多重压力胁迫下近海生态系统与多营养层次综合养殖

近半个多世纪以来,在过度开发利用、气候变化(包括全球变暖和自然波动)以及环境污染等多重压力胁迫下近海生态系统发生了前所未有的变化,其中黄海大海洋生态系最具代表性。它主要表现在生物多样性和生态系统生产力的变化;生态系统产出质量下降,如个体较大、营养层次较高、重要的底层经济种类被个体较小、营养层次较低、中上层及经济价值低的种类所替代。研究分析表明,在多重压力胁迫下,近海生态系统及其变化受控于多因素作用的控制机制,导致生态系统变化的复杂性、不确定性,并难以甄别和管理。多营养层次综合水产养殖是应对多重压力胁迫下近海生态系统显著变化的一条有效的途径。文内论述了发展多营养层次综合养殖的科学基础,介绍了在黄海桑沟湾构建的多营养层次综合养殖模式及其效果,评估了多营养层次综合养殖的碳收支与生态服务功能。最后,在结语中指出:展望未来,多营养层次综合养殖模式的多样化发展需要特别予以关注,需要得到更多基础研究的支持。除了进一步加强养殖种类的生物学和区域生态学研究,还需要加强养殖生态系统的生物地球化学循环和水动力学过程研究,关注海洋酸化对养殖生物的影响,多营养层次综合养殖系统对海洋酸化的响应及其应采取的适应性对策。     

添加氮磷对龙须菜光合固碳能力影响的现场研究

采用碘量法和碱度法,通过测定密闭容器中溶解氧和无机碳浓度的变化,从产氧和固碳两个方面研究添加氮、磷对龙须菜光合作用速率的影响。实验设置为加氮(ADDN,10μmol/LNH4Cl)、加磷(ADDP,1.0μmol/LKH2PO4)、同时加氮磷(ADDNP,10μmol/LNH4Cl+1.0μmol/LKH2PO4)、不加氮磷(NONP)4个处理,不加龙须菜的海水作为对照。根据实验前后光合作用瓶内各参数的变化,计算了龙须菜光合产氧速率(RO,mg/gDW.h),固碳速率(RDIC,μmol/gDW.h),HCO3-吸收速率(RHCO-3,μmol/gDW.h)、CO2吸收速率(RCO2,μmol/gDW.h)以及光合熵(PQ)和二氧化碳分压(pCO2)的变化,探讨了氮磷营养盐对龙须菜光合作用固碳速率的影响,为提高龙须菜的碳汇功能提供理论参考。结果表明,8～11月添加氮磷对龙须菜RO的影响差异不显著,12月加氮和加磷能显著提高龙须菜RO,RO存在明显的季节变化;添加氮磷对RDIC的影响差异不显著,存在明显的季节变化,与RO相同,9月最高(287.3μmol/gDW.h),12月最低位(134.8μmol/gDW.h);RCO2除12月外,不同处理差异不显著,季节变化明显,平均RCO28月最高,11月最低;RHCO-3不同处理差异不显著,季节变化明显,9月最高,12月最低;实验结束后容器内pCO2范围为82.7～238.7μatm(平均152.1μatm),双因素方差分析表明不同处理pCO2差异不显著,不同月份差异显著;不同处理和不同月份PQ值均有显著差异,加氮组平均PQ值最高(1.23),不同月份平均值为0.59～1.50。     

长牡蛎呼吸、排泄及钙化的日节律研究

通过室内实验与海区现场实验相结合的方法,研究了10℃、18℃及20℃下3种不同规格(壳高:S:2.5cm;M:5.5cm;B:6.8cm)的长牡蛎耗氧率、排氨率及钙化率的日变化。实验结果表明,长牡蛎的代谢有一定节律性,其中,呼吸表现为昼夜节律,在水温10℃时为夜高昼低,夜间的耗氧率比白天平均高0.07mg/ind.h;水温20℃时,室内实验的呼吸率无明显节律。而现场实验则表现为昼高夜低,白天比夜间高0.08mg/ind.h。排氨率与耗氧率变化不一致,白天和夜间分别有相近的变化趋势,可能是受到潮汐节律的影响;长牡蛎的钙化则表现出复杂的变化,不同时间段间有显著差异(P<0.05),但没有明显的节律性。在进行牡蛎生理实验时,要避免取短时间的生理指标计算其代谢水平,应选择不同时段进行重复实验。     

