一种基于牡蛎养殖调控海水碳循环与碳储存的方法

本发明涉及水产养殖调控，具体为一种基于牡蛎养殖调控海水碳循环与碳储存的方法。

背景技术：

1、双壳贝类养殖活动广泛部署于近海内湾与河口水域。以牡蛎为代表的双壳贝类在养殖周期内，通过张壳与纤毛摆动形成局部水流，滤食水体中的浮游植物及悬浮颗粒物，将碳元素同化固结于碳酸钙形态的贝壳以及软组织内部。同时，未被消化的物质通过排泄孔输出，以密度大于海水的生物质粪便和假粪形态向底层沉降，进入底泥形成沉积碳。

2、现阶段针对上述养殖系统的碳储存测算方案，主要依靠对打捞出水的牡蛎实体进行机械称重，结合化学测定统计贝壳与软组织的固碳质量，或者通过采集底泥柱状样本测算沉积碳的含量。这种常规的操作方式仅覆盖了宏观层面的固相碳获取维度。在真实的环境交互中，牡蛎的滤食与排泄代谢活动持续向周边水体释放水溶性产物，直接改变了局部水体的溶解有机碳与溶解无机碳浓度。同时，水体内部的微生物群落是驱动碳元素状态转移与生化降解的基础执行组件。现有的监测测算体系未配置针对局部水域水体进行原位抽滤分离与脱氧核糖核酸提取的流程，无法将水体微生态数据纳入考察范围。

3、由于缺乏针对滤液碳浓度的化学仪器检测以及针对截留物的宏基因组测序操作，现有技术无法获取特定种类微生物的丰度数值，无法量化测算由于排泄物底物输入导致的代谢通路和碳循环功能基因的序列数量变化。测定维度的缺失导致系统无法客观记录局部水域从大分子碳保留机制向快速降解代谢机制发生的偏移过程。输入层面上变量的不完整，导致现有调控系统无法建立基于多维度生化测定数据的比较门限，无法通过对照数据的差值输出明确的布尔逻辑信号。缺乏上述反馈指令，系统便无法对养殖区域内浮筏的覆盖面积和牡蛎的保留动作执行科学的判断与闭环控制。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于牡蛎养殖调控海水碳循环与碳储存的方法，解决了现有贝类养殖碳测算仅局限于宏观固相碳测量，缺乏对水体溶解态碳浓度与微生态碳循环功能基因序列的提取分析，导致系统无法基于多维度水相生化比对数据建立逻辑判定门限，进而无法对养殖设施的布置状态执行闭环反馈调控的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、本发明提供了一种基于牡蛎养殖调控海水碳循环与碳储存的方法，包括以下步骤：

4、在目标水域划定牡蛎养殖区和对照区，在所述牡蛎养殖区内布置浮筏并养殖香港牡蛎，所述对照区内不养殖牡蛎；

5、经过养殖周期后，分别采集所述牡蛎养殖区的水样和所述对照区的水样，过滤所述水样分别获得滤液和截留物；

6、测定所述滤液中的溶解有机碳含量数值和溶解无机碳含量数值，提取所述截留物的脱氧核糖核酸进行宏基因组测序，分别获得所述牡蛎养殖区和所述对照区的微生物种类丰度数值、代谢功能相对丰度数值与碳循环功能基因丰度数值；

7、当所述牡蛎养殖区的溶解有机碳含量数值、溶解无机碳含量数值、甲烷消费者、有机物降解者、氮联碳循环者的微生物种类丰度数值、氨基酸代谢、能量代谢、碳水化合物代谢的代谢功能相对丰度数值、酰基辅酶a脱氢酶基因和甘露糖苷酶基因的碳循环功能基因丰度数值均大于所述对照区时，维持所述养殖状态。

