（環(huán)境科學(xué)專業(yè)論文）大亞灣海域ecopath生態(tài)系統(tǒng)模型的建立和動態(tài)模擬.pdf

摘要 表征系統(tǒng)總體特征的多項指數(shù)也證明了該系統(tǒng)正處于不成熟的狀態(tài)； ( 3 ) 運用e c o s i m 模塊模擬了1 9 8 7 1 9 9 8 年間系統(tǒng)在營養(yǎng)狀況和浮游生物生物 量改變的條件下的動態(tài)變化，結(jié)果顯示，在水體富營養(yǎng)化的進程中，多數(shù)生物資 源量也隨之增長，當中底棲生物食性魚類和游泳動物食性魚類的增長速度高于浮 游牛物食性魚類，相對浮游植物來說，浮游動物的牛物量變化對多數(shù)生物的影響 更為顯著，另外，同為餌料生物的功能組之間對營養(yǎng)存在競爭的關(guān)系； ( 4 ) 運用e c o t 眥e r 模塊動態(tài)模擬了1 9 8 7 1 9 9 8 年間重金屬c d 在系統(tǒng)中各種 生物體內(nèi)的含量變化，結(jié)果顯示，幾種主要生物體內(nèi)重金屬c d 含量的大小關(guān)系 是海洋哺乳動物 軟體動物 浮游生物食性魚類 頭足類動物 甲殼動物( 蟹 類和蝦類) 其他食性魚類( 底棲生物食性、游泳動物食性和雜食性魚類) ，這些 生物雖未受到重金屬c d 的嚴重污染，但部分生物在模擬的某些時間段內(nèi)已存在 食用安全衛(wèi)生的問題。 關(guān)鍵詞：大亞灣海洋生態(tài)系統(tǒng)e c o p a t h 模型 e c o s i me c o t r a c e r i i a b s t r a c t e c o p a t hm o d e l c o n s t r u c t i o na ndd y n a m i cs i m u l a t i o n o ft h em a r i n e e c o s y s t e m i nt h ed a y a b a y m o j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：l il a i l s u p e r v i s o r ：p r o l is h i v u s u p e r v l s o r ：p r o l ls n l v u ab s t r a c t i nl a t cl9 8 0 s ，t h ed a y ab a ys u p p o r t e dv a r i e t i e so fa q u a t i cr e s o u r c e sw t hw a t e r o f9 0 0 dq u a l i 批s i n c e 髓r l y19 9 0 s ，a san u m b e ro fl a 唱ep 叫e c t sc o n s t r u c t e dn e a rt h e c o a s t a l l i n eo ft h eb a 弘t h el o c a le c o n o m yh a sb e e nd r a m a t i c a l l yb i s t c d ，w i t hh i g h p r e s s u r eo nt h em a r i n ee n v i r o 舢e n ta tt h es a m et i m e d u r i n gt h o s ey e a r s ，t l l ew a t e r q u a l i t yo ft h ed a y ab a yw 弱c h a n g i n gf b mo l i g o 仃o p h i cl e v e lt om e s o t r o p h i cl e v e l g r a d u a l l y o nt h eo t h e rh a n d ，s o m er e l e v a n tc h a n g e sh a p p e n e dt ot h eq u a n t 時a n d p o p u i a t i o ns t m c t u r eo fp h ”o p l a n k t o na n dz o o p l a n k 幻na tt h em e a n t i m e ，w h i c h a 行b c t e do t h e rm a r i n eo 唱a n i s m st h r o u 曲t h ef 的dw e ba r e n v a r d s t h i ss t u d yw a sf o c u s e do nt h em a r i n ee c o s y s t e mo ft h ed a y a b a yi nl9 8 7 a n e c o l o g i c a lm o d e lw 弱e s t a b l i s h e db yu s i n ge c o p a m w t he c o s i i i lt 0 觚a l y z et h e e n e 略y n o w sa n dt r o p h i cc o r r e l a t i o n s m l ee c o s y s t 鋤q 啪t i f i c a t i o n a l l y b 舔e do nm e e c o p a t hm o d e i ，d y n a m i cv a r i a t i o n so ft h ee c o s y s t e mw e r es i m u l a t e db yu s i n ge c o s i m a n de c o t r a c e r i nt h i sw a y ，t h es t u d yh a dq u a n t i n e ds e v e r a lc h a n g e so ft h ee c o l o g i c a l e n v i r o n m e n ti nm 撕n ea r e ao ft h ed a y ab a y i tw a so fm u c hp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e a n di n n o v a t i o n ，鋤dh a dm a d es o m eg r e a te 腩c t so nt h ep o p u i a r i z e da p p l i c