桑沟湾养殖海域生态环境现状与评价

第二章　桑沟湾养殖环境现状与评价

第一节　桑沟湾的自然地理和社会经济概况

一、 自然地理概况

桑沟湾为一湾口朝东的岬湾。口门北起青鱼嘴，南至褚岛，口门宽11.5 km，海湾面积163.20 km2，海岸线长90 km，湾内平均水深7 ～ 8 m，最大水深15 m，滩涂面积约20 km2。湾口北部岬角附近和海湾北部以及湾南部的褚岛沿岸为基岩，其余部分为砂质海岸—沙坝（沙嘴）泻湖海岸。从等深线来看，5 m等深线靠近岸边，与岸线走向基本一致，但在北部沿岸，5 m等深线非常贴近岸边基岩，10 m等深线呈南北走向通过湾口。湾内底质分布大致为：西北岸段的近岸为细砂质粉砂，北部岸段以细砂为主，在褚岛附近有砾砂，湾的中部以黏土质粉砂为主。

潮汐为不正规半日潮。全年平均波高小于0.5 m的风浪出现率为93.4%，桑沟湾内码头附近的波浪中，风浪占60%，最多风浪向为SE，涌浪向也为SE。另据一次强台风期间在桑沟湾的观测，湾口最大浪高达6.0 m，相应的在码头附近波高达2.0 m。成山角的波浪中，风浪占83%，最多风浪向为S，涌浪占17%，最多涌浪向为S，全年的常浪向为S和NE，强浪向为ENE，最大波高9.0 m。

桑沟湾地区属于海洋大陆性气候，气候变化幅度小，年平均气温10.9 ℃，全年6级以上大风平均88 d，日照平均208.4 h。年平均水温13 ℃，2月最低，平均1.8 ℃，8月最高，平均24.9 ℃。湾内盐度变化不大，年平均为31.76，1月最低位30.94，6月最高位32.28。桑沟湾入湾河流有桑干河、崖头河、沽河、小落河，年总径流量在1.68 × 108 ～ 2.64 × 108 m3之间。海水中营养盐物质（氮、磷、硅）与其他海区相比含量较低。

二、 区域社会经济概况

荣成市地处山东半岛最东端，处于东经1228099 ～ 1228429、北纬368459 ～378279之间，现辖12个镇、1个经济开发区、1个管理区、10个街道办事处、861个行政村、96个居委会，人口67万人，总面积1 392 km2，属于我国社会经济发达的地区，是全国重点渔业市，渔业是该市国民经济的支柱产业和最具发展潜力的行业。在90 km长的海岸线上，分布着10大海湾、6大港、50多个岛屿，拥有可开展养殖滩涂1万公顷，20 m等深线内可养水面和海底各13.3万公顷，临近渤海、黄海、东海三大渔场，水产资源极为丰富，盛产对虾、鲍、海参、魁蚶、牙鲆、黄花鱼、鲅鱼、鲳鱼、带鱼等鱼虾贝类产品100多种。全市拥有渔业企业400多处，总资产90多亿元，从业人员近10万，主要经济指标多年位居全国县级市前列。全市拥有各类捕捞渔船4 529艘、47.9万马力，其中100马力以上大马力渔船1 589艘、43.6万马力，形成了开发能力强、作业领域广、生产规模大的远近洋捕捞船队，开辟了太平洋、印度洋、大西洋及国内主要海域的作业渔场。荣成市水产品加工业发达，研制开发出了海洋方便食品、功能性保健品疗效性药品等新产品200多种，并有30多种产品被国家有关部门批准为保健品、绿色食品、海洋药品或名牌产品，初步形成了即食食品、保健食品、海洋药品、盐渍海带和鱼粉饲料五大精深加工体系，水产品的利用率和增值水平不断提高。2008年全市水产品产量105万t，其中养殖产量达到57万t（桑沟湾养殖产量占41.2%），渔业经济总收入410.8亿元，其中养殖收入77亿元（桑沟湾占56.3%）。

第二节　桑沟湾海水养殖概况

一、 桑沟湾海水养殖业概况

桑沟湾湾内水域广阔，水流畅通，水质肥沃，自然资源十分丰富，是荣成市最大的海水增养殖区。目前该湾水域面积已被全部利用起来，并将养殖水域延伸到湾口以外，形成了筏式养殖、网箱养殖、底播增值、区域放流、潮间带围海建塘养殖、滩涂养殖、土地养殖等多种养殖模式并举的新格局，增养殖品种有海带、裙带菜、羊栖菜、鲍、魁蚶、虾夷扇贝、栉孔扇贝、海湾扇贝、贻贝、牡蛎、江瑶、毛蚶、泥蚶、杂色蛤、对虾、梭子蟹、刺参、牙鲆鱼、石鲽鱼、星鲽、大菱鲆、鲈鱼、黑鲪、真鲷、鲐鱼、六线鱼、马面鲀、河鲀、美国红鱼等30多种，2007年荣成市海水增养殖面积达2万ha，养殖产量58万t，养殖产值72.8亿元，其中桑沟湾养殖面积达6 300 ha亩，产量24万t，产值36亿元，分别占荣成市养殖总面积、总产量、总产值的30.7%，41.2%和56.3%。

桑沟湾海带养殖始于1957年，养殖面积在1970年达到587 ha，2007年为4 335 ha，产量在2007年达到8.45万t。1994年海湾30%以上的水域面积用来发展水产业，其中，海带3 300公顷，扇贝1 037公顷，牡蛎391公顷。1999年扇贝养殖面积为1 800公顷，2000年减为128公顷；然而，牡蛎面积增加了25倍，从1999年的24公顷增至2004年的600公顷，2004年，桑沟湾牡蛎的年产量增至15万t；鲍的养殖面积从1999年的19.2公顷增至2004年的76.7公顷，2007年，桑沟湾鲍的年产量增至1 200 t。

近年来，为了加强桑沟湾的保护和合理利用，荣成市委、市政府根据桑沟湾内初级生产力状况，提出了“721”湾内养殖结构调整工程，即总养殖面积中藻类种类占70%，滤食性贝类种类占20%，投食性种类占10%；通过调整养殖结构，传统养殖的比重不断下降，名优养殖增势迅猛，以刺参、鲍、海胆为代表的海珍品养殖以及多营养层次的综合养殖成为养殖业增长的主要因素；利用养殖品种间的互补优势实现生态养殖，从而降低了养殖自身污染，加快了海水交换量，提高了海水自净能力，现在近海海水质量均达到国家一类水质标准，取得了显著的经济效益和生态效益。

二、 桑沟湾不同养殖模式介绍

桑沟湾现有养殖模式多达十几种，归纳起来，大致分为四大类：一是单养模式，如海带、扇贝、牡蛎、鲍单养等；二是混养模式，如海带与扇贝、牡蛎、鲍、网箱混养等；三是筏式1底播模式，以海带养殖、网箱养殖为主，底播高值的刺参和海胆；四是多营养层次综合养殖模式（Integrated multi-trophic aquaculture，IMTA），如海带—鲍—刺参、鲍—海参—菲律宾蛤仔—大叶藻综合养殖。本研究选取桑沟湾7种主要养殖模式进行了研究，包括海带单养（mode1）、扇贝单养（mode2）、牡蛎单养（mode3）、海带与扇贝混养（mode4）、海带与牡蛎混养（mode5）、海带与鲍混养（mode6）、海带—鲍—刺参多营养层次综合养殖（mode7）。桑沟湾养殖布局和调查站位如图2-1所示。

（一） 单养模式

1.海带单养

桑沟湾湾内养殖的海带以混养为主，湾口和湾外以单养为主。根据荣成市

图2-1　调查站位图

注：1—非养殖区；2，3，4—海带养殖区；6，7—综合养殖区（如海带、鲍、龙须菜等）；7—鲍养殖区；8，14—扇贝养殖区；5，11—扇贝海带综合养殖区；13—网箱养鱼区；16，17—扇贝养殖区；18，19—牡蛎养殖区；12—筏式（海带）-底播（刺参）养殖区； 9，10，15—鲍海带间养区；海洋与渔业局的相关统计资料以及对桑沟湾周边养殖公司的调查，桑沟湾2007年的海带养殖面积约为4 348公顷，其中单养海带面积约为2 333公顷 （2007年渔业生产经营情况表，荣成市海洋与渔业局，2008年）。每亩400绳，4台架，共13 000颗 / 亩，苗成本约0.03元 / 颗，养殖设施成本约为4 700元 / 亩（折旧70%），人工费约1.5元 / 千克 （包括夹苗、收获、晒干等），市场价格6元 / 千克。海带的养殖周期为180 d，通常从11月初开始夹苗，养殖到次年的4 ～ 5月开始收获。海带苗的初始重量为1.2 g （Nunes et al，2003）。

2.扇贝单养

2011年我国海水养殖产量1 551.33万t，其中贝类产量1 154.36万t，扇贝产量达130.61万t，可见扇贝是我国主要的养殖品种之一。桑沟湾养殖的扇贝主要以栉孔扇贝和虾夷扇贝为主，本文以栉孔扇贝（Chlamys farreri）为例，对其服务和价值进行估算和评价。桑沟湾湾内单养的栉孔扇贝多以笼养为主，每笼7层，直径为30 cm，300粒/笼，400笼为1亩，悬挂水层为1 ～ 6 m。成活率60%，养成后产量约为3千克/笼，2007年市场收购价为4.6元/千克，苗成本0.004 ～ 0.005元/粒，贝笼12元/个，可用5年。栉孔扇贝通常在5月初开始放苗，到次年5月开始收获，养殖周期为一年，按365天计，苗种的初始重量为0.67 g （Nunes et al，2003）。

3.牡蛎单养

以吊养为主，每串200粒牡蛎，800串/亩，成活率50%，养成后产量约为10千克/串，0.7元/千克，成本0.3元/千克。长牡蛎同于栉孔扇贝，通常也是在5月初开始放苗，到次年5月开始收获，养殖周期以365 天计，苗种的初始重量为0.033g （Nunes et al，2003）。

（二） 混养模式

1.海带与扇贝混养

扇贝养殖笼垂直吊挂在海带养殖浮绠上，与海带混养。每亩400绳海带，间养扇贝180笼，海带养殖密度和每笼扇贝养殖密度同于单养模式，但扇贝成活率可达80%，养成后约为4千克/笼。

2.海带与牡蛎混养

海带养殖密度由单养的每绳35颗减为28颗，牡蛎由单养的800串 / 亩减为225串 / 亩，成活率提高到80% （方建光，2006）。

3.海带与鲍混养

海带与鲍混养主要以鲍养殖为主，鲍养殖笼垂直吊挂在海带养殖浮绠上，与海带间养。鲍养殖密度200头 / 笼，每笼3层，每层分别放60、60、80头，笼间距1.5 m左右。每条浮梗80 m长，浮梗间距4 m，每4条浮绠为1亩，250笼/亩，成活率75%，养成后3.75万头/亩，鲍笼80元/个，可用5年；海带则水平挂养在两条浮绠之间，每绳养殖海带60～ 70颗。在鲍—海带混养区，海带养殖密度可大于常规养殖密度，即绳间距1.5 m左右；1亩4台架，约4 700元/亩。鲍养殖周期18个月，按540天计。这种养殖模式的优点是海带养殖绳上的海带可以随时采摘放到鲍养殖笼内作为鲍的饵料，即为鲍长期提供现成的鲜活饵料，将低值的海带转化为高值的海珍品，同时这种模式由于省工省力，生产成本大大低于鲍室内工厂化养殖。

（三） IMTA模式（海带—鲍—刺参）

IMTA模式主要以鲍养殖为主，鲍养殖笼垂直吊挂在海带养殖浮绠上与海带间养，鲍养殖密度同上。在每个鲍养殖笼内放养6个刺参，每层放2个，用于摄食鲍的粪便和残饵；海带则水平挂养在两条浮绠之间，每绳养殖海带60 ～ 70棵，作为鲍的鲜活饵料。

第三节　桑沟湾养殖海域生态环境现状与评价

一、 不同养殖模式下附着生物群落特征

（一） 附着生物的生态功能

附着生物对于人类很多海洋活动都有影响，早在公元前5世纪就有了关于附着生物的记载（WHOI，1952）。附着生物对航运和冷却水管出口等方面的影响及其防除的研究已有很多，几千年前就有了关于航运船只附着生物的报道。附着生物能在很短的时间内在轮船上大量附着，增加航行阻力，可使航速下降20%以上，大大增加燃料消耗；附着在海洋设施比如灯塔、浮标、管道出入水口，热电厂冷却水管等设施上的污损生物会导致金属腐蚀、堵塞，影响设施的工作效率和使用寿命。人类大规模水产养殖活动的历史，与海洋航运和其他海洋活动等相比，时间还很短（Hodson et al，2000），但附着生物对水产养殖活动的影响受到了人们的普遍重视普遍重视（Enright，1993；Hodson et al，1997）。附着生物对水产养殖也有一定的有益作用，比如用预先用附着生物处理过的附着基有利于贝类的附苗（Mallet and Carver，1991）。

