段麗琴，宋金明,*,袁華茂，李學(xué)剛，李 寧，馬繼坤

1 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青島 266071 2 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所財(cái)務(wù)條件處, 青島 266071

北黃海獐子島養(yǎng)殖海域營(yíng)養(yǎng)水平與蝦夷扇貝增殖漁獲量評(píng)估

段麗琴1，宋金明1,*,袁華茂1，李學(xué)剛1，李 寧1，馬繼坤2

1 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 青島 266071 2 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所財(cái)務(wù)條件處, 青島 266071

營(yíng)養(yǎng)鹽作為浮游植物生長(zhǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)起著決定性作用。調(diào)查研究了獐子島附近海域營(yíng)養(yǎng)鹽含量水平、空間分布及營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)，并據(jù)此估算了現(xiàn)有營(yíng)養(yǎng)水平可支持的潛在生物量，評(píng)估了該海域蝦夷扇貝增殖漁獲量。結(jié)果表明，獐子島附近海域海水總體營(yíng)養(yǎng)水平較低，底層水中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度是表層水的2—3倍，海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度基本高于浮游植物生長(zhǎng)的最低閾值，且溶解無(wú)機(jī)氮與磷酸鹽的比值(DIN/PO4-P)和硅酸鹽與磷酸鹽的比值(SiO3-Si/PO4-P)均>22，全海域?yàn)榱谞I(yíng)養(yǎng)限制。根據(jù)磷限制因子及食物鏈能流轉(zhuǎn)移理論估算，該海域1000 km2現(xiàn)有的營(yíng)養(yǎng)水平可支持一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)蝦夷扇貝增殖的動(dòng)態(tài)理論生產(chǎn)量為3.8—6.1萬(wàn)t，如人為增加5%—20%的水體磷，則蝦夷扇貝增殖產(chǎn)量可增加0.25—1.00萬(wàn)t。

營(yíng)養(yǎng)水平；蝦夷扇貝增殖；漁獲量評(píng)估；獐子島附近海域

近年來(lái)，隨著因過(guò)度捕撈、海洋環(huán)境污染造成的海洋漁獲量的逐漸衰退，海水養(yǎng)殖的規(guī)模和產(chǎn)量日益增加，但海水養(yǎng)殖對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響也逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致的直接結(jié)果是養(yǎng)殖產(chǎn)量和養(yǎng)殖效益的下降，因此，發(fā)展生態(tài)養(yǎng)殖、科學(xué)養(yǎng)殖、提高養(yǎng)殖生產(chǎn)效益已成為海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的努力方向。濾食性貝類的養(yǎng)殖被稱為綠色產(chǎn)業(yè)，源于貝類養(yǎng)殖不需投餌，以水體中天然的懸浮有機(jī)顆粒為食物。懸浮有機(jī)顆粒的主要來(lái)源為浮游植物通過(guò)光合作用而生長(zhǎng)繁殖所再生的。因此，浮游植物初級(jí)生產(chǎn)能力是影響海域貝類食物供給的主要因素，將對(duì)養(yǎng)殖貝類的生長(zhǎng)、產(chǎn)量以及海域的容量起決定性的作用[1]。

源于巴楚文化的《黑暗傳》，被譽(yù)為漢民族的活態(tài)史詩(shī)和文化“活化石”；漢水丹江口的呂家河村，被譽(yù)為“中國(guó)漢民族民歌第一村”；中國(guó)孝文化的搖籃孝感，中國(guó)最古老的城堡盤龍城，中國(guó)最有影響的布衣山水田園詩(shī)人孟浩然的故居——鹿門山，中國(guó)智圣諸葛亮的隱居地與耕讀地古隆中，古代土木工程的第三大奇跡——褒斜石門古隧道、太極湖，中國(guó)最早的楚長(zhǎng)城，這些都發(fā)生在漢江流域。

營(yíng)養(yǎng)鹽是浮游植物生長(zhǎng)和繁殖的物質(zhì)基礎(chǔ)，在浮游植物的光合作用過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)鹽為浮游植物所攝取，成為浮游植物的組成部分，并成為其物質(zhì)和能量代謝的來(lái)源[2- 3]。由此可知，作為浮游植物物質(zhì)基礎(chǔ)的營(yíng)養(yǎng)鹽從根本上控制著海域漁業(yè)資源的容量。因此，研究營(yíng)養(yǎng)鹽的含量水平及其結(jié)構(gòu)組成是探討其營(yíng)養(yǎng)物流水平和其可支持的潛在生物量的基礎(chǔ)。

