海洋贝类养殖氮、磷及有机碳排泄量的估算方法

1.一种海洋贝类养殖氮、磷及有机碳排泄量的估算方法，其特征在于包括步骤如下：
⑴试验样本获取及样本处理；
①采样前实验设备的选定及实验室内样本分组的水温调节；
②试验样本获取；分四季在养殖区进行采样，取出贝类后，立即装入塑料袋中，扎紧袋口；
③实验样本再确定；2小时内将采集样本运回实验室，快速挑选外观正常、外壳无破损、个体大小较为均匀的贝类作为实验样本；
④将分季节采来的样本分为两种或以上的规格，每种规格的样本依不同数量，不同温度分别分N组放入实验箱内，实验温度设定相差不超过±0.5℃；
⑵分组测定每组样本的总氮YN、总磷YP、总有机碳YC的排泄总量；具体步骤分为：
①样本分组：对于相同水温下，样本规格也相同的实验箱设k个平行组，共m组实验；
②水样测定；在实验进行0h和24h时分别对m组所有实验箱采集水样，进行硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐的测定；
③测定氮、磷和有机碳含量：实验24h结束后取出贝类，实验箱静置5h，让水中的悬浮颗粒物充分沉淀下来，然后将多余的海水虹吸出去，收集贝类颗粒代谢产物，用蒸馏水冲洗去盐后烘干后测定氮，磷和有机碳含量；
④计算可溶态代谢产物排泄量：设定硝酸盐在0h时刻的浓度为M0h，在24h时刻的浓度为M24h，那么可溶态代谢产物硝酸盐的排泄量为：(M24h-M0h)，同理可得出各组样本亚硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐的排泄量；
⑤计算颗粒代谢产物排泄量：
a，贝类颗粒代谢产物中碳和氮的测定：先对烘干的贝类颗粒代谢产物用浓度为0.1M稀盐酸去碳酸盐后,用P-E240C元素分析仪测定贝类颗粒代谢产物中的碳和氮；
b,贝类颗粒代谢产物中磷的测定:称取0.2g贝类颗粒代谢产物于30X50mm称量瓶中，加2ml Mg(NO3)2溶液，于95℃烘干后进行500℃，3小时的灰化,对灰化后的残渣用0.2M HCl，10ml于80℃浸提0.5小时，对浸提液离心，并将上清液转移到100ml容量瓶中，定容至刻度，取50ml用磷钼蓝分光光度法进行磷测定，即得到贝类颗粒代谢产物中的磷的含量；
⑥计算总氮YN、总磷YP、总有机碳YC的排泄总量：把可溶态代谢产物排泄量与颗粒代谢产物排泄量二者相加，从而得出每组贝类可溶态和颗粒态中总氮YN、总磷YP、总有机碳YC的排泄总量；
⑶计算第i组实验贝类的平均长度Li及平均排泄量为Yi；具体方法为：
首先，对贝类可溶态和颗粒态的排泄总量YN,YP,YC的研究思路是一样的，以下把YN,YP,YC不加区分地均化为讨论排泄量Y的研究问题，
①对于水温为Ti的第i组实验的ni个贝类，每一个贝类的长度记为 侧计算贝类的平均长度Li的公式为：
②计算24小时内每个贝类的平均排泄量Yi的公式为： 其中， 为第i组实验贝类总的排泄量；
⑷建立回归模型；
设因变量Y平均排泄量与水体温度T和贝类平均长度L为线性相关，收集到的m组数据(Yi,Ti,Li),i＝1,...,m满足以下回归模型，
其中β0,β1,β2是待估参数，εi是不可观测的随机误差且相互独立同分布均值为零，记
则回归模型的矩阵形式为：
T
则有待估参数向量β的最小二乘估计为 其中C表示C的转
T -1 T
置，(CC) 表示C C的逆矩阵，那么在给定温度T和贝类平均长度L下，平均排泄量的估计为 利用实验数据，针对氮、磷及碳排泄量数据，可分别建立起氮、磷及碳的平均排泄量的估计；
⑸利用建立的回归模型对整批养殖群进行预测；
设养殖的贝类总数为N，养殖周期为D，并把这周期划为K段，若每一段时间为di，且在每段时间内平均温度为ti，贝类的平均长度为li，则依次可以得到在第i时间段内整批养殖群的排泄量 则整个养殖周期整批养殖群的排泄量为：
