刺參養(yǎng)殖池塘一種塑料人工參礁表面生態(tài)學(xué)特征初步研究

任貽超, 董雙林, 王修濱, 王 芳, 田相利, 高勤峰

(中國(guó)海洋大學(xué) 教育部海水養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266003)

刺參養(yǎng)殖池塘一種塑料人工參礁表面生態(tài)學(xué)特征初步研究

任貽超, 董雙林, 王修濱, 王 芳, 田相利, 高勤峰

(中國(guó)海洋大學(xué) 教育部海水養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 青島 266003)

人工參礁在中國(guó)刺參(Apostichopus japonicus(Selenka))養(yǎng)殖業(yè)中被廣泛應(yīng)用, 本文調(diào)查了 2008年春、秋季刺參池塘中一種塑料人工礁表面的生物群落結(jié)構(gòu)。采用沉積物捕捉器的方法調(diào)查了刺參池塘人工礁表面碳、氮、磷的循環(huán)及參礁的生態(tài)特征。結(jié)果表明, 春季礁體底棲動(dòng)物生物量及生物多樣性高于秋季, 底棲動(dòng)物均集中在礁體外表面的縫隙內(nèi), 4月礁體表面顆粒物, 底泥沉積物總有機(jī)碳(TOC)平均含量分別為41.9 mg/g和2.45 mg/g; 總氮(TN)平均含量分別為4.1 mg/g和0.2 mg/g。10月礁體表面顆粒物, 底泥沉積物TOC含量分別為27.5 mg/g和3.1 mg/g; TN平均含量分別3.1 mg/g和0.3 mg/g。4月TOC, TN沉積量分別達(dá)到711.2 mg/(m2·d)和70.7 mg/(m2·d); 10月TOC, TN沉積量分別為804.9 mg/(m2·d)和87.3 mg/(m2·d)。4月人工礁表面葉綠素/脫鎂葉綠素(Chla/Pheophytin)＞1, 表明礁體活體藻類(lèi)較多。10月人工礁表面Chla/Pheophytin＜1表明礁體表面降解顆粒物質(zhì)較多。人工礁為刺參提供遮蔽場(chǎng)所, 其表面生物膜為刺參提供優(yōu)質(zhì)食物, 同時(shí)可增加池塘底面積, 增強(qiáng)養(yǎng)殖系統(tǒng)穩(wěn)定性。

刺參(Apostichopus japonicus(Selenka)); 人工礁; 養(yǎng)殖池塘; TOC; TN; TP; 葉綠素

近年來(lái), 刺參(Apostichopus japonicus(Selenka))養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速, 并已在中國(guó)海水養(yǎng)殖中占據(jù)重要地位[1]。刺參的避光行為使得養(yǎng)殖過(guò)程中需要一定數(shù)量的遮蔽物(參礁)為其提供庇護(hù)[2-3]。人工參礁不僅是為刺參提供了遮蔽物, 同時(shí)其上生長(zhǎng)的生物還是刺參的天然餌料, 也助于養(yǎng)殖水質(zhì)的凈化。目前, 石塊、磚瓦作為參礁被廣泛應(yīng)用于刺參養(yǎng)殖池塘中。在一些刺參養(yǎng)殖場(chǎng)塑料參礁因其操作方便、價(jià)廉, 開(kāi)始成為石塊和磚瓦的代用品。

目前, 人工礁的使用對(duì)生態(tài)環(huán)境的作用尚存疑問(wèn)[4-5], 對(duì)海水養(yǎng)殖池塘中使用的人工礁的研究還較少。秦傳新等[6]調(diào)查了刺參養(yǎng)殖池塘不同類(lèi)型參礁對(duì)刺參生長(zhǎng)的影響, 但關(guān)于刺參養(yǎng)殖池塘人工參礁表面底棲生物群落結(jié)構(gòu)及其生態(tài)學(xué)特征還知之甚少。