1960年，我國(guó)氮肥消費(fèi)量?jī)H為47.6萬(wàn)噸，其中國(guó)產(chǎn)氮肥19.6萬(wàn)噸，平均每畝耕地施肥量?jī)H為0.4公斤。改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化、城市化的高速發(fā)展，人均耕地面積逐年減少，“人多地少”是我國(guó)的基本國(guó)情，保證糧食安全始終是國(guó)家的頭等大事。

獐子島海域?yàn)槲覈?guó)最大的蝦夷扇貝底播養(yǎng)殖基地，2005年蝦夷扇貝的產(chǎn)量達(dá)到1.2萬(wàn)t,占全國(guó)底播蝦夷扇貝總產(chǎn)量的46%[4]，該海域養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，已成為當(dāng)前急待解決的問(wèn)題。本文通過(guò)對(duì)獐子島附近海域營(yíng)養(yǎng)鹽含量水平和結(jié)構(gòu)組成的分析，查明了獐子島附近海域海水營(yíng)養(yǎng)鹽基本狀況、營(yíng)養(yǎng)鹽水平、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)及影響因子和浮游植物生長(zhǎng)限制因子；并根據(jù)北黃海和獐子島附近海域營(yíng)養(yǎng)水平及結(jié)構(gòu)等情況，依據(jù)食物鏈能流轉(zhuǎn)移理論，初步估算了北黃海和獐子島海域各級(jí)潛在生物資源量，以期為未來(lái)的生態(tài)養(yǎng)殖發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 采樣與分析

(4)SiO3-Si=2 μmol/L、DIN=1 μmol/L和PO4-P=0.1 μmol/L可作為浮游植物生長(zhǎng)的最低閾值[11]。

圖1 獐子島附近海域采樣站位Fig.1 Sampling stations in mariculture area near the Zhangzidao Island

2 結(jié)果與討論

2.1 營(yíng)養(yǎng)鹽水平

海水中的溶解無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽、活性硅酸鹽是海洋浮游生物生長(zhǎng)和繁殖所必需的營(yíng)養(yǎng)鹽，對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)有重要的意義。獐子島附近海域海水中的PO4-P、DIN和SiO3-Si的濃度范圍分別為0—0.67、0.77—9.91和1.62—18.77 μmol/L，平均值分別為0.19、4.50和7.00 μmol/L。溶解無(wú)機(jī)氮主要以NO3-N為主，含量范圍為0.04—6.82 μmol/L，平均值為2.12 μmol/L；NH3-N次之，含量范圍為0.40—6.07 μmol/L，平均值為1.95 μmol/L；NO2-N最低，含量范圍為0.05—2.10 μmol/L，平均值為0.42 μmol/L。臧璐[5]曾對(duì)2006—2007年春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)北黃海的營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)行了測(cè)定，濃度見(jiàn)表1。對(duì)照本研究與其研究結(jié)果表明，本研究中的DIN和SiO3-Si濃度是介于其夏季和秋季濃度之間，而PO4-P濃度接近其夏季濃度。

表1 各季節(jié)北黃海海水中磷酸鹽(PO4-P)、溶解無(wú)機(jī)氮(DIN)和硅酸鹽(SiO3-Si)的濃度范圍和平均值

Table 1 Ranges (mean) of PO4-P, dissolved inorganic nitrogen (DIN) and SiO3-Si concentrations in each season in the north Yellow Sea

季節(jié)SeasonPO4-P/(μmol/L)DIN/(μmol/L)SiO3-Si/(μmol/L)文獻(xiàn)References春季Spring0—0.6(0.18)0.24—11.12(3.46)0.12—14.70(3.29)[5]夏季Summer0—0.59(0.20)0.45—23.68(3.32)0.87—24.51(4.45)[5]秋季Autumn0.01—1.07(0.40)0.53—19.77(6.45)0.56—18.80(7.64)[5]冬季W(wǎng)inter0.04—1.01(0.56)0.84—12.97(8.00)0.93—19.12(12.32)[5]全年Allyear0—1.07(0.34)0.24—23.68(5.32)0.12—2.30(6.93)[5]9月September0—0.67(0.19)0.77—9.91(4.50)1.62—18.77(7.00)本研究

2.2 空間分布

2.5 潛在漁獲量估算

獐子島附近海域表層海水中的PO4-P、DIN和SiO3-Si濃度范圍分別為0.01—0.32、0.93—7.65和1.62—12.92 μmol/L，平均值分別為0.10、2.75和4.70 μmol/L。其表層高值區(qū)出現(xiàn)在研究區(qū)域北部，即大長(zhǎng)山島和獐子島附近海域，PO4-P、DIN和SiO3-Si的最大值均出現(xiàn)在B3- 1站位，即大長(zhǎng)山島附近；其表層低值區(qū)主要出現(xiàn)在研究區(qū)域南部(圖2)，這種分布模式可能是由于遼南沿岸河流輸入影響所致。北黃海的主要輸入河流為鴨綠江，其入海平均流量為1.1×103m3/s，年總徑流量約為3.47×1010m3[6]，9月是其豐水期和枯水期的過(guò)渡時(shí)期，會(huì)攜帶一定量營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入北黃海，從而造成表層海水營(yíng)養(yǎng)鹽近岸高遠(yuǎn)岸低的分布特點(diǎn)。

