達(dá)里湖瓦氏雅羅魚耳石質(zhì)量與年齡關(guān)系

徐聚臣，段友健，駱小年，蔡忠璐，何 宇，劉 旋，劉嘉誠(chéng)，韓牧軒，孫立孝

(1.大連海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧 大連 116021；2.達(dá)里湖漁場(chǎng)，內(nèi)蒙古 赤峰 024000)

魚類硬組織上所具有的輪紋一直被廣泛用作魚類年齡鑒定工作。耳石作為魚體內(nèi)部沉積的鈣化結(jié)石組織，在其形成過程中由于形成了清晰的輪紋形態(tài)結(jié)構(gòu)和保持了穩(wěn)定化學(xué)組成，從而記錄了個(gè)體生活史中豐富的信息[1]。Reibisch[2]最早發(fā)現(xiàn)耳石上的年輪，1971年P(guān)annella[3]首先報(bào)道了銀無須鱈(Merlucciusbilinearis)耳石上存在日輪，此后耳石開始作為常見材料運(yùn)用到魚類年齡鑒定工作中。后續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，由于耳石具有不斷生長(zhǎng)的特點(diǎn)[4]，耳石質(zhì)量分析也成為鑒定或輔助魚類年齡的一種方法。

達(dá)里湖又稱為達(dá)里諾爾湖，位于內(nèi)蒙古貢格爾草原，是內(nèi)蒙古第二大內(nèi)陸湖泊，屬于典型的高堿碳酸鹽型半咸水湖泊，pH 超過9.6，地質(zhì)證據(jù)和湖泊演化歷史表明，該湖是在全新世晚期以來，在數(shù)千年的時(shí)間內(nèi)由淡水湖泊快速演化而成[5]。由于過高的堿度和pH以及Ca2+的缺乏，湖里僅存有瓦氏雅羅魚(Leuciscuswaleckii)、鯽魚(Carassiusauratus)、達(dá)里湖高原鰍(Triplophysadalaica)和麥穗魚(Pseudorasboraparva)4種魚類[6]。其中，瓦氏雅羅魚具有極強(qiáng)的耐寒耐鹽堿能力，是達(dá)里湖中最主要的經(jīng)濟(jì)魚類。當(dāng)前達(dá)里湖魚類資源受全球性氣候周期性波動(dòng)、鳥類捕食以及人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的影響，漁業(yè)資源量明顯減少。瓦氏雅羅魚是達(dá)里湖內(nèi)的優(yōu)勢(shì)種類，在生態(tài)系統(tǒng)中扮演著重要角色，其資源量的變動(dòng)、消失或者遷徙會(huì)引起湖泊生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的失衡。魚類的年齡鑒定對(duì)漁業(yè)資源的評(píng)估具有重要的意義，達(dá)里湖瓦氏雅羅魚的年齡生長(zhǎng)的研究目前主要集中在以鱗片作為年齡鑒定材料方面。解玉浩等[7]認(rèn)為，該魚鱗片的年輪特征與鯉魚(Cyprinuscarpio)較為相近。張建明等[8]的研究表明，該魚年齡組成以3齡和4齡為主，且年齡組成簡(jiǎn)單。安曉萍等[9]的研究同樣表明，3～4齡為該魚的主要年齡組成，但漁獲物中未出現(xiàn)1齡樣本。蔡忠璐等[10]對(duì)達(dá)里湖瓦氏雅羅魚微耳石、鱗片、脊椎骨、鰓蓋骨和匙骨5種年齡鑒定材料進(jìn)行了比較，結(jié)果表明，耳石鑒定結(jié)果吻合率最高，是達(dá)里湖瓦氏雅羅魚的最佳年齡鑒定材料。筆者旨在研究達(dá)里湖瓦氏雅羅魚微耳石質(zhì)量和年齡的關(guān)系，為其在后續(xù)年齡鑒定乃至漁業(yè)資源保護(hù)方面提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品來源

2017年5月至2018年1月期間，在內(nèi)蒙古達(dá)里湖按季度4次隨機(jī)采集瓦氏雅羅魚404尾，在新鮮狀態(tài)下測(cè)量其全長(zhǎng)、體長(zhǎng)(精確至1 mm)和體質(zhì)量(精確至0.1 g)等常規(guī)生物學(xué)指標(biāo)，并提取左、右微耳石。

