贝类浮筏式养殖因其独特的物理结构和养殖贝串存在,占据海洋上层大部分空间,对养殖海域的物理和生态过程都造成了不可忽略的影响,这些影响又反作用于筏架区贝类个体的生长发育,形成了贝类浮筏式养殖海域独特的生态动力学过程。贝类浮筏式养殖的规模影响着养殖区海域的物质输运和营养传递,也影响着养殖区贝类产量、质量。近年来,由于盲目地追求经济价值,导致贝类浮筏式养殖区的面积不断扩大,养殖密度不断增加。这不仅造成了不必要的投入,还增加了对环境的威胁。因此,研究典型贻贝浮筏式养殖海域物理-生态以及贝类个体生长的多层面生态动力学过程,有利于了解贝类浮筏式养殖区特殊的物质输运和营养传递过程,有助于为贻贝养殖产业提供更合理的养殖策略,提升养殖区资源利用率,同时有助于评估养殖产量以及养殖区碳汇能力。本文将贝类个体生长模型与课题组已建立的三维生态动力学模型耦合,建立了典型贻贝浮筏式养殖海域物理-生态-贝类生长耦合数值模型,模拟了贝类养殖海域多层次的生态动力学过程,讨论了关键物理过程、生态过程对贝类个体生长和养殖区贝类种群养殖容量的影响,也综合分析了贻贝养殖与海域环境间的相互关系。通过设置不同的水平和垂向养殖密度以及不同的养殖水层,模拟养殖贝类个体生长、养殖容量及碳汇能力的时空差异。主要结论如下:实测资料结果显示,养殖活动的存在导致养殖区表层流速的衰弱,流速基本不超过0.2m/s。养殖活动对水流的阻碍作用在涨落急时刻尤为明显,垂向上流速最大值出现在养殖水层下方,但在涨落憩时,由于海水流速自身特别小,养殖活动对水流的阻碍作用不存在或者非常小。在典型涨落急时刻,养殖活动的阻流作用在0-5m水层,而在其他时刻,潮流强度弱,养殖活动的阻流效应可延伸至约10m水层。走航流速资料也证实了这一结论,在非涨落急时刻,养殖区内外流速差异存在一定的过渡距离即走航流速断面呈现出尾流结构。综合而言,养殖区海域水动力结构呈现养殖水层流速小,中层流速大的垂向特征。表层流速的衰弱必然会影响海水交换能力间接影响着养殖区海域的物质输运过程。养殖区内水交换能力弱,营养物质及浮游生物的更新慢。此现象在夏季尤为明显,海洋表层浮游植物大量生长。水平方向上,养殖区内由于贻贝的滤食作用导致浮游植物被消耗,又因养殖区内水交换能力弱,浮游植物不能及时得到补充,形成了养殖区内浮游植物、叶绿素含量低的现象。养殖区内夏季叶绿素浓度低于2mg/m3,而养殖区外则超过3mg/m3,在某些站点甚至达到5.6mg/m3是养殖区内的很多倍。垂向上,夏季养殖区内部养殖水层叶绿素浓度明显低于非养殖水层,叶绿素浓度呈现表层低,中层高的特征。此外,2021年5月航次采样结果显示,场外的S6站点表层叶绿素浓度低于中层,结合数模结果说明观测时刻,S6站点处于养殖区尾流区,即S6表层是养殖区贻贝滤食后流出养殖区的海水。模型结果显示养殖区海域浮游植物的分布特征受贻贝高摄食压力作用、养殖活动对水动力的阻碍作用以及外源高生物量海水的补给等作用的综合影响。在空间平面上,小潮期间,因贻贝滤食作用加之海域水动力较弱,养殖区内浮游植物被贻贝滤食后不能及时得到补充,呈现养殖区内浮游植物生物量低于养殖区外的特征。在大潮期间,尽管存在贻贝的高摄食压力,但在高强度潮流作用下,外源高生物量海水可以进入养殖区内部,并为养殖场内部贻贝补给较多的饵料。夏季,浮游植物在10m以上真光层均有较大生物量,而贻贝养殖水层占据海洋3.8m以上水层,因此贻贝滤食作用并非对全部水层浮游植物有较大的消耗作用。垂向上,在真光层的非养殖水层中,浮游植物没有受贻贝滤食的直接作用,因此仍具有较高生物量,呈现表层低、中层高、底层低的特征。贝类生长模拟试验结果显示,在空间分布上,养殖区的迎流区,贻贝个体生长明显优于其他区域,枸杞岛西北面大面积养殖区东北侧处于涨潮时的迎流面,海水流速大,物质输运能力强,贻贝可滤食饵料充足,因此个体生物量高于其他区域。枸杞岛西南面两块较小养殖区由于三面被地形包围,仅南面为迎流面,养殖区南侧贻贝个体生物量高于内部。在夏季,水温适宜、有机颗粒饵料相对丰富,厚壳贻贝具有较大增长速度时,养殖区贻贝个体生长差异明显。养殖区边缘贻贝个体生物量总是比养殖区内部贻贝个体生物量高。无论来流方向如何,养殖区内部贻贝所过滤的海水总是被养殖区边缘贻贝所滤食后的饵料含量相对较低的海水;贻贝个体生物量的垂向分布同样受养殖活动阻流作用和浮游植物的垂向分布影响。枸杞岛西北面贻贝养殖区,自西向东养殖面积略减,养殖活动的阻流作用大。水平方向上,外源高生物量海水在养殖水层深度上难以直接进入养殖区内部。非养殖水层的海水可以轻松的进入养殖区内部,并优先为养殖水层底部的贻贝供应饵料。故在水深较深的区域,贻贝呈现底部个体生物量高于表层。养殖1年后,在不同的养殖水层和养殖位置厚壳贻贝个体生物量范围为6.8-14.4mmol N/ind,组织干重含碳量约0.5-1.1gC,贝壳含碳量3.9-8.6gC。不同月份养殖海域初级生产力最高出现在9月约1766mg C/m2/day,养殖海域初级生产力单位面积最大碳汇约1.7t C/hm2/year,累计固碳约12124t C/year。养殖场内平均贝类碳汇约478kg C/hm2/year,最大碳汇约3.1t C/hm2/year,累计固碳量40617t C/year,约占该海域初级生产力的33%。贻贝个体生物量的差异说明了现行养殖规模对空间资源的利用不合理,可通过在养殖区内部调整或错位养殖水层,达到对空间的最高效利用,划分多个小面积养殖区,设定沿涨落潮主流轴方向的水道,来减缓大面积养殖区的阻流作用、增加场外海水向养殖场内的输运,提高饵料供给能力,进而提高养殖区厚壳贻贝的整体产量和碳汇能力。