖区、海带养殖区、海带养殖区上游(对照点)和海带养殖区下游各站位水质参数以及海带生物量的变化进行了为期7个月的跟踪调研。调查结果显示,海带在减轻海水富营养化方面效果显著,在去除海水无机氮方面尤为明显。与对照点相比,海带养殖区下游无机氮平均浓度降低了15.3%,水体富营养化得以改善,网箱养殖区海水与对照点相比,无机氮平均浓度显著降低(P0.05),海带养殖未使海水中有机质含量升高。在固碳能力方面,该海域海带的年固碳能力为0.234kg/m~2,通过标准化转换,固碳速率最高达403t/(km~2·年),通过海带养殖,该示范区一年总共可吸收碳(C)31 200 kg,吸收氮(N)2130 kg,吸收磷(P)300 kg。本研究说明海带具有一定的生物修复与固碳能力,可为建立鱼藻生态复合养殖系统提供参考。     

多级生物净化在封闭循环水养殖系统中的水质调控效果

采用逐月采样的方法研究了多级生物净化措施,即在封闭循环水养殖系统的动力水渠浮床培植多种水生经济植物、构建固定微生物膜和养殖贝类,在沉淀池和净化池放养滤食性鱼类,建立芦苇人工湿地,对养殖系统中无机营养盐和有机质含量与分布的影响。试验结果表明,养殖水体经多级生物净化处理后能够循环使用,水体碱度和硬度轻微降低,除磷酸盐含量上升5.4%外,硝态氮、亚硝态氮、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为27.7%、44.0%、26.0%、42.0%和15.7%;浮游植物和浮游动物生物量分别下降31.4%和20.1%;浮游植物生物多样性指数增加,种类组成明显好转,蓝藻生物量和优势度指数明显降低,硅藻和绿藻继而成为优势种群,凡纳滨对虾平均产量达11 250kg/hm~2,最高产量达15 000kg/hm~2,提高了经济效益和生态效益。     

海带对大黄鱼网箱养殖区水质的生物修复

为构建大黄鱼生态养殖模式,通过开展海带-大黄鱼间养试验,研究了该养殖模式下海带对大黄鱼网箱养殖区富营养化海水的生物修复效果。通过对生物修复区、非生物修复区和非养殖区的连续定时和定点监测,结果表明间养海带对大黄鱼网箱养殖区的富营养化海水具有明显的修复作用。经过28 d的连续监测,生物修复区的溶解氧(DO)浓度明显高于非修复区,无机氮(IN)、无机磷(IP)浓度均低于非修复区,同时生物修复区的化学耗氧量(COD)达到非养殖区的水平。因此,海带-大黄鱼的生态间养模式能有效降低富营养化水体中的IN和IP,并显著提高DO浓度,改善水质,这将为大黄鱼的健康生态养殖提供参考。     

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。     

浮船式改底机对池塘养殖环境的影响研究

为探索改底机在养殖过程中对养殖环境的影响。通过一个月的连续跟踪,定时监测试验塘与对照塘中无机氮、无机磷、藻类生物量及初级生产力来评估其对养殖环境的影响。结果表明,改底机能够使试验塘底泥氨氮含量下降27.5%,水体氨氮浓度下降28.6%,亚硝酸盐浓度下降45%,同时使水体无机磷浓度增加57.4%,藻类生物量增加50%。综合分析认为,改底机不仅能够降低池塘氨氮、亚硝酸盐,还能促进底泥释放氮、磷等营养物质,达到增加池塘藻类生物量与提高池塘初级生产力的目的。     

溶解无机氮加富对海带养殖水体无机碳体系的影响

通过室内模拟实验,研究了在海带养殖水体中添加不同浓度的无机氮(NO-3-N和NH+4-N)对海水无机碳体系的影响。结果表明,无机碳体系各组分的变化趋势与无机氮添加浓度和无机氮形态有关。当NO-3-N和NH+4-N浓度范围分别在(4.73~52.78)μmol/L和(2.56~34.66)μmol/L时,DIC、HCO-3和pCO2均随着营养盐浓度的增加呈下降趋势,其中以NO-3-3和NH+4-3组变化最为明显,均达到最低值,分别为2 054、2 112μmol/L,1 776、1 869μmol/L,86、114μatm;而当NO-3-N和NH+4-N浓度范围分别为(52.78~427.29)μmol/L、(34.66~268.33)μmol/L时,DIC、HCO-3和pCO2随着营养盐浓度的增加,其下降幅度逐渐减弱,但实验结束时DIC、HCO-3和pCO2仍低于对照组。NO-3-N对海带养殖水体无机碳体系的影响较NH+4-N明显,加NO-3-N组对水体的固碳能力显著高于加NH+4-N组。当NO-3-N和NH+4-N浓度分别为52.78μmol/L、34.66μmol/L时,海带的光合固碳能力达到最大,过高或者过低均会降低海带对水体无机碳的吸收固定。     

