Een doorstroom apparaat voor het gebruik van de biodeposition-methode te kwantificeren filtratie en voeding gedrag van tweekleppige weekdieren is bewerkt voor gebruik aan boord. Een tabel van de tweedimensionale gimbal gebouwd rond het apparaat isoleert het apparaat van de beweging van de boot, waardoor de nauwkeurige kwantificering van tweekleppige filtratie variabelen op offshore schelpdieren aquacultuurinstallaties.
Naarmate schelpdieren aquacultuur van embayments van de kust en estuaria naar offshore locaties, presenteert de noodzaak te kwantificeren ecosysteem interacties van gekweekte tweekleppigen (d.w.z., mosselen, oesters en kokkels) nieuwe uitdagingen. Kwantitatieve gegevens over de voeding gedrag van weekdieren schorsing-voeding is nodig om belangrijke ecosysteem interacties van offshore schelpdieren boerderijen, met inbegrip van hun draagkracht, de concurrentie met de zoöplankton Gemeenschap, de beschikbaarheid van de trofische middelen op verschillende diepten, en de afzetting aan het benthos. De biodeposition-methode wordt gebruikt om te kwantificeren voeding variabelen in tweekleppigen schorsing-voeding in een natuurlijke omgeving en vertegenwoordigt een meer realistisch proxy dan laboratoriumexperimenten. Deze methode is echter afhankelijk van een stabiel platform om te voldoen aan de eisen die water debiet geleverd voor de schaaldieren constant blijven en de tweekleppigen zijn ongestoord. Een doorstroom apparaat en het proces voor het gebruik van de biodeposition-methode te kwantificeren het voederen van tweekleppige weekdieren werden gewijzigd vanuit de grond-indeling voor gebruik aan boord door het bouwen van een twee-dimensionale gimbal tabel rond het apparaat. Planimeter gegevens onthullen een minimale pitch en yaw van de kamers met de test schelpdieren ondanks boot beweging, de stroomsnelheid binnen de kamers constant blijven en exploitanten zijn in staat om het verzamelen van de biodeposits (ontlasting en pseudofeces) met voldoende consistentie in het verkrijgen van nauwkeurige metingen van het tweekleppige klaring, filtratie, selectie, inslikken, afwijzing en absorptie bij offshore schelpdieren aquacultuurinstallaties.
Wild-vangst visserij zijn wereldwijd1afneemt. Dienovereenkomstig, de toekomstige groei van zeevruchten levering moet afkomstig zijn van een uitbreiding van de aquacultuur. De aquacultuurproductie van zeevruchten is groeiende en blijft groeien snel via 2025, aquatische landbouw de snelst stijgende voedsel-productie systeem2maken. De kweek van schorsing-voeding tweekleppige weekdieren (mosselen, oesters, mosselen en kokkels) wordt beschouwd als onder de meest milieuvriendelijke vormen van aquacultuur, omdat deze organismen, geen extra voeding vereisen maar in plaats daarvan, het verkrijgen van voeding vanuit de natuurlijke fytoplankton uit productie en de overdracht organische benthische organismen3,4. Inderdaad, schelpdieren aquacultuur wordt overwogen als een legitiem instrument ter verbetering van de kwaliteit van het water en de trofische structuur in voedselrijke estuaria5,6. Ondanks de over het algemeen gunstige vooruitzichten voor de uitbreiding van schelpdieren aquacultuur in embayments van de kust en estuaria, conflicten met andere kustgebieden Oceaan belangen zoals commerciële en recreatieve visserij, recreatieve activiteiten en de esthetiek verlangens van de kustgebieden van de grondbezitters-maatschappelijke beperkingen samengevoegd onder de term “sociale draagkracht”-sommige om te kijken naar de “open oceaan” voor de grootschalige uitbreiding van schaaldierkwekerij7hebben geleid.
