冬季大葉藻與幼參混養(yǎng)效果的模擬研究

邢坤，李耕，楊貴福，劉海映，潘玉洲，鄭文軍

(1.大連海洋大學海洋科技與環(huán)境學院，遼寧大連116023;2.中國水產(chǎn)科學研究院營口增殖實驗站，遼寧營口115004)

大葉藻Zostera marina隸屬于眼子菜科Potamogetonaceae、大葉藻屬Zostera，是潮間帶和潮下帶淺海中的多年生海草。在世界范圍內(nèi)，海草床、紅樹林和珊瑚礁構(gòu)成了三大海洋生態(tài)系統(tǒng)，其中海草床的生產(chǎn)力和物種多樣性最高［1-2］，隨著近年來全球氣候變化導致的海平面上升、海水升溫、氣候異常、紫外線增強，以及海岸帶開發(fā)和陸源輸入的污染導致的水體透明度下降和富營養(yǎng)化，全球范圍內(nèi)的海草退化嚴重［3］，在環(huán)渤海區(qū)域海草幾近絕跡［4］。大葉藻通常在沿海潮間帶的灘涂、潮下帶較淺水域、泄湖甚至咸水池塘中形成生物量巨大的群落。大葉藻可以凈化池塘水質(zhì)，改善底質(zhì)條件，豐富餌料生物，促進養(yǎng)殖對象的生長。但國內(nèi)對于大葉藻在水產(chǎn)養(yǎng)殖中的應用報道較少，僅見在蝦池中移植大葉藻，可改善水質(zhì)，增加對蝦產(chǎn)量［5］，以及從自然海區(qū)移植大葉藻在刺參養(yǎng)殖中應用的報道［6］。

近年來，中國水產(chǎn)科學院黃海水產(chǎn)研究所在山東煙臺、威海等地進行了大葉藻的移植試驗，建立了大葉藻增殖區(qū)，并逐步開展了大葉藻的基礎生物學研究［7-8］。本試驗中，作者在冬季非生長季節(jié)移植大葉藻，研究大葉藻與刺參的互利模式，為探索大葉藻與刺參生態(tài)混養(yǎng)模式的可行性，修復和優(yōu)化養(yǎng)殖水質(zhì)，促進刺參養(yǎng)殖業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展提供參考資料。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗用大葉藻于2010年11月6日取自遼寧省葫蘆島市菊花島附近潮下帶海區(qū)。試驗用刺參取自中國水產(chǎn)科學研究院遼寧營口增殖實驗站旺海苗種培育基地，為2010年培育的秋苗，選擇活動能力強、對外界刺激反應靈敏、管足附著力強、攝食能力強的幼參50尾用于試驗，幼參體長為 (2.90±0.04)cm，體質(zhì)量為 (0.69±0.02)g。

1.2 方法

1.2.1 大葉藻的移植及與刺參的混養(yǎng)試驗 大葉藻采回后于實驗室暫養(yǎng)兩周，選擇長勢良好的植株，將其根莖剪成長10～15 cm的小段，每小段至少有3個完整的莖節(jié)，以確保移植成活率。試驗用底質(zhì)為過1 mm篩的泥沙，試驗前將泥砂在-20℃下冷凍，以殺死其中的底棲動物，防止底質(zhì)惡化。

試驗設置大葉藻與幼參混養(yǎng)組、幼參單養(yǎng)對照組和大葉藻單養(yǎng)空白組，每組設5個重復，試驗容器為5 L的大燒杯 (15個)。燒杯底部鋪有5 cm厚的泥沙，疏松程度一致。混養(yǎng)組和大葉藻單養(yǎng)組試驗燒杯內(nèi)放入3～4顆長勢相近的大葉藻;混養(yǎng)組和幼參單養(yǎng)組燒杯內(nèi)各放入5只幼參;在幼參單養(yǎng)組內(nèi)放置塑料波紋板，以對比大葉藻對刺參的集聚效果。試驗時間為2010年11月24日—12月23日。

