长牡蛎和福建牡蛎个体生长模型的构建及比较

长牡蛎和福建牡蛎分别是我国北方和南方沿海重要的养殖贝类。为比较分析二者的动态生长情况,实验基于动态能量收支理论（DEB）,以连续监测的水温和叶绿素a浓度为强制因子,通过现场实验、模型调试和文献查阅等方式获取模型参数,利用Python 2.7软件分别构建了桑沟湾长牡蛎、深沪湾福建牡蛎的个体生长模型,并以两种牡蛎的实测生长数据进行验证。结果显示：①所构建的DEB模型能够较好地模拟长牡蛎、福建牡蛎的个体生长情况（壳高、软组织湿重等）,模拟值与实测值之间相关性显著;②长牡蛎和福建牡蛎的温度耐受上限（T_H）、温度耐受下限（T_L）、半饱和常数（F_H）等参数存在差异,这可能与不同海域的理化环境、食物组成及牡蛎的选择性摄食有关;③在模拟周期内,受温度和食物的双重限制,长牡蛎冬季生长缓慢,而福建牡蛎处于持续增长状态,期间主要受到食物的限制。本研究结果可为后续生态系统模型构建和牡蛎养殖容量评估提供基础数据。     

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。     

基于DEB理论的皱纹盘鲍个体生长模型参数的测定

为获取皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai)个体生长模型所需的6个关键参数,设计了饥饿耗能、温度对耗氧的影响等相关生理实验,计算得到各项参数值。单位体积维持耗能率的值 、形成单位体积结构物质所需的能量值 、单位体积最大储存能量 和储备能量值 4个参数,通过连续测定皱纹盘鲍饥饿过程中呼吸耗氧率和软组织干重不断下降直至保持稳定时的能量值计算;温度函数中Arrhenius温度 的数值根据皱纹盘鲍在不同温度梯度下的单位干重耗氧率测定、计算;形状系数δm值通过统计测量的壳长、软组织湿重等生物学参数拟合回归得到。结果显示,皱纹盘鲍在饥饿后,呼吸耗氧率和软组织干重分别降低了26.3%和70.0%,呼吸耗氧率由2.69 mg/(ind.?h)逐渐降低并稳定在0.8 mg/(ind.?h),软组织干重由(5.21±0.89) g降低至(3.84±0.22) g;根据公式计算得 和 的值分别为20.18 J/(cm3?d)和8120 J/cm;皱纹盘鲍饥饿前后有机物含量分别为80%和58%,经过换算, 和 的值分别为2726 J/cm3和32583 J/g。不同规格的皱纹盘鲍在水温为5℃~20℃范围内,温度与单位干重耗氧率呈正比;当水温超过20℃之后,温度与单位干重耗氧率呈反比。在转折点20℃之前,单位干重耗氧率的ln值与温度(热力学温度,K)的倒数呈线性关系,线性回归方程斜率的绝对值为Arrhenius温度 值( =7196 K)。生物学统计分析鲍壳长(L)与体积(V)呈三次函数关系：V=0.0639 L3.1621(R²=0.9852),根据公式对软组织湿重的立方根与壳长进行线性回归,所得的斜率即为形状系数δm值(δm=0.43)。本研究对建立以DEB理论为指导的皱纹盘鲍个体生长模型提供了数据支撑。     

单环刺螠生物扰动对沉积物-水界面氮磷扩散通量的影响

为了解单环刺螠生物扰动作用对沉积物-水界面氮磷扩散通量的影响及其持续性,于2020年11—12月,采用室内实验生态学的方法,设置低密度 (LD,500 尾/m²)、中密度 (MD,2 500 尾/m²)、高密度 (HD,8 300 尾/m²)处理组和1个对照组 (CO,0 尾/m²),进行了2 d为一个实验时段,为期20 d的模拟实验。结果显示,处理组溶解无机氮(DIN)扩散通量变化范围为10.6~765.3 μmol/(m²·d),与对照组相比,低、中、高处理组的DIN通量分别提高了57%、76%、88%。NH₄⁺是DIN的主要贡献者,对DIN的贡献在低、中、高处理组中分别占55%、65%和80%。与对照组相比,低、中、高密度组的平均NH₄⁺通量分别提高了39%、111%和257%,与低、中密度处理组平均NH₄⁺通量相比,高密度处理组分别提高了43.7%和23.6%。在第2~10天,NH₄⁺通量处于持续增加的趋势。处理组PO₄³⁻通量变化范围为−7.85~6.42 μmol/(m²·d),第2~6天,处理组PO₄³⁻通量持续增加。研究表明,单环刺螠的生物扰动能够持续地促进DIN由沉积物向水体中扩散,且存在明显的密度效应。研究结果将为深入认识单环刺螠在水层-底栖系统耦合过程中的生态作用提供基础数据。     

