Benthic Respiration and Nutrient Release Associated with Net Cage Fish and Longline Oyster Aquaculture in the Geoje-Tongyeong Coastal Waters in Korea

韓國巨濟統(tǒng)營沿海水域網(wǎng)箱魚和延繩牡蠣養(yǎng)殖的底棲呼吸和營養(yǎng)物質(zhì)釋放

來源：Estuaries and Coasts (2020) 43:589–601

 

摘要核心發(fā)現(xiàn)

 

論文揭示韓國統(tǒng)營海域魚類網(wǎng)箱養(yǎng)殖（FF）和牡蠣延繩養(yǎng)殖（OF）顯著增加沉積物耗氧量（SOD）和底棲營養(yǎng)鹽通量（BNF），導(dǎo)致沉積物有機質(zhì)（OM）富集并引發(fā)局部富營養(yǎng)化。關(guān)鍵結(jié)論包括：

 

1. FF的SOD（-155.2 mmol·m?2·d?1）和BNF（NH??: 12.7 mmol·m?2·d?1；PO?3?: 3.3 mmol·m?2·d?1） 分別是對照點（FF-C）的3.6倍和10倍（表2, 表3）。

 

 

2. 附著生物群落的凈產(chǎn)氧 高達80.3 mmol O?·m?2·d?1（圖5a），貢獻底棲呼吸的67%（圖5b）。

 

3.養(yǎng)殖活動釋放的N、P分別滿足初級生產(chǎn)需求的128%和501%（FF），加劇水體富營養(yǎng)化（表3）。

 

研究目的

 

1.量化水產(chǎn)養(yǎng)殖（魚類/牡蠣）對沉積物 耗氧量（SOD） 和 營養(yǎng)鹽通量（BNF） 的影響。

2.評估附著生物群落（如網(wǎng)衣附生藻類）對有機質(zhì)輸入的貢獻。

3.比較不同管理方式（商業(yè)化FF/OF vs. 實驗性養(yǎng)殖TMSS）的環(huán)境影響差異。

 

研究思路

 

1.站點設(shè)置：

 

對比5個站點：商業(yè)化魚類養(yǎng)殖（FF）、牡蠣養(yǎng)殖（OF）、實驗性養(yǎng)殖（TMSS）及各自對照點（FF-C, OF-C）（圖1）。

 

2.原位測量：

 

使用 底棲通量艙（Belc/I） 實測SOD和BNF（圖2, 圖4）。

 

 

通過 Unisense氧微電極 量化附著生物凈產(chǎn)氧率（圖5）。

3.輔助分析：

 

沉積物有機碳（TOC）、總氮（TN）、沉降速率（表1）。

 

水柱參數(shù)（溫度、鹽度、溶解氧）。

 

關(guān)鍵數(shù)據(jù)、來源及意義

 

1.SOD與BNF梯度（圖2, 圖4, 表2, 表3）:

 

數(shù)據(jù)：FF的SOD（-155.2 mmol·m?2·d?1）比對照高3.6倍；BNF（NH??+NO??: 13.36 mmol·m?2·d?1）高4.5倍。

 

來源：圖2（氧濃度時序曲線斜率）和表2（計算值）。

 

意義：直接證明商業(yè)化養(yǎng)殖導(dǎo)致沉積物強烈缺氧和營養(yǎng)鹽釋放。

2.附著生物代謝活性（圖5）:

 

數(shù)據(jù)：光照下網(wǎng)衣界面O?濃度達288.4 mmol·L?1（圖5a），凈產(chǎn)氧率峰值80.3 mmol·m?2·d?1（圖5b）。

 

來源：圖5a（O?微剖面）和圖5b（P-I曲線）。

 

意義：揭示附著生物是重要OM來源，貢獻底棲呼吸的67%。

3.營養(yǎng)鹽收支（表3）:

 

數(shù)據(jù)：FF的BNF滿足初級生產(chǎn)N需求的128%和P需求的501%。

 

來源：表3（營養(yǎng)鹽通量與初級生產(chǎn)需求對比）。

 

意義：證實養(yǎng)殖活動通過底棲-水柱耦合誘發(fā)富營養(yǎng)化。

4.OM擴散范圍（圖3）:

 

數(shù)據(jù)：TMSS養(yǎng)殖點SOD在400 m外恢復(fù)至背景值（67.3 mmol·m?2·d?1）。

 

來源：圖3（距離-SOD關(guān)系曲線）。

 

意義：界定養(yǎng)殖OM影響半徑（≤400 m），為管理提供空間依據(jù)。

 

核心結(jié)論

 

1.商業(yè)化養(yǎng)殖的負面效應(yīng)：

 

FF和OF顯著提升SOD和BNF，打破營養(yǎng)鹽平衡，誘發(fā)局部富營養(yǎng)化。

2.附著生物的關(guān)鍵角色：

 

網(wǎng)衣附生群落貢獻65 mmol C·m?2·d?1有機質(zhì)，占底棲呼吸的67%。

3.可持續(xù)管理范例：

 

實驗性養(yǎng)殖TMSS（低密度+科學(xué)管理）的SOD與對照無差異，證明環(huán)保養(yǎng)殖可行性。

 

Unisense電極數(shù)據(jù)的獨特價值

技術(shù)優(yōu)勢

 

 

高時空分辨率：

 

25 μm尖端氧微電極（響應(yīng)時間<0.3 s）實現(xiàn) 100 μm步進的O?微剖面測量（圖5a），精準捕捉擴散邊界層（DBL）動態(tài)。

 

原位真實性：

 

直接在水流模擬艙中測量（流速20 cm·s?1），避免采樣擾動，真實反映附著群落代謝（方法章節(jié)）。

 

關(guān)鍵科學(xué)發(fā)現(xiàn)

 

1.附著群落的雙重代謝功能：

 

電極數(shù)據(jù)量化 光照下產(chǎn)氧峰值（80.3 mmol·m?2·d?1） 與 黑暗呼吸（-31.9 mmol·m?2·d?1）（圖5b），揭示其作為OM"源"（光合固碳）和"匯"（呼吸耗氧）的雙重角色。

2.代謝動力學(xué)參數(shù)：

 

擬合P-I曲線得出 最大凈產(chǎn)氧率（P???=100.6 mmol·m?2·d?1） 和 半飽和光強（E?=200.8 μmol·m?2·s?1）（圖5b），為生態(tài)模型提供關(guān)鍵參數(shù)。

3.對底棲呼吸的定量貢獻：

 

電極實測呼吸率（-31.9 mmol·m?2·d?1）相當于TMSS底棲呼吸的67%，修正傳統(tǒng)忽略附著生物OM輸入的認知。

 

管理啟示

 

證明 人工設(shè)施表面積擴大生物附著（網(wǎng)衣表面積達水體的4.5倍），需納入養(yǎng)殖環(huán)境評估。

 

為優(yōu)化防污策略（如網(wǎng)衣清潔頻率）提供代謝基準數(shù)據(jù)，減少OM輸入。

 

總結(jié)

 

本研究通過原位通量艙與Unisense微電極技術(shù)，揭示水產(chǎn)養(yǎng)殖通過沉積物耗氧、營養(yǎng)鹽釋放及附著生物代謝三重途徑影響海岸帶生態(tài)。Unisense電極的核心突破在于 量化微界面代謝過程，證明附著生物貢獻67%底棲呼吸，為可持續(xù)養(yǎng)殖管理提供精準調(diào)控靶點。未來養(yǎng)殖設(shè)計需兼顧設(shè)施表面積與附著群落生態(tài)功能，以平衡生產(chǎn)與生態(tài)韌性。