1.2.2 飼養(yǎng)管理 將試驗燒杯置于自制的木質(zhì)避光設施中 (長1.5 m、寬0.3 m、高1.0 m)，內(nèi)置15 W日光燈，光照時間為12 h(8:00—20:00)，水體表面光照強度為 (271±14)lx(用ZDS-10型照度計測定)。幼參暫養(yǎng)階段每日投喂專用幼參配合餌料 (粗蛋白質(zhì)量分數(shù)≥18%)，試驗前24 h終止投喂，使幼參排盡腸道中的內(nèi)含物，以防止幼參糞便對試驗水體的污染。試驗期間，水溫為 (15±1)℃，鹽度為30，幼參不投喂。

1.2.3 水體營養(yǎng)鹽指標的測定及大葉藻對幼參的集聚效果 采用次溴酸鈉氧化法測定水體中的氨氮含量;用磷鉬藍分光光度法測定磷酸鹽含量;用鋅-鎘還原法測定亞硝酸鹽含量;用萘乙二胺分光光度法測定硝酸鹽含量。試驗期間，氨氮和硝酸鹽含量共測定2次，磷酸鹽和亞硝酸鹽含量每周測定一次，共測定4次。早晚各觀察一次幼參對棲息地的選擇習性，持續(xù)1周。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 13.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析處理，采用t-檢驗法分析組間的差異。

2 結(jié)果

2.1 水體中氨氮含量的變化

從圖1可見:試驗開始階段，各組水體中氨氮含量相近，組間沒有顯著差異 (P＞0.05);試驗結(jié)束時，各組水體中的氨氮含量均顯著提高 (P＜0.05)，其中大葉藻單養(yǎng)組含量最高，幼參單養(yǎng)組含量最低，但各組間均沒有顯著差異 (P＞0.05)。

2.2 水體中磷酸鹽含量的變化

從圖1可見:試驗開始階段，各組水體中磷酸鹽含量相近，組間沒有顯著差異 (P＞0.05);隨著試驗的進行，各階段磷酸鹽含量的變化趨勢基本相似，均為大葉藻單養(yǎng)組中的含量最高，但各組間差異并不顯著 (P＞0.05);試驗結(jié)束時，各組的含量較開始階段均有顯著提高 (P＜0.05)。

圖1 水體中氨氮和磷酸鹽含量的變化Fig.1 The changes in ammonia nitrogen concentration，and phosphate concentration in the seawater

2.3 水體中亞硝酸鹽含量的變化

從圖2可見:試驗開始階段，大葉藻單養(yǎng)組中亞硝酸鹽含量顯著高于混養(yǎng)組和幼參單養(yǎng)組 (P＜0.05)，這是因大葉藻葉片腐爛引起的水質(zhì)惡化導致的差異;隨著試驗的進行，各階段亞硝酸鹽含量的變化趨勢基本相似，均為大葉藻單養(yǎng)組中的含量最高，幼參單養(yǎng)組含量最低，且各組間差異均顯著(P＜0.05);試驗結(jié)束時，幼參單養(yǎng)組的含量變化最小，僅在試驗結(jié)束時才有顯著提高 (P＜0.05)，而混養(yǎng)組和大葉藻單養(yǎng)組的含量變化較大，均隨著試驗時間的延長而顯著提高 (P＜0.05)。

2.4 水體中硝酸鹽含量的變化

從圖2可見:試驗開始階段，大葉藻單養(yǎng)組和混養(yǎng)組的硝酸鹽含量均顯著高于幼參單養(yǎng)組 (P＜0.05);試驗結(jié)束時，各組水體中硝酸鹽的含量均顯著提高 (P＜0.05)，其中大葉藻單養(yǎng)組含量最高，幼參單養(yǎng)組含量最低，但各組間差異并不顯著(P＞0.05)。

圖2 水體中亞硝酸鹽和硝酸鹽含量的變化Fig.2 The changes in nitrite concentration，and nitrate concentration in the seawater

