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浅海规模化贝类养殖系统氮、磷营养盐的垂直通量研究

蔡立胜  
【摘要】: 本论文概述了浅海贝类生态系统研究的一般进展,从与海区有重要营养意义的氮、磷营养元素的循环出发,重点关注了由于滤食性贝类的生物沉积作用加强的海区自然沉积作用,以及滤食性贝类与环境的相互关系,以及沉积物-海水界面营养盐的通量等研究的一般进展。本文对北方典型贝类大规模养殖海湾桑沟湾进行了其海水与沉积物之间氮、磷和有机质的垂直通量进行了初步的研究。从2001年9月到2002年7月底分5个阶段,使用沉积物捕获器在桑沟湾进行了扇贝、牡蛎和海带养殖区的自然沉积作用的测定,并利用对收集的沉积物的分析结果对该养殖海区的颗粒总氮和颗粒总磷由海水到海底的通量进行了估算和探讨。在2002年5月和7月分四个航次对桑沟湾养殖海区海底沉积物进行了底质分析与间隙水三氮和磷无机营养盐(NH_4~+,NO_3~-,NO_2~-,PO_4~(3-)的分析,并使用Fick第一定理对该海区沉积物-海水界面无机氮磷营养盐的通量进行了估算。实验主要结果如下: ①估算结果显示该海区颗粒物质的年平均沉积速率为278.8g·m~(-2)·d~(-1),而每g颗粒物质则携带了190.4μg的总氮,472.5μg的总磷和0.103g的有机物质沉入海底。周年沉积速率最高的是在7月,其次是5月,最低的是9月。从2001年9月到2002年1月,在扇贝、牡蛎、海带3种养殖海区所测的沉积速率没有明显的区间差异(t<t_(0.05)),但是在2002年5月和7月的实验结果显示了极显著的区间差异(t>t_(0.001))。 ②沉积物的总氮和总磷含量显示了较明显的季节性变化。总氮含量的峰值出现在5月(春季),最低值出现在12月(冬季)。而总磷含量在12月显著高于5月和7月时段。说明了春季桑沟湾沉积的物质由相对高氮而低磷的颗粒控制,冬季则由相对低氮和高磷的颗粒所控制。分析表明水层沉积物质的氮磷摩尔比为0.67~2,而底泥的氮磷比为0.025~2,说明了底泥比水层沉积物有更复杂的氮磷构成。桑沟湾表层底泥比重为2.22~2.55,平均2.37;容重1.05~1.41g/mL,平均1.09g/mL;间隙度0.46~0.57,平均为0.50。桑沟湾底泥间隙度明显小于其它开阔性海域和养殖密度较小的养殖海区,这是该湾扩散通量较小的主要原 因。以上各指标在20cm以内的表层沉积物中分层不明显,各层之间 差异不显著(tto.os)。研究结果表明各航次桑沟湾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,三氮含量以N场十为主,各航次之间差 异也较显著。 ③用四个航次的数据估算全年由沉积物向上覆水扩散的NH4+的通量为 376.33 p mol·m一d”,No3一、NoZ一和Po护一的通量分别是33.似p mol·m-2·d“,、 6.41, mof·m一d-l和10.08,mol·m-z·d’‘。N氏十在各航次中大部分站点为从间 隙水向上覆水扩散,NO3.在5月大部分站点为间隙水向上覆水扩散,而在7月约 有一半的站点为上覆水向间隙水扩散,NOZ一则在各月份各站点总是由间隙水向上 覆水扩散,Po43在7月的各站点总是由间隙水向上覆水扩散。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281.71t,可以满足该湾浮游植物初 级生产需要的28 .73%,释放的无机磷的总量为41 6.23t,可以完全满足该湾全年 浮游植物的需求之外,还可以满足其它水生植物如养殖的海带和其它附着植物的 一部分需要。 本实验的研究结果为桑沟湾沿岸海域氮、磷营养盐的通量建模提供了重要参 数,并为养殖水域环境容量的研究提供了重要的依据。


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