a t i o no f e w ei nc h i n aa n ds c i e n t i f i cm a n a g e m e n to f m a r i n ee c o i o g i c a le n v i r o n m e n t t h em a i nc o n t e n t sa f l dc o n c i u s i o n so f t h e 咖d yw e r ed e s c r i b e da sf 0 i l o w s ： l i i a b s 廿a c t ( 1 ) a ne c o p a t hm o d e ic o n s t i t u t e db y1 6f u n c t i o n a lg r o u p sw a se s t a b l i s h e da n d b a l a n c e da f i e r 刪u s t i n g a n dt h ec a l c u l a t e de f f e c t i v et r o p h i cl e v e l so ft h e 如n c t i o n a l g r o u p sr a n g e df 衲m1 o ot o4 0 7 ( 2 ) o nt h eb a s eo ft h eb a s i ca n dn 娟 ，o r ka 1 1 a l y s i s ，t h r e em a i nf o o dc h a i n s s t a r t i n gf 沁mp h ”o p l a n k t o n ，b e n t h i cp r o d u c e ra n dd e t r i t u sr e s p e c t i v e l yw e r ef o u n di n t h ee c o s y s t e m t h ee n e 唧n o w so ft h ee c o s y s t e mw e n tt h r o u g h 仃o p h i cl e v e li v i l c o m p a r i n gw i t ho t t l e re c o s y s t e m s ，t h e 仃a n s 佗re 伍c i e n c i e so fa l l 仃o p h i cl e v e l sw e r e r e l a t i v e l y1 0 、v t h ep a r a m e t e r sr e l a t e dt ot h es y s t e m a t i cc h a r a c t e r i s t i c si n d i c a t e dt h a t t h ee c o s y 妣mw a l si m m a n j r ei nl9 8 7 ( 3 ) t i l ed y n 踟i cc h 卸g e so fm ee c o s y s t e mi n1 9 8 7 1 9 9 8w a ss i m u l a t e db y e c o s i mi nt h ec o n d i t i o no fv a 巧i n gn u t r i e n t 鋤dp l a n k t o nb i o m a s s i tc a m ew i t ht h e r e s u ht h a tt h er e s o u r c eq u 卸t i t i e so f m o s to 唱鋤i s m sw e r ei n c r e a s i n gi nt h ec o u r s eo f w a t e re u 仃o p h i c a t i o n t h en u m b e rg r o 州ho f b e n t h i c 一佬e d i n gf i s h e sa n dp i s c i v o r o u s f i s h e sw 鷸f a s t e rt h a np l a n l c t i v o f o u sf i s h e s c o m p a r i n gw i t hp h y t o p l a n k t o n ，t h e b i o m a s sv a r i a t i o no fz o o p l a n k t o nh a dag r e a t e ri n n u e n c eo nm o s to 唱a n i s m s a n di t w a sf o u n dt h a tt h eg r o u p so ff o o do r g a n i s m sw e r ei nc o m p e t i t i o nf o rn u t r i e n t ( 4 ) t h ec o n c e n t r a t i o n sv a r i a t i o no fh e a v ym e t a ic di nv a r i o u so 唱a n i s m so ft h e e c o s y s t e mf 兩m19 8 7t ol9 9 8w e r es i m u l a t e db ye c o t r a c e ri nt h es t u d y t h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h ec o n c e n t r a t i o n so fc di nt h em 面o ro 唱a n i s m sr a n k e da sf o l l o w s ： m a r i n em a m m a l s m o l l u s k s p l a n k t i v o r o u sf i s h c e p h a i o p o d s c r u s t a c e a n s ( c r a b s a n ds h r m p s ) o t h e rf i s h ( b e n t h i c f e e d i n g ，p i s c i v o r o u sa n do m n i v o r o u sf i s h ) t h e s e o 唱a n i s m sw e r en o ti ns e r i o u sc o n t a m i n a t i o n ，b u ts o m eo ft h e mh a dp r o b l e m so f e d