2.5 大葉藻集聚幼參效果的觀察

如表1所示:混養(yǎng)組中超過80%的幼參棲息在大葉藻葉片上，且各平行試驗組的狀態(tài)基本一致，大葉藻對幼參的集聚效果良好;幼參單養(yǎng)組中大部分幼參附著在燒杯壁上或者是底質(zhì)上。

表1 幼參行為的觀察Tab.1 The observation of the behavior of juvenile sea cucumber

3 討論

3.1 大葉藻生理生態(tài)學特征

大葉藻有著良好的生態(tài)適應性，其最適生長鹽度為10～25，最適生長溫度為10～20℃［9］，適合在河口區(qū)域生長。在蝦池中移植大葉藻，大葉藻的地下根莖在冬季仍可存活［5］;在刺參養(yǎng)殖池塘中移植大葉藻，大葉藻夏季繁殖茂盛，秋季開始枯萎［6］。大葉藻對養(yǎng)殖水體中營養(yǎng)鹽具有一定的控制作用，但大葉藻通常面臨營養(yǎng)鹽的限制［10］，底質(zhì)和海草葉片是大葉藻重要的氮源，尤其在自然海區(qū)營養(yǎng)鹽缺乏的冬季，大葉藻通過自身內(nèi)部循環(huán)［11］和利用根系從周圍環(huán)境中獲得氮源［12］。大葉藻葉片在生長發(fā)育過程中，總氮和總磷的含量下降，其中幼片總氮和總磷的含量顯著高于衰老的葉片［13］。

3.2 大葉藻的生態(tài)限制因子及其在模擬條件下的生長

影響大葉藻生長和存活的因素主要有光照、水溫、濁度、水深、海流、附生生物、水體營養(yǎng)鹽、底質(zhì)、水動力條件和漁業(yè)活動等［14-16］。綜合不同生態(tài)因子的影響，大葉藻最適生長季節(jié)應為春夏季節(jié)［17］。伴隨水溫的升高和太陽輻射的增加，春季(5月，水溫10℃)大葉藻凈光合速率最高，碳水化合物積累［18］;夏初 (6月，水溫15℃)大葉藻開花［17］;夏季 (8月，水溫21℃)大葉藻光合作用率最大;秋末大葉藻出現(xiàn)植株死亡現(xiàn)象;冬季水溫下降，太陽輻射最低，大葉藻生物量在冬季減少［18］，大葉藻呈負生長狀態(tài)，并出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象。野外條件下，光照是大葉藻生長的主導限制因子［19］，在不同季節(jié)伴隨著水體營養(yǎng)鹽的耗盡和太陽輻射率的降低，光照對大葉藻生長的影響呈階段性作用，同時水體營養(yǎng)鹽的釋放導致微藻及大型附生植物生長，增加了水體的濁度，減少了光合有效輻射 (photosynthetically active radiation，PAR)，也影響著大葉藻的生長［20-21］。此外，大葉藻生長更偏好潮下帶泥沙底質(zhì)，而不是細砂底質(zhì)［22-23］。

本試驗中大葉藻馴化階段，采用自然光照條件，保持適宜溫度 (15±1℃)，大葉藻生長良好，同期自然海區(qū)水溫僅為6～12℃，說明大葉藻可在室內(nèi)環(huán)境下很好的存活。但在實驗室模擬條件下進行試驗時，大葉藻葉片出現(xiàn)腐爛現(xiàn)象，有三個方面的原因:一是光照不足，葉片光合速率低;二是底質(zhì)不適，根系無法吸收足量營養(yǎng)鹽;三是水體偏小，無法循環(huán)更換水體。試驗過程中養(yǎng)殖水體水質(zhì)惡化，雖然對刺參的生長未產(chǎn)生影響，但沒有達到預期利用大葉藻改善養(yǎng)殖水體水質(zhì)的目的，模擬試驗環(huán)境還須改進。

