冬季大叶藻与幼参混养效果的模拟研究

(1.大连海洋大学海洋科技与环境学院,辽宁大连116023;2.中国水产科学研究院营口增殖实验站,辽宁营口115004)

摘要：在实验室条件下对冬季大叶藻Zostera marina与刺参Apostichopus japonicas当年生幼苗的生态混养效果进行了研究,分析了大叶藻对养殖水体中氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐的控制作用以及大叶藻对幼参生长的集聚效果。试验设置大叶藻与幼参混养组、幼参单养组和大叶藻单养空白组,每组设5个重复。试验幼参为2010年培育的秋苗(体长2.90 cm±0.04 cm,体质量0.69 g±0.02 g),试验总水体75 L,幼参放养密度为1个/L,水温为(15±1)℃,盐度为31～32,光照强度为(271±14)lx,试验共进行30 d。结果表明:大叶藻单养组氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐含量最高;幼参摄食大叶藻碎屑,对水体营养盐起到一定的控制作用,混养组各种营养盐含量居中;幼参单养组各种营养盐含量最低。试验期间,底质情况良好,水质对幼参的生长无影响;大叶藻可为幼参提供附着基,对幼参的集聚效果良好,超过80%的幼参栖息在大叶藻叶片上。

大叶藻Zostera marina隶属于眼子菜科Potamogetonaceae、大叶藻属Zostera,是潮间带和潮下带浅海中的多年生海草。在世界范围内,海草床、红树林和珊瑚礁构成了三大海洋生态系统,其中海草床的生产力和物种多样性最高[1-2],随着近年来全球气候变化导致的海平面上升、海水升温、气候异常、紫外线增强,以及海岸带开发和陆源输入的污染导致的水体透明度下降和富营养化,全球范围内的海草退化严重[3],在环渤海区域海草几近绝迹[4]。大叶藻通常在沿海潮间带的滩涂、潮下带较浅水域、泄湖甚至咸水池塘中形成生物量巨大的群落。大叶藻可以净化池塘水质,改善底质条件,丰富饵料生物,促进养殖对象的生长。但国内对于大叶藻在水产养殖中的应用报道较少,仅见在虾池中移植大叶藻,可改善水质,增加对虾产量[5],以及从自然海区移植大叶藻在刺参养殖中应用的报道[6]。

近年来,中国水产科学院黄海水产研究所在山东烟台、威海等地进行了大叶藻的移植试验,建立了大叶藻增殖区,并逐步开展了大叶藻的基础生物学研究[7-8]。本试验中,作者在冬季非生长季节移植大叶藻,研究大叶藻与刺参的互利模式,为探索大叶藻与刺参生态混养模式的可行性,修复和优化养殖水质,促进刺参养殖业的健康可持续发展提供参考资料。

1 材料与方法

试验用大叶藻于2010年11月6日取自辽宁省葫芦岛市菊花岛附近潮下带海区。试验用刺参取自中国水产科学研究院辽宁营口增殖实验站旺海苗种培育基地,为2010年培育的秋苗,选择活动能力强、对外界刺激反应灵敏、管足附着力强、摄食能力强的幼参50尾用于试验,幼参体长为(2.90± 0.04)cm,体质量为(0.69±0.02)g。

1.2.1 大叶藻的移植及与刺参的混养试验大叶藻采回后于实验室暂养两周,选择长势良好的植株,将其根茎剪成长10～15 cm的小段,每小段至少有3个完整的茎节,以确保移植成活率。试验用底质为过1 mm筛的泥沙,试验前将泥砂在-20℃下冷冻,以杀死其中的底栖动物,防止底质恶化。

试验设置大叶藻与幼参混养组、幼参单养对照组和大叶藻单养空白组,每组设5个重复,试验容器为5 L的大烧杯(15个)。烧杯底部铺有5 cm厚的泥沙,疏松程度一致。混养组和大叶藻单养组试验烧杯内放入3～4颗长势相近的大叶藻;混养组和幼参单养组烧杯内各放入5只幼参;在幼参单养组内放置塑料波纹板,以对比大叶藻对刺参的集聚效果。试验时间为2010年11月24日—12月23日。

1.2.2 饲养管理将试验烧杯置于自制的木质避光设施中(长1.5 m、宽0.3 m、高1.0 m),内置15 W日光灯,光照时间为12 h(8:00—20:00),水体表面光照强度为(271±14)lx(用ZDS-10型照度计测定)。幼参暂养阶段每日投喂专用幼参配合饵料(粗蛋白质量分数≥18%),试验前24 h终止投喂,使幼参排尽肠道中的内含物,以防止幼参粪便对试验水体的污染。试验期间,水温为(15± 1)℃,盐度为30,幼参不投喂。