圖2 表層海水中磷酸鹽(PO4-P)、溶解無(wú)機(jī)氮(DIN)和硅酸鹽(SiO3-Si)(μmol/L)的平面分布Fig.2 Horizontal distributions of PO4-P, dissolved inorganic nitrogen (DIN) and SiO3-Si (μmol/L) in the surface seawaters

圖3 底層海水中PO4-P、DIN和SiO3-Si(μmol/L)的平面分布Fig.3 Horizontal distributions of PO4-P, DIN and SiO3-Si (μmol/L) in the bottom seawaters

底層海水中的PO4-P、DIN和SiO3-Si濃度范圍分別為0.12—0.67、3.56—9.91和4.85—17.87 μmol/L，平均值分別為0.30、6.69和9.68 μmol/L，其濃度約為表層海水中的2—3倍。底層海水中營(yíng)養(yǎng)鹽的平面分布與表層海水中的截然不同，其高值區(qū)主要出現(xiàn)在研究區(qū)域南部和獐子島附近海域，PO4-P和SiO3-Si的最大值均出現(xiàn)在B7- 9站位，DIN的最大值出現(xiàn)在B7- 5站位，即獐子島附近(圖3)，這種分布模式與黃海冷水團(tuán)和生物活動(dòng)密切相關(guān)。

2.2.2 斷面垂直分布

在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的處理過(guò)程中，存在著多種各類型的處理方法，不同的建筑物對(duì)于處理的方法有著不同的要求，在實(shí)際的處理過(guò)程中，如果將同一種方法應(yīng)用在不同的建筑物地基結(jié)構(gòu)處理中，就會(huì)為地面沉降埋下隱患，一旦建筑物在使用過(guò)程中出現(xiàn)意外，就會(huì)導(dǎo)致地面沉降加劇。

為了解獐子島附近海域營(yíng)養(yǎng)鹽的垂直分布狀況，本文選擇了兩個(gè)代表性斷面NYS1和BX- 5來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)分析研究。在斷面NYS1中，PO4-P濃度呈現(xiàn)由表層到底層增加的趨勢(shì)；DIN濃度在表層和10 m層相近均小于30 m層和底層濃度；SiO3-Si濃度在NYS1- 2和NYS1- 4站位中的表層和5 m層相近，均小于10 m層至底層的濃度，在NYS1- 6、NYS1- 8和NYS1- 9站位中的表層至20 m層相近，均小于30 m至底層的濃度(圖4)。在斷面BX- 5中，PO4-P和DIN在不同水層的垂直分布相似，均呈現(xiàn)出由表層到底層增加的趨勢(shì)；SiO3-Si濃度在10 m層出現(xiàn)了一個(gè)次高值，但從表層到30 m層的濃度均低于底層濃度(圖5)?？偟膩?lái)說(shuō)，獐子島附近海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的垂直分布呈現(xiàn)由0- 20 m層向30 m和底層增加的趨勢(shì)，這種分布特點(diǎn)是受溫度躍層和浮游植物共同影響的結(jié)果。

式(2)就是輸送臂關(guān)節(jié)1，2的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，它表明了輸送臂的末端在空間的位置和姿態(tài)。用4×1的位置向量表示為

圖4 NYS1斷面中PO4-P、DIN和SiO3-Si濃度(μmol/L)的垂直分布Fig.4 Profiles of PO4-P, DIN and SiO3-Si concentrations (μmol/L) along transect NYS1