i b l es a 詫t ) ，觚dh y g i e n ei ns o m eo f t h es i m u i a t i o ny e a r s k e y w o r d ：t h ed a y ab a y ；m a r i n ee c o s y s t e m ；t h ee c o p a t hm o d e l ；e c o s i m ；e c o t r a c e r i v 論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指 導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引 用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或 撰寫過的作品成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集 體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的 法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：芬出 日期：a 達年多月及日 學(xué)位論文使用授權(quán)聲明 本人完全了解中山大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī) 定，即：學(xué)校有權(quán)保留學(xué)位論文并向國家主管部門或其指定 機構(gòu)送交論文的電子版和紙質(zhì)版，有權(quán)將學(xué)位論文用于非贏 利目的的少量復(fù)制并允許論文進入學(xué)校圖書館、院系資料室 被查閱，有權(quán)將學(xué)位論文的內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索， 可以采用復(fù)印、縮印或其他方法保存學(xué)位論文。 學(xué)位論文作者簽名：匆阮導(dǎo)師簽名：繡t 蛹 日期：知符多月從日 日期：硼眸6 月i 日 第l 章緒論 1 1 研究背景及選題意義 第l 章緒論 大亞灣位于廣東東部，南海北岸，西鄰大鵬灣，東接紅海灣，南連南海大陸 架【l 】，是南海北部一個較大的半封閉海灣，潮差小，水交換條件屬中下水平，余 流主要是低速的順時針環(huán)流系糾2 1 ，夏季粵東沿岸上升流帶來外海高鹽冷水進入 大亞灣底層，形成溫度分層，岸線曲折，島嶼眾多，灣內(nèi)只有幾條小溪輸入，每 年輸入的陸源物質(zhì)不多【3 1 ，在9 0 年代以前沿岸分布有豐富的紅樹林和珊瑚群落， 是我國亞熱帶的重要海灣之一【4 】。大亞灣水域的初級生產(chǎn)力較高，浮游生物與底 棲生物的生物量都高于粵東沿海其他主要港灣的生物量，因此也具有較高的次級 生產(chǎn)力，從而為發(fā)展海洋水產(chǎn)生產(chǎn)農(nóng)牧化提供了良好的餌料基礎(chǔ)，同時由于生境 類型的多樣化，大亞灣擁有較豐富的魚類資源，且周年均有魚類進行生殖，灣中 全年也均有浮性魚卵和仔、稚魚出現(xiàn)【5 】。1 9 8 3 年，廣東省人民政府( 8 3 ) 0 5 3 號 文將大亞灣劃為水產(chǎn)資源保護區(qū)嘲。 上個世紀8 0 年代，大亞灣周邊的人口較少，以農(nóng)業(yè)為主，基本無工業(yè)，加 上分布有眾多的濕地，水域環(huán)境良好【3 】。1 9 8 6 年，在大亞灣西南岸開始興建我國 的第一座商用核電站；1 9 9 2 年，廣東省政府批準建立大亞灣規(guī)劃區(qū)，1 9 9 3 年國 務(wù)院又批準建立大亞灣經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)，此后，有數(shù)f 家大中型企業(yè)開始興建； 1 9 9 3 年夏季，大亞灣核電站正式投產(chǎn)；進入二十一世紀，中海殼牌南海石化項 目啟動并開始興建【4 1 。這一系列建設(shè)開發(fā)項目，尤其是海上施工項目的動工，使 大亞灣的岸線發(fā)生了變化，耕地濕地面積不斷減小【3 6 】。在這些項目的大力拉動 下，大亞灣沿岸經(jīng)濟得到了快速地增展，崗邊地區(qū)人口和企業(yè)數(shù)量劇增，水產(chǎn)養(yǎng) 殖業(yè)也得到了發(fā)展，兇此，灣內(nèi)水體的污染狀況也日益加劇。自8 0 年代末起的 十幾年里，大亞灣水體的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定變化，并逐漸由貧營養(yǎng)化轉(zhuǎn)化為中 營養(yǎng)化【4 ，7 1 。此外，在1 9 9 3 年大亞灣核電站投產(chǎn)之后，排放的溫排水也使水體溫 度出現(xiàn)了一定的上升。水體環(huán)境的這些變化促使浮游植物生產(chǎn)力和生物量發(fā)生了 一定的改變，浮游生物和底棲生物的群落結(jié)構(gòu)和季節(jié)循環(huán)也發(fā)生了相應(yīng)變化，并 第l 章緒論 進一步對食物鏈和微牛物環(huán)的能量負荷產(chǎn)牛影響，繼而引起高營養(yǎng)級牛物( 魚、 蝦、貝) 資源量的變化【引。 當前，對海域生態(tài)環(huán)境的研究大多僅局限于對當中個別種群結(jié)構(gòu)或數(shù)量等特 征的分析探討，且多以浮游植物、浮游動物和底棲生物等低營養(yǎng)級生物作為研究 對象，把生態(tài)系統(tǒng)中各種生物聯(lián)系起來作為一個整體進行研究的報道較少，而國 內(nèi)研究人員對生態(tài)系統(tǒng)整體的研究也多集中在對食物網(wǎng)等相關(guān)方面的定性研究。 此外，有關(guān)生態(tài)環(huán)境的研究大多都只是建立在對某個時間的調(diào)查資料基礎(chǔ)上，多 為靜態(tài)的分析與比較。從上世紀8 0 年代末到9 0 年代末，大亞灣海域生態(tài)系統(tǒng)隨 著整個海域環(huán)境的逐漸改變而發(fā)生了相應(yīng)的變化，系統(tǒng)中的各種生物資源也隨之 發(fā)生變動。目前，研究人員在對大亞灣生態(tài)環(huán)境變化方面所進行的研究，多集中 為對某些種群在個別年份里的靜態(tài)數(shù)據(jù)的分析和比較，還未出現(xiàn)以大亞灣海域生 態(tài)系統(tǒng)整體作為對象的動態(tài)研究。 