2.根据权利要求1所述的海洋贝类养殖氮、磷及有机碳排泄量的估算方法，其特征在于：所述步骤⑴中的①采样前实验设备的选定及实验室内样本分组的水温调节步骤的具体方法为：
a,实验设备：实验在体积为15L的塑料箱中进行，每个塑料箱中加入经脱脂棉过滤的海水12L；
b,在贝类运回实验室前，预先将实验用水分组，对于每组设计水温，分别采取加热或放置冰袋调节至设计水温，然后将每组实验箱分别放入恒温水浴槽中，水温采用WM2K-01型控温仪控温，低于室温的实验组采用冰袋调节恒温水浴槽水温，每隔1h左右观测实验水温
1次，使实验水温均保持在设计温度±0.5℃范围内。
3.根据权利要求1所述的海洋贝类养殖氮、磷及有机碳排泄量的估算方法，其特征在于：作为所述步骤⑴中步骤④的一个优选实例，每季节样本分A,B两种规格，每种规格分三组的数据如下表1所示；
表1，室内模拟实验生物学数据及温度设定

海洋贝类养殖氮、磷及有机碳排泄量的估算方法\n技术领域\n[0001] 本发明具体涉及一种海洋贝类养殖总氮、总磷和有机碳排泄量估算模型的构建方法，能够快速地计算出海洋贝类总氮、总磷和有机碳的排泄总量，属于渔业生态环境监测技术领域。\n背景技术\n[0002] 近年来，随着养殖产业规模不断扩大，养殖方式由半集约化向高度集约化发展,养殖的贝类大规模死亡频频发生,养殖的自身污染问题也逐渐显露且日益突出,而贝类养殖所产生的排泄物是引起养殖水域自身污染的主要源头。\n[0003] 在贝类养殖过程中，贝类会产生大量对环境有影响的可溶态和颗粒态代谢产物，而这些产物直接投入到自然环境中必然会对周围的水体质量等产生极大的影响。为了更好地进行贝类养殖后期的水体环境处理，对贝类养殖时所产生的可溶态和颗粒态代谢产物的排泄量进行估计就显得尤为重要。\n[0004] 目前,关于贝类自身污染的研究国外进行得较早且比较广泛,国内研究起步较晚,且主要是从能量学和生理学的角度探讨扇贝的一些生理、生化指标,对其排泄物的研究则仅限于某一种或几种形态的研究。在这些研究中,单纯的室内模拟实验由于实验条件和方法的缺陷而具有一定的局限性，采用现场生物沉积的方法,又因为无法收集溶解态N、P和有机碳排泄的数据而缺乏完整性，从而导致在评价贝类排泄对某养殖水体污染影响的时候,缺乏可靠、确凿的数据支持。另一方面,目前对水产动物氮排泄与环境因子之间的关系的研究已取得了一些进展，但用于表述贝类氮、磷和有机碳排泄与各环境因子之间关系的数学模型的建立还未见研究报道。\n[0005] 因此，建立数学模型对处于不同海区环境的内贝类所产生的可溶态和颗粒态代谢产物中总氮、总磷、有机碳的排泄量进行预测有着重要的意义。这将阐明贝类在沿海生态生态学物质和营养循环中所扮演的角色，为贝类养殖的容量和环境等问题的解决提供理论依据。\n发明内容\n[0006] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种海洋贝类养殖氮、磷及有机碳排泄量的估算方法。\n[0007] 本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：\n[0008] 一种海洋贝类养殖氮、磷及有机碳排泄量的估算方法，包括步骤如下：\n[0009] ⑴试验样本获取及样本处理；\n[0010] ①采样前实验设备的选定及实验室内样本分组的水温调节；\n[0011] ②试验样本获取；分四季在养殖区进行采样，取出贝类后，立即装入塑料袋中，扎紧袋口；\n[0012] ③实验样本再确定；2小时内将采集样本运回实验室，快速挑选外观正常、外壳无破损、个体大小较为均匀的贝类作为实验样本；\n[0013] ④将分季节采来的样本分为两种或以上的规格，每种规格的样本依不同数量，不同温度分别分N组放入实验箱内，实验温度设定相差不超过±0.5℃；\n[0014] ⑵分组测定每组样本的总氮YN、总磷YP、总有机碳YC的排泄总量；\n[0015] ⑶计算第i组实验贝类的平均长度Li及平均排泄量为Yi；\n[0016] ⑷建立回归模型；\n[0017] 