2.3 分布影響因素

北黃海水體中營(yíng)養(yǎng)鹽的空間分布模式與黃海冷水團(tuán)、浮游植物活動(dòng)及黃海暖流密切相關(guān)。黃海冷水團(tuán)是一季節(jié)性水團(tuán)，其形成、發(fā)展和消亡與溫躍層的演變幾乎是同步進(jìn)行的。春季，水體逐漸開(kāi)始層化，由于下層水體升溫的遲滯性，冷水團(tuán)在黃海底層逐漸生成，溫躍層也逐漸形成，導(dǎo)致30 m和底層營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較高的低溫海水無(wú)法對(duì)躍層以上的海水進(jìn)行補(bǔ)充，使?fàn)I養(yǎng)鹽和顆粒有機(jī)物在冷水團(tuán)中積累，其濃度出現(xiàn)了分層現(xiàn)象；同時(shí)，真光層中浮游植物開(kāi)始生長(zhǎng)繁殖，部分浮游植物未被攝食而直接沉降到底層水中，使有機(jī)質(zhì)在底層海水中積累。夏季，在北黃海底部形成明顯冷水團(tuán)中心，由于水體垂向混合作用小，便在黃海底部留下了一個(gè)穩(wěn)定的冷水團(tuán)，其便盤踞在北黃海中部[7]，此時(shí)整個(gè)水體溫差達(dá)到最大，表層、10 m層水溫平均值比30 m、底層高出7—10 ℃(圖6)，北黃海形成了全年中最強(qiáng)的溫躍層，同時(shí)，夏季浮游植物將大量的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽轉(zhuǎn)化為顆粒有機(jī)物，大比重的顆粒有機(jī)物沉降到底部的冷水團(tuán)區(qū)域，并大量積累儲(chǔ)存。到9月份，底層顆粒有機(jī)物逐漸分解，冷水團(tuán)成為了營(yíng)養(yǎng)鹽貯庫(kù)，釋放營(yíng)養(yǎng)鹽到底層水體中，由于受到強(qiáng)的溫、密躍層的阻隔難以向上層擴(kuò)散而在底層形成積累；加之，真光層中浮游植物活動(dòng)頻繁，需吸收表層大量營(yíng)養(yǎng)鹽來(lái)維持生長(zhǎng)和繁殖。因而在很大程度上造就了獐子島附近海域真光層低營(yíng)養(yǎng)鹽濃度和底層高營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，且底層營(yíng)養(yǎng)鹽濃度在研究區(qū)域中部的高值區(qū)與北黃海冷水團(tuán)所處的位置相吻合的特點(diǎn)。

對(duì)文本進(jìn)行社會(huì)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)及共現(xiàn)詞分析，由社會(huì)語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)(見(jiàn)圖1)可知，文本特征詞呈層級(jí)分布，核心詞層為“游客”“洪江古商城”等；第二為“古巷”“芙蓉樓”“戴笠”等與歷史景觀相關(guān)的詞，包括歷史文化遺存及歷史名人名事；第三層以“古樸”“悠閑”“寧?kù)o”等形容詞為主，反映旅游者對(duì)旅游地環(huán)境氛圍的感知，可概括為文化環(huán)境氛圍和生活環(huán)境氛圍兩類?！爸档谩薄安诲e(cuò)”則表示的是旅游者對(duì)旅游地的整體評(píng)價(jià)。

圖5 BX- 5斷面中PO4-P、DIN和SiO3-Si濃度(μmol/L)的垂直分布Fig.5 Profiles of PO4-P, DIN and SiO3-Si concentrations (μmol/L) along transect BX- 5

此外，黃海暖流也在一定程度上影響著海水中營(yíng)養(yǎng)鹽含量的分布。黃海暖流是黃海唯一的外海水源，主要是從對(duì)馬暖流水和東海陸架水在濟(jì)州島南側(cè)交匯所形成的鋒區(qū)中衍生出來(lái)的[8]，因此黃海暖流水具有高溫、高鹽、低營(yíng)養(yǎng)的特性。黃海暖流屬于季節(jié)性海流，具有冬強(qiáng)夏弱的特點(diǎn)。盡管在本研究中的9月，黃海暖流相對(duì)較弱，但其在北上北黃海的過(guò)程中攜帶的高溫低營(yíng)養(yǎng)鹽海水對(duì)獐子島附近海域表層海水營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的稀釋也起到一定的作用。

圖6 NYS1和BX- 5斷面中溫度(T)的垂直分布Fig.6 Profiles of temperature along transects NYS1 and BX- 5

2.4 營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)

獐子島附近海域海水中的DIN/PO4-P、SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P值范圍分別在5.86—176.25、0.67—11.00和20.71—290.83之間，平均值分別為28.90、1.92和47.27。幾乎所有站位的DIN/PO4-P和SiO3-Si/PO4-P值均大于Redfield比值，大部分站位的SiO3-Si/DIN值大于Redfield比值。營(yíng)養(yǎng)鹽限制因子的評(píng)價(jià)不僅與它們之間的比值有關(guān)，而且與其在海水中的濃度密切相關(guān)。綜合考慮這兩種因素，能夠判斷限制浮游植物生長(zhǎng)的限制因子的標(biāo)準(zhǔn)為[9- 10]：