1.2.3 水体营养盐指标的测定及大叶藻对幼参的集聚效果采用次溴酸钠氧化法测定水体中的氨氮(NH

-N)含量;用磷钼蓝分光光度法测定磷酸盐(PO

-P)含量;用锌-镉还原法测定亚硝酸盐(NO

-N)含量;用萘乙二胺分光光度法测定硝酸盐(NO

-N)含量。试验期间,氨氮和硝酸盐含量共测定2次,磷酸盐和亚硝酸盐含量每周测定一次,共测定4次。早晚各观察一次幼参对栖息地的选择习性,持续1周。

采用SPSS 13.0软件对试验数据进行分析处理,采用t-检验法分析组间的差异。

2 结果

从图1可见:试验开始阶段,各组水体中氨氮含量相近,组间没有显著差异(P＞0.05);试验结束时,各组水体中的氨氮含量均显著提高(P＜0.05),其中大叶藻单养组含量最高,幼参单养组含量最低,但各组间均没有显著差异(P＞0.05)。

从图1可见:试验开始阶段,各组水体中磷酸盐含量相近,组间没有显著差异(P＞0.05);随着试验的进行,各阶段磷酸盐含量的变化趋势基本相似,均为大叶藻单养组中的含量最高,但各组间差异并不显著(P＞0.05);试验结束时,各组的含量较开始阶段均有显著提高(P＜0.05)。

图1 水体中氨氮和磷酸盐含量的变化
Fig.1 The changes in ammonia nitrogen concentration,and phosphate concentration in the seawater

注:标有不同小写字母者表示组间差异显著(P＜0.05),标有相同小写字母者表示组间差异不显著(P＞0.05),下同。
Note:The means with the different letters are significant differences at the 0.05 probability level,and the means with the same letters are not significant differences,et sequentia.

从图2可见:试验开始阶段,大叶藻单养组中亚硝酸盐含量显著高于混养组和幼参单养组(P＜0.05),这是因大叶藻叶片腐烂引起的水质恶化导致的差异;随着试验的进行,各阶段亚硝酸盐含量的变化趋势基本相似,均为大叶藻单养组中的含量最高,幼参单养组含量最低,且各组间差异均显著(P＜0.05);试验结束时,幼参单养组的含量变化最小,仅在试验结束时才有显著提高(P＜0.05),而混养组和大叶藻单养组的含量变化较大,均随着试验时间的延长而显著提高(P＜0.05)。

从图2可见:试验开始阶段,大叶藻单养组和混养组的硝酸盐含量均显著高于幼参单养组(P＜0.05);试验结束时,各组水体中硝酸盐的含量均显著提高(P＜0.05),其中大叶藻单养组含量最高,幼参单养组含量最低,但各组间差异并不显著(P＞0.05)。

图2 水体中亚硝酸盐和硝酸盐含量的变化
Fig.2 The changes in nitrite concentration,and nitrate concentration in the seawater

如表1所示:混养组中超过80%的幼参栖息在大叶藻叶片上,且各平行试验组的状态基本一致,大叶藻对幼参的集聚效果良好;幼参单养组中大部分幼参附着在烧杯壁上或者是底质上。

表1 幼参行为的观察
Tab.1 The observation of the behavior of juvenile sea cucumber

组别group集聚效果aggregration活动范围杯壁上幼参单养组杯壁3只、板上2只杯壁、底质上monoculture杯壁4只、底质1只杯壁上group杯壁2只、底质3只杯壁、底质上杯壁4只、底质1只叶片上混养组叶片5只叶片上co-culture叶片5只叶片上group叶片4只,根部1只叶片上叶片5只叶片上杯壁5只range叶片4只,根部1只杯壁上

3 讨论

大叶藻有着良好的生态适应性,其最适生长盐度为10～25,最适生长温度为10～20℃[9],适合在河口区域生长。在虾池中移植大叶藻,大叶藻的地下根茎在冬季仍可存活[5];在刺参养殖池塘中移植大叶藻,大叶藻夏季繁殖茂盛,秋季开始枯萎[6]。大叶藻对养殖水体中营养盐具有一定的控制作用,但大叶藻通常面临营养盐的限制[10],底质和海草叶片是大叶藻重要的氮源,尤其在自然海区营养盐缺乏的冬季,大叶藻通过自身内部循环[11]和利用根系从周围环境中获得氮源[12]。大叶藻叶片在生长发育过程中,总氮和总磷的含量下降,其中幼片总氮和总磷的含量显著高于衰老的叶片[13]。

影响大叶藻生长和存活的因素主要有光照、水温、浊度、水深、海流、附生生物、水体营养盐、底质、水动力条件和渔业活动等[14-16]。综合不同生态因子的影响,大叶藻最适生长季节应为春夏季节[17]。伴随水温的升高和太阳辐射的增加,春季(5月,水温10℃)大叶藻净光合速率最高,碳水化合物积累[18];夏初(6月,水温15℃)大叶藻开花[17];夏季(8月,水温21℃)大叶藻光合作用率最大;秋末大叶藻出现植株死亡现象;冬季水温下降,太阳辐射最低,大叶藻生物量在冬季减少[18],大叶藻呈负生长状态,并出现腐烂现象。野外条件下,光照是大叶藻生长的主导限制因子[19],在不同季节伴随着水体营养盐的耗尽和太阳辐射率的降低,光照对大叶藻生长的影响呈阶段性作用,同时水体营养盐的释放导致微藻及大型附生植物生长,增加了水体的浊度,减少了光合有效辐射(photosynthetically active radiation,PAR),也影响着大叶藻的生长[20-21]。此外,大叶藻生长更偏好潮下带泥沙底质,而不是细砂底质[22-23]。