獐子岛养殖海域氮、磷的分布特征

根据2005年4个季节的调查资料，研究了獐子岛养殖海区的氮、磷营养盐的季节变化及平面分布特性，重点分析了7月营养盐、叶绿素及环境因子的相关性，探讨了与底播养殖的可能内在联系。结果表明，溶解性无机氮、活性磷酸盐的平面分布和垂直分布较均匀，仅在7月，表底层的氨氮浓度及磷酸盐浓度存在显著性差异。根据氮磷摩尔比和浮游植物生长的阈值分析，在该海区氮、磷营养盐限制呈季节性交替变化，7月磷限制的潜在性较大，3月和5月氮限制的潜在性较大。尽管目前的养殖生产活动并未对该海区的营养盐浓度产生较大的影响或压力，但是，3、5和7月底层水的无机氮以氨氮为主以及贝类养殖密度较大的区域叶绿素浓度较低的现象，可能与养殖活动有关，应引起关注．     

不同流向对曝气生物滤池处理对对虾养殖污水效果的影响

采用上流式和下流式曝气生物滤池处理凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖污水,连续进行30 d,分析出水水质,并观察系统运行情况和装置污染状况。研究了养殖污水中化学需氧量、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、无机氮及活性磷酸盐6项指标的去除效果。实验结果表明:从养殖污水主要污染物指标的去除效果和稳定性上看,上流式优于下流式曝气生物滤池。在系统进水化学需氧量质量浓度为7.62～8.20 mg/L、氨氮质量浓度为0.62～0.65 mg/L、硝酸盐氮质量浓度为0.54～0.59 mg/L、亚硝酸盐氮质量浓度为0.23～0.27 mg/L、无机氮质量浓度为1.40～1.47 mg/L、活性磷酸盐质量浓度为0.24～0.29 mg/L,水温为25℃～30℃时,上流式曝气生物滤池对养殖污水中6项指标的去除率分别为:45.2%、88.9%、58.5%、78.8%、75.3%和25.1%。可见,对氨氮的去除效果最佳,亚硝酸盐氮和无机氮次之,化学需氧量和硝酸盐氮的去除效果较差,活性磷酸盐去除率最低。     

象山港不同温度区围隔浮游生态系统营养盐迁移—转化的模拟对比

为评估象山港海域电厂温排水对水体富营养化影响,以生态系统中氮、磷营养盐循环为主线,建立了适用于海洋围隔浮游生态系统的多变量的营养盐迁移—转化动力学模型。该模型包括浮游植物、浮游动物、溶解无机态营养盐、溶解有机态营养盐和生物碎屑5 个模块,涉及溶解无机氮、磷酸盐、溶解有机氮、溶解有机磷、浮游植物、浮游动物和生物碎屑7 个状态变量。利用2010年10月象山港其中一个温度区的围隔生态实验数据成功地进行了模型的验证,确定了相关参数的量值,并用该参数同时模拟3个不同温度区围隔氮、磷营养盐生物化学迁移—转化过程,进而得出温度对围隔浮游生态系统氮、磷营养盐迁移—转化影响的结论。结果表明,象山港电厂温排水加剧了受纳水体的富营养化程度。     

基于GIS的桑沟湾及周围海域海带养殖适宜性评价

目前水产养殖面临用海冲突、单位面积和人均生产率偏低、养殖业的生态和经济成本较高等问题。为充分利用海区的自然生产力,提高养殖效率和效益,需要对海区进行适宜性评价,选择最适宜的水域进行养殖。以桑沟湾及周围海域主要的养殖品种海带(Saccharina japonica)作为评价对象,选取光照、温度、流速、无机氮、盐度、深度作为适宜性评价指标,利用遥感技术确定海区养殖布局,通过野外调查和数据模拟获取养殖海区环境参数数据,根据动态能量学(Dynamic energy budget, DEB)模型——STELLA模型敏感性分析结果,并结合层次分析法计算评价指标权重,海带生长相关环境因子的强制函数拟合得到单因子评分曲线进行评分。最后,采用线性加权叠加分析方法得到海带养殖适宜性评价结果。适宜性评价过程以地理信息系统(Geographical information systems, GIS)作为技术支持,利用GIS空间插值功能生成光照、温度、流速、无机氮、盐度、深度专题图层,采用栅格计算功能对各专题图层进行叠加,得到综合多因素的海带养殖适宜性评分和适宜性等级。评价结果显示,在不考虑用海冲突的情况下,桑沟湾及周围海域海带养殖适宜性分数分布在0~6.7范围内,分值主要集中在4~6分,属于中等适宜,占研究区总面积的67%,最适宜和不适宜分别占研究区总面积的23%和10%,无一般适宜区。评分较高的区域主要分布在北部爱莲湾和楮岛东部海域周围,适宜性评分较低的区域主要位于近岸水深较浅的海域。根据适宜性评价结果可进行水域空间规划和安排养殖生产计划,为管理部门开展养殖分区和海洋功能区划提供参考。     

