浅海大规模海带养殖活动对沉积环境的影响研究

大型藻类群落的动力过程和环境效应是国际上多个学科交互关注的热点问题之一，我国是世界上海带养殖面积和产量最大的国家，海带群落对近岸海区的地质沉积环境效应尤其值得关注，但目前该方面的系统研究较少。本项目采用传统海洋调查和RS、GIS相结合的方法，通过对典型海带养殖区-荣成黑泥湾中环境要素的综合分析，探讨在大规模、高密度海带养殖群落存在下的沉积环境变化，从海洋沉积学的角度定量评价顶覆海带群落的存在对下伏及周围海区沉积动力过程、底床冲淤、沉积环境演化的干预情况，并对黑泥湾表底层界面的拖曳力参数进行确定，综合探讨沉积环境演化的大型藻类生物群落-水动力-沉积作用的耦合机制。本项研究开展的人为养殖活动与浅海环境的相互反馈机制研究可为浅海养殖区的沉积环境演化对人类活动的响应提供科学的认识。

我国是世界上海带养殖面积和产量最大的国家，大型藻类群落的存在对近海水动力条件和沉积环境有很大影响，探讨其沉积环境效应及动力机制具有非常重要的理论和社会价值。本项目因此开展了以荣成黑泥湾为研究区的近岸大规模筏式海带养殖活动对附近海域水动力及沉积环境的影响研究。项目计划从悬浮体分布与扩散的遥感定量反演、养殖区悬浮体的垂向通量与动力过程、养殖活动对海洋动力环境的模拟研究和海区底床演化敏感性环境指标提取与演化记录四个方面开展研究。主要是对黑泥湾海区不同时期、位置的水动力、沉积要素实施监测，进而探讨不同动力条件下的海区悬浮体分布与扩散特征，分析潮间带、底质沉积物变异特性，实现从表层到垂向通量到底质特征的整个沉积环境格局及其内部物质迁移的系统研究。项目共采集悬浮体样品432个，海底、潮滩底质样品254个，柱状样品2个，底质污染取样20个，沉积物捕捉器样品2个月，波浪、潮位、温度、盐度浮标观测数据海量，现场光谱测量数据及历史图形图像数据若干。通过对上述数据进行测年、粒度分析、烧失量、矿物碎屑、重金属、营养盐、图形图像处理、数值模拟等分析，可知，海带养殖筏架群的存在使其外边界紊流作用加强，其相应悬浮体浓度梯度增加，扩散到筏架内的悬浮体减少了，筏架内的消浪作用使沉积物粒度细化，有机质含量增加，营养盐损耗明显，重金属污染加剧。养殖筏架外部悬浮物垂向沉积通量模式为“逐步加积型”；筏架内部则为“高-低-高”模式，两种模式间还存在表层摩阻边界。其内外流场数据显示，养殖区内部流速表层衰减明显强于中、底层，垂向分布具有双对数剖面特征，这与养殖筏架对平均流与潮泵作用的强烈衰减作用有关。养殖筏架对区域流场和悬浮体通量模式的影响，表现在海底冲淤变化为淤积量减少，但淤积面积增加了；冲刷量增加，但冲刷面积减少的特征。自然状态下为轻度淤积的沙坝泻湖潮滩海岸也已逐渐转变为轻度冲刷。可见近岸大规模筏式养殖活动的开展对生态环境的改变可能是一个显而易见的突变，但对沉积环境的改变却是一个缓慢而渐进的过程。通过本项目的开展，我们对近岸筏式海带养殖活动对海域生态环境进行了初步探讨，对海域沉积环境格局改变及其内部机制进行的深入研究，可知，与在侵蚀潮滩引进固滩植被的效果不同的是，近岸大规模筏式养殖活动由于复杂海洋动力的共同作用，近岸沉积环境也会相应表现出复杂的演化特征，其对更长期的沉积环境的影响，需要我们长期而深入的关注。