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近年来,在过度开发、气候变化及环境污染等多重压力胁迫下,近海生态系统结构和功能发生了很大变化。为满足人类生活所需,海水养殖业快速发展。为保持海洋生态系统的可持续发展,多营养层次综合水产养殖模式作为一种适应性对策,在不同养殖海湾开展并有了很好的发展。桑沟湾作为我国北方重要的养殖海湾,在多营养层次综合水产养殖(IMTA)模式下,水质仍保持相对较好的状态,但近年来为了追求经济效益,养殖面积、养殖密度不断提高,湾内水动力条件、营养盐组成及循环等也受到一定程度的影响。为此,本文以我国典型的近海养殖海湾桑沟湾为研究海域,于2012年6月、2012年9月、2013年4月、2013年7月、2013年10月及2014年1月对桑沟湾中营养盐进行了六次观测,同时进行受控培养实验,分析营养盐的组成、季节分布、来源及影响因素,讨论高强度人类活动—多营养层次综合水产养殖对营养盐生物地球化学行为的改变,探讨桑沟湾养殖活动影响下营养盐动力学机制。研究在多重压力胁迫下,营养盐循环的适应性响应机制。取得如下成果: (1)桑沟湾周边河流、地下水中营养盐浓度季节变化很大。硝酸盐均为无机氮的主要组成部分。河流中无机氮含量处于污染与严重污染水体水平之间,与我国一些温带、亚热带河流相比处于较高水平。硅酸盐年平均值与亚洲淡水系统硅酸盐水平相当。主要入湾河流沽河中磷酸盐水平较低,具有比较高的氮磷比。地下水中无机氮、硅酸盐含量较高,且具有较高的氮磷比。 (2)桑沟湾湾内营养盐分布季节变化明显,受贝类排泄释放、海带吸收利用等养殖活动影响,DIN、PO43-、DSi浓度秋季最高,夏季DIN、PO43-浓度最低。DON则冬季最高,秋季最低,且受养殖活动影响,DON整体含量偏高。夏、秋季PP是TP的主要组成部分。春季湾底存在磷酸盐限制现象,夏季PO43-成为桑沟湾浮游植物生长的限制因子,同时无机氮成为浮游植物的潜在限制因子。在长期养殖活动影响下,桑沟湾内营养盐结构已经发生改变。 (3)根据箱式模型对营养盐收支进行估算可知,冬、春季,桑沟湾为PO43-的源,DIN、DSi的汇;夏、秋季则为DIN、PO43-、DSi的汇。海带养殖成为冬、春季桑沟湾内 DIN、PO43-的主要移除方式,夏、秋季营养盐则主要通过贝类养殖及与外海水交换的方式移除。另外,沉积物-水界面交换成为桑沟湾营养盐的重要来源。 (4)现场围隔实验发现,春、秋季湾内现场受控培养实验设置处,表层水体存在一定的硝酸盐限制。因此营养盐的添加,促使浮游植物大量吸收利用营养盐,生物量快速增加,导致赤潮现象的出现。在贝藻综合养殖情况下,桑沟湾内浮游生物偏小型化,水体以 pico-级浮游生物为主,对营养盐的积累也以微微型浮游生物为主。贝类单养,会对水体起到一定净化作用,但当贝类排泄释放的无机态营养盐压力不能及时被缓解,则可能爆发微微型浮游植物为主的赤潮。大型藻类竞争利用营养盐,浮游植物生长受到抑制,当营养盐来源不足时,使水体浮游植物以 pico-级为主。2012年秋季 pico-级浮游生物扮演着吸收氮的汇。2013年春季贝藻混养且添加营养盐的情况下,对生源要素的积累由nano-级浮游生物转变为 pico-级浮游生物为主。微生物环在桑沟湾营养盐的循环中可能发挥重要作用。 (5)秋季桑沟湾表层浮游植物的内禀生长率为0.41 d-1,微型浮游动物摄食率为0.79 d-1。微型浮游动物对浮游植物的现存量和初级生产的摄食压力分别为54.6％、162%。