桑沟湾春季有色溶解有机物吸收光谱特性及空间分布特征

为探究有色溶解有机物(CDOM)光学性质如何示踪海水中溶解有机物组分的动态信息,实验利用紫外可见吸收光谱手段,分区域测定了桑沟湾春季水体及表层沉积物间隙水中CDOM的吸收光谱特征,探讨了CDOM的来源组成、空间分布特征、迁移转化过程及其与养殖活动的关系。结果显示,(1)波长为355 nm的吸收系数[a(355)]范围为0.23~9.09/m,不同水层空间分布差异显著,表层和底层均从近岸区向贝藻区逐渐降低,在海带区升高后向外海逐渐降低;海带区从表层向底层先降低后升高,高密度、规模化的海带养殖释放了大量的CDOM,各区域沉积物间隙水a(355)是其表层、中层和底层之和的1.3~2.5倍,CDOM在沉积物间隙水中富集并逐渐累积。(2)光谱斜率(S_(275~295))范围为0.013~0.036,外海区和海带区S_(275~295)均值显著高于其他各区,海带区和外海区CDOM中海源有机质占主要成分,而近岸区以陆源有机质为主;近岸区CDOM中的腐殖酸类物质含量从表层到底层逐渐降低,沉积物中积累的富里酸类物质含量较高,海带区和外海区呈相反趋势。(3)比紫外吸光度(SUVA_(254))范围为4.60~14.10 L/(mg·m),贝类区、贝藻区和藻类区SUVA_(254)均呈现出从表层到底层逐渐增大的趋势,CDOM的芳香性逐渐增强并在沉积物间隙水中达到最大;海带区和外海区沉积物间隙水中的SUVA_(254)显著高于其他各区。研究表明,海带区的规模化养殖活动向养殖海区及邻近海域贡献了较多的惰性溶解有机物,暗示着海带养殖活动有较强的碳汇效应,并通过海流作用向外海输送。本研究对桑沟湾海域不同养殖区域的CDOM的吸收特性和空间分布特征进行研究,可为全面了解海水养殖的碳源汇效应提供基础数据。

春季桑沟湾硅藻群落结构对硅酸盐加富的响应研究

2021年5月,在水温13.83~16.96℃下,用现场陆基围隔实验方法研究添加硅酸盐对山东荣成桑沟湾养殖海区浮游植物丰度(以叶绿素a浓度表征)、粒径结构以及群落结构的影响。体积为100 L的直筒型透明聚乙烯袋围隔而成的实验单元,设置3个处理组,每组三个平行:自然海水组1.41μmol/L SiO_(3)-Si(对照组);低浓度组20.00μmol/L SiO_(3)-Si(LS组);高浓度组100.00μmol/L SiO_(3)-Si(HS组);取桑沟湾近岸表层海水70 L,经200μm筛绢过滤后注入实验单元,每个实验单元中均配置2 W的小型抽水泵,保持海水始终处于混匀状态,不与外部水体交换,添加的硅酸盐为分析纯九水硅酸钠,并固定在长200 cm、宽160 cm、高120 cm,容积约3 800 L的陆基围隔中,实验持续时间7 d。结果显示:(1)添加硅酸盐可提高浮游植物叶绿素a浓度,LS组和HS组叶绿素a浓度分别是对照组的1.95倍和1.94倍,主要是小型浮游植物和微型浮游植物的叶绿素a浓度显著提高;(2)硅藻是浮游植物群落结构的优势种,占物种丰富度的77.27%,硅藻细胞丰度变化范围为0.96×103~1.62×103cells/L,LS组和HS组的硅藻细胞丰度比对照组分别增加了53.53%和69.77%;(3)添加硅酸盐显著促进了小环藻(Cyclotella)、小新月菱形藻(Nitzschia closterium f.minutissima)、圆海链藻(Thalassiosira rotula)等生长(P<0.05),其中小新月菱形藻的藻细胞丰度增加显著,比对照组增加了181.69%;(4)添加硅酸盐对浮游植物多样性和均匀度无显著影响,但可显著增加浮游植物群落结构的物种丰富度(P<0.05)。本结果将为后续探索养殖水域关键时段硅元素补充策略、研发浮游植物初级生产力提升技术进而提高贝类养殖容量的可能性提供基础数据和有价值的线索。