刺參具有夏眠和冬眠的習(xí)性, 春、秋兩季是其主要的生長(zhǎng)季節(jié), 刺參生長(zhǎng)季節(jié)餌料的來(lái)源, 餌料的數(shù)量和質(zhì)量對(duì)刺參養(yǎng)殖起到至關(guān)重要的作用。本實(shí)驗(yàn)調(diào)查了2008年4月和10月刺參養(yǎng)殖池塘塑料參礁的底棲生物群落結(jié)構(gòu)及其生態(tài)學(xué)特征, 為人們了解人工參礁的功能及新型參礁的開(kāi)發(fā)和利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)時(shí)間為2008年4月和10月。實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于山東榮成刺參養(yǎng)殖池塘, 池塘面積約為 2 ha(200 m×100 m×2 m), 采用自然納潮進(jìn)行水交換。高潮期每天換水量約為池塘水量的40%～60%。池塘內(nèi)架設(shè)聚乙烯材料0.5 cm網(wǎng)目網(wǎng)制圍隔(8 m×8 m×2.5 m),網(wǎng)衣底邊埋入泥下30 cm。人工礁為塑料管制成(管徑12 cm, 長(zhǎng)40 cm), 四管成一組(圖1)。參礁投放時(shí)間為2007年4月。隨機(jī)選取5個(gè)圍隔, 每個(gè)圍隔內(nèi)平均排列人工參礁56組, 管口順?biāo)鞣较?。刺參苗種投放時(shí)間為2008年3月28日, 密度15 頭/m2,刺參個(gè)體平均體質(zhì)量約為2.5 g。實(shí)驗(yàn)期間池塘不投餌。

1.2 樣品采集與測(cè)定

每個(gè)圍隔隨機(jī)取 20組人工礁進(jìn)行底棲生物調(diào)查,人工礁由潛水員小心取出水面。大型底棲動(dòng)物用5%甲醛固定[7], 計(jì)數(shù)采用單位面積濕重進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。小型底棲動(dòng)物用5%甲醛固定, 虎紅染色, Ludox-TM懸浮離心后, 用0.5 mm和0.05 mm孔徑網(wǎng)篩篩選, 計(jì)數(shù)[8-9]。底棲藻類(lèi)用甲醛固定后, 用 Olympus光學(xué)顯微鏡在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行浮游植物鑒定、計(jì)數(shù)[7], 采用單位面積生物體數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。用硬毛刷將一定面積的人工基質(zhì)表面顆粒物樣品洗下, 在玻璃容器中定容至400 mL。等分三份: 一份用于底棲硅藻鑒定和計(jì)數(shù); 一份用90%的丙酮溶液提取, 分光光度法測(cè)定葉綠素(Chla)的含量, 具體方法參照《海洋調(diào)查規(guī)范》[7]; 一份置于烘箱中 60℃烘干至恒重, 冷卻至室溫后, 經(jīng)研磨, 1 mol/L HCl酸化除去無(wú)機(jī)碳, 用PE-24 CHN Analyzer測(cè)定其中的總有機(jī)碳(TOC)、總氮(TN)含量[10]。沉降顆粒物中總磷(TP)含量測(cè)定參照扈傳昱等的方法[11]。

圖1 塑料管人工參礁及實(shí)驗(yàn)池塘Fig. 1 Artifical reefs and the experimental pond

水體沉降顆粒物(TPM)采用有機(jī)玻璃制成的沉積物捕捉器采集。每個(gè)圍隔內(nèi)各設(shè)置 5個(gè)沉積物捕捉器(直徑110 mm, 深度550 mm)。捕捉器開(kāi)口處用網(wǎng)片遮蓋以防止大型游泳動(dòng)物進(jìn)入。捕捉器每 7天回收一次。沉積物捕捉器收回實(shí)驗(yàn)室后靜置6 h, 虹吸上覆海水, 蒸餾水洗鹽、烘干、稱(chēng)質(zhì)量。其中 1/2用于葉綠素及脫鎂葉綠素(pheophytin)含量測(cè)定; 另外1/2用于TOC、TN及TP含量測(cè)定, 方法同上?；厥粘练e物捕捉器的同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)采集水樣測(cè)定溫度、鹽度及 pH值。水樣固定后帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定溶解氧,同時(shí)測(cè)定水樣氨氮、TP、葉綠素含量及懸浮顆粒物(SPM)含量, 具體測(cè)定參照雷衍之的方法[12]。

