En gjennomflytsenhet enhet for bruke metoden biodeposition til å kvantifisere filtrering og fôring atferd av bivalve bløtdyr ble endret for skip bruk. En todimensjonal gimbal tabell bygget rundt enheten isolerer apparatet fra båten bevegelse, og dermed slik at nøyaktig kvantifiseringen bivalve filtrering variabler på offshore skalldyr akvakultur nettsteder.
Skalldyr akvakultur beveger seg fra kysten oppstĺtt og elvemunninger til offshore steder, presenterer behovet for å kvantifisere økosystem interaksjoner av oppdrettsfisk annet muslinger (dvs., blåskjell, østers og muslinger) nye utfordringer. Kvantitative data om fôring virkemåten til suspensjon-fôring bløtdyr er nødvendig å bestemme viktig økosystem interaksjoner av offshore skalldyr gårder, inkludert sin bæreevne, konkurransen med dyreplankton samfunnet, den tilgjengelighet av trophic ressurser på ulike dybder og avsetning å benthos. Metoden biodeposition brukes til å kvantifisere fôring variabler i suspensjon-fôring annet muslinger i naturomgivelser og representerer en mer realistisk proxy enn laboratorieforsøk. Denne metoden er imidlertid avhengig av en stabil plattform å tilfredsstille kravene som vann strømningshastigheter levert til skjellene forblir konstant og de annet muslinger er uforstyrret. En gjennomflytsenhet enhet og prosessen for å bruke metoden biodeposition til å kvantifisere fôring av bivalve bløtdyr ble endret fra en land-basert format for skip bruk ved å bygge en todimensjonal gimbal tabell rundt enheten. Planimeter data avslører en minimal pitch og yaw av kammer som inneholder test skjellene tross båt bevegelse strømningshastigheter i kamrene forblir konstant og operatører kan samle biodeposits (avføring og pseudofeces) med tilstrekkelig konsistens å få nøyaktige målinger av bivalve klaring, filtrering, utvalg, svelging, avvisning og absorpsjon på offshore skalldyr akvakultur nettsteder.
Vill-fangst fiskeri faller verden1. Følgelig må fremtidig vekst i sjømat tilbudet komme fra en utvidelse av akvakultur. Akvakulturproduksjon av sjømat har vært økende og vil fortsette å vokse gjennom 2025, gjør akvatiske oppdrett mest raskt økende mat produksjon system2. Oppdrett av suspensjon-fôring bivalve bløtdyr (blåskjell, østers, kamskjell og muslinger) anses å være blant de mest miljøvennlige godartet formene for akvakultur, fordi disse organismene krever ingen ekstra fôring, men i stedet få ernæring fra det naturlige Planteplanktonet saken produksjon og overføre organisk til bunnlevende organismer3,4. Faktisk, skalldyr akvakultur blir vurdert som et legitimt verktøy å forbedre vannkvalitet og trophic strukturen i eutrophic elvemunninger5,6. Til tross for generelt gunstige utsiktene for utvidelse av skalldyr akvakultur i kystnære oppstĺtt og elvemunninger, konflikter med andre kyst hav interesser som kommersielle og fritidsaktiviteter fiskeriene, fritidsaktiviteter og estetiske ønskene til kyst grunneiere-samfunnsmessige begrensninger samlet under begrepet “sosial bæreevne”-har ført noen til å se “havet” for storskala utbygging av skalldyr oppdrett7.
