桑沟湾养殖海域氮、磷收支及环境容量模型

摘要

本文根据收支平衡原理，建立了桑沟湾氮、磷营养盐的环境容量模型，模型分为水体中的环境容量模型和沉积环境的环境容量模型两部分。水环境容量模型包括营养盐输入，营养盐生物、化学迁移和转化内循环，营养盐输出3个逻辑模块；沉积环境包括颗粒物沉降输入和氮、磷营养盐再溶出输出2个逻辑模块。涉及溶解无机氮(DIN)、磷酸盐(PO4-P)、浮游植物、贝类、有机碎屑和溶解有机态营养盐6个状态变量。该模型能够较好地模拟2003年桑沟湾DIN、PO4-P和浮游植物生物量季节变化规律。该模型逻辑结构和模型参数合理，能够反映桑沟湾因贝类和海带养殖而对DIN和PO4-P营养盐循环及其变化产生的影响。应用该模型对桑沟湾DIN和PO4-P的自净容量、环境容量、收支状况及桑沟湾的初级生产力进行研究，主要结论如下： 1.桑沟湾氮营养盐环境容量：桑沟湾DIN营养盐自净量是春季最大，冬季最小，夏秋居中，这主要是海洋中物理、生物化学和地球化学自净过程共同作用的结果。其中养殖贝类和海带对于自净容量的影响巨大，尤其是海带在春季对于DIN的大量吸收使得春季的自净容量达到了全年最高水平。桑沟湾氮的环境容量在一级海水水质标准下为4184.2t/a。 2.桑沟湾氮收支：2003年桑沟湾氮输入量小于输出量，处于亏损状态。年输入通量为2942.3t，输出通量为4693.3t。河流径流输入、沉积物释放、贝类排泄和再悬浮释放是桑沟湾海水中氮输入通量的主要来源，分别为37.2t，604.0t、1101.7t、865.6t，各自占输入通量的12.7％、20.5％、37.4％、29.4％。养殖生物同化、浮游植物吸收、有机碎屑沉降和水动力输出是氮输出通量的主要来源，分别为1347.1t、770.6、1697.5t、878.1t，各自占输出总量的28.7％、16.4％、36.2％、18.7％。 3.桑沟湾PO4-P收支：2003年桑沟湾PO4-P输入量略小于输出量，处于亏损状态。年输入通量为268.9t，输出通量为305.1t。在PO4-P各种来源中，河流径流输入PO4-P通量为32.0t，占总输入通量的11.9％；贝类排泄输入PO4-P通量为118.0t，占总输入通量的43.9％；沉积物释放PO4-P通量为44.1t，占总输入通量的16.4％；再悬浮释放的PO4-P通量为74.8t，占总输入通量的27.8％。。养殖生物同化和浮游植物吸收PO4-P的通量为132.4t，占总输出的43.4％；有机碎屑沉降PO4-P的通量为115.0t，占总输出通量的37.7％；PO4-P的水动力输出过程为57.7t，占总输出的18.9％。 4.桑沟湾的初级生产力：桑沟湾的初级生产力季节变化明显，最低值出现在1月，为42.1mgC/m2/d，最高值出现在7月，为1419.7mgC/m2/d，整体趋势是夏、秋季高，冬、春季低。桑沟湾的初级生产力的变化受养殖影响很大，海带养殖是春季初级生产力低下的主要原因，而夏季初级生产力的迅速增加也与养殖贝类排泄营养盐有密切的关系。 总之，本论文建立了桑沟湾养殖海域氮、磷营养盐环境容量模型，并应用此工具计算了桑沟湾海水中富营养化物质DIN和PO4-P的环境容量、沉积环境的埋藏量以及海域初级生产力，对中国浅海贝类养殖海域的富营养化污染研究、贝类养殖密度和模式的优化等都有一定借鉴作用。

目录

前言

第一部分文献综述

1.1我国浅海养殖概况和目前面临的问题

1.2桑沟湾概况

1.3海洋环境容量模型概述

1.3.1养殖海域环境容量计算方法

1.3.2海洋生态动力学模型简述

1.3.3模型的基本组成

1.4浅海养殖环境容量模型研究的重要性和现状

第二部分模型的建立与模拟结果

2.1研究思路与方法

2.2概念模型

2.2.1假设

2.2.2模型框图

2.3水体中的氮、磷收支及环境容量模型

2.3.1营养盐输入模块

2.3.2营养盐内循环模块

2.3.3营养盐输出模块

2.4沉积环境中的氮、磷收支及容量模型

2.4.1颗粒有机物沉降输入模块

2.4.2溶解态氮、磷再溶出输出模块

2.5参数值和初始值的估计和选择

2.5.1本文中选择参数的原则

2.5.2参数列表

2.5.3初始值的确定

2.5.4物理参数的模拟

2.6模拟结果与讨论

2.6.1水体模型主要模拟结果

2.6.2桑沟湾水体环境氮、收支状况

2.6.3沉积模型主要模拟结果

2.6.4桑沟湾初级生产力模拟结果

2.6.4讨论

2.6.5参数的敏感性分析

第三部分桑沟湾养殖水域水体环境容量的计算

3.1海洋环境容量的概念

3.2环境容量的计算方法

3.3结果与讨论

3.3.1氮自净容量的季节变化

3.3.2环境容量计算结果

第四部分结语

参考文献

致谢