綜上所述，通過建立大亞灣海域生態(tài)模型的方式，來實現(xiàn)對系統(tǒng)整體的定量 研究以及對系統(tǒng)在8 0 年代末之后十幾年變化的動態(tài)模擬，具有一定的實際意義， 并且為往后有關(guān)生態(tài)環(huán)境預(yù)測方面的研究開拓了新的思路。 1 2 海洋生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)及營養(yǎng)動力學(xué)研究進展 1 2 1 國外研究進展 海洋生態(tài)系統(tǒng)為人類提供了難以估量的生態(tài)服務(wù)功能和生態(tài)價值，然而，隨 著人類對海洋環(huán)境開發(fā)利用力度的加大，海洋生態(tài)系統(tǒng)所承受的環(huán)境壓力也日漸 增長。為了更好的解決這些問題，人類已開發(fā)了許多研究種群結(jié)構(gòu)和動態(tài)的模型 和建模方式，當中包括單種群模型、多物種虛擬種群分析模型( t h em u l t i s p e c i e s v i 咖a lp o p u l a t i o na n a i y s i s m s v p ：a ) 以及基于食物網(wǎng)與營養(yǎng)關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)模型 等【9 。單種群模型往往假設(shè)生長、補充和自然死亡是一個固定值或者是種群大 小的固定甬數(shù)，而實際上種群所處的生態(tài)系統(tǒng)總是不停變動的，其食餌可得性、 被捕食的風(fēng)險往往取決于系統(tǒng)中的其他物總，而不足種群本身，因此，該模型難 2 第l 章緒論 以全面地反映整個生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。多物種虛擬種群分析模型被認為是最 完善的方法之一，但該模型在建立時需要非常詳細的種群資料，如種群時間序列 的年齡組成等，要確定所有的參數(shù)往往很難，所以實用性并不是很強【9 1 1 1 。 食物聯(lián)系是海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的基本表達形式，系統(tǒng)內(nèi)的能量正是通 過食物鏈一食物網(wǎng)而轉(zhuǎn)化為各營養(yǎng)層次生物的生產(chǎn)力，并形成生態(tài)系統(tǒng)生物資源 產(chǎn)量，并對系統(tǒng)的服務(wù)和產(chǎn)出及其動態(tài)產(chǎn)生影響，此外，生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的各種生物 也正是通過營養(yǎng)關(guān)系與食物網(wǎng)的作用而相互聯(lián)系在一起的，所以關(guān)于食物網(wǎng)及營 養(yǎng)動力學(xué)方面的研究已成為了海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)的重要部分【佗】。海洋生態(tài)系 統(tǒng)的食物網(wǎng)較為復(fù)雜，上世紀7 0 年代，s t e e l e 采用簡化食物網(wǎng)的方法研究了黑 海、太平洋沙丁魚、北海食物網(wǎng)和熱帶食物鏈，這種研究思想后來得到了廣泛的 接受【1 3 】。隨著研究的深入，在食物關(guān)系和營養(yǎng)層次轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用的種類 即關(guān)鍵種受到了重視，以關(guān)鍵種為中心的食物網(wǎng)研究成為新的研究趨勢，此外， 生態(tài)轉(zhuǎn)化效率( 包括食物和能量的轉(zhuǎn)換) 及其影響兇素也成為了海洋食物網(wǎng)的重 要研究內(nèi)犁1 2 】。到了9 0 年代，全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)( g l o b a lo c e 鋤e c o s y s t e m s d y n 跏i c s ，g l o b e c ) 作為海洋科學(xué)國際前沿研究領(lǐng)域，得到了迅速發(fā)展，“食物 網(wǎng)結(jié)構(gòu)與生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)動力學(xué)關(guān)系”被確認為g l o b e c4 個基本任務(wù)之一，營 養(yǎng)動力學(xué)通道及其變化和營養(yǎng)質(zhì)量在食物網(wǎng)中的作用，成為重點研究內(nèi)容之一 【1 4 1 卯。 l9 8 4 年，p o l o v i n a 【1 6 】在簡化l v a 咖漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)生物量收支模型的基礎(chǔ) 上，運用模擬線形生物量收支方程，建立了生物量生產(chǎn)和損耗的平衡系統(tǒng)，研究 能量向食物網(wǎng)高層流動及在各營養(yǎng)層次的生物產(chǎn)量，稱為e c o p a t h ( 生態(tài)通道模 型) 。此后，c l l r i s t e t l s e n 和p a u l y 【1 - 1 9 1 研制了該模型的計算機軟件和重要參數(shù)的估 算方法。e c o p a t h 模型描述的是穩(wěn)態(tài)條件下特定時間內(nèi)一個生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)的 平衡，又被稱為生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)營養(yǎng)模型【2 們，其主要作用是定量描述生態(tài)系統(tǒng)中 的營養(yǎng)關(guān)系和能量流動。此后，又在原先穩(wěn)態(tài)模型的基礎(chǔ)上陸續(xù)開發(fā)了用于描述 生態(tài)系統(tǒng)在時間和空間上動態(tài)變化的分析模塊一e c o s i m 和e c o s p a c e ，以及描 述穩(wěn)定性物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中流動狀況的模塊一e c o t m c e r 【1 0 2 1 1 。 