网箱养殖生态系统污染负荷及其生态环境响应研究

The expansion of aquaculture in the coastal area of the world has increased the risk of degradation of marine ecosystem. At the same time, the deterioration of the environment blocks the development of aquaculture and to some extent it will impact the safety of seafood. To develop sustainable marine aquaculture, new attentions have been focused on Ecosystem Approach to Aquaculture (EAA) worldwidely. However, the detailed relationships between marine aquaculture and environment are not very clear which is important for sustainable aquaculture, especially for marine cage aquaculture becauseof the continued material cycling and energy flowing inside and outside of the open ecosystem. In this project, we have taken marine cage aquaculture ecosystem as the object of our study. In-situ investigation, laboratory analysis and numerical simulation will be applied to analyze the diffusion and conversion of dissolved nutrients and the response of environment. Hydrodynamic model of the aquaculture sea area (Zhongjieshan Sea Area) has been setup.The distributions and responses of dissolved nutrients to diffent aquaculture scales will be simulated by the numerical model.The distribution of organic matters generated from waste feed and feacal in the sediment environment will be tracked by Lagrange model. The response of sediment environment will also be discussed through detailed analysis of the organic nitrogen and BOD indicators. The results of the project will help for the sustainable development of EAA in coastal area, and will provide valuable decision making support for aquaculture planning. It is also important for the coastal environmental protection and rational exploitation of the coastal resources.

面对海洋生态环境危机和世界水产品安全问题，基于生态系统水平的海水养殖业发展成为关键。然而，对养殖生态系统与生态环境间的相互作用及响应规律认识尚不清晰，成为制约生态系统水平的海水养殖业（EAA）可持续发展的瓶颈。本项目以网箱养殖生态系统为研究对象，采用现场调查、实验室分析和数值模拟相结合的方法，从优化网箱养殖污染负荷入手，通过建立养殖海域生态动力学模型，研究溶解态氮磷污染物在网箱养殖生态系统内外的迁移、转化规律及生态环境响应；通过粒子追踪模型模拟颗粒有机污染物的扩散、沉降和分布规律，并通过调查和分析关键沉积环境状态参数的变化阐明沉积环境响应机制。本项目研究将为基于生态系统水平的海水网箱养殖业可持续发展提供重要的生态环境响应理论支撑，为养殖规划决策提供科学依据，对近岸海域的合理利用和海洋环境保护均具有重要的社会意义和科研价值。

面对海洋生态环境危机和世界水产品质量安全问题，海水养殖业的健康可持续发展成为世人广泛关注的科学问题，基于生态系统水平的可持续发展模式为该问题的解决指明了方向。然而，由于对养殖生态系统与周围环境间的相关作用及响应规律的认识不足，成为制约水产养殖业可持续发展的瓶颈。本研究以网箱养殖生态系统为研究对象，采用现场调查、实验室分析和数值模拟相结合的方法，系统研究了网箱养殖生态系统的物质循环规律以及周围环境对养殖生产活动的响应。主要研究内容及成果包括：.（1）网箱养殖污染负荷比较研究。比较研究了已有网箱养殖污染负荷估算方法，总结了各种方法的利弊，确定了网箱养殖污染负荷优化估算方法，为其他养殖模式污染产生规律研究提供了借鉴和参考。.（2）构建网箱养殖生态动力学模型。以Vensim软件为平台，依据鱼类生理生态学基础理论，构建了大黄鱼网箱养殖生态系统动力学模型LYCWM。.（3）网箱养殖生态系统污染物质排放研究。将所建网箱养殖生态系统动力学模型用于案例研究区。将2012年东极网箱养殖海域的自然环境条件和养殖场实际资料为模型输入条件，成功预测了大黄鱼的生长状态，养殖生态系统物质利用与平衡以及氮废弃物排泄的动态变化规律。.（4）饵料投喂机制对养殖废物产生量的影响研究。通过改变饵料类型及营养构成，预测不同饵料投喂机制下，其废弃物的排泄规律，为养殖污染控制及环境影响减缓措施的提出提供参考。.（5）养殖区沉积环境中氮的污染特征研究。通过沉积物取样调查和实验室分析，得到养殖区及周围200m范围内沉积环境中总氮、有机氮、有机碳等指标的含量及其空间分布规律。掌握了养殖区沉积环境中氮的赋存特征，发现了养殖污染有别于其他污染形式的典型特征，反映了沉积环境对养殖生产活动的响应。.（6）养殖区沉积环境质量评价研究。对实验测得沉积物中有机碳、总氮两个指标的含量分别与《海洋沉积物质量标准》中的一类标准限值和《第二次全国海洋污染基线调查技术规程》中关于总氮含量的限值进行比较，根据计算所得标准指数进行评价。.（7）养殖区沉积物好氧研究。借鉴美国环保局EPA推荐的沉积物好氧（BOD）测定方法进行养殖区沉积物好氧的实验分析。评估和论证养殖活动的有机污染以及对底栖生物群落影响。.（8）养殖颗粒废物运动轨迹研究。在养殖区水动力学模型基础上，应用拉格朗日粒子追踪模型对养殖生产过程产生颗粒污染物的迁移转化规律进行了预测。