1.2 耳石處理

耳石編號(hào)后采用酒精浸泡清洗去除薄膜和黏液，將耳石放入烘箱中以60 ℃烘干24 h，用電子天平稱量其左右耳石的質(zhì)量(精確至0.0001 g)。使用熱熔膠將耳石統(tǒng)一按一定方向固定于載玻片上[11]，依次用1000#、1200#、1500#、2000#砂紙適當(dāng)打磨，打磨過程中要將砂紙濕潤(rùn)，防止耳石打磨碎裂，然后用拋光紙拋光，再將熱熔膠高溫熔化取下耳石，用透光率更高的透明指甲油將打磨的平面固定在載玻片上翻面打磨，同樣方法打磨耳石另一方向，打磨過程中需頻繁在顯微鏡下觀察，直至出現(xiàn)清晰輪紋。方法參照文獻(xiàn)[12]，確定并讀取年齡。根據(jù)具體年輪特征和采樣時(shí)間將讀取年齡四舍五入至整數(shù)齡。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

瓦氏雅羅魚左、右微耳石的質(zhì)量的成對(duì)t檢驗(yàn)結(jié)果表明，左、右耳石無顯著質(zhì)量差異(P>0.05)，統(tǒng)一采用左側(cè)耳石稱量質(zhì)量。分別采用直線、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)和多項(xiàng)式4種回歸方程擬合耳石質(zhì)量與體長(zhǎng)、年齡之間的關(guān)系以及體長(zhǎng)與年齡之間的關(guān)系。選用相關(guān)系數(shù)(r2)最高的作為最優(yōu)擬合方程。數(shù)據(jù)分析與圖表制作使用Excel 2010和SPSS 25軟件完成。

2 結(jié) 果

2.1 瓦氏雅羅魚耳石輪紋特征

耳石磨片在透光條件下，由中央核心區(qū)向邊緣逐漸變淡(圖1)。輪紋中較寬的亮帶與較窄的暗帶交替出現(xiàn)，其分別對(duì)應(yīng)夏季的快速生長(zhǎng)期和冬季的緩慢生長(zhǎng)期。透明帶與不透明帶交界處即為年輪。年輪在靠近核心區(qū)分布間距較為寬大，向核外則逐漸縮小。

圖1 瓦氏雅羅魚微耳石磨片年輪特征Fig.1 Annual ring characteristics of lapillus of Amur ide L.waleckii

2.2 瓦氏雅羅魚年齡結(jié)構(gòu)

將404個(gè)樣本年齡分布、耳石質(zhì)量和體長(zhǎng)匯總整理(表1、圖2)。由表1、圖2可見，鑒定的瓦氏雅羅魚最小年齡為1齡，最大年齡為13齡。該種群以3齡和4齡魚為優(yōu)勢(shì)，占總樣本數(shù)的58.6%，其中3齡魚127尾，占總樣本數(shù)31.4%，4齡魚110尾，占總樣本數(shù)27.2%。

表1 瓦氏雅羅魚各年齡組耳石質(zhì)量、體長(zhǎng)與體質(zhì)量統(tǒng)計(jì)分布Tab.1 Statistical distribution of otolith weight,body length and body weight of Amur ide L.waleckii in each age group

圖2 瓦氏雅羅魚各年齡組樣本數(shù)量分布Fig.2 The sample number distribution of Amur ide L.waleckii in different age groups

2.3 耳石質(zhì)量與體長(zhǎng)、年齡的關(guān)系

對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，以相關(guān)系數(shù)(r2)作為選擇指標(biāo)，選擇r2最高的作為最佳擬合方程。

耳石質(zhì)量與年齡關(guān)系：mO=-0.0445A2+1.9601A-1.3978(r2=0.8772)

(1)

耳石質(zhì)量與體長(zhǎng)關(guān)系：mO=0.00001L2.5454(r2=0.8619)

(2)

體長(zhǎng)與年齡關(guān)系：L=-2.0062A2+35.717A+70.04(r2=0.7484)

(3)

