貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法【專利摘要】一種貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法，首先采用室內(nèi)模擬實驗，收集不同季節(jié)典型貝類的排泄物，測定貝類生物沉積物中有機碳、總氮和碳同位素豐度，分析大量數(shù)據(jù)樣本，構建貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系；結合近海養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的埋藏特征，運用碳同位素和碳氮比關系圖確定養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的潛在來源，最后基于多元混合模型估算貝類生物沉積對近海碳循環(huán)的貢獻。本發(fā)明充分考慮到貝類排泄物等不同來源在海洋環(huán)境中的遷移轉化過程，從而使最終的評估結果更加接近實際，更加合理?！緦＠f明】貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法【
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】[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境監(jiān)測【
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】，具體涉及一種貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法?！?br>背景技術：
】[0002]海洋系統(tǒng)是全球最大的碳庫，海洋中的碳儲備量約為3.8X1013t，是大氣的50多倍，因此，海洋碳循環(huán)是全球碳循環(huán)的重要組成部分，在很大程度上決定了全球氣溫乃至氣候的變化趨勢以及海洋生態(tài)環(huán)境變化的走向。陸架邊緣海是陸地和大洋的連接帶，是海洋碳循環(huán)異?；钴S的區(qū)域，受人類生產(chǎn)生活、水產(chǎn)養(yǎng)殖活動和陸源輸入的影響大，因此其生物地球化學循環(huán)比較復雜，常被認為是碳循環(huán)中丟失項的可能去處，成為全球研究的焦點。海洋沉積物是全球碳的重要源和匯，沉積物中的碳占整個地球碳儲量的25%，占海洋總碳的91%，如此巨量的碳在海洋碳循環(huán)乃至全球碳循環(huán)中都起著至關重要的作用。[0003]我國是世界第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國。2012年全國海水養(yǎng)殖產(chǎn)量為1643.81萬t，其中貝類產(chǎn)量1208.44萬t，占我國海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的73.51%，所以我國的海水養(yǎng)殖是一個以貝類養(yǎng)殖為主的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)。貝類是濾食性生物，通過生物沉積，促進了碳以有機碳形式向沉積物遷移。而這部分碳除了小部分再懸浮、分解和被生物利用外，很大部分被埋藏到海底，從而暫時脫離地球化學循環(huán)，生物沉積作用實際上促進生物碳匯的作用。所以大規(guī)模的貝類養(yǎng)殖對淺海碳循環(huán)產(chǎn)生了明顯的影響。有機碳主要存在于有機質(zhì)中，所以有機質(zhì)的溯源研究即能反映出有機碳的來源，因此，研究貝類生物沉積在近海碳循環(huán)中的貢獻對于探討淺?！斑z漏的碳匯”問題具有重要意義。[0004]在近海和河口生態(tài)系統(tǒng)中，有關有機質(zhì)來源的分析方法主要有碳穩(wěn)定同位素(δ13C)法和C/N法，其中沉積物C/N比值易受到沉積環(huán)境中各種因素的影響，早期成巖過程可以改變C/N比值，導致C/N比值較高，而δ13C比較穩(wěn)定，不易改變，因此只有將兩者有機的結合起來才能更好的表征有機質(zhì)的來源。近年來，國內(nèi)外利用S13C和C/N法判斷海洋沉積物有機質(zhì)來源已開展了一些研究，主要集中于探討海源和陸源對沉積物有機質(zhì)的貢獻，但是關于貝類生物沉積對近海碳循環(huán)貢獻的研究尚沒有報道?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法。本發(fā)明首先采用室內(nèi)模擬實驗，收集不同季節(jié)典型貝類的排泄物，測定貝類生物沉積物中有機碳、總氮和碳同位素豐度，分析大量數(shù)據(jù)樣本，構建貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系；結合近海養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的埋藏特征，運用碳同位素和碳氮比關系圖確定養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的潛在來源，最后基于多元混合模型估算貝類生物沉積對近海碳循環(huán)的貢獻。