桑沟湾营养盐及浮游植物对水产养殖活动的响应

为了解水产养殖活动对营养盐循环及浮游植物结构的影响以及微型浮游动物的摄食压力,本文在桑沟湾进行了现场培养实验。结果显示,NO_(3)^(-)是秋季浮游植物生长的限制因子。栉孔扇贝养殖会引起NH_(4)^(+)的累积,实验结束时NH_(4)^(+)浓度为初始浓度12.8倍;同时栉孔扇贝会对甲藻选择性摄食,从而改变浮游植物的群落结构;而大型藻类通过与浮游植物竞争营养盐,限制浮游植物的生长繁殖,使浮游植物粒径向小型化转变。此外,浮游植物还受到微型浮游动物的上行控制,调查期间湾内浮游植物生长率为0.39 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现存量和初级生产力的摄食压力分别为54.6%和169%。本研究有助于加深营养盐及浮游植物对水产养殖活动响应机制的理解并为水产养殖的可持续发展和生态环境管理提供理论支持。

基于AMBI和M-AMBI法的桑沟湾底栖生态环境质量评价

养殖环境评价是衡量海水养殖活动是否健康、可持续的重要环节。为掌握北方典型规模化养殖海湾——桑沟湾沉积环境质量状况,于2017年4和7月对桑沟湾全湾海域进行大型底栖动物走航调查取样,分析了大型底栖动物的种类组成、生物量、栖息密度及群落结构;运用AMBI(AZTI’s marine biotic index)指数法和M-AMBI(Multivariate-AMBI)指数法,分析了大型底栖动物群落受干扰程度,评价了沉积环境质量状况。研究表明,在两次调查中多毛类均为优势种,其中4月多毛类36种,占总种数63.16%;7月32种,占总种数的60.38%。AMBI法的评估结果表明,调查海域各站位以受到轻度扰动为主,个别站位受到中度扰动和无扰动,干扰程度从小到大依次为海带区<海草区<混养区<贝类区;M-AMBI法的评估结果表明,生态环境质量等级为良或优的站位占60.00%~68.42%,海草区环境质量状况要明显好于养殖区。多营养层次综合养殖模式缓解了桑沟湾近海生态系统的养殖压力,使得桑沟湾受人为干扰较小,海草区环境质量为优,贝类区、混养区和海带区的环境质量处于中等和良之间。

桑沟湾海域表层沉积物粒度特征及其环境意义

根据桑沟湾和邻近海域201个表层沉积物样品粒度测试结果,分析了砾、砂、粉砂和黏土等各粒级组分含量分布特征,划分了沉积物类型,探讨了沉积环境。结果表明,沉积物组分中以粉砂粒级组分为主,砾和砂分布相对集中。海域表层沉积物类型共有12类,含砾沉积物类型7类,不含砾沉积物类型5类,其中砂质粉砂与粉砂分布最广。桑沟湾及邻近海域沉积物分布主要受控于泥沙来源、地形地貌及潮流、波浪、沿岸流等沉积动力条件的共同作用。桑沟湾西部近岸海域的泥沙为近源沉积,颗粒较粗,向海扩散有限;桑沟湾外沉积物颗粒由东向西变细,与黄海西部沿岸流携带的黄河源泥沙向西扩散有关;桑沟湾内沉积物颗粒较细,水动力较弱;桑沟湾东北部和东南部海底的脊状凸起区域,含砾沉积物为当地近源碎屑沉积,受海流冲刷的影响,细颗粒碎屑难以沉积。

桑沟湾海域表层沉积物重金属含量和污染评价

分析了山东省荣成市东部桑沟湾及邻近海域200个站位的表层沉积物样品重金属元素(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn)含量分布特征,采用不同的评价方法,研究了重金属元素对环境的污染情况。结果表明,桑沟湾及邻近海域表层沉积物中多数重金属元素含量由湾内向周围降低,As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn平均含量分别为6.51、0.11、64.86、18.05、0.015、27.74、75.21μg/g。海底表层沉积物整体质量较好,重金属污染程度低,潜在生态风险程度低。

威海市桑沟湾及周边海域水质监测与评价

为研究威海市桑沟湾及周边海域水质情况,本文基于桑沟湾及邻近海域30个站位共采集了100个海水样品,分析了研究区海水水质特征,并结合海洋功能区划,采用了单因子标准指数法和综合指数法对研究区海水水质状况做出了评价。研究结果表明:在100个海水样品中,海水良好级水样共有11件,占总数的11%;较好级水样共有89件,占总数的89%,总体上研究区域海水水质满足各功能区要求,适宜水产养殖活动,具备在此海域建设人工鱼礁的水质环境。

