滤食性贝类规模化养殖的环境效应及可持续生产模式探索

摘要

海水贝类养殖业是我国沿海海水养殖的支柱产业之一，在我国海水养殖中占据非常重要的地位，近几年的数据显示，我国海水贝类的养殖产量占到海水养殖总产量的70％以上，且产量也呈逐年增加的态势。海水贝类养殖在迅速发展的同时，一些负面效应也开始显现：为提高养殖产量，追求单位面积的经济最大化，养殖户在扩大养殖面积的同时，不断增加单位面积的筏架数量，这种高密度、大规模的养殖方式，不仅改变了自然海区的理化环境及不同生态位的生物组成而且对养殖生物自身和养殖水环境造成了不可忽视的影响。
　　本文从贝类养殖区的悬浮颗粒物沉降通量入手，基于群落水平研究了紫贻贝和长牡蛎的群落结构、营养盐释放速率、摄食及代谢生理，甄别了生物沉积中有机质的来源，构建了物质收支、能量收支方程，阐明了紫贻贝养殖生态系统中颗粒有机碳（POC）的生物地球化学过程，构建了滤食性贝类-刺参-篮子鱼综合养殖理论模型，探讨了凸壳肌蛤生物扰动作用对沉积物有机质矿化的促进作用。主要研究结果如下：
　　一、规模化养殖区沉降颗粒物的沉降通量及群落水平的结构与能量、物质收支
　　调查发现养贝区的沉降通量始终高于对照区，且有明显的季节差异性，夏秋季节显著高于春冬季节（P＜0.05）；对照区沉降颗粒物中的有机质含量始终高于养贝区。在2015年9-10月份和2016年3-4月份差异显著（P＜0.05），其余月份无显著性差异（P＞0.05）；养贝区和对照区的POC（颗粒有机碳），TN（总氮）的沉降通量在夏秋季节显著高于春冬季节（P＜0.05），除3月份外，其他月份养贝区均高于对照区，且两区除6月份外均差异显著（P＜0.05）。
　　紫贻贝群落上可以鉴定的大型附着生物在4月份有18种，在6月份有21种，4月份的附着生物群落优势种为长牡蛎（Crassostrea gigas），多室草苔虫（Bugula neritina），光辉圆扇蟹（Sphaerozius nitidus），干重分别占到了总附着生物的20.24±2.53%，30.09±3.10%，15.28±0.34%；7月份的附着生物群落优势种为长牡蛎（Crassostrea gigas），多室草苔虫（Bugula neritina），穿贝海绵（Cliona sponge），干重分别占到了总附着生物的11.47±1.26%，8.38±1.29%，48.28±2.07%，长牡蛎群落上可以鉴定的大型附着生物在9月份有9种，优势种为刺松藻（Codium fragile(Sur.) Hariot），多室草苔虫（Bugula neritina），玻璃海鞘（Ciona intestinalis），干重分别占到了总附着生物的4.77±3.13%，79.74±1.75%，7.41±1.11%（双壳贝类取软体干重，其他生物均为总干重）。
　　紫贻贝群落水平的能量与物质收支及长牡蛎群落水平的能量收支结果如下：
　　4月份（16℃）
　　能量收支：100摄食能=6.38生长能+30.94粪便能+4.34排泄能+58.34呼吸能
　　碳收支：100摄食碳=5.10生长碳+15.60粪便碳+4.39排泄碳+74.91呼吸碳
　　7月份（20℃）
　　能量收支：100摄食能=2.29生长能+22.34粪便能+10.16排泄能+65.21呼吸能
　　碳收支：100摄食碳=1.36生长碳+12.83粪便碳+9.38排泄碳+76.43呼吸碳
　　9月份（25℃）
　　能量收支：100摄食能=26.93生长能+29.88粪便能+1.06排泄能+42.13呼吸能
　　依据全年养贝区和对照区POC的沉降通量、养贝区沉积物矿化速率及埋藏速率、两个月份紫贻贝群落水平碳收支的均值，构建了单位面积养贝区（0.62 r/m2，一绳紫贻贝长度为2 m，平均壳长为68.33 mm，个数约为567 ind）的POC生物地化过程，结果表明贻贝群落中参与沉降的POC占到了总摄入POC的14.22%，这部分占到了总沉降POC的41.07%，所有沉降的POC大部分被矿化成CO2，占比为55.58%，埋藏的部分占比为33.19%。