[0006]本發(fā)明的目的是由如下技術方案實現(xiàn)的:[0007]—種貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法，包括如下步驟:[0008](I)構建貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系:選取近海典型養(yǎng)殖區(qū)的代表性貝類，運用元素分析儀和穩(wěn)定碳氮同位素分析儀測定不同季節(jié)所采集的典型養(yǎng)殖貝類排泄物中有機碳、總氮和碳穩(wěn)定同位素豐度，所述碳穩(wěn)定同位素豐度用δ13C%。表示，然后基于大量樣本數(shù)據(jù)，利用支持向量機算法初步確定有機碳來源于貝類生物沉積的碳穩(wěn)定同位素以及碳氮比的范圍，構建貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系；[0009](2)分析近海養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的埋藏特征:選取近海典型養(yǎng)殖區(qū)，根據(jù)不同的養(yǎng)殖特征，在所述近海典型養(yǎng)殖區(qū)設置代表性站位，于不同季節(jié)采集各站位表層沉積物樣品，運用元素分析儀和碳氮同位素分析儀測定不同站位表層沉積物中的有機碳、總氮和碳穩(wěn)定同位素豐度，所述碳穩(wěn)定同位素豐度用δ13C%。表示，分析所述近海養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的埋藏特征；[0010](3)沉積物中有機碳來源的定量分析首先基于貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系，并分析、查詢或檢測除貝類生物沉積物外其它來源樣本中的有機碳、總氮含量以及碳穩(wěn)定同位素豐度，運用C/N值與δ13C%。的關系對養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳來源進行定性分析，篩選出養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的主要來源，然后結合不同季節(jié)養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳、總氮及碳穩(wěn)定同位素的時空分布特征，運用多元混合模型估算出不同來源對沉積物有機碳的貢獻，量化貝類生物沉積物對近海碳循環(huán)的影響。[0011]進一步，所述的典型養(yǎng)殖貝類為櫛孔扇貝、菲律賓蛤仔或長牡蠣。[0012]本發(fā)明與已有技術相比具有以下優(yōu)點:[0013]目前利用碳穩(wěn)定同位素和C/N比值追溯海洋沉積物有機質(zhì)的來源已有很多報道，主要是通過海源與陸源的特征值來判斷近海沉積物有機碳的主要來源，而關于養(yǎng)殖貝類對近海碳循環(huán)貢獻的研究還較少，如張明亮等(2011)主要是通過計算貝類的生物沉積量來評估貝類養(yǎng)殖對近海碳循環(huán)的貢獻(張明亮，鄒健，毛玉澤.養(yǎng)殖櫛孔扇貝對桑溝灣碳循環(huán)的貢獻.漁業(yè)現(xiàn)代化，2011，38(4):13-16)，這種方法忽略了貝類的生物沉積物在海洋環(huán)境中的生物地球化學過程，如被降解、被生物利用等因素。本發(fā)明首先于不同季節(jié)現(xiàn)場實時采集典型貝類樣品，立即測定貝類排泄物有機碳、總氮含量以及碳穩(wěn)定同位素豐度，基于大量樣本數(shù)據(jù)運用碳穩(wěn)定同位素技術首次建立了貝類生物沉積物有機碳來源的溯源體系，從而保證了數(shù)據(jù)的代表性和準確性，然后實時監(jiān)測近海貝類養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的含量，充分考慮到貝類排泄物等不同來源在海洋環(huán)境中的遷移轉化過程，從而使最終的評估結果更加接近實際，更加合理?！緦＠綀D】【附圖說明】[0014]圖1桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)采樣站位圖(2012年11月)。[0015]圖2桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)沉積物的δ13C%。和0C/0N關系圖:1、海藻，2、貝類生物沉積物，3、土壤有機質(zhì)，4、C3植物碎屑，5、C4植物碎屑。[0016]圖3不同來源對桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的貢獻?！揪唧w實施方式】:[0017]以下僅示例性描述本發(fā)明，以明確該發(fā)明能夠重復實現(xiàn)并可達到突出的實質(zhì)性效果，但不構成對本發(fā)明的限制。[0018]實施例1[0019]本發(fā)明提供一種貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法，包括如下步驟:[0020](I)構建貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系:2012年10月，取桑溝灣典型養(yǎng)殖貝類櫛孔扇貝和長牡蠣各50個帶回實驗室進行48h排泄物收集實驗，并將排泄物冷凍保存，測定有機碳、總氮和碳穩(wěn)定同位素豐度，所述碳穩(wěn)定同位素豐度用δ13C%。