附着生物是一个世界性的问题，引起了普遍的关注和极大重视。FAO统计的数据显示，在欧洲鱼、贝养殖过程中，污损生物带来的损失每年为13 000万 ～26 000万欧元，占整个养殖产业产值的5% ～ 10%。1996年由于受污损生物柄海鞘的影响，辽宁省大长山海域栉孔扇贝的养殖产量降低了28%，产值降低了38%左右（李克元等，1999）。附着生物对渔业生产的巨大影响引起了世界范围内的高度重视，诸多国家都加强了对附着生物的研究，澳大利亚库克大学（James Cook University）和俄罗斯圣彼得堡州立大学（St.Petersburg State University，Russia）等都设立了附着生物研究组。2007年3月召开的第8次国际海洋生物技术会议（International Marine Biotecchnology Conference，IMBC）也把生物附着问题单独列为一个议题进行研究讨论。关于附着生物的研究多数集中在附着机理和轮船、钻井台等海洋设施的防附着等方面，附着生物对水产养殖的影响以及防除等方面的研究相对较少。

附着生物对养殖设施的影响。网箱和扇贝养殖笼上的附着生物会阻塞网孔，增加网箱和养殖笼的重量以及对水流的阻力，从而大大增加网箱和养殖笼以及浮筏的受力（Loderios and Himmelman，1996；Swift et al，2006），导致筏架的漂移和损坏；有附着生物的网具受到水流冲击时的受力是干净网具的12.5倍（Millne， 1970）。污损生物的附着使网具的重量大大增加，导致网具结构变形，浮力降低，最终导致网具损坏（Milne，1970；Beveridge，1996；Phillippi et al，2001）。附着生物加重网具的负重，导致物理性损坏（Beveridge，1996）。本研究在桑沟湾深水区（水深40 m左右）观察到附着扇贝养殖笼上的大量的苔藓虫（Bryozoa），使养殖笼的重量极大增加，导致养殖笼撕裂，极大地影响了设施的使用效果，缩短使用寿命（图2-2）。

图2-2　附着生物的负重使栉孔扇贝养殖笼撕裂

附着生物对养殖贝类的影响。海鞘和贻贝等是很多地区附着生物群落的优势种，滤食性附着生物与扇贝等养殖贝类具有相似的食性，它们与养殖贝类竞争食物（Lesser et al，1992）。当生物量较大时，附着生物摄取的饵料食物可达总饵料的40%左右（方建光等，1996）；对于栉孔扇贝等需要用足丝固着的贝类，附着生物的另一个影响就是会占据附着基，影响贝类的正常附着。附着在生物体上的污损生物也会对养殖生物造成很多不利的影响，比如海绵会将养殖的贝类完全包裹，导致贝类滤水困难，生长变慢甚至大规模死亡（Mohammad，1976）。附着在贝类腮上的水螅（真枝螅）会影响贝类的呼吸（隋锡林等，2002）；才女虫等附着在贝壳上，会在贝壳上钻孔（Doroudi，1994），如果钻孔部位在闭壳肌附件上会导致闭壳肌受损，贝类受到刺激增强分泌，局部增厚，会导致生长受阻和贝壳畸形（Taylor et al，1997）。

附着生物的生态效应：附着生物阻塞网孔，严重影响网箱和养殖笼内外的水交换，使养殖笼内的饵料浓度降低，影响滤食性贝类的生长速度和存活率；同时也会导致网箱内的鱼类或者养殖笼内的贝类的氨氮等代谢废物不能及时稀释和排出（Howard and Kingwell，1975；Ahlgren，1998；Eckman et al，2001），不仅导致养殖生物的生长速度下降，甚至死亡，而且会造成局部区域的富营养化（Folke et al，1994）；同时也会使养殖笼内溶解氧的含量降低（Lovegrove，1979；Cronin et al，1999），附着动物的呼吸也会消耗氧气，使笼内水质恶化，影响养殖动物的健康（Lai et al，1993；Cronin et al，1999）。温带地区附着生物在夏季短时间内爆发性出现，加之此时水温也达到最高，使得这种局部富营养化的情况尤为明显。这些情况会导致养殖生物的生长速度降低和病害发生，存活率降低（Mortensen et al，2000；Colin et al，2002）。

（二） 桑沟湾贝藻养殖区附着生物群落季节演替变化

养殖区附着生物群落季节变化实验于2007年5月至2008年5月在桑沟湾海带和扇贝综合养殖区进行（378019 ～ 378099N，1228249 ～ 1228359E）（图2-1）。采用与生产当中栉孔扇贝养殖笼的网衣相同的聚乙烯网片，作为实验网片，网眼大小约2 cm （stretch-mesh size）。用直径约为2 cm的PVC管，制成规格为80 cm 3 60 cm的大的框架，大的框架分割为12个规格，为20 cm 3 20 cm的小的框架（图2-3），再将实验网片固定在这些小的框架上。取样时取下小的框架，将实验网片剪下，再在小框架上缝上新的网片，将小框架再固定在大的框架上。参照《海洋调查规范》在实验海域挂网的方法，在海区中悬挂实验挂网，模拟实际生产当中所用的扇贝养殖笼，分析网片上的附着生物群落结构及其演替规律。2007年4月至2008年4月将实验挂网悬挂在实验海域贝类养殖筏架上，悬挂的深度与扇贝养殖深度相同，挂网分为月网、季度网。月网按月采集，采集之后换上新的挂网，每种网片均包含4个重复；3月 ～ 5月、6月 ～ 8月、9月 ～ 11月、12月 ～ 2月分别代表春、夏、秋、冬四个季度。每个月的头三天取样网片并更新挂网。挂网取出后带回实验室，进行附着生物群落季节变化特征分析。

图2-3　框架和挂网示意图

分别于2007年9、10、11月，随机选取三个扇贝笼。先将养殖笼内的扇贝全部取出，分别称量扇贝的重量和有附着生物的空养殖笼的重量，取出扇贝时小心避免损坏养殖笼和贝壳上的附着生物。数量很大或者生物量很大的附着生物优势种，分别从养殖笼上小心取下，对它们的数量进行统计。剩余的附着生物因数量很小或者个体很小，很难单独分开，所以本实验将其作为一个整体，一起从养殖笼上取下。附着生物的重量（Wnetfouling）根据公式：Wnetfouling 5 Wtotal 2 Wnet计算得出，其中Wnet为干净养殖笼的重量。养殖笼上的附着生物的重量与养殖笼的重量比例，定义为附着比率。从每个养殖笼里随机取出60个扇贝样品，用以调查统计贝壳上的附着生物的数量。栉孔扇贝是“横躺”在一侧的贝类，绝大部分的附着生物都附着在扇贝的上壳，将所有的附着生物从扇贝壳上小心取下，称重（Wshellfouling），附着生物群落当中的优势种都单独取下，分别计数，称量扇贝上壳的重量（Wuppervalve）。扇贝上壳上的附着生物的重量与上壳重量的比例，定义为扇贝壳附着比率。

1.挂网上附着生物的生物量变化规律

月挂网上的附着生物数量为3 ～ 1 210 g / m2，附着生物的数量在8月达到最高，2月的附着生物量最低，约为3.0 g （图2-4）。季度挂网上的附着生物在夏季达到最高，约为2 200 g / m2；冬季的附着生物数量最低，约为650 g / m2 （图2-5）。

图2-4　月挂网上附着生物的生物量及水温季节变化

图2-5　季度挂网上附着生物的变化（平均值±S.D）

2.扇贝养殖笼上附着生物的数量和附着比率

栉孔扇贝养殖笼上的附着生物的数量和比率呈现出明显的季节变化趋势（图2-6 ～ 图2-9）。9月扇贝养殖笼上附着生物的湿重约为1.94 kg，之后随着水温的降低，10月笼上附着生物的湿重迅速减少到0.99 kg，然而在11月，笼上附着生物的湿重又有所上升达到1.03 kg。扇贝壳上的附着生物与养殖笼上附着生物变化趋势相同，从9月到11月壳上附着生物的数量为0.49 ～ 2.09 g，11月的附着生物数量最大，10月附着生物的数量最小。

图2-6　栉孔扇贝养殖笼上附着生物的重量

图2-7　附着生物和养殖笼的比率

图2-8　栉孔扇贝壳上附着生物的重量

图2-9　附着生物和栉孔扇贝壳的比率

附着生物与养殖笼的比率变化趋势与养殖笼上附着生物的湿重变化趋势相似，也是在9月最大，到10月有所降低，但11月的附着生物比率又高于10月。贝壳上附着生物的重量与扇贝上壳重的比率变化趋势与网笼的相似，同样是从9月到10月有所下降，之后到11月又有所升高。

3.扇贝养殖笼上附着生物的种类

表2-1显示了9 ～ 11月栉孔扇贝养殖笼上大型附着生物的种类。结果表明，扇贝养殖笼和贝壳上的附着生物群落由复杂的种类组成，包括藻类、海鞘类、环节动物、苔藓虫类、腔肠动物、软体动物、甲壳动物和海绵动物，其中能够鉴定的大型附着生物有23种，夏季附着生物的优势种为玻璃海鞘和柄海鞘。

表2-1　栉孔扇贝养殖笼上9 ～ 11月的大型附着生物的种类

续　表

注：“1” 表示出现，“/” 5表示没有出现，“1” 越多表示数量越大。
10月的优势种为玻璃海鞘（C. intestinalis）和紫贻贝（M. edulis）。11月的优势种为紫贻贝（M. edulis）。玻璃海鞘和柄海鞘及贻贝是附着生物群落中的优势种。10月以后随着水温的降低，海鞘的数量迅速消退，但贻贝可以持续生长。

4.栉孔扇贝养殖笼上附着生物优势种的数量

玻璃海鞘、柄海鞘和贻贝是桑沟湾栉孔扇贝养殖笼上附着生物群落的优势种，在栉孔扇贝养殖笼和贝壳上的数量见表2-2。9月，各种附着生物的数量最多，之后逐渐下降。生产当中所使用的栉孔扇贝养殖笼一般为8层，每层养殖栉孔扇贝约30个，每笼养殖栉孔扇贝约240个。因此，9月和10月的玻璃海鞘和紫贻贝的数量大于笼内养殖的扇贝的数量。

表2-2　栉孔扇贝养殖笼上和贝壳上附着生物优势种的数量

（三） 附着生物对栉孔扇贝和虾夷扇贝生长与存活的影响

挑选规格相近的两种扇贝各170只进行实验，栉孔扇贝壳长为54.4 mm ± 4.22 mm，闭壳肌干重为0.31 g ± 0.06 g，剩余软体组织干重为0.51 g ± 0.14 g；虾夷扇贝壳长58.8 mm ± 2.49 mm，闭壳肌干重0.36 g ± 0.11 g，剩余软体组织干重0.75 g ± 0.12 g。实验前首先清除贝壳上所有肉眼可见的附着生物，随机选取20只扇贝，测量其壳长，之后解剖扇贝分离出上壳、闭壳肌和剩余软体组织，65 ℃烘干48 h，称量干重。分别做上壳干重、闭壳肌干重和剩余软体组织干重与壳长的回归分析，确定与壳长之间的回归关系。

剩余的两种扇贝150只被随机地分为4个实验组和1个对照组，每组30只贝。对各组扇贝的壳长进行方差分析，各组之间的初始壳长没有显著差异。实验组扇贝的上壳干重由壳长和上壳干重的回归关系确定，在4个实验组扇贝上壳中间分别沾上相当于上壳干重的0.5倍、1倍、2倍和3倍重的“速凝水泥” （分别以M0.5、M1、M2和M3表示）；取另外一组没有添加水泥的扇贝作为对照组（Control）。测量每只扇贝的初始壳长，并在每只扇贝的壳上用防水记号笔写上标号。

实验处理完成后，实验扇贝在育苗厂的水槽内流水暂养3天，以去除实验处理所造成的胁迫，之后将扇贝放在盛满海水的水桶中运送到桑沟湾的实验地点。实验扇贝在8层的养殖笼中养殖，养殖笼的直径约为30 cm，层高约为20 cm。养殖笼悬挂在浮筏上，养殖深度约为2.5 m，养殖笼每层养殖扇贝25只，（每组5只），这样排列是使各组扇贝在各水层深度上的分布没有差异。

