大欽島不同養(yǎng)殖年限深水網(wǎng)箱沉積物微生物群落結(jié)構(gòu)分析

解維俊, 趙玉庭, 劉元進, 胡順鑫, 姜海濱, 韓慧宗, 王騰騰, 王 斐, 李兆龍, 張明亮

大欽島不同養(yǎng)殖年限深水網(wǎng)箱沉積物微生物群落結(jié)構(gòu)分析

解維俊1, 2, 趙玉庭2, 劉元進2, 胡順鑫2, 姜海濱2, 韓慧宗2, 王騰騰2, 王 斐2, 李兆龍1, 2, 張明亮2

(1. 上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院, 上海 201306; 2. 山東省海洋資源與環(huán)境研究院, 山東 煙臺 264006)

為研究深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖年限對沉積物微生物群落結(jié)構(gòu)的影響, 分別對大欽島海域養(yǎng)殖3、8、13、18 a網(wǎng)箱以及非養(yǎng)殖區(qū)(DZ)表層沉積物(0～2 cm)進行16S rDNA高通量測序。結(jié)果顯示, 長年網(wǎng)箱養(yǎng)殖(13、18 a)區(qū)域沉積物菌群的豐富度和多樣性均顯著高于短期網(wǎng)箱養(yǎng)殖(3、8a)區(qū)域(<0.05)。隨著養(yǎng)殖年限的增加, 網(wǎng)箱沉積物優(yōu)勢菌門變化顯著(<0.05), 短期網(wǎng)箱養(yǎng)殖(3、8 a)和非養(yǎng)殖區(qū)(DZ)沉積物主要優(yōu)勢菌門為擬桿菌門(Bacteroidota), 變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes), 長年網(wǎng)箱養(yǎng)殖(13、18 a)沉積物主要優(yōu)勢菌門為擬桿菌門, 變形菌門、脫硫菌門(Desulfobacterota)。影響網(wǎng)箱養(yǎng)殖沉積物菌群結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)環(huán)境因子為Hg、Cd、有機碳以及石油類。冰鮮野雜魚的投喂可能是大欽島長年網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境惡化的重要因素之一, 應(yīng)推廣綠色環(huán)保型配合飼料的使用, 并采用微生物(以厭氧不產(chǎn)氧光合細(xì)菌為主的微生態(tài)制劑)、大型生物(刺參及大型藻類)相結(jié)合的協(xié)同治理手段進行污染沉積物修復(fù), 推進深水網(wǎng)箱的健康養(yǎng)殖和可持續(xù)發(fā)展。

深水網(wǎng)箱; 養(yǎng)殖年限; 沉積物; 微生物群落

淺海網(wǎng)箱養(yǎng)殖是近海生態(tài)環(huán)境惡化的重要因素之一[1]。殘餌、糞便等有機物質(zhì)在海底的沉降和堆積會導(dǎo)致底棲環(huán)境呈缺氧或無氧狀態(tài), 從而顯著改變底棲微生物群落結(jié)構(gòu)[2]。隨著底棲環(huán)境進一步的惡化, 硫酸鹽還原菌將成為優(yōu)勢類群, 致使硫化物和非離子態(tài)的硫化氫大量富集, 極易產(chǎn)生毒害作用[3]。為了減輕網(wǎng)箱養(yǎng)殖帶來的生態(tài)危害, 中國近幾年大力發(fā)展深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖[4-5], 將養(yǎng)殖網(wǎng)箱從水深10 m以內(nèi)的淺海搬到水深20 m以上的深水區(qū)域。但深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖是否有利于海洋生態(tài)環(huán)境的保護, 仍缺乏系統(tǒng)研究。盡管已有大量研究關(guān)注深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖對底棲環(huán)境、微生物群落結(jié)構(gòu)的影響, 如網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動可能會增加沉積物中總氮、總磷、有機碳和硫化物的含量[6]以及提高沉積物菌群的豐富度和多樣性[7], 并且對大型底棲生物的分布[8]存在明顯影響, 但中國深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖開展較晚, 缺乏對長期養(yǎng)殖環(huán)境效果的研究。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