Flytte skjelldyrkere i åpent farvann, tilbyr, stort potensial for skalldyr akvakultur utvidelse, men også gir enestående utfordringer for organismer i oceanic økosystem8. Første, mest oppdrettet, suspensjon-fôring bivalve arter er marinsystemer organismer som utviklet seg i miljøer som skiller seg på mange måter fra åpent hav økosystem9. Sesongmessige og dagaktive timelige variasjoner i saltholdighet, temperatur, og vannkjemi og intens biologiske aktivitet stimulert av høy og variable næringsstoffer tilgjengeligheten langs kysten har valgt for atferdsmessige og fysiologiske egenskaper blåskjell, østers, kamskjell og muslinger som kan tildele liten nytte i den relativt konstant, fortynne havet miljø10. Annet muslinger er kjent for å svare på disse miljøendringer ved å regulere sin filtrering å dra nytte av perioder med god vannkvalitet og å optimalisere deres mat oppkjøpet11,12. I et mer konstant miljø, for eksempel åpent farvann, er det uklart om annet muslinger vil regulere sine pumping og filtrering priser effektivt for å opprettholde en positiv energibalanse for rask vekst. Den andre utfordringen offshore skjelldyrkere også knyttet til relativt lav seston mat tilgjengelighet i havet. Med planteplankton tettheter er mye lavere offshore enn i elvemunninger, vil bivalve arter for tiden oppdrettet vellykket i elvemunninger finne nok å spise for å opprettholde både metabolisme og vekst? Gjeldende praksis ansette linjer, føre sokker, bur eller andre vedlegg å holde skalldyr i elvemunninger tredimensjonale filtre som kan utarme planteplankton lokalt selv i eutrophic, kystnære farvann13,14. Forutsetninger om kultur gir design, strømpe tetthet, avstanden mellom linjer og beskjære syklustiden må være rethought i åpent hav å administrere både produksjon bæreevne gården og økologisk bæreevne av det lokale marine økosystemet 15 , 16. intensiv skjelldyrking som praktisert nearshore må endres for å være kompatibel med fortynnet miljøet av havet.
For å fremme vår forståelse av hvordan kyst skjelldyrkere praksis må endres for å lykkes, kvantitative data om hvordan skalldyr sammen med seston i offshore steder foreslått som potensielle lokaliteter er avgjørende. En rekke teknikker for kvantifisere filtrering, fortolling, svelging, avvisning og absorpsjon av partikler av suspensjon-fôring bivalve bløtdyr har vært utviklet17,18. Noen av disse metodene er optimalisert for å oppdage variasjoner over svært korte tidsrammer, mellom ulike partikkelstørrelse typer eller fysiologiske responser til ulike miljømessige variasjoner19,20,21 . Nylig, forbedringer av det som kalles metoden biodeposition har ført til aksept av denne tilnærmingen som et legitimt verktøy å kvantifisere de fleste av de viktige filtrering og fôring variabler i blåskjell, østers og muslinger17,22 .
Biodeposition metoden, bruker en masse balanse tilnærming, med uorganiske seston komponent som en tracer, å kvantifisere partisjonering av personlige skalldyr organiske og uorganiske seston komponenter i proporsjoner fanget, avvist, svelget og absorbert over en tidsskala timer17. For denne tilnærmingen å være nøyaktig, er det kritisk viktig at strømningshastigheten vann leveres til individuelle skalldyr er konstant og nøyaktig kjente og at skjellene ikke er forstyrret fysisk slik at de opprettholder sin konstant filtrering atferd. Det er også nødvendig å synkronisere samlingen vann prøver ved bivalve inntak med samling av avføring prøver produsert etter fordøyelsen (dvs., egestion). Disse to prosessene (inntak og egestion) er forskjøvet med tiden det tar for en partikler til transitt gjennom bivalve tarmen. Tarmen transitt tid representerer tiden som har gått mellom inntak av mat og utgivelsen av ufordøyd materiale i form av avføring. Videre fra et praktisk ståsted må biodeposits samles kvantitativt ved forskeren før de verdivurderes av vann bevegelse. For disse grunner, apparater og prosedyrer for å kvantifisere bivalve filtrering ved hjelp av biodeposition metoden har vært begrenset til svært nearshore steder hvor en stabil plattform-tørt land eller fast brygge-er nær nok til skalldyr befolkningen blir undersøkt. For metoden biodeposition skal brukes offshore var det nødvendig å finne en måte å oppfylle kravene til metoden for en stabil plattform ombord i en båt.
Århundrer siden, utviklet sjøfolk søker å løse det samme grunnleggende problemet med hvordan å isolere ombord artikler fra skipets bevegelse gimbal. Gimbal introduserer en eller flere dreies mellom plattformen knyttet til skipet og artikkelen blir isolert, tillater isolert artikkelen til å reagere mer på tyngdekraften enn til skipets bevegelse. Vi ansatt kanskje de enkleste gimbal design-pinners dreies på 90-graders vinkler i utformingen av et apparat endret fra det som rapportert av Galimany og kolleger22. I rapporten finnes effektive funksjonen til apparatet blir validert ved å måle: 1) bevegelsen av tabellen med skalldyr kamre sammenlignet med båt bevegelse, 2) konsistensen av strømningshastigheter 20 replikere kammer mens på havet, og 3) filtrering data fra blåskjell testet på tre offshore steder ombord tre ulike fartøy.