8、优选的，所述目标水域具体包括：

9、所述目标水域为半封闭式内湾海域或者河口海域；

10、所述目标水域的水温在20℃至22℃之间；

11、所述目标水域的盐度限定于18ppt至33ppt之间；

12、所述目标水域的酸碱度限定于8.0至8.4之间；

13、所述目标水域的溶解氧浓度限定于6.8mg/l至7.1mg/l之间；

14、所述目标水域的叶绿素a浓度限定于1.69μg/l至2.75μg/l之间。

15、优选的，所述浮筏的长度为6米并且宽度为6米，所述牡蛎养殖区内布置的浮筏覆盖面积占所述目标水域总面积的比例大于30%。

16、优选的，所述养殖周期具体包括：

17、所述香港牡蛎在所述牡蛎养殖区内滤食水体中的浮游植物和有机颗粒；

18、所述香港牡蛎将碳同化至软组织和贝壳中；

19、所述香港牡蛎通过排泄和生物沉积作用进行沉积物富集。

20、优选的，所述采集所述牡蛎养殖区的水样和所述对照区的水样具体包括：

21、在所述牡蛎养殖区内设定三个养殖区采样点；

22、在所述对照区内设定三个对照区采样点；

23、在所述三个养殖区采样点和所述三个对照区采样点分别采收表层海水；

24、将采收的表层海水进行避光保存并且作为所述水样。

25、优选的，测定所述滤液中的溶解有机碳含量数值和溶解无机碳含量数值具体包括：

26、使用总有机碳分析仪器对所述滤液进行化学检测并且输出所述溶解有机碳含量数值和所述溶解无机碳含量数值；

27、所述牡蛎养殖区的溶解有机碳含量数值限定于3.56mg/l至3.82mg/l区间内；

28、所述牡蛎养殖区的溶解无机碳含量数值限定于0.84mg/l至0.96mg/l区间内。

29、优选的，提取所述截留物的脱氧核糖核酸进行宏基因组测序具体包括：

30、分离所述截留物表面附着的微生物组；

31、对所述微生物组进行细胞破碎操作并且释放脱氧核糖核酸；

32、对释放的脱氧核糖核酸进行纯度检验；

33、将纯度检验合格的脱氧核糖核酸建立测序文库；

34、对所述测序文库执行高通量宏基因组测序操作并且输出宏基因组测序序列。

35、优选的，所述牡蛎养殖区和所述对照区的微生物种类丰度数值、代谢功能相对丰度数值与碳循环功能基因丰度数值具体包括：

36、所述微生物种类丰度数值表现为所述甲烷消费者绝对序列数量、所述有机物降解者绝对序列数量与所述氮联碳循环者绝对序列数量分别除以总序列数量的百分比；

37、所述代谢功能相对丰度数值表现为所述氨基酸代谢绝对序列数量、所述能量代谢绝对序列数量与所述碳水化合物代谢绝对序列数量分别除以总序列数量的百分比例；

38、所述碳循环功能基因丰度数值表现为所述酰基辅酶a脱氢酶基因绝对序列数量与所述甘露糖苷酶基因绝对序列数量分别除以总序列数量的百分比。

39、优选的，过滤所述水样分别获得滤液和截留物具体包括：

40、采用孔径尺寸为0.45μm的玻璃纤维滤膜对所述水样进行分离操作；

41、将穿过所述孔径尺寸为0.45μm的玻璃纤维滤膜的液体收集作为所述滤液；

42、将附着于所述孔径尺寸为0.45μm的玻璃纤维滤膜表面的物质收集作为所述截留物。

43、优选的，维持所述养殖状态具体包括：

44、在所述牡蛎养殖区内保留养殖的所述香港牡蛎；

45、保留养殖的所述香港牡蛎持续执行排泄和生物沉积作用；

46、通过所述排泄和生物沉积作用向所述牡蛎养殖区的水体内持续输入溶解有机碳和溶解无机碳；

47、维持所述牡蛎养殖区的所述溶解有机碳含量数值和所述溶解无机碳含量数值大于所述对照区。

48、本发明提供了一种基于牡蛎养殖调控海水碳循环与碳储存的方法。具备以下有益效果：

49、1、本发明通过在目标水域划定对照区和牡蛎养殖区，测定水样滤液中的溶解有机碳含量数值和溶解无机碳含量数值，将海水碳储存的评估对象扩展至水体的溶解态碳组分。这种检测方式弥补了现有技术仅核算牡蛎排泄和生物沉积碳量的缺陷，为验证牡蛎养殖促进海水溶解态碳富集的过程提供了可量化的直接数据。

50、2、本发明通过提取水样截留物中的脱氧核糖核酸进行宏基因组测序，测定甲烷消费者、有机物降解者和氮联碳循环者的微生物种类丰度数值。将水体微生物群落结构的演替作为碳储存调控的监测指标，明确了参与水体碳转化过程的具体微生物类群，为分析海水碳滞留能力提供了微观维度的客观依据。

51、3、本发明将氨基酸代谢、能量代谢和碳水化合物代谢的代谢功能相对丰度数值，以及酰基辅酶a脱氢酶基因和甘露糖苷酶基因的碳循环功能基因丰度数值作为状态维持的评判标准。将宏观牡蛎养殖行为与微观脱氧核糖核酸序列分布建立对应关联，从分子层面量化了水体微生物在有机底物输入下的代谢改变途径。

52、4、本发明建立了包含理化浓度测定、群落丰度测定和功能基因丰度测定的多维度指标比较流程，并设定当各项检测数值均大于对照区时执行维持养殖状态的判定规则。构建了指标监测与养殖行为干预之间的闭环工作流，排除了单一评价指标可能存在的分析偏差，提高了水产养殖中碳储存调控与核算的可重复性。