设因变量Y平均排泄量与水体温度T和贝类平均长度L为线性相关，收集到的m组数据(Yi,Ti,Li),i=1,...,m满足以下回归模型，\n[0018] \n[0019] 其中β0,β1,β2是待估参数，εi是不可观测的随机误差且相互独立同分布均值为零，\n[0020] 记\n[0021] 则回归模型的矩阵形式为：\nT\n[0022] 则有待估参数向量β的最小二乘估计为 其中C表示C的\nT -1 T\n转置，(CC) 表示C C的逆矩阵，那么在给定温度T和贝类平均长度L下，平均排泄量的估计为 利用实验数据，针对氮、磷及碳排泄量数据，可分别建立起氮、磷及碳的平均排泄量的估计；\n[0023] ⑸利用建立的回归模型对整批养殖群进行预测；\n[0024] 设养殖的贝类总数为N，养殖周期为D，并把这周期划为K段，若每一段时间为di，且 在每段时间内平均温度为ti，贝类的平均长度为li，则依次可以得到在第i时间段内整批养殖群的排泄量 则整个养殖周期整批养殖群的排泄量\n为：\n[0025] 而且，所述步骤⑴中的①采样前实验设备的选定及实验室内样本分组的水温调节步骤的具体方法为：\n[0026] a,实验设备：实验在体积为15L的塑料箱中进行，每个塑料箱中加入经脱脂棉过滤的海水12L；\n[0027] b,在贝类运回实验室前，预先将实验用水分组，对于每组设计水温，分别采取加热或放置冰袋调节至设计水温，然后将每组实验箱分别放入恒温水浴槽中，水温采用 WM2 K-01型控温仪控温，低于室温的实验组采用冰袋调节恒温水浴槽水温，每隔1h左右观测实验水温1次，使实验水温均保持在设计温度±0.5℃范围内。\n[0028] 而且，做为所述步骤⑴中步骤④的一个优选实例，每季节样本分A,B两种规格，每种规格分三组的数据如下表1所示；\n[0029] 表1，室内模拟实验生物学数据及温度设定。\n[0030] \n[0031] \n[0032] 而且，所述步骤⑵分组测定每组样本的总氮YN、总磷YP、总有机碳YC的排泄总量的具体步骤分为：\n[0033] ①样本分组：对于相同水温下，样本规格也相同的实验箱设k个平行组，共m组实验；\n[0034] ②水样测定；在实验进行0h和24h时分别对m组所有实验箱采集水样，进行硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐的测定；\n[0035] ③测定氮、磷和有机碳含量：实验24h结束后取出贝类，实验箱静置5h，让水中的悬浮颗粒物充分沉淀下来，然后将多余的海水虹吸出去，收集贝类颗粒代谢产物，用蒸馏水冲洗去盐后烘干后测定氮，磷和有机碳含量；\n[0036] ④计算可溶态代谢产物排泄量：设定硝酸盐在0h时刻的浓度为M0h，在24h时刻的浓度为M24h，那么可溶态代谢产物硝酸盐的排泄量为：(M24h-M0h)，同理可得出各组样本亚硝酸盐、氨氮、活性磷酸盐的排泄量；\n[0037] ⑤计算颗粒代谢产物排泄量：\n[0038] a，贝类颗粒代谢产物中碳和氮的测定：先对烘干的贝类颗粒代谢产物用浓度为\n0.1M稀盐酸去碳酸盐后,用P-E240C元素分析仪测定贝类颗粒代谢产物中的碳和氮;\n[0039] b,贝类颗粒代谢产物中磷的测定:称取0.2g贝类颗粒代谢产物于30X50mm称量瓶中，加2ml Mg(NO3)2溶液，于95℃烘干后进行500℃，3小时的灰化,对灰化后的残渣用\n0.2M HCl，10ml于80℃浸提0.5小时，对浸提液离心，并将上清液转移到100ml容量瓶中，定容至刻度，取50ml用磷钼蓝分光光度法进行磷测定，即得到贝类颗粒代谢产物中的磷的含量；\n[0040] ⑥计算总氮YN、总磷YP、总有机碳YC的排泄总量：把可溶态代谢产物排泄量与颗粒代谢产物排泄量二者相加，从而得出每组贝类可溶态和颗粒态中总氮YN、总磷YP、总有机碳YC的排泄总量。