三沙湾养殖衍生有机物的沉降特征及其底栖生态效应研究

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三沙湾是我国海水养殖产量最大鱼类大黄鱼(Pseudosciaena crocea)的主产地,2020年海湾大黄鱼养殖产量约占70%全国总产量。大黄鱼在三沙湾内多为网箱养殖,养殖过程中产生残饵和粪便等养殖衍生有机物(aquaculture-derived organic matter,AOM)。AOM的过度沉降引发较为显著的底栖生态效应,研究三沙湾内AOM的沉降特征及其底栖生态效应具有重要的理论和实践意义。三沙湾内已有此方面研究集中在AOM沉降速率以及沉降AOM对大型底栖动物群落结构的影响,本文在此基础上研究AOM在沉积物中所占比例以及AOM对大型底栖动物营养生态特征的影响,主要研究方法和结论如下。1.三沙湾内AOM在沉积物中的比例及其与环境因子关系2020年7月和2021年9月在三沙湾典型网箱养殖水域沿近底层海流主导流向布设采样站位,采样站位分别距离养殖网箱0 m、10 m、50 m、100 m、250 m和500 m,采集沉积物及其有机质潜在来源(河口颗粒有机物、海藻、残饵和粪便等)样品。测定沉积物及其有机质潜在来源碳(stable carbon isotope ratio,δ13C)、氮(stable nitrogen isotope ratio,δ15N)稳定同位素水平,结合马尔科夫链蒙特卡洛方法(Markov-Chain Monte Carlo)方法量化分析AOM在沉积物中所占比例(残饵与粪便比例之和)。计算网箱养殖引发的碳(aquaculture-derived organic carbon,AOC)、氮(aquaculture-derived nitrogen,AN)沉降量,测定沉积物环境典型理化特征因子(物理特征因子:含水率;化学特征因子:硫化物含量),利用回归分析方法分析AOM沉降对沉积物理化特征的影响。研究区域沉积物δ13C的变化范围为–23.60‰~–21.95‰,δ15N的变化范围为4.09‰~6.73‰,总有机碳(total organic carbon,TOC)的变化范围为7.27~14.96 mg g–1,总氮(total nitrogen,TN)的变化范围为0.80~1.78 mg g–1,总有机碳和总氮之比(C/N)的变化范围为7.56~13.52,五种参数在时间×空间交互作用上均无显著差异(Scheirer-Ray-Hare检验,P>0.05)。研究区域AOM在沉积物中所占比例两年平均值为18.6±4.8%。AOM比例在时间×空间交互作用上无显著差异(Scheirer-Ray-Hare检验,P>0.05)。残饵在沉积物中的比例约两倍于粪便,二者占比分别为13.1±6.3%和5.5±3.6%。河口颗粒有机物在沉积物中占比最大,达72.6±5.0%。海藻在沉积物中的比例为8.8±1.4%。研究区域AOC和AN的沉降量分别为0.9~2.7 mg g–1和0.1~0.3 mg g–1,两者在时间×空间交互作用上均无显著差异(Scheirer-Ray-Hare检验,P>0.05)。AOC和AN沉降量与沉积物中酸可挥发性硫化物(acid volatile sulfide,AVS)含量和沉积物含水率基本呈正相关关系。2.AOM对大型底栖动物优势种营养生态特征影响研究2021年9月在三沙湾内3处典型网箱养殖水域沿近底层海流主导流向布设采样站位(断面1~3),各断面上采样站位分别距离养殖网箱0 m、400 m、800 m、1500 m和2300 m,采集大型底栖动物及其潜在食源(颗粒有机物、海带、龙须菜、浮游动物、底栖微藻、残饵和粪便)样品。测定大型底栖动物优势种及其潜在食源δ13C和δ15N水平,结合营养级计算公式和稳定同位素溯源混合SIMMR模型方法分析大型底栖动物优势种营养级和食源贡献率。研究区域大型底栖动物潜在食源的δ13C和δ15N变化较大,变化范围分别为–25.51‰~–12.71‰和3.21‰~12.91‰,δ13C和δ15N在不同食源之间存在极显著差异(Kruskal-Wallis检验,P<0.001)。沉积物δ13C和δ15N以及POMδ15N在断面之间有显著差异(Kruskal-Wallis检验,P<0.05)。底栖微藻δ15N在断面1和断面3有显著差异(Wilcoxon秩和检验,P<0.05)。研究区域大型底栖动物数量优势种为多毛类欧努菲虫、不倒翁虫、角海蛹、索沙蚕属一种和丝异须虫。优势种δ13C和δ15N变化范围分别为–21.82‰~–16.87‰和7.05‰~12.98‰,δ15N在不同物种之间存在极显著差异(Kruskal-Wallis检验,P<0.001)。优势种中仅欧努菲虫的δ13C和δ15N在断面之间存在极显著差异(Kruskal-Wallis检验,P<0.01)。营养级计算结果表明杂食性的索沙蚕属一种和欧努菲虫营养级最高(分别为2.79和2.78),其次为底泥食性的丝异须虫和角海蛹(2.62和2.41),不倒翁虫营养级最低(1.81)。SIMMR模型计算结果表明,AOM是数量优势底栖物种的重要食源,对欧努菲虫、角海蛹、索沙蚕属一种、丝异须虫和不倒翁虫的食物贡献率分别为68.4±17.2%、61.7±22.0%、54.9±13.4%、36.4±8.3%和18.3±13.2%;底栖微藻和颗粒有机物同为底栖优势物种的重要食源。3.结论本研究结果表明三沙湾网箱养殖水域内AOM在沉积物中的比例较低,区域内沉积物中AOM含量的空间分布较为同质;AOM沉降增加沉积物中酸可挥发性硫化物含量,提高沉积物含水率,沉积物中的AOM已是区域内底栖动物的重要食源,AOM沉降产生了较为明显的生态环境影响。
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