表示,碳穩(wěn)定同位素測定:取0.2g排泄物樣品，先用5mL濃度為lmol/L的鹽酸浸泡淋洗24h，除去存在的無機碳，然后用蒸餾水攪拌洗滌，重復3-4次，充分洗掉過量鹽酸，放到烘箱中60°C烘干24h，用研缽進行充分研磨。最后用美國Thermo公司MAT253型穩(wěn)定同位素比值質(zhì)譜儀測定，碳穩(wěn)定同位素比值采用國際通用的δ值表示，并以TOB國際標準為參考標準。實驗分析結果的相對誤差為±0.3%。有機碳和總氮測定的前處理方法同上。運用德國VAR1ELCUBEELEMENTARY測定有機碳和總氮的含量。然后基于大量樣本數(shù)據(jù)，利用支持向量機算法初步確定有機碳來源于貝類生物沉積的碳同位素以及碳氮比的范圍，構建貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系；本實施例測定桑溝灣櫛孔扇貝和長牡蠣排泄物的δ13C%。和C/N比值的范圍分別是-22.08%。?-21.64%。和4.31?7.40(η=10)。[0021](2)分析近海養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的埋藏特征:2012年11月，對桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)進行科研調(diào)查，根據(jù)不同的養(yǎng)殖特征，在桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)分別布設10個站位，站位設置如圖1所示。用抓斗式采泥器采集表層沉積物樣品(0-2cm)，保存于聚乙烯封口袋中，立即放置于盛有冰塊的保溫箱中，冷藏帶回實驗室后立刻冷凍保存。同時收集桑溝灣主要海藻-海帶。運用元素分析儀和碳氮穩(wěn)定同位素分析儀測定不同站位表層沉積物和海藻的有機碳、總氮和碳穩(wěn)定同位素豐度，測定方法同貝類排泄物中的有機碳、總氮和碳穩(wěn)定同位素豐度測定方法，分析桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的埋藏特征。[0022](3)沉積物有機碳來源定量分析:根據(jù)桑溝灣的養(yǎng)殖特征分析，桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)沉積物中有機碳的潛在來源主要有貝類生物沉積、海藻養(yǎng)殖、海洋浮游植物、陸生高等植物(C3植物3和C4植物4)和土壤有機質(zhì)3等(圖2)。本實施例對桑溝灣櫛孔扇貝和長牡蠣的排泄物S13C%。和C/N進行了測定。已有研究表明，由于桑溝灣海帶生長與浮游植物形成營養(yǎng)鹽競爭以及貝類對浮游植物較強的濾食能力，夏季和秋季桑溝灣浮游植物數(shù)量較少，如2006年夏季和秋季桑溝灣浮游植物細胞密度分別為9.2X14CelIsV3和11.7X14CelIsV3(李超倫等.桑溝灣浮游植物種類組成，數(shù)量分布及其季節(jié)變化。載《漁業(yè)科學進展》，2010年8月，第31卷第4期:1-8)，所以可以忽略海洋浮游植物的貢獻。因此，只討論剩下五中可能的端元:貝類生物沉積、海藻養(yǎng)殖、C3植物、C4植物和土壤有機質(zhì)。C3植物和C4植物的有機碳、總氮和碳同位素豐度的數(shù)據(jù)已經(jīng)有文獻公開發(fā)表，其中C3植物的δ13C%。為-30?-23，C/N值為>15;其中C4植物的δ13C%。為-19?-9，C/N值為>15(BouttonTff.1991.Stablecarbonisotoperat1sofnat-uralmaterials:11.Atmospheric,terrestrial,marine,andfreshwaterenvironments.Carbonisotopetechniques,173-185.；TiessenHjStewartJ，HuntHW.1984.Conceptsofsoilorganicmattertransformat1nsinrelat1ntoorgano—mineralparticlesizefract1ns.PlantandSoil，76(1-3):287-295)。本實施例根據(jù)貝類排泄物2、表層沉積物、海藻1、C3植物和C4植物的有機碳、總氮和碳同位素豐度的數(shù)據(jù)作C/N和S13C%。的關系圖(圖2)，根據(jù)圖2可以有效的定性判斷養(yǎng)殖區(qū)沉積物中有機質(zhì)的來源)，桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機質(zhì)的主要有三種來源:貝類生物沉積、海藻養(yǎng)殖以及土壤有機質(zhì)，而C3和C4植物的貢獻較小。[0023]為了對桑溝灣養(yǎng)殖區(qū)及附近海域沉積物有機質(zhì)的來源有個量化的認識，本研究采用三元混合模型來分析不同來源的貢獻率?；趫D2對沉積物有機質(zhì)來源的定性分析，C3和C4植物碎屑對所調(diào)查海域沉積物有機質(zhì)幾乎沒有貢獻，所以忽略這兩個端元。我們選定的三個端元是貝類生物沉積物、海洋藻類和土壤有機質(zhì)。模型如下:[0024]δ13Csample=δ13Cb.fB+δ13Ca.fA+δ13Cs.fs[0025]C/Nsample=C/Nb.fB+C/NA.fA+C/Ns.fs[0026]I=fB+fA+fs[0027]其中S13C表示有機質(zhì)的碳穩(wěn)定同位素組成，C/N表示有機質(zhì)中元素碳氮的摩爾t匕，f表示不同來源對總有機質(zhì)貢獻的百分數(shù)，下標B表示貝類生物沉積端元，A表示海洋藻類端元，S表示土壤有機質(zhì)端元。