耳石質(zhì)量/體長(zhǎng)與年齡的關(guān)系：mO/L=0.0001A2+0.0068A+0.0056(r2=0.8257)

(4)

式中，mO為耳石質(zhì)量，A為年齡，L為體長(zhǎng)。

由擬合方程(表2)可以看出，除耳石質(zhì)量與體長(zhǎng)最佳擬合方程為冪函數(shù)外，其余均為多項(xiàng)式。在多項(xiàng)式擬合方程中，高次多項(xiàng)式擬合方程的相關(guān)系數(shù)略高于低次多項(xiàng)式，但由于多次多項(xiàng)式方程較二次多項(xiàng)式相關(guān)系數(shù)提高并不顯著，且擬合方程形式過于復(fù)雜。故在此選用二次多項(xiàng)式最佳。

表2 耳石質(zhì)量與年齡擬合多項(xiàng)式方程Tab.2 The fitting polynomial equations between otolith weight and age

2.4 耳石質(zhì)量與體長(zhǎng)的重疊度

瓦氏雅羅魚各年齡組間耳石質(zhì)量和體長(zhǎng)均有不同程度的重疊(圖3、圖4)，各年齡組耳石質(zhì)量平均重疊度為48.7%，體長(zhǎng)重疊度達(dá)77.3%。7齡以下瓦氏雅羅魚的耳石質(zhì)量平均重疊度為46.2%，8齡、9齡及10齡瓦氏雅羅魚的耳石質(zhì)量與體長(zhǎng)的重疊度分別為100%、82.5%、97.3%；7齡以下瓦氏雅羅魚的體長(zhǎng)平均重疊度為62.5%，8至10齡的平均重疊度為86.4%。高齡個(gè)體的耳石質(zhì)量和體長(zhǎng)因樣本量太少而不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖3 瓦氏雅羅魚耳石質(zhì)量與年齡分布Fig 3 Distribution between otolith weight and age of Amur ide L.waleckii

圖4 瓦氏雅羅魚體長(zhǎng)與年齡分布Fig 4 Distribution between body length and age of Amur ide L.waleckii

2.5 用耳石質(zhì)量檢驗(yàn)耳石年齡讀數(shù)的準(zhǔn)確性

通過擬合方程可見，用耳石質(zhì)量作為指標(biāo)與年齡、體長(zhǎng)等建立的關(guān)系方程其相關(guān)系數(shù)(r2)均在0.82以上，明顯高于體長(zhǎng)與年齡的擬合方程的相關(guān)系數(shù)(r2=0.7484)。且耳石質(zhì)量與年齡的相關(guān)性比與體長(zhǎng)的相關(guān)性更高[方程(1)r2>方程(2)r2]，說明耳石質(zhì)量與年齡關(guān)系更加緊密。因此，可選用耳石質(zhì)量進(jìn)行年齡鑒定。

由圖2和圖5可見，瓦氏雅羅魚的年齡組成分布和耳石質(zhì)量分布趨勢(shì)十分相似 。χ2檢驗(yàn)的結(jié)果顯示，年齡分布頻率和耳石質(zhì)量分布頻率之間無顯著差異(P>0.05)。由此也可以看出，由耳石質(zhì)量鑒定瓦氏雅羅魚的年齡是可行的。

圖5 瓦氏雅羅魚微耳石質(zhì)量分布Fig 5 Weight distribution of lapillus in Amur ide L.waleckii

2.6 用耳石質(zhì)量直接估算年齡

圖6 瓦氏雅羅魚推算年齡與計(jì)數(shù)年齡分布Fig.6 Distribution of estimated age and counting age of Amur ide L.waleckii

3 討 論

3.1 耳石質(zhì)量估算魚類年齡的優(yōu)點(diǎn)