桑沟湾周边海域晚更新世以来的层序地层

通过桑沟湾周边海域高分辨率浅地层剖面的地质解译,结合典型钻孔沉积地层的对比分析,揭示了研究区晚更新世以来的层序地层序列。研究表明,桑沟湾周边海域晚更新世以来的地层上覆于基岩之上,自下而上识别出了具有层序意义的3个声学地层单元(SU2、SU1-2、SU1-1),与钻孔的3个沉积地层单元(DU2、DU1-2、DU1-1)对应性良好。桑沟湾周边海域晚更新世以来的层序序列,形成于末次冰盛期低海面时期及早-中全新世高海面以来,自下而上包括低水位体系域(河流-河道充填相沉积)、海侵体系域(潮流沙脊与滨海相沉积)、高水位体系域(浅海相沉积)。研究区低水位体系域受河流下切侵蚀作用,沉积厚度变化较大,介于0~15 m;海侵体系域的沉积厚度普遍介于4.5~5.5 m,分布广泛;高水位体系域由岸向海,自西南至东北沉积厚度逐渐增加,最厚处超过30 m。

桑沟湾栉孔扇贝不同季节滤水率和同化率的比较

于1993年9月和1993年11月在山东省荣成市桑沟湾用半现场法对该湾养殖之林孔扇贝的滤水率和同化率进行了测定。结果表明：（1）林孔扇贝的滤水率秋季（9月）明显地高于冬季（11月）。（2）在同一密度下，单个个体的滤水率随着个体的增大而增大，而单位重量的滤水率随着个体的增大而减小；同一规格的个体，其单个个体和单位重量的滤水率均随着密度的增大而减小。（3）林孔扇贝的同化率在秋、冬两季无明显差异。（4）不同大小、不同密度的林孔扇贝的同化率无明显的差异。但其值都较高（94．3％－98．9％）。本文还对以叶绿素α和颗粒有机物两个指标测定滤水率的异同进行了讨论。

桑沟湾沉积物中磷的赋存形态及生物有效性

以桑沟湾表层沉积物为研究对象，利用连续提取法对8个采样点沉积物中磷的赋存形态、含量及分布特征进行了研究，并探讨了磷的生物有效性．结果表明：①无机磷（IP）是桑沟湾表层沉积物中磷（TP）的主要形态，平均占总磷的73．33％，有机磷（OP）只占较小的比例．②无机磷中钙结合磷占的比例相对较大，平均占总磷的45．22％，是沉积物中磷的主要赋存形态，可交换磷、铁结合磷、碎屑磷占总磷的比例分别为9．92％、4．74％、13．46％．③对各形态磷的相关分析结果表明，总磷的含量及空间分布主要受有机磷的影响与控制（P〈0．05），无机磷受自生钙结合磷的影响较大（P〈0．01）．④磷的生物有效性分析结果表明，桑沟湾表层沉积物中潜在生物有效性磷的含量为358．05-448．39μg/g，平均占总磷的86．54％，具有很强的释磷潜力．

桑沟湾养殖海域的水环境特征

本文研究了桑沟湾养殖海域的水环境特征，并与１０年前的历史资料作了比较。该湾各种化学指标的垂直分布均匀；受大面积高密度养殖影响，该湾水动力状况与１０年前相比发生了明显变化，营养物质输送和海水自净能力降低；各种化学指标、初级生产力、营养状况及类型等平面分布和季节性变化都有更加显著的差异。在海带养殖期间，ＩＮ和ＩＮ／ＩＰ始终处于低水平，其季节变化明显受该湾初级生产力制约，故ＩＮ必然成为桑沟湾初级生产的限制因素。另外，海带养殖也加速了其养殖期间湾内水体中ＩＮ的物质循环速率。

典型海洋生态系统服务功能及价值评估——以桑沟湾为例

系统分析了生态系统服务功能及价值评估的研究进展,探讨了海洋生态系统服务功能及价值的内涵。以桑沟湾为例,对该生态系统的渔业生产、气体调节、污水处理、空气净化、滨海旅游、文化价值等服务功能的价值以2004年为评价基准年份进行了评价。评价结果为,2004年桑沟湾生态系统服务功能的价值为10.51×108元。其中直接经济价值(渔业生产)6.86×108元,占总服务价值的65.29%,表征桑沟湾是一个典型的养殖型海湾。这与人们对于桑沟湾的一般认识是一致的。同时我们注意到,桑沟湾生态系统的其他服务价值总和为3.65×108元,该数值占总服务价值的34.71%。作者认为,本文所得结果是桑沟湾也已实现了的生态服务价值,是对桑沟湾生态服务价值的保守估计。

