桑沟湾养殖水域沉积物中营养要素(TOC、TN和TP)溶出动力学特性

2003 年8~11 月对桑沟湾进行了两次生态环境的调查研究,测定了其扇贝、海带和牡蛎养殖区3个站位的表层沉积物中有机碳、总氮、总磷的含量,并且通过沉积物水界面交换室内培养实验得到了沉积物水界面有机碳、总氮、总磷的交换量与时间的动力学关系,利用连续函数和非线形拟合技术计算了沉积物水界面有机碳、总氮、总磷的交换速率。其交换速率变化范围TOC 为22 .96~172. 41 mg/m2·d,TN为1 .71~10. 83 mg/m2·d,TP为1. 22~7 .66 mg/m2·d。总体趋势是相同站位的交换速率为8月高于11月,不同站位的交换速率为扇贝和牡蛎养殖区高于海带养殖区。     

桑沟湾养殖海区沉积物-海水界面氮、磷营养盐的通量

20 0 2年 5月和 7月分 4个航次对桑沟湾养殖海区海底沉积物进行了底质与间隙水营养盐(NH+ 4,NO- 3,NO- 2 ,PO3- 4)的分析 ,并使用Fick第一定理对该海区沉积物 海水界面营养盐的通量进行了估算。研究结果表明 ,各站点间隙水三氮和磷酸盐的平面分布和垂直分布有较大的差异。用 4个航次的数据估算全年由沉积物向上覆水扩散的NH+ 4的通量为 376 33μmol/m2 ·d ,NO- 3、NO- 2 和PO3- 4的通量分别是 33 0 2、6 4 1、10 .0 8μmol/m2 ·d。估算桑沟湾全年由沉积物扩散进入上覆水的总无机氮的量为 2 81 7t,可以满足该湾浮游植物初级生产需要的 2 8 73% ,释放的无机磷的总量为 4 16 2t,可以完全满足该湾全年浮游植物的需求。研究结果为桑沟湾海湾沉积物 海水界面氮、磷营养盐的通量建模提供了重要数据 ,结论可以运用到规模化养殖海湾养殖容纳量的进一步研究之中。     

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。     

桑沟湾贝类养殖水域沉积物再悬浮的动力机制及其对水体中营养盐的影响

基于海流、波浪、水环境和沉积环境指标的实测资料,探讨了桑沟湾贝类养殖水域沉积物再悬浮的动力机制,并估算了一次大的动力过程作用下桑沟湾沉积物中氮、磷营养盐的释放量。结果表明,(1)在小风速(≤5.0m/s)条件下,波浪在海水-沉积物界面产生的切应力量值与底流切应力大致相当;在较大风速(5.0～11.8m/s)条件下,波浪切应力比底流切应力高出一个量级;(2)当风浪较小(风速≤3.6m/s)时,随底层流速的周期性变化,底层水体浊度变化并未呈现出明显的规律性,二者相关系数值仅为0.22,这说明底流作用只会引起沉积物的水平输运,对沉积物再悬浮的贡献相对较小,沉积物再悬浮的动力主要来自波浪扰动;(3)据估计,桑沟湾贝类养殖水域沉积物再悬浮的临界波浪切应力在0.04N/m2左右,对应的风速约为8m/s;(4)据估算,一次大的动力过程作用下桑沟湾沉积物中无机氮和活性磷酸盐的最大释放量,春季分别为10.24t和1.71t,这相当于全湾水体中无机氮平均含量增加9.54μg/L,活性磷酸盐平均含量增加1.59μg/L;夏季分别为11.04t和0.95t,相当于全湾水体中无机氮平均含量增加10.28μg/L,活性磷酸盐平均含量增加0.88μg/L;(5)贝类养殖使桑沟湾生物沉积作用加强,而沉积物再悬浮造成的内源释放,又对桑沟湾的水产养殖产生反馈作用。     

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盐时空分布特征及富营养化评价

根据2014年10月、2015年3月、5月和8月在桑沟湾养殖水域开展的海洋调查所获取的营养盐状况调查数据,分析了营养盐含量的季节变化和平面分布,并对该水域营养水平状况进行了评价.结果显示,该海域秋季溶解无机氮(DIN)含量明显高于其他三个季节.夏季NO2-N的平均含量最高,秋季NO3-N的平均含量最高,春季NH4-N的平均含量最高,冬季PO4-P的平均含量最高.与海水水质标准相比,各季节DIN总体水平均低于海水一类标准值,春季和夏季PO4-P总体水平低于海水一类标准值,秋季和冬季PO4-P总体水平则高于海水一类标准值.从平面分布看,春季DIN含量呈湾内低、湾外高的趋势,夏季和秋季呈湾内高、湾外低的趋势,冬季呈自湾内南部水域向北逐渐降低的趋势.春季和冬季PO4-P含量均呈自湾内中部水域向外逐渐下降的趋势,夏季呈自湾内中部水域向外逐渐上升的趋势;秋季则呈湾内高、湾外低的趋势.春季、夏季和冬季N/P比值均高于Redfield比值,无机磷相对缺乏,而秋季N/P比值与Redfield比值基本一致.根据潜在性富营养化评价模式,桑沟湾养殖海域四个季节的营养水平较低,均属贫营养水平.与20世纪八九十年代相比,桑沟湾浮游植物生长的主要限制性因素已由整体的氮限制转变为春、夏季磷限制为主.     

