本文首先研究了有关刺参（Apostichopus japonicus）稳定同位素的基础性问题，即稳定同位素的周转过程与富集作用，然后以稳定同位素技术作为关键手段，查明了刺参养殖池塘主要营养要素的来源和循环过程，研究了刺参-皱纹盘鲍复合养殖系统污染性营养盐的循环利用过程，测定了微藻对刺参养殖碳排放的再利用效率，以及不同饲料条件下不同规格刺参C、N、P等主要营养盐的收支过程，通过以上研究，定量测定了刺参养殖过程中污染性营养盐的生物学修复过程。主要研究结果如下：1.刺参稳定同位素周转过程的研究：本实验研究了四种不同规格的刺参肠道和体壁的碳稳定同位素周转过程。结果表明，刺参肠道碳稳定同位素的周转速率要大于体壁碳稳定同位素的周转速率。碳稳定同位素的周转速率随着刺参体重的增大而减小，这可能是由于生物体个体越大而其新陈代谢速率越低的缘故造成的。相对于生长因素，新陈代谢因素为刺参体内碳稳定同位素周转的主要驱动因子，其贡献百分比在内脏和体壁中分别达到80%~90%和60%~75%。回归分析表明，刺参内脏和体壁碳稳定同位素周转的半衰期和刺参的平均单位体重耗氧率以及摄食率均呈显著的负相关关系。2.刺参稳定同位素分馏系数的测定：消费者对食物的稳定同位素分馏系数是整个稳定同位素生态学研究的理论基础，本研究测定了刺参对食物碳、氮稳定同位素的分馏系数，结果表明，刺参对食物碳、氮稳定同位素的分馏系数分别为（1.20±0.39）‰和（1.90±0.29）‰，这和其他氨排泄水生动物的稳定同位素分馏系数类似。3.不同饲料条件下刺参C、N、P营养素收支过程的研究：本实验采用5种含有不同比例（即20:80、40:60、60:40、80:20和100:0）的鼠尾藻和海泥的颗粒饲料喂养刺参，并比较了不同饲料条件下刺参C、N、P营养素的收支过程。结果表明：刺参C、N、P营养素收支过程和饲料中鼠尾藻的含量显著相关。刺参的摄食率和排粪率随着饲料中鼠尾藻含量的增加而降低；而刺参的耗氧率、排氨率、排磷率，以及对C、N、P营养素的摄入率、生长余力和吸收效率均随着饲料中鼠尾藻含量的增加而变大。当饲料中鼠尾藻添加量大于60%时，刺参对营养元素的生长余力和吸收效率无显著变化，因此对于成参而言，饲料中鼠尾藻和海泥的比例为60:40是较为理想的配制比例，既可以满足刺参生长代谢所需要的主要营养元素，又能够最大限度地减少刺参养殖活动营养盐的排放。4.不同规格刺参C、N、P营养素收支过程的研究：本实验研究了5种不同体重（干重）（分别为：0.63g±0.08g、1.22g±0.06g、1.55g±0.16g、2.88g±0.23g和7.66g±0.65g）条件下刺参C、N、P营养素的收支过程。结果表明：刺参C、N、P营养素收支过程和刺参的体重显著相关。刺参的耗氧率和氮、磷排泄率随着刺参体重的增加而变大，而刺参单位体重的摄食率和排粪率、单位体重的C、N、P营养素摄入率、单位体重的耗氧率以及氮、磷排泄率、单位体重的C、N、P营养素生长余力均随着刺参体重的增加而降低，而刺参单位体重对C、N、P营养素的吸收效率与刺参的体重无关，且不同体重刺参单位体重对C、N、P营养素的吸收效率无显著差异。5.池塘养殖刺参食性季节性变化的研究：本实验测定了不同季节养殖池塘刺参及其主要的食物组分，包括：悬浮颗粒有机物、底栖微藻、大型藻类以及猛水蚤和线虫等小型底栖动物的碳、氮稳定同位素值，并计算了各食物组分对刺参食物吸收的贡献比例。结果表明，由于初级生产者的季节性演替以及池塘理化环境的变化，刺参各食物组分碳、氮稳定同位素值季节变化显著，而刺参的食性也随着食物环境的变化而变化。稳定同位素混合模型计算表明，养殖池塘中，大型藻类是刺参最主要的食物组分，其对刺参食物吸收的周年平均贡献比例达到27.7%~63.4%，而其他的食物组分，即猛水蚤、线虫、POM、底栖微藻对刺参食物吸收的周年平均贡献比例分别为16.9%~33.6%，8.1%~23.3%，4.3%~6.2%和4.2%~9.2%。6.刺参-皱纹盘鲍混养系统结构优化的研究：本实验研究了刺参（1.84g±0.01g）和皱纹盘鲍（2.58g±0.11g）在不同生物量放养比例（即：0:100、30:70、50:50、70:30、100:0）下和对照组（即动物放养生物量比例为0:0），刺参和鲍鱼的生长和存活情况、水体和底泥中主要营养盐的变化情况以及刺参对混养系统内养殖废物的利用效率。结果表明，经过12周的饲养，不同养殖模式下刺参和鲍鱼的生长率和存活率、养殖系统生物量总产出、系统内主要营养盐水平的变化以及刺参对养殖废物的利用率均出现显著差异。当混养系统内刺参和鲍鱼的生物量放养比例为30:70时，养殖系统总生物量为283.16g±9.94g，显著高于其他养殖模式的总生物量。并且在此养殖模式下，刺参对鲍鱼残饵、粪便以及刺参自身粪便等养殖废物的总利用效率最高，能够最大化地将养殖废物转变为产品，缓解养殖活动对养殖水域造成的压力。因此，刺参和皱纹盘鲍的生物量放养比例为30:70，即鲍鱼主养，刺参辅养是较为理想的参鲍混合养殖模式。7.微藻对刺参代谢碳营养盐利用效率的研究：本实验采用碳稳定同位素技术定量测定了微藻对刺参养殖过程中呼吸代谢产生的碳营养盐的利用效率。结果表明，在本实验条件下，刺参呼吸代谢作用对水体中溶解无机碳的浓度和碳稳定同位素值均有显著影响。刺参呼吸代谢产生的无机碳的δ13C值为-12.92‰±0.04‰，显著低于自然海水中溶解无机碳的δ13C值-2.45‰±0.04‰。在48h的孵化过程中，微藻对刺参呼吸代谢产生的无机碳表现出强烈的选择性。稳定同位素模型计算结果表明，微藻光合作用固定的无机碳中，来源于刺参呼吸代谢产生的无机碳的贡献比例高达80.67%，而来源于自然海水中溶解无机碳的贡献比例仅为29.37%，这说明刺参和微藻之间能够形成类似浮游生物“微食物环”的互惠互利机制。