桑沟湾水动力特征及其对养殖容量影响的研究——观测与模型

主要介绍了从动力学研究桑沟湾养殖容量的主要思路、方法及结果。研究以精细过程观测为基础,以数值模型为手段,从物理海洋学角度考察养殖海区水动力特征,研究水动力对物质循环的影响、对颗粒态/溶解态营养物质的补充和对养殖生物量的影响,探寻不同养殖模式效果的技术路线;介绍了两个航次设计方案与目的。通过观测发现养殖对水动力垂直结构有很大影响,底层流速最大并滞后表层,发现弱动力条件下海底颗粒物和营养盐无法进入水体上层的事实。据此提出双边界层动力模型,建立一维数值模型进行机制探讨,将养殖阻力三维化建立水动力数值模型,定量给出养殖对水动力和水交换的阻碍;以此驱动三维养殖生态模型,充分考虑养殖对水动力的影响、水动力对生源要素的输运。建立了一个真正的物理-生物过程耦合模型。利用该模型进行的数值模拟和实验表明,贝藻兼养多元养殖是健康、高效养殖的有利措施;桑沟湾在现有养殖模式下,目前已基本达到了它的养殖容量,养殖品种分布不变,减少养殖密度至目前的0.9倍会略微提高产量,降低成本;减少湾口海带养殖密度,会大幅度提高贝藻兼养区的营养盐总量和养殖生物产量,从海带与贝类经济价值对比会有更高的效益。人为提高水动力混合或许是解决湾内营养盐缺乏的途径。     

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     

养殖水体中非离子氨的简易测算

养殖水体中的无机态氮如溶解氮气(N_2—N)、氨(铵)态氮[NH_3(NH_4~-)—N]、硝酸态氮(NO_3~—N)、亚硝酸态氮(NO_2~—N)等是水中浮游植物生长繁殖所需的营养物质。众所周知,氨(NH_3)可以在一定条件下渗入养殖生物体内对其产生毒害作用。因此,少量的NH_3—N是饵料生物生长繁殖的营养物质,而当NH_3—N超过一定限度则对水生生物产生直接危害或使水质变坏而间接影响养殖动物。     

无机碳源对生物絮团降氮及沉降性能的影响

利用异位生物絮团反应器,分别在有机碳源存在(第Ⅰ阶段,持续21 d)和有机碳源缺失(第Ⅱ阶段,持续21 d)阶段,比较研究了无机碳源(NaHCO_3)浓度为0.0 (对照组),0.5,1.0和1.5 g/L的模拟养殖废水对反应器生物絮团降氮及沉降性能的影响。结果显示,第Ⅰ阶段对照组出水氨氮浓度显著高于其他处理组,但总体上呈先下降后稳定的趋势,各组亚硝态氮和硝态氮均有少量积累;生物絮团生物量及沉降速度对照组显著低于处理组,处理组之间差异不显著。第Ⅱ阶段各组出水的氨氮、亚硝态氮浓度无显著差异,对照组硝态氮浓度高于各处理组,氨氮浓度迅速下降;此阶段生物絮团的生物量、沉降速度有所下降,NaHCO_3浓度为1.0 g/L处理组表现出较好的沉降效果;粒径分布也趋向均匀。整个实验阶段,不同浓度无机碳源处理条件下,氨氮的去除效率均达到97.8%以上,亚硝态氮无显著积累,处理组生物絮团沉降速度和生物量显著高于对照组。研究表明,添加无机碳源可提高生物絮团降氮性能,增强其沉降速度;移除有机碳源后,生物絮团反应器可维持氨氮去除能力,但引起硝态氮积累,生物絮团生物量减少;有机碳源缺失时,无机碳源(≥0.5 g/L)有助于生物絮团反应器保持其氨氮去除能力。     

对虾工厂化养殖与池塘养殖系统结构与效益比较分析

从浮游植物、浮游动物、底栖生物、水质因子4个方面对工厂化对虾养殖和池塘对虾养殖生态系统的差异进行了观察和分析。结果表明,工厂化对虾养殖系统中浮游植物、浮游动物及底栖生物的丰度均低于池塘对虾养殖系统(分别为22815个/ml<31590个/ml,490.5个/L<650.0个/L,4.5个/10cm2<267.5个/10cm2),而溶解氧(DO)含量、氨态氮(NH4-N)和无机磷(PO4-P)浓度均高于池塘养殖。工厂化养殖对虾的生长量、生长速度及存活率均低于池塘养殖,但其养殖密度高,能很好的弥补生长速度之不足,更好的利用水体获得更高的单位生产量。