Verplaatsen van schelpdieren landbouw offshore, in open water, biedt grote mogelijkheden voor schelpdieren aquacultuur uitbreiding maar ook ongekende uitdagingen aan de organismen in het ecosysteem van de oceanische8. Eerste, meest gekweekt, schorsing-voeding tweekleppige soorten zijn estuariene organismen die geëvolueerd zijn in omgevingen die in veel opzichten van de open oceaan ecosysteem9 verschillen. Seizoens- en dagverloop temporele variaties in zoutgehalte, temperatuur, en water chemie en de intense biologische activiteit gestimuleerd door de hoge en veranderlijke nutriënten beschikbaarheid in kustwateren hebt geselecteerd voor de gedrags- en fysiologische kenmerken in mosselen, oesters, mosselen en kokkels die weinig voordeel in de relatief constant verlenen kunnen, Verdun oceaan omgeving10. Tweekleppigen zijn bekend om te reageren op deze veranderingen in het milieu door het reguleren van hun filtratie om te profiteren van perioden van goede waterkwaliteit en voor het optimaliseren van hun voedsel overname11,12. In een constanter omgeving, zoals open water, is het onduidelijk als tweekleppigen zal regelen hun pompen en filtratie tarieven effectief te handhaven van een positieve energiebalans voor snelle groei. De tweede uitdaging van offshore schelpdieren landbouw is ook gerelateerd aan de beschikbaarheid van de relatief lage seston-voedsel in de Oceaan. Met fytoplankton dichtheden worden veel lager offshore dan zal in de riviermondingen moet de tweekleppige soorten momenteel gekweekt met succes in estuaria zoeken genoeg te eten om zowel de metabolisme en de groei? Huidige praktijken met streepjes, resulteren sokken, kooien of andere bijlagen te houden van schaal-en schelpdieren in estuaria in driedimensionale filters die fytoplankton lokaal zelfs in kustgebieden voedselrijke wateren13,14kunnen afbreken. Veronderstellingen over cultuur vistuig ontwerp, bezettingsgraad, de afstand van regels, en gewas cyclustijd mogelijk moet worden heroverwogen in de open oceaan om zowel de draagkracht van de productie van de boerderij en de ecologische draagkracht van de lokale mariene ecosysteem te beheren 15 , 16. intensieve schelpdieren landbouw zoals beoefend nearshore worden aangepast moet mogelijk om compatibel met de verdunde omgeving van de Oceaan.
Om ons begrip van hoe kust schelpdieren landbouw praktijken worden gewijzigd om te slagen in de offshore, kwantitatieve gegevens moet mogelijk over de wisselwerking tussen schelpdieren en de seston aanwezig in offshore locaties voorgesteld als potentiële boerderij locaties zijn van essentieel belang. Een aantal technieken voor de kwantificering filtratie, goedkeuring, inslikken, afwijzing en absorptie van deeltjes door schorsing-voeding tweekleppige weekdieren geweest ontwikkelde17,18. Enkele van deze methoden die zijn geoptimaliseerd voor het detecteren van variaties op de zeer korte termijnen, de keuze tussen verschillende partikeltypen of fysiologische reacties op verschillende milieu variaties19,20,21 . Onlangs, verfijningen van wat de biodeposition methode heet hebben geleid tot de aanvaarding van deze aanpak als een legitiem instrument te kwantificeren van de meeste van de belangrijke filtratie en voederen van variabelen in mosselen, oesters en kokkels17,22 .
De biodeposition methode, in het algemeen, gebruik een benadering van de massa-evenwicht, met de anorganische seston component zoals een tracer, te kwantificeren de verdelen door afzonderlijke schaaldieren van organische en anorganische seston componenten in verhoudingen gevangen, verworpen, ingenomen, en geabsorbeerd over een tijdsbestek van uren17. Voor deze aanpak nauwkeurig te zijn, is het uitermate belangrijk dat de stroomsnelheid van het water geleverd aan individuele schelpdieren zijn constante en precies bekend en dat de schaal-en schelpdieren niet gestoord fysiek zodat ze hun constante filtratie gedrag behouden. Het is ook noodzakelijk om te synchroniseren van het verzamelen van water monsters ten tijde van de tweekleppige inname met ontlasting monsters geproduceerd na vertering (dat wil zeggen, egestion). Deze twee processen (inname en egestion) worden gecompenseerd door de lengte van de tijd die op voor een zwevende deeltjes voor doorvoer door de tweekleppige darm neemt. De darm doorvoer tijd vertegenwoordigt de tijd die is verstreken tussen de opname van voedsel en de vrijlating van onverteerd materiaal in de vorm van ontlasting. Verder vanuit een praktische oogpunt moet biodeposits kwantitatief worden verzameld door de onderzoeker voordat ze worden uitgesplitst naar water beweging. Om deze redenen, apparatuur en procedures voor het kwantificeren van tweekleppige filtratie met behulp van de methode biodeposition zijn beperkt tot zeer nearshore locaties waar een stabiel platform-droge of een vaste pier-is dicht genoeg bij de schelpdieren bevolking wordt onderzocht. Biodeposition de methode offshore gebruikt worden, moest een manier vinden om te voldoen aan de eisen van de methode voor een stabiel platform aan boord van een boot.
