CN113100132B - 一种基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法，涉及渔业资源修复领域，包括以下步骤：S1、收集待投放贝床海域贻贝精卵排放数据，并将贻贝精卵排放后第十天的时间记作D0，S2、制备若干组贝床培养框，S3、定期测定每一组贝床培养框湿重，S4、分别构建每一组所述贝床培养框内的贻贝种群总质量md与时间t的Logistics生长模型，S5、获取日均同化率Rexp，S6、筛选出日均同化率Rexp最大的组合，S7、以空心HDPE管焊接贝床培养框边框，S8、采用缆绳单点系泊方式将贝床培养框与人工鱼礁连接，于每年春秋两季贻贝排放后10d投入使用。本发明充分利用了真光层丰富的浮游生物资源，解决人工鱼礁与表层贝藻床分离的问题，提升人工鱼礁型海洋牧场的生态修复能力。
Description
技术领域
本发明涉及渔业资源修复领域，具体涉及一种基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法。
背景技术
作为一种渔业资源增殖和生态修复的重要手段，海洋牧场建设越来越受到重视。人工鱼礁是海洋牧场的重要组成部分，其通过为鱼类等海洋动物提供遮蔽物等途径实现生态修复功能。在海洋牧场所在的浅海生态系统中，表层水体富含充足浮游动植物，可以为浅海生态系统提供极为充足的生产者，但受限于材质及光照等因素，人工鱼礁对水体生产力的利用主要集中在水底，无法充分利用水域表层营养盐及初级生产力实现资源增殖目的。
贻贝是一种群居生活的双壳贝类，在我国南北方沿海均有分布。其滤水率高，可以大量同化水体中的浮游植物及有机碎屑，物质及能量耦合能力强，且贻贝生长迅速，繁殖能力强，是许多海洋生物重要的饵料来源，对近海生态系统食物网结构的维持起到重要作用。但贻贝的生活史存在一个幼虫附着变态过程，此过程的完成需满足两个条件：一是适宜的附着基；二是充足的饵料。在自然条件下，潮下带的浅水礁石及人工筏架等均为其高密度附着区。随着近海工程及观光旅游等产业发展，贻贝完成世代生活的机会越来越少，普遍存在种群零散分布的现象，从而无法形成贝床等对浅海生物群落有显著影响的生态单元。
因此，如何充分利用真光层丰富的浮游生物资源，构建以贻贝等双壳贝类为主体的贝床生态单元，进而将真光层的营养物质输送到人工鱼礁区，为水体表层和底层之间能量及物质输送搭建一座桥梁，提升人工鱼礁型海洋牧场的生态修复能力，是目前海洋牧场建设过程中人们关注的焦点问题。
发明内容
为了克服上述背景技术中现有技术人工鱼礁型海洋牧场无法充分利用真光层丰富的浮游生物资源，贻贝等双壳贝类无法形成贝床等有效生态单元，水体表层与底层不同营养级生物对话效率低等问题，提升人工鱼礁型海洋牧场的生态修复能力，本发明提供了一种基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法。
本发明解决上述不足之处所采用的技术方案是：包括以下步骤：
S1、收集自然海区贻贝排放时间数据：收集待投放贝床海域贻贝精卵排放数据，并将贻贝精卵排放后第十天的时间记作D0；
S2、制备若干组贝床培养框：在D0时，在海区表层水体利用筏架或海上平台放置贝床培养框，所述贝床培养框均设有沉子，确保能悬挂于水体表面，所述贝床培养框为由HDPE管组成的正方形边框，所述贝床培养框的面积1㎡，所述HDPE管为密封结构，所述边框间连接有附着基，所述附着基为绳索编织而成的网面，称量贝床培养框的初始湿重，记作m0；
S3、定期测定每一组贝床培养框湿重：每隔20d，将所述贝床培养框从水中取出，控水10min后，称量贝床培养框湿重，计算其与m0差值，记作md(d为取样时间距D0的天数)，测定周期持续180d；
S4、构建生长模型：分别构建每一组所述贝床培养框内的贻贝种群总质量md与时间t的Logistics生长模型；
S5、获取日均同化率：利用所述生长模型，获取不同设施自指数生长期至达到生长拐点这一时间区间内的日均同化率Rexp，所述生长模型中的生长拐点为贻贝种群增重速度最快的点；
S6、筛选出日均同化率Rexp最大的组合；
S7、制作贝床培养框：根据S6所筛选出的日均同化率Rexp最大组合，以空心HDPE管焊接贝床培养框边框，培养框为正方形，以绑缚附着基；
S8、采用缆绳单点系泊方式将贝床培养框与人工鱼礁连接，于每年春秋两季贻贝排放后10d投入使用。
进一步的，S2中所述附着基的材料、单股绳索直径及所织网衣网眼孔径大小依三因素两水平进行完全组合开展实验。
进一步的，S4中所述贻贝种群总质量md与时间t的模型构建公式为：
其中，K为种群质量上限；
a，b均为模型参数。