用內(nèi)徑10 cm采泥器于每個(gè)捕捉器下方采集底泥沉積物樣品 1個(gè), 取表層 1 cm樣品帶回實(shí)驗(yàn)室,用于TOC、TN、TP、葉綠素及脫鎂葉綠素含量分析,測(cè)定方法同上。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用SPSS11.0軟件, 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了雙因子方差分析(Two-way ANOVA), 以P＜0.05作為差異顯著的標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)池塘水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)期間刺參養(yǎng)殖池塘水溫、鹽度、溶解氧、pH、葉綠素、懸浮顆粒物、氨氮及TP平均含量見(jiàn)表1。10月份水體葉綠素、懸浮顆粒物、氨氮及總磷平均含量略高于4月。

2.2 養(yǎng)殖池塘水體顆粒物沉降通量

4月和10月, 人工礁區(qū)TPM、TOC、TN、TP、葉綠素及脫鎂葉綠素平均沉積量見(jiàn)表 2。春季礁區(qū)TPM、TP、Chla及脫鎂葉綠素沉降通量小于秋季(P＜0.05)(表2)。

表1 刺參養(yǎng)殖池塘水質(zhì)狀況Tab. 1 Water quality of the sea cucumber culture pond

表2 池塘內(nèi)TPM、TOC、TN、TP、葉綠素和脫鎂葉綠素沉降通量Tab. 2 Sedimentation rates of TPM, TOC, TN, TP, Chl a and pheophytin

2.3 人工礁表?xiàng)锶郝?/h3>

人工礁上底棲動(dòng)物集中分布在四管相接的空隙內(nèi), 刺參占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。春季底棲動(dòng)物生物多樣性及生物量均顯著高于秋季。春季除刺參外主要有少量多毛類(lèi)、雙殼類(lèi)、小型甲殼類(lèi)、螺類(lèi)、渦蟲(chóng)、海鞘等; 春季礁體表面還附有大型藻類(lèi)滸苔。秋季有少量的多毛類(lèi)、小型甲殼類(lèi)及海鞘。小型底棲動(dòng)物主要有線蟲(chóng)和橈足類(lèi)。參礁上底棲硅藻 4月份以菱形藻屬的小新月菱形藻(Nitzschia closterium f.minutissima)及長(zhǎng)菱形藻(Nitzschiella longissima)占優(yōu)勢(shì), 底棲硅藻總生物量約為 1.1×108個(gè)/m2; 10月份以菱形藻屬(Nitzschiasp.)占絕對(duì)優(yōu)勢(shì), 底棲硅藻總生物量約為8.4×107個(gè)/m2。4月底棲硅藻生物量高于10月(表3)。

表3 人工礁表面棲息生物調(diào)查T(mén)ab. 3 Investigation of benthos on artificial reefs

2.4 人工礁體上顆粒物及底泥沉積物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量

4月, 人工參礁表面顆粒物中 TOC、TN及 TP平均含量分別為41.9、4.1、0.6 mg/g; 10月, 人工參礁表面沉積物TOC平均含量為27.5 mg/g, TN為2.8 mg/g, TP為0.5 mg/g。4月TOC、TN及TP在底泥沉積物中平均含量分別為2.45、0.2、0.4 mg/g; 10月底泥沉積物中TOC平均含量為3.1 mg/g, TN為0.3 mg/g, TP為0.5 mg/g。人工參礁表面顆粒物中TOC及 TN含量均顯著高于他們?cè)诘啄喑练e物中的含量(P＜0.05)(圖 2, 圖3)。4月人工參礁表面顆粒 TP含量略高于底泥, 而10月無(wú)顯著差異(P＞0.05)。

4月人工礁表面顆粒物中葉綠素和脫鎂葉綠素平均含量分別190.9 μg/g和102.4 μg/g, 在底泥沉積物中相應(yīng)值分別為2.0 μg/g和6.2 μg/g。10月, 人工參礁表面顆粒物葉綠素平均含量為 50.0 μg/g, 脫鎂葉綠素為134.7 μg/g, 底泥沉積物中葉綠素平均含量為3.2 μg/g, 脫鎂葉綠素平均含量為12.3 μg/g。