1.附着生物对存活率的影响

实验结束时，各组扇贝均有很高的存活率，各组之间的存活率之间没有显著差异（P .0.05） （图2-10）。大部分死亡个体的壳长均与初始时相似，说明这些死亡的个体是在实验初期就死亡的，很可能是由于实验操作对其造成了胁迫或损伤，而不是由于实验处理的原因在生长过程中死亡的。

图2-10　扇贝壳上附着生物对栉孔扇贝和虾夷扇贝存活率的影响

2.附着生物对生长性能的影响。

两种扇贝的壳长（SL），闭壳肌干重（MDM）均没有显著差异（图2-11）。M0.5组的虾夷扇贝剩余软体组织（RDM）的生长显著高于其他各组，其均没有显著差异（P , 0.05；图2-11c）。结果显示，栉孔扇贝和虾夷扇贝的生长没有受到壳上添加的附着物的影响。

图2-11　贝壳上附着生物的重量对栉孔扇贝和虾夷扇贝壳长（a） 闭壳肌 （b） 剩余软体组织（c） 生长的影响

3.贝壳上附着生物的数量

从养殖笼里随机取出60个扇贝样品，用以调查统计贝壳上的附着生物的数量。将所有的附着生物从扇贝的上壳取下，称量附着生物的重量（Wshellfouling）及扇贝上壳的重量（Wuppervalve）；附着生物与上壳的重量比，称为附着比例。

壳上的污损生物的重量显示出明显的季节特征（表2-3），9月温度较高，污损生物的重量为1.47 g，随着温度降低污损生物的数量在10月急剧下降到0.49 g，但11月尽管温度继续降低，但污损生物的重量却上升到2.09 g。污损生物与上壳的重量比例变化与壳上污损生物重量相似，也是从9月到10月有所降低，到11月又有升高。

表2-3　栉孔扇贝壳上污损生物的重量及其与上壳重的比例

桑沟湾是中国北方重要的贝藻养殖基地（Guo et al，1999），对桑沟湾已经有很多研究（Fang et al，1996；Hawkins et al，2001，2002；Nunes et al，2003；Yang et al，2005），但是对附着生物的研究却相对很少。方建光等（1996）调查统计了浮筏和延绳上附着生物优势种如海鞘和贻贝等的数量，探讨了这些附着生物对栉孔扇贝养殖容量的影响。蒋增杰等（2006）研究了栉孔扇贝养殖笼上的附着生物的数量，他们发现附着生物的数量在8月达到最大，之后随着温度的降低而下降。在温带海区温度是影响附着生物群落特征的最重要的因素（Lodeiros and Himmelman，2000）。桑沟湾位于温带海区，污损生物的附着在温度最高的8、9月最多（Cao et al，1998；Jiang et al，2006）。实验期间桑沟湾7月到11月的平均水温分别为18.5，23.7，24.5，17.7和11.5 ℃，9月的温度最高，虽然本实验只进行了3个月，但是经历了从高温到降温的过程，显示了附着生物群落在高温期的动态变化规律（图2-6 ～ 图2-9）。

附着生物群落特征受到演替起始时间和持续时间的影响（Greene and Grizzle，2007）。实验所采用的每月更换新的挂网的方法没有同时将所有网片同时放入水中，会受到开始阶段先锋种（群）形成较慢的影响，虽然可以反应不同季节附着生物变化的特征，但也可能会导致估计的附着生物量偏低。附着生物中的大型种类的生物量所占比例大，群落的结构和功能主要受这些种类的影响，所以本实验鉴定了大型附着生物的种类，对其数量进行了统计。养殖笼上的大型附着生物鉴定为23种，与Ge 等（2007） 的研究结果相似，他们发现爱莲湾牙鲆Paralichthys olivaceus 养殖网箱上的大型附着生物约有26种。本实验中，栉孔扇贝养殖笼上的附着生物的种类与爱莲湾鱼网箱上的附着生物种类相似，是由于两个海湾地理位置相邻的原因。

玻璃海鞘（C. intestinalis）、柄海鞘和（S. clava）与紫贻贝（M. edulis）是桑沟湾附着生物群落当中的优势种。很多研究显示海鞘是很多海区附着生物的优势种类（Lesser et al，1992；Claereboudt et al，1994；Hodson et al，2000；Romo et al，2001）。附着生物的数量和种类在不同的地域之间差别很大，主要是由于环境的理化参数相差很大（Hanson and bell，1976；Wildish et al，1988）。

9月大连海区（398019 ～ 398049N，1218449 ～ 1218499E）栉孔扇贝养殖笼上污损生物的重量约为3.33 kg （Cao et al，1998），大于本实验中的研究结果，主要由于大连的附着生物群落的优势种是端足类（Amphipoda），软体动物（Mollusa）和苔藓虫（Bryozoa），这些种类的重量很大。

Zheng and Huang （2005）研究报道了大亚湾（228319N，1148319E）养殖的珍珠贝养殖笼上的污损生物马氏珠母贝（Pinctada martensii）为1.96 ～ 6.80 kg，附着生物的数量较多主要是受较高水温的影响。

美国西海湾的附着生物约为15 kg/m （Greene and Grizzle，2007）远大于桑沟湾，主要是由于紫贻贝（M. edulis）为群落的优势种。9月栉孔扇贝养殖笼上的附着生物的重量约为1.94 kg。蒋增杰等（2006）的研究结果显示扇贝养殖笼上的附着生物的重量约为1.28 kg，低于本实验的结果，原因是玻璃海鞘等在托盘底面上的数量很大，而后者只研究了养殖笼表面附着的生物。

玻璃海鞘是桑沟湾附着生物群落的优势种，其本来是北大西洋的种类（Van Name，1945；Plough，1978），但是随着航运发展逐渐将海鞘分布扩散到了全世界（Monniot and Monniot，1994；Lambert and Lambert，1998），并成为很多海区附着生物群落的优势种（Millar，1960）。

海鞘是固着性的生物，但其受精卵经过1 ～ 5天的发育，会首先形成不需外界营养，可自由游泳的幼体（Dybern，1965；Svane and Havenhand，1993），之后经过变态进入固着生活的阶段。海鞘有很强的繁殖能力，成熟个体每天可进行一次产卵活动，每个海鞘在一个繁殖季节可以产生500个卵子（Carver et al，2003）。玻璃海鞘不需要特殊的固着基，在各种材料如水产养殖的网具、锚定系统、浮筏、船体等上均可附着（Petersen and Riisgard，1992；Connell，2000；Mazouni et al，2001），附着的密度可达每平米3 000个（Carver et al，2003）。周毅（2000）研究报道，在烟台四十里湾一个扇贝养殖笼上柄海鞘和玻璃海鞘的数量分别为200 ～ 400个和100 ～ 400个。

海鞘的附着对贝类养殖产生了很大的影响（Karayucel，1997；Cayer et al，1999；Hecht and Heasman，1999；Uribe and Etchepare，2002）。温度是影响海鞘产卵和固着的最重要的因素（Dybern，1965；Gulliksen，1972；Marin et al，1987；Carver et al，2003）。在较寒冷的地区，如瑞典和挪威，海鞘的产卵和附着具有明显的季节特征，在夏季高温时出现高峰；但是在温暖的地区，如英国等，海鞘在全年都可以形成卵子（Dybern，1965；Gulliksen，1972）。桑沟湾属温带地区，附着生物的发生也呈现出明显的季节变化趋势（图2-6 ～ 图2-9）。附着生物的数量变化趋势与温度的变化趋势一致（图2-4），随着温度的升高，附着生物的数量也逐渐增加，在夏季达到最高峰。9月以后水温下降，附着生物的数量也随之急剧下降，这主要是由于玻璃海鞘的逐渐消退。10月以后，贻贝成为优势种，随着贻贝的生长，附着生物的数量又有所升高。

随着温度的下降，海鞘的数量逐渐降低，从9月到10月，附着生物的重量有所降低，11月附着生物的数量又有所上升，主要是由于紫贻贝（M. edulis）成为群落的优势种。本实验的结果与Kong等（2000）的结果有所不同，他们报道鲍养殖笼上的附着生物在8、9月达到最高峰，之后随着温度的降低而降低。本实验的结果显示，在9月扇贝养殖笼上的附着生物的湿重几乎与养殖笼的湿重相当，是养殖笼湿重的98.70%，这导致浮筏和吊绳以及锚定系统等的承重和受力显著增加（图2-8）。附着生物的重荷会导致浮筏系统因受力增加而损坏，甚至发生沉筏。附着生物可以通过定期的清理或者更换养殖笼而去除，但是这两种方法均会导致扇贝在空气中暴露，而降低扇贝的生长速度和存活率，这点在夏季尤其明显。另一种方法就是增加养殖笼的深度。因为附着生物的数量随着水深而降低（Hanson and Bell，1976；Claereboudt et al，1994；Dubost et al，1996），但是在较深的水层中扇贝的食物也会减少，进而影响扇贝的生长速度（Leighton，1979；MacDonald and Bourne，1989；Côte et al，1993；Claereboudt et al，1994）。因此，建议在夏季采取增加浮漂的方法，增加浮力，避免筏架遭受损害，而不降低扇贝的养殖水层，保持其快速的生长。在温度较低的时候，贻贝（M. edulis）是附着生物的优势种，它们会和扇贝竞争食物，10月以后温度逐渐降低，此时即使干露在空气中，对扇贝造成的损害也较小，所以可在10月以后通过更换或者清理养殖笼的方法去除附着生物，尤其是贻贝和海鞘等滤食性生物，以减少与扇贝饵料的竞争。

对于扇贝壳上的附着生物的数量特征尚未见报道。本研究的结果显示，贝壳上附着生物的变化趋势与养殖笼上的相似（图2-7）。栉孔扇贝壳上的附着生物的数量远低于热带扇贝贝壳上的附着生物，如热带扇贝（Euvola ziczac）贝壳上的附着生物是上壳重的86% ～ 90% （Lodeiros and Himmelman，1996） ，而华贵栉孔扇贝（Chlamys nobilis）壳上的附着生物的重量是上壳重的42.65% ～ 56.98% （Su et al，2008）。在桑沟湾的扇贝养殖中，在夏季附着生物较多的时候，经常倒换养殖笼或者清理贝壳能去除附着生物，但是这些操作会延长扇贝在空气中干露的时间，导致死亡率升高，生长速度下降。贝壳上的附着生物除了与贝类竞争饵料外，主要是通过增加扇贝的负担等机械作用，而影响扇贝的正常生长（Cropp and Hortle，1992；Lesser et al，1992；Vélez et al，1995；Lodeiros and Himmelman，1996，2000）。但作者的研究显示，即使贝壳上的附着生物的重量达到扇贝上壳重的三倍也不会对栉孔扇贝和虾夷扇贝的正常生长和存活造成明显的成负面影响。9月栉孔扇贝壳上附着生物的湿重约是上壳干重的28.16% ± 38.60%，因此附着生物的重量不足以对扇贝的生长和存活造成显著的影响。清除附着生物不仅需要增加劳动操作的成本，而且会对扇贝造成胁迫，导致死亡率升高 （Ventilla，1982；Parsons and Dadswell，1992）。因此，尤其在北方温带海区，清除扇贝壳上的附着生物是得不偿失的，贝壳上的附着生物可以在10月以后，水温较低时清除，以减少贻贝等对扇贝饵料的竞争。