根據(jù)養(yǎng)殖起始年份將大欽島網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)劃分為不同的采樣區(qū)域3、8、13、18 a以及非養(yǎng)殖區(qū)(DZ)5個區(qū)域(表1), 采樣網(wǎng)箱自投放入海以來均以許氏平鲉幼苗(6 cm左右)為養(yǎng)殖對象, 餌料以冰鮮野雜魚為主, 于2021年6月進行了調(diào)查取樣(圖1)。使用彼得森采泥器采集樣點的表層沉積物(0～2 cm), 每個采樣區(qū)域選取3個網(wǎng)箱表層沉積物作為平行樣品, 每個平行樣品由5點法采集混合而成, 將樣品放在無菌聚乙烯自封袋中, 置于便攜式冰箱帶回實驗室分析。樣品分為2部分, 一部分存放在5 mL凍存管中置于–80 ℃冰箱用于微生物群落結(jié)構(gòu)和多樣性分析, 另一部分自然風(fēng)干后研磨存儲于4 ℃冰箱中用于理化性質(zhì)測定。

表1 大欽島網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)各采樣點詳細(xì)情況

圖1 大欽島網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)各采樣位點分布

1.2 沉積物理化指標(biāo)分析方法

測定了硫化物、有機碳、Cu、Zn、Cr、Hg、Cd、Pb、As及石油類等指標(biāo)。硫化物測定用亞甲基藍(lán)分光光度法(GB17378.5—2007), 有機碳測定用重鉻酸鉀氧化-還原容量法(GB17378.5—2007), Cu、Zn、Cr、Cd、Pb及As測定用電感耦合等離子體質(zhì)譜法(HY/T147.2—2013), Hg測定用電子熒光法(GB17378.5—2007), 石油類測定用紫外分光光度法(GB17378.5—2007)。

1.3 高通量測序

將裝有沉積物樣品的5 mL凍存管送至上海歐易生物醫(yī)學(xué)科技有限公司, 進行PCR擴增和高通量測序。土壤基因組由Magen核酸提取試劑盒(MagPure Soil DNA KF Kit)提取, 利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測其純度和完整度。針對V3-V4區(qū)域設(shè)計特異引物進行PCR擴增, 前端引物為343F-5′- TACGGRAGGCAGCAG-3′, 后端引物為798R-5′- AGGGTATCTAATCCT-3′, 將樣品的PCR產(chǎn)物在Illumina Miseq平臺上進行高通量測序。

1.4 數(shù)據(jù)分析

將測序得到的原始FASTQ文件用Trimmo-matic[10]軟件過濾去除質(zhì)量低或模糊的堿基以及長度小于50 bp的序列, 得到的雙端數(shù)據(jù)使用FLASH[11]軟件進行拼接, 同時過濾去除Barcode和引物序列以及長度小于200 bp的序列, 得到clean tags序列。最后用UCHIME[12]軟件去除嵌合體序列, 得到可用于后續(xù)劃分OTU的有效序列Valid tags。用VSEARCH[13]軟件將優(yōu)質(zhì)序列Valid tags以97%相似度進行OTU分類, 隨后將個OTU中豐度最大的序列作為代表序列, 對比Silva (www.arb-silva.de), Greengene (http:// greengenes.secondgenome.com/)數(shù)據(jù)庫并使用RDP classifier軟件進行物種比對注釋, 保留置信度>0.7的注釋結(jié)果, 采用QIIME[14]軟件對OTU進行α多樣性指數(shù)分析。β多樣性和差異OTUs分析使用R語言(www.r-project.org)統(tǒng)計軟件進行分析。

用 WPS Excle 2019處理數(shù)據(jù), Surfer繪制采樣點分布地圖, 并用SPSS 24.0軟件進行單因素方差分析(One-Way ANOVA)和相關(guān)性分析,<0.05為差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 沉積物理化性質(zhì)

各區(qū)域有機碳、Cu、Zn、Cr、Hg、Cd、Pb、As和石油類含量差異均不顯著(>0.05), 說明深水網(wǎng)箱長年養(yǎng)殖并未對底棲環(huán)境造成深遠(yuǎn)影響(表2)。但養(yǎng)殖18 a區(qū)域硫化物含量最高, 且顯著高于對照區(qū)域(<0.05), 含量增長了97.44%, 表明長年養(yǎng)殖促進了硫化物的積累。盡管養(yǎng)殖18 a區(qū)域硫化物含量仍符合一級海洋沉積物評價標(biāo)準(zhǔn)(GB18668—2002), 但高濃度的硫化物將會對海洋生物產(chǎn)生危害, 長年養(yǎng)殖無疑增加了底棲環(huán)境的生態(tài)風(fēng)險。除Cr外, 其余各監(jiān)測指標(biāo)均符合一級海洋沉積物評價標(biāo)準(zhǔn), 但各區(qū)域Cr含量差異不顯著(>0.05), 表明該區(qū)域Cr本底值較高, 深水網(wǎng)箱養(yǎng)殖并沒有明顯增加其含量。

