本研究于2008年5月～2010年6月在山东荣成好当家公司刺参养殖池塘中,采用人工参礁现场挂片调查了石块参礁生物膜群落的周年演替和季节变化；实验研究了不同材质、表面结构和朝向面的参礁表面生物膜群落的发生与演替过程；采用对水泥参礁进行营养液浸泡的人工干预措施探索了参礁生物膜培养工艺、发生过程与培养效果,试图加快生物膜的发生与发育,提高参礁生物膜的熟化速度；研究了浸泡处理的水泥参礁生物膜表面营养盐通量的变化规律和生物膜中C、N、P生源要素的变化,以此评价人工营养液浸泡处理参礁对池塘养殖环境和生物膜生源成分的影响作用,以期为我国海参池塘及海区投礁养殖提供参考。1.刺参养殖池塘人工参礁附石生物周年演替与季节变化通过两个实验,利用花岗岩石块调查了刺参Apostichopus japonicus养殖池塘人工参礁表面生物膜的周年演替与季节变化。结果表明,演替实验生物膜中共鉴定出67+种生物,季节实验共记录了46+种生物。两实验附石生物膜群落中的优势类群均为硅藻、绿藻和螺旋虫Spirorbis sp.。硅藻的演替过程为：6月份,卵形藻Cocconeis sp.、双眉藻Amphora spp和新月菱形藻Nitzschia closterium等优势种类在参礁表面最先定居；随后舟形藻属Navicula、卵形藻属Cocconeis和菱形藻属Nitzschia占优势(7-9月份)；短楔形藻Licmophora abbreviate、新月菱形藻Nitzschia closterium和针杆藻Synedra spp在其余月份占优势。另外,观察到了硅藻在秋季的大量繁殖和丝状绿藻在夏季的爆发性生长。物种的生态指数很好地解释了生物膜的周年演替和季节变化。在夏季和秋季观察到生物膜的快速生长,而丝状绿藻为夏季生物膜生物量的主要贡献者。研究结果还表明,附石生物膜的成分通常为刺参的理想饵料,提示人工参礁表面的生物膜可以在刺参的生长季节为其提供重要的营养来源。2.刺参养殖池塘不同材质参礁生物膜的发生与演替以刺参养殖常用的石块(ST)、水泥块(CM)、瓦块(TL)和PVC块(PVC)材质参礁作为附着基,研究了附着生物的发生与演替过程,以期为生产中附着基的选择提供依据。结果表明：四种材质的参礁生物膜中以硅藻占绝对优势(共30+种),菱形藻属Nitzschia、舟形藻属Navicula和针杆藻属Synedra的种类最为常见,前两者在整个实验期间均较多出现,后者在第3周以后较多,CM出现种类最多,PVC种类最少。硅藻总数量变化表现出CM> ST> TL> PVC的特点,优势种螺旋虫Spirorbis sp以ST和TL表面附着较多。生物膜生长的时程变化规律明显,干重生物量随生长时间的延长而增加,以CM生长速度最快,ST次之,PVC最慢。叶绿素a含量变化与生物量指标变化趋势相似,但实验后期(第8周)CM和ST的含量低于另外两种参礁,表明硅藻群落开始衰落,其藻类群落的演替速度较快于PVC和TL。四种参礁生物膜的初级生产力在前两周以CM较高,第3周后ST逐渐超过CM成为最高,生物膜呼吸量与干重生物量的变化是一致的。3.刺参养殖池塘不同粗糙度参礁表面生物膜的发生与演替以刺参养殖常用的石块参礁作为附着基,研究了光滑面(SS)、中等粗糙面(MS)和粗糙面(RS)三种不同粗糙度表面生物膜的发生与演替过程,以期为人工参礁的选择、设计与投放提供参考。结果表明：三种粗糙度的参礁生物膜中共发现藻类29+种,以硅藻占绝对优势(共24+种),菱形藻属Nitzschia、针杆藻属Synedra、簇生平片藻Tabularia fasciculata和楔形藻属Licmophora出现较多,前三者在整个实验期间均较多,楔形藻属在第6周以后出现。MS表面种类稍多,RS种类略少。三种表面优势种组成差别不大,且具有相似的演替过程。RS表面参礁微藻总数量较多,螺旋虫Spirorbis sp以MS表面附着较多。三种粗糙度参礁表面微藻群落的Shannon-Wiener多样性指数(H’),均匀度指数(J)和优势度指数(D)表现出相似的变化趋势,且前两个指数的变化趋势一致,分别在第3周达最高,第6周最低,优势度指数(D)则正相反。根据微藻群落Bray-Curtis相似度指数的聚类分析可知,生物膜培育时间为影响群落结构差异的主要因素,群落演替过程可以分为第1周、第2～4周、第6～8周和第12周四个阶段,前6周RS和MS的相似度多数高于和SS的相似度。不同粗糙度表面的生物膜干重生物量增长速度,RS开始较快,后期SS超过RS,三种粗糙度的参礁生物膜中叶绿素a与AFDW的变化趋势基本一致。初级生产力随生物膜的发育而增加,同时受到天气影响,但三者间无明显差异(P>0.05)。