3 第1 章緒論 目前e c o p a t h 已經(jīng)發(fā)展到6 0 版本，由于e c o p a t h 模型需要的參數(shù)較少且功 能全而，具有較強的實用性，已在全球1 0 0 多個水生生態(tài)系統(tǒng)中得到了應(yīng)用2 2 彩】。 當前，e c o p a t h 在漁業(yè)資源管理中的應(yīng)用較為廣泛，如，d r n e i la g m b l e 【2 6 】建立 了澳大利亞大堡礁的e c o p a t h 營養(yǎng)甲衡模型，并運用e c o s i m 和e c o s p a c e 模塊模 擬出了不同漁業(yè)政策在執(zhí)行1 0 0 年間對生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響，k s m o h 鋤e d 等【2 7 】模擬了印度k a m a t a k a 州的阿拉伯海沿岸【= ；( 域六種不同捕撈方式的捕撈力量 分別以1 7 的增長率增長1 0 年所引起的各種漁業(yè)資源收獲量的變化。眾多 e c 叩a t h 模型的建立和模擬都為當?shù)貪O業(yè)政策的制定提供了可靠的依據(jù)。 e c o p a m 的另一個重要功能就是模擬環(huán)境變化對生態(tài)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響。 1 9 8 9 年美困阿拉斯加威廉王子灣發(fā)生了北美史上最嚴重的油船泄漏事故，油污 對該海域和鄰近海域產(chǎn)生了嚴重污染，d a l s g a a d 和o k e y 等人【2 舡3 0 疆過建立污染 事故發(fā)生前后的兩個e c o p a t h 模型，定量比較了海域被污染前后生物資源的差別。 v 川a n u e v a 等人【3 1 】通過在e c o s i m 中輸入時問強制序列，模擬了b u r k i n af a s o 的 b a g r 6 水庫停用后的水質(zhì)變化所引起的各個種群生物量的變化。o k e y 等吲建立 了西佛羅里達大陸架的e c o p a t h 模型，并結(jié)合多個e c o s i ms c e n a r i o s ，模擬了藻類 暴發(fā)對幾種初級生產(chǎn)者所產(chǎn)生的遮蔽作用和底層魚類所產(chǎn)生的庇護作用，以分析 營養(yǎng)物質(zhì)富集對該大陸架群落組成的影響。此外，e c o p a t h 中附帶的e c o t r a c e r 模 塊可應(yīng)用于研究穩(wěn)念污染物進入到食物網(wǎng)后在各級營養(yǎng)層中的累積情況，也成為 了研究外部環(huán)境對生態(tài)系統(tǒng)所造成影響的重要工具。c o o m b s p 3 j 建立了東白令海 5 0 年代和8 0 年代的生態(tài)模型，通過比較兩個模型巾的各項參數(shù)來分析環(huán)境變化 對該生態(tài)系統(tǒng)的影響，此后又結(jié)合e c o s i m 與e c 0 仃a c e r 模擬了p c b s 在東白令海 的各個功能組中1 0 0 年問的累積情況，估算出大量之前難以通過測定獲得的數(shù) 據(jù)，這些數(shù)據(jù)為該區(qū)域有關(guān)生態(tài)環(huán)境方面的政策制訂提供了寶貴的參考依據(jù)。 c h r i s t e n s e n 和b o o t h 【3 4 】也通過運用e c o t r a c e r ，并結(jié)合e c o s p a c e 和e c o s i m ，模擬 出了二惡英通過大氣沉降、徑流等途徑輸入水體后，在全球范圍的4 2 個主要海 洋生物功能組中的分布情況，以及各功能組中的二惡英含量在2 2 年間變化趨勢。 4 第l 章緒論 1 2 2 國內(nèi)研究進展 由于各方面發(fā)展的需要，我國積極發(fā)展海洋生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)與營養(yǎng)動力學(xué)方 面的研究，并在1 9 9 1 年加入了“全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究計劃”( g l o b e c ) ， 并在1 9 9 6 年由國家自然科學(xué)基金委員會啟動了“渤海生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)與生物資 源持續(xù)利用”重大項目【1 2 】。到目前為止，我國的科研工作者已經(jīng)做了大量的基 礎(chǔ)工作。其中較多的是有關(guān)生物資源種類的攝食習(xí)性和餌料組成方面數(shù)據(jù)資料的 調(diào)查工作3 5 1 ，如楊紀明【3 6 1 采用胃含法測定了渤海5 2 種魚類的食性，并計算出它 們的營養(yǎng)級。有關(guān)海洋食物網(wǎng)研究大多仍處于定性研究階段。如蔡德陵等【3 7 】應(yīng) 用天然存在的碳氮穩(wěn)定同位素方法研究了黃東海生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，初 步建立了從浮游植物到頂級捕食者的水體食物網(wǎng)連續(xù)營養(yǎng)譜，并結(jié)合底棲生物碳 同位素資料勾勒出黃東海食物網(wǎng)營養(yǎng)結(jié)構(gòu)圖。張月平【3 8 】分析了南海北部4 9 種主 要魚類的食性，并參照o d u m 和h e a l d 【矧的方法計算各種魚類的相對營養(yǎng)級，并 最終繪制出南海北部的食物網(wǎng)。 近年來，我國也有不少科研工作者開始應(yīng)用e c o p a t h 建立營養(yǎng)模型。最早的 應(yīng)用出現(xiàn)在國家自然科學(xué)基金重大項目“渤海生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)與生物資源持續(xù)利 用”中，仝齡等人m 】建立了一個由1 3 個功能組構(gòu)成的渤海生態(tài)系統(tǒng)e c o p a t h 模 型，基奉描述了生態(tài)系統(tǒng)中生物能量的主要流動過程。