3.3 刺參與大葉藻的關(guān)系

大葉藻的地下根莖對海底沉積物有很強的固定作用，有利于保持海水的透明度;大葉藻通過光合作用吸收二氧化碳，釋放氧氣，調(diào)控水體中的溶解氧含量，改善養(yǎng)殖環(huán)境;大葉藻葉片茂盛，葉片長30～50 cm，寬3～5 mm，大葉藻葉片上附生的大量硅藻和一些微生物是幼參良好的餌料;夏季高溫季節(jié)，大葉藻可以承受夏季27℃以上的高溫［24］，葉片的遮擋可為刺參提供良好的棲居場所，這對刺參的安全度夏有著重要的意義。

大葉藻通常在沿海潮間帶和潮下帶較淺的水域形成巨大的群落，大葉藻種植區(qū)一般呈現(xiàn)出浮游和底棲生物的高生產(chǎn)量和生物多樣性，為一些重要的經(jīng)濟魚類和貝類提供食物來源、棲息地和育幼場所［25］。研究發(fā)現(xiàn)，生長于香港的矮大葉藻Zostera japonica葉片上附著大量硅藻和腹足類［26］。冬季大葉藻根莖葉衰敗嚴重，沉積物累積，形成有機碎屑，增加海洋沉積物通量，并改善底質(zhì)粒度［27］，可為刺參提供良好的食物來源。據(jù)潛水觀察，受冬季低溫和海潮的影響，近岸泥沙底質(zhì)生長的大葉藻葉片明顯發(fā)黑腐爛，尤其在大葉藻床區(qū)，形成了明顯的碎屑堆積區(qū)，并有刺參棲息，形成了大葉藻和刺參的互利關(guān)系。

本試驗結(jié)果表明:混養(yǎng)組刺參大多棲息于大葉藻上，大葉藻是幼參的天然附著基;大葉藻脫落的葉片可形成有機碎屑，為幼參提供良好的餌料;混養(yǎng)組水體中的各種營養(yǎng)鹽含量低于大葉藻單養(yǎng)組，說明幼參以腐爛脫落的葉片碎屑為食，可減少水體中營養(yǎng)鹽的含量。由此推斷，在復合養(yǎng)殖系統(tǒng)中刺參在一定程度上可起到對環(huán)境修復的作用。

根據(jù)本試驗結(jié)果，筆者認為:大葉藻可與當年培育的幼參混養(yǎng)，為防止因越冬時大葉藻腐爛引起的水質(zhì)惡化，可在秋季對大葉藻根莖進行分蘗，減少池塘大葉藻的養(yǎng)殖密度，在越冬前加大進水量，使刺參安全越冬。

［1］許戰(zhàn)洲，黃良民，黃小平，等.海草生物量和初級生產(chǎn)力研究進展［J］.生態(tài)學報，2007，27(6):2594-2602.

［2］Hemming M A，Duarte C M.Seagrass Ecology［M］.Cambridge:Cambridge University Press，2000:20-23.

［3］Short F，Carruthers T，Dennison W，et al.Global seagrass distribution and diversity:A bioregional model［J］.Journal of Experimental Marine Biology and Ecology，2007，350(1-2):3-20.

［4］于函，馬有會，張巖，等.大葉藻的生態(tài)學特征及其與環(huán)境的關(guān)系［J］.海洋湖沼通報，2007(增刊):112-120.

［5］任國忠，張起信.移植大葉藻提高池養(yǎng)對蝦產(chǎn)量的研究［J］.海洋科學，1991，15(1):52-57.

［6］劉元剛，王光輝.大葉藻移植在海參養(yǎng)殖中的應用［J］.齊魯漁業(yè)，2006，23(4):12.

［7］高亞平，方建光，張繼紅，等.桑溝灣大葉藻有性繁殖特性的觀察研究［J］.漁業(yè)科學進展，2010，31(4):53-58.