4.刺参养殖池塘石块参礁不同朝向面生物膜的发生与演替以刺参养殖常用的石块参礁作为附着基,研究了朝阳立面(FS)、背阴立面(BS)、下水平面(DS)、上水平面(US)四种参礁朝向面生物膜的发生与演替过程,以期为人工参礁的选择、设计与投放提供参考。结果表明：参礁四种朝向面的生物膜中共发现藻类30+种,以硅藻占绝对优势(共25+种),菱形藻属Nitzschia、针杆藻属Synedra、簇生平片藻Tabularia fasciculata和楔形藻属Licmophora的种类出现较多,前三者在整个实验期间均较多,楔形藻属在第6周以后出现。US种类显著最多,DS表面种类显著最少(P<0.05),各表面的种类数具有随培育时间而增加的趋势。四种表面优势种组成有所差异,但具有类似的演替过程：长菱形藻Nitzschia longissima→裸藻Euglena sp→新月菱形藻Nitzschia closterium→针杆藻Synedra spp或簇生平片藻Tabularia fasciculata→楔形藻Licmophora spp.。微藻数量呈现US> BS> FS>DS的特点,且US显著高于BS和FS(P<0.05),螺旋虫Spirorbis sp以DS和BS表面附着较多。FS、BS和US三种表面之间微藻群落的Shannon-Wiener多样性指数(H’),均匀度指数(J)和优势度指数(D)的变化趋势相类似,DS则完全不同。根据微藻群落Bray-Curtis相似度指数的聚类分析,各组表面在62.8%的相似度上可被分为5组。生物膜培育周数为影响群落结构差异的主要因素,其次为参礁表面的朝向,DS面与其它表面相似度较低。US面的干重(DW)始终显著高于其他表面(因池塘沉降作用),其他三面最初差异不明显,后期BS(藻类的较快生长)和DS较高(螺旋虫大量附着)；无灰分干重(AFDW)最初FS面稍高,后期BS>FS>DS;前期FS叶绿素a高,后期BS高,US面在初期较高,后期已显著低于BS面,DS面始终显著低于其它表面(P<0.05)。5.刺参养殖池塘参礁生物膜人工培养技术研究使用水泥参礁,采用不同浓度的无机、有机和混合营养液浸泡与池塘挂片的方法对参礁表面生物膜中藻类组成、生物量、初级生产力进行了测定,并探讨了参礁生物膜培养工艺、发生过程与培养效果。结果表明：经过营养液浸泡的参礁,其藻类群落演替速度加快,藻类数量明显增多,特别是优势种类的细胞数量显著多于对照组。生物膜的藻类群落演替,经历了由新月细柱藻Cylindrotheca closterium→边缘菱形藻Nitzschia marginulata→浒苔孢子Spore of Ulva sp→盔状舟形藻Navicula corymbosa→浒苔Ulva sp→针杆藻Synedra spp的演变过程,高浓度浸泡组的参礁首先出现大型丝状绿藻。各处理组参礁表面的藻类生物量有极显著差异(P<0.01),生物膜的生长速度具有随营养盐浓度的增大而加快的特点,促进效果最明显的为高浓度无机培养液和混合培养液处理组,有机营养液的处理效果次之。第1周的生物膜中藻类较少,净初级生产力为负值,估计以细菌类等异养生物占主体。第3周的初级生产力最高,此时硅藻生长达到最高峰。第4周藻类生物量与初级生产力开始降低。因此,通过生物膜人工强化培养技术,能够促进生物膜的发生与发育,加快生物膜群落的演替速度,增加其生物量和初级生产力,从而提高参礁生物膜在刺参养殖中的饵料贡献率6.人工处理参礁表面营养盐通量与生物膜生源要素初步分析将有机、无机和混合营养液浸泡处理的水泥参礁块投放于刺参养殖池塘中,采用池塘原位挂瓶的实验方法,分别在投礁后第1、2、3、4、6周时取样,测定了参礁表面氧气O2与氮N、磷P的通量,以及第4、6周生物膜中总碳TC、总氮TN、总磷TP含量。结果表明：各实验组参礁生物膜—水界面O2通量均随参礁培养时间逐渐增加,且同期释放通量均显著高于吸收通量(P<0.05),即界面O2为净释放通量,无机(C组)和混合(D组)营养液浸泡参礁能够显著增加其界面O2通量。各营养液浸泡组参礁生物膜—水界面N在投礁后1-2周内释放速度较快,且NO3-通量高于NH4+通量,D组出现较高的NO2-通量,各组后期多表现为吸收通量。P释放速度较慢,可持续到4-6周。无机(C组)和混合(D组)营养液浸泡参礁能够显著增加其界面N、P通量。对参礁的营养液浸泡处理对其表面生物膜中主要的生源要素C、N、P含量变化有显著的影响。无机营养液组(C组)生物膜的TC、TN和TP含量显著高于其它各组,C：N和N：P显著低于其它各组(P<0.05)。经初步评价,无机浸泡液处理组(C组)预计在生产中有望获得较好的效果。