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。     

莱州湾和桑沟湾养殖海区浮游植物的研究Ⅰ.

系统研究了中国北方两个典型养殖海湾浮游植物的周年变动。从莱州湾浮游植物全年分布来看,早春2～3月是细胞数量的高峰,此时的主要物种是中肋骨条藻(Skeletonema costatum(Grev．)Cleve)和角毛藻(Chaetoceros sp)等硅藻,形成明显的暴发性增长。莱州湾浮游植物的群落演替明显,硅藻和鞭毛藻类交替占优势：有4个月是硅藻占绝对优势,其他藻类很难见到;有4个月是硅藻占优势,甲藻或绿藻为次优势种;有4个月是以单细胞的金藻、绿藻或甲藻占优势。在8月份之前,3个采样点之间浮游植物在数量上差异不大;9月到12月份差异比较大,说明筏式养殖的扇贝对浮游植物数量有一定影响。另外,浮游植物优势种的年际变化,说明包括营养盐在内的海区环境因子可能发生了变化。     

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。     

桑沟湾贝类养殖区沉积碳库年汇入速率的高分辨率记录及其对人类养殖活动的响应

本研究对2014年取自桑沟湾贝类养殖区的柱状沉积物进行分析,测定每层沉积物中总碳(TC)、总有机碳(TOC)和总氮(TN)的质量分数,并计算总无机碳(TIC)、海源性有机碳(Cm)和贝壳无机碳(Shell-IC)的质量分数以及各组分碳在总碳中的贡献率,同时对其年汇入速率(BF)进行估算。结合210Pb测年法,研究近80年沉积碳库各种碳的年汇入速率的高分辨率记录,发现其中TC、TIC、TOC、Cm和Shell-IC的平均含量分别为1.09%、0.75%、0.34%、0.15%和0.06%。研究还发现,TIC是TC的主要形式,在1960—2010年的贡献率保持在60%以上。Cm的质量分数在2010年前无较大幅度的波动,但在2010年后显著增加,使得Cm/TC及TOC/TC也显著提升。Shell-IC在养殖活动开始后至2000年一直处于较低水平。各组分碳的年汇入速率在1960—2000年间随海水养殖活动呈现相应的变化,之后由于养殖规模和格局的调整,BFCm、BFTOC和BFTC显著升高,BFTIC降低,BFShell-IC先升高后降低。桑沟湾的海水养殖活动影响着贝类养殖区沉积碳库的组成和年汇入速率,碳库各组分的变动也体现出与之相应的变化。本研究详细描述了人类海水养殖活动在开始后的50年里对沉积碳库年汇入速率的影响特征,也为今后陆架海区水产养殖活动的合理规划提供参考。     

桑沟湾浮游植物生态特征

根据2003年8月～2005年5月桑沟湾4个航次调查结果,对该海区浮游植物的种类组成、数量分布和群落结构进行分析。结果表明,调查海域共检出浮游植物32属72种。其中,硅藻29属60种,占83.3%。甲藻3属12种,占16.7%。浮游植物数量的变动范围为5.0×10^4～3416.0×10^4cell/m^3,浮游植物数量均值的最高值出现在2003年8月,最低值出现在2005年5月。经多样性指数、丰富度指数、均匀度指数和单纯度指数分析,调查海域浮游植物的群落结构随季节变化明显,秋季的种类数、多样性明显高于春季。综合评价表明,桑沟湾海域浮游植物种类个体数量分布不均匀,生物多样性一般。     

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。     

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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桑沟湾不同养殖区水体微生物群落结构特征

采用PCR-DGGE分子指纹图谱技术研究了2007年夏季桑沟湾不同养殖区水体微生物群落结构特征。DGGE指纹图谱分析表明, 不同站位之间既存在共同图谱, 又具有各自的特征谱带, 总体上可分为4个区, 湾外区、湾口区, 湾中区和湾底区, 分别与非养殖区、海带养殖区、综合养殖区、贝类单养与网箱养殖区行相对应; 扇贝养殖区和牡蛎养殖区微生物相似性最高为94%, 贝类单养与网箱养殖区和非养殖区相似性最低为41%, 仅在网箱区发现对含氮污染物有去除作用的玫瑰杆菌属(Roseobacter)。17个站位表层水样共获得30个优势菌群, 选择比较明显的12条带进行回收、扩增和测序, 与GenBank中已经登录的细菌种群的同源性进行比较(相似性92%~98%), 结果表明, 这12条序列所代表的细菌分属于变形菌亚门(α-proteobacteria和γ-proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)。研究结果说明贝类单养和网箱养殖对环境的改变较大, 海带养殖对环境的改变较小, 综合养殖能减少贝类和网箱养殖对环境的污染程度, 是一种值得大力推广的养殖模式。