不同端元值的S13C%。和C/N確定如下:⑴貝類生物沉積物。目前尚沒有關于貝類排泄物碳同位素和碳氮比測定的報道。本研究測定桑溝灣櫛孔扇貝和長牡蠣排泄物的δ13C%。和C/N比值的范圍分別是-22.08%。?-21.64%。和4.31?7.40(η=10)，本實施例取樣品的平均值為特征值(δ13C%。=_22%0;C/N=5.80)。⑵海洋藻類。桑溝灣海藻養(yǎng)殖種類以海帶為主，測定值為3^^=-18.55^/^(^=6.48)0⑶土壤有機質(zhì)。由于已有文獻報道，本實施例沒有測定該流域土壤的S13C%。和C/N比值，根據(jù)文獻(Thorp等，Isotopicanalysisofthreefoodwebtheoriesinconstrictedandfloodplainreg1nsofalargeriver.0ecologia,1998:117(4):551-563),確定土壤有機質(zhì)的S13C%。為-24%。，C/N比值為12。根據(jù)三元混合模型計算不同來源的貢獻如圖3所示，可以計算出桑溝灣貝類生物沉積對近海碳循環(huán)的貢獻是43.00%。因此利用本發(fā)明可以客觀準確的計算出養(yǎng)殖區(qū)貝類生物沉積對近海碳循環(huán)的貢獻，效果良好?！緳嗬蟆?.一種貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法，其特征在于首先采用室內(nèi)模擬實驗，收集不同季節(jié)典型貝類的排泄物，測定貝類生物沉積物中有機碳、總氮和碳同位素豐度，分析大量數(shù)據(jù)樣本，構建貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系；結合近海養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的埋藏特征，運用碳同位素和碳氮比關系圖確定養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的潛在來源，最后基于多元混合模型估算貝類生物沉積對近海碳循環(huán)的貢獻。2.根據(jù)權利要求1所述的一種貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法，其特征在于它的具體步驟如下:一種貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法，包括如下步驟:(1)構建貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系:選取近海典型養(yǎng)殖區(qū)的代表性貝類，運用元素分析儀和碳氮穩(wěn)定同位素分析儀測定不同季節(jié)所采集的典型養(yǎng)殖貝類排泄物中有機碳、總氮和碳穩(wěn)定同位素豐度，所述碳穩(wěn)定同位素豐度用δ13C%。表示，然后基于大量樣本數(shù)據(jù)，利用支持向量機算法初步確定有機碳來源于貝類生物沉積的碳穩(wěn)定同位素以及碳氮比的范圍，構建貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系；(2)分析近海養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的埋藏特征:選取近海典型養(yǎng)殖區(qū)，根據(jù)不同的養(yǎng)殖特征，在所述近海典型養(yǎng)殖區(qū)設置代表性站位，于不同季節(jié)采集各站位表層沉積物樣品，運用元素分析儀和碳氮同位素分析儀測定不同站位表層沉積物中的有機碳、總氮和碳穩(wěn)定同位素豐度，所述碳穩(wěn)定同位素豐度用δ13C%。表示，分析所述近海養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的埋藏特征；(3)沉積物中有機碳來源的定量分析首先基于貝類生物沉積物有機碳溯源技術體系，并分析、查詢或檢測除貝類生物沉積物外其它來源樣本中的有機碳、總氮含量以及碳穩(wěn)定同位素豐度，運用C/N值與δ13C%。的關系對養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳來源進行定性分析，篩選出養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳的主要來源，然后結合不同季節(jié)養(yǎng)殖區(qū)沉積物有機碳、總氮及碳穩(wěn)定同位素的時空分布特征，運用多元混合模型估算出不同來源對沉積物有機碳的貢獻，量化貝類生物沉積物對近海碳循環(huán)的影響。3.根據(jù)權利要求2所述的一種貝類生物沉積對近海環(huán)境沉積物有機碳貢獻的評估方法，其特征在于所述的典型養(yǎng)殖貝類為櫛孔扇貝、菲律賓蛤仔或長牡蠣?！疚臋n編號】G01N33/48GK104318123SQ201410625309【公開日】2015年1月28日申請日期:2014年11月7日優(yōu)先權日:2014年11月7日【發(fā)明者】夏斌,崔毅,陳碧鵑,曲克明,崔正國申請人:中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所