表2 養(yǎng)殖網(wǎng)箱沉積物理化因子測定結(jié)果

注: 表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)

2.2 高通量測序結(jié)果

不同養(yǎng)殖年限網(wǎng)箱沉積物樣品經(jīng)高通量測序得到clean tags (拼接后的tags數(shù)目) 68 525～73 761條, 有效序列52 274～67 696條, 聚類于1 662～5 207個OTUs。樣品測序覆蓋率為96.52%～99.04%, 說明測序可以很好地覆蓋物種信息, 抽樣充分。養(yǎng)殖3、8、13、18 a以及非養(yǎng)殖區(qū)(DZ)中分別測到的OTU個數(shù)為5 954、6 079、7 385、7 659和6 119個。不同養(yǎng)殖年限網(wǎng)箱沉積物共有的OTU數(shù)目為1 807個, 約占各采樣點總OTU數(shù)目的25%。5個采樣區(qū)域特有的OTU數(shù)目分別為: 904個(占3 a總OTU個數(shù)的15.2%)、1 317個(占8 a總OTU個數(shù)的21.7%)、1 325個(占18 a總OTU個數(shù)的17.9%)、1 512(占18 a總OTU個數(shù)的19.7%)、1 299個(占非養(yǎng)殖區(qū)總OTU個數(shù)的21.2%)。該數(shù)據(jù)表明, 各養(yǎng)殖年限網(wǎng)箱沉積物特有的微生物種類較多, 微生物的組成存在差異性, 總體來說長年養(yǎng)殖對網(wǎng)箱沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)具有明顯影響, 提高了沉積物微生物菌群的豐富度。

圖2 不同養(yǎng)殖年限網(wǎng)箱沉積物中的微生物群落韋恩圖

2.3 網(wǎng)箱養(yǎng)殖年限對沉積物微生物α多樣性的影響

采用Chao1、物種豐富度Richness、Shannon、Simpson等指數(shù)對沉積物樣本α多樣性進行評估, 結(jié)果(表3)顯示。不同養(yǎng)殖年限網(wǎng)箱沉積物菌群豐富度和多樣性都具有顯著性差異(<0.05), 隨養(yǎng)殖年限的增加, 養(yǎng)殖網(wǎng)箱沉積物菌群的豐富度和多樣性均呈上升趨勢, 且長年養(yǎng)殖網(wǎng)箱(13、18 a)沉積物菌群豐富度和多樣性顯著大于其他區(qū)域(<0.05), 說明養(yǎng)殖年限可能是影響網(wǎng)箱沉積物細(xì)菌群落豐富度和多樣性的重要因素之一。

2.4 網(wǎng)箱養(yǎng)殖年限對沉積物微生物群落的影響

5個區(qū)域沉積物細(xì)菌在門水平上豐度排名前10的門類分別為擬桿菌門(Bacteroidota), 變形菌門(Proteobacteria)、厚壁菌門(Firmicutes)、脫硫菌門(Desulfobacterota)彎曲桿菌門(Campilobacterota)酸桿菌門(Acidobacteriota)、黏球菌門(Myxococcota)放線菌門(Actinobacteriota)NB1-j和芽孢桿菌門(Gemmatimonadota)(圖3)。不同養(yǎng)殖年限網(wǎng)箱沉積物菌群組成在門水平上具有顯著差異, 養(yǎng)殖3、8 a以及非養(yǎng)殖區(qū)(DZ)的主要優(yōu)勢菌門為擬桿菌門, 變形菌門和厚壁菌門(總相對豐度>61.77%), 養(yǎng)殖13、18 a的主要優(yōu)勢菌門為擬桿菌門, 變形菌門和脫硫菌門(總相對豐度>61.98%)。養(yǎng)殖3、8 a網(wǎng)箱沉積物厚壁菌門相對豐度分別為28.16%、32.70%, 養(yǎng)殖13、18 a網(wǎng)箱沉積物厚壁菌門相對豐度分別為5.60%、7.26%, 長年養(yǎng)殖顯著降低了厚壁菌門的相對豐度(<0.05)。養(yǎng)殖3、8 a網(wǎng)箱沉積物脫硫菌門相對豐度分別為9.90%、12.23%, 養(yǎng)殖13、18 a網(wǎng)箱沉積物脫硫菌門相對豐度分別為25.53%、16.80%, 長年養(yǎng)殖顯著提升了脫硫菌門的相對豐度(<0.05)。非養(yǎng)殖區(qū)沉積物檢測出的擬桿菌門相對豐度(37.60%)高于所有養(yǎng)殖區(qū)沉積物擬桿菌門相對豐度(<20.50%), 并且顯著高于其在養(yǎng)殖8、13 a沉積物中的相對豐度(<0.05)。變形菌門的相對豐度在5個區(qū)域差異不顯著(0.05), 其他菌門相對豐度較小, 不同區(qū)域差異也不顯著(0.05)。