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。     

胶州湾菲律宾蛤仔个体生长模型的构建与验证

为更好地掌握胶州湾菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)的动态生长情况,本研究基于动态能量收支(Dynamic energy budget, DEB)理论,利用python软件构建了菲律宾蛤仔的个体生长模型,以2018年4月24日~2019年1月9日观测的胶州湾海域叶绿素a和水温为强制函数,通过现场实验和已有文献报道获取模型参数,模拟了菲律宾蛤仔软体组织质量和壳长的生长情况,并根据胶州湾海域菲律宾蛤仔生长的实测数据对模型进行了验证。结果表明,构建的个体生长模型能够很好地模拟胶州湾海域菲律宾蛤仔软体组织干重和壳长的生长,软体组织干重和壳长的模拟值与实测值呈显著线性相关关系(P<0.01),R2分别为0.9374和0.9168。敏感度指数最高的是阿伦纽斯温度TA和参考温度T1,如果TA和T1分别改变10%,菲律宾蛤仔软体组织干重增加高达8.86%。研究结果为后续开展基于生态系统动力学模型的养殖容量动态评估提供了基础模块和数据支撑。     

虾夷扇贝动态能量收支生长模型

本研究旨在建立虾夷扇贝的动态能量收支(Dynamic Energy Budget,DEB)数值模型,为进一步构建北方海域虾夷扇贝养殖容量评估模型奠定基础。根据DEB理论,以水温和叶绿素浓度作为强制函数,基于现场及室内实验收集DEB模型参数,针对桑沟湾养殖环境和虾夷扇贝生长的数据,利用STELLA软件构建了虾夷扇贝的DEB模型,以长海县养殖环境和1龄、2龄、3龄虾夷扇贝生长的数据对模型进行验证。模型的模拟结果显示:(1)构建的DEB模型能够很好地模拟虾夷扇贝软体部干重的生长,反映了不同时间的能量分配情况;(2)在桑沟湾,6月1日至9月25日期间水温的限制性强于食物限制;在长海海域,9月15日至次年的6月20日期间食物的限制性强于水温的限制,由此推断,长海海域虾夷扇贝的养殖密度过大,可能超出了海域的养殖容量。另外,敏感性分析结果显示,能量分配系数k以及食物摄食能力参数–最大体表面积吸收率PAM、半饱和常数Xk,对虾夷扇贝生长模拟结果有着较大的影响,例如,PAM提高10%,生长模拟结果可增加13%。因此,这些敏感性较大的参数需要通过室内实验或者现场实验准确测定,谨慎赋值。     

滤食性贝类养殖碳汇功能研究进展及未来值得关注的科学问题

我国是世界海水滤食性贝类养殖第一大国,滤食性贝类及其所处的近海生态系统与碳的生物地球化学过程关系密切。本文概述了滤食性贝类养殖碳汇研究进展,分析了目前在支撑数据的科学性和系统性、对关键过程和机理认知等方面存在的问题,提出了后续在碳汇形成过程和机制的基础研究、方法学研发和交易体系建设、碳汇扩增模式构建和产业化应用等亟需持续深入的方向。研究结果将为深入认识和科学评估滤食性贝类养殖生态系统的碳汇效应及其服务国家“双碳”战略目标的潜力提供科学依据。     

胶州湾菲律宾蛤仔生态容量评估及其碳汇功能

胶州湾是我国重要的菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)养殖基地,为探究湾内菲律宾蛤仔的生态容量及其碳汇功能,本研究采用Ecopath模型法评估了胶州湾菲律宾蛤仔的生态容量,并利用Ecosim模块动态分析了菲律宾蛤仔生物量扩大对胶州湾生态系统结构与功能特征的潜在影响,同时估算了胶州湾菲律宾蛤仔个体及种群水平的碳收支情况。结果显示,胶州湾菲律宾蛤仔的生态容量为239.9 t/km2,虽然整体水平尚未达到生态容量,但局部养殖区域已远超出了菲律宾蛤仔的生态容量;当胶州湾菲律宾蛤仔生物量从当前增加至生态容量时,生态系统总流量、容量、优势度和循环指数分别提高了16.0%、3.9%、47.1%和103.0%,而熵值降低了10.4%,表明此时生态系统具有更高的成熟度与稳定性,但菲律宾蛤仔生物量扩大至生态容量10倍时会对生态系统产生不利影响甚至崩溃;菲律宾蛤仔个体在1个养殖周期内约摄取3 310.1 mg C,其中约46.2%的碳沉降至海底,约13.2%的碳通过收获移出,如按菲律宾蛤仔生物量达到生态容量时计算,胶州湾每年将有1.5万t碳以生物沉积形式沉降至海底,有0.6万t碳以收获形式移出。研究结果为指导菲律宾蛤仔增养殖产业的健康可持续发展、阐明菲律宾蛤仔的碳汇功能提供了理论依据与数据支撑