本试验中大叶藻驯化阶段,采用自然光照条件,保持适宜温度(15±1℃),大叶藻生长良好,同期自然海区水温仅为6～12℃,说明大叶藻可在室内环境下很好的存活。但在实验室模拟条件下进行试验时,大叶藻叶片出现腐烂现象,有三个方面的原因:一是光照不足,叶片光合速率低;二是底质不适,根系无法吸收足量营养盐;三是水体偏小,无法循环更换水体。试验过程中养殖水体水质恶化,虽然对刺参的生长未产生影响,但没有达到预期利用大叶藻改善养殖水体水质的目的,模拟试验环境还须改进。

大叶藻的地下根茎对海底沉积物有很强的固定作用,有利于保持海水的透明度;大叶藻通过光合作用吸收二氧化碳,释放氧气,调控水体中的溶解氧含量,改善养殖环境;大叶藻叶片茂盛,叶片长30～50 cm,宽3～5 mm,大叶藻叶片上附生的大量硅藻和一些微生物是幼参良好的饵料;夏季高温季节,大叶藻可以承受夏季27℃以上的高温[24],叶片的遮挡可为刺参提供良好的栖居场所,这对刺参的安全度夏有着重要的意义。

大叶藻通常在沿海潮间带和潮下带较浅的水域形成巨大的群落,大叶藻种植区一般呈现出浮游和底栖生物的高生产量和生物多样性,为一些重要的经济鱼类和贝类提供食物来源、栖息地和育幼场所[25]。研究发现,生长于香港的矮大叶藻Zostera japonica叶片上附着大量硅藻和腹足类[26]。冬季大叶藻根茎叶衰败严重,沉积物累积,形成有机碎屑,增加海洋沉积物通量,并改善底质粒度[27],可为刺参提供良好的食物来源。据潜水观察,受冬季低温和海潮的影响,近岸泥沙底质生长的大叶藻叶片明显发黑腐烂,尤其在大叶藻床区,形成了明显的碎屑堆积区,并有刺参栖息,形成了大叶藻和刺参的互利关系。

本试验结果表明:混养组刺参大多栖息于大叶藻上,大叶藻是幼参的天然附着基;大叶藻脱落的叶片可形成有机碎屑,为幼参提供良好的饵料;混养组水体中的各种营养盐含量低于大叶藻单养组,说明幼参以腐烂脱落的叶片碎屑为食,可减少水体中营养盐的含量。由此推断,在复合养殖系统中刺参在一定程度上可起到对环境修复的作用。

根据本试验结果,笔者认为:大叶藻可与当年培育的幼参混养,为防止因越冬时大叶藻腐烂引起的水质恶化,可在秋季对大叶藻根茎进行分蘖,减少池塘大叶藻的养殖密度,在越冬前加大进水量,使刺参安全越冬。

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The co-culture of eelgrass Zostera marina and juvenile sea cucumber, Apostichopus japonicus,in winter

XING Kun1,LI Geng2,YANG Gui-fu1,LIU Hai-ying1,PAN Yu-zhou2,ZHENG Wen-jun2
(1.College of Marine Science and Environment,Dalian Ocean University,Dalian 116023,China;2.Yingkou Enhancement and Experiment Station, Chinese Academy of Fishery Sciences,Yingkou 115004,China)

Abstract：The ecological effect of co-culture of eelgrass Zostera marina and juvenile(body length of 2.90 cm± 0.04 cm;body weigh of 0.69 g±0.02 g)sea cucumber,Apostichopus japonicus,was studied in winter,beyond the growing season of the sea grass,in a laboratory.The sea cucumbers were co-cultured with the eelgrass at a rate of 1 ind./L in a total water volume of 75 L supplied with sand-filtered and aerated seawater at salinity of 31-32,(15 ±1)℃,and fluorescent light of(271±14)lx for 30 days to evaluate the elimination of ammonia,nitrate,nitrite and phosphate and the aggregation of juvenile sea cucumber by the sea weed.The maximal levels of the nutrients were found in monoculture of the eelgrass.The middle levels of the nutrients were found in the co-culture group due to the organic detritus of leaves fed by the sea cucumber juveniles showing a control function on water nutrient. The minimal nutrient levels were found in monoculture of juvenile sea cucumber.The sediment was remained in good condition and the water quality had negligible negative impact on the growth of the juveniles during the experiment.The eelgrass as attachments was shown to aggregate more than 80%of the juveniles on the leaves.

基金项目：国家自然科学基金资助项目(41006079);辽宁省特色产业基地计划产业化项目