表3 各位點沉積物α多樣性分析

注: 表中同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異顯著(<0.05)

圖3 沉積物微生物群落組成(門水平)

菌屬水平下, 不同養(yǎng)殖年限網(wǎng)箱沉積物優(yōu)勢菌屬(相對豐度>2%)呈現(xiàn)出顯著性差異(<0.05)(圖4)。養(yǎng)殖3 a網(wǎng)箱沉積物優(yōu)勢菌主要隸屬于硫卵菌屬(S)(10.45%)、嗜中溫溫暖桿菌() (5.54%)、擬桿菌屬()(5.40%)、毛囊菌屬()(3.84%)和(2.52%)。養(yǎng)殖8 a網(wǎng)箱沉積物優(yōu)勢菌主要隸屬于硫卵菌屬(10.71%)、(5.40%)、毛囊菌屬(4.40%)和毛螺菌科()(2.74%)。養(yǎng)殖13 a網(wǎng)箱沉積物優(yōu)勢菌主要隸屬于(9.16%)、硫卵菌屬(7.63%)、(2.97%)、(2.74%)、(2.29%)、海球菌屬()(2.26%)和伍斯菌屬()(2.08%)。養(yǎng)殖18 a網(wǎng)箱沉積物優(yōu)勢菌主要隸屬于硫卵菌屬(11.54%)、(5.49%)、毛囊菌屬(2.90%)、(2.40%)、伍斯菌屬(2.27%)和擬桿菌屬(2.20%)。非養(yǎng)殖區(qū)(DZ)沉積物優(yōu)勢菌主要隸屬于擬桿菌屬(16.13%)、毛囊菌屬(11.81%)、另枝菌屬()(3.68%)、毛螺菌科(3.49%)和硫卵菌屬(2.93%)。5個區(qū)域沉積物優(yōu)勢菌屬均包含硫卵菌屬, 且其在4個養(yǎng)殖網(wǎng)箱區(qū)域沉積物的相對豐度均顯著大于非養(yǎng)殖區(qū)(DZ) (<0.05)。僅是4個養(yǎng)殖網(wǎng)箱區(qū)域沉積物的優(yōu)勢菌屬, 且其在養(yǎng)殖8、13、18 a網(wǎng)箱沉積物的相對豐度均顯著大于非養(yǎng)殖區(qū)(DZ)(1.66%)(<0.05)。擬桿菌屬、毛囊菌屬是非養(yǎng)殖區(qū)沉積物的優(yōu)勢菌屬且相對豐度較高, 顯著高于其在養(yǎng)殖區(qū)域沉積物的相對豐度(<0.05)。

圖4 沉積物微生物群落組成(屬水平)

選取樣品相對豐度前30的菌屬進行聚類分析, 并繪制Heatmap圖(圖5)。在屬分類水平上可以看出, 硫卵菌屬隨養(yǎng)殖年限的增加呈現(xiàn)先降低后上升的趨勢, 與硫化物含量變化趨勢一致。隨養(yǎng)殖年限的增加, 優(yōu)勢菌屬的數(shù)量也增加。由聚類結(jié)果可知, 養(yǎng)殖3、8 a可以聚為一支, 養(yǎng)殖13、18 a可以聚為一支, 隨后4個養(yǎng)殖區(qū)聚為一支, 非養(yǎng)殖區(qū)單獨為一支。同時, 采用主成分分析(PCA)對不同養(yǎng)殖年限網(wǎng)箱沉積物菌落結(jié)構(gòu)差異進行分析(圖6), 分析結(jié)果與聚類分析結(jié)果較為相似, 養(yǎng)殖3、8 a與非養(yǎng)殖區(qū)(DZ)在第一主成分上和養(yǎng)殖13、18 a被明顯地區(qū)分, 說明網(wǎng)箱養(yǎng)殖年限明顯影響沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。部分區(qū)域的3個重復(fù)樣品的聚集性較差, 組內(nèi)細(xì)菌群落組成存在差異, 原因是同一養(yǎng)殖年限網(wǎng)箱區(qū)域面積過大, 取樣時為了更好地展示其真實菌落結(jié)構(gòu)情況, 取樣位置跨度較大所致。