(1)若SiO3-Si/PO4-P和DIN/PO4-P均>22，則磷為限制因子；

為了驗(yàn)證本方案的正確性,在Vivado平臺(tái)創(chuàng)建XILINX JESD204B v6.1發(fā)送端IP核與按照本方案實(shí)現(xiàn)的四通道接收端電路進(jìn)行對(duì)接環(huán)回驗(yàn)證,在Modelsim軟件平臺(tái)上進(jìn)行仿真。為方便結(jié)果分析,將固定的循環(huán)數(shù)據(jù)文件輸入到發(fā)送IP核。驗(yàn)證系統(tǒng)框圖如圖7所示。

(2)若DIN/PO4-P<10和SiO3-Si/DIN>1，則氮為限制因子；

(3)若SiO3-Si/PO4-P<10和SiO3-Si/DIN<1，則硅為限制因子；

于2012年9月乘“科學(xué)三”號(hào)在北黃海獐子島附近海域共布設(shè)的36個(gè)調(diào)查站位(圖1)進(jìn)行了海水樣品采集。其中，在所有站位采集了表層(2 m)和底層(離底2 m)水樣，在NYS1和BX- 5斷面的5個(gè)站位采集了各個(gè)深度(主要包括表層、5、10、20、30 m和底層)水樣。水樣采集后立即用0.70 μm GF/F膜過(guò)濾，并用H2SO4(1 mol/L)酸化保存。營(yíng)養(yǎng)鹽使用營(yíng)養(yǎng)鹽自動(dòng)分析儀(Skalar? San Plus)測(cè)定，其中NO3-N采用銅鎘還原柱法、NO2-N利用重氮偶氮法、NH4-N用次溴酸酸鈉氧化法、PO4-P用磷鉬藍(lán)法、SiO3-Si用硅鉬藍(lán)法測(cè)定。DIN為NO3-N、NO2-N和NH4-N之和。

與大班額的教學(xué)相比，小班化教學(xué)有著與生俱來(lái)的優(yōu)勢(shì)，既可以提高教師對(duì)每個(gè)學(xué)生的關(guān)注度，又可以增強(qiáng)班級(jí)凝聚力，營(yíng)造良好的生生互動(dòng)、師生互動(dòng)的氛圍。在小班教學(xué)的背景下，探索合作學(xué)習(xí)的另一個(gè)重要價(jià)值是，能夠充分利用小班教學(xué)的教育優(yōu)勢(shì)資源，將出現(xiàn)在合作學(xué)習(xí)過(guò)程中一些具體問(wèn)題予以克服或解決。

由此可以看出，本研究海域海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽平均濃度均高于浮游植物生長(zhǎng)的最低閾值，且SiO3-Si/PO4-P和DIN/PO4-P值均>22，則獐子島附近海域整體水平上為潛在磷限制。

式中，F(xiàn)為現(xiàn)在資源量；P為初級(jí)生產(chǎn)量；E為營(yíng)養(yǎng)轉(zhuǎn)換效率(取15%)；n為營(yíng)養(yǎng)階級(jí)的級(jí)數(shù)。有機(jī)碳與生物量鮮重之比為1:20。

底層海水中DIN/PO4-P、SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P值的變化范圍相對(duì)于表層海水中的較小，分別在11.73—60.79、0.90—2.86和20.71—77.65之間，平均值分別為24.39、1.47和34.47。底層海水中這些比值的分布趨勢(shì)與表層海水中的完全不同。底層海水中的DIN/PO4-P和SiO3-Si/PO4-P比值的最大值出現(xiàn)在B3- 1站位，SiO3-Si/DIN的最大值在B3- 9站位；其中，DIN/PO4-P和SiO3-Si/PO4-P值基本呈現(xiàn)由大長(zhǎng)山島附近海域?yàn)楦咧抵行南蛑胁亢Ｓ驍U(kuò)展的趨勢(shì)，而SiO3-Si/DIN值呈現(xiàn)由獐子島附近海域?yàn)楦咧抵行南蛩闹芙档偷内厔?shì)(圖8)。

圖7 表層海水中DIN/PO4-P、SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值的平面分布Fig.7 Horizontal distributions of DIN/PO4-P, SiO3-Si/DIN and SiO3-Si/PO4-P ratios in the surface seawaters

圖8 底層海水中DIN/PO4-P、SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值的平面分布Fig.8 Horizontal distributions of DIN/PO4-P, SiO3-Si/DIN and SiO3-Si/PO4-P ratios in the bottom seawaters

2.2.1 平面分布

2.5.1 一次完整水交換期的漁獲量

初級(jí)生產(chǎn)力是海洋生物生產(chǎn)的基礎(chǔ)，初級(jí)生產(chǎn)力的高低在一定程度上決定著海洋生物的豐度、儲(chǔ)量和分布，最終決定生物資源量。初級(jí)生產(chǎn)力(Primary Productivity)是指綠色植物利用太陽(yáng)光進(jìn)行光合作用，即太陽(yáng)光+無(wú)機(jī)物質(zhì)+H2O+CO2→熱量+O2+有機(jī)物質(zhì)，把無(wú)機(jī)碳(CO2)固定、轉(zhuǎn)化為有機(jī)碳(如葡萄糠、淀粉等)這一過(guò)程的能力。固碳方程式如下：