Eeuwen geleden, ontwikkelde zeelieden willen hetzelfde fundamentele probleem van hoe te isoleren aan boord artikelen uit de beweging van het schip lossen de gimbal. Een gimbal introduceert een of meer pivots tussen het platform aangesloten op het schip en het artikel wordt geïsoleerd, waardoor het geïsoleerde artikel meer inspelen op zwaartekracht dan aan de beweging van het schip. We misschien de eenvoudigste gimbal ontwerp-pins draait 90 ° hoeken-in het ontwerp van een apparaat aangepast ten opzichte van degene die zijn gemeld door Galimany en collega’s22in dienst. In dit verslag, de effectieve functie van de apparatuur wordt gevalideerd door het meten van: 1) de beweging van de tabel met schelpdieren chambers in vergelijking met de beweging van de boot, 2) de consistentie van de stroomsnelheid tot en met 20 repliceren chambers terwijl op zee, en 3) de filtratie gegevens uit mosselen getest op drie offshore locaties aan boord van drie verschillende schepen.
Verschillende benaderingen zijn gebruikt om het bestuderen van de filtratie en het voederen van tweekleppigen in zowel het laboratorium als het veld. Metingen die worden uitgevoerd wanneer gebruik van de natuurlijke seston voeding opleveren zal tarieven meest vergelijkbaar met die in de natuurlijke omgeving24. Bestaande draagbare apparaten van de voeding voor meten tweekleppige voeding25,26 zijn afhankelijk van een stabiel platform, zoals grond of een vaste dok; Dus, kwantificeren tweekleppige filtratie en voederen in het veld heeft tot nu toe beperkt tot zeer dicht bij de wal wateren. De nieuwe inrichting en werkwijze gepresenteerd hier vertegenwoordigen een betrouwbaar hulpmiddel te kwantificeren van de voeding prestaties van tweekleppigen in offshore wateren waar interacties tussen tweekleppigen en milieu eerder al slecht beschreven.
De kritische stappen binnen de offshore toepassing van de biodeposition-methode omvatten het volgende: (1) de beluchting van de hoofd tank en de kalibratie van het debiet over alle voeding kamers om ervoor te zorgen een zelfs deeltje distributie naar de tweekleppigen; (2) een nauwkeurige bepaling van de experimentele darm transittijd vóór het verzamelen van biodeposits; (3) de identificatie, scheiding en complete collectie van alle ontlasting en pseudofeces geproduceerd door de tweekleppigen, inclusief het innen van voldoende biodeposits te overschrijden de detectiegrens voor organische en anorganische zwevende deeltjes. Hoge stroomsnelheid zijn essentieel om te voorkomen dat water recirculatie in de voeding kamers, die het fenomeen van de vermindering van de concentratie van voedsel als gevolg van refiltration18,25,27,28kan verhogen.
De nauwkeurige identificatie en scheiding van ontlasting en pseudofeces kunnen uitdagende in offshore omgevingen. Het verzamelen van ontlasting en pseudofeces in Massachusetts wateren was waarschijnlijk beïnvloed door zware zee tijdens het laatste uur van de meting. Metingen met behulp van deze methode zal worden beperkt door de staat van de zee, waardoor het vermogen van de plukkers netjes scheiden en nauwkeurig onderscheid tussen ontlasting, pseudofeces en andere deeltjes (d.w.z., slib of deeltjes) gedeponeerd materiaal in de voeding kamers. Deze experimentele probleem kan worden waargenomen in de resulterende gegevens, waar het gehalte aan organische van de pseudofeces een grotere variabiliteit in de resultaten van Massachusetts dan van de andere twee locaties (Figuur 7 heeft).