本实验期间，桑沟湾实验点的水温为7.7 ℃ ～ 16.6 ℃，在这样的温度下自然生长的附着生物量很少，所以贝壳上的自然附着生物对实验结果的影响可以忽略。Salazar （2004） 的研究发现壳上附着生物的量达到上壳重的47%时，对牡蛎C. rhizophorae的壳长和软体组织的生长没有显著的影响。而Lodeiros and Himmelman （1996）发现当附着生物的干重达到热带扇贝E.ziczac上壳重的86 ℃ ～ 90%时就会对其生长和存活率造成不利的影响。本实验中，栉孔扇贝和虾夷扇贝壳上的附着生物的数量即使达到上壳重的3倍，也未对其生长和存活造成不利的影响。Lodeiros et al （2007）也发现当牡蛎C.rhizophorae 壳上的附着生物达到上壳重的3倍时，才会对其壳长造成影响。本实验和这些研究结果说明贝壳上的附着生物对贝的影响，与附着生物的重量有关，也存在种属差异，即不同种类的贝类对其影响也不同。贝壳上的附着生物是否会对贝类产生影响，也与附着生物的种类有关（Widman and Rhodes，1991；Cropp and Hortle，1992）。桑沟湾夏季附着生物的数量达到最高峰，优势种类有玻璃海鞘（Ciona intestinalis）和柄海鞘（Styela clava）以及紫贻贝（Mytilus edulis）等（Jiang et al，2006）。这些优势种均不是钻孔生物，在贝壳上的附着不会使贝壳畸形。但是值得注意的是，在桑沟湾牡蛎（C. gigas）的生长速度快于扇贝，其在贝壳上的附着生长会导致贝壳严重变形，甚至将扇贝的上下壳粘连在一起，使其不能正常的开闭，影响正常的滤水和呼吸等正常的生理功能。有研究表明，壳上的附着生物会增加上壳重量，进而增加肌肉和韧带的负担（Widman and Rhodes，1991；Uribe et al，2001），影响扇贝软体组织的生长（Cropp and Hortle，1992；Lodeiros and Himmelman，1996，2000）；但是Lodeiros 等（2007）的研究和本实验的结果显示附着生物的重量即使达到上壳重的3倍，也没有对闭壳肌和软体组织的生长造成不良的影响。

桑沟湾处在温带海区，附着生物在高温的夏季最多，但重量远远低于热带海区（Cao et al，1998；Wong et al，1999；Jiang et al，2006）。桑沟湾的水温在夏秋季的8 ～ 9月最高（Mao et al，2006），附着生物的数量在此期间达到最大（Jiang et al，2006）。9月栉孔扇贝壳上的附着生物的湿重约为上壳干重的28.16% ± 38.60%，而8月虾夷扇贝壳上的附着生物的干重约为上壳干重的7.82% ± 2.38%，低于热带海区贝类壳上的附着生物，如E.ziczac 壳上的附着生物是上壳重的86% ～ 90% （Lodeiros et al，1996），Chlamys nobilis壳上的附着生物的重量是上壳重的42.65% ～ 56.98% （Su et al，2008）。对于在养殖条件下的栉孔扇贝和虾夷扇贝，贝壳上附着的自然生物的重量远低于本研究中的水泥的重量，因此附着在贝壳上的污损生物不太可能因为增加了壳的重量，而对扇贝的生长和存活造成不良的影响。虽然清除滤食性的附着生物可以减少它们对扇贝的饵料竞争，但是清除操作会对扇贝造成胁迫，降低扇贝的生长速度甚至导致死亡（Ventilla，1982；Parsons and Dadswell，1992），所以对扇贝壳上的附着生物进行清理很可能是得不偿失的。因此建议在生产当中，除了牡蛎附着在扇贝壳上应当立即清除外，没必要对扇贝壳上的其他的附着生物进行清除。尤其是在高温季节，倒笼操作也应当尽快完成，不必同时清理壳上的污损生物。贝壳上的附着生物可以在收获前进行清理，以使外表更加美观，获得更高的市场价值。

（四） 贝类和附着生物整体元对桑沟湾环境的影响

1.栉孔扇贝养殖单位 （SCU）对POM的摄食率

把栉孔扇贝养殖笼（连同笼内的扇贝和笼上附着的所有生物（assemblage：scallop1biofouling））作为一个单位进行研究，定义为Scallop Culture Unit （SCU）。分别于2008年6月、8月、9月在直径为60 cm、高为200 cm的圆柱形的塑料袋中注入234 L海水。把栉孔扇贝养殖笼迅速放入到塑料带中，使养殖笼完全浸没在水中。操作过程中小心避免损伤笼上的附着生物。塑料袋底部系上2 kg的坠石，养殖笼悬挂在栉孔扇贝的浮筏上，深度约为2.5 m （与生产中的栉孔扇贝养殖深度相同，图2-12）；设置不放扇贝养殖笼的空的塑料袋，操作与实验组相同，作为对照组，实验组和对照组各设三个重复。

实验扇贝养殖笼为“灯笼”笼（Lantern net），高约为1.6 m，由直径约为30 cm的橡胶托盘分为8层，每层高约为20 cm。实验扇贝为一龄的栉孔扇贝，每层养殖扇贝约为30个。6 ～ 9月栉孔扇贝的湿重为3.88 ～ 11.85 g / ind。8月扇贝养殖笼上附着生物的总生物量平均约为1 130 g，主要种类包括海鞘、贻贝、苔藓虫、钩虾、麦秆虫、海绵、鲍枝螅以及海带、马尾藻、刺松藻、石莼、江蓠等。实验时间为2 ～ 6 h（根据水温调整，保证溶解氧含量不低于初始的60%，以保证扇贝的正常生理状态），实验结束时取出扇贝养殖笼，悬挂在原处继续养殖，做好标记，以后各月仍使用这些扇贝养殖笼进行实验，以使数据具有连续性。扇贝养殖笼放入前取塑料袋中的水样测量水样中的氮（NH4-N、NO3-N、NO2-N）和磷酸盐（PO4-P）的浓度、溶解氧含量，作为初始参数。实验结束时将实验塑料袋中的水体搅拌均匀，取水样放在冰盒内迅速带回实验室测定。

图2-12　栉孔扇贝养殖单位 （SCU）生态效应研究

栉孔扇贝养殖单位（SCU），在6月、8月和9月对有机颗粒物（POM）的摄食率为43.13 ～ 98.94 mg/h，平均为74.05 mg/h （图2-13）。桑沟湾的栉孔扇贝养殖面积约为1 920 公顷，整个湾的养殖笼数量为600万个，从6月到9月，养殖的栉孔扇贝和附着生物从湾内摄取1 279.58 t的有机颗粒物。

2.栉孔扇贝养殖单位 （SCU）的氮磷排泄率

栉孔扇贝养殖网笼整体，在6月、8月和9月对氨氮（NH4-N）和磷（PO4-P）的排泄速率分别为125.59 ～ 1432.23 mmol/h和76.2 ～ 252.89 mmol/h （图2-14），平均排泄速率分别为872.58 mmol/h和156.42 mmol/h，从6月到9月栉孔扇贝的养殖会排泄211.09 t的氮和83.79 t的磷。

图2-13　栉孔扇贝养殖单位 （SCU）对颗粒有机物（POM）的摄食率

图2-14　栉孔扇贝养殖单位 （SCU）对（a）氨氮（NH4-N）和（b）磷（IP，PO4-P）的排泄率

3.牡蛎养殖单位养殖单位（OCU）对POM的摄食率

将整串牡蛎（连同牡蛎壳和吊绳上的附着生物（assemblage：oyster 1 biofouling）），定义为Oyster Culture Unit （OCU）放入50 L的塑料桶内，观察牡蛎的壳张开，开始滤水后，盖好上盖，封闭桶口，开始实验计时。将塑料桶悬挂在浮筏上，深度约1.5 m （与生产当中养殖深度相同，图2-15）。实验结束后，取出牡蛎串，将实验桶内的水搅拌均匀，用虹吸法取水样，用滴定法测量溶解氧的浓度（Winkler method，Strickland and Parson，1972）。根据水温和牡蛎个体大小，调整实验时间，使实验结束水体中的溶解氧的含量不低于初始的60%，以保证实验牡蛎是在正常的生理状态下进行的实验。牡蛎仍在浮筏上原来的位置养殖，下次实验仍然用相同的牡蛎进行实验。

图2-15　牡蛎养殖单位 （OCU）生态效应研究

牡蛎养殖单位在6月、8月和9月对有机颗粒物（POM）的摄食率为5 ～41.43 mg/h，平均为23.25 mg/h （图2-16），以此计算牡蛎的养殖对POM的摄取约为14.53 mg/ （h · m2）。

图2-16　牡蛎养殖单位 （OCU）对POM的摄食率

4. 牡蛎养殖单位 （OCU）的耗氧率

牡蛎养殖单位 （OCU）在夏季（5、6、8、9月）的耗氧率为16.54 ～41.76 mg/h，以此计算牡蛎的养殖对溶解氧的摄取为10.34 ～ 26.1 mg/ （h · m2） （图2-17）。

图2-17　牡蛎养殖单位 （OCU）的耗氧率

5. 牡蛎养殖单位 （OCU）的氮磷排泄率

牡蛎养殖单位在6 ～ 9月对氨氮（NH4-N）和磷（PO4-P）的排泄速率分别为35.56 ～ 489.34 mmol/h和9.92 ～ 16.68 mmol/h （图2-18）；牡蛎养殖单位在夏季氮（N-NH4）和磷（P-PO4）排泄速率分别为0.31 ～ 4.28 mg/ （h·m22）和0.19 ～0.32 mg/ （h · m2）。

图2-18　牡蛎养殖单位 （OCU）向桑沟湾的（a） 氮排泄及（b） 磷排泄率

贝类养殖对环境和生态系统的影响，日益引起了广泛的关注。贝类养殖影响营养盐尤其是溶解性无机氮（Dissolved inorganic nitrogen，DIN）的数量和时空动态变化，进而对浮游植物产生很大的影响（Kaspar et al，1985；Hammond et al，1985；Dame and Libes，1993）。Mao等（2006）在现场条件下研究了长牡蛎（Crassostrea gigas）的耗氧率和氮、磷排泄速率，进而估算出牡蛎养殖每年会向桑沟湾排泄280.8 t的氮和53.8 t的磷，并消耗8 645 t的溶解氧；但Mao等的研究仅考虑了牡蛎养殖的影响，并未对附着生物的影响进行研究。周毅（2000）研究了栉孔扇贝的氮、磷排泄速率，估算了扇贝养殖对四十里湾生态系统的影响，发现栉孔扇贝的大规模养殖对该湾的浮游植物和营养盐产生很大的影响；该作者还测定了栉孔扇贝等养殖贝类与柄海鞘和玻璃海鞘等附着生物的呼吸排泄，发现玻璃海鞘和柄海鞘对氮的排泄速率分别为1.09和0.83 mmol/ （h · ind），对磷的排泄速率分别为0.07和0.061 mmol/ （h · ind）。夏季海鞘每天排泄的氮即达1.12 t，排泄的磷为0.17 t，约为养殖的栉孔扇贝排泄速率的1/4，可见附着生物对海湾生态环境的影响不能忽视。Mazouni等（2001）研究了长牡蛎及附着生物对Thau lagoon （法国）湾营养盐的影响，发现牡蛎界面与水界面营养盐和溶解氧的变化70%是由附着生物种类变化引起的。因此，研究扇贝和牡蛎等贝类养殖对生态系统的影响，必须考虑附着生物的影响。

然而，附着生物群落结构复杂，包含很多的种类，各种附着生物种类之间存在着复杂的相互影响，仅考虑几个附着生物种类可能难以全面反映附着生物群落对环境及生态系统的影响。Ross等（2002）研究了扇贝（Pecten maximus）养殖笼内的水环境特征，发现与干净的养殖笼相比，有附着生物的养殖笼内的悬浮颗粒物数量多且具有更高的质量（POM/TPM比较高），有附着生物的养殖笼内部即营养状况好于干净的养殖笼，可能是藻类等附着生物的有机碎屑增加了笼内颗粒有机物的水平，动物排泄的氮、磷营养盐促进浮游植物的生长。因此，必须从更高层次即群落水平上进行研究，才能更准确地揭示附着生物的生态功能及其对生态系统的影响。

栉孔扇贝和长牡蛎是北方地区贝类养殖的主要品种，也是养殖规模最大的种类，一般采用筏式吊养的方式进行养殖。栉孔扇贝在养殖笼内养殖，牡蛎在幼体时附着在吊绳上，均在浮筏上进行悬吊养殖，养殖过程中基本没有其他的操作管理。本实验把扇贝养殖笼（包括养殖的扇贝和笼上及贝壳上所有的附着生物（scallop1biofouling））作为养殖单位（SCU）进行研究，把牡蛎串（包括牡蛎和吊绳及扇贝壳上的全部附着生物（oyster1biofouling））为养殖单位（OCU）进行研究，测定贝类和附着生物整体的代谢特征，揭示贝类养殖对水环境和生态系统的影响。栉孔扇贝养殖笼上和扇贝壳上以及牡蛎吊绳和壳上的附着生物种类繁多，包括石莼（Ulva linza，Ulva pertusa Kjellm与Ulva lactuca L），裙带菜（Undari apinnatifi da），浒苔（EnteromorPha prolifem）和刺松藻（Codium fragile （Sur.） Hariot）等藻类，以及贻贝（Mytilus edulis），好斗埃蜚（Ericthonius pugnax Dana），钩虾（Stenothoe sp），麦秆虫（Caprella scaura），玻璃海鞘（Ciona intestinalis），柄海鞘（Styela clava）与华美盘管虫（Hydroides elegans）等动物。海绵动物具有很高的滤食效率，几乎可以滤去所有的悬浮颗粒物（Reiswig，1972），而海鞘则可以连续摄食，并具有调节滤清率和保持率（Robbins，1984；Osman et al，1989；Lesser et al，1992）的能力，附着生物群落整体对浮游植物的保持率高于组成群落的任一种类（Branch，1984；Stuart and Klumpp，1984）。Mazouni等（2001）的研究发现牡蛎对养殖水体中的叶绿素没有明显的降低作用，但是却明显改变了浮游植物的个体大小和浮游植物群落的种类组成。因此，用叶绿素水平评定贝类养殖对海区营养状况的影响是有局限性的（Smaal and Van，1990）。