桑沟湾海洋生态系统的服务价值

对我国黄海内的典型集约化浅海养殖区域——桑沟湾的生态系统服务价值进行了评估.结果表明:2003年桑沟湾的总服务价值为6.07×108元,平均单位海域面积的服务价值为4.24×106元.km-2.在总服务价值中,供给服务、调节服务和文化服务分别占51.29%、17.34%和31.37%.在所评估的8项主要和次要生态系统服务中,食品供给服务价值最高(50.45%),其次是旅游和娱乐服务价值(29.89%)及气候调节服务价值(9.18%),最低的是有害生物与疾病的生物调节与控制服务价值(0.0017%).桑沟湾的养殖活动对当地社会经济、环境调节与社会文化均有较大贡献.海水养殖活动,特别是大型藻类的养殖对于维持和提升海洋生态系统的服务具有重要意义.

桑沟湾浮游植物多样性年际变化

研究了桑沟湾20 a中4个年度网采浮游植物多样性的年际变化,研究结果表明,2003-2004年度浮游植物物种数量较1983-1984年度明显减少;浮游植物α-多样性指数周年变化规律近乎"双峰"型,2003-2004年度α-多样性指数较1989-1990、1999-2000两年度均有明显降低(P<0.01),但跟1983-1984年度的相比降低程度不显著(P>0.05);空间β-多样性指数年变化趋向于"单峰"型,且4个年度的β-多样性指数值均无显著差异(P>0.05),只是年度平均值略有升高;1983-1984年度浮游植物多样性与生物量关系具有明显的规律性,即高多样性只发生在低生物量时,而且生物量高时多样性一定低,而其它3个年度未发现该规律;养殖区内外2站位的比较结果表明,扇贝养殖可一定程度地降低浮游植物α-多样性。

桑沟湾沉积物重金属含量分布及潜在生态危害评价

对桑沟湾表层沉积物重金属(Cu,Zn,Pb,Cd,Hg,As)的含量分布及富集状况进行了调查分析,并采用Hakanson的潜在生态危害指数法评价了该湾沉积物中重金属的污染程度和潜在生态危害。结果表明:桑沟湾表层沉积物中Cu、Zn、Pb、Hg含量分布特征表现为从西南向的湾底向东北向的湾外逐渐减少的趋势;Cd在湾中部含量最低,并向四周呈辐射状增高的趋势;As表现为从湾外向湾内递增的趋势;6种重金属中,以Cd的污染程度最大,平均污染系数为0.81,其余元素的富集均较低,重金属污染程度由高到低依次为Cd、Zn、Pb、Cu、As、Hg。潜在生态危害评价结果表明,桑沟湾表层沉积物中重金属的潜在生态危害轻微;污染程度顺序为Cd>As>Hg>Pb>Cu>Zn,对桑沟湾生态环境具有潜在影响的重金属元素主要是Cd。

桑沟湾浮游植物种类组成、数量分布及其季节变化

根据2006年4、7、11月和2007年1月4个航次的调查数据,分析了桑沟湾水域浮游植物种类组成、数量分布及其季节变化特征。调查期间共采集浮游植物28属92种(含变种和型),主要由硅藻类(74种)和甲藻类(11种)组成。优势度指数分析显示,硅藻是绝对优势种。物种多样性Shan-non-Wiener指数全湾平均变化范围在1.91～2.74之间(春季>夏季>秋季>冬季)。桑沟湾浮游植物的细胞密度及其水平分布格局的季节变化较大,细胞密度冬季最高(平均为188.4×104cells/m3),春季(平均为63.0×104cells/m3)和秋季(平均为11.7×104cells/m3)次之,夏季最低(平均为9.2×104cells/m3),冬、夏季数量中心在湾内近岸浅水区,春、秋季在位于海湾中部的贝藻养殖区。与历史资料对比显示,经过20多年的养殖活动,桑沟湾浮游植物种类数量下降、优势种发生演变,湾内海水养殖品种、数量以及养殖模式是影响浮游植物数量及其季节变化的主要因素。

