采用 biodeposition 方法对双壳贝类的过滤和饲养行为进行了定量的流动装置的改进, 供船用。在该装置周围建立的二维框架表将设备与船的运动隔离开来, 从而使近海贝类养殖地的双壳类过滤变量得到准确的量化。
由于贝类养殖从沿海海湾和河口转移到离岸地区, 需要量化养殖的双壳贝类 (即贻贝、牡蛎和蛤) 的生态系统相互作用, 这带来了新的挑战。为了确定离岸贝类养殖场的重要生态系统相互作用, 包括它们的承载能力、与浮游动物群落的竞争, 需要对悬浮式软体动物饲养行为的定量数据,不同深度的营养资源的可用性和海底的沉积。biodeposition 方法用于定量在自然环境下悬浮喂养的双壳贝类中的喂养变量, 代表比实验室实验更现实的代理。然而, 这种方法依赖于一个稳定的平台, 以满足对贝类提供的水流速率保持不变和双壳贝类不受干扰的要求。通过在该装置周围建立一个二维框架表, 通过使用 biodeposition 方法对双壳贝类的饲养量进行量化的流动装置和过程。Planimeter 数据揭示了包含试验贝类的腔室的最小间距和偏航尽管船运动, 房间内的流速保持不变, 操作员能够收集 biodeposits (粪便和 pseudofeces), 足够一致性, 以获得准确测量的双壳贝类的清除, 过滤, 选择, 摄取, 排斥, 并吸收在近海贝壳养殖地点。
野生捕捞渔业在全球范围内下降了1。因此, 未来海产品供应的增长必须来自水产养殖的扩大。水产养殖的生产一直在增长, 并将继续快速增长, 通过 2025, 使水生养殖最迅速增长的粮食生产系统2。养殖悬浮喂养的双壳贝类 (贻贝、牡蛎、扇贝和蛤) 被认为是最环保的水产养殖形式之一, 因为这些有机体不需要额外的喂养, 而是获得营养从自然浮游植物生产和转移有机质到底栖有机体3,4。事实上, 贝类养殖被认为是改善富营养化河口5、6的水质和营养结构的合法工具。尽管沿海海湾和河口的贝类养殖发展前景普遍看好, 但与其他沿海海洋利益的冲突, 如商业和娱乐渔业、娱乐活动和美学沿海土地所有者的愿望–在 “社会承载能力” 一词下聚集的社会限制, 使一些人看到了 “开阔的海洋”, 以便大规模扩大贝类养殖7。
在公海上移动贝类养殖, 为贝类养殖扩展提供了巨大的潜力, 但也给海洋生态系统8的生物体带来了前所未有的挑战。首先, 大多数养殖的、悬浮喂养的双壳贝类是河口生物体, 它们在不同的环境中进化, 从9的开放海洋生态系统中有许多差异。盐度、温度和水化学的季节性和昼夜时间变化, 以及沿海水域高和可变养分供应所刺激的强烈生物活性选择了行为和生理贻贝、牡蛎、扇贝和蛤的特性, 在相对恒定的、稀释的海洋环境中, 可能没有什么好处10。众所周知, 双壳贝类应对这些环境变化作出反应, 调节其过滤, 利用良好的水质周期, 并优化其食品购置11,12。在一个更加恒定的环境中, 如开阔水域, 不清楚双壳贝类是否能有效地调节其泵浦和过滤速率, 以维持一个快速增长的正能量平衡。近海贝类养殖面临的第二个挑战也与海洋中相对较低的 seston 食物供应有关。由于浮游植物密度远低于河口, 目前在河口成功养殖的双壳贝类是否能找到足够的食物来维持新陈代谢和生长?目前使用线、袜子、笼子或其他围栏在河口饲养贝类的做法导致三维过滤器, 即使在富营养化的沿海水域13,14, 也可能在当地消耗浮游植物。对养殖齿轮的设计、放养密度、线间距、作物周期时间等方面的假设需要重新考虑, 以管理农场的生产承载能力和当地海洋生态系统的生态承载能力。15,16. 在近岸进行的集约化贝类养殖可能需要加以修改, 以适应海洋的稀薄环境。
为了进一步了解沿海贝类养殖的做法可能需要加以修改, 以便在近海取得成功, 关于贝类与近海地区的 seston 之间如何相互作用的定量数据是必不可少的。通过悬浮喂养的双壳贝类对微粒进行定量过滤、清除、摄取、排斥和吸收的技术已经发展了17、18。其中一些方法已被优化, 以检测在非常短的时间尺度上的变化, 不同的粒子类型之间的选择, 或对各种环境变化的生理反应19,20,21.最近, 改进所谓的 biodeposition 方法已导致接受这种方法作为一个合法的工具, 以量化大多数重要的过滤和喂养变量的贻贝, 牡蛎, 蛤17,22.