圖2 人工參礁表層顆粒物及底泥沉積物中TOC含量Fig. 2 TOC contents in particles collected from surface of artificial reefs and sediment

4月, 10月人工參礁上顆粒物中葉綠素及脫鎂葉綠素含量均顯著高于其在底泥中的含量(P＜0.05)。4月人工參礁上顆粒物中葉綠素含量高于脫鎂葉綠素含量, 而10月人工參礁上葉綠素含量低于脫鎂葉綠素含量(圖4)。4月, 10月底泥中葉綠素含量均低于脫鎂葉綠素含量(圖5)。

春季人工參礁上顆粒物平均干質(zhì)量為16.4 g/m2,秋季為44.1 g/m2, 春秋季差異顯著(P＞0.05)。春秋季沉降顆粒及參礁上顆粒物C/N相近, 而底泥C/N稍高(表4)。

圖3 人工參礁表層顆粒物中TN及TP含量Fig. 3 TN and TP contents in particles collected from surface of artifical reefs and sediment

圖4 人工參礁表層顆粒物質(zhì)葉綠素及脫鎂葉綠素含量Fig. 4 Chl а and pheophytin contents in the particles collected from surface of artificial reefs

圖5 底泥沉積物中葉綠素及脫鎂葉綠素含量Fig. 5 Chl a and Pheophytin contents in the sediment

表4 沉降顆粒物、人工參礁表層顆粒物及底泥沉積物中C/N比Tab. 4 C/N ratio in particles collected from sedimentation, surface of sea cucumber reef and sediment

3 討論

實(shí)驗(yàn)池塘海水中磷含量較低, 4月池塘水體N: P約為 40.3, 10月池塘水體 N: P約為 18.9, 均高于Redfield比值16, 因此, 磷是池塘初級(jí)生產(chǎn)力中主要限制性因子, 海洋底部的磷大部分來(lái)源于水體顆粒物沉降作用[13]。本實(shí)驗(yàn)中沉降顆粒、人工礁表面沉積物及底泥中TP含量相近。池塘納潮水中較低的磷含量導(dǎo)致池塘磷的沉積量較低, 通過(guò)經(jīng)常性換水可能提高養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)部磷含量。

4月份參礁表面聚集大量螺旋蟲(chóng)、石灰蟲(chóng)等管棲生物, 投放參苗個(gè)體小, 對(duì)參礁擾動(dòng)程度小, 參礁上生物量和多樣性都較高且礁體表面有大量絮狀物及硅藻等。隨著刺參個(gè)體生長(zhǎng)并對(duì)參礁的占據(jù), 導(dǎo)致秋季礁體表面棲息底棲動(dòng)物生物量較春季明顯減少。礁體表面物質(zhì)以沉積性顆粒及泥沙居多, 礁體上顆粒物質(zhì)TOC及TN含量10月較4月低, 其底棲硅藻生物量10月低于4月, 刺參擾動(dòng)對(duì)參礁群落構(gòu)成產(chǎn)生了顯著影響。

本實(shí)驗(yàn)中, 調(diào)查期間TPM沉積量分別達(dá)到21.0和 29.5 g/(m2·d), TOC 沉積量分別達(dá)到 711.2 mg/(m2·d)和804.9 mg/(m2·d), TN沉積量分別達(dá)到70.7 mg/(m2·d)和87.3 mg/(m2·d), 表明養(yǎng)殖池塘每天有大量顆粒物質(zhì)沉積到底部。沉降作用對(duì)人工礁生物膜形成產(chǎn)生重要影響。沉降顆粒 Chla/Pheophytin較低(均小于1)而TOC/Chla比值較高(均大于 150), 表明沉降顆粒大部分已在沉降過(guò)程中降解。研究發(fā)現(xiàn), 包括沉降顆粒在內(nèi)的沉積物中降解的有機(jī)物質(zhì)可作為底棲動(dòng)物優(yōu)質(zhì)的餌料來(lái)源, 而活的藻類(lèi)為底棲動(dòng)物攝食提供更多的食物儲(chǔ)備[14]。

