桑沟湾筏式养殖长牡蛎及其主要滤食性附着生物固碳功能研究

【摘要】近海碳循环是海洋碳循环的重要组成部分，也是人类活动对全球碳循环造成影响的关键环节。在近海海区存在着大量的水产养殖活动，其中贝类养殖被认为对近海的物质循环，特别是碳循环有着重要的影响。针对基于海水贝藻养殖固碳提出的“碳汇渔业”的过程与机制方面的基础研究不足的问题，本论文聚焦在主要养殖贝类-长牡蛎的碳收支研究。以典型筏式养殖区桑沟湾为实验海区，量化长牡蛎生长代谢过程的碳分配及其主要附着生物的固碳功能，构建了养殖长牡蛎的碳收支模型；了解了长牡蛎生物沉积的特性、组成及对底质沉积物的贡献，为阐明滤食性贝类在养殖海域碳循环中的作用机理提供基础数据和科学依据。主要研究工作包括以下几个方面：1.桑沟湾筏式养殖长牡蛎的收获固碳评估。在2012年5月-2013年10月间完成了桑沟湾人工育苗及自然采苗长牡蛎生长及附着生物的追踪调查，对桑沟湾长牡蛎生长情况及其附着生物的季节变化进行了统计。通过元素分析测定碳含量，固碳速率标准化等方法，评估了养殖长牡蛎通过收获从海区的移出碳。调查结果表明，人工育苗长牡蛎经过15个月养成至收获时壳高约为91.5±12.3mm,软体部干重达1.07±0.37g；自然采苗长牡蛎经过24个月养成收获时壳高为75.4±7.3mm，软体部干重为0.87±0.30g。桑沟湾筏式养殖长牡蛎苗绳上附着生物的优势种为：紫贻贝、玻璃海鞘与柄海鞘。到收获季节，人工育苗与自然采苗长牡蛎苗绳的收获总湿重分别为14908.3±2023.8g与15017.7±2528.1g。人工育苗长牡蛎养成后，苗绳上可收获湿重超过60%的成品长牡蛎，而自然苗种仅为45%左右。根据测定各组分干重占总湿重的比例，得出的单条2.5m牡蛎绳收获干重分别为8025.1±1031.4g与8441.8±1548.2g。根据元素分析仪的碳测定结果，平均每条长牡蛎人工育苗苗绳可固碳938.1±121.1g，自然采苗苗绳为989.4±179.1g。标准化处理结果显示：通过收获，人工育苗长牡蛎总固碳速率可达2.36tC/hm2·year，自然采苗长牡蛎总固碳速率约为1.56tC/hm2·year，主要受到养殖周期的影响。2类苗种来源的桑沟湾筏式养殖长牡蛎固碳能力均处于很高的水平，通过收获从海区移出大量的碳。2.长牡蛎生理代谢的日节律研究。通过室内实验与海区现场实验相结合的方法，研究了10℃、18℃及20℃下三种不同规格（壳高：S:2.5cm;M:5.5cm;B:6.8cm）的长牡蛎耗氧率、排氨率及钙化率的日变化。实验结果表明长牡蛎的代谢有一定节律性，其中，呼吸表现为昼夜节律，在水温10℃时为夜高昼低，夜间的耗氧率比白天平均高0.07mg·ind-1·h-1；水温20℃时，室内实验的呼吸率无明显节律，而现场实验则表现为昼高夜低，白天比夜间高0.08mg·ind-1·h-1。排氨率与耗氧率变化不一致，白天和夜间分别有相近的变化趋势，可能是受到潮汐节律的影响；长牡蛎的钙化则表现出复杂的变化，在不同时间段间有显著差异（P＜0.05），但没有明显的节律性。在进行牡蛎生理实验时，要避免取短时间的生理指标计算其代谢水平，应选择不同时段进行重复实验。3.长牡蛎及其附着生物呼吸熵的测定与钙化作用的影响。本文通过呼吸瓶法对养殖长牡蛎及其3种附着生物（紫贻贝、玻璃海鞘和柄海鞘）呼吸熵与氧氮比（O/N）的测定，探讨水产动物呼吸熵测定中钙化作用的影响。结果表明，长牡蛎与紫贻贝的钙化率分别为56.37±14.85和17.95±7.21μmol·g-1·h-1，并因此减少水体DIC3.72±0.80和1.48±0.14mg·L-1，分别占到呼吸增加DIC的60.9±7.6%与39.9±5.7%。4种试验生物的呼吸熵分别为：长牡蛎1.38±0.19、紫贻贝1.18±0.11、玻璃海鞘1.11±0.05、柄海鞘1.32±0.19。除玻璃海鞘外，均与O/N的结果相符。