Ulike tilnærminger har blitt brukt for filtrering og fôring av annet muslinger både laboratoriet og feltet. Målinger når bruker naturlig seston vil gi fôring priser mest ligner i naturen24. Eksisterende bærbare fôring enheter for måling bivalve fôring25,26 er avhengig av en stabil plattform, for eksempel land eller en fast forankring; dermed kvantifisere bivalve filtrering og fôring i feltet har inntil nå vært begrenset til svært kystnære farvann. Romanen apparater og metoden som presenteres her representerer et pålitelig verktøy for å kvantifisere fôring arbeidsinnsatsen av annet muslinger i offshore vannet der interaksjoner mellom annet muslinger og miljøet har tidligere vært dårlig beskrevet.
De avgjørende skritt i offshore programmet av metoden biodeposition inkluderer følgende: (1) lufting av hodet tanken og kalibrering av strømningshastigheter over alle fôring kammer å sikre en jevn partikkel fordeling til annet muslinger; (2) en nøyaktig bestemmelse av eksperimentelle gut transporttid før samlingen av biodeposits; (3) ID, separasjon og komplett samling av alle feces og pseudofeces produsert av annet muslinger, inkludert innsamling av nok biodeposits å overskride grensen for gjenkjenning for organiske og uorganiske partikler. Høy flow priser er viktig å unngå vannet resirkulering i fôring chambers, som kan øke fenomenet mat konsentrasjon reduksjon på grunn av refiltration18,25,27,28.
Nøyaktig identifikasjon og separasjon av avføring og pseudofeces kan være utfordrende i offshore miljøer. Avføring og pseudofeces i Massachusetts vannet var trolig påvirket av store bølger i løpet av den siste timen av måling. Mål med denne metoden vil være begrenset av havet, påvirker evnen til plukkere å rent skille og nøyaktig skille mellom avføring, pseudofeces og andre partikler materiell (dvs., silt eller partikler) avsatt i fôring kamrene. Eksperimentell problemet kan observeres i resultatdataene, der organiske innholdet i pseudofeces har en større variasjon i resultatene fra Massachusetts enn fra de to andre stedene (figur 7).
Steder med svært lav partikler, for eksempel California, vil presentere en analytisk utfordring, fordi svevestøv samlet i dette eksperimentet var svært nær grensen for påvisning, selv om 2 L vann ble filtrert for hver vannprøve. Metoden for kvantifisere organiske og uorganiske bidrag til den totale svevestøv er basert på masse balanse; Dermed kan små analytisk feil nær grensen for påvisning føre fysiologisk umulig skalldyr fôring resultater, som negative avvisning eller klaring. Data fra denne typen feil, og den aktuelle korreksjonen, illustrert i Figur 8som plott gjennomsnittsverdien for klareringsrate filtrering hastigheten og absorpsjon sats fra California eksperimentet. Avføring mengdene var så lite på dette stedet at noen feil for pseudofeces av biodeposit-plukkere. De svært små mengder “pseudofeces” samlet var svært nær grensen for påvisning av vekt og resultatdataene gitt negative skalldyr filtrering og fôring data for flere gjentak, som er fysiologisk umulig, og dermed åpenbart feil. Svevestøv nær grensen for påvisning også gitt en høye variasjon samlet for dette målet. Disse resultatene kan skyldes en feil i veier filtrene, men mer sannsynlig skyldes feil identifisering av pseudofeces. At sistnevnte ble videre støttet av observasjon at vann totale svevestøv var for lavt til å utløse pseudofeces produksjon22,23. Data ble korrigert av forkaster feil pseudofeces data og bare beregne inntak veien (Figur 8).