4月礁體表面Chla/Pheophytin＞1, 且其Chla含量顯著高于沉降顆粒中葉綠素含量, 表明春季刺參池塘參礁表面顆粒物以活的藻類(lèi)為主, 其表面硅藻生物量可達(dá)到 1.1×108個(gè)/m2。少部分的大型藻類(lèi)滸苔在礁體表面著生可能是葉綠素含量高的另一原因。10月礁體表面Chla/Pheophytin＜1, 說(shuō)明秋季參礁表面顆粒物以被分解物質(zhì)為主, 可能主要來(lái)源于分解的有機(jī)碎屑沉降及再懸浮作用, 少部分來(lái)源于自生的底棲藻類(lèi)。人工參礁表面Chla及脫鎂葉綠素含量與沉降顆粒中Chla及脫鎂葉綠素含量相近, 人工參礁顆粒物與沉降顆粒C/N也相近(表4), 說(shuō)明沉降作用對(duì)參礁表面顆粒物組成影響很大。本實(shí)驗(yàn)中參礁表面顆粒物TOC、TN、Chla和脫鎂葉綠素含量均高于底泥的相應(yīng)指標(biāo), 提示參礁表面顆粒物對(duì)刺參更具營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

人工參礁不僅為刺參提供了遮蔽場(chǎng)所, 也是其天然料生產(chǎn)的重要場(chǎng)所。人工基質(zhì)表面固著生物的存在能夠增強(qiáng)硝化作用并有效減少水體內(nèi) NO2-N and TAN[15], 人工參礁表面著生的藻類(lèi)有利于池塘水質(zhì)改善和營(yíng)養(yǎng)鹽吸收, 有利于整個(gè)養(yǎng)殖系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。

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(本文編輯: 梁德海)

Preliminary study on ecological characteristics of one plastic artificial substrate in sea cucumberApostichopus japonicus(Selenka) culture pond

REN Yi-chao, DONG Shuang-lin, WANG Xiu-bin, WANG Fang,TIAN Xiang-li, GAO Qin-feng
(The Key Laboratory of Mariculture Ministry of Educaion, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

May,12,2012

sea cucumber; artificial reef; culture pond; TOC; TN; TP; Chla

Artificial substrates (AR) are widely used in Chinese sea cucumber culture ponds. The ecological characteristics of substrate in sea cucumber pond were investigated in the present study. The results showed that the biomass of zoo benthos on AR in spring was higher than that in autumn. The AR in sea cucumber culture pond provided shelters for the sea cucumber, moreover, the bio-film on the surface of AR formed by organic debris aggregates and benthic diatoms supply food source for the sea cucumber. In April, average content of TOC in particles collected from AR surface was 41.9 mg/g and it was 2.45 mg/g in sediment. Mean content of TN in particles of AR surface was 4.1 mg/g and it was 0.2 mg/g in sediment. In October, average TOC content in particles from AR and sediment was 27.5 mg/g and 3.1 mg/g, respectively. Mean TN content in particles from AR and sediment was 3.1 mg/g and 0.3 mg/g, respectively. TOC and TN sedimentation rates in April were 711.2 mg/(m2·d) and 70.7 mg/(m2·d), while they were 804.9 mg/(m2·d) and 87.3 mg/(m2·d) in October, respectively. The Chla/Pheo ratio of particles from AR was higher than 1 in April and it was lower than 1 in October. The AR in sea cucumber culture pond supply shelters for sea cucumber, meanwhile, it increase pond bottom area and enhance stability of culture system. In addition, the bio-film on reef was high quality food source for sea cucumber.

S967.4

A

1000-3096(2013)01-0029-06

2012-05-12;

2012-08-22

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(30871931); 國(guó)家 863計(jì)劃項(xiàng)目(2006AA10Z409)

任貽超(1983-), 男, 山東高密人, 博士, 從事水產(chǎn)養(yǎng)殖生態(tài)學(xué)研究; 董雙林, 通信作者, 電話: 0532-66782697, E-mail: dongsl@ouc.edu.cn