biodeposition 方法, 一般, 使用一个质量平衡的方法, 以无机 seston 组分作为追踪者, 定量划分由各自的贝类有机和无机 seston 组分成比例被捕获, 被拒绝, 被摄取,并吸收超过17小时的时间刻度。为使这种方法准确, 至关重要的是, 运送到个别贝类的水流速率是恒定的, 确切地说是已知的, 而且贝类不会受到身体的干扰, 从而保持其不断的过滤行为。此外, 还必须同步收集在双壳贝类进食时的水样, 并收集消化后产生的粪便样本 (即排遗)。这两个过程 (摄取和排遗) 是抵消了一个微粒物质通过双壳肠道转运所需的时间长短。肠道转运时间表示摄取食物和以粪便形式释放未消化物质之间的时间。此外, 从实际的角度来看, biodeposits 需要由研究人员定量收集, 然后再按水运动分类。由于这些原因, 使用 biodeposition 方法对双壳类过滤进行量化的器具和程序仅限于非常近岸的地点, 那里有稳定的平台–干燥的土地或固定的码头–足够接近贝类种群研究。为了在近海使用 biodeposition 方法, 有必要找到一种满足船上稳定平台的方法要求的方法。
几个世纪前, 水手寻求解决相同的基本问题, 如何隔离船上的文章从船舶的运动发展了框架。一个框架在连接到船的平台和被隔离的文章之间引入一个或多个支点, 使孤立的文章对引力的反应比对船的运动更有响应。我们使用了也许最简单的框架设计-别针枢轴在90°角度-在设计一个设备修改了从由 Galimany 和工友报告的一个22。在本报告中, 该仪器的有效功能通过测量验证: 1) 与船的运动相比, 表与贝类室的运动, 2) 流速通过20个复制分庭在海上, 3) 的一致性在三艘不同船只上三个离岸地点测试的贻贝过滤数据。
采用不同的方法对双壳贝类在实验室和田间的过滤和饲喂进行了研究。在使用天然 seston 时所做的测量将会产生最类似于自然环境24的喂养率。现有的用于测量双壳饲养25、26的便携喂养装置依赖于稳定的平台, 如土地或固定船坞;因此, 在这一领域, 对双壳贝类的过滤和喂养进行量化, 直到目前为止, 仅限于非常近岸水域。这里提出的新的仪器和方法代表了一个可靠的工具, 以量化在近海海域的双壳贝类的喂养性能, 在这种情况下, 贝类与环境之间的相互作用已被描述得很差。
biodeposition 方法在近海应用中的关键步骤包括: (1) 头水箱的曝气和所有进料室的流速校准, 以确保均匀的颗粒分布到双壳贝类;(2) 在 biodeposits 收集前, 准确确定实验性肠道转运时间;(3) 对双壳贝类生产的所有粪便和 pseudofeces 进行鉴定、分离和完整收集, 包括收集足够的 biodeposits 以超过有机和无机颗粒物的检测极限。由于 refiltration18、25、27、28等因素, 高流速对避免进料室的水循环有重要的意义, 可能会增加食品浓度减少现象。
在近海环境中, 粪便和 pseudofeces 的准确识别和分离是很有挑战性的。马萨诸塞州水域的粪便和 pseudofeces 的收集在测量的最后一个小时内很可能受到大浪的影响。使用这种方法的测量将受到海洋状态的限制, 影响采摘者清洁地分离和准确区分粪便、pseudofeces 和其他颗粒物 (如淤泥或颗粒) 的能力。喂食室。这一实验问题可以在结果数据中观察到, 在那里, pseudofeces 的有机含量比其他两个位置有更大的变异性 (图 7)。
有非常低颗粒物质的地点, 例如加利福尼亚, 将提出一个分析的挑战, 因为在这个实验中收集的微粒物质非常接近检测的极限, 即使每水样品过滤了 2 L 水。对总颗粒物的有机和无机贡献进行量化的方法是以质量平衡为基础的;因此, 在检测极限附近的小分析误差可能导致生理上不可能的贝类喂养结果, 如负排斥或清除率。此类错误的数据和适当的校正, 如图 8所示, 它绘制了清除率、过滤速率和加利福尼亚实验的吸收率的平均值。粪便数量是如此之小, 在这个地方, 一些被误认为 pseudofeces 由 biodeposit 采摘。收集的极少量 “pseudofeces” 与重量检测的极限非常接近, 由此产生的数据为几种复制提供了阴性贝类过滤和喂养数据, 这在生理上是不可能的, 因此,显然不正确。接近检测极限的微粒物质也产生了很高的变异性。这些结果可能是由于对过滤器称重的错误造成的, 但更有可能的原因是 pseudofeces 的识别不正确。后者的可能性得到进一步支持的观察, 即水总颗粒物太低, 以触发 pseudofeces 生产22,23。通过丢弃不正确的 pseudofeces 数据并只计算摄取通路来纠正数据 (图 8)。