圖5 沉積物微生物屬水平熱圖

2.5 養(yǎng)殖網(wǎng)箱沉積物微生物群落與環(huán)境因子相關(guān)性

將養(yǎng)殖網(wǎng)箱沉積物樣品中細(xì)菌豐度前15屬與沉積物理化因子進行微生物環(huán)境因子分析(圖7), 采用協(xié)方差矩陣進行計算。其中,與Hg含量呈顯著正相關(guān)(=0.034,=0.670)。與Cd含量呈顯著正相關(guān)(=0.049,=0.633)。另枝菌屬()與有機碳含量呈顯著負(fù)相關(guān)(=0.040,=–0.655), 表明另枝菌屬受沉積物有機質(zhì)含量影響顯著。海球菌屬與石油類含量呈顯著正相關(guān)(=0.042,=0.650)。這表明Hg、Cd、有機碳以及石油類對不同養(yǎng)殖年限網(wǎng)箱沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)有一定的影響。本研究中大部分菌屬與環(huán)境因子不具有顯著相關(guān), 這可能是因為該研究中微生物與環(huán)境因子之間的關(guān)系可能受到混雜因素的影響, 使其作用可能難以區(qū)分。

圖6 沉積物微生物PCA分析

2.6 網(wǎng)箱養(yǎng)殖年限對硫酸鹽還原菌群落的影響

本研究根據(jù)高通量測序的結(jié)果篩選出其中的硫酸鹽還原菌(SRB), 選取樣品中發(fā)現(xiàn)的相對豐度前10的SRB菌屬分析(表4), 脫硫酸鹽橡菌屬()是養(yǎng)殖網(wǎng)箱沉積物中豐度最高的SRB菌屬。我們在進行SRB菌屬篩選時發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖13、18 a網(wǎng)箱沉積物SRB類群最多, 相對豐度最大, 如脫硫化凸菌屬()在養(yǎng)殖13、18 a網(wǎng)箱沉積物出現(xiàn)且相對豐度較高, 但在養(yǎng)殖3、8 a網(wǎng)箱和DZ未出現(xiàn)。這些結(jié)果說明長年養(yǎng)殖網(wǎng)箱區(qū)(13、18 a)沉積物環(huán)境更適合嚴(yán)格厭氧的SRB菌屬生長。

圖7 沉積物微生物群落與環(huán)境因子的RDA分析(屬水平)

表4 沉積物硫酸鹽還原菌豐度

3 討論

研究結(jié)果顯示, 長年養(yǎng)殖(13、18 a)網(wǎng)箱沉積物菌群豐富度和多樣性顯著大于短期養(yǎng)殖(3、8 a)和非養(yǎng)殖區(qū)(<0.05), 與顏婷茹[15]對象山港南沙港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)以及胡曉娟[16]對汕頭南澳島白沙灣養(yǎng)殖海域研究結(jié)果一致, 表明長年網(wǎng)箱養(yǎng)殖對底棲微生物群落具有促進作用。這可能是養(yǎng)殖過程中魚類殘餌和排泄物在沉積物中的累積為細(xì)菌提供了合適的生長基質(zhì), 刺激細(xì)菌的繁殖, 從而使菌群豐富度和多樣性指數(shù)更高[17-18]。

