【摘要】：養(yǎng)殖貝類可以通過濾食、代謝和生物沉積等作用影響海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)過程,但是在不同的生態(tài)系統(tǒng)中觀察到的生態(tài)效應(yīng)卻各不相同。樂觀的觀點(diǎn)認(rèn)為貝類養(yǎng)殖可以作為富營(yíng)養(yǎng)化修復(fù)的手段,悲觀的則認(rèn)為可以導(dǎo)致缺氧等負(fù)面生態(tài)效應(yīng)。這種顯性生態(tài)效應(yīng)的變異性除了與養(yǎng)殖規(guī)模有關(guān),還受海域的自然條件影響。本論文選擇在我國(guó)典型的離岸貝類養(yǎng)殖海區(qū)—獐子島海域,通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查研究蝦夷扇貝(Patinopecten yessoensis)底播養(yǎng)殖的生態(tài)效應(yīng)。海域規(guī)律性的物理環(huán)境特征和較小的陸源影響有利于從復(fù)雜的環(huán)境背景過程中識(shí)別出貝類養(yǎng)殖的具體影響。本論文借助2009年7月至2010年6月對(duì)獐子島海域進(jìn)行周年逐月調(diào)查,在比較養(yǎng)殖海區(qū)和非養(yǎng)殖海區(qū)營(yíng)養(yǎng)鹽、葉綠素含量和浮游植物粒級(jí)組成的基礎(chǔ)上,識(shí)別出貝類養(yǎng)殖的下行控制作用并提出春季硅酸鹽限制是最重要的影響;通過2014年春季航次調(diào)查,分析了春季限制性營(yíng)養(yǎng)鹽種類和程度的變化,以及對(duì)浮游植物群落結(jié)構(gòu)的影響;進(jìn)一步地,通過研究春季營(yíng)養(yǎng)鹽、生物硅、葉綠素等生源要素的遷移轉(zhuǎn)化特征來分析春季硅酸鹽限制發(fā)生的原因。引入U(xiǎn)nisense微電極的新方法,在2016年春夏季比較不同養(yǎng)殖海域、不同季節(jié)沉積物理化性質(zhì)的變化,以揭示不同養(yǎng)殖海區(qū)沉積速率的差異,及其受到環(huán)境因子的影響。主要結(jié)果如下:貝類養(yǎng)殖的下行控制作用會(huì)增加無機(jī)氮和磷酸鹽的消耗,并在外源輸入較少的春季,加劇營(yíng)養(yǎng)鹽尤其是硅酸鹽限制。根據(jù)2009年至2010年的周年調(diào)查結(jié)果,研究海域在6 10月份水體出現(xiàn)強(qiáng)烈的垂直分層現(xiàn)象,而在冬季溫躍層消失,水體混合均勻;鹽度的明顯降低發(fā)生在6 8月份的上層水體中。得益于淡水輸入以及溫躍層消失過程中的補(bǔ)充作用,水柱平均營(yíng)養(yǎng)鹽濃度在7 12月呈現(xiàn)增加趨勢(shì)。2010年2月至3月期間,伴隨著葉綠素濃度的增加,營(yíng)養(yǎng)鹽濃度驟降,并在整個(gè)春季出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)鹽的凈消耗。3月養(yǎng)殖海區(qū)的硅酸鹽濃度在所有站位均降至浮游植物吸收最小閾值2μM以下,而在非養(yǎng)殖海區(qū)硅酸鹽限制最早出現(xiàn)于4月份。養(yǎng)殖海區(qū)的無機(jī)氮和磷酸鹽濃度在全年均低于非養(yǎng)殖海區(qū)(P0.01)。上述研究結(jié)果表明,貝類養(yǎng)殖可以通過下行控制作用降低營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度,這種作用在沒有外源輸入補(bǔ)充時(shí)尤為明顯,具體表現(xiàn)為導(dǎo)致了硅酸鹽限制,進(jìn)而引起浮游植物群落結(jié)構(gòu)的改變。伴隨著春季硅酸鹽限制,浮游植物群落優(yōu)勢(shì)種由硅藻向甲藻轉(zhuǎn)變。研究結(jié)果表明,獐子島春季無機(jī)氮濃度一直處于較高水平,3月平均值高達(dá)5.74μM,且隨時(shí)間變化較小。而磷酸鹽和硅酸鹽濃度低于浮游植物最低吸收閾值存在于整個(gè)春季以及各層水體樣品中(磷酸鹽濃度除了五月底層水體外)。3月,硅酸鹽限制發(fā)生頻率高達(dá)71.2%,水柱平均硅酸鹽濃度低至1.7μM。3月至5月,上層水體磷酸鹽濃度由0.12μM降至0.05μM,4月和5月77.3-90%的站位出現(xiàn)了磷酸鹽限制。相應(yīng)地,浮游植物豐度在春季急劇下降,從3月的7.16×10~4降至5月的1.70×10~4 cells L~(-1);浮游植物粒級(jí)組成的占比優(yōu)勢(shì)由小型浮游植物逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑿透∮沃参?群落優(yōu)勢(shì)種由硅藻向甲藻轉(zhuǎn)變。從浮游植物種類鑒定結(jié)果可知,甲藻優(yōu)勢(shì)度和優(yōu)勢(shì)種群增加,而硅藻優(yōu)勢(shì)種群由3月的具槽帕拉藻變?yōu)?月的格氏圓篩藻。結(jié)果表明,硅甲藻優(yōu)勢(shì)地位的轉(zhuǎn)變是由硅酸鹽限制引起的,而磷酸鹽缺乏進(jìn)一步促進(jìn)了優(yōu)勢(shì)種群由硅藻向甲藻轉(zhuǎn)變。浮游植物群落結(jié)構(gòu)的改變是由營(yíng)養(yǎng)鹽的上行控制決定的,而不是貝類選擇性濾食(下行控制)的結(jié)果。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),春季硅酸鹽限制的出現(xiàn)主要?dú)w因于浮游植物光合作用對(duì)硅酸鹽的消耗和本地再生補(bǔ)充的不足。春季晝夜連續(xù)觀測(cè)結(jié)果顯示,硅酸鹽濃度呈現(xiàn)出白天低夜間高的特征,而無機(jī)氮和磷酸鹽晝夜?jié)舛然痉�(wěn)定。水體中顆粒態(tài)生物硅含量滯后于溶解態(tài)硅酸鹽,在4月份出現(xiàn)極低值,且底層富集特征不顯著。從表層沉積物來看,獐子島沉積物類型為粉砂質(zhì)砂,有機(jī)質(zhì)含量?jī)H略高于粉砂質(zhì)砂和砂質(zhì)粉砂的萊州灣。與同樣是底播養(yǎng)殖的膠州灣相比,獐子島海域發(fā)生底層缺氧的風(fēng)險(xiǎn)更低,但是營(yíng)養(yǎng)鹽限制的可能性更高。結(jié)果表明,在獐子島海域生物沉積物的礦化對(duì)水體硅酸鹽的補(bǔ)充不能抵消浮游植物的消耗,這是由于貝類養(yǎng)殖并未顯著加強(qiáng)生物硅向海底的沉積。本論文研究結(jié)果表明,即便在相同的養(yǎng)殖規(guī)模下,貝類養(yǎng)殖的生態(tài)效應(yīng)也因季節(jié)而異。夏、秋季貝類養(yǎng)殖可以消耗水體中過剩的無機(jī)氮和磷酸鹽,而且不產(chǎn)生明顯的負(fù)面生態(tài)效應(yīng);春季則會(huì)引發(fā)或者加劇硅酸鹽限制,導(dǎo)致本論文中觀測(cè)到的硅/甲藻優(yōu)勢(shì)地位的轉(zhuǎn)換。無論是單純的貝類養(yǎng)殖還是利用貝類養(yǎng)殖緩解水體富營(yíng)養(yǎng)化,硅酸鹽限制和硅/甲藻轉(zhuǎn)換的發(fā)生都是一個(gè)養(yǎng)殖規(guī)模確定的理想指標(biāo)�；谶@種春季“瓶頸期”的初級(jí)生產(chǎn)力和浮游植物供餌力水平,可以有效避免對(duì)海區(qū)生物承載力的高估,實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖活動(dòng)和生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。
【圖文】：