本研究采用颗粒有机物（POM）含量作为定量研究贝类和附着生物整体对浮游植物的影响的指标。实验结果显示，栉孔扇贝养殖单位（SCU）从6月到9月从湾内摄取的有机颗粒物达1 279.58 t，牡蛎养殖单位（OCU），在6月、8月和9月从桑沟湾摄取的有机颗粒物为535.68 t。桑沟湾6 ～ 9月的初级生产力为231.63 ～ 1 419.68 mg C/ （m · d） （方建光等，1996），则6 ～ 9月桑沟湾的初级生产力约为15，076 t （POC）。栉孔扇贝和牡蛎以及附着生物摄取的颗粒有机物约占桑沟湾总量的12%。根据本实验的结果，牡蛎养殖单位（OCU），在5 ～ 9月消耗的溶解氧约为955.58 t。Mao 等 （2006） 在桑沟湾现场条件下测定了牡蛎的耗氧率，根据他们的实验结果，牡蛎在5 ～ 9月消耗的氧气为4 466.58 t，高于本实验的结果，可能是附着在牡蛎壳和吊绳上的植物通过光合作用释放了氧气，使牡蛎和附着生物整体对溶解氧的消耗低于单纯的牡蛎消耗。牡蛎养殖单位（OCU）在5 ～ 9月排泄62.37 t的氮和15.50 t的磷。根据Mao等（2006）的研究结果，养殖的牡蛎6 ～ 9月排泄的氮、磷分别为139.25 t和22.56 t，均高于本实验的结果，可能是由于附着的藻类吸收了部分氮、磷的原因。以上的这些结果说明附着生物对养殖单位的氮、磷排泄有一定的影响。Mazouni等（1998）也报道了牡蛎养殖单位（OCU）与水界面之间的营养盐和溶解氧通量变化的70%是由附着生物种类变化引起的，本实验及Mazouni等的实验显示出研究贝类养殖对海湾生态环境的影响，需要同时考虑附着生物群落的影响。

二、 不同养殖模式下的微生物群落特征

大型藻类作为生物过滤器技术是20世纪70年代发展起来的，后来被很多学者所重视，并逐渐发展和完善了大型藻类与鱼、虾、贝类及大型藻类与多种生物的综合养殖模式。大型藻类与养殖动物之间具有生态上的互补性。大型藻类能吸收养殖动物释放到水体中的营养盐，自身生物量获得较高经济价值的同时对养殖环境的生物修复和生态调控功能起重要作用，提高了整个系统的生态效率和经济效益（Troell et al，2003）。例如，Langdon等（2004）构建的鲍和掌状红藻系统中，鲍排出的氨氮被红藻吸收、同化转化为自身的生物量，这种经济价值较高的红藻又可以用来喂养鲍，既增加了养殖生态系统的稳定性，又提高了单位水体的产出。与浮游植物和其他清洁生物相比，大型藻类的生长机制较为保守，体内的营养贮存机制使它们更适合在营养盐波动的水体环境中生长，其能调节、改善水体环境，从而达到较好的净化效果。

尽管国内外对不同尺度的综合养殖生态系统中的养殖动物和大型藻类的生长特性、营养盐排泄和吸收效率、系统输出和经济效益评估及养殖模式的构建等方面有较详细的研究（毛玉泽，2004；Kuenen and Robertson，1998），但对生态系统中的一个重要组成部分—微生物在系统中的作用及不同养殖模式下的微生物数量、群落结构的变化和主要功能群的作用规律缺少关注（Pang et al，2006）。

微生物是海洋环境的组成部分，对海洋环境有重要的生态意义。尤其是异养细菌在水体和沉积物中发挥了氧化、氨化、硝化、反硝化、解磷、硫化和固氮等作用，能消除海水中的氨氮、硫化氢等有害物质，同时能将有机物分解为CO2、硝酸盐等，提供藻类繁殖生长所需要的营养物质。

（一） 贝藻综合养殖系统中微生物的变化规律

1.海带和扇贝混养系统中微生物的变化规律

用18个直径为60 cm、高为180 cm的柱状薄膜袋，内装消毒海水400 L进行室内贝藻混养模拟研究。实验时间是从2007年3月20到4月2日，共进行10天。实验时，将刷洗干净的扇贝每5个为一组吊养在柱状薄膜袋中，保持每组扇贝的重量相同；海带则按与扇贝不同的重量比采用夹苗的方法吊养在柱状薄膜袋中。实验共设置6个处理，即扇贝单养以及栉孔扇贝和海带的重量比分别为2:1、1:1、1:2、1:3混养、海带单养，每个处理3个平行；整个实验过程中不换水，24小时充气，定量投喂硅藻。每天早晚测量其水温、溶氧、pH，每5天取水样1次，测定营养盐的变化，其中溶氧、pH采用YSI测定，营养盐用分光光度法测定。每个处理贝藻放置情况见表2-4。

表2-4　海带和栉孔扇贝混养贝藻放养情况

（1） 异养细菌数量的变化。

图2-19表示混养系统中异养细菌的变化情况，从图中可以看出，在实验期间，异养细菌的总体变化为先升高后下降，在第7天达到最大值。在高峰期，不同处理的异养细菌的数量有显著差异，扇贝单养组数量最多为343 × 102 cuf / mL，海带单养组数量最低为110 × 102 cuf/ mL，贝藻不同比例混养组中的异养细菌数量位于两者之间，数量由高到低依次是2:1组，1:1组，1:2组和1:3组，该变化趋势说明海带对总异养细菌具有一定的抑制作用。

图2-19　海带扇贝混养中异养细菌的变化

（2） 弧菌菌落数量变化。

图2-20　给出了不同处理中弧菌的情况。可以看出，扇贝单养组的弧菌量最多，接近1000 cuf/ mL；海带单养的弧菌数量最少，不到300 cuf/ mL；贝藻混养组的弧菌数量介于两个单养组之间，数量由大到小依次为混养组2:1、1:1、1:2和1:3。可见，海带对弧菌有一定的抑制作用。

图2-20 海带扇贝混养中弧菌的变化

（3） 氨化细菌菌落数量变化。

不同处理中的氨化细菌的数量变化见图2-21。从图中可以看出，在实验期间，氨化细菌数量先上升后下降，各处理均在第7天达到最大值。扇贝单养组的上升幅度最大，海带单养组的上升幅度最小，其他混养组的变化在两个单养组之间。第14天，各处理组氨化细菌的浓度都有所降低，其中贝藻1: 3组下降最多，扇贝单养组下降最小。

图2-21　海带扇贝混养中氨化细菌数量的变化

（4） 硝化细菌菌落数量变化。

硝化细菌菌落数量变化如图2-22所示。从图中可以看出，综合养殖系统运行一段时间后，硝化细菌菌落的数量呈上升趋势，混养1:3组上升最大，扇贝单养组稍低，海带单养组数量最小。培养14天后，各处理组硝化细菌菌落数量出现了较明显的变化，扇贝单养组硝化细菌菌落数量最大为1 744 cuf/ mL，海带单养组最低为440 cuf/ mL，混养各组数量介于两者之间从大到小依次是1:1组、1: 2组、2:1组和1:3组。

图2-22　海带扇贝混养中硝化细菌菌落数量的变化

（5） 亚硝化细菌的菌落数量变化。

图2-23给出了各处理亚硝化细菌的菌落数量的变化。从图中可以看出，除处理2外（混养2:1组）亚硝化细菌菌落在不同比例组的数量总体趋势是下降的，扇贝单养组细菌菌落数最大为1 663 cuf/ mL，单养海带组细菌菌落数最低为490 cuf/ mL，其他3个混养组变化不大，细菌菌落数量在1 000 cuf/ mL。

图2-23　海带扇贝混养中亚硝化细菌菌落数量的变化

2. 海带、龙须菜和扇贝混养系统中微生物的变化规律

实验共设置7个处理，即海带单养、龙须菜单养、海带和栉孔扇贝的重量比分别为1:1、2:1，龙须菜和栉孔扇贝的重量比分别为1:1、2:1和扇贝单养。实验时，将刷洗干净的扇贝每4个为一组吊养在柱状薄膜袋中，保持每组的扇贝重量相同，海带、龙须菜则按与扇贝不同的重量比采用夹苗的方法吊养在柱状薄膜袋中。整个实验过程中不换水，24小时充气，定量投喂金藻。每天早晚测量其水温、溶氧、pH，每3天取水样1次，通过测定水样的吸光度，来测定营养盐的变化，其中溶氧、pH采用YSI水质分析仪测定。

1） 异养细菌的菌量变化

（1） 海带和扇贝混养系统中异养细菌的变化。

图2-24示海带和扇贝混养系统中异养细菌的变化情况。从图2-24中可以看出，在养殖期间，各处理中的异养细菌总数总体上是前期变化不大，后期呈上升趋势。培养至第6天，各组的菌数变化不大，数量较低；第6 ～ 9天，除扇贝单养组数量变化较小外，其他各组均有所增加，混养1:2组增幅最大，然后依次是海带单养组和混养1:1组。第9 ～ 12天，各组菌数均上升，其中海带单养组上升幅度最小，由5 000 cuf/mL上升到8 800 cuf/mL，混养1:1组上升最大，由3 400个上升到22 800个/ml。实验结束时混养1:2最大，其他依次为混养1:1组、扇贝单养组和海带单养组。

图2-24　海带和扇贝混养异养细菌菌落数量的变化

（2） 龙须菜和扇贝混养系统中异养细菌的变化。

图2-25示龙须菜和扇贝混养系统中异养细菌的变化情况。从图2-25中可以看出，龙须菜和扇贝混养的异养细菌的变化趋势和扇贝海带混养情况相似，培养至第6天，细菌数量较低，各组变化较小；第6天后各组异养细菌数量开始增加。与海带和扇贝混养组不同的是在6 ～ 9天，扇贝单养和混养1:2组均无显著变化，且混养1:2组在第12天时菌数仍然较低，而龙须菜单养组的菌量与其他组相比一直较高。实验结束时，龙须菜单养细菌数量最高为24 800 cuf/mL，然后依次是扇贝单养、混养1:1组和1: 2组。

比较两图（图2-24、图2-25）可以发现，至第6天时，细菌数量保持在较低水平，可能是因为养殖初期，扇贝排泄物的营养盐可以被大型藻类吸收，水中其他有机物含量也较少。第6天后，由于当时水温较高，大于海带的最适生长水温上限（18 ℃），海带出现不同程度的腐烂，水体有机物增多，细菌数急剧增加，因此出现海带扇贝混养组中菌数增加较多的现象，而龙须菜单养组菌数高于混养组的现象还需要进一步研究。

图2-25　扇贝和龙须菜混养异养细菌菌落数量的变化

2） 弧菌的菌量变化

（1） 海带和扇贝混养系统中弧菌数量变化。

图2-26　海带和扇贝混养弧菌菌落数量的变化

图2-26示海带和扇贝混养系统中弧菌的变化情况。从图2-26中可以看出，弧菌总的变化趋势是上升的，培养至第3天，除扇贝单养组有明显的增加外，其他各组无显著变化，且弧菌菌数较少；第3 ～ 6天扇贝单养组稍有下降，其他各组菌量增加，海带单养组增幅最大，混养1:2组增加较少；第6 ～ 9天扇贝单养和混养1:2组菌数变化不大，其他两组稍有下降，第9 ～ 12天扇贝单养菌数不变，其他三组菌数上升；实验结束时混养1:2组弧菌数量最多为1 670 cuf/ mL，其他依次为扇贝单养、混养1:1组和海带单养组。