［8］于函，馬有會，張巖，等.大葉藻花序的解剖結(jié)構(gòu)及超顯微結(jié)構(gòu)［J］.漁業(yè)科學進展，2009，30(3):131-134.

［9］Nejrup L，Pedersen M.Effects of salinity and water temperature on the ecological performance of Zostera marina［J］.Aquatic Botany，2008，88(3):239-246.

［10］Duarte C M.Seagrass nutrient content［J］.Marine Ecology Progress Series，1990，6(2):201-207.

［11］Hasegawa N，Iizumi H，Murkai H.Nitrogen dynamics of the surfgrass Phyllospadix iwatensis［J］.Marine Ecology Progress Series，2005，293:59-68.

［12］Reusch T B H，Chapman A R O，Gr?ger J P.Blue mussels Mytilus edulis do not interfere with eelgrass Zostera marina but fertilize shoot growth through biodeposition［J］.Marine Ecology Progress Series，1994，108:265-282.

［13］石雅君.兩種海草植物與土壤的關(guān)系及其葉片不同發(fā)育階段元素含量和熱值的研究［D］.南寧:廣西大學，2008.

［14］Short F T，Wyllie-Echeverria S.Natural and human-induced disturbance of seagrasses［J］.Environmental Conservation，1996，23(1):17-27.

［15］de Jonge V N，de Jong D J，van Katwijk M M.Policy plans and management measures to restore eelgrass(Zostera marina L.)in the Dutch Wadden Sea［J］.Helgoland Marine Research，2000，54(2):151-158.

［16］Van Katwijk M，Hermus D.Effects of water dynamics on Zostera marina:transplantation experiments in the intertidal Dutch Wadden Sea［J］.Marine Ecology Progress Series，2000，208:107-118.

［17］Harrison P G.Variations in demography of Zostera marina and Z.noltii on an intertidal gradient［J］.Aquatic Botany，1993，45(1):63-77.

［18］Olesen B，Sand-Jensen K.Seasonal acclimatization of eelgrass Zostera marina growth to light［J］.Marine Ecology Progress Series，1993，94:91-99.

［19］Jennifer H，Cebrián J，Valiela I.Eelgrass Zostera marina loss in temperate estuaries:relationship to land-derived nitrogen loads and effect of light limitation imposed by algae［J］.Marine Ecology Progress Series，2003，247(1):59-73.

［20］Dennison W C.Effects of light on seagrass photosynthesis，growth and depth distribution［J］.Aquatic Botany，1987，27(1):15-26.

［21］Moore K A，Wetzel R L.Seasonal variations in eelgrass(Zostera marina L.)responses to nutrient enrichment and reduced light availability in experimental ecosystems［J］.Journal of Experimental Marine Biology and Ecology，2000，244(1):1-28.

［22］Van Katwijk M，Wijgergangs L.Effects of locally varying exposure，sediment type and low-tide water cover on Zostera marina recruitment from seed［J］.Aquatic Botany，2004，80(1):1-12.

［23］江鑫，潘金華，韓厚偉，等.底質(zhì)與水深對大葉藻和叢生大葉藻分布的影響［J］.大連海洋大學學報，2012，27(2):101-104.

［24］Morita T，Okumura H，Abe M，et al.Density and distribution of seeds in bottom sediments in Zostera marina beds in Ago Bay，central Japan［J］.Aquatic Botany，2007，87(1):38-42.

［25］高亞平，方建光，張繼紅，等.桑溝灣大葉藻附著生物的季節(jié)變化［J］.漁業(yè)科學進展，2010，31(4):59-64.

［26］Fong C W，Lee S Y，Wu R S S.The effects of epiphytic algae and their grazers on the intertidal seagrass Zostera japonica［J］.Aquatic Botany，2000，67(4):251-261.

［27］Bos A R，Bouma T J，de Kort G L J，et al.Ecosystem engineering by annual intertidal seagrass beds:sediment accretion and modification［J］.Estuarine，Coastal and Shelf Science，2007，74:344-348.