桑沟湾养殖海带(Sacharina japonica)碎屑降解速率及影响因素

通过实验室可控条件,以桑沟湾(Sanggou Bay)养殖海带(Sacharina japonica)为研究对象,探讨养殖海带碎屑降解过程中营养盐释放速率及对底质、溶解氧的影响.实验设置2个底质条件(加底泥,无底泥)、2个溶氧条件(好氧,厌氧),各处理组设3个平行,实验持续27 d.结果显示,(1)加入底泥,可以促进海带碎屑的降解.实验结束时,加入底泥组无机氮(DIN)、总氮(TN)、活性磷酸盐(DIP)、总磷(TP)的平均释放速率分别为1.234、1.802、0.028、0.033 μmo1/(g.d),显著高于未加底泥组的0.039、1.476、0.005、0.010 μmo1/(g·d).而未加底泥组的可溶性有机氮(DON)释放速率为1.437 μmo1/(g·d),显著高于底泥组的0.568 μmo1/(g.d).(2)厌氧条件有利于海带碎屑中P的降解释放,释放的TP中以可溶性有机磷(DOP)为主.TP、DIP、DOP的降解速率显著高于非厌氧条件.但是,厌氧条件下无机氮释放速率为0.097 μmo1/(g·d),仅为好氧条件下无机氮的8％,而总氮为好氧条件下的71％.(3)底泥的加入显著提高了水体的N:P,达到207.83±301.37,厌氧状态使水体N:P降低到9.38±6.55,都较大的偏离对照组的16.82±1.26,远远偏离经典Redfield值(16∶1).整个实验说明养殖海带降解过程受底质、溶氧条件影响,同时,大量海带碎屑腐烂降解,将会对养殖系统的营养盐浓度及结构产生影响.     

桑沟湾大叶藻海草床生态系统碳汇扩增力的估算

2010～2011年对桑沟湾楮岛海区大叶藻床的调查研究显示,其生物量年度变化为313.5～769.3gDW/m2,在夏季达到最高值;初级生产力年度内为2.0～6.4gDW/m2.d;总组织含碳量为35.5%;来自海草初级生产力的固碳贡献约为543.5gC/m2.yr。大叶藻附着植物生物量较小,年平均约为21.2g/m2,固碳贡献约30gC/m2.yr;作为菲律宾蛤仔增殖场,来自蛤仔的固碳贡献约63.15gC/m2.yr,此外,参照已有研究的数据,将来自草床捕获颗粒的碳贡献等计算在内,桑沟湾大叶藻床扩增固碳量为1180gC/m2.yr,总量达290MgC/yr。     

桑沟湾表层水pCO2的季节变化及影响因素分析

根据2011年4、8、10月和2012年1月在桑沟湾获得的表层海水总碱度(TA)和pH值,结合现场水文、化学、生物和养殖等参数,探讨了桑沟湾海域CO2体系各参数的空间分布特征、季节变化情况及其影响因素。调查结果显示,10月和翌年1月,CO2体系各参数主要受温度和盐度的影响;8月,pH和pCO2分别与初级生产力和溶解氧显著相关;4月与水文、化学生物因子无显著相关性。8月各参数的空间差异最大,其次是10月,1月最小。4个航次的平均表层pCO2都低于大气pCO2,为表观碳汇区;季节变化趋势是8月<4月<1月<10月。pCO2总体的空间分布趋势都是湾内向湾外递增,即贝类养殖区<贝藻混养区<藻类养殖区<非养殖区。8月,桑沟湾较低的pCO2可能与赤潮有关,而4月可能是物理、生物及大规模贝藻养殖的综合结果。桑沟湾较低的pCO2是由于受沿岸区高初级生产力的影响,还是受大规模的贝藻养殖的影响,尚需进一步的研究。     