（2） 龙须菜和扇贝混养系统中弧菌数量变化。

图2-27示龙须菜和扇贝混养系统中弧菌的变化情况。从图2-27中可以看出，龙须菜和扇贝混养系统中弧菌菌数总体呈上升趋势。培养至第3天时各组菌都上升，其中扇贝单养组上升最快；第3 ～ 9天，各组弧菌数量变化不同，扇贝单养组和混养1:2组下降，龙须菜单养组先上升后下降，而混养1:1组则基本保持不变；第9 ～ 12天，扇贝单养组和混养1:1组呈上升趋势，龙须菜单养组和混养1:2组基本保持不变；实验结束时，扇贝单养组弧菌数最高为600 cuf/ mL，其他依次为混养1:1组、1:2组和龙须菜单养组。同时还可以看出，整个养殖时间内扇贝单养组弧菌数最高，龙须菜单养组弧菌数量最低。比较海带和龙须菜两图（图2-26、图2-27）可以发现，弧菌在不同的混养系统中，变化趋势基本相同，都是在培养至第3天时开始上升，第3 ～ 6天下降或保持不变，第9 ～ 12天上升，总体为上升趋势，仅是在海带混养中混养1:2组弧菌数在第9 ～ 12天出现异常增长的现象。

图2-27　龙须菜和扇贝混养弧菌菌落数量的变化

3） 氨化细菌数量变化

（1） 海带和扇贝混养系统中氨化细菌变化。

图2-28示海带和扇贝混养系统中氨化细菌的变化情况。从图中可以看出，培养至第3天时，各组的氨化细菌的数量基本保持不变；仅在第6天前后有略微增加；第6 ～ 9天，各组菌数显著增加，其中混养1:1组增长最快，达到30 000 cuf/ mL，其次是混养1:2组达到25 000 cuf/ mL，单养组增长相对较少；第9 ～ 12天，除扇贝单养组略有增加外，其他各组均呈下降趋势；实验结束时扇贝单养组氨化细菌的数量最多，其次是混养1:2组和海带单养，混养1:1组菌数最少。

图2-28　海带与扇贝混养氨化细菌菌落数量的变化

（2） 龙须菜和扇贝混养系统中氨化细菌的变化。

图2-29示龙须菜和扇贝混养系统中氨化细菌的变化情况。从图2-29中可以看出，培养至第3天时，氨化细菌的数量基本不变，仅是在混养组略有增长；第3 ～ 6天，混养组菌数下降，龙须菜单养菌数有所增加；第6 ～ 9天，各组菌增长显著，其中龙须菜组增长最快；第9 ～ 12天，氨化细菌菌数变化出现不同，其中龙须菜单养组和混养1:2组菌显著下降，而扇贝单养组和混养1:1组菌变化不明显；实验结束时，扇贝单养组细菌数最多为11 000 cuf/ mL，其他依次是混养1:1、混养1:2和龙须菜单养组。比较两图（图2-28、图2-29）可以得出，海带混养和龙须菜混养的氨化细菌的变化基本一致，在培养至第6天时基本不变，第9天时显著增加，第12天开始下降。

图2-29 龙须菜和扇贝混养氨化细菌菌落数量的变化

4） 硝化细菌数量变化

（1） 海带和扇贝混养系统中硝化细菌数量变化。

图2-30示海带和扇贝混养系统中硝化细菌的变化情况。从图2-30中可以看出，海带和扇贝混养中硝化细菌的菌数呈上升趋势，培养至第3天时，各组菌数基本未变；第3 ～ 6天，各组菌均略有增加；第6 ～ 9天除混养1:1组菌数略增加外，其他各组均有下降，但下降不明显；第9 ～ 12天，各组硝化细菌都呈增长趋势，其中扇贝单养组增长最快达到50 000 cuf/ mL；实验结束时，硝化细菌的数量以扇贝单养组最高，其次是两个混养组，海带单养组最少仅为10 000 cuf/ mL。

图2-30　海带和扇贝混养硝化细菌菌落数量的变化

（2） 龙须菜和扇贝混养系统中硝化细菌数量变化。

图2-31示龙须菜和扇贝混养系统中硝化细菌的变化情况。从图2-31中可以看出，龙须菜和扇贝混养中硝化细菌呈上升趋势。培养至第3天时，各组菌数略有上升；第3 ～ 9天各组菌数不变；第9 ～ 12天各组均增长，其中扇贝单养组增长最快，达到50 000 cuf/ mL；试验结束时，硝化细菌的数量以扇贝单养组最高，混养组位于中间，龙须菜单养组菌最少。比较硝化细菌在两个不同的混养系统中的变化可知，海带和龙须菜两个混养系统中硝化细菌的变化趋势一致，培养至第9天时基本不变，第9 ～ 12天大幅度增长，混养组菌数在单养菌的范围之内。

图2-31　龙须菜和扇贝混养硝化细菌菌落数量的变化

5） 亚硝化细菌数量变化

（1） 海带和扇贝混养系统中亚硝化细菌数量变化。

图2-32示海带和扇贝混养系统中亚硝化细菌的变化情况。从图2-32中可以看出，海带和扇贝混养系统中亚硝化细菌总体呈上升趋势。培养至第3天，各组的亚硝化细菌基本保持不变，第3 ～ 6天各组菌数略有增加，混养1:2组较其他三组增加较慢；第6 ～ 9天各组菌数均呈下降趋势；第9 ～ 12天，除混养1:1组均保持不变，其他三组均上升，扇贝单养增加最快达到25 000 cuf/ mL；实验结束时，扇贝单养系统中亚硝化细菌的数量最高，其次是混养1:1组和海带单养，混养1:2组最低。

图2-32　海带和扇贝混养亚硝化细菌菌落数量的变化

（2） 龙须菜和扇贝混养系统中亚硝化细菌的数量变化。

图2-33给出了龙须菜和扇贝混养系统中亚硝化细菌的变化情况。从图2-33中可以看出，扇贝、龙须菜混养中亚硝化细菌总体呈上升趋势。培养至第3天时各组亚硝化细菌基本不变；第3 ～ 6天混养组菌数保持不变，单养组菌数有所增加；第6 ～ 9天混养组菌依旧不变，单养组菌数下降；第9 ～ 12天各组细菌均增加，混养组较单养组增加较慢；实验结束时，扇贝单养和龙须菜单养菌数最高达到25 000 cuf/ mL，混养1:2最低。两个系统亚硝化细菌的变化趋势基本相同，培养至第3天时基本不变，第3 ～ 9天先增加后减少，第9 ～ 12天各组细菌均有明显增高趋势。在龙须菜和扇贝混养系统中，第9 ～ 12天龙须菜单养的菌数出现较大幅度增加，其原因有待进一步研究。

图2-33　龙须菜和扇贝混养亚硝化细菌菌落数量的变化

综合养殖作为一种健康的养殖模式已经在世界范围内得到关注，大型藻类能有效吸收养殖水体中过剩的营养盐，通过光合作用产生氧气改善养殖水体环境（黄凤莲等，2004a，2004b）。但是目前对综合养殖系统中细菌的含量变化研究较少。本研究的结果表明贝藻混养系统中大型藻类能有效地降低某些细菌的数量。尽管不同贝藻比例间某些细菌数量的分布无明显的规律，但与扇贝单养组比较具有显著性差异。

从图2-20、图2-26、图2-27中可看出混养组和藻类单养组的弧菌数明显少于扇贝单养组，这与Pang等（2006）的研究结果一致，他们认为在稚鲍和一种红藻混养系统中，海藻可有效地抑制水体弧菌的繁殖。同样，黄凤莲的研究也认为在滩涂海水种植养殖系统中，红树林可以显著降低水体中弧菌的含量（黄凤莲等，2004c）。弧菌作为目前海水养殖业中最为常见的条件致病菌，一般情况下，自然海水中弧菌的数量较低，但在海水养殖环境中其数量明显升高。徐怀恕等（1999）的研究表明，弧菌喜好生长在有机质丰富的环境中，其数量的多寡可以指示环境的污染程度。而贝藻混养系统中，大型藻类能有效抑制水体中弧菌的繁殖，降低水产养殖种疾病的爆发和流行，为健康养殖创造了条件。

在氮循环过程中，反硝化、硝化、亚硝化及氨化作用是微生物的特有环境功能，只有存在这些细菌，才能发生相应的氮循环过程，因此，氮循环细菌的分布对氮循环过程有重要影响（图2-34）。硝化和亚硝化细菌能够将水体中的氨或氨基酸转化为硝酸盐，而硝酸盐正好是大型藻类必需的营养盐，同时还可以用来指示海洋环境的好氧状况，细菌数量通常与好氧呈正相关（王国祥等，1998）。氨化细菌可将水体中有机氨转化为NH3，使水体中不能为植物所利用的有机氮转化为可供利用的无机氮，为植物和其他自养及异养微生物提供了良好的生长条件。反硝化细菌可将硝酸盐还原为亚硝酸盐，进一步还原为N2O或N2，因此，反硝化细

菌的丰度可以指示海水和沉积物中硝酸盐的浓度（李洪波等，2005）。

图2-34　综合养殖系统中氮营养循环和相关细菌之间的关系

对海带、龙须菜、扇贝混养系统的研究可知，在同一时间内，氨化细菌与亚硝化细菌呈两种截然相反的变化趋势。如在培养至第9天时氨化细菌达到周期最高值30 000 cuf/ mL，亚硝化细菌是周期最低值785 cuf/ mL，第12天时氨化细菌急剧降低到260 cuf/ mL，亚硝化细菌上升到25 000 cuf/ mL的最高值。马悦欣等（2005）研究认为在沙蚕闭合循环式养殖系统中氨化细菌数量与硝化细菌数量有关，系统中的氨化细菌数量高，则硝化细菌数量低；相反，如果氨化细菌数量低，则硝化化细菌数量相对高一些。Trzilova （1976）在研究Danube河断面不同细菌功能群的数量及其分布时发现，氨化细菌及亚硝化细菌的数量是有规律出现的，即随着大量有机物排入河道，这些细菌的数量大量增加。细菌数量的变化，特别是氨循环细菌的变化直接反映了硝化作用及水中营养盐的状况。另外，在氨循环过程，特别是在硝化作用中，细菌数量的变化与营养盐的变化趋势并没有直接的相关性。首先因为亚硝化细菌仅仅是在好氧条件下将NH4转化为NO2的好氧氨氧化菌的一种。基于16SrRNA基因序列同源性的系统发育分析表明，环境中的好氧氨氧化菌主要属于b和g Proteobacteria两个亚纲。其中，g Proteobacteria亚纲好氧氨氧化菌适合在海洋环境生长，主要是Nitrosococci，该属由3种已被公认的亲缘关系密切的Nitrosococcus种组成，包括Nitrosococcusoceanus 和NitrosococcushloPhilus （郝永俊等，2007）。因此，仅以亚硝化细菌的变化反映由NH4-N转化为NO2-N是不可行的。其次，硝化作用中从NO2-N经N2O，N2通过固氮作用转化为NO3-N过程复杂，不能仅以硝化细菌判断各种形式氮的转化。再次，本次实验未涉及反硝化细菌的影响，因此，需要更深入的研究，揭示混养系统重担的循环和利用规律，阐明贝藻综合养殖的互利机制，为建立环境友好的健康养殖模式提供科学依据。

（二） 不同养殖模式对水体微生物群落结构的影响

在桑沟湾设17个取样点，采样站位见图2-1 （16、19号站位除外）。用Nisken采水器采集水样，对水深超过8 m的7个站位，加采底层水样。取10 mL水样，加入甲醛（终浓度为2%），4 ℃保存，用于细菌计数，每个样品3个平行。另取3 L水样低温保存运回实验室，用0.22 mm醋酸纤维滤膜过滤500 mL水样（3个平行）用于水体中微生物群落结构分析；0.45 mm的醋酸纤维滤膜过滤500 mL水样，滤膜用于叶绿素分析，水样用于营养盐的分析；用0.45 mmGF/C滤膜过滤500 mL水样用于POM分析；事先经过450 ℃灼烧的0.45 mm GF/F过滤水样100 mL用于POC分析。

用Microcorer重力采泥器采集沉积物样品，采集直径为6 mm，高度为15 ～25 cm的带有上覆水的柱状底泥，虹吸收集上覆水，泥样每3 cm分层后冷冻保存，上覆用0.45 mm滤膜过滤后用于营养盐分析。泥样样品运回实验室后取10 ～ 20 g用于泥样DNA提取，其余样品恒温离心（5 000 r/min，20 min）取上清液，经过0.45 mm滤膜过滤后得到间隙水样品，用去离子水稀释后进行营养盐分析。