Locaties met weinig deeltjes, zoals Californië, presenteert een analytische uitdaging, omdat de deeltjes verzameld in dit experiment zeer dicht bij de grens van detectie, was hoewel 2 L water werd gefilterd voor elke watermonster. De methode voor de kwantificering van de organische en anorganische bijdragen aan de totale deeltjes is gebaseerd op de massabalans; Dus, kleine analytische fouten in de buurt van de grens van detectie kunnen resulteren in fysiologisch onmogelijk schelpdieren voederen van resultaten, zoals negatieve verwerping of goedkeuring tarieven. Gegevens als gevolg van dit soort fout, en de juiste correctie, worden geïllustreerd in Figuur 8, die de gemiddelde waarde voor het tarief van de goedkeuring, de filtratie-tarief en het absorptievermogen van de California experiment percelen. De hoeveelheden ontlasting waren zo klein in deze locatie dat sommige werden verward met pseudofeces door de biodeposit-plukkers. De zeer kleine hoeveelheden van “pseudofeces” verzameld waren zeer dicht bij de grens van detectie van het gewicht, en de resulterende gegevens opgeleverd negatieve schelpdieren filtratie en voederen van gegevens voor verschillende replicaten, die fysiologisch onmogelijk en dus Uiteraard is onjuist. Zwevende deeltjes dicht bij de grens van detectie leverde ook een hoge variabiliteit geheel voor deze meting. Deze resultaten kunnen worden veroorzaakt door een fout in de wegen van de filters, maar meer waarschijnlijk, als gevolg van de onjuiste identificatie van pseudofeces was. De laatste mogelijkheid werd verder ondersteund door de observatie dat totale deeltjes van het water te laag om te activeren pseudofeces productie22,23was. De gegevens werden gecorrigeerd door de onjuiste pseudofeces gegevens te verwijderen en alleen het inslikken traject (Figuur 8) te berekenen.
Het toestel voor het kwantificeren van tweekleppige schorsing voeding met behulp van de methode biodeposition aan boord van een boot kan worden gewijzigd en aangepast aan verschillende tweekleppige soorten. De grootte van de voeding kamers kan verschillen zodat breder of smaller tweekleppige schelpen. Het is belangrijk op te merken, echter dat het wijzigen van de afmetingen van de voeding kamers van degenen die hier worden beschreven vereisen dat het zelfs deeltje distributie via de voeding kamers wordt vastgesteld vóór het uitvoeren van alle metingen. De hoeveelheid water gefilterd moet worden aangepast op basis van de plaatselijke omstandigheden. Lage-seston omgevingen zoals Californië vereisen een grotere hoeveelheid water gefilterd, zodat er meer bedragen dan de detectiegrens voor de analyse op basis van gewicht. Op hetzelfde moment, als te veel water wordt gefiltreerd, dan de filters verstoppen en de droogtijd (niet voor temperatuur) in de oven moet worden verhoogd. De biodeposit collectie wellicht ook worden verlengd in lage-seston omgevingen voor het verzamelen van genoeg materiaal om de analytische aantoonbaarheidsgrens te overtreffen. Een andere indicator van een problematische biodeposit collectie is de relatieve biologische inhoud van water vs. de pseudofeces en de ontlasting. Ontlasting en pseudofeces kunnen niet bevatten een aanzienlijk groter percentage van organisch materiaal dan het water; ze zijn een product van de gefilterde en verwerkte deeltjes uit het water. Onder bepaalde omstandigheden kan de biologische inhoud van de biodeposits iets groter dan die van het water worden vanwege de biologische investering die tweekleppigen maken voor het verwerken van voedseldeeltjes; echter zal, deze investering ten hoogste opbrengst een kleine toename in de ontlasting organisch materiaal. Het percentage organisch materiaal gemeld hier is ver boven het percentage dat kan worden toegeschreven aan metabole fecale verlies. De pseudofeces monsters van Massachusetts illustreren dit potentiële probleem. De biologische inhoud van de pseudofeces was heel variabel, zoals hierboven, maar sommige van de duplo’s leverde gehalte aan organische die aanzienlijk die van de overeenkomstige watermonsters overschreden. Het is mogelijk dat tijdens de zware zeeën van het laatste uur van de biodeposit collectie, pseudofeces werden gecombineerd met exogene organisch materiaal, die kunstmatig verhoogd van het gehalte aan organische en leverde fysiologisch onmogelijk resultaten (Figuur 7) . Indien hoge zee-Staten een waarschijnlijke mogelijkheid in de toekomst worden toepassingen van deze methode, de toevoeging van meer wordt gerepliceerd door extra kamers aanbevolen.