在本研究中, 隨著養(yǎng)殖年限的增加, 長年養(yǎng)殖(13、18 a)網(wǎng)箱沉積物中脫硫菌門的豐度顯著提高, 厚壁菌門的豐度顯著下降。脫硫菌門主要存在于缺氧的有機污染環(huán)境并參與硫循環(huán)與碳循環(huán)[19], 說明長年養(yǎng)殖網(wǎng)箱沉積物處于嚴(yán)格厭氧狀態(tài)并存在豐富的有機物, 原因可能是由于網(wǎng)箱養(yǎng)殖活動給沉積物帶來豐富的還原性有機物, 大大地增加底棲環(huán)境的耗氧量, 裘瓊芬等[20]也發(fā)現(xiàn)象山港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物耗氧量是非養(yǎng)殖區(qū)沉積物耗氧量的2.5倍以上。厚壁菌門相對豐度的顯著下降意味著隸屬于厚壁菌門的乳酸菌屬()、芽孢桿菌屬()等典型益生菌由于不適應(yīng)養(yǎng)殖后期嚴(yán)格厭氧和高污染水平沉積物環(huán)境而導(dǎo)致其相對豐度下降, 這些益生菌有凈化水質(zhì)和增強水生動物免疫力的功效[21], 益生菌相對豐度的顯著下降可能會使養(yǎng)殖環(huán)境進一步惡化。

硫卵菌屬可以利用硝酸鹽將硫化物氧化為單質(zhì)硫, 有時還將硫化物/單質(zhì)硫氧化為硫酸鹽, 是一種典型的硫氧化菌[22], 硫卵菌屬和都驅(qū)動著海洋沉積物中的硫循環(huán), 而它們在4個養(yǎng)殖區(qū)沉積物的相對豐度均顯著大于非養(yǎng)殖區(qū)(<0.05), 說明養(yǎng)殖區(qū)沉積物中硫循環(huán)顯著活躍, 可能原因是大欽島漁民為了壓縮成本, 網(wǎng)箱養(yǎng)殖主要投喂冰鮮野雜魚[23], 餌料轉(zhuǎn)化率較低, 導(dǎo)致大量糞便和殘餌在網(wǎng)箱底部累積, 最終造成網(wǎng)箱沉積物中有機質(zhì)含量較高, 有機質(zhì)中的無機硫酸鹽被硫酸鹽還原菌分解產(chǎn)生硫化物[24], 硫化物的濃度的升高會刺激硫氧化菌的生長繁殖[25], 從而加速驅(qū)動網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物中硫循環(huán)。養(yǎng)殖后期(18 a)網(wǎng)箱沉積物中硫循環(huán)應(yīng)該主要集中在嚴(yán)格厭氧的硫酸鹽還原菌的硫酸鹽還原作用, 這也與本研究中所測得硫化物濃度變化趨勢一致, 說明長年網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域硫氧化菌和硫酸鹽還原菌的動態(tài)關(guān)系無法維持, 生態(tài)系統(tǒng)的平衡被打破。

對于不同海區(qū)網(wǎng)箱養(yǎng)殖沉積物, 影響菌群結(jié)構(gòu)特征的環(huán)境因子不盡相同。如顏婷茹[15]發(fā)現(xiàn)象山港南山港網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物細(xì)菌群落特征主要與PO43–和SO42–存在顯著相關(guān)性; 胡曉娟[16]發(fā)現(xiàn)南澳白沙灣魚類網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物的微生物群落組成主要受TN、TP、TOC影響顯著; 涂志剛[26]發(fā)現(xiàn)海南后水灣卵形鯧鲹()高密度網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的主要影響因子為總氮、總磷以及COD含量。在本研究中, 部分菌群相對豐度與環(huán)境因子存在顯著性相關(guān), Hg、Cd、有機碳以及石油類是影響沉積物細(xì)菌群落的主導(dǎo)因子, 但是與菌群的豐富度和多樣性不存在顯著相關(guān)(>0.05)。由于大欽島無陸源徑流輸入, 網(wǎng)箱養(yǎng)殖投喂的餌料成為沉積物有機質(zhì)和重金屬的主要來源, 因此冰鮮野雜魚可能是影響?zhàn)B殖網(wǎng)箱沉積物細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的重要因素。