1.理化指标和营养盐含量

调查期间，各站位理化指标和营养盐指标见表2-5。调查站位平均水深10.3 m，从湾底向湾口递增，湾口附近递增的幅度比较大，桑沟湾内湾水较浅，水温受气温、光照等环境条件的影响较大，湾口与湾内的水温差高达6.8 ℃。盐度的总体趋势是湾内低于湾外，湾底的盐度低于湾中和湾口，但相差不大。TIN范围为2.87 ～ 21.95 mmol/L，湾底的17号和18号站位最高，次高值出现在湾外的1号和3号站位，湾中南部相对较低；湾外TIN较高，可能与外海水交换有关，湾底高值可能与贝类养殖和陆地径流有关。PO4-P浓度相对较低，范围为0.04 ～0.34 mmol/L，分布比较均匀，中部、北部区域略低。

表2-5　不同站位理化指标和营养盐含量

2. DGGE对桑沟湾不同养殖区微生物群落结构的分析

通过DGGE （Denaturing Gradient Gel Electrophoresis，DGGE，变性梯度凝胶电泳）图谱可以看出桑沟湾不同养殖区微生物群落大约有30个类群（图2-35），不同养殖区有所差异，总体上湾外受养殖影响较小，细菌多样性相对较低（1 ～ 4号站位），网箱养殖区和靠近岸边的区域细菌多样性丰富（13、17和18号站位），说明湾内的微生物的群落结构比湾外要丰富，贝藻混养区的微生物群落结构较为相似（6 ～ 12、14、15号站位）。

图2-35　DGGE 割胶条带比对图谱

3. DGGE 割胶条带比对和测序结果分析

在DGGE图谱中分离后的条带中，选取荧光强度较亮的主条带进行切胶回收、重新PCR扩增和测序。测序的结果在Genebank数据库中用BLAST进行检索和同源性比较。从DGGE图谱中主条带的测序结果可以确定条带所代表的菌群分类地位。目前已经测序的12条优势带的基因片段序列与Genebank中细菌序列相似性如表2-6所示。从这些DGGE带谱所代表的微生物种类可以确定不同养殖区微生物中所含细菌群落的优势菌群的组成。比对的结果可以看出12个类群分属于交替假单胞菌（Pseudoalteromonas sp.）、变形门菌Proteobacterium、放线菌属（Actinobacterium）、海洋真杆菌（Marine eubacterium）、交替单胞菌（Alteromonas sp. ）、芽孢杆菌（Anoxybacillus和Roseobacter）等，其中有8个类群是没有获得纯培养的类群。

表2-6　DGGE 不同养殖区条带序列比对结果

续　表

4.不同养殖区微生物群落聚类分析

为了更直观地反应各站位间水体微生物群落结构的相似性，用Quantity One分析软件，以戴斯系数（Dice coeffi cient，Cs）量化了不同站位DGGE图谱之间的相似性，用非加权算术平均法（The Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Averages，UPGMA）对不同养殖区的微生物结构进行了聚类分析（图2-36）。17个站位大体上分为4个区域，即非养殖区（1）、湾外区（2 ～ 4）、湾中区（5 ～ 12、14 ～ 15）、湾底区（13、17 ～ 18）。区内相似性（55.5% ～ 94%）高于区间相似性（41% ～ 53%）。贝类单养和网箱养殖区与非养殖区相似性最低为41%，扇贝单养区和牡蛎单养区水体微生物群落结构相似性最高为94%，网箱养殖区与贝类单养区聚为一类，相似性为61%，说明网箱养殖和贝类单养对水体微生物的影响存在差异。

图2-36　不同养殖区微生物多样性聚类分析

DGGE 是目前环境微生物研究中普遍采用的研究方法之一。Díez等（2001）认为DGGE可快速便捷地对采自不同环境的大量样品进行多样性分析，借助于分离条带的序列测定，进而监测和研究环境样品中出现的特定物种。本研究聚类分析发现单养区（贝类单养和网箱养殖）与非养殖区的微生物群落相似性最低，海带单养和非养殖区的微生物群落聚在一起群落相似性较高。微生物的聚类结果与养殖方式对环境的影响特点基本一致。有研究表明，网箱养殖能改变水域颗粒物的粒度分布、改变生物群落结构，底部沉积物中富含无机氮、无机磷和硫化物，使微生物活动增强，加速沉积物中氮、磷等营养盐的释放，使水体碳、氮、磷负荷升高；大规模的贝类养殖，可使海水潮流流速降低，导致养殖环境沉积速率的改变和影响养殖系统内的氧气交换，使环境缺氧（Karakassis et al，2000；Rosa et al，2001；Kalantzi et al，2006；粟丽等，2012；蒋增杰等，2007）；而大型海藻养殖可以净化养殖废水、控制水域富营养化、调控水域生态平衡。因此从养殖对环境的影响角度看，网箱养殖和贝类单养对环境的影响最大，海带单养区对环境污染程度最小，综合养殖对环境的影响居中。研究结果还发现，扇贝、牡蛎单养区和网箱养殖区微生物群落聚在一起，微生物多样性相似性较高，为61%，扇贝单养区和牡蛎单养区的相似性最高，为94%。牡蛎和贝类同为滤食性贝类，靠滤食水中的浮游植物和有机碎屑为生，通过滤水摄食、生物沉积等生命活动影响水环境，因此这两个区域的微生物相似性最高。网箱养殖与贝类单养微生物具有较高的相似性，说明网箱养殖与贝类单养都会导致养殖环境发生改变，因此，贝类单养区与网箱养殖区微生物群落聚在一起，同时由于网箱养殖是投饵养殖，贝类是不投饵养殖，两者养殖方式存在较大差异，因此，相对于网箱养殖，牡蛎和贝类单养对环境的影响更为一致，其微生物群落结构也最相似。综合养殖区微生物群落结构较为相似，说明该养殖方式可以减少贝类养殖对环境的影响，是值得推广的养殖模式。

总之，因为微生物对环境的变化较敏感，因此通过微生物群落结构的变化能够比较准确地反映养殖环境的变化。可以利用微生物的这一特点，寻找对特定养殖环境具有指示作用的微生物，通过监测这些微生物的变化，反映养殖区的环境变化，进而为健康养殖提供依据。

三、 不同养殖模式对桑沟湾底质环境的影响

中国是世界上贝藻养殖的第一大国，2011年养殖贝类、藻类的年产量分别为1 154万吨和16万吨，在某些区域，贝类大规模的养殖历史已超过20年，在长期的养殖过程中，养殖生物产生的生物性沉积物及残饵会聚积在海底，可能会对底质环境及底栖生物产生负面影响（Tomassetti et al，2009；Fabi et al，2009；Klaoudatos et al，2006）。挪威的大西洋鲑的养殖产业非常发达，已经建立了相应的监测、管理框架以使鲑的养殖产业能够可持续发展。例如，建立了鲑鱼的接种疫苗规程，建立了相关的标准和规章制度，尽可能减少鲑鱼发生病害的危险。尤其重要的是，挪威建立了有关的环境规则—MOM系统（Monitoring，Ongrowing fi sh farms，Modelling，简称MOM系统），以确保养殖场周围的环境质量不恶化，不超过预先确定的水平（Ervik et al，1997）。MOM系统由模型和监测规程组成，包括环境质量标准（Environmental Quality Standards，EQS），因此，可以利用最小的花费，就可以直接、快速了解养殖场周围的环境条件。根据MOM系统，挪威建立了鱼类养殖场的监测标准（Norwegian Standards Association，2000），现在这一监测标准已经正式立法（Anonymous，2004）。我国尚缺乏完整有效的质量评估技术以准确评价养殖活动对沉积环境的压力，同时，缺少相应的监测、管理体系以指导海水养殖产业的可持续发展。

MOM系统包括3部分，MOM-A为生物沉积通量的监测、MOM-B为底质环境压力的监测、MOM-C为基于MOM-B的网箱养殖容量的评估。其中，MOM-B系统由3个指标组组成，生物、化学和感官指标组。所有的参数可从现场调查中直接获得，不需要实验室分析样品，具有直接、快速、简便易行的特点，能够在第一时间内了解养殖场周围的环境状况。我们通过与挪威国家海洋研究所有关专家的合作研究，改进了MOM-B的评价体系，希望能够通过调整和改进，应用到我国海水养殖的管理中。

（一） 规模化贝藻养殖对养殖区底质环境的压力

在桑沟湾设10个沉积物取样点，分别为1，5，8，10，12，13，14，16，18，19（图2-1）。分别在2006年的4月、7月、11月及2007年的1月进行调查取样。用小的重力柱状采泥器（直径66 mm）或改进的Van Veen Grab （250 cm2）抓斗式采泥器获得底泥的样品。每个站位至少取2个样。4个航次的调查共计获得66个沉积物样品（每个站位取2个样，取平均值用于评分）。由于遇到硬底或浪大流急的情况，有的季节在1、5和19、3个站位没能取到沉积物的样品。

MOM-B监测包括3组参数，第1组是生物参数（Group 1），主要是大型底栖动物；第2组是化学参数（Group 2），包括pH和氧化还原电位（Eh）；第3组是底泥的感官参数（Group 3），包括底泥的颜色、气味等。在获取底泥的样品后，按照以下的步骤进行测定：首先，测定底泥的化学参数，从表层泥开始，每隔20 mm测定一次。如果没能采到柱状泥样，而是用抓斗式采泥器获得样品，将测pH和Eh的探头直接插入获得的底泥样品中，测定表层泥的pH和Eh，当pH仪的读数稳定后记录，Eh的变化小于0.2 mv/s时开始记录。其次，观测底泥的感官参数，包括底泥的颜色、气味、坚固性、气泡、软泥堆积的厚度等。最后，测定大型底栖生物。

1.生物参数评价

挪威根据MOM-B监测的各项参数建立了评分规则，将各种参数指标数字化，分数越低，反应底质环境条件越好。第一组生物参数，根据大型底栖动物的存在与否来判定底质环境条件是否为可接受的。沉积物中有大型底栖动物，记为0分，认为底质环境条件是可接受的；如果沉积物中没有大型底栖动物，记为1分，判定底质环境条件为不可接受。MOM-B的评分规则见图2-37。

图2-37　MOM-B的组成及评分规则

根据pH与Eh之间的关系，将涵盖的不同区域数字化为0、1、2、3和5。pH 与Eh的打分规则见图2-38，据此，以实际测定的结果，来确定具体的分数情况。

图2-38　MOM-B第2组化学参数的评分规则

在所有的沉积物样品中都发现了大型底栖动物，主要优势种为多毛类，如Tharvx multifilis （Moor），Lumbrineris longiforlia （Imajima et Higuchi），Amaeana occidentalis （Hartman） and Cirratulus sp.。根据该组的参数，可以判断所调查的站位的底质条件都为可接收的。

2.化学参数评价

第2组化学参数和第3组沉积物的感官参数用来将可接受的底质环境分级，也可判定底质环境条件是否为不可接受的。每隔20 mm测定沉积物柱状样的pH 和Eh。4个季节的调查结果显示，所有样品的pH都不低于7.0 （表2-7）。

表2-7　桑沟湾4个季节各调查站位沉积物的pH和氧化还原电位

续　表

Eh的最高值通常出现在沉积物的表层（在此称为0 mm深度），随后显著降低（如图2-39所示）。夏季的5#、8#、18#以及秋季的5# 和 8#站位的Eh值在表层与20 mm深度处没有显著的变化。根据MOM系统的规定取20 mm处的测定结果进行评分，根据图2-38的评分规则，获得了各季节不同站位的分数（见表2-8），由此得出，所有取样点的底质情况属于1级或2级。

图2-39　桑沟湾各季节沉积物氧化还原电位的抛面垂直分布情况

表2-8　桑沟湾各季节第2组参数的得分底质状况分级情况

3.感官参数评价

第3组沉积物的感官参数根据标准数字化，分为0、1、2和4分。沉积物被有机质污染得越严重，得分就越高。综合以上3组的数据，可以判断底质的环境条件（图2-38）。第3组参数的打分情况见表2-9，各站位沉积物样品的感官参数的总分数都在2至5之间，据此判定在4个季节桑沟湾底质条件都属于1级。

