刺参养殖对海水池塘碳迁移转化过程及水气界面二氧化碳通量的影响

In recent fifty years, the trend was evident that increased levels of carbon dioxide and other greenhouse gases have resulted in the global warming and subsequent various ecological and environmental issues. As such, innovations in the patterns of industrial development and the promotion of low-carbon economy have been well recognized by all sectors worldwide. As the largest fisheries country in the world, it is necessary for the aquaculture sector to bear its responsibility to mitigate the climate change and achieve our goal of reducing the emission of carbon dioxide. However, studies about the effects of aquaculture activities on the carbon recycling inside farming waters and carbon dioxide flux between water-air interface are scarce to the present. Sea cucumber Apostichopus japonicus (Selenka) is one of the most dominant aquaculture species in China due to its highly nutritional and economic value. On the other hand, sea cucumber shows obvious ecological significance in the culture ponds with high farming density because of its benthic deposit-feeding habit and the subsequent effects of strong bioturbation. The objectives of the proposed project are to examine the changes in the physico-chemical conditions in marine ponds owing to the sea cucumber farming and the consequent effects on the carbon transportation and transformation with the emphasis on the carbon dioxide flux between water-air interface using fatty acids and stable isotope as biochemical markers. The results of the proposed study will provide the scientific basis to promote the improvement of the efficient and low-carbon technologies for sea cucumber farming and to enhance the sustainable development of the aquaculture industry.

近五十年来，二氧化碳等温室气体水平升高导致全球气候呈显著变暖趋势，并由此引发一系列生态与环境问题，转变行业发展模式、发展低碳经济已成为世界各国、各行业的共识。作为世界第一水产大国，水产养殖业在减缓气候变化、实现我国二氧化碳减排目标的进程中，亦应承担应负的责任，而目前有关水产养殖活动对养殖水域内部碳循环过程的影响以及由此引起的养殖水域水气界面二氧化碳通量改变的研究工作相对匮乏。刺参是我国大宗海水养殖品种，一方面，刺参具有极高的营养价值和经济价值，另一方面，由于其典型的沉积食性和底栖生活习性而产生较强的生物扰动作用，在高密度养殖池塘，刺参具有显著的生态学意义。本项目拟以脂肪酸及稳定性同位素等生化标记物作为示踪技术，研究刺参养殖引起的池塘理化环境的改变及其对碳迁移及转化过程的影响，尤其是对二氧化碳水气界面通量的影响，从而为发展高效低碳的刺参养殖技术、促进水产养殖产业的可持续发展提供科学依据。

刺参是我国大宗海水养殖品种，一方面，刺参具有极高的营养价值和经济价值，另一方面，由于其典型的沉积食性和底栖生活习性而产生较强的生物扰动作用，对养殖环境碳循环过程产生显著影响。本项目主要研究内容包括不同刺参养殖密度和投饵量对刺参养殖池塘水体颗粒物和沉降物以及底泥有机碳含量的影响，刺参养殖池塘主要有机碳源碳稳定同位素值的季节性变化、微藻对刺参呼吸代谢产生的碳元素吸收利用效率、不同的养殖密度和投饵量对刺参养殖水体水气界面二氧化碳通量的影响等。研究结果表明，受刺参养殖生产活动、刺参对底质环境的生物扰动以及养殖池塘自身浮游植物生长与繁殖的季节性变化等多种因素的影响，刺参养殖水体及其沉积物有机碳含量呈明显的季节性变化，并影响到养殖池塘底泥有机碳含量。养殖刺参碳稳定同位素值（δ13C）在-18.38‰和-16.09‰之间变化，悬浮颗粒有机物δ13C值在夏季和秋季要显著高于冬季和春季，底栖微藻δ13C值在夏季达到最大值。大型藻类除了绿藻孔石莼（Ulva pertusa）在春季较高（-11.54‰）和红藻江蓠（Gracilaria bursa-pastori）在春季较低（-20.06‰）之外，大型藻类的δ13C一般在-17‰和-15‰之间变化。微藻通过光合作用固定的CO2中，由刺参呼吸代谢产生的CO2占比高达80.67%，表明微藻对刺参呼吸代谢产生的二氧化碳有着极高的吸收固定效率。不同养殖密度和投饵量对刺参养殖水体溶解有机碳，水气界面CO2通量和呼吸相关酶活性及基因表达造成显著影响。刺参养殖应该选择合适密度，密度过低虽然CO2通量会低，但不能很好的利用水体空间，造成资源的浪费；密度过高，则抑制了海参生长呼吸等生命活动，虽然CO2通量低，但是却造成水体严重污染，刺参养殖的适宜投饵量为刺参体重1-3%。因此适宜的养殖密度和投饵量既能保障动物福利，又不会产生显著的环境影响。通过以上研究，阐明了刺参养殖活动对养殖环境碳迁移转化过程的影响，研究结果可为发展高效低碳低排污刺参养殖技术，促进水产养殖业可持续发展提供科学依据和技术支撑。