圖 2.1 獐子島海域 2009 年 7 月至 2010 年 6 月調(diào)查海域及采樣站位。注：●代表養(yǎng)殖海區(qū)；▲代表非養(yǎng)殖海區(qū)。Figure 2.1 Study area and location of stations sampled from July 2009 to June 2010 in theZhangzi Island area.Notes：● sites in mariculture area; ▲ sites in open waters2.1.2 樣品采集與測(cè)定分析水樣用 5 L Niskin 采水器進(jìn)行采集，自表層至海底以上 2m，每隔 10m 采集一次水樣，主要用于測(cè)定溶解性營(yíng)養(yǎng)鹽（銨鹽，硝酸鹽，亞硝酸鹽，磷酸鹽和硅酸鹽）和葉綠素含量。采集水樣的同時(shí)，用 AAQ1183-1F 型 CTD（Conductivity，temperature，and depth sensor；Alec Electronics Co.，LTD）對(duì)水體不同深度的鹽度和溫度進(jìn)行同步監(jiān)測(cè)。

第 2 章 獐子島營(yíng)養(yǎng)鹽外源輸入和養(yǎng)殖貝類的下行控制作用 結(jié)果.1 溫度和鹽度的周年變化根據(jù)溫度垂直分布，研究海域在 6 10 月水體存在強(qiáng)烈的垂直分層現(xiàn)象冬季溫躍層消失，水體混合均勻（圖 2.2）。水體平均溫度 8 月份最高，隨降低，3 月份水溫最低。表層水溫與水柱平均溫度隨時(shí)間變化的趨勢(shì)相同變化幅度更大，范圍為 2.58 23.66°C。由于受到黃海冷水團(tuán)的影響，夏季體溫度升高存在滯后，在 10 月份達(dá)到溫度最高值 13.91 °C。底層水體溫 10°C（黃海冷水團(tuán)溫度上限）僅存在于 7 月份調(diào)查區(qū)南部大部分站位。7 度表底溫差全年最大，為 13.29 ℃。10 月水柱溫差降至 5 ℃，11 月消失層從 7 月至 10 月深度逐漸增加，6 8 月份溫躍層出現(xiàn)于 15 20m 層，9 月于 20 30 m，10 月份溫躍層深度大于 30 m。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院海洋研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S968.3

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本文編號(hào)：2645904