进一步的，S5中所述日均指数同化率Rexp＝(mg-mexp)/(tg-texp)。其中，mg为生长拐点处种群湿重，mg＝K/2；mexp为指数生长期开始时种群湿重，可由texp代入步骤四所述模型求得；tg为生长拐点所处时间点，tg＝a/b；texp为指数生长期开始时的时间点，texp的计算公式如下：
进一步的，利用S6中所述日均同化率Rexp最大的组合和对应的生长模型中的拐点处种群湿重mg设计正方形贝床培养框，使设施浮力F＝mggL2，其中，
g表示重力加速度；
L表示贝床培养框边框长度。
进一步的，S7中制作所述贝床培养框所用HDPE管长度及单位质量的计算公式为：
其中，
L表示边框长度；
ρ表示海水密度；
m表示所选管材单位质量；
mg表示所选培养网贝床拐点种群质量；
利用R语言编写函数，代入市场常见HDPE管外径及单位质量，求得不同材质管材构建的贝床培养框边框长度。
进一步的，S7中所述贝床培养框边框长度3m左右，四角分别绑缚一条等长聚乙烯绳索，并汇聚于贝床培养框中心点，形成一单点系泊点。
进一步的，S7中所述贝床培养框中附着基绳索材料、单股绳索直径及所织网衣网眼孔径大小组合与S6中所述筛选出的日均同化率Rexp最大的组合相同。
进一步的，S8中所述缆绳单点系泊方式中缆绳长度为当地海域平均水深的4倍，处于水面一端缆绳系于所述贝床培养框的单点系泊点处，处于水底一端系于投放的人工鱼礁水泥构件上。
本发明的有益之处在于：根据贻贝生活史特性，以贝床培养框采集自然排放的贻贝，在低人工干预背景下，实现渔业资源修复；以高滤水率的贝类为载体，将海域上层浮游植物所含营养物质输送到下层，为下层甲壳类、蛸类、底栖鱼类等高营养级生物提供丰富的天然饵料，为下层高营养级生物的生长、繁殖等生物活动提供营养保证；利用所拟合等逻辑斯蒂模型将所述种群质量K、模型参数a和b三个参数构建贻贝生长模型，选取所述生长拐点作为为贝床质量的标准，贻贝种群质量过大，远超过生长拐点对应的种群质量，则贝床下沉，贝床上的贻贝用以供给下层甲壳类、蛸类、底栖鱼类等高营养级生物；当贝床种群质量过小，远小于生长拐点对应的种群质量，则贝床上浮，使贝床上的贻贝种群滤食上层浮游植物等营养物质，使贻贝种群快速生长进而达到生长拐点附近，保证所构建等贝床单位时间内能传输的能量最大化，使贝床对生态系统对修复效率最高；使用单点系泊的贝床固定方式，通过减少受力点、延长系泊缆绳等技术措施，减少海流及风浪等自然因素对贝床的损伤，使得贝床更为稳固；在禁止筏式养殖的海域，采用此浮沉式贝床能保证在不污染环境、不影响海域景观的前提下，实现传统贝藻筏式养殖的生态调节功能，实现社会价值和生态价值的双赢。
附图说明
下面结合附图对本申请进一步说明：
图1位本发明流程图；
图2为本发明的贝床培养框所用附着基材料及制作方案；
图3为不同贝床培养框于不同阶段的湿重关系图；
图4为不同组别贝床质量随时间变化曲线图；
图5为不同组别贝床质量随时间变化模型参数图；
图6为贝床待考量指标汇总图；
图7为常见HDPE管材内外径尺寸及单位质量图。
具体实施方式
依据本申请的上述结构特点，对本申请的实施方式做进一步说明：
以烟台市四十里湾海域为实施地点。
实施例1
网面设计方案如图2所示：依据贻贝排放规律，四月中旬开始观察海区内贻贝排放情况，优选的，从4月16日开始观察海区内贻贝排放情况。4月26日观察到海区贻贝集中排放，以密闭HDPE管制作八组边框为正方形(面积为1㎡)的贝床培养框，培养框下有沉子，上端悬挂于养殖筏架上，边框间连接贻贝幼虫附着所用绳索编织而成的网面。
各组测定结果如表图3所示：优选的，5月5日在此海域利用贝类养殖筏架悬挂贝床培养框，开展海区实验。测定每组贝床培养框初始湿重m0，每20d测定一次贝床培养框湿重与其初始湿重之差，计作md(d为测量时距投放时的天数差)。连续测定180d，遇天气原因不能出海测定，提前或延后1d～3d后进行测定，优选的，在保证安全的前提下，提前或者延后2d后进行测定。
利用逻辑斯蒂方程
分别构建每一组所述贝床培养框内的贻贝种群总质量md与时间t的Logistics生长模型，其中，K为种群质量上限，a，和b均为模型参数，利用所述生长模型，获取不同设施自指数生长期至达到生长拐点这一时间区间内的日均同化率Rexp，所述生长模型中的生长拐点为贻贝种群增重速度最快的点。
如图4所示，利用R语言拟合各组贝床质量随时间变化曲线，计算模型参数K，a，b，各组模型方程及参数如图5所示。
如图6所示，根据所得模型，计算构建的各贝床指数生长期开始时间texp，指数生长期开始质量mexp，生长拐点时间tg及生长拐点质量mg，进而计算Rexp。H组的日均指数同化率Rexp最大，选取的最优的日均指数同化率Rexp为1.01kg/d·m2。