此后，陳作志等【4 l 】和李 永剛等【4 2 】又分別建立了北部灣和嵊泗人工魚礁海區(qū)的e c o p a t h 營養(yǎng)模型，并根據(jù) 得出的各項參數(shù)分析功能組之間的相互影響以及整個生態(tài)系統(tǒng)的成熟度和穩(wěn)定 度。宋兵【4 3 1 和楊再?！緇 l 】以太湖為對象，建立了國內(nèi)首個淡水生態(tài)系統(tǒng)的e c o p a t h 模型，并對太湖的漁業(yè)管理政策進行動態(tài)模擬和評估。當中，宋到4 3 】運用e c o s i m 對太湖生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育進行了動態(tài)模擬，分析漁業(yè)和富營養(yǎng)化對生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育影 響的曠f 行”和“上行”機制，還對相關(guān)捕撈策略進行動態(tài)模擬，并提出了有利 于改善人湖生態(tài)結(jié)構(gòu)和提高漁業(yè)收益的對策；楊冉福】則主要運用模型進行了太 湖生態(tài)系統(tǒng)與漁業(yè)發(fā)展的定量風(fēng)險分析，還定量分析了漁業(yè)發(fā)展與環(huán)境之間的相 互影響，從而為太湖漁業(yè)與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展和利用提供了科學(xué)的評價標準。 由于我國早年在基礎(chǔ)工作上的投入有限、歷史資料的匱乏以及實驗手段的落 第l 章緒論 后，使得當前許多科研人員在建立e c o p a t h 營養(yǎng)模型時經(jīng)常會面臨數(shù)據(jù)不足的困 境。因而，我國目前大多研究人員都只是應(yīng)用e c o p a t h 進行相對基礎(chǔ)的研究工作。 但隨著國家在海洋生態(tài)動力研究上投入的加大，日后我們有望進一步拓展這一領(lǐng) 域的研究。 1 3 研究內(nèi)容和創(chuàng)新點 1 3 1 研究內(nèi)容 本研究將以大亞灣海域生態(tài)系統(tǒng)作為研究對象，通過收集有關(guān)大亞灣海域環(huán) 境、生物和生態(tài)等方面的資料和數(shù)據(jù)，運用國家水生資源管理中心 i c l a r m ( i n t e m a t i o n a lc e n t e r 細l i v i n ga q u a t i cr e s o u r c em 孤a g 鋤e n t ) 所開發(fā)的 e c o p a t hw i t he c o s i m ( e w e ) 軟件，建立1 9 8 7 年的大亞灣海域的e c o p a t h 生態(tài)模型； 在模型平衡之后，定量分析該生態(tài)系統(tǒng)中各種生物之間的營養(yǎng)關(guān)系和整個系統(tǒng)的 營養(yǎng)結(jié)構(gòu)、能量流動以及發(fā)育程度等；在時間模擬模塊e c o s i m 中，以1 9 8 7 年的 e c o p a t h 模型為基礎(chǔ)，通過建立包含營養(yǎng)狀況變化的時間強制功能和浮游植物與 浮游動物生物量強制序列的不同s c e n a r i o s ，模擬比較1 9 8 7 至1 9 9 8 年里大亞灣 海域生態(tài)系統(tǒng)分別在營養(yǎng)狀況和浮游植物、浮游動物連續(xù)變化的影響下所發(fā)生的 動態(tài)變化；在原先的e c o p a t h 穩(wěn)態(tài)模型和e c o s i ms c e n a r i o 的基礎(chǔ)上，同樣以1 9 8 7 年作為模擬起點，動態(tài)模擬此后1 2 年間重金屬c d 在大亞灣海域生態(tài)系統(tǒng)里各 牛物體內(nèi)的含量變化。 1 3 2 創(chuàng)新點 建國以來，我國多個研究機構(gòu)對多個海域進行了長期的研究調(diào)查，搜集了大 量的海洋生態(tài)、生物方面的基礎(chǔ)資料。然而每個機構(gòu)所擁有的資料往往相對片面， 所研究的對象也較為孤立。到目前為止，我國有關(guān)海洋生態(tài)方面的研究較多是以 區(qū)域的單個種群或物種為研究對象，其中不乏對單個種群的動態(tài)研究，但數(shù)據(jù)需 求量大且難度較大。近年來，隨著各個學(xué)科之間的交流以及科研機構(gòu)合作的頻繁， 對區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)整體進行綜合分析的研究逐漸增多，但當中大多數(shù)研究仍停留在 6 第l 章緒論 定性分析的階段。e c o p a t h 建模方式的引入，為我們對海洋生態(tài)進行量化的研究 提供了便利。有關(guān)我國渤海、北部灣等海域的e c o p a t h 模型研究已有論文發(fā)表。 本研究將以大亞灣海域生態(tài)系統(tǒng)為研究對象建立e c o p a t l l 模型，并結(jié)合 e c o s i m 和e c o t r a c e r 這兩個動態(tài)模塊，動態(tài)模擬環(huán)境變化對牛態(tài)系統(tǒng)的影響。目 前國內(nèi)運用e c o p a t h 建立的大多是穩(wěn)態(tài)模型，只有宋兵【4 3 1 、楊再福1 1 l 】和王曉紅m 】 采用e c o s i m 進行過漁業(yè)政策的動態(tài)模擬，而在國內(nèi)尚未有人運用過e c o 仃a c e r 進 行動態(tài)模擬，運用e c o p a t l l 模擬環(huán)境變化對海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響的歷史也仍是空 白。本研究中將會有兩大創(chuàng)新點：嘗試運用e w e 模型中的e c o s i m 模塊模擬營 養(yǎng)及餌料生物的變化對大亞灣海域生態(tài)系統(tǒng)的影響：嘗試運用e w e 模型中的 e c o t r a c e r 模塊模擬重金屬c d 進入生態(tài)系統(tǒng)后在生物體內(nèi)的含量變化。