滤食性贝类的碳收支及其在养殖生态系统碳循环中的作用

Increasing ocean carbon sink depends on understand the process and mechanism of oceanic carbon cycle "Carbon sinking fisheries" was proposed based on the carbon fixed by bivalves. However, there still lack of insufficient research on the basis of the procedures and mechanisms. This project will mainly focused on the research of carbon budget numerical model and key process of bio-deposits in biogeochemical cycle of the main culture species of bivalves (scallop Chlamys farreri and Oyster Crassostrea gigas). The project will be implemented in Sungo Bay, the typical suspended longline culture area. To quantify the carbon distribution in the physiological process, including respiratory, tissue growth, bio-deposits production, shell growth and spawning. To understand it's relationship with inner needs and environmental factors. And then, to simulate bivalves' growth and forecast the influence of water temperature and food availability on individual carbon budget, by numerical model. To study on the key biogeochemical cycles of bio-deposits, which including bio-deposits sinking rate, settlement rate, deposition rate and burial rate in the sediment, in order to understanding of shellfish aquaculture's contribution to the carbon cycle in the marine ecosystem and provide the scientific basis for understand the carbon cycle processing and mechanism of bivalves mariculture ecosystem.

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，本课题主要聚焦在主要养殖贝类（栉孔扇贝、长牡蛎）碳收支数值模型及生物沉积过程的研究。以典型筏式养殖区桑沟湾是实验海区，量化贝类生长代谢过程的碳分配及其与内在需求及环境因子的关系，构建个体碳收支数值模型，揭示及预测食物可获得性及水温等环境因子对贝类个体碳收支的影响；了解贝类生物沉积的关键过程，阐明滤食性贝类在养殖海域碳循环中的作用机理，从生理生态学和生物地球化学循环的双重角度加强海洋生物碳汇功能与增汇途径的基础研究，为全面认识贝类养殖对海洋碳循环的贡献，科学把握近海养殖区碳循环过程与机理提供科学依据。

针对贝类“碳汇”过程与机制缺乏的问题，本项目聚焦在主要养殖贝类（虾夷扇贝、栉孔扇贝和长牡蛎）碳收支模型及生物沉积过程的研究，以揭示养殖贝类在生态系统碳循环中的作用。以桑沟湾为实验海区，系统的研究了贝类个体碳收支（摄食、呼吸、排粪、生长）的季节变化情况；测定了长牡蛎呼吸、钙化的昼夜节律；给出了该3种贝类产生假粪的颗粒物浓度阈值；构建了基于DEB理论的个体生长数值模型，分析了温度、食物对其生长的限制性；获得了不同季节的碳收支分配方程和一个养殖周年的碳收支模型。以长牡蛎为例， 1只软体部干重0.25g的长牡蛎经过1年成长，利用水体中的碳7533mg，其中39.16%通过呼吸和钙化释放到环境中，21.33%形成贝壳和软体部；39.51%形成生物性沉积物。长牡蛎利用碳7533mg，最终形成了3部分的碳埋藏出口：1421mg的贝壳碳、186mg的软体部碳、2976mg的生物沉积碳。测定了贝类生物沉积物的形状、大小和化学组成等理化特性及其沉降速率，获得了不同季节、种类、规格贝类生物沉积物的沉降速率，贝类通过生物沉积作用，将大量的有机物以生物沉积物（包括真粪和假粪）的形式排向养殖区海底，贝类区颗粒物沉积速率平均为3.31±5.37 g/（m2.h），加速了养殖海区水体中的颗粒物质向海底的输送。水温、溶解氧等条件对生物沉积物的降解速率有显著的影响，充气有助于氮的降解，厌氧条件磷降解速率较高；贝类生物沉积物在桑沟湾海域的平均扩散范围约为35.1-54.7 m；贝类生物沉积物对桑沟湾贝类养殖区表层沉积物有机碳的贡献率，春夏季的平均为13.96 ± 8.62 %；秋季为32%。通过沉积物柱状样品，分析了沉积物中碳的形态分布、来源组成以及埋藏通量。综合以上的研究结果，桑沟湾浮游植物初级生产的碳为3.5×104t，21.4%被养殖贝类所摄食利用，形成的生物沉积性碳达4.75×103t，其中，有3.36×103t碳埋藏在沉积环境中；通过呼吸和钙化释放的碳总计为3.8×103t，有0.39×103t碳在水体中。阐明滤食性贝类在养殖海域碳循环中的作用机理，为全面认识贝类养殖对海洋碳循环的贡献，科学把握近海养殖区碳循环过程与机理提供科学依据。