Apparatet for kvantifisering bivalve suspensjon fôring med metoden biodeposition ombord båten kan endres og tilpasset flere bivalve arter. Størrelsen på fôring kamrene kan variere litt til bredere eller smalere bivalve skjell. Det er viktig å merke, som å endre dimensjonene av fôring kamre fra beskrevet her krever imidlertid at selv partikkel distribusjon over fôring kamrene opprettes før gjennomføre eventuelle målinger. Volumet av vann filtrert bør justeres basert på de lokale forholdene. Lav-seston miljøer som California krever et større volum av vannet filtrert for å overskride grensen på gjenkjenning for vekt-basert analyse. Samtidig, hvis for mye vann er filtrert, så filtrene tette og tørketid (ikke temperatur) i ovnen må økes. Tilsvarende måtte samlingen biodeposit bli forlenget i lav-seston miljøer å samle nok materiale for å overskride grensen på analytisk gjenkjenning. En annen indikator på en problematisk biodeposit samling er relativ organisk innholdet i vann vs pseudofeces og avføring. Avføring og pseudofeces kan ikke inneholde en betydelig større prosentandel av organisk materiale enn vannet; de er et produkt av filtrert og bearbeidet partikler fra vannet. I enkelte tilfeller kan organisk innholdet i biodeposits være litt større enn vannet grunn av organisk investeringen annet muslinger gjør behandle matpartikler; men vil, denne investeringen på det meste, gi en svak økning i avføringen organisk materiale. Prosentandelen av organisk materiale rapporterte her er langt over prosenten som tilskrives metabolske fecal tap. Pseudofeces prøvene fra Massachusetts illustrerer dette potensielle problemet. Organisk innholdet i pseudofeces var ganske variabel, som nevnt ovenfor, men noen av replikat gitt organisk innhold som sterkt overskredet den tilsvarende vannprøver. Det er mulig at under tung hav av den siste timen av samlingen biodeposit, pseudofeces ble kombinert med eksogene organisk materiale, som kunstig hevet organisk innholdet og gitt fysiologisk umulig resultater (figur 7) . Hvis høy sjøs er en sannsynlig mulighet i fremtiden anvendelser av denne metoden, tillegg av flere gjentak gjennom flere chambers anbefales.
En begrensning av metoden er at apparatet er utformet å kvantifisere fôring av voksne individer. Den nøyaktige og fullstendige samlingen av avføring og pseudofeces fra bivalve frø er vanskelig på grunn av den lille størrelsen på (pseudo) avføring og ville kreve mye lengre eksperimenter for å få nok materiale til å overskride grensen på analytisk gjenkjenning. Hvis liten individer blir brukt, kan flere samordnes i et kammer til øke frekvensen av avføring og pseudofeces per kammer. Alternativt kan enhetene bli redesignet med mye mindre eksperimentelle kamre. Vær- og staten kan også være viktige begrensninger, som dette vil påvirke nøyaktigheten av samlingen biodeposit prøve. Temperaturer og regn kan redusere antall bivalve gjentak det mate. Dybden som vann pumper er deployert kan variere mellom eksperimenter for å sikre seston brukes i forsøkene gjenspeiler seston typisk for dybden som bivalve dyrking oppstår. Til tross for disse potensielle begrensningene tilbyr metoden en unik mulighet for filtrering og fôring av annet muslinger under naturlige forhold, med naturlige seston, i motsetning til simulert forhold i laboratoriet. Dataene som genereres er mye mer realistisk enn laboratorieforsøk og mer sannsynlig å reflektere resultatene av annet muslinger i plasseringen av interesse. Den nye metoden å gjennomføre ombord målinger sterkt utvider potensielle geografiske området.
Den voksende interessen i offshore blåskjell akvakultur presenterer en ideell brukergruppen for fremtidige anvendelser av denne metoden. Interessenter interessert i optimalisere plassering av nye offshore akvakultur operasjoner kan bruke denne tilnærmingen for å undersøke bivalve ytelsen på foreslåtte steder. Et eksempel på et program som er planlagt er å teste hypoteser om optimal dypet for en blå-blåskjell suspensjon kultur i farvann av sørlige New England (Mizuta og Wikfors, i review).
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne ønsker å erkjenne NEFSC og NOAA fiskeri Service Office av havbruk for finansiering. Forfatterne er takknemlige for deres akademiske og bransjepartnere, Scott Lindell, forskning spesialist på Woods Hole oseanografiske Institute, og Phil Cruver, CEO av Catalina havet Ranch, som ordnes og tilgang til offshore blåskjell voksende områder. Arbeidet ville ikke vært mulig uten følgende arbeider plattformer; R/V KCav eid av Catalina havet Ranch, R/V Gemma eies og drives av The Marine Biological Laboratory, og R/V Victor Loosanoff drives av NOAA fiske, nordøst fiskeri Science Center. Vi takker også båt kapteiner Jim Cvitanovich og Bill Klim for sin kompetanse. Werner Schreiner gitt sin tekniske ekspertise i design og fabrikasjon rammer, gimbal tabellen og ballast tank, hodet tank og eksperimentelle kamre.
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 |