該研究的 成果將可為該區(qū)域的生態(tài)風(fēng)險評價提供參考依據(jù)。 7 第2 章大亞灣海域生態(tài)系統(tǒng)e c o p a t h 模型的建立 第2 章大亞灣海域生態(tài)系統(tǒng)e c o p a t h 模型的建立 2 1 研究區(qū)域介紹 2 1 1 研究范圍 大亞灣位于南海北部，廣東東部，珠江口東側(cè)( 1 1 4 0 2 9 4 2 ，- 1 1 4 0 4 9 4 2 ”e ， 2 2 0 3 1 1 2 ”2 2 0 5 0 ，o o ，n ) ，西鄰大鵬灣，東接紅海灣【5 1 ，灣口連線以內(nèi)海域面積約 4 1 9 k m 2 【4 5 】，最深處為2 l m ，平均水深為1 1 5 m ，年平均透明度4 5 m 湖。大亞灣 的東、北、西三面為低矮丘陵環(huán)抱【5 1 ，為一半封閉山地溺谷型港灣h 5 1 ，東部海岸 線較平直，西部則曲折多變，尤多深入陸地的小內(nèi)灣，岸線總長9 2 k m 【5 1 。灣西 南側(cè)位大鵬澳，西北側(cè)為啞鈴灣與澳頭港，東北角為范和港【5 1 。灣內(nèi)大小島嶼約 5 0 多個，灣口有沱濘列島，自東而西主要有大星山島、小星山島和三門島，灣 中央有一系列南北分布的島嶼，稱為中央列島，自北而南有純洲、喜洲、馬鞭洲、 小辣角、大辣角、黃毛山等島嶼【5 舶】。9 0 年代以前，大亞灣沿岸分布有較多的紅 樹林，面積約4 5 0 0 畝，尤以范和港的分布最為密集，灣口附近的島嶼巖礁上生 長有珊瑚生物群 5 】。 8 圖2 i l 大亞灣海區(qū)衛(wèi)星遙感圖 f 追2 - ls 嗣i 耋e n i t e r 鋤o t e l l s 魄p i c t l j 豫o f 吐塢e 時a b a y m 碰艙繃 2 2 2 大亞灣海域的自然環(huán)境與資源狀況 ( 1 ) 大亞灣海域的自然環(huán)境 第2 章大亞灣海域牛態(tài)系統(tǒng)e c o p a t i l 模型的建立 沉積特征 大亞灣的沉積物可分為八種類型【4 8 】：粗砂( c s ) ，粗中砂( c m s ) ，中粗 砂( m c s ) ，細砂( f s ) ，粉砂質(zhì)砂( t s ) ，砂粉砂粘土( s t - y ) ，粘土質(zhì)粉砂 ( y t ) ，粉砂質(zhì)粘土( t y ) 。大亞灣海底主要的沉積類型是粘土質(zhì)粉砂和粉砂質(zhì) 粘土，沉積物的有機質(zhì)含量較高，平均含量達1 5 5 。而在岸邊和小河口附近， 由于直接承受著風(fēng)浪對海岸的沖刷物和諸小河流輸入的泥砂，沉積物較粗，以砂 礫、粗砂、細砂等為主。細粒物質(zhì)在潮流、海流等海洋動力作用下，向海灣中部 擴散，使大亞灣的沉積物呈現(xiàn)出近岸粗、灣中細、灣口稍粗的粗細分布總格局， 由此可見，大亞灣沉積物主要來源于周邊陸域和由岸向海搬運的過程4 7 1 。 氣候特征 大亞灣由于地處北回歸線南緣，日射較強，又有南海暖流的影響【4 9 】，表現(xiàn) 出典型的亞熱帶海洋性氣候，年平均氣壓為1 0 l o h p a ；年平均氣溫2 2 。c ，l ，2 月份氣溫最低，約1 5 。c ，7 月份最高，約2 8 0 c ，氣溫的日際變化以冬、春季較 大，夏、秋季較小為明顯特點；年平均雨量多為1 5 0 0 2 0 0 0 m m ，雨季出現(xiàn)在5 9 月，月平均雨量可達2 0 0 4 0 0 m m ，冬季各月天氣干燥，月雨量在5 0 m m 以下； 大亞灣海域受東亞季風(fēng)的影響【5 0 1 ，夏季( 6 8 月) 盛吹偏南風(fēng)與偏東風(fēng)，s w s s e 向風(fēng)頻率約為4 0 ，其余月份多為偏東和偏北風(fēng)，其中n e _ 一e 向頻率也 占4 0 左右，平均風(fēng)速約3 5 m s ，臺風(fēng)過境引起的最大風(fēng)速可 4 0 n l s ，臺風(fēng)影 響時間多集中于7 9 月份【5 1 。 水文條件 潮汐：大亞灣的潮汐基本屬于不正規(guī)半日混合潮，即一天中出現(xiàn)兩次高潮和 兩次低潮，存在日不等現(xiàn)象，年平均潮差小于1 0 m ，最大潮差為2 o 2 5 m 之間， 潮差灣頂大于灣口，平均潮位冬半年高于夏半年，1 0 月前后最高，6 、7 月最低， 灣內(nèi)潮流不大，自灣口向內(nèi)傳播時潮流逐漸變小，在灣的中部，表層出現(xiàn)全日、 半日和1 “日分潮流的潮流橢圓長軸的高值區(qū)；大亞灣各月平均波高在0 2 m 以 下，平均周期為0 4 一1 6 s ，最大波高僅0 9 m ，周期為2 4 s 【5 ，5 們。 l o 笫2 章大業(yè)灣海域十態(tài)系統(tǒng)e c o p a t h 模掣的建立 水溫：除了l l 、1 2 月份外，大亞灣灣內(nèi)的溫度分布總趨勢是，灣口低溫， 灣頂高溫；表層水溫周年變化較大，最高可達3 l o c ，最低11 4 0 c ；月平均溫度 表層為1 5 3 0 0 c ，底層為1 5 2 9 。c ；冬、春季水溫較低，且表、底層溫差較小， 其中冬季表、底層溫差小于0 1 5 0 c ，夏、秋季水溫較高，且表、底層溫差較大， 產(chǎn)牛這種現(xiàn)象豐要是因為冬季風(fēng)浪大，水體攪動劇烈，上卜層較均勻，而夏季水 體比較穩(wěn)定，容易形成溫躍層，上下水層交換較弱【5 5 | 1 。 鹽度：注入大亞灣的徑流量甚小，對鹽度的影響可以忽略不計，影響灣內(nèi)海 水鹽度的主要原因就是南海沿岸海水；表層鹽度的年平均值為3 2 7 ，鹽度的分布 規(guī)律為，冬末至春初以及夏季為灣口高鹽，灣頂?shù)望}，其余季節(jié)相反；在大辣甲 島附近，特別是7 、8 月份，形成低溫高箍的中心，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)與底層水向 上涌升有關(guān)【5 5 1 1 。 海水化學(xué) 人亞灣各項水化要素在空間上的分布，一般都呈現(xiàn)出從灣u 向灣項的變化， 灣中部較均勻，但各港灣差異較大；溶解氧含量的特點是冬高夏低，而且冬季表、 底層差異小，夏季差異大：氧飽和度則是呈現(xiàn)出秋、冬季較高。