由方程式可以看出，營(yíng)養(yǎng)鹽作為浮游植物生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，其限制因子的濃度對(duì)浮游植物的生物量起著決定性作用。所以，可根據(jù)營(yíng)養(yǎng)鹽限制因子的總量來(lái)估算其可以負(fù)擔(dān)的浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力總量，從而依據(jù)初級(jí)生產(chǎn)力的高低進(jìn)一步對(duì)獐子島附近海域潛在的次級(jí)和終級(jí)海洋生物生產(chǎn)做一個(gè)大致的估算。

結(jié)合本研究和以往研究[5]結(jié)果可知，獐子島附近海域DIN/PO4-P和SiO3-Si/PO4-P全年平均值分別為24.74和47.27，均>22，獐子島海域全年主要為磷限制。以本研究航次獐子島附近海域的面積(3.0×103km2)、真光層平均水深(30 m)及獐子島附近海域全年P(guān)O4-P平均值(0.31 μmol/L)，可計(jì)算獲得一次完整水交換期內(nèi)獐子島附近海域磷酸鹽和有機(jī)碳總量為2.79×107mol，初級(jí)生產(chǎn)力為1.00×105tC。

根據(jù)估算所得的初級(jí)生產(chǎn)力水平，依據(jù)食物鏈能流轉(zhuǎn)移理論，對(duì)獐子島海域各級(jí)生產(chǎn)的潛在產(chǎn)量進(jìn)行估算，結(jié)果見(jiàn)表2。估算應(yīng)用公式為[12]：

F=P·En

此外，由于黃海冷水團(tuán)、生物活動(dòng)、溫躍層、河流輸入和黃海暖流的綜合影響，DIN/PO4-P、SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P比值和其空間分布在表層海水和底層海水之間也存在著一定的差異。其中，表層海水中的DIN/PO4-P、SiO3-Si/DIN和SiO3-Si/PO4-P值范圍分別在11.21—176.25、0.67—6.16和25.90—290.83之間，平均值分別為35.55、2.12和60.78。表層海水中DIN/PO4-P比值的最大值出現(xiàn)在B11- 1站位，SiO3-Si/DIN的最大值在NYS1- 6站位，SiO3-Si/PO4-P的最大值在B5- 7站位；其中，DIN/PO4-P和SiO3-Si/DIN值分別以B11- 1和NYS1- 6站位為中心向四周降低，SiO3-Si/PO4-P值呈現(xiàn)西南區(qū)域較高而東北區(qū)域相對(duì)較低的趨勢(shì)(圖7)。

經(jīng)正常離心后得到的微粒體有部分為微粒體小囊泡，UGT酶的活性位點(diǎn)被封閉在其中，因此需要將其與適量的丙甲菌素混合，并通過(guò)在冰浴中孵育（15 min）來(lái)為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜“打孔”，以釋放肝微粒體中的UGT酶[14]。

然后，根據(jù)漁獲產(chǎn)量估算最大持續(xù)漁獲量，計(jì)算公式為[13]：

Wmax=0.5Ff

式中，Wmax為最大持續(xù)漁獲量；Ff為漁獲產(chǎn)量。

結(jié)果表明，以限制因子磷酸鹽濃度估算得出，一次完整水交換期獐子島海域現(xiàn)有的營(yíng)養(yǎng)水平可支持的潛在漁獲產(chǎn)量為6.75×103t，最大持續(xù)漁獲量，即可捕獲量為3.38×103t(表2)。

表2 獐子島附近海域潛在生物量的估算Table 2 Estimation of potential biomasses in mariculture area near the Zhangzidao Island

表中除初級(jí)生產(chǎn)力外，均以鮮重計(jì)

2.5.2 蝦夷扇貝一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)的漁獲量

獐子島海域?yàn)槲覈?guó)最大的蝦夷扇貝底播養(yǎng)殖基地，重點(diǎn)估算其蝦夷扇貝的潛在漁獲量對(duì)優(yōu)化獐子島養(yǎng)殖投放密度和生產(chǎn)量預(yù)測(cè)具有重要的科學(xué)價(jià)值。蝦夷扇貝生長(zhǎng)溫度范圍5—20 ℃，15 ℃左右為最適宜生長(zhǎng)溫度，低于5 ℃生長(zhǎng)緩慢，到0 ℃時(shí)運(yùn)動(dòng)急劇變慢直至停止；水溫升高到23 ℃時(shí)生活能力逐漸減弱，超過(guò)25 ℃以后運(yùn)動(dòng)很快就會(huì)停滯。北黃海底層海水溫度在春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)分別為5.26—9.7、5.79—21.11、8.77—19.07、0.66—9.08 ℃[5]。由此得出，夏季和秋季溫度為蝦夷扇貝生長(zhǎng)的最適宜溫度，冬季生長(zhǎng)緩慢。此外，獐子島海域底播養(yǎng)殖蝦夷扇貝的生長(zhǎng)周期約為2a，則一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)最適合蝦夷扇貝生長(zhǎng)的時(shí)間約為1a。