表2-9　第3组沉积物感官参数的得分及底质环境的分级情况

诸多的调查结果显示，由于养殖活动的直接或间接的影响，浅海生态环境发生了显著的变化。例如，滤食性贝类可能促进沉积物-水界面的耦合作用，加快悬浮颗粒物的沉降速率，使有机物累积在底质中。而沉积物中聚集的大量有机质的腐烂降解，会增加对氧气的消耗，使沉积环境出现缺氧或厌氧的状况，由此，导致底栖生物群落转向以投机型的多毛类为优势群体（Mattson and Linden，1983；Hatcher et al，1994；Grant et al，1995；Chivilev and Ivanov，1997；Chamberlain et al，2001；Stenton-Dozey et al，2001）。关于桑沟湾大规模筏式贝类养殖的自身污染（生物沉积和氨氮代谢活动等）已有报道，认为生物、化学环境参数已经发生了某种程度的变化 （Ji et al，1998；Cai et al，2003）。但是，到目前为止，尚不确定这种改变是否为可被接受的，是否会影响桑沟湾筏式养殖产业的可持续发展。本研究发现，在桑沟湾4个季节的调查中，沉积物中都存在大型底栖动物。尽管耐缺氧的多毛类成为主要的优势种，但是，也发现了其他的种类，如Crustacea species Cirolana japonensis Richardson，Paranthura japonica Richardson，Photis longicaudata （Bate et Westwood）和（Charybdis japonica），这一结果显示了沉积物中有机质的富集并不是非常严重。沉积物中氧化还原电位的值都不低于150 mV，Eh值夏秋季低于春冬季，春季和冬季的Eh值除1个站位外，都高于1100 mV。同样，MOM-B的其他组参数的结果也显示了桑沟湾贝藻长期大规模的养殖活动对底质环境的压力较低。

桑沟湾的养殖活动从20世纪60年代就开始了，经历了40多年的养殖，底质环境依然属于1级。然而，世界上其他的国家如欧洲、南非以及新西兰等国报道贝类的养殖活动对底质的环境产生了显著的影响（Dahlback and Gunnarsson，1981；Stenton-Dozey et al，1999；Kaspar et al，1985）。通过分析，本研究认为以下3点是桑沟湾保持良好底质环境的主要原因。

（1） 桑沟湾低密度的养殖活动。根据桑沟湾目前的养殖面积和产量来计算，目前桑沟湾栉孔扇贝和太平洋牡蛎的单位产量分别为1 kg/m2 和 5 kg/m2。据Stenton-Dozey et al. （1999）报道，南非筏排养殖贻贝的单位产量达175 kg/m2，远远高于桑沟湾贝类的单位产量。在瑞典，2 800 m2的养殖面积，可产贻贝100 t，相当于单位产量24 kg/m2 （Dahlback and Gunnarsson，1981）。因此，本研究认为，尽管桑沟湾贝类的养殖面积较大，但是养殖密度相比来讲还是比较低的，这可能是目前贝藻养殖对底质环境压力较小的主要原因。

（2） 桑沟湾良好的水动力条件。桑沟湾水域较浅，平均水深只有7.5 m，湾口的宽度有10 km，因此，与外部的海（黄海）的水交换较好。尽管筏式养殖的设施在某种程度上降低了海水的流速，增加了水交换周期的时间，但是，全湾海水的平均流速不低于0.06 m/s。据报道，沉降的颗粒发生再悬浮的流速最低阈值为0.02 m/s （Duarte et al，2003），可见，桑沟湾沉积物发生再悬浮的几率是相当大的。因此，本研究认为，可能是由于再悬浮过程和水平输运的原因，使得贝类的生物沉积发生迁徙而不易沉降累积在湾底。养殖海域的水动力学特性在很大程度上决定着养殖活动对环境的影响状况。通常水交换好的区域，养殖生物的代谢产物扩散的区域大，被输运到养殖区外的几率高。Chamberlain 等，（2001）研究发现，在爱尔兰的西北部水动力学特性不同区域，养殖贻贝（Mytilus edulis L.）对底栖生物群落的压力存在显著性的差异。

（3） 贝藻多元生态养殖模式。研究发现，适宜的养殖模式可以显著降低贝类养殖对环境的压力（Kaiser等，1998）。Mallet等（2006）报道了贝类养殖对环境的压力程度与养殖规模、养殖方法以及养殖海域的物理特性密切相关。养殖的大型藻类能够吸收贝类释放到水体中的营养盐，在转化为藻类自身生物量的同时，还通过光合作用产生释放氧气，可以支持底栖生物的氧气需求，缓解由于有机质的累积所增加的氧气消耗及由此导致的硫化物的富集，进而发挥了对养殖环境的生物修复和生态调控功能。桑沟湾经过20多年的大规模贝藻养殖，沉积物环境依然良好，也显示了贝藻多元生态养殖模式是一种可持续发展的养殖模式。

本研究的结果显示，MOM系统可能是评估养殖对底质环境压力的非常有效的工具，通过系统的、定期的监测底质环境，可以弄清养殖场及邻近区域底质环境变化的总体趋势，而且能够及时了解底质环境参数对养殖活动的响应，以便及时发现和纠正不良的养殖活动。MOM系统具有操作简便、检测成本低等特点，一般的工作人员经培训后就可以掌握。当然，应该看到不同的海域沉积物的颜色可能存在差异，比如在桑沟湾，有的站位沉积物的颜色为棕褐色，在MOM-B系统中，没有这种颜色的打分标准。另外，MOM系统在确定底质环境条件时根据的是挪威的国家标准，将底质条件分为4级，第4级为不可接受状态。如果底质环境达到第4级，网箱养鱼活动将被停止。我们今后将根据我国海域的环境特点和海水、底质环境标准对MOM-B系统的有关参数进行修改，以建立适用于我国海域特点的评估技术体系。

（二） 筏式养鲍对沉积环境的压力

桑沟湾皱纹盘鲍（Haliotis Discus Hannai）筏式养殖情况如下：筏架长100 m，筏间距5 m，4排筏架称为1养殖亩（1.92“实测亩” ）。100 m长的筏架上，悬挂30个鲍笼。大盘方形养殖笼分4层，笼身总高600 mm；鲍的规格为2.5 ～ 3 cm，每笼养殖410个，根据鲍的生长情况，进行分笼。4月底，鲍从南方运回，开始养殖，养殖方式采用与海带间养，在平挂养殖的海带中间，悬挂鲍养殖笼。海带的养殖从11月至次年6月，8月至10月期间，鲍区没有养殖的海带。在鲍养殖亩内（筏架长100 m，筏间距5 m，共计20排筏架）设置调查站位10个（3780893099 ～3780894899N，12283191299 ～ 12283291299E）（图2-40）。

图2-40　桑沟湾筏式养鲍区取样站位

分别于2010年的5、7、8和10月，用van Veen grab （250 cm2）抓斗式采泥器获取鲍区的沉积物底泥，每个站位至少取2个平行样，测定的参数包括生物参数（观察大型底栖动物的有、无）、化学参数（沉积物的pH和氧化还原电位）和感官参数（包括沉积物的颜色、气味、有无气泡、黏稠度、淤泥厚度等）。

MOM-B沉积环境评价系统包括3个部分：生物指标组（Group 1）、化学指标组（Group 2）和感官指标组（Group 3）。MOM-B的评价规则见图2-41，将各种参数指标数字化，分数越低，底质环境条件越好（Hansen et al.，2001）。

1.生物指标组评价

根据大型底栖动物的存在与否来判定底质环境条件是否为可接受的，沉积物中有大型底栖动物，记为0分，认为底质环境条件是可接受的；如果沉积物中没有大型底栖动物，记为1分，判定底质环境条件为不可接受。利用 化学参数和沉积物的感官参数对可接受的底质环境进一步分级，以判定底质环境的等级。研究结果显示，寻山鲍区的底质以黏土质粉沙为主。在所有的沉积物样品中都发现了大型底栖动物。主要优势种为多毛类，如Tharvx multifi lis （Moor），Lumbrineris longiforlia （Imajima et Higuchi），Amaeana occidentalis （Hartman）和Cirratulus sp.。

2.化学指标组评价

根据pH与Eh之间的关系，将涵盖的不同区域数字化为0、1、2、3和5。pH 与Eh的评分规则见图2-41，图2-42。根据现场测定的pH和Eh结果，来确定得分情况。

图2-41　MOM-B的组成及评分规则

图2-42 M OM-B第2组化学参数的评分规则

现场测定表层沉积物的pH和Eh，根据底泥的温度校正后的结果见表2-10。所有样品的pH都不低于7.0，10月沉积物的pH较低，介于7.0 ～ 7.3范围内；8月的Eh值较低，都为负值，位于2220 ～ 115 mv范围内。

表2-10　桑沟湾不同季节各调查站位沉积物的pH和氧化还原电位 （Eh）

3.感官指标组评价

根据规则标准进行数字化，分为0、1、2和4。沉积物被有机质污染得越严重，得分就越高。综合以上3组的数据来判断底质的环境状况。沉积环境的质量分为4个等级，1级为优良，可以2年进行一次环境监测；2级为良好，应每年进行一次环境监测；3级为及格，需要加强环境监测，每半年一次；4级为不可接受，应停止养殖活动，进行环境修复。

结果显示，所取得的沉积物样品都无气泡产生、无臭味及硫化氢气味。其他感官参数见表2-11。

表2-11　感官指标组各项参数的监测结果

4. MOM-B综合评价

根据生物指标组的监测结果，各站位都有大型底栖生物存在，得分为0，可以判断所调查的各站位的底质条件都处于可接受的第4等级。因此，将以化学指标组和感官指标组来进一步进行等级评价。

根据图2-41的打分规则，计算出化学指标组的得分情况（表2-12）。5月和7月的分数低，沉积物状态属1级；8月和10月的得分介于1.1和2.1之间，沉积物状态属2级。

表2-12　化学指标组的得分结果

续　表

感官指标组的得分情况见表2-13。整体来讲，各月文本较低，7月的平均分只有2分，10月的平均分最高，为4.6分。关于各调查站位，最高分出现在8月的2号站位，得8分。感官指标组的评价结果与化学指标组的评价结果相一致，都是5月和7月为1级，8月和10月为2级。

表2-13　感官指标组的得分情况

通过对化学指标组和感官指标组的得分情况进行综合分析评价，可以得出桑沟湾筏式养鲍区的沉积环境质量整体状态良好，无有机物污染或污染状况较轻。其中，5月和7月处于1级，状态优良；8月和10月处于2级，状态良好。

尽管筏式养鲍是一种投饵型的养殖方式，但是，4个航次的调查结果显示，鲍养殖区的沉积环境状况良好，处于1级或2级的等级，尚未受到有机污染或污染较轻。筏式养鲍以新鲜或盐渍的海藻作为饵料，同网箱养鱼的饵料相比（通常为冰鲜小杂鱼、加工的鱼糜、研制的配合饲料），有机物及蛋白质的含量较低，有机污染较轻。据报道，每生产1 t鲑鱼产生52 kg/yr ～ 78 kg/yrN （Folke et al，1994）；据估计，每生产1 t虹鳟鱼将产生150 ～ 300 kg的残饵，约占投饵量的1/3，产生250 ～ 300 kg的粪便（Phillips et al，1985）。再者，鲍养殖笼的孔径较小，残饵不易流失，养殖者3 ～ 5天投饵1次，同时收集、清除残饵；另外，鲍的生长速度缓慢，需要的饵料量少，鲍的生物性沉积物数量也比网箱养鱼的少。以上的多种原因，使得筏式养鲍对沉积环境的有机污染较轻。

pH的高低反映了介质酸碱性的强弱，Eh则是铂片电极相对于标准氢电极的氧化还原电位，表征介质氧化性或还原性的相对程度。在海洋沉积物中，这两个参数反映了沉积环境的综合性指标，氧化还原电位通常受沉积物中有机质含量及其分解过程中的耗氧量等影响。据报道，沉积环境的Eh值与有机物含量成反比（Miron et al，2005），与有机质分解时大量耗氧，使得沉积环境由氧化性向还原性转变有关（Christensen et al，2003）。鲍区的pH位于7.0 ～ 7.4，总体上表现为中性-弱碱性环境。尽管筏式养鲍对沉积环境的有机污染较轻，需要特别指出的是，8月和10月的Eh值都为负值，说明表层沉积物均已处于还原环境中。鲍区的Eh值低于桑沟湾的滤食性贝类养殖区和海带养殖区（Zhang et al，2009），也低于其他滤食性贝类养殖的海湾（辛福言等，2004）。北方筏式养鲍从4月底或5月初水温回升到7 ℃ ～ 8 ℃时开始，持续到11月中旬，当水温较低时，运往南方海域越冬。从监测的结果显示，随着养殖活动的持续，从5月至10月，沉积环境的状态从1级向2级发展，应给予关注。根据MOM-B的评价结果，为了更好地掌握鲍筏式养殖对环境的压力，建立筏式养鲍的管理技术体系，应对鲍区进行每年一次的环境监测评估。从本研究的结果来看，最好是在8 ～ 10月开展调查，以便反映鲍对沉积环境的最大可能压力。