春、夏季較低的 特點，表層水多出現(xiàn)過飽和或接近飽和的狀態(tài)，底層氧飽和度一般比表層低；p h 值在冬、春季較高，夏、秋季較低，表層水的p h 值在3 月最高，l o 月最低，底 層水則在1 月最高，8 月最低；總二氧化碳含量冬、春季節(jié)高，表、底層差異小， 夏、秋季節(jié)較低，表、底層差異較人f 5 j ；冬季，底層蓄積的營養(yǎng)靛通過對流混合 作用輸送到表層，使磷酸鹽、硝酸鹽得到補充，春季水體營養(yǎng)鹽含量適宜，使浮 游植物大量增殖，夏季水體的垂直混合緩慢，底層對表層的營養(yǎng)鹽補充較慢，浮 游植物的增殖使表層的無機氮和無機磷幾乎被耗盡，秋季浮游植物的衰減使營養(yǎng) 鹽得到補充【5 2 1 。 第2 章大業(yè)灣汾域乍態(tài)系統(tǒng)e c o p a t h 模瓔的建立 ( 2 ) 大亞灣海域海洋牛物與漁業(yè)資源 浮游植物 由_ 丁大業(yè)灣地處業(yè)熱帶海區(qū)，浮游植物的種群組成體現(xiàn)m 業(yè)熱帶生物的特 性。經(jīng)鑒定，大亞灣的浮游植物共4 7 屬1 6 4 種，分別隸屬于監(jiān)藻fj ( c 如療印枷) 、 硅藻門( 覷玎腸，卸砂砌) 、甲藻門( 腳砂幻) 、金藻門( c 廳壚印砂砌) 、黃藻門 船砌印砂脅) 等，其中硅藻類是人亞灣浮游植物的豐體，占7 0 以上，其次是甲 藻類【3 5 3 】在1 2 7 種硅藻類中，角刺藻屬( c t 7 托配幻c p m s ) 的種類最多( 3 8 種) ，根管藻 屬( 尺辦泐s d 腸胛砌) 次之( 2 1 種) 【5 1 。這些浮游植物，豐要以暖水性種類為主，其次是 廣溫性種類【3 j 。浮游植物的種類組成的季節(jié)交替現(xiàn)象是明顯的，春季種類較少， 約6 0 種，其他季節(jié)種類較多，有1 1 5 種左右。秋、冬兩季，硅藻類在浮游植物 種類數(shù)中占比例最高，約8 3 ，甲藻所占比例最低，不超過1 4 ，春季硅藻類 所占比例較其他季節(jié)低，為7 7 3 ，而甲藻所占比例最高，達2 1 7 i 習(xí)。 浮游動物 大業(yè)灣浮游動物群落組成相當復(fù)雜，國家海洋局第i 研究所在1 9 8 7 、 1 9 8 8 對人亞灣所做的調(diào)查中【5 4 1 ，共鑒定出3 0 7 種，當中以橈足類、毛額類、枝 角類、浮游幼蟲類及磷蝦類為主，優(yōu)勢種包括小擬哲水蚤( 尸講優(yōu)口腸刀淞p 刪淞) 、 強額擬哲水蚤( 尸c 陽，觸脅) 、肥胖三角涇( 懶p 紀僻s 砌力、紅紡錘水蚤 似c 翻叮砌p 巧砌，伽力、小長腹劍水蚤( d 辦向o m 刀冊功、軟擬海樽( d d 肋彪砌 g p g p 刀6 口“川、小箭蟲( 勛砌刀曙胞c 砌) 等。這些浮游植物人概可以劃分為河口一內(nèi) 灣類群、暖溫帶沿岸類群、熱帶一亞熱帶沿岸類群、熱帶性外海類群這四種生態(tài) 類群，其中，熱帶一亞熱帶沿岸類群占絕對多數(shù)。一般，在夏季( 6 8 月) ，浮 游植物的種數(shù)最多，秋季( 9 一1 1 月) 次之，冬季( 1 2 ，l 2 月) 最少。 底棲生物 人亞灣是粵東岸段生物量比較高的港灣，灣內(nèi)大部分水域的年平均生物量都 超過5 0 m 2 ，東南部灣口附近水域是主要的高生物量區(qū)。四個季度的底棲生物 平均生物量都較高，其中春季最高，冬季和秋季稍低，夏季最低，變化呈現(xiàn)出單 1 2 筇2 章大業(yè)灣海域牛態(tài)系統(tǒng)e c o p a m 模型的建立 峰型【5 1 。根據(jù)江錦祥等人在1 9 8 7 年所做的調(diào)查【5 5 】，大亞灣底棲牛物共有4 7 3 種， 其中多毛類居首位，軟體動物占第二位，其他依次是r f l 殼動物、底棲魚類和棘皮 動物。多毛類中數(shù)量較大的種類有雙腮內(nèi)卷齒疊似g 腸印矗。所淞疥6 朋加辦括) 和袋稚 齒蟲( 尸，面胛d 印如所d ，硭沖胛d 等8 種；軟體動物則以小鱗簾蛤( 跆餾加d 勿口聊配腳和 波紋巴非蛤( p 口砌脅甜刀幽腸胞) 等為優(yōu)勢種：甲殼動物以蟹類的種類最多，共6 8 種， 蝦類有2 2 種，其中主要的種類有模糊新短眼蟹( 肫锨p n d p 五歷口砌淞d 6 卵甜，淞) 和寬 突赤蝦( 拖f 印p 即礎(chǔ)叩s 括p d ，m 冊s 括) 等8 種；棘皮動物中海參類和蛇尾類的種類較 多，均為1 2 種，而數(shù)量較大，出現(xiàn)頻率最高的種類則是光滑倍棘蛇尾明，脅叩，淞 腸p v 毋) 和凹裂星海膽( 向豇腳紀，腸c 甜加j 淞) 等。 漁業(yè)資源 大亞灣有眾多島嶼與巖礁，灣底水下淺灘平坦廣闊，底質(zhì)由粘土質(zhì)砂和粉砂 質(zhì)粘土所組成，沉積物厚度達2 0 3 0 c m ，灣的北部近岸、人辣甲兩側(cè)和西南側(cè)以 及南部近岸均是細砂，是鯡科( c 玩陽觸犯) 、鱈科( q 耽嘴豇勛p ) 和鮪科( & ，m 玎礎(chǔ)韶) 魚類幼魚的肥育場。而灣對面沱濘列島東西側(cè)、灣u 的人產(chǎn)排、燈火排諸暗礁、 大辣甲東西兩側(cè)海域，馬鞭洲、赤沙角、啞鈴灣和巽寮港以南至沙廠附近海域是 中上層魚類的索餌場。由于大亞灣沒有大江人河徑流和工業(yè)污水注入，以及擁有 高溫高鹽等有利的自然條件，適宜眾多魚類的索餌肥育、產(chǎn)卵繁殖和越冬棲息， 是廣東省水產(chǎn)資源自然保護區(qū)之一【5 6 t 5 8 1 。 1 9 8 7 年國家海洋局第三海洋研究所對大亞灣漁業(yè)資源進行了調(diào)查，經(jīng)初步 鑒定，大亞灣區(qū)域共有魚類3 0 4 種，分別隸屬于1 9 目1 0 3 科1 9 6 屬，這些種類 大多呈現(xiàn)出太平洋熱帶和亞熱帶區(qū)系的特征【5 ”7 1 。這些魚類大致分為集群、洄游 性明顯和散棲于水下淺灘、巖礁島嶼附近海域兩類魚群。前者多為中上層魚類， 如藍圓鱧( 眈明幽p ，淞歷冊陽出d 、竹莢魚( 乃口c 辦甜，淞徹伽紀榔) 、裘氏小沙丁魚 咚n 硼i n e l l n j 懈s i e 小圓腹蛛 s s h m i e r i ah c s s e i t 淞鯰嬸眥l l m n t o p h o sj 印o n i c 塒 和麗葉鯰【陽n 節(jié)似脅砂咖拙6 叫等；后者多數(shù)為中下層、底層魚類，如鯛 竹豇配鯽砌f d 沈) 、箱( & m 冊觸肥) 、狗母魚( 乃叩砌c 印砌，淞叼啤醛) 、帶魚( 丹糾z f ”，螂 砌甜m p 鉚、石首魚科( 矗配 脅力、鲆科( 肋砌如婦p ) 、鰨科(