如图7所示，依据上述模型拟合结果，结合四十里湾海区盐度，选择几种常见的HDPE管，利用R语言计算出各型号管材适宜长度，选择外径225mm的HDPE管，焊成边框为3.11m的正方形贝床培养框。框内为直径2cm的棕绳编织而成的网眼4cm的培养网。
贝床预放置海域平均水深数据为11.8m，根据贝床预放置海域平均水深数据选择直径3cm、长为47.2m的缆绳将贝床培养框与人工鱼礁相连接，防止贝床漂离。
本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限制，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
综上所述，对于本领域的技术人员，依据本发明的指导，在不脱离本发明的原理与精神的前提下，对本发明所做的改变、修改、替换、变形仍落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、收集自然海区贻贝排放时间数据：收集待投放贝床海域贻贝精卵排放数据，并将贻贝精卵排放后第十天的时间记作；
S2、制备若干组贝床培养框：在时，在海区表层水体利用筏架或海上平台放置贝床培养框，所述贝床培养框均设有沉子，确保能悬挂于水体表面，所述贝床培养框为由HDPE管组成的正方形边框，所述贝床培养框的面积1㎡，所述HDPE管为密封结构，所述边框间连接有附着基，所述附着基为绳索编织而成的网面，称量贝床培养框的初始湿重，记作
；
S3、定期测定每一组贝床培养框湿重：每隔20d，将所述贝床培养框从水中取出，控水10min后，称量贝床培养框湿重，计算其与
差值，记作
（d为取样时间距
的天数），测定周期持续180d；
S4、构建生长模型：分别构建每一组所述贝床培养框内的贻贝种群总质量
与时间t的Logistics生长模型；所述贻贝种群总质量
与时间t的模型构建公式为：
其中，K为种群质量上限；a，b均为模型参数；
S5、获取日均指数同化率：利用所述生长模型，获取不同设施自指数生长期至达到生长拐点这一时间区间内的日均同化率
，所述生长模型中的生长拐点为贻贝种群增重速度最快的点；所述日均指数同化率
；其中，
为生长拐点处种群湿重，
；
为指数生长期开始时种群湿重，可由
代入步骤四所述模型求得；
为生长拐点所处时间点，
；
为指数生长期开始时的时间点，
的计算公式如下：
S6、筛选出日均同化率
最大的组合；
S7、制作贝床培养框：根据S6所筛选出的日均同化率
最大组合，以空心HDPE管焊接贝床培养框边框，培养框为正方形，以绑缚附着基；
S8、采用缆绳单点系泊方式将贝床培养框与人工鱼礁连接，于每年春秋两季贻贝排放后10d投入使用。
2.根据权利要求1所述的基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法，其特征在于：S2中所述附着基的绳索材料、单股绳索直径及所织网衣网眼孔径大小依三因素两水平进行完全组合开展实验。
3.根据权利要求1所述的基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法，其特征在于：利用S6中所述日均同化率
最大的组合和对应的生长模型中的拐点处种群湿重
设计正方形贝床培养框，使设施浮力
，其中，
g表示重力加速度；
L表示贝床培养框边框长度。
4.根据权利要求1所述的基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法，其特征在于：S7中制作所述贝床培养框所用HDPE管长度及单位质量的计算公式为：
其中，
利用R语言编写函数，代入HDPE管外径及单位质量，求得不同材质构建的贝床培养框边框长度。
5.根据权利要求1所述的基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法，其特征在于：S7中所述贝床培养框边框长度3m左右，四角分别绑缚一条等长聚乙烯绳索，并汇聚于贝床培养框中心点，形成一单点系泊点。
6.根据权利要求1所述的基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法，其特征在于：S7中所述贝床培养框中附着基绳索材料、单股绳索直径及所织网衣网眼孔径大小组合与S6中所述筛选出的日均同化率
最大的组合相同。
7.根据权利要求1所述的基于贻贝种群增长模型设计沉浮式贝床的方法，其特征在于：S8中所述缆绳单点系泊方式中缆绳长度为当地海域平均水深的4倍，处于水面一端缆绳系于所述贝床培养框的单点系泊点处，处于水底一端系于投放的人工鱼礁水泥构件上。
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