應(yīng)當(dāng)將投喂餌料由傳統(tǒng)的冰鮮野雜魚轉(zhuǎn)變?yōu)楹兴a(chǎn)誘食劑(氨基酸、大蒜素等)和微生態(tài)制劑(酵母菌、EM等)的綠色環(huán)保型水產(chǎn)飼料, 控制未能及時被養(yǎng)殖動物吸收利用的N、P等物質(zhì)進入水體, 有利于預(yù)防長年養(yǎng)殖網(wǎng)箱區(qū)水體和沉積物發(fā)黑發(fā)臭。在養(yǎng)殖后期(13、18 a)網(wǎng)箱沉積物中投放適量的厭氧不產(chǎn)氧光合細(xì)菌, 光合細(xì)菌是一類可以在厭氧光照條件下利用有機物、硫化物以及氨進行光合作用的微生物, 實現(xiàn)對污染沉積物的初步改造, 使其適應(yīng)大型生物存活, 后續(xù)引入刺參()及大型藻類, 進行大型生物修復(fù)。以刺參、沙蠶()、魁蚶()等沉積食性生物攝食沉積物有機質(zhì), 當(dāng)?shù)仞B(yǎng)殖品種海帶作為修復(fù)藻類吸收N、P礦化釋放營養(yǎng)鹽, 構(gòu)建多營養(yǎng)層次養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng), 提高生態(tài)系統(tǒng)對網(wǎng)箱沉積物有機質(zhì)的利用效率, 最終實現(xiàn)污染沉積物治理。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明, 長年養(yǎng)殖(13、18 a)網(wǎng)箱沉積物菌群豐富度和多樣性顯著高于短期網(wǎng)箱養(yǎng)殖(3、8 a)區(qū)。Hg、Cd、有機碳以及石油類是影響沉積物細(xì)菌群落的主要環(huán)境因子。長年網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)沉積物硫循環(huán)失調(diào)且處于嚴(yán)格厭氧狀態(tài), 主要原因可能是大欽島網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)長期投喂冰鮮野雜魚導(dǎo)致, 應(yīng)及時推廣綠色環(huán)保型配合飼料, 同時構(gòu)建多營養(yǎng)層次養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)實現(xiàn)對污染沉積物的治理。

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Analysis of the microbial community structure of deep-water net tank sediments of Daqin Island at different culture years

XIE Wei-jun1, 2, ZHAO Yu-ting2, LIU Yuan-jin2, HU Shun-xin2, JIANG Hai-bin2, HAN Hui-zong2, WANG Teng-teng2, WANG Fei2, LI Zhao-long1, 2, ZHANG Ming-liang2

(1. College of Fisheries and Life Science, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China; 2. Shandong Marine Resources and Environment Research Institute, Yantai 264006, China)

To investigate the effect of deep-water net-pen culture years on the sediment microbial community structure, 16S rDNA high-throughput sequencing was performed on the surface sediments (0–2 cm) of 3, 8, 13, and 18 a net-pen culture and nonculture areas (DZ) in Daqin Island waters. The results showed that the abundance and diversity of sediment flora were significantly higher (<0.05) in the long-year net box culture (13, 18 a) than in the short-term net box culture (3, 8 a). The dominant phyla in the sediment of the net pots changed significantly with increasing years of culture (<0.05). Bacteroidota, Proteobacteria, and Firmicutes were the dominant phyla in the sediment of the short-term net pots (3, 8 a) and the nonculture zone (DZ), while the dominant phyla in the sediment of the long-term net pots (13, 18 a) were Bacteroidota, Proteobacteria, and Firmicutes. The main dominant phyla in the sediments of the long-year net culture (13, 18 a) were Bacteroidota, Proteobacteria, and Desulfobacterota. The dominant environmental factors influencing the structure of the sediment flora in the net pens were Hg, Cd, organic carbon, and petroleum. The feeding of chilled wild fish may be one of the important factors contributing to the environmental degradation of the perennial net tank culture area on Daqin Island. The use of green and environmentally friendly compound feeds should be promoted, and a combination of microorganisms (microecological agents based on anaerobic nonoxygenic photosynthetic bacteria) and macroorganisms (spiny cucumbers and macroalgae) should be incorporated for the remediation of polluted sediments to facilitate the promotion of healthy culture and sustainable development of deep-water net tanks.

deep-water nets; cuture years; sediment; microbial communities

Mar. 21, 2022

s949

A

1000-3096(2022)12-0031-10

10.11759/hykx20220321003

2022-03-21;

2022-05-05

山東省重點研發(fā)計劃項目(2020CXGC011404); 國家自然科學(xué)基金項目(42176159); 國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(CARS-47)

[Key Research and Development Project of Shandong, No. 2020CXGC011040; National Natural Science Foundation of China, No. 42176159; Construction of Modern Agricultural Industry Technology System of China, No. CARS-47]

解維俊(1996—), 男, 碩士研究生, 主要從事水生態(tài)環(huán)境修復(fù)研究, E-mail: 1665039783@qq.com; 張明亮(1982—),通信作者, E-mail: zhangml1982@126.com

(本文編輯: 譚雪靜)