（2）進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)大型設(shè)備的管理。借力內(nèi)控系統(tǒng)建設(shè)，整合院內(nèi)各套系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息一致化和共享，利用大數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行績(jī)效分析，通過(guò)重新調(diào)配和資源共享使成本最小化，使用效率最大化。

北黃海獐子島養(yǎng)殖區(qū)的營(yíng)養(yǎng)鹽主要通過(guò)水交換進(jìn)行補(bǔ)充，其更新該海域所有水體所需的時(shí)間約為8.45 d(6.8—11.1 d)[4]，則生長(zhǎng)期內(nèi)水可交換約43次(33—54次)。如營(yíng)養(yǎng)鹽補(bǔ)充被利用的效率以50%計(jì)，則一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)，可完全補(bǔ)充PO4-P 22次(17—27次)，約為1.90×104t(1.47×104—2.34×104t)。如果本研究區(qū)域(3.0×103km2)全部用來(lái)增殖蝦夷扇貝，則一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)蝦夷扇貝的動(dòng)態(tài)理論生產(chǎn)量應(yīng)為11.5—18.2萬(wàn)t。目前獐子島海域投苗面積近1000 km2，其一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)蝦夷扇貝理論生產(chǎn)量應(yīng)在3.8—6.1萬(wàn)t之間。

磷酸鹽作為浮游植物生長(zhǎng)的限制因子，從根本上控制著蝦夷扇貝的食物供給。如果在磷酸鹽作為限制因子的范圍內(nèi)增加其濃度為5%、10%、15%和20%，則在獐子島海域投苗面積近1000 km2內(nèi)，蝦夷扇貝的動(dòng)態(tài)理論生產(chǎn)量可分別增加0.25、0.50、0.75和1.00 萬(wàn)t(表3)。

表3 水體不同PO4-P濃度的增加率下蝦夷扇貝的漁獲增產(chǎn)量Table 3 Increased yields of Patinopecten yessoensis at different added PO4-P concentrations

3 結(jié)論

(1)獐子島附近海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度總體水平較低。其在表層海水中呈現(xiàn)由近岸向海域中心降低的趨勢(shì)；而底層海水營(yíng)養(yǎng)鹽在海域中部出現(xiàn)高值區(qū)，且底層海水中的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度較表層中的高。這種分布模式與河流輸入、北黃海冷水團(tuán)和生物活動(dòng)有關(guān)。

(2)獐子島附近海域營(yíng)養(yǎng)鹽濃度均高于浮游植物生長(zhǎng)的最低閾值，且DIN/PO4-P和SiO3-Si/PO4-P比均大于22，磷是該海域浮游植物生長(zhǎng)的限制因子。

為解決以上問(wèn)題,本文提出了針對(duì)成像探測(cè)器飛行規(guī)律的運(yùn)動(dòng)加速度分離算法,并根據(jù)此算法實(shí)現(xiàn)了基于卡爾曼濾波器的姿態(tài)解算。最后,在自主研制的集成有姿態(tài)測(cè)量模塊的微型成像探測(cè)器上,進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量方法的可行性分析和精度評(píng)估。飛行仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法可以有效的分離出運(yùn)動(dòng)加速度,大幅提高了變加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下姿態(tài)測(cè)量精度和抗干擾能力。

由于一個(gè)單元內(nèi)容較多，這次預(yù)習(xí)要求學(xué)生從總體上了解本單元的學(xué)習(xí)任務(wù)，并針對(duì)第一次課預(yù)習(xí)單詞和文章大意。以后每次課前都要求做相應(yīng)的有針對(duì)性的預(yù)習(xí)，把學(xué)習(xí)任務(wù)從整體落實(shí)到每一具體層面。該步驟由學(xué)生課后完成。

(3)根據(jù)限制因子PO4-P的濃度及食物鏈能流轉(zhuǎn)移理論估算得出獐子島附近海域現(xiàn)有的營(yíng)養(yǎng)水平可支持一個(gè)生長(zhǎng)周期內(nèi)蝦夷扇貝的動(dòng)態(tài)理論生產(chǎn)量為3.8—6.1萬(wàn)t；如人為增加5%—20%的PO4-P濃度，則蝦夷扇貝的動(dòng)態(tài)理論生產(chǎn)量可增加0. 25—1.00 萬(wàn)t。