　　二、滤食性贝类-刺参-篮子鱼综合养殖理论模型的构建
　　利用网箱进行刺参苗种的海上中间培育是大规格底播刺参苗种来源之一。但饵料成本及污损生物在网衣上的附着是限制该保苗方法进一步发展的关键问题。针对饵料成本过高的问题，利用养贝区富含有机质的沉积物作为刺参的天然饵料，在自然海域中跟踪观测了以不同类型沉积物为食的刺参的生长速度，结果表明养贝区刺参的生长情况好于其他海区。系统研究了桑沟湾楮岛海域不同海区不同水层网衣附着生物量的月际变化、黄斑篮子鱼（Siganus oramin）对优势藻类的摄食能力以及黄斑篮子鱼对养殖网箱上网衣藻类的清除效果。结果表明，同一月份不同深度附着藻类生物量的日均增长量有一定差异，且不同水层在8月7日-9月14日时间段内的藻类附着日均增长量均显著高于其他月份（P＜0.01），各个月份海头红（Plocamium telfairiae）均为该区域的优势种类；构建了适温条件下黄斑篮子鱼对海头红的碳收支方程：100摄食碳=11.69生长碳+10.82粪便碳+6.06排泄碳+71.43呼吸碳；初始体重1.44±0.61 g的黄斑篮子鱼经过152 d的养殖,平均体重达到45.38±4.22 g,日均增重0.26 g，对不同月份网衣附着藻类的清除率在80.28%-90.15%之间。实验证明利用贝类的生物沉积饲喂刺参是可行的，且黄斑篮子鱼可以作为养殖区网衣附着藻类生物清除的工具种。
　　三、凸壳肌蛤生物扰动作用对沉积物有机质矿化速率的影响
　　凸壳肌蛤（Musculus senhousei）是虾蟹类养殖优质的饵料生物，是极具养殖潜力的贝类品种。同时凸壳肌蛤生物扰动作用对沉积物-海水界面营养盐的通量有着不同程度的影响。研究结果表明，7℃时，相对于无扰动组NH4+-N，NO3--N， NO2--N，SiO32-，PO43-的改变比例分别为18.55%，-41.56%，135.42%，0.00%，-46.11%，对矿化速率的提升为13.08%；15℃时，相对于无扰动组NH4+-N，NO3--N，NO2--N， SiO32-，PO43-的改变比例分别为42.99%，226.35%，-85.12%，-5.19%，67.86%，对矿化速率的提升为36.36%；23℃时，相对于无扰动组NH4+-N，NO3--N，NO2--N， SiO32-，PO43-的改变比例分别为8.90%，-153.51%，-18.32%，8.91%，1798.17%，对矿化速率的提升为102.31%。
　　构建了不同温度下凸壳肌蛤的能量收支方程：
　　7℃100C=58.12F+46.74R+2.54U-7.40P
　　15℃100C=44.28F+29.14R+1.85U+24.73P
　　23℃100C=17.18F+41.81R+6.64U+34.37P
　　31℃100C=53.35F+28.26R+14.66U+3.73P。

目录

声明

第一章 引 言

1.1我国海水贝类养殖的地位和发展现状

1.2浅海规模化贝类养殖的环境效应

1.3浅海规模化贝类养殖的可持续发展策略

1.4展望

第二章 基于群落水平滤食性贝类的生理研究及其环境效应

2.1材料及方法

2.2 结果

2.3 讨论与结论

第三章 滤食性贝类-刺参-篮子鱼综合养殖理论模型的构建

3.1 材料与方法

3.2结果

3.3 讨论与结论

第四章 凸壳肌蛤生物扰动对沉积物-水界面五项营养盐扩散通量的改变及对生物沉积物矿化的影响

4.1材料及方法：

4.2 结果

4.3 讨论与结论

小结

论文存在的问题与展望

硕士期间的文章发表及专利申请情况

参考文献

致谢