而其中具有钙化作用的长牡蛎与紫贻贝校正前的呼吸熵仅为0.56±0.19与0.70±0.04，不符合O/N的测定值。表明生物钙化对水体中的DIC有明显地吸收固定作用，在呼吸熵的测定中应被准确计算在内。4.长牡蛎生物沉积物的有机物含量、沉降速度及潜在的扩散范围研究。2012年4月到12月对筏式养殖长牡蛎生物沉积物的有机物含量、沉降速度及其潜在的扩散范围进行了研究。实验用长牡蛎按照壳长与湿重分为3个规格组（B:2.83±0.60cm,3.87±0.93g;M:5.46±0.54cm,24.28±5.65gS:7.12±0.67cm,41.08±5.23g），长牡蛎的生物沉积物通过净水暂养的方法获得。经分析得到实验结果：a.长牡蛎生物沉积物有机物含量的范围在11.7%-22.3%之间，在各月份间差异极显著（p＜0.01），其与养殖区水体中颗粒有机物浓度的线性关系为：C(有机物)=1.250CPOM+9.293（R=0.611,p＜0.01）。b.长牡蛎生物沉积物的平均沉降速度分别为:B组1.42±0.72cm·s-1，M组1.16±0.54cm·s-1，S组0.93±0.49cm·s-1；以0.2cm·s-1为一个速度间隔做成沉降速度的频率分布图可以直观的表现长牡蛎生物沉积物的沉降速度，B组长牡蛎生物沉积物的沉降速度多集中于0.7-1.5cm·s-1的速度区间，而大于1.9cm·s-1的部分约为25.2%。M组0.5-1.5cm·s-1之间占总比例的72.5%。S组中低于0.5cm·s-1占总数的18.5%，低于1.3cm·s-1的部分达到了79.9%。c.通过颗粒沉降范围公式估算，养殖区长牡蛎生物沉积物的平均扩散范围约为48.3-203.9m，8月份最大扩散范围可达379.6m以上。5.长牡蛎生物沉积物对底质有机物的贡献。在桑沟湾不同的海区设置采样点（5个养殖区，3个对照点），通过对采样点底质，SG2与SG6两个点的养殖长牡蛎生物性沉积物与海区悬浮颗粒物进行了稳定同位测定及有机物来源的分析。实验结果表明：选取的采样点沉积物稳定碳氮同位素丰度集中于δ13C‰-22.82至-21.62，δ15N‰4.73至6.21之间。在SG2点的悬浮物中，长牡蛎生物性沉积物贡献有机物占9.95%，对照区沉积物与SG2区沉积物贡献分别为54.19%和35.86%。在典型的采样点，该方法能较准确的量化出各有机物来源的贡献比例。7个采样点长牡蛎生物性沉积物有机物贡献在4.06%至28.64%之间，平均贡献率为13.96±8.62%。6.桑沟湾养殖长牡蛎及其主要附着生物的碳收支。养殖长牡蛎及其主要附着生物的碳收支计算对明确其固碳功能具有重要的意义。本文通过分析长牡蛎及其主要的附着生物在养殖过程中的各个生理方面，包括摄食、钙化、呼吸及生物沉积作用的研究，对养殖长牡蛎及其主要附着生物的碳收支情况进行初步评估。实验结果表明：排粪碳约占总摄食碳的42%-48%，是碳支出比例最大的部分。通过呼吸作用产出的碳所代表的代谢碳约占11%-22%。排泄碳在整个碳收支中所占的比例最低，约为0.65%-1%之间。通过碳收支平衡计算得到的生长碳占摄食碳的33%-38%之间。在360d的养成期中，长牡蛎利用了水体中的14968mgC，最终形成了3部分的碳埋藏出口:3600mg的贝壳固碳，430mg的软体部固碳，3322mg的生物沉积物固碳。紫贻贝的固碳部分包含贝壳固碳840mg，软体部216mg，生物沉积物含碳3501mg。玻璃海鞘在长牡蛎养成期内所排出粪便中的含碳量约为200403.3mg，柄海鞘排出的碳约为8226.88mg。进行标准化处理后完成了养殖长牡蛎及其主要附着生物的碳收支。
【作者】任黎华；
【导师】唐启升；方建光；张继红；
【作者基本信息】中国科学院研究生院（海洋研究所），海洋生态学，2014，博士
【关键词】长牡蛎；附着生物；碳收支；碳汇渔业；

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