Een beperking van de methode is dat dit apparaat is ontworpen voor het kwantificeren van het voederen van volwassen individuen. De nauwkeurige en volledige collectie van ontlasting en pseudofeces uit tweekleppige zaad is moeilijk vanwege de geringe omvang van de ontlasting (pseudo) en zou vereisen veel langer experimenten genoeg materiaal om te overtreffen op de analytische aantoonbaarheidsgrens aan te schaffen. Als kleine personen worden gebruikt, kunnen verschillende worden gebundeld in één kamer te verhogen van het tempo van de ontlasting en pseudofeces productie per kamer. Alternatief, kunnen de apparaten worden herontworpen met veel kleinere experimentele chambers. Het weer en de zee staat mogelijk ook belangrijke beperkingen, zoals dit zal invloed hebben op de nauwkeurigheid van de biodeposit sample collectie. Extreme temperaturen en regen kunnen verminderen het aantal tweekleppige replicatieonderzoeken die zich voeden. De diepte waarop water pompen worden ingezet kan worden gedifferentieerd tussen experimenten om de seston gebruikt in de experimenten weerspiegelen de seston typisch van de diepte waarop de tweekleppige teelt zal plaatsvinden. Ondanks deze mogelijke beperkingen biedt de methode de unieke mogelijkheid om te studeren de filtratie en het voederen van tweekleppigen onder natuurlijke omstandigheden, met natuurlijke seston, in tegenstelling tot de gesimuleerde omstandigheden in het laboratorium. De gegevens die gegenereerd zijn veel realistischer dan laboratoriumexperimenten en meer kans om weer te geven van de prestaties van tweekleppigen op de locatie van belang. De nieuwe methode uit te voeren aan boord metingen sterk breidt de potentiële geografische reikwijdte.
De groeiende interesse in offshore Mossel aquacultuur presenteert een ideale gebruikersgroep voor toekomstige toepassingen van deze methode. Belanghebbenden in het optimaliseren van de vestiging van nieuwe offshore-aquacultuur operaties kunt deze benadering onderzoeken de tweekleppige prestaties op voorgestelde locaties. Een voorbeeld van een toepassing die wordt gepland is voor het testen van hypothesen over de optimale diepten voor een cultuur van blauw-Mossel schorsing in de kustwateren off van zuidelijk New England (Mizuta en Wikfors, in review).
The authors have nothing to disclose.
De auteurs wil erkennen van NEFSC en de NOAA visserij Service Office van de aquacultuur voor financiering. De auteurs zijn dankbaar hun academische en industriepartners, Scott Lindell, onderzoek Specialist bij Woods Hole Oceanografisch Instituut, en Phil Cruver, CEO van Catalina Sea Ranch, die gerangschikt en toegang krijgen tot offshore Mossel groeiende gebieden. Het werk zou niet mogelijk zijn geweest zonder de volgende werkbordessen; R/V Captain Jack eigendom van Catalina Sea Ranch, R/V Gemma eigendom en wordt beheerd door The Marine biologische laboratorium, en de R/V Victor Loosanoff Exploitatiedoor NOAA visserij, noordoosten visserij Science Center. Wij danken ook boot kapiteins Jim Cvitanovich en Bill Klim op hun expertise. Werner Schreiner geboden zijn technische expertise in het ontwerpen en fabriceren van de frames, gimbal tabel en ballasttank, hoofd tank en experimentele kamers.
GF/C glass microfibre filters | Whatman | 1822-025 | 25 mm diameter circles |
Submersible Utility Pump | Utilitech | PPSU33 | 1/3 HP |
Filtration manifold | Sterlitech | 313400 | 3-place manifold, PVC |
Filter forceps | Millipore | XX6200006P | |
Filter funnel | Ace Glass | D140942 | 300 ml; glass |
Frit support | Fisher Scientific | 09-753-14 | 25mm diameter; glass |
Vacuum Filter Holders | Fisher Scientific | 09-753-4 | For 25mm filter funnels and frit supports |
Drying Oven | Fisher Scientific | 15-103-0503 | Gravity convection |
Box Furnace Oven | ThermoFisher Scientific | BF51794C | |
Ammonium formate | Fisher Scientific | A666-500 | |
Tetraselmis sp. | National Center for Marine Algae and Microbiota | 119 strains of Tetraselmis sp. are available for sale by NCMA, and specific strain should be selected based on temperature of planned experiments. As such, we have not recommended a specific catalog number here. | |
Glass petri dish | Fisher Scientific | 08-747A | 60 mm diameter |