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Estimation of nutrient level and fishery yield ofPatinopectenyessoensisin mariculture area near the Zhangzidao Island of the north Yellow Sea

DUAN Liqin1, SONG Jinming1,*, YUAN Huamao1, LI Xuegang1, LI Ning1, MA Jikun2

1KeyLaboratoryofMarineEcologyandEnvironmentalSciences,InstituteofOceanology,ChineseAcademyofSciences,Qingdao266071,China2TheDepartmentofFinanceandcondition,YellowSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,Qingdao266071,China

Nutrients as the material basis for phytoplankton growth, play a decisive role in energy flow and matter cycling in marine ecological systems. In this study, the concentrations, spatial distributions and nutrient structure in seawaters near the Zhangzidao Island were studied. Besides, the potential biomass and fishery yield ofPatinopectenyessoensiswhich could be supported by the current nutrient level also were estimated. Results suggested that the concentrations of phosphate (PO4-P), dissolved inorganic nitrogen (DIN) and silicate (SiO3-Si) were in the ranges of 0—0.67, 0.77—9.91 and 1.62—18.77 μmol/L, with averages of 0.19, 4.50 and 7.00 μmol/L, respectively. Among them, DIN was mainly dominated by nitrate nitrogen (NO3-N) with concentrations of 0.04—6.82 μmol/L (average of 2.12 μmol/L), followed by ammonium nitrogen (NH4-N) with concentrations of 0.40—6.07 μmol/L (average of 1.95 μmol/L), and nitrite nitrogen (NO2-N) was lowest with concentrations of 0.05—2.10 μmol/L (average of 0.42 μmol/L). Nutrients in the surface waters displayed a decreasing trend from coastal water to the middle area. This distribution was attributed to the riverine inputs (e.g., the Yalu River), which carried a certain amount of nutrients to the north Yellow Sea (NYS). In contrast, nutrients in the bottom waters presented higher values at the middle area and were 2—3 times higher than those in the surface waters. These distribution models were mainly influenced by the Yellow Sea Cold Water Mass (YSCWM), biological activities and Yellow Sea Warm Current (YSWC). In summer, due to the weak vertical mixing, a stable cold water mass having a large number of organic particles entrenched at the bottom layer in the central part of the NYS. By September, organic particles began to decompose, accompanied by the nutrient release to the bottom waters. These released nutrients were difficult to diffuse to the upper layers due to strong thermocline and pycnocline. Consequently, the nutrient values in the bottom waters at the central part of the NYS were higher. Besides the above reasons, biological activities were also an important factor causing the higher nutrient concentrations in the bottom waters than that in the surface waters. Phytoplankton activities in the euphotic layer were frequent and needed to absorb a lot of nutrients to sustain growth and reproduction, resulting in the loss of nutrients in the surface waters. Moreover, the YSWC could carry waters with high temperature and low nutrients to the surface waters of the NYS, diluting the nutrient concentrations in the surface waters. Therefore, the nutrient concentrations in the surface waters were lower than that in the bottom waters. In addition, nutrient concentrations in waters of the study area were higher than the minimum threshold values for the phytoplankton growth, and DIN/PO4-P ratio (averages of 28.90) and SiO3-Si/PO4-P ratio (averages of 47.27) were >22, suggesting that PO4-P was the limiting factor. Based on the current PO4-P concentration and energy flow theory of food chain, the potential enhancement field ofPatinopectenyessoensisat a growth cycle in 1000 km2sea area was estimated to be 3.8—6.1×104t. If 5%—20% of PO4-P was added in this area, the yield ofPatinopectenyessoensiswould increase 0.25—1.00×104t.

nutrient level; enhancement ofPatinopectenyessoensis; yield estimation; mariculture area near the Zhangzidao Island

國(guó)家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金(41121064); 國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目課題 (2011CB403602)

2013- 04- 22;

日期:2014- 04- 11

10.5846/stxb201304220767

*通訊作者Corresponding author.E-mail: jmsong@qdio.ac.cn

段麗琴，宋金明,袁華茂，李學(xué)剛，李寧，馬繼坤.北黃海獐子島養(yǎng)殖海域營(yíng)養(yǎng)水平與蝦夷扇貝增殖漁獲量評(píng)估.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(4):1004- 1013.

Duan L Q, Song J M, Yuan H M, Li X G, Li N, Ma J K.Estimation of nutrient level and fishery yield ofPatinopectenyessoensisin mariculture area near the Zhangzidao Island of the north Yellow Sea.Acta Ecologica Sinica,2015,35(4):1004- 1013.