諸多研究表明，耳石作為魚類年齡的鑒定材料，其穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性優(yōu)于其他骨質(zhì)材料[13-17]。尤其對(duì)于高齡個(gè)體的年齡鑒定，耳石能夠降低讀齡過程中的誤差[18-20]。目前最常見的耳石處理方法有直接觀察、斷裂灼燒和包埋打磨。后兩者方法操作較為復(fù)雜，而直接觀察多用于耳石小而薄的魚種[21]。因此，耳石質(zhì)量推斷年齡是一種新的年齡鑒定方法。有研究表明[22-25]，耳石質(zhì)量和年齡關(guān)系密切，其質(zhì)量隨年齡的增大呈線性增加，耳石質(zhì)量可以作為許多魚類的年齡鑒定材料。由于耳石獲取較為簡(jiǎn)單，且其質(zhì)量可以被準(zhǔn)確重復(fù)測(cè)定。諸多學(xué)者已使用該方法進(jìn)行魚類年齡的測(cè)定，并認(rèn)為該方法相比于讀取耳石輪紋具有方法快捷、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[26-30]。

3.2 耳石質(zhì)量作為達(dá)里湖瓦氏雅羅魚年齡鑒定的可行性

根據(jù)對(duì)達(dá)里湖水環(huán)境調(diào)查顯示[31-32]，近年來達(dá)里湖水位連年下降，導(dǎo)致其水化學(xué)常規(guī)指標(biāo)普遍上升。堿度均值由44.9 mmol/L增至53.6 mmol/L，鹽度由6.24 g/L增至6.46 g/L。張玉等[33]在2007年5月的調(diào)查顯示，此時(shí)湖水平均溶解氧水平達(dá)到8.04 mmol/L，pH為7.11～9.82。在達(dá)里湖這種高鹽堿高pH的水體中生活的瓦氏雅羅魚具有生長(zhǎng)速度緩慢、壽命較長(zhǎng)的特點(diǎn)。Pawson[34]對(duì)金色小沙丁魚(Sardinellaaurita)的研究表明，對(duì)生長(zhǎng)速度過快的魚類，耳石質(zhì)量鑒定年齡的方法不一定準(zhǔn)確。因此對(duì)于瓦氏雅羅魚這類生長(zhǎng)緩慢，壽命較長(zhǎng)的種類，使用耳石質(zhì)量鑒定年齡不失為一種好的方法。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，瓦氏雅羅魚耳石質(zhì)量和年齡呈顯著相關(guān)。通過不同年齡組耳石質(zhì)量與體長(zhǎng)分布圖及耳石質(zhì)量與年齡分布圖可見，耳石質(zhì)量受年齡影響較大，和年齡之間存在一定函數(shù)關(guān)系。用耳石質(zhì)量推算的年齡和實(shí)際年齡對(duì)比并無明顯差異，因此，可以認(rèn)為耳石質(zhì)量可以作為瓦氏雅羅魚年齡鑒定的手段。

3.3 存在的問題與展望

使用耳石質(zhì)量鑒定年齡目前還存在如何提升精確度和準(zhǔn)確度的問題。使用耳石質(zhì)量直接推測(cè)年齡與直接讀取耳石輪紋鑒定年齡相比，還是缺乏更加準(zhǔn)確直觀的判斷效果。目前對(duì)耳石生長(zhǎng)機(jī)理研究并不完全清楚，已有諸多研究表明，耳石的生長(zhǎng)在一定程度上受到體長(zhǎng)生長(zhǎng)及水環(huán)境的影響，如安氏新銀魚(Neosalanxanderssoni)，其矢耳石長(zhǎng)半徑與體長(zhǎng)存在線性關(guān)系[35]。因此對(duì)耳石形成和生長(zhǎng)機(jī)理研究的深入對(duì)建立更加合理的數(shù)學(xué)模型有著巨大的幫助。

瓦氏雅羅魚作為一種高價(jià)值的經(jīng)濟(jì)魚類，長(zhǎng)期捕撈和急劇的氣候變化會(huì)導(dǎo)致種群一定程度上的年齡組成結(jié)構(gòu)單一，這種情況對(duì)建立的數(shù)學(xué)模型精確度會(huì)產(chǎn)生一定影響。所以，針對(duì)高齡魚樣本還需要進(jìn)一步探討。盡管如此，使用耳石質(zhì)量鑒定瓦氏雅羅魚年齡具有科學(xué)性和客觀性，相對(duì)于其他年齡鑒定方法，其過程簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、快捷的優(yōu)點(diǎn)均使得其在年齡鑒定和漁業(yè)資源評(píng)估等工作中有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。