\n[0041] 而且，所述步骤⑶计算第i组实验贝类的平均长度Li及平均排泄量Yi的具体方法为：\n[0042] 首先，对贝类可溶态和颗粒态的排泄总量YN,YP,YC的研究思路是一样的，以下把YN,YP,YC不加区分地均化为讨论排泄量Y的研究问题，\n[0043] ①对于水温为Ti的第i组实验的ni个贝类，每一个贝类的长度记为 侧计算贝类的平均长度Li的公式为：\n[0044] \n[0045] ②计算24小时内每个贝类的平均排泄量Yi的公式为： 其中， 为第i组实验贝类总的排泄量。\n[0046] 本发明的优点和积极效果是\n[0047] 1、本发明方法对养殖区的贝类在不同规格、温度下测定出氮、磷和有机碳的日排泄量，通过建立起以温度和贝壳平均长度为自变量的氮、磷和有机碳排泄量的回归方程，比较准确的计算出养殖区内贝类的氮、磷和有机碳排泄量，为生态监测提供有效的数据。\n[0048] 2、本发明方法在预测整批养殖群一段长时间的排泄量的时候，采取了分段实验预测的手段，把长时间段分割成多个短时间段，然后在每个短时间段内采用建立起来的回归方程进行氮、磷和有机碳排泄量的计算，使计算结果与实际排泄量更为准确接近，为贝类的规模养殖管理提供了科学依据。\n[0049] 3、本发明方法的高准确性预测，为合理利用海洋资源，控制海洋污染，有持续性的进行海洋贝类生产提供了保证。\n具体实施方式\n[0050] 以下对本发明实施例做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。\n[0051] 一种海洋贝类养殖中氮、磷及有机碳排泄量的估算方法，步骤如下：\n[0052] ⑴试验样本获取及样本处理；\n[0053] ①采样前实验设备的选定及实验室内样本分组的水温调节：\n[0054] a,实验设备：实验在体积为15L的塑料箱中进行，每个塑料箱中加入经脱脂棉过滤的海水12L；\n[0055] b,在贝类运回实验室前，预先将实验用水分组，对于每组设计水温，分别采取加热或放置冰袋调节至设计水温，然后将每组实验箱分别放入恒温水浴槽中，水温采用WM2K-01型控温仪控温，低于室温的实验组采用冰袋调节恒温水浴槽水温，每隔1h左右观测实验水温1次，使实验水温均保持在设计温度±0.5℃范围内。\n[0056] ②试验样本获取：实验时间为春季（2010年6月）、夏季（2010年8月）、秋季（2010年11月）和冬季（2011年3月）。本实验所用菲律宾蛤仔取自胶州湾养殖区。在养殖区进行采样，取出贝类后，立即在现场用海水冲洗干净，装入塑料袋中后扎紧袋口，使贝类在塑料袋中不能张壳；\n[0057] ③2小时内将采集样本运回实验室，快速挑选外观正常、外壳无破损、个体大小较为均匀的贝类作为实验样本，实验温度设定以养殖现场温度为参考，相差不超过±0.5℃；\n[0058] ④将分季节采来的菲律宾蛤仔样本分为A,B两种规格，每种规格的样本依不同数量，不同温度分别分三组放入实验箱内，各组样本的生物学数据及温度设定如表1所示，[0059] 表1室内模拟实验菲律宾蛤仔生物学数据及温度设定\n[0060] \n[0061] \n[0062] ⑵分组测定每组样本的总氮YN、总磷YP、总有机碳YC的排泄总量；具体步骤分为：\n[0063] ①样本分组：对于相同水温下，样本规格也相同的实验箱设k个平行组，共m组实验；\n[0064] ②水样测定；在所有样本贝类分组完毕，性状稳定后开始实验，在实验进行0h和- - +\n24h时分别对m组所有实验箱采集水样，进行NO3-N（硝酸盐）、NO2-N（亚硝酸盐）、NH4-N\n3- - -\n（氨氮）、PO4 -P（活性磷酸盐）的测定；NO3-N采用锌镉还原法测定，NO2-N采用重氮偶氮法+ 3—\n测定，NH4-N采用次溴酸钠氧化法测定，PO4 P采用磷钼蓝分光光度法测定；\n[0065] ③测定氮，磷和有机碳含量:实验24h结束后取出贝类，实验箱静置5h，让水中的悬浮颗粒物充分沉淀下来，然后将多余的海水虹吸出去，收集贝类颗粒代谢产物，用蒸馏水冲洗去盐后烘干后测定氮，磷和有机碳含量；\n[0066] ④计算可溶态代谢产物排泄量：假设某组样本NO3--N（硝酸盐）在0h时刻的浓度为-\nM0h，在24h时刻的浓度为M24h，那么可溶态代谢产物NO3-N（硝酸盐）的排泄量为(M24h-M0h)，- + 3-\n同理可得出各组样本NO2-N（亚硝酸盐）、NH4-N（氨氮）、PO4 -P（活性磷酸盐）的排泄量；\n[0067] ⑤计算颗粒代谢产物排泄量：\n[0068] a,贝类颗粒代谢产物中的碳和氮的测定：用先对烘干的贝类颗粒代谢产物用稀盐酸(0.1M)去碳酸盐后,用P-E240C元素分析仪测定贝类颗粒代谢产物中的碳和氮;\n[0069] b,贝类颗粒代谢产物中的磷的测定:称取0.2g贝类颗粒代谢产物于30X50mm称量瓶中，加2ml Mg(NO3)2溶液，于95℃烘干后进行灰化（500℃，3小时）,对灰化后的残渣用\n0.2M HCl（10ml）于80℃浸提0.5小时，对浸提液离心，并将上清液转移到100ml容量瓶中，定容至刻度，取50ml用磷钼蓝分光光度法进行磷测定，即得到贝类颗粒代谢产物中的磷的含量；\n[0070] ⑥计算总氮YN、总磷YP、总有机碳YC的排泄总量：把可溶态代谢产物排泄量与颗粒代谢产物排泄量二者相加，从而得出每组贝类可溶态和颗粒态中总氮YN、总磷YP、总有机碳YC的排泄总量；\n[0071] ⑶计算第i组实验贝类的平均长度Li及平均排泄量为Yi；\n[0072] 对贝类可溶态和颗粒态的排泄总量YN,YP,YC的研究思路是一样的，以下把YN,YP,YC不加区分地均化为讨论排泄量Y的研究问题。\n[0073] ①对于水温为Ti的第i组实验的ni个贝类，每一个贝类的长度记为 侧计算贝类的平均长度Li的公式为：\n[0074] \n[0075] 计算24小时内每个贝类的平均排泄量为Yi的公式为： 其中， 为第i组实验贝类总的排泄量；\n[0076] ⑷建立回归模型\n[0077] 假设因变量Y平均排泄量与水体温度T和贝类平均长度L为线性相关，收集到的m组数据(Yi,Ti,Li),i=1,...,m满足以下回归模型，\n[0078] \n[0079] 其中β0,β1,β2是待估参数，εi是不可观测的随机误差且相互独立同分布均值为零。\n[0080] 记\n[0081] 则回归模型的矩阵形式为\nT\n[0082] 则有待估参数向量β的最小二乘估计为 其中C表示C的\n转置，(CTC)-1表示CTC的逆矩阵，那么在给定温度T和贝类平均长度L下，平均排泄量的估计为 利用实验数据，针对氮、磷及碳排泄量数据，可分别建立起氮、磷及碳的平均排泄量的估计；\n[0083] ⑸利用建立的回归模型对整批养殖群进行预测\n[0084] 通过选择合理的时间d，那么可以得到该段时间贝类的排泄量，这样就可以算出在养殖期间所有的排泄量，假设养殖的贝类总数为N，养殖周期为D，并把这周期划为K段，若每一段时间为di，且 在每段时间内平均温度为ti，贝类的平均长度为li，则依次可以得到在第i时间段内整批养殖群的排泄量 则整个养殖周期整批\n养殖群的排泄量为：\n[0085] 本发明方法通过上述个步骤就可以把模型建立起来，根据养殖周期D以及选择合理的d1,…,dn，便可建立动态的预测系统，那么前 所产生的排泄量为：\n[0086] 实例分析\n[0087] 通过实验，获得如表2所示可用数据，这里的每一段时间都为一个月，[0088] 表2，贝类试验参数以及排泄量数据一览表\n[0089]