在船上使用 biodeposition 法定量双壳贝类悬浮饲料的装置可以修改和适应几种双壳类。喂食室的大小可以略有变化, 以适应更宽或更窄的双壳壳。然而, 重要的是要注意, 改变喂食室的尺寸从这里所描述的, 要求在进行任何测量之前建立在喂食室的均匀颗粒分布。滤水量应根据当地条件进行调整。低 seston 的环境, 如加利福尼亚, 需要大量的水过滤超过检测限额的重量为基础的分析。同时, 如果过滤太多的水, 过滤器堵塞, 烤箱的干燥时间 (不温度) 需要增加。同样, biodeposit 集合可能需要在低 seston 环境中加长, 以收集足够的材料以超过分析检测限制。另一个有问题的 biodeposit 收集的指标是水与 pseudofeces 和粪便的相对有机含量。粪便和 pseudofeces 不得含有比水更大的有机物百分比;它们是从水中过滤和处理过的微粒的产物。在某些条件下, biodeposits 的有机含量可能略大于水, 因为双壳制加工食品颗粒的有机投资;然而, 这项投资至多会对粪便有机物产生轻微的增加。在这里报告的有机物的百分比远远高于可能归因于代谢性粪便损失的百分比。来自马萨诸塞州的 pseudofeces 样本说明了这个潜在的问题。如上所述, pseudofeces 的有机含量相当多变, 但有些复制产生的有机物含量大大超过了相应的水样。在 biodeposit 收集的最后一个小时的海洋中, pseudofeces 与外源有机物相结合, 人为地提升有机含量, 产生生理上不可能的结果 (图 7).如果公海国家在今后应用这种方法时有可能出现, 那么建议通过增加分庭增加更多的复制。
该方法的局限性在于该仪器旨在量化成人个体的喂养。由于 (伪) 粪便的体积小, 需要较长的实验以获得足够的材料, 以达到分析检测的极限, 因此, 从双壳种子中准确、完整地收集粪便和 pseudofeces 是很困难的。如果使用的是小型个体, 则可以在一个房间里汇集几个人, 以增加每室的粪便和 pseudofeces 产量。另外, 可以用更小的实验室重新设计这些设备。天气和海洋状态也可能是重要的限制, 因为这将影响 biodeposit 样品收集的准确性。极端温度和降雨可能会减少饲料中双壳的复制数量。在实验中, 对水泵的部署深度可能会有所不同, 以确保实验中使用的 seston 反映出双壳类养殖的深度 seston 典型。尽管有这些潜在的限制, 该方法提供了独特的机会, 以研究在自然条件下的贝类的过滤和喂养, 与自然 seston, 而不是模拟条件在实验室。所产生的数据比实验室实验更切合实际, 更有可能反映出在感兴趣地点的双壳贝类的性能。新的舰船测量方法大大扩大了潜在的地理范围。
对近海贻贝养殖的兴趣日益浓厚, 为今后应用此方法提供了一个理想的用户群。有意优化近海水产养殖业务选址的利益相关者可以利用这种方法检查拟议地点的双壳贝类性能。正在计划中的应用程序的一个例子是测试新英格兰南部沿岸海域的蓝贻贝悬浮培养最佳深度的假说 (Mizuta 和 Wikfors)。
The authors have nothing to disclose.
提交人要感谢 NEFSC 和 NOAA 水产养殖服务处提供资金。作者感谢他们的学术和工业合作伙伴, 斯科特 Lindell, 伍兹洞海洋学研究所的研究专家, 和卡特琳娜海洋牧场的首席执行官菲尔 Cruver, 他安排和提供进入近海贻贝生长地区的机会。如果没有下列工作平台, 这项工作就不可能实现;r/v船长杰克拥有由海洋生物实验室拥有和管理的卡特琳娜海牧场, 和Loosanoff 维克多渔业, 东北渔业科学中心经营的 r/v。我们还感谢船长吉姆 Cvitanovich 和比尔. 克林的专长。沃纳 Schreiner 提供了他的技术专长, 设计和制造框架, 框架表和压载舱, 头水箱, 和实验室。
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 |