桑沟湾海水中营养盐分布及潜在性富营养化分析

根据2003年8月—2004年7月桑沟湾海区12个航次海水营养盐的调查资料,分析了该海区海水营养盐的分布特征及时空变化,评价了水质的潜在性富营养化状况。结果表明,溶解无机氮的年平均浓度为10.15μmol/dm3。4个季节中溶解无机氮以NO3-N为主要存在形式,占年平均含量的78.69%,其中以秋季的含量为最高。NH3-N占无机氮年平均含量的15.11%,NO2-N占无机氮年平均含量的6.20%。活性磷酸盐的年平均浓度为0.23μmol/dm3,浓度呈现春季较低和秋季较高的分布特征。活性硅酸盐的年平均浓度为2.86μmol/dm3,浓度呈现冬季较低和夏季较高的分布特征。DIN∶P,Si∶DIN和Si∶P的比值年平均分别为43.2,0.31和13.4,磷酸盐和硅酸盐为限制因素。与1983年在该海域所获数据比较发现,溶解无机氮的浓度是20年前的10.7倍,活性磷酸盐的浓度较20年前降低了43.9%,活性硅酸盐的浓度较20年前降低了34.1%。桑沟湾海区营养水平仍很低,总体上处于贫营养或中度营养化阶段,海水水质质量较好。

桑沟湾营养盐时空分布及营养盐限制分析

根据2006年4、7、11月和2007年1月共4个航次的调查数据,分析了桑沟湾水域的溶解无机氮(DIN)、活性磷酸盐(PO43-)和活性硅酸盐(Si)含量的时空分布特征,采用营养盐浓度阈值法和化学计量法对桑沟湾营养盐潜在的限制性进行了分析。结果显示,桑沟湾DIN、PO43-、Si含量及分布呈现出明显的季节变化:DIN在秋季最高,春季最低;PO43-在秋季最高,夏季最低;Si在夏季最高,秋季最低。春季DIN和PO43-的含量低于理论上浮游植物生长的营养盐阈值的站位分别占44%和39%;夏季PO43-的潜在限制性较强,浓度低于营养盐阈值的站位占68%,受PO43-潜在限制的几率达79%,DIN和Si分别为5%和0;秋、冬季Si可能是浮游植物生长的主要限制因子。讨论了海水养殖、陆源输入及外海交换对营养盐时空分布的影响。目前,桑沟湾营养盐浓度基本属于国家一类、二类水质。但是,长期变化趋势显示DIN有上升的趋势。

桑沟湾和胶州湾夏季的沉积物—水界面营养盐通量研究

1999年8月通过原样培养研究了黄海的桑沟湾和胶州湾潮下带沉积物—海水界面的营养盐通量。结果表明,两个湾的沉积物均向水层释放NH4 N,通量为0.76(桑沟湾)和0.67mmol/m2·d(胶州湾),对水层初级生产所需无机氮的贡献为14%(桑沟湾)和12%(胶州湾);桑沟湾的沉积物对PO4 P有净吸收,通量为-1.17mmol/m2·d,而胶州湾的沉积物释放PO4 P,通量为0.01mmol/m2·d。与其他近岸浅海环境相比,桑沟湾和胶州湾的沉积物—水界面营养盐通量及对水层初级生产的贡献率均处于较低水平。回归统计分析表明,桑沟湾和胶州湾沉积物—水界面的NH4 N通量与沉积物表层的C、N含量正相关,PO4 P通量与沉积物耗氧率和上覆水PO4 P浓度相关。

桑沟湾栉孔扇贝生物沉积的现场测定

运用沉积物捕集器于桑沟湾对栉孔扇贝 (Chlamysfarreri)的生物沉积进行了现场测定 ,以评价贝类养殖对近岸生态环境的影响。结果表明 :桑沟湾栉孔扇贝具有相当高的生物沉积速率。壳高 68 1～77 9mm、软体干重 2 75～ 3 91g的栉孔扇贝 ,其生物沉积速率为 0 93～ 6 97g ind·d,平均 3 99g ind·d ;而壳高 40 8～ 67 4mm、软体干重 0 5 9～ 1 85g的栉孔扇贝生物沉积速率的变化范围为 0 5 2～ 6 42g ind·d,平均为 2 3 8g ind·d ;另外 ,壳高为 2 5 8～ 2 8 3mm、软体干重 0 1 2～ 0 1 7g的栉孔扇贝 ,其生物沉积速率在2 0 0 2年的 1 1和 1 2月以及 2 0 0 3年的 1月分别为 0 74、1 1 1和 0 1 5g ind·d。在桑沟湾 ,影响栉孔扇贝生物沉积的主要因素包括水温、悬浮颗粒物、扇贝个体大小和年龄。高密度、大规模的近岸浅海贝类养殖所产生的大量生物沉积物可能会对海区的物理、化学和生物环境产生影响。