人工鱼礁生态系统碳汇机理及潜能分析

人工鱼礁海区作为典型的浅海人工修复增殖生态系统,其生物群落结构、生态环境均在一定范围内受到人为调控,因此,该系统的碳循环过程和固碳能力很大程度上被人类生产活动所影响。本研究根据人工鱼礁生态系统的结构特征,探讨礁区主要生物固碳因子及其固碳机理,初步提出礁区生物固碳量的计量方法,并讨论通过人工鱼礁建设扩增海洋生物固碳的途径与方法。     

人工鱼礁材料添加物碳封存能力及其对褶牡蛎(Ostrea plicatula)固碳量的影响

本研究将农渔废弃物(花生秸秆和海湾扇贝壳)作为鱼礁材料添加物,利用礁体自身碳封存增加人工鱼礁碳汇潜能的可行性,并通过研究礁体附着生物的变化特征,探讨礁体材料添加物对人工鱼礁生态系统生物固碳的影响.结果显示,实验海区礁体附着生物的优势种为褶牡蛎(Ostrea plicatula Gmelin),添加了花生秸秆和海湾扇贝壳的人工鱼礁并未显著增加褶牡蛎的附着量(P＞0.05).通过对添加物礁体自身碳封存量的计算,海湾扇贝壳添加物单位实验礁的最小碳封存量为104.13kg,最大碳封存量为260.32kg;花生秸秆添加物单位实验礁的最小碳封存量为296.28kg,最大碳封存量为740.70 kg;实验礁体添加物的总碳封存量达2802.87 kg.以此估算,如将实验所在的66.67 hm2礁区已投放的圆管型混凝土礁材料加入添加物,以海湾扇贝壳替代率为10％计算,至少可完成52040.00 kg碳的封存,以花生秸秆替代率为25％计算,礁体自身的碳封存量可达370350.00kg.     

桑沟湾不同区域养殖栉孔扇贝的固碳速率

测定桑沟湾深水区、浅水区栉孔扇贝固碳量,并进行固碳速率的标准化处理,增加了与陆地生态系统固碳率的可比性,分析了栉孔扇贝在不同养殖区的固碳速率及其主要控制因素。研究显示,对于同一养殖种类,深水区生物固碳的速率比浅水区高两倍。不同区域,贝类壳碳及软体部中碳的含量没有显著性差异,导致区域性差异的主要原因是由于生长速度、养殖密度及存活率的不同而导致单位面积的产量存在差异。养殖栉孔扇贝的固碳速率可与森林相媲美。另外,贝类的养殖活动与浅海生态系统的碳循环之间关系复杂,需要加强贝类的摄食、呼吸、生物沉积、钙化等整个生理生态学过程研究。     

獐子岛海域浮游植物的粒径结构及碳流途径

根据2011年6月、10月、12月和2012年4月4个航次对獐子岛海域水温、分粒径Chl a浓度、透明度等参数的调查数据,分析了该海域Chl a浓度的时空变化特征,探讨了浮游植物的粒径结构、光合固碳能力及碳流途径。研究结果显示,獐子岛海域表、底层Chl a浓度年变化范围分别为0.07–6.28 µg/L和0.16–5.28 µg/L,年平均浓度分别为(1.60 ± 1.38) µg/L和(1.31 ± 1.10) µg/L,存在显著的季节差异(P<0.05)和空间分布的不均匀性,表、底层Chl a含量秋、春季节差异极显著(P<0.01)。表、底层浮游植物粒径组成均以微型浮游植物(Nano-phytoplankton)为主,贡献率分别为50.85%和44.64%。典范对应分析(CCA)结果表明,NO3-、PO43-和NH4+的3种形态无机营养盐对微型浮游植物有显著的影响,而水温和NO2-对微微型浮游植物(Pico-phytoplankton)影响显著。该海域初级生产力变化范围为40.31–1017.64 mg C/(m2·d),平均为(386.07±281.80) mg C/(m2·d)。超过38.3%的总初级生产通过微食物环向高营养级传递并入